NO860423L - Presst¯p og fremgangsm¨te ved fremstilling derav. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt magnesiumlegeringer som inneholder beryllium og som er tilstrekkelig motstandsdyk-tige mot oksydasjon i smeltet tilstand til å undgå behovet for bruk av beskyttende slaggdekke for å forhindre urimelig smelte-oksydasjon eller brenning når den utsettes for oxygenholdige atmosfærer. Beryllium bevirker reduksjon av tilbøyeligheten, for smeltede magnesiumlegeringer, til å oksydere når de utsettes for oxygenholdige atmosfærer, som f.eks. luft.

Eliminering av behovet for å anvende beskyttende slaggdekke for smeltede magnesiumlegeringer er fordelaktig i flere henseender. Først og fremst bevirker elimineringen av slaggdekker en vesentlig omkostningsreduksjon. I tillegg betyr fraværet av slaggdekker at s1aggpart ikler ikke kan bli blandet inn i den resulterende støp i form av slagginneslutninger. Fravær av slaggdekke resulte-rer også i øket magnesiumutbytte fordi fravær av inneslutninger og følgende tap av smeltet magnesium i slaggdekket undgås.

Det er kjent fra teknikkens stand å tilsette beryllium til mag-nesiumbaserte legeringer for forskjellige formål. US patent nr. 2.380.200, 2.380.201, 2.383.281, 2.461.229 og 3.947.268 samt en artikkel av F. L. Burkett med titelen "Beryllium in Magnesium Die Casting Alloys" fra AFS Transactions, bind 62, side 2-4 ( 1954) beskriver tilsetning av beryllium til magnes iumbaserte legeringer. Av denne literatur kan man lære fra US patent nr. 2.380.200 og 2.380.201 samt artikkelen av Burkett at beryllium reduserer tilbøyeligheten for smeltet magnesiumlegering å oksydere. Disse tidligere anstrengelser for å redusere oksydasjon omfatter ikke bery1li umtilsetninger i de mengder som omfattes av foreliggende oppfinnelse og synes ikke å omfatte den belast-ning det er å begrense manganinnholdet for å tillate en øket be-ry1liumoppløse lighet i magnesiumlegeringen. Dessuten foreslår Burketts artikkel at høyere be ry 11 iumgrenser må undgås.

Magnesiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter

opp til ca. 12% aluminium, opp til ca. 30% sink, opp til ca.

1,5% silisium, opp til ca. 0,18% mangan og fra ca. 0,0025% til 0,0125% beryllium og resten vesentlig magnesium. Alle prosen-

ter av innholdet er gitt i vekt-%. Det er foretrukket å begrense

manganinnholdet til et maksimum på ca. 0,05% hvis bery11 iuminn-holdet ligger innen området fra ca. 0,011% til 0,0125% for å øke opp løs ligheten av beryllium i smeltet magnesium til en gren-se tilstrekkelig til å tillate de ovenfor nevnte mengder av beryllium å bli oppløst i magnesiumet. F.eks. vil ca. 0,15% mangan tillate oppløsning av ca. 0,007% beryllium i smeltet magnes i um.

Det er foretrukket å holde manganinnholdet fra ca. 0,04% til ca. 0,15% og berylliuminnholdet fra ca. 0,005% til ca. 0,0125% i magnesiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse for å øke legeringens korrosjonsmotstand. Det er videre foretrukket å begrense manganinnholdet fra ca. 0,08% til 0,15% og berylliuminnholdet fra ca. 0,006% til 0,01% for ytterligere å øke magnesiumlegeringens korrosjonsmotstand.

Foreliggende oppfinnelsesprinsipp kan lett tilpasses for bruk

i fremstilling av presstøpte magnesiumlegeringer. flagnesium-presstøpningslegeringer kan inneholde fra 1% til 12% aluminium, opp til 30% sink, odp til 1,5% silisium, fra 0,2% til 1,0% mangan og resten vesentlig magnesium.

Sinkinn ho Idet i magnesiumlegeringer har i almindelighet vært begrenset til et maksimum på 1,5% sink. Sink i mengder opD til 1,5% i magnesiumlegeringer forbedrer legeringens mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand samtidig som den beholder meget gode presstøpnings-egenskaper. Legeringer med mere enn 1,5% sink viser en merkbar økning i rødskjørhet og sprekning under støpning. Faktum er at støDning av magnesiumlegeringer er et problem når sinkinnholdet er over 1,5% og under 12%. Dette skyldes en utvidelse av fryseintervallet. Disse problem er blitt begrenset ved å regulere aluminium-og sink-innholdet i magnesiumlegeringen. I motsetning viser magnesiumlegeringer bedre støpeegenskaper når sinkinnholdet i legeringen er mellom ca. 12% og ca. 30% enn mellom 1,5% og 12%.

Magnesiumlegeringer med sinkinnhold større enn 1,5% har fordeler og ulemper. Fordelene ved disse legeringer omfatter lavere smeltepunkt og større flytbarhet. Disse fordeler kombi-nerer, avhengig av sinkinnholdet, det at støpningen kan fore- gå ved temperaturer 10°C til 38°C lavere enn vanlig ved støp-ning av magnesiumlegeringer med lavt sinkinn hold,med at man opprettholder god flytbarhet. Det lave smeltepunkt øker videre magnesiumlegeringenes oksi dasjonsmotstand under støpningen. Imidlertid kan det høye sinkinnholdet i legeringene gi pro-blemer med støpbarhet, densitet, formbarhet og økede omkost-ninger.

Jo høyere sinkinnhold i magnesiumlegeringen, desto høyere densitet, pris og sprøhet.Problemene ved de høye sinkinneholdende legeringer oppveies av fordelene man får ved bruk for spesi-elle anvendelsesformål. Derfor må man være omhyggelig ved å anbefale den riktige høy-sinkinneholdene legering ved hensikts-messig bruk.

Manganinnholdet i legeringene ifølge foreliggende oppfinnel-

se er viktig på grunn av dets innflydelse på opp løseligheten og lettheten av å legere beryllium i smeltet magnesium. For-

di denne innflydelse ikke tidligere har vært erkjent har AZ91B, en presstøpningslegering som har en bred anvendelse, med et nominelt innhold på 9% aluminium, 0,7% sink, 0,2% mangan, maksimum 0,5% silisium, maksimum 0,3% kobber, maksimum 0,03% nik-kel og resten vesentlig magnesium, har inneholdt mindre enn 0,001% beryllium. Man har oppdaget at beryllium er oppløselig i AZ91B magnesiumlegeringer i større grad enn tidligere antatt. Under enhver omstendighet er et berylliumnivå i en størelses-orden på 0,001% ansett å være utilstrekkelig for å oppnå god beskyttelse av det smeltede magnesium. Det er tvertimotDåvist at ca. 0,0025% til ca. 0,015% beryllium må oppløses i smeltet magnesium eller dets legeringer for å forhindre brenning, og at mengden beryllium må økes med økende oxygeninnhold i atmosfæren. Derfor må manganinnholdet ikke overskride mere enn ca. 0,18%, fortrinnsvis ikke mere enn ca. 0,15%. Hvis nitrogenat-mosfærer eller kort utsettelsestid kommer inn i billedet er en tilsetning av fra ca. 0,0025% til 0,005% beryllium tilstrekkelig for å gi den nødvendige beskyttelse av smeltet magnesium. Imidlertid, hvis lengere eksponeringstider eller vesent-lige luftlekasjer inn i nitrogenatmosfæren forekommer,anbefales

berylliuminnhold i størrelsesorden fra ca. 0,005% til 0,001%

På den annen side, skulle det være ønskelig å forhindre brenning av smeltet magnesium eller magnesiumlegeringer som utsettes for luft, er et berylliuminnhold oå ca. 0,011% til 0,0125% foretrukket. Slike berylliuminnhold krever at manganinnholdet begrenses til ikke mere enn ca. 0,05%.

Det berylliumnivå som skal anvendes beror på mengden av oxygen i atmosfæren over smeiten. F.eks. hvis det smeltede magnesium utsettes for luft uten dekke vil oxygeninnholdet i atmosfæren over det forbli omtrent 20% og derfor vil et høyt berylliumnivå i størrelsesorden 0,01% til 0,015% være nødven-dig for å undgå urimelig oxydasjon eller brenning. Hvis det smeltede magnesium skal eksponeres for lengere perioder kan det være ønskelig fra tid til annen å tilsette beryllium for å kompensere for det beryllium som oxyderes eller for å tilsette større mengder beryllium, dvs. 0,02%, for at overskuddet over oppløselighetsgrensen efterhvert oppløses for å komoen-sere for oksydasjonstap og derved opprettholde berylliummeng-den ved, eller nær ved, mettningsgrensen i det smeltede mag-n es i um.

For å redusere bery1liumnivået som er nødvendig for å gi en god smeltebeskyttelse er det nødvendig og ønskelig å holde oxygennivået så lavt som oraktisk mulig. Anbringelse av et dek-sel eller en hette over det smeltede magnesium hjelper i så måte. Reaksjonen av det smeltede metall med oxygen i det luk-kede luftrum vil senke oxygeninnholdet i atmosfæren. Hvis systemet er meget tett og det resulterende oxygeninnhold blir meget lavt vil bery11 iumni våer så lave som 0,0025% gi tilstrekkelig beskyttelse. Hvis systemet ikke er tett, eller fra tid til annen åpnes for korte perioder, f.eks. for å øse opp, kan det være ønskelig å innføre tilstrekkelig nitrogen eller andre inerte gasser for å opprettholde et lavt oxygeninnhold.

I slike tilfelle kan et midlere bery1liumni vå anvendes, dvs. 0,005% til 0,01%. Andre beskyttende gasser som f.eks. SF2^

SO2og forskjellige inerte gasser kan også anvendes selv om nitrogen foretrekkes fordi det er lett tilgjengelig.

Forurensninger som f.eks. jern fører til dannelse av uløse-

lige intermetalliske forbindelser med beryllium og bør derfor begrenses til et minimum. Fordi mangan i nærvær av aluminium-mengder i størrelsesorden 1% til 12% danner en relativ uløse-lig fase med jern som bundsettes i smeiten kan små mengder man-"

gan, som f.eks. 0,1%, tilsettes til presstøpningslegeringer

for å rense disse. Imidlertid må mangannivået ikke være høyt nok til å bundfelle beryllium. Typisk bør manganinnholdet sen-kes fra 0,18% til 0,05%. hvis berylliumnivået økes fra 0,0025% til 0,015% i magnesiumlegeringer som inneholder ca. 9% aluminium.

Følgende eksperimentelle resultater illustrerer noen av foreliggende'o<p>pfinnelses prinsipper: En magnesium prøve legering inneholdende ca. 9% aluminium, ca. 0,7% sink og ca. 0,0025% beryllium ble holdt under en hette-

i 8. timer uten brenning eller urimelig oksydasjon.

En 59 kg.s sats av en legering inneholdende 7,1% aluminium, 0,71% sink, 0,05% mangan og resten magnesium ble smeltet, dekket med et flussfniddel (flux) og holdt under en hette ved 677°C. Efter at flussmidlet ble fjernet ved skumning begynte

legeringen å brenne efter 1 min. Brenningen ble derpå slukket ved opprettelsen av et slaggdekke. Hetten ble lukket og nitrogen ble innført over overflaten- av det slaggdekkede smeltebad med en hastighet av 849 l/t i ca. 5 min. Hetten ble lukket og slaggdekket fjernet og nitrogenstrømmen fortsatt med en hastighet på 849 l/t. Efter 30 min. begynte det å danne seg ro-ser (blooms) (begrensede områder med høy oksydasjon) som økte i størrelse. Éfter 51 min. begynte rosene.å brenne sakte og utstrålte et klart lys. Hettedøren ble derpå kort tid åpnet periodevis for å"/tillate utøsning og- støpning av prøvebarrer. Brenningen ble sterkere efter 5 min. av støpningen og meget intens efter 15 min..

Ytterligere prøver ble gjennomført ved tilsetning av forskje-Hige mengder beryllium til den smeltede magnesium-prøvelege- ring, som beskrevet i foregående avsnitt. Generelt indikerer prøvene at bery1li umti Isetninger minsker den smeltede legerin-gs tendens til å brenne. Når beryllium i en mengde på 0,008% ble tilført ble legeringen holdt tilfredsstillende under en 849 l/t nitrogenstrøm og derpå følgende presstøpning av prøve-barrer. Denne legering ble også holdt i luft uten brenning i ca. 15 min. Efterhvert som berylliuminnholdet ble øket under de forskjellige prøver ble det notert at oksydasjonsmotstanden av den smeltede magnesiumlegering øket og at minskede mengder av nitrogenstrøm var nødvendig for tilfredsstillende operasjon. Når ca. 0,011% til 0,013% beryllium ble tilsatt til den smeltede legering ble overflaten av legeringen sølvaktig av utse-ende og holdt seg tilfredsstillende ved utsettelse for luft og efterfølgende presstøpning. Når den sølvaktige beskyttende overflatefi lm ble ødelagt med hensikt dannet det seg straks en ny film som viste at den beskyttende funksjon av beryllium fremdeles var virksom. Efter utsettelse for luft i ca. 1 time begynte imidlertid oksydasjonsblomster å dannes, og disse vok-ste sakte.

Når 0 , 0025% beryllium ble legert inn i magnes i umprø ve legeringen' ble smeiten holdt tilfredsstillende under en nitrogenstrøm på 849 l/t med lukket dør og derpå følgende støpning i prøvebarrer. Efter 15 min. var den smeltede magnesiumlegeringen sterkt blom-stret og begynte å brenne. Når 0,007% til 0,01% beryllium ble legert ble støpningen vellykket gjennomført uten at det oppsto blomster med 1700 l/t- nitrogen.. Døren i hetten ble da holdt åpen i 15 min. uten at det dannet seg blomster. Nitrogenstrøm-men ble derpå stoppet og den smeltede legering ble holdt ytterligere 15 min. uten at det ble dannet blomster. Efter at legeringen ble mettet med ca.120 - 130 ppm. beryllium ved B49°C - 704°C ble den holdt i luft med 'døren åpen i 30 min. uten at blomster ble dannet, og ble derefter med hell støpt uten nitrogen atmos fære . Utstrakt eksponering ledet tilslutt til dannelse av blomster.

For å bestemme foreneligheten av mangan og beryllium i magnesiumlegeringer ble to AZ91B barrer, inneholdende ca. 0,2% mangan tilsatt til smeiten. Denne tilsetning reduserte beryl-liuminnhoIdet til ca. 0,008% og øket manganinnholdet til 0,12%. Den smeltede legering ble vellykket støpt med en strøm på

1700 l/t nitrogen og med døren i hetten åpnet bare når det var nødvendig. En del av smeiten ble helt i luft i en stor kokille. Ingen missfarvning ble bemerket på metalloverflaten eftersom den sakte stivnet. En annen AZ91B barre ble tilsatt til den smeltede legering med det resultat at berylliuminnholdet ble senket til ca. 0,007% og manganinnholdet øket til ca. 0,15%. Prøvebarrer ble igjen støpt under 1700 l/t nitrogen. Flere blomster hadde dannet seg ved slutten av forsøket.

Variasjonene i mangan- og bery11 iumnivået hadde ingen merkbar effekt på støpbarheten av magnesiumnrøvelegeringen. Noen for-

og

bedring av flytbarhetenvoverflateutseendet synes å være re-sultatet av et øket berylliuminnhold fordi man får mindre oksydasjon av det smeltede materiale.

Fem presstøpningsbarrer av hver legering ble strekknrøvet for

å bestemme effekten av beryllium og mangan. Resultatene som er angitt i tabell I indikerer at lavere manganinnhold og høy-ere berylliuminnhold virker for å øke både formbarhet og strekkfasthet i magnesiumprøvelegeringen.

Sandblåste prøvebarrer av hver legering ble også nedsenket i saltvann (3% NaCl] i 3 dager for å bestemme korrosjonsmotstand. Barrene ble sandblåst for å fjerne støpeoverflaten. Resultatene i tabell II viser at be ry 1li umt i Isetninger reduserer salt-vanns -korrosjonshastigheten av magnesiumorøve lege ringene til det samme lave nivå som oppnås med mangantilsetninger. Små mengder av mangan, dvs. 0,12%, reduserer den mengde beryllium som er nødvendig for god korrosjonsmotstand. Den økede effekt ved beryllium kan tilskrives en reduksjon av jerninnhoIdet.

Claims (7)

1. Presstøp,karakterisert vedå være vesentlig fri for slagg(flux)-inneslutninger, ha god korrosjonsmotstand, god formbarhet og strekkfasthet, og bestå vesentlig av fra 1% til 12% aluminium, opp til 30% sink, opp til 1,5% silicium, fra 0,04% til 0,15% mangan, fra 0,005% til 0,0125% beryllium og resten magnesium.

2. Presstøp ifølge krav 1,karakterisertved at legeringen inneholder mangan fra 0,08% til 0,15% og beryllium fra 0,006% til 0,01%.

3. Presstøp ifølge krav 1,karakterisertved at presstøpet inneholder et maksimum på 0,05% mangan og fra 0,011% til 0,0125% beryllium.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av en presstøpt mangne-siumlegering,karakterisert veda) tilveiebringe en smeltet dam av en magnesiumlegering bestående vesentlig av 1% til 12% aluminium, opp til 30% sink, opp til 1,5% silicium, opp til 0,18% mangan, fra 0,0025% til 0,0125% beryllium og resten vesentlig magnesium, og hvor dammen utsettes for en oxygeninneholdende atmosfære, og b) presstøpe den smeltede magnesiumlegering for å danne et presstøT) som er karakteristisk ved å være praktisk talt fri for slagg(flux)-inneslutninger.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at smeiten utsettes for en stmosfære som inneholder en større mengde nitrogen enn hva som inneholdes i luft.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at magnesiumlegeringen inneholder fra 0,005% til 0,01% beryllium.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at magnesiumlegeringen inneholder fra 0,01% til 0,015% beryllium og opp til 0,05% mangan og at smeiten utsettes for luft.