WO1994012678A1

WO1994012678A1 - Hochfeste magnesiumlegierung

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Publication number: WO1994012678A1
Application number: PCT/HU1992/000049
Authority: WO
Inventors: Nikolai Iosifovitsch Polikarpov; Nikolai Nikolaevitsch Kulakov; Lev Nikolaevitsch Musatov; Vladimir Alexandrovitsch Trunov; Nikolai Dmitrievitsch Schanin; Igor Georgievitsch Rudoi
Original assignee: 'techma' Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-09
Also published as: AU3093692A

Abstract

Die hochfeste Magnesiumlegierung enthält mindestens zwei Elemente, gewählt aus Zink, Aluminium, Mangan, Kupfer und Silizium, sowie Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff bei dem folgenden Verhältnis der Komponenten in Masse-%: vorgenannte mindestens zwei Elemente 0,005-8,0, Stickstoff 0,002-1,5, Sauerstoff 0,01-3,3, Wasserstoff 0,0002-0,8, Magnesium alles übrige.

Description

HOCHFESTE MAGNESIUMLEGIERUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie, insbesondere auf hochfeste Magnesiumlegierungen.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Magnesiumlegier ungen werden weitestgehend auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet, im besonderen als Eonstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Eaketenbau sowie in der pharmazeutischen Industrie und im medizinischen Gerätebau und in der Haushaltstechnik.

Ber Hauptvorteil der Magnesiumlegierungen liegt darin, dass sie eine niedrige Dichte (1400 bis 1800 kg/m³) in Kombination mit ausreichend hohen physikalisch- mechanischen Charakteristiken bei praktisch unbegrenzter Verbreitung des Magnesiumrohstoffs in der Natur besitzen. Nur aus solchen Materialien werden die leichtesten metallischen Konstruktionswerkstoffegeschaffen. Sie sind um das 1,5- bis 2fache leichter als Aluminium.

In den Festigkeits- und Konstruktionseigenschaften stehen Erzeugnisse aus Megnesiumlegierungen manchen herkömmlichen Aluminiumlegierungen nicht nach.

Zur Zeit sind Magnesiumlegierungen mit einem hinreichend hoben Niveau von mechanischen Eigenschaften bekannt, die auf verschiedenen Gebieten der Technik, beispielsweise in Form von Konstruktionswerkstoffan in Erzeugnissen und Konstruktionen, verwendet werden, welche geringe und mittlere Belastungen aushalten.

Das den bekannten Magnesiumlegierungen eigene Niveau mechanischer Eigenschaften ist unzureichend für den

Einsatz von Erzeugnissen und Konstruktionen aus

diesen Legierungen, die unter den Bedingungen hoher mechanischer Belastungen arbeiten. Ausserdem weisen solche Erzeugnisse und Konstruktionen eine niedrige Festigkeit der Schweissvβrbindungen auf. Eine unentbehrliche

Forderung besteht auch in der erhöhten Korrosionsbes- tändigkeit.

Es ist eine Reihe von Magnesiumlegierungen bekannt.

In der Regel sind es Legierungen des folgenden Typs:

Magnesium - Zink, Magnesium - Aluminium, Magnesium - Aluminium - Zink, Magnesium - Zink - Zirkonium,

Magnesium - Zink - Zirkonium - Seltenerdmetall,

Magnesium - Zink - Aluminium - Seltenerdmetall. In

manchen Fällen führt man in die Zusammensetzung

einer Magnesiumlegierung Mangan, Silizium, Kupfer,

Kalzium, Nickel, Zinn, Yttrium, Zer, Neodym, Praseodym, Samarium, Silber ein (US, A, 4765954, 5055254, EP, B,

0219628). Derartige Legierungen besitzen mechanische

Eigenschaften, die Folgende Werte erreichen: Härte

(nach Rockwell) bis zu 81 kp/mm², Bruchfestigkeit

378 MPa, Dehnung 5%, Kerbschlagzahigkeit 0,8 kp m/cm².

Die Korrosionsgeschwindigkeit in einer 3%igen

Natriumchloridlösung bei der Temperatur 25°C im

Laufe von 96 Stunden beträgt bis zu 50 ml/Jahr.

Ein solches Niveau von mechanischen und Korrosionseigenschaften ist für eine breite Anwendung dieser

Legierungen nicht ausreichend. Ausserdem besitzen die erwähnten Magnesiumlegierungen eine niedrige Festigkeit der Schweissverbindungen. Der Schweissf aktor, der als Verhältnis der Festigkeit der Scbweissverbindung zur Festigkeit der Grundlegierung bestimmt wird, betrug für die erwähnten Magnesiumlegierungen 0,6-0,7.

Somit haben die erwähnten Legierungen eine begrenzte Anwendbarkeit. Man kann sie nur in Erzeugnissen verwenden, die geringe mechanische Belastungen aushalten, sowie in Erzeugnissen und Konstruktionen, die keine Anwendung der Schweissung erfordern, und auch noch dort, wo eine erhöhte Korr osixmsbeständigke it erf orderlicht ist.

Bekannt sind auch hochfeste Magnesiumlegierungen, in denen wenigstens 50 Vol. % der Legierung amorph sind, während die Zusammensetzungen durch folgende Formeln ausgedrückt werden: Mg_aX_b (l) ; Mg_aX_cM_d (II); Mg_aX_cLn_e (III) und Mg_aX_cM_dLn_e (IV), worin bedeuten:

X - in der 1. Formel mindestens zwei Elemente und in den Formeln II, III und IV eines oder mehr Elemente, gewählt aus der Gruppe«. Kupfer, Nickel, Zinn und Zink; M - eines oder mehr Elemente, gewählt aus der Gruppe: Aluminium, Silizium und Kalzium; Ln - eines oder mehr Elemente, gewählt aus der Gruppe, die aus Yttrium,

Lanthan, Zer, Neodym und Samarium oder einem Gemisch von Seltenerdmetallen bestehtj(a), (b), (c), (d) und (e) - Atomprozente in den folgenden Grenzen:

40≤ a≤ 90; 10≤ b≤ 60; 4≤ c≤ 35; 2≤ d≤ 25;

4≤ e≤25 (EP, A, 0361136). Diese Legerungen haben eine Vickershärte von etwa

160 HV, eine Festigkeit von 380 MPa, eine Dehnung von 5%, eine Kerbschlagzähigkeit von 0,9 kp.m/cm²; die

Korrosionsbeständigkeit in einer 0,01%igen HCl-Lösung beträgt 89,2 ml/Jahr. Diese Magnesiumlegierungen weisen ebenfalls unzureichend hohe Festigkeits - und

Antikorrosionseigenschaften aus. Der Schweissfaktor dieser Legierungen ist auch nicht ausreichend hoch und beträgt 0,65. Die erwähnten Legierungen haben ebenfalls eine begrenzte Anwendbarkeit. Sie werden nur in Erzeugnissen und

Konstruktionen bei geringen mechanischen Belastungen eingesetz.t, wo die Verwendung von hinreichend festen Schweissverbindungen nicht erforderlich ist und keine hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden.

Also ist bisher keine universale Magnesiumlegierung bekannt, die eine breite Anwendung finden würde.

Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche hochfeste Magnesiumlegierung zu schaffen, die ausreichend hohe mechanische Eigenschaften neben einer hohen

Korrosionsbeständigkeit, einer guten Schweissbarke it besitzen würde und wirtschaftlich vorteilhaft wäre. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine solche hochfeste Magnesiumlegierung vorgeschlagen wird, die mindestens zwei Elemente enthalt, gewählt aus Zink,

Aluminium, Mangan, Kupfer und Silizium, welche Legierung erf indungsgemäss auch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff bei dem folgenden Verhältnis der Komponenten in Masse-% enthält: vorgenannte min- destens zwei

Elemente 0,005-8,0

Stickstoff 0,002-1,5

Sauerstoff 0,01-3,3

Wasserstoff 0,0002-0,8

Magnesium alles übrige.

Wie vorstehend angegeben, gehören zur Zusammensetzung der erf indungsgemäss vorgeschlagenen Legierungen Zink, Kupfer, Aluminium, Mangan und 'Silizium. Diese Elemente können in einer beliebigen Komination miteinander

enthalten sein. Sie erhöhen die mechanischen Eigenschaften der Legierung, erhöhen ihre Korrosionsbeständigkeit und verbessern die Schweissbarkeit. Die gewählten

Mengen dieser Elemente sind optimal für die Gewährleistung eines Komplexes der erforderlichen Eigenschaften der Legierung.

Das Vorhandensein eines Komplexes von Elementen in der Legierung, nämlich von Stickstoff, Sauerstoff und

Wasserstoff, gewährleistet. eine beträchtliche

Erhöhung der Fliessgrenze, der relativen Dehnung,

der Kerbschlagzähigkeit, der Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit und Schweissbarkeit der Legierung. Dies hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, die sich im atomaren Zustand befinden, in eine physikalisch-chemische Wechselwirkung mit den Komponenten der geschmolzenen Legierung treten und Substitutionsmischkristalle und Einlagerungsmischk ristalle bilden. Neben üblichen chemischen Verbindungen wie z.B. MgZn, Mg₇Zn₃, Mg₁₇Al₁₂ u.a. werden auch neue chemische Verbindungen, beispielsweise komplexe Hydroxyhydronitride, Hydrid-, Nitrid- und Oxidverbindungen gebildet, welche das Auftreten neuer Keime hervorrufen. Neben den Hauptkeimen, die vorwiegend intermetallische Verbindungen sind, gewährleisten diese neuen Keime, die zusätzliche Kristallisationszentren darstellen, eine noch stärkere Gefügefeinung und eine gleichmässigere Verteilung der Phasen in der festen Lösung der

Legierung, was wiederum eine effektivere Erhöhung der Eingenschaf ten und Betriebscharakteristiken von

Legierung und Erzeugnissen sicherstellt.

Ausserdem bildet der Wasserstoff mit dem Magnesium eine Einlagerungslegierung und verstärkt dadurch die mechanischen Eigenschaften der Legierung, ihre Korrosionsbeständigkeit und verbessert die Schweissbarkeit. Das Vorhandensein des Wasserstoffs in der Legierung erlaubt es auch, die Menge von Begleitelementen und dementsprechend ihren schädlichen' Einfluss zu vermindern, der sich insbesondere auf die Korrosionsbeständigkeit und Schweissbarkeit negativ auswirkt.

Ein Wasserstoffgehalt in der Legierung über 0,8 Masse-% führt zur Verschlechterung ihrer Eigenschaften, und zwar sinkt die Plastizität des Materials, es tritt eine Versprödung wegen des Vorhandenseins einer überschüssigen Menge an Hydridphasen ein. Wie bereits vorstehend angegeben, beträgt die untere Grenze des Wasserstoffgehalts in der Legierung 0,0002 Masse-%. Bei diesem

Wasserstoffgehalt setzt bereits eine Zunahme der Festigkeit der Legierung, eine Erhöbung ihrer Korrosionsbeständigkeit und eine Verbesserung der Schweissbarkeit ein. Ein Stickstoffgehalt in der Magnesiumlegierung unter

0,002 Masse-% gewährleistet keine ausreichende Anzahl von Nitridphasen und Kristallisationszentren, führt zum Abfall der Festigkeit und der Kerbschlagzähigkeit. Die Einführung von Stickstoff in einer Menge über 1,5

Masse-% in die Zusammensetzung der Legierung hat die

Bildung einer Uberscbussigen Menge von Nitridverbindungen zur Folge, die eine Senkung der Plastizität und Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit verursachen. Sin Sauerstoffgehalt in der Legierung unter 0,01 Masse-% ruft ebenfalls eine Senkung der plastischen Eigenschaften hervor. Ein Sauerstoffgehalt über 3,3 Masse-%

führt zur Senkung der mechanischen Eigenschaften und der Schweissbarkeit der Legierung wegen einer überschüssigen Menge an Oxidverbindungen.

Zwecks einer noch grösseren Erhöhung der Betriebscharakteristiken der hochfesten Magnesiumlegierung empfiehlt es sich, in ihre Zusammensetzung euch Yttrium, Skandium, Titan, Zirkonium, Seltenerdmetalle wie z.B. Zer,

Neodym, Praseodym, Disprosium, Lanthan, Samarium,

Gadolinium einzuführen. Alle diese Elemente, darunter auch die Seltenerdmetalle, können einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander in einer Menge von

0,005 bis 5,3 Masse-% enthalten sein. Die gewählte Menge der vorerwähnten Elemente in Kombination mit der gewählten Menge von Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff gewährleisten ein hobes Niveau der mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Plastizität, Verschleissfestigkeit), eine gute Schweissbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Zusätze von Yttrium, Skandium, Titan, Zirkonium und Seltenderdmetallen führen eine zusätzliche Zerkeinerung des Korhs herbei, indem sie den Korrosionswiderstand erhöhen, die Schweissbarkeit verbessern und die mechanischen Eigenschaften der Legierung steigern.

Der Gehalt dieser Zusätze ist im angegebenen Bereich zu begrenzen. Eine Verringerung ihrer Mengen unter die untere Grenze führt zur Senkung der Festigkeit der

Legierung und der Korrosionsbeständigkeit, und bei einer Vergrosserung ihrer Menge über 5,5 Masse-% hinaus ist eine Senkung der Plastizität und Schweissbarkeit zu verzeichnen.

Darüber hinaus bieten die genannten Zusätze in Kombination mit Zink, Aluminium, Mangan, Kupfer und Silizium die Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und die Schweissbarkeit der

Legierung noch mehr zu erhöhen.

Die erf indungsgemässe hochfeste Magnesiumlegierung besitzt hohe mechanische und antikorrosive Eigenschaften, eine gute Schweissbarkeit. Die Zugfestigkeit

beträgt etwa 345 bis 519 MPa, die Quetschgrenze

330 bis 482 MPa, die relative Dehnung 5 bis 20%,die

Kerbschlagzahigkeit 3,1 bis 7,2 kp.m/cm². Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung in einer 3%igen NaCl- Lösung beträgt 3,2-9,0 g/m2·Tag. Der Festigkeitsfaktor der Schweissverbindung (Schweissfaktor) beträgt 0,7 bis 0,95.

Die erfindingsgemässe Legierung besitzt eine gute

Schweissbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, was in Kombination mit den hohen mechanischen Eigenschaften der Legierung diese universal macht und es gestattet, aus der Legierung hochbeanspruchte und geschweisste Konstruktionen unterschiedlicher Zweckbestimmung herzustellen, wodurch das Einsatzgebiet des Materials bedeutend erweitert wird.

Bei der Herstellung der erfindungsgemässen hochfesten Magnesiumlegierung ist kein schwer beschaffbarer teuerer Rohstoff und keine Anwendung einer komplizierten

Technologie erforderlich, was die Herstellung der

Legierung wirtschaftlich vorteilhaft macht.

Die angegebene Kombination der Eigenschaften der

erfindungsgemässen Legierung macht ihre Anwendung praktisch uneingeschränkt. Man kann sie einsetzen als Konstruktionselemente in Hubschraubern, Raketen, Flugzeugen, in der Technik von Kraftwagen und

Traktoren, in Landmaschinen und Landwirtschaftsgeräten, im Gerätebau, in der Medizintechnik und im Inventar, in der Haushaltstechnik und in anderen Kunsumgütern. Beste Ausführungsform der Erfindung

Das Verfahren zur Herstellung einer hochfesten

Magnesiumlegierung ist einfach in der technologischen Ausführung und wird folgendermassen durchgeführt.

Das Verfahren scbliesst folgende herkömmliche Stadien ein: die Herstellung einer Schmelze, die Zerstäubung derselben und die Kompaktierung.

Die Zubereitung der Schmelze bringt man durch Induktionsscbmelzen von Ausgangs-Einsatzstoffen zustande. Das Schmelzen erfolgt in einem Stahltiegel in der Atmosphäre von Argon oder Helium in Anwesenheit von

Wasserstoff. Als Ausgangsstoffe verwendet man z.B.

Barrenmagnesium, -aluminium und -zink, Vorlegierungen aus Magnesium und Legierungselemente, reine chemische Elemente, Seltenerdmetalle, Legierungen von Seltenerdmetallen.

Die Zerstäubung der erhaltenen Schmelze führt man in einer geschlossenen Kammer durch. Der Kammer führt man gleichzeitig mit dem flüssigen Metall eihe dosierte Menge von Stickstoff und Sauerstoff zu. Manchmal nimmt man die genannte Zerstäubung auch in Anwesenheit von Argon und anderen Medien vor. Die Kontrolle über die Menge von zugeleiteten Gasen erfolgt mit Hilfe von

Gasanalysatoren.

Das gewonnene Granulat unterwirft man einer Kompaktierung bei einer Temperatur von 105 bis 380°C.

In manchen Fällen erhält man die Legierung aus einem Gemenge mit dem Gehalt einer dosierten Menge an

Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden die folgenden konkreten Beispiele angeführt.

Beispiel 1

Man bere ite t e i ne Magnesi umle gierung der fo lge nde n

Zusamme nse tzung in Masse-%:

Zi nk 6 , 0

S i l i zi um 0 ,005

Zirko ni um 0 , 9 Stickstoff 0,004

Sauerstoff 1,0

Wasserstoff 0,0009

Magnesium alles übrige. Als Ausgangs-Einsatzstoffe nimmt man 92,0901 kg

Barrenmagnesium mit der Reinheit 99 Masse-%, 6 kg Zink, 0,005 kg Silizium, 0,9 kg Zirkonium. Die Zubereitung der Schmelze erfolgt durch Induktionsscbmelzen des

Einsatzes in einem Stabtiegel in der Argonatmospbäre in Anwesenheit von Wasserstoff (6 Vol.%). Die erhaltene Schmelze zerstäubt man in einer geschlossenen Kammer. Der Kammer führt man gleichzeitig mit dem

flüssigen Metall eine dosierte Menge von Stickstoff (80 Vol. %) und Sauerstoff (20 VDI. %) zu. Die Kontrolle über die Menge von zugeleiteten Gasen wird mit Hilfe von Gasanalysatoren besorgt. Das gewonnene Granulatbringt man in eine Form ein und unterwirft einer

Kompaktierung in einer Presse bei der Temperatur 300°C. Ein aus dem gewonnenen Material hergestelltes Muster hat folgende Charakteristiken:

Zugfestigkeit 412 bis 490 MPa,

Quetschgrenze 380 bis 460 MPa,

relative Dehnung 6 bis 10%,

Kerbschlagzähigkeit 3,5 bis 6,3 kp.m/cm²,

Schweissfaktor 0,72 bis 0,82,

Korrosionsgeschwindigkeit 5,4 bis 7,1 g/m²·Tag.

Beispiel 2

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%: Aluminium 5,2

Zink 0,9

Silizium 0,1

Stickstoff 0,02

Sauerstoff 0,7

Wasserstoff 0,0008

Magnesium alles übrige

Als Ausgangs-Einsatzstoffe nimmt man 93,0792 kg Barrenmagnesium mit der Reinheit 99,5 Masse-%, 5,2 kg Aluminium mit der Reinheit 99,9 Masse-%, 0,9 kg Zink,

0,1 kg Silizium. Die Zubereitung der Schmelze erfolgt durch Induktionssschmelzen des Einsatzes in einem

Stahltiegel in der Argonatmosphäre in Anwesenheit von Wasserstoff (5 Vol. %). Die erhaltene Schmelze zerstäubt man in einer geschlossenen Kammer. Der Kammer führt man gleichzeitig mit dem flüssigen Metall eine dosierte Menge von Stickstoff (85 Vol. %) und Sauerstoff

(15 Vol.%) zu. Die Kontrolle über die Menge von

zugeleiteten Gasen wird mit Hilfe von Gasanalysatorenbesorgt.

Das gewonnene Granulat bringt man in eine Form ein und unterwirft einer Kompaktierung in einer Druckkammer mit Gas als Druckmedium, dann in einer Presse bei der Temperatur 350°C. Ein aus dem gewonnenen Materialhergestelltes Muster hat folgende Charakteristiken:

Zugfestigkeit 395 bis 470 MPa, Quetscbgrenze 360 bis

437 MPa, relative Dehnung 10 bis 18%, Kerbschlag- zähigkeit 3,4 bis 6,0 kp.m/cm², Scbweissfaktor 0,8 bis 0,9, Korrosionsgeschwindigkeit 5,9 bis 7,0 g/m²·Tag. Beispiel 3

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 0,9

Aluminium 6,0

Mangan 0,5

Stickstoff 0,004

Sauerstoff 0,85

Wasserstoff 0,0009

Magnesium alles übrige.

Als Ausgangs-Einsatzstoff e nimmt man 6 kg Barrenaluminium, 0,9 kg Zink, 0,5 kg Mangan, das übrige (bis zur Masse der Schmelze von 100 kg) Barrenmagnesium mit dem

Gesamtgehalt im Einsatz von 0,04 Masse-% Stickstoff,

0,85 Masse-% Sauerstoff und 0,0009 Masse-% Wasserstoff.

Die Zubereitung der Schmelze erfolgt durcb Induktionsschmelzen in einem Stahltiegel in der Heliumatmosphäre. Die erhaltene Schmelze zerstäubt man in einer geschlossenen Kammer in der Heliumatmoapbäre, Das gewonnene

Granulat bringt man in eine Form ein und unterwirft

einer Kompaktierung in einer Presse bei der Temperatur 345°C. Ein aus dem gewonnenen Material hergestelltes

Muster hat folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 350 bis 448 MPa, Quetschgrenze 336 bis 410 MPa, relative

Dehnung 9 bis 16%, Kerbschlagzahigkeit 3,2 bis

5,8 kg m/cm²; Schweissfaktor 0,76 bis 0,9, Korrosionsgeschwindigkeit 5,0 bis 7,1 g/m²·Tag.

Beispiel 4

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 8,0 Zink 0,2

Kupfer 0,01

Stickstoff 0,007

Sauerstoff 1,1

Wasserstoff 0,001

Magnesium alles übrige

Die Magnesiumlegierung stellt man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 260°C durchführt. Muster aus der erhaltenen Magnesiumlegierung haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 390 bis 469 MPa,

Quetschgrenze 358 bis 440 MPa, Dehnung 9 bis 16%,

Kerbschlagzähigkeit 3,7 bis 5,8 kp.m/cm², Schweissfaktor 0,79 bis 0,89, Korrosionsgeschwindigkeit 5,0 bis 6,8 g/m². Tag.

Beispiel 5

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 4,0

Zink 0,8

Mangan 0,3

Stickstoff 0,01

Sauerstoff 0,9

Wasswrstoff 0,0011

Magnesium alles übrige.

Die Magnesiumlegierung stellt -man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der. Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 310°C durchführt. Muster aus der erhaltenen Magnesiumlegierung haben

folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 387 bis

475 MPa, Quetschgrenze 356 bis 448 MPa, Dehnung 8

bis 16%, Kerbschlagzahigkeit 3,3 bis 6,0 kp.m/cm²,

Schweissfaktor 0,77 bis 0,89, Korrosionsgeschwindigkeit

6,1 bis 7,4 g/m ·Tag.

Beispiel 6

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%: Zink 5,0

Silizium 0,3

Mangan 0,2

Zer 0,8

Stickstoff 0,01

Seuerstoff 0,8

Wasserstoff 0,001

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme der Kompaktierung,

die man bei der Temperatur 380°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken; Zugfestigkeit 420 bis 498 MPa,

Quetschgrenze 390 bis 455 MPa, Dehnung 5 bis 9%,

Kerbschlagzähigkeit 4,0 bis 5,8 kp.m/cm² , Schweissfaktor 0,73 bis 0,85, Korrosionsgeschwindigkeit 4,8 bis

7,0 g/m²· Tag.

Beispiel 7

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 0,06

Kupfer 6,0

Zer 3,0

Stickstoff 0,012

Sauerstoff 1,2

Wasserstoff 0,004

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, das man die Kompaktierung bei der Temperatur 250°C durchführt. Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 354 bis 470 MPa, Quetschgrenze

330 bis 440 MPa, Dehnung 12 bis 16%, Kerbschlagzähigkeit 3,3 bis 6,7 kp·m/cm²; der Schweissfaktor hat einen

Wert von 0,81 bis 0,92, die Korr osiongsgeschwindigkeit beträgt 6,0 bis 9,0 g/m²· Tag.

Beispiel 8

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 1,5

Silizium 0,5

Stickstoff 0,009

Sauerstoff 1,5

Wasserstoff 0,001

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 3 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die

Kompaktierung bei der Temperatur 200°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 345 bis 432 MPa,

Quetschgrenze 324 bis 411 MPa, Dehnung 7 bis 9%,

Kerbschlagzähigkeit 3,5 bis 5,9 kp.m/cm²; der

Schweissfaktor hat einen Wert von 0,7 bis 0,8, die

Korrosionsgeschwindigkeit beträgt 6,4 bis 8,7 g/m²· Tag.

Beispiel 9 Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 7,8

Kupfer 1,5

Mangan 0,5

Zer 2,5

Stickstoff 0,008

Sauerstoff 0,9

Wasserstoff 0,001

Magnesium alles übrige. Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, das man die Kompaktierung ber der Temperatur 280°C durchführt.

Aus derm erhaltenen Material- hergestellte Muster haben folgende Cnarakteristiken: Zugfestigkeit 425 bis

518 MPa, Quetschgrenze 380 bis 470 MPa, Dehnung 7 bis

10%, Kerbschlagzähigkeit 5,1 bis-7,0 kp.m/cm² ; der

Schweissfaktor hat einen Wert von 0,8 bis 0,95, die

Korrosionsgeschwindigkeit beträgt 5,7 bis 8,5 g/m²·Tag. Beispiel 10

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 1,0

Mangan 0,9

Skandium 0,1

Titan 0,05

Dysprosium 0,5

Stickstoff 0,009

Sauerstoff 3,0

Wasserstoff 0,005

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 3 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 320°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 387 bis

474 MPa, Quetschgrenze 351 bis 457 MPa, Dehnung p 11 bis 14%, Kerbschlagzähigkeit 3,6 bis 6,6 kp·m/cm²,

Schweissfaktor 0,77 bis 0,84, Korrosionsgeschwindigkeit 6,0 bis 7,7 g/m² _·Tag.

Beispiel 11

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%: Zink 2,5

Zirkonium 0,15

Kupfer 0,03 Silizium 0,01

Lanthan 0,03

Stickstoff 0,003

Sauerstoff 1,3

Wasserstoff 0,0012

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 150°C durchführt. Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 419 bis 504 MPa, Quetschgrenze 388-480 MPa, Dehnung 6 bis 10%,

Kerbschlagzähigkeit 5,1 bis 6,8 kp.m/cm², Schweissfaktor

0,78 bis 0,89, Korrosiongsgeschwindigkeit 3,7 bis

6,1 g/m²·Tag.

Beispiel 12

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 8,0

Silizium 0,05

Mangan 0.,6

Yttrium 2,1

Stickstoff 0,008

Sauerstoff 0,5

Wasserstoff 0,005

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, das man die Kompaktierung bei der Temperatur 120° durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit^' 390 bis.470 MPa, Quetschgrenze 360 bis 442 MPa, Dehnung 8 bis 11%,

Kerbschlagzähigkeit 3,7 bis 6,1 kp.m/cm², Schweissfaktor 0,8 bis 0,9, Korrosionsgeschwindigkeit 3,8 bis

5,9 g/m². Tag.

Beispiel 13 Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%;

Aluminium 7,5

Zink 0,8

Kupfer 0,08

Mangan 0,3

Lanthan 1,1

Stickstoff 0,07

Sauerstoff 3,3

Wasserstoff 0,3

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich -mit der Ausnahme, dass man die

Kompaktierung bei der Temperatur 105°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 385 bis

482 MPa, Quetschgrenze 350.bis 448 MPa, Dehnung

5 bis 7%, Kerbschlagzähigkeit 3,1 bis 5,8 kp.m/cm²,

Schweissfaktor 0,8 bis 0,85, Korrosionsgesfehwindigkeit 3,2 bis 6,1 g/m²·Tag. Beispiel 14

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 6,1

zink 0,005

Mangan 0,2

Kupfer 0,01

Yttrium 3,5

Stickstoff 1,5

Sauerstoff 2,0

Wasserstoff 0,8

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 3 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 290°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: .Zugfestigkeit 403 bis 501 MPa, Quetschgrenze 372 bis 480 MPa, Dehnung 6 bis 7%,

Kerbschlagzahigkeit 4,5 bis 7,1 kp.m/cm², Schweissfaktor 0,78 bis 0,83, Korrosionsgeschwindigkeit 5,5 bis 8,0 g/m²·

Tag.

Beispiel 15

Man bereitet. eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%: Aluminium 4,8

Zink 0,7

Zer 0,9 Lanthan 0,1

Stickstoff 0,005

Sauerstoff 1,5

Wasserstoff 0,02

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die

Kompaktierung bei der Temperatur 310°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken:' Zugfestigkeit 398 bis 485 MPa, Quetschgrenze 365 bis 450 MPa, Dehnung 9 bis 13%,

Kerbschlagzahigkeit 3,8 bis 6,3 kp.m/cm², Schweissfakt or 0,79 bis 0,82, Korrosionsgeschwindigkeit 3,9 bis

6,0 g/m²·Tag. Beispiel 16

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 5,6

Zink 0,9

Mangan 0,1

Gadolinium 4,5

Yttrium 0,005

Stickstoff 0,006

Sauerstoff 1,3

Wasserstoff 0,0002

Magnesium alias übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 1 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 210°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 415 bis

507 MPa, Quetschgrenze 382 bis 473 MPa, Dehnung 7

bis 12%, Kerbschlagzahigkeit 5,4 bis 7,2 kp.m/cm²,

Schweissfaktor 0,8 bis 0,9, Korrosionsgeschwindigkeit

5,8 bis 8,0 g/m²·Tag. Beispiel 17

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 0,005

Silizium 0,03

Yttrium 5,5

Zirkonium 0,3

Samarium 5,0

Stickstoff 0,01

Sauerstoff 0,8

Wasserstoff 0,0007

Magnesium alles übrige. Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 320°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 421 bis

519 MPa, Quetschgrenze 385 bis 482 MPa, Dehnung

5 bis 8%, Kerbschlagzahigkeit 4,6. bis 5,9 kp-m/cm²,

Schweissfaktor 0,75 bis 0,8, Korrosionsgeschwindigkeit 4,1 bis 6,2 g/m²·Tag. Beispiel 18

Man bereitet eine Maghesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 4,9

Silizium 0,01

Aluminium 0,005

Neodym 3,5

Stickstoff 0,004

Sauerstoff 1,2

Wasserstoff 0,0008

Magnesium alles übrige.

Kompaktierung bei der Temperatur 330°C durchführt. Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 418 bis 505 MPa, Quetschgrenze 380 bis 470 MPa, Dehnung 6 bis 12%, Kerbschlagzahigkeit 3,6 bis 6,2 kp.m/cm², Schweissfaktor 0,72 bis 0,8, Korrosionsgeschwindigkeit 5,1 bis 6,8 g/m² ·Tag.

Beispiel 19

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden Zusammensetzung in Masse-%:

Zink 0,2

Silizium 0,05

Yttrium 1,1 Praseodym 2,3

Stickstoff 0,008

Sauerstoff 1,3

Wasserstoff 0,0014

Magnesium alles übrige.

Die Legierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 340°C durchführt.

Aus dem erhaltenen Material hergestellte Muster haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 391 bis

476 MPa, Quetschgrenze 362 bis 476 MPa, Dehnung 6 bis

10%, Kerbschlagzahigkeit 4,0 bis 6,6 kp m/cm² ,

Schweissfaktor 0,73 bis 0,82, Korrosionsgeschwindigkeit 4,3 bis 6,2 g/m²·Tag. Beispiel 20

Man bereitet eine Magnesiumlegierung der folgenden

Zusammensetzung in Masse-%:

Aluminium 4,0

Zink 0,8

Zirkonium 0,3

Lanthan 1,2

Stickstoff 0,01

Sauerstoff 0,9

Wasserstoff 0,0012

Magnesium alles übrige.

Die Magnesiumlegierung stellt man wie im Beispiel 2 angegeben her, lediglich mit der Ausnahme, dass man die Kompaktierung bei der Temperatur 315°C durchführt. Muster aus der erhaltenen Magnesiumlegierung haben folgende Charakteristiken: Zugfestigkeit 398 bis 477 MPa, Quetschgrenze 358 bis 450 MPa, Dehnung 10 bis 20%,

Kerbschlagzahigkeit 3,6 bis 6,1 kp.m/cm², Schweissfaktor 0,82 bis 0,92, Korrosionsgeschwindigkeit 6,1 bis

7,5 g/m²·Tag.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die erf indungsgemässen hochfesten Magnesiumlegierungen haben eine praktisch uneingeschränkte Anwendung.

Sie weisen hohe Gebrauchseigenschaften auf, und zwar besitzen sie hohe Parameter, welche die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Fliessvermögen, Dehnung,

Kerbschlagzähigkeit) charakterisieren. Ausserdem sind die erf indungsgemässen Legierungen gut schweissbar

(sie haben eine hohe Festigkeit der Schweissverbindungen) und weisen hohe Antikorrosionseigenschaften auf.

Die genannten Legierungen können auf allerverschiedensten Gebieten der Technik Anwendung finden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Hochfeste Magnesiumlegierung, die mindestens zwei Elemente enthalt, gewählt aus Zink, Aluminium, Mangan, Kupfer und Silizium, dadurch g e k e n n ze i c h n e t , dass sie auch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff bei dem folgenden Verhältnis der Komponenten in Masse-% enthält: vorgenannte mindestens zwei

Elemente 0,005-8,0

Stickstoff 0,002-1,5

Sauerstoff 0,01-3,3

Wasserstoff 0,0002-0,8

Magnesium alles übrige.

2. Hochfeste Magnesiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass sie mindestens eines der Elemente, gewählt aus Yttrium, Skandium,

Titan, Zirkonium, Seltenerdmetall, in einer Menge

von 0,005 bis 5,5 Masse-% von der Magnesiummenge

zusätzlich enthält.