WO2021004662A1 - Magnesiumlegierung und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

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WO2021004662A1
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magnesium
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Stefan Gneiger
Clemens Simson
Simon Frank
Alexander GROSSALBER
Andreas Betz
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Lkr Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a magnesium alloy.
  • the invention also relates to a method for producing a
  • magnesium alloys Due to their low density and good mechanical properties, magnesium alloys are frequently used construction alloys or
  • Corrosion resistance of the magnesium alloy be connected, so that often additional alloy elements such as aluminum or zinc are added to dampen these disadvantages and usually at least moderate strengths and
  • the object of the invention is to specify a magnesium alloy which has high strength, in particular high compressive strength, and good formability.
  • the object is achieved according to the invention by a magnesium alloy having, in particular consisting of, (in at .-%)
  • Remainder magnesium and production-related impurities wherein a ratio of aluminum to magnesium (in at .-%) is 1: 6 to 4: 6.
  • the basis of the invention is the knowledge that in an aforementioned
  • Alloy composition of a magnesium alloy with a corresponding proportion of lithium (Li) and a mandatory proportion of aluminum (AI) in a certain, aforementioned ratio range of aluminum to magnesium forms a microscale structure or fine, in particular fine lamellar, microstructure in the magnesium alloy.
  • a eutectic transformation of the magnesium alloy, which occurs with the aforementioned ratio of aluminum to magnesium, is regarded as the theoretical foundation for this behavior.
  • Microstructure is associated with high strength, in particular high compressive strength, with good formability of the magnesium alloy at the same time given the corresponding aforementioned proportions of lithium in the magnesium alloy.
  • Orientation composition or orientation line in the phase diagram is in particular a ratio of aluminum to magnesium (in atomic percent, abbreviated as atomic%) of approx. 3: 6, since with this ratio a particularly homogeneous fine-scale or homogeneous fine lamellar microstructure or Find morphology.
  • the fine, especially fine lamellar, microstructure or morphology continues to be found with varying degrees what usually corresponds to different characteristics of a height of a
  • Morphological behavior in the specified composition range thus enables the formation of a magnesium alloy which has both high strength, in particular compressive strength, and good formability.
  • the magnesium alloy in atom%) has 30.0% to 60.0%, in particular 40% to 50%, lithium. As a result, pronounced strength and particularly pronounced formability can be achieved. This is likely to happen
  • the magnesium alloy usually has more than 0.05%, in particular more than 0.1%, usually more than 1% aluminum (in atomic%).
  • a structural alloy with high serviceability can be achieved if the
  • Magnesium alloy is designed as a magnesium-based alloy.
  • magnesium-based alloy denotes a magnesium alloy which, based on its alloy proportions in percent by weight (% by weight), is the main element or the largest alloy proportion
  • the magnesium alloy (in at.%) Is 30.0% to 60.0% lithium and a ratio of aluminum to magnesium (in at.%) Of 2.5: 6 to 3.5 : 6, in particular 2.8: 6 to 3.3: 6, preferably about 3: 6.
  • a particularly pronounced homogeneity can also be achieved if the magnesium alloy (in atomic%) has 40.0% to 60.0% lithium.
  • the magnesium alloy has more than 0.0 to 3.0 wt.%, In particular more than 0.0 to 2.0 wt.%, Preferably more than 0.0 to 1.5 wt. %, Calcium (Ca). In this way, an improved corrosion resistance of the magnesium alloy can be achieved.
  • a lower limit in the above-mentioned content ranges for calcium is more than 0.05% by weight.
  • a reduced tendency of the magnesium alloy to oxidize can thus be implemented, usually advantageously in that a stable oxidation layer is formed on a surface of the magnesium alloy.
  • a grain-refining effect can be used in the magnesium alloy due to the aforementioned proportion of calcium.
  • Oxidation resistance as well as increased strength or stabilization of the strength properties can be achieved if the magnesium alloy has 0.5% by weight to 1.0% by weight calcium.
  • the above-mentioned effects in the presence of calcium in the magnesium alloy are based in particular on the formation of CaO. Accordingly, it can specifically be provided that calcium, at least partially, in particular predominantly, preferably entirely, in the form of CaO
  • Magnesium alloy is added as an alloy component or is contained in the magnesium alloy. This promotes a homogeneous distribution of calcium or CaO in the magnesium alloy. It is therefore particularly advantageous if the magnesium alloy contains CaO in the proportions specified above for calcium.
  • the magnesium alloy contains more than 0.0 to 3.0% by weight, preferably 1.0% by weight to 2.0% by weight, rare earth metals, in particular yttrium (Y) , having.
  • rare earth metals in particular yttrium (Y)
  • Y yttrium
  • a lower limit in the above-mentioned content ranges for rare earth metals, especially yttrium is more than 0.05% by weight.
  • the formation of Y2O3 in the magnesium alloy is particularly relevant here. Accordingly, it can be specifically provided that yttrium, at least partially, in particular predominantly, preferably completely, in the form of Y2O3, is added to the magnesium alloy as an alloy component or is contained in the magnesium alloy. It is therefore advantageous if the magnesium alloy contains Y2O3 with the aforementioned proportions for yttrium.
  • a tendency to oxidation can be reduced in particular if both calcium,
  • magnesium alloy in particular in the form of CaO, as well as rare earth metals, in particular yttrium, preferably in the form of Y2O3, in each case according to the aforementioned content ranges, are contained in the magnesium alloy, with calcium in particular having more than 0.0, in particular more than 0.05 wt .-%, to 1.5 wt .-% and yttrium with 1.0 wt .-% to 2.0 wt .-% has proven.
  • Magnesium alloy contains calcium and rare earth metals, in particular yttrium, with a total proportion of calcium and rare earth metals, in particular yttrium, more than 0.0, in particular more than 0.05% by weight, up to 3.0% by weight, preferably 1, 0 wt% to
  • the compressive strength of the magnesium alloy is at least 300 MPa, in particular at least 350 MPa, preferably at least 380 MPa, particularly preferably at least 400 MPa. This is with an alloy composition provided according to the invention for the
  • Magnesium alloy can be achieved due to its finely structured microstructure, in particular after the magnesium alloy has been produced by casting.
  • the aforementioned values preferably apply to a maximum compressive strength, in particular to a compression limit or Guetsch limit, of the magnesium alloy.
  • Compressive strength or maximum compressive strength or compression limit or Guetsch limit of the magnesium alloy be at least 410 MPa, in particular at least 430 MPa. This can usually be achieved practically with a heat treatment, as is set out in particular below.
  • the magnesium alloy has a good aging capacity, with a strength, in particular compressive strength, and / or formability of the magnesium alloy being further enhanced by heat treatment of the magnesium alloy can be optimized or preferably increased. It is therefore advantageously provided that a specific compressive strength, in particular a maximum specific compressive strength, of the magnesium alloy, in particular at room temperature, in an exposed state is at least 300 Nm / g, in particular at least 330 Nm / g, preferably at least 350 Nm / g.
  • the outsourced state denotes a state of the magnesium alloy after a heat treatment of the magnesium alloy has been carried out. For this purpose, favorable boundary conditions of the heat treatment are in particular below in the context of a method for producing a
  • the specified material parameters for the magnesium alloy primarily values for compressive strength or specific compressive strength, relate in particular to a room temperature, which is usually between 20 ° C and 25 ° C, usually around 20 ° C.
  • the magnesium alloy is 18.0% by weight to 24.0% by weight, in particular 18.0% by weight to 22 Wt .-% lithium, and 15.0 wt .-% to 30.0 wt .-%, in particular 16.5 wt .-% to 28.0 wt .-% aluminum. It has also been shown here that the hardness of the magnesium alloy can be optimized or set in a targeted manner with an additional proportion of calcium, in particular in the context of a heat treatment that has been carried out.
  • the magnesium alloy also contains calcium with more than 0.0, in particular more than 0.05% by weight, up to 2.5% by weight, in particular 0.1% by weight to 2.0% by weight .-%, preferably 0.3% by weight to 1.5% by weight.
  • calcium can not only cause one
  • Corrosion resistance or tendency to oxidation can be influenced or improved, but also influence the hardness of the magnesium alloy. This is particularly evident when the magnesium alloy has 18.0 wt.% To 22 wt.% Lithium and 16.5 wt.% To 28.0 wt.% Aluminum, particularly noticeable at 0.1 wt. -% to 2.0% by weight, in particular at 0.3% by weight to 1.5% by weight, calcium.
  • the hardness usually increases with increasing heat treatment time, so that a hardness of the magnesium alloy can be set depending on the duration of the heat treatment.
  • a heat treatment between 200 ° C and 450 ° C has a heat treatment time of more than 1 hour, in particular more than 3 hours.
  • a composition or composition that is easy to handle and process is essential.
  • Magnesium alloy can be obtained when the magnesium alloy contains 20% by weight lithium and 15.0% by weight to 30.0% by weight, in particular 16.5% by weight to 28.0% by weight, particularly preferably 18 From 0 wt% to 26.0 wt% aluminum. This is especially true if calcium is also contained in the magnesium alloy, as stated above.
  • the mechanical properties of the magnesium alloy can be optimized for a specific application by adding further alloy elements. For fine-tuning a strength, in particular the compressive strength, the
  • Magnesium alloy it is favorable if the magnesium alloy contains 3.0 wt.% To 10.0 wt.% Zinc.
  • An optimization of the compressive strength, in particular without particularly restricting formability, can be achieved if the magnesium alloy has 7.0% by weight to 10.0% by weight zinc.
  • a method for producing a magnesium alloy according to the invention is generally based on the fact that starting materials of the magnesium alloy are mixed and cooled starting from a liquid or partially liquid phase.
  • the magnesium alloy according to the invention or a starting material, semifinished product or component with or from the magnesium alloy can be produced in a simple manner by means of conventional casting processes, for example with die casting processes, die casting processes, continuous casting processes or permanent mold casting processes. It has proven to be particularly advantageous if the production of the magnesium alloy according to the invention includes a heat treatment in order to obtain a microstructure or morphology of the
  • magnesium alloy in terms of strength, in particular compressive strength, or formability.
  • the further object of the invention is provided by a method for producing a
  • magnesium alloy according to the invention achieved, with a heat treatment of the magnesium alloy being carried out in order to optimize or increase a strength, in particular compressive strength, and / or deformability of the magnesium alloy. It has It has been shown that a strength, in particular compressive strength, or formability of the magnesium alloy can be further optimized or increased through a heat treatment of the magnesium alloy, so that it can be adjusted in a targeted manner, preferably tailored to an intended use of the magnesium alloy.
  • magnesium alloy according to the invention in particular described above, can be formed.
  • Proven heat treatment between 300 ° C and 350 ° C, preferably between 320 ° C and 340 ° C, for 2 hours to 5 hours. It goes without saying that, in principle, a longer heat treatment duration can also be usual, but the heat treatment times given above have proven to be particularly practical with regard to a time-efficient optimization of the mechanical properties.
  • a starting material, semi-finished product or component is advantageously implemented with, in particular made of, a magnesium alloy according to the invention or obtainable by a method according to the invention for producing a magnesium alloy according to the invention.
  • a magnesium alloy according to the invention or obtainable by a method according to the invention for producing a magnesium alloy according to the invention.
  • Magnesium alloy produced by the method also has one with a
  • Magnesium alloy formed starting material, semi-finished product or component has an advantageously high strength, in particular compressive strength, and good formability.
  • composition ranges of the magnesium alloy according to the invention are indicated;
  • FIG. 5 shows a flow stress diagram of magnesium alloy samples from a magnesium alloy according to the invention after heat treatments have been carried out
  • FIG. 6 shows a flow stress diagram of magnesium alloy samples from a further magnesium alloy according to the invention after having been carried out
  • FIG. 7 shows a hardness diagram of magnesium alloy samples from a magnesium alloy according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic phase diagram representation (in at .-%) for magnesium-lithium-aluminum (Mg-Li-Al) according to a conventional ternary phase diagram configuration, with composition ranges or content ranges of
  • the ratio of aluminum to magnesium (in at .-%) of 1: 6 to 4: 6 is indicated in FIG. 1 by a square represented by a solid line, marked with
  • Composition range (in at%) from 30.0% to 60.0% lithium and one
  • Ratio of aluminum to magnesium (in at .-%) from 1: 6 to 4: 6. This
  • Composition area is in Fig. 1 with one with a dashed line
  • Magnesium alloys in particular in accordance with alloy compositions defined according to the invention, carried out.
  • characteristic data of Mg-20% Li-15% Al-1% Ca-0.5% Y (in% by weight) and Mg-20% Li-24% Al-1% are representative of the aforementioned composition ranges Ca-0.5% Y (in% by weight) manufactured magnesium alloy samples are shown.
  • the magnesium alloy samples were produced by permanent mold casting, in particular magnesium alloy samples having a cylindrical shape, a diameter of 5 mm and a length of 10 mm were produced. The magnesium alloy samples were subjected to compression tests
  • FIG. 2 shows a flow stress diagram with flow curves as a result of FIG
  • Magnesium alloy samples (as-cast), shown in FIG. 2 as solid lines, marked with reference numeral 3.
  • magnesium alloy samples were subjected to a heat treatment at 330 ° C for 3 hours and then flow curves were determined by means of pressure tests. A clear influence of the
  • Magnesium alloy samples which gives the potential to optimize compressive strength and formability, especially for a later application, to adjust through heat treatment.
  • 3 and 4 show scanning electron micrographs of the magnesium alloy samples produced from Mg-20% Li-15% Al-1% Ca-0.5% Y (in% by weight) with different magnifications.
  • light grain boundary phases in whitish-gray
  • fine crystal structures or morphologies in an area enclosed by the grain boundary phases, in particular in a central section of this area, or in the interior of the
  • FIG. 5 shows a flow stress diagram with flow curves as a result of FIG
  • FIG. 6 shows a flow stress diagram with flow curves as a result of FIG
  • FIG. 7 shows a hardness diagram as a result of hardness tests according to Vickers with magnesium alloy samples made from Mg-20% Li-15% Al-1% Ca-0.5% Y (in% by weight) at room temperature, about 20 ° C, Magnesium alloy samples were examined after heat treatments had been carried out with different heat treatment times. 330 ° C was used as the heat treatment temperature. in the
  • the hardness diagram shows mean values of hardnesses according to Vickers (HV 0.1) of several measurements depending on different heat treatment times t, from 0 minutes (min) to 300 minutes, of the magnesium alloy samples.
  • HV 0.1 Vickers
  • a gradual increase in hardness with a heat treatment time can be seen, with a high hardness being achievable in particular with a heat treatment time of more than 60 minutes.
  • this behavior can possibly be explained by a diffusion of calcium into the inner region of the mixed crystal.
  • a magnesium alloy according to the invention thus advantageously has both great strength and good formability, which in particular by means of
  • Heat treatment can be optimized or preferably increased.
  • the magnesium alloy according to the invention or a component with or made from the magnesium alloy according to the invention thus offers the potential to implement robust and resistant components, in particular structural components, in particular in the automotive industry, aircraft industry and / or space industry, preferably adapted to the purpose.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnesiumlegierung. Um eine Magnesiumlegierung zu erreichen, welche sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Umformbarkeit aufweist, ist erfindungsgemäß eine Magnesiumlegierung vorgesehen, aufweisend (in At.-%) 15,0 % bis 70,0 % Lithium, mehr als 0,0 % Aluminium, Rest Magnesium und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 1:6 bis 4:6 beträgt. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Magnesiumlegierung.

Description

Magnesiumlegierung und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Magnesiumlegierung.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer
Magnesiumlegierung.
Magnesiumlegierungen stellen insbesondere aufgrund deren geringen Dichte und guten mechanischen Eigenschaften häufig eingesetzte Konstruktionslegierungen bzw.
Konstruktionswerkstoffe, besonders im Bereich der Automobilindustrie und
Flugzeugindustrie, dar. Es ist bekannt, dass eine Duktilität von Magnesiumlegierungen durch Zusatz von Lithium (Li) verbessert werden kann, wobei üblicherweise mit zunehmendem Lithium-Anteil ein Übergang von einem hexagonalen Kristallsystem zu einem kubisch-raumzentrierten Kristallsystem in der Magnesiumlegierung stattfindet. Dies ist mit einer erhöhten Anzahl von Gleitebenen verbunden, wodurch eine auftretende deutlich verbesserte Duktilität mit zunehmendem Lithium-Anteil erklärbar ist. Allerdings kann diese Herangehensweise mit einer Verringerung von Festigkeit und
Korrosionsbeständigkeit der Magnesiumlegierung verbunden sein, sodass häufig weitere Legierungselemente wie beispielsweise Aluminium oder Zink zugesetzt werden, um diese Nachteile zu dämpfen und in der Regel zumindest moderate Festigkeiten und
Korrosionsbeständigkeiten zu erreichen.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnesiumlegierung anzugeben, welche eine hohe Festigkeit, insbesondere eine hohe Druckfestigkeit, und eine gute Umformbarkeit aufweist.
Weiter ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Magnesiumlegierung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Magnesiumlegierung, aufweisend, insbesondere bestehend aus, (in At.-%)
15,0 % bis 70,0 % Lithium,
mehr als 0,0 % Aluminium,
Rest Magnesium und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 1 :6 bis 4:6 beträgt.
Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass sich bei einer vorgenannten
Legierungszusammensetzung einer Magnesiumlegierung mit entsprechendem Anteil von Lithium (Li) sowie einem zwingend vorgesehenen Anteil von Aluminium (AI) in einem bestimmten, vorgenannten Verhältnisbereich von Aluminium zu Magnesium eine mikroskalige Gefügestruktur bzw. feine, insbesondere feine lamellare, Gefügestruktur in der Magnesiumlegierung ausbildet. Als theoretischer Unterbau dieses Verhaltens wird eine eutektische Umwandlung der Magnesiumlegierung angesehen, welche bei einem vorgenannten Verhältnis von Aluminium zu Magnesium auftritt. Die feinskalige
Gefügestruktur ist mit einer hohen Festigkeit, insbesondere einer hohen Druckfestigkeit verbunden, wobei gleichzeitig eine gute Umformbarkeit der Magnesiumlegierung bei entsprechenden vorgenannten Anteilen von Lithium in der Magnesiumlegierung gegeben ist. Orientierungszusammensetzung bzw. Orientierungslinie im Phasendiagramm ist dabei im Besonderen ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in Atomprozent, abgekürzt mit At.-%) von ca. 3:6, da sich bei diesem Verhältnis eine besonders homogene feinskalige bzw. homogene feine lamellare Gefügestruktur bzw. Morphologie findet. In einem Bereich um dieses Verhältnis, vor allem bei einem Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 1 :6 bis 4:6, findet sich die feine, insbesondere feine lamellare, Gefügestruktur bzw. Morphologie weiterhin mit unterschiedlich starker Ausprägung, was in der Regel entsprechend mit unterschiedlichen Ausprägungen einer Höhe einer
Festigkeit, insbesondere einer Höhe einer Druckfestigkeit, sowie Umformbarkeit bzw. Duktilität der Magnesiumlegierung verbunden ist. Aufgrund dieses besonderen
morphologischen Verhaltens im angegebenen Zusammensetzungsbereich ist damit eine Bildung einer Magnesiumlegierung ermöglicht, welche sowohl eine hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, als auch eine gute Umformbarkeit aufweist.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Magnesiumlegierung (in At.-%) 30,0 % bis 60,0 %, insbesondere 40 % bis 50 %, Lithium aufweist. Dadurch sind eine ausgeprägte Festigkeit und eine besonders ausgeprägte Umformbarkeit erreichbar. Dies dürfte sich
insbesondere aus einer Kombination von feinstrukturierter Morphologie und einer
Umwandlung zu einem kubisch-raumzentrierten Kristallsystem im angegebenen Lithium- Bereich ergeben. Besonders nachdrücklich treten sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Umformbarkeit in Erscheinung, wenn die Magnesiumlegierung (in At.-%) 45 % bis 50 %, insbesondere 45 % bis 48 %, Lithium aufweist.
Üblicherweise weist die Magnesiumlegierung (in At.-%) mehr als 0,05 %, insbesondere mehr als 0,1 %, in der Regel mehr als 1 % Aluminium auf.
Eine Konstruktionslegierung mit hoher Einsatzfähigkeit ist erreichbar, wenn die
Magnesiumlegierung als Magnesiumbasislegierung ausgebildet ist.
Magnesiumbasislegierung bezeichnet dabei entsprechend einer praxisüblichen Notation eine Magnesiumlegierung, welche unter Zugrundelegung deren Legierungsanteile in Gewichtsprozent (Gew.-%) als Hauptelement bzw. als größten Legierungsanteil
Magnesium enthält. Vor allem in Kombination mit, insbesondere vorstehend, angeführten Anteilen für Lithium ist eine praktikable Konstruktionslegierung mit sehr hohen
Festigkeitseigenschaften und ausgeprägter Umformbarkeit erreichbar.
Es hat sich gezeigt, dass eine, insbesondere lamellare, Gefügestruktur mit hoher Feinheit erreichbar ist, wenn das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 1 ,2:6 bis 4:6, insbesondere 1 ,4:6 bis 4:6, bevorzugt 1 ,5:6 bis 4:6, beträgt. Günstig für eine ausgeprägte Feinheit bzw. feine, insbesondere lamellare, Gefügestruktur ist es, wenn das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 1 ,8:6 bis 3,5:6, insbesondere 2:6 bis 3,5:6, bevorzugt 2,5:6 bis 3,5:6, beträgt. Dadurch ist eine besonders hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, erreichbar. Dies gilt besonders bei einem Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 2,8:6 bis 3,3:6, vorzugsweise etwa 3:6, bei welchem eine sehr homogene feine Morphologie bzw. Gefügestruktur erhältlich ist.
Vorteilhaft ist es hierzu insbesondere, wenn die Magnesiumlegierung (in At.-%) 30,0 % bis 60,0 % Lithium und ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 2,5:6 bis 3,5:6, insbesondere 2,8:6 bis 3,3:6, vorzugsweise etwa 3:6, beträgt. Eine besonders ausgeprägte Homogenität ist zudem erreichbar, wenn die Magnesiumlegierung (in At.-%) dabei 40,0 % bis 60,0 % Lithium aufweist.
Es versteht sich, dass die angegebenen Verhältnisse von Aluminium zu Magnesium mit entsprechenden Unsicherheiten, wie diese bei einer Herstellung von Legierungen, insbesondere unter Verwendung von Gießverfahren, üblich sind, behaftet sind und entsprechend nicht als vollkommen exakte Werte zu interpretieren sind, sondern einem üblichen, praktisch sinnvollen Rundungsschema unterliegen, wie dies von einem verständigen Fachmann auf dem Gebiet einer Legierungsherstellung, insbesondere unter Verwendung von Gießverfahren, zweckmäßig angewendet wird, um eine entsprechende Magnesiumlegierung herzustellen.
Es hat sich bewährt, wenn die Magnesiumlegierung mehr als 0,0 bis 3,0 Gew.-%, insbesondere mehr als 0,0 bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt mehr als 0,0 bis 1 ,5 Gew.-%, Calcium (Ca) aufweist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit der Magnesiumlegierung erreichbar. Üblicherweise beträgt eine untere Grenze bei, insbesondere vorgenannten, Gehaltsbereichen für Calcium mehr als 0,05 Gew.-%.
Insbesondere ist damit eine verringerte Oxidationsneigung der Magnesiumlegierung umsetzbar, vorteilhaft üblicherweise dadurch, dass sich eine stabile Oxidationsschicht an einer Oberfläche der Magnesiumlegierung bildet. Weiter ist durch einen vorgenannten Anteil von Calcium ein Kornfeinungseffekt in der Magnesiumlegierung nutzbar bzw.
erreichbar, sodass eine hohe Stabilität des feinskaligen Gefüges erreichbar und eine Festigkeit der Magnesiumlegierung weiter erhöhbar ist. Sowohl eine hohe
Oxidationsbeständigkeit als auch eine erhöhte Festigkeit bzw. eine Stabilisierung der Festigkeitseigenschaften ist erreichbar, wenn die Magnesiumlegierung 0,5 Gew.-% bis 1 ,0 Gew.-% Calcium aufweist. Vorstehend angeführte Effekte bei einem Vorhandensein von Calcium in der Magnesiumlegierung beruhen insbesondere auf einer Bildung von CaO. Entsprechend kann im Speziellen vorgesehen sein, dass Calcium, zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, bevorzugt gänzlich, in Form von CaO der
Magnesiumlegierung als Legierungsanteil zugesetzt wird bzw. in der Magnesiumlegierung enthalten ist. Damit kann eine homogene Verteilung von Calcium bzw. CaO in der Magnesiumlegierung begünstigt werden. Vorteilhaft ist es somit insbesondere, wenn die Magnesiumlegierung CaO mit den vorstehend angegebenen Anteilen für Calcium aufweist.
Für eine Reduktion einer Oxidationsneigung ist es günstig, wenn die Magnesiumlegierung mehr als 0,0 bis 3,0 Gew.-%, bevorzugt 1 ,0 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, Seltenerdmetalle, insbesondere Yttrium (Y), aufweist. Üblicherweise beträgt eine untere Grenze bei, insbesondere vorgenannten, Gehaltsbereichen für Seltenerdmetalle, vor allem Yttrium, mehr als 0,05 Gew.-%. Von Relevanz ist hierbei besonders eine auftretende Bildung von Y2O3 in der Magnesiumlegierung. Entsprechend kann im Speziellen vorgesehen sein, dass Yttrium, zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, bevorzugt gänzlich, in Form von Y2O3 der Magnesiumlegierung als Legierungsanteil zugesetzt wird bzw. in der Magnesiumlegierung enthalten ist. Vorteilhaft ist es somit, wenn die Magnesiumlegierung Y2O3 mit den vorgenannt angegebenen Anteilen für Yttrium aufweist.
Eine Oxidationsneigung ist insbesondere reduzierbar, wenn sowohl Calcium,
insbesondere in Form von CaO, als auch Seltenerdmetalle, insbesondere Yttrium, bevorzugt in Form von Y2O3, jeweils entsprechend den vorgenannten Gehaltsbereichen, in der Magnesiumlegierung enthalten sind, wobei sich im Besonderen Calcium mit mehr als 0,0, insbesondere mehr als 0,05 Gew.-%, bis 1 ,5 Gew.-% und Yttrium mit 1 ,0 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% bewährt hat.
Eine besonders ausgeprägte Korrosionsbeständigkeit ist erreichbar, wenn die
Magnesiumlegierung Calcium und Seltenerdmetalle, insbesondere Yttrium, enthält, wobei ein Gesamtanteil von Calcium und Seltenerdmetallen, insbesondere Yttrium, mehr als 0,0, insbesondere mehr als 0,05 Gew.-%, bis 3,0 Gew.-%, bevorzugt 1 ,0 Gew.-% bis
2,5 Gew.-%, beträgt.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Druckfestigkeit der Magnesiumlegierung, insbesondere bei Raumtemperatur, mindestens 300 MPa, insbesondere mindestens 350 MPa, bevorzugt mindestens 380 MPa, besonders bevorzugt mindestens 400 MPa, beträgt. Dies ist mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Legierungszusammensetzung für die
Magnesiumlegierung aufgrund deren feinstrukturierten Gefügestruktur, insbesondere nach einer Herstellung der Magnesiumlegierung durch Gießen, erreichbar. Bevorzugt gelten vorgenannte Werte für eine maximale Druckfestigkeit, im Speziellen für eine Stauchgrenze oder Guetschgrenze, der Magnesiumlegierung. Mit Vorteil kann die
Druckfestigkeit bzw. maximale Druckfestigkeit bzw. Stauchgrenze oder Guetschgrenze der Magnesiumlegierung mindestens 410 MPa, im Speziellen mindestens 430 MPa, betragen. Dies ist üblicherweise praktikabel mit einer Wärmebehandlung erreichbar, wie insbesondere nachstehend dargelegt ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Magnesiumlegierung eine gute Auslagerungsfähigkeit aufweist, wobei eine Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, und/oder Umformbarkeit der Magnesiumlegierung durch Wärmebehandlung der Magnesiumlegierung weiter optimiert bzw. bevorzugt erhöht werden können. Mit Vorteil ist daher vorgesehen, dass eine spezifische Druckfestigkeit, insbesondere eine maximale spezifische Druckfestigkeit, der Magnesiumlegierung, insbesondere bei Raumtemperatur, in einem ausgelagerten Zustand mindestens 300 Nm/g, insbesondere mindestens 330 Nm/g, bevorzugt mindestens 350 Nm/g, beträgt. Der ausgelagerte Zustand bezeichnet dabei einen Zustand der Magnesiumlegierung nach einer durchgeführten Wärmebehandlung der Magnesiumlegierung. Hierzu günstige Randbedingungen der Wärmebehandlung sind insbesondere nachstehend im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung einer
Magnesiumlegierung weiter erläutert und entsprechend anwendbar.
Die angegebenen Materialkennwerte für die Magnesiumlegierung, vornehmlich Werte zu Druckfestigkeit bzw. spezifischer Druckfestigkeit, beziehen sich dabei insbesondere auf eine Raumtemperatur, welche üblicherweise zwischen 20 °C und 25 °C, in der Regel bei etwa 20 °C, liegt.
Es hat sich gezeigt, dass eine besonders große Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, und vorteilhaft große Umformbarkeit erreichbar sind, wenn die Magnesiumlegierung 18,0 Gew.-% bis 24,0 Gew.-%, insbesondere 18,0 Gew.-% bis 22 Gew.-% Lithium, und 15,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-%, insbesondere 16,5 Gew.-% bis 28,0 Gew.-% Aluminium aufweist. Hierbei hat sich zudem gezeigt, dass mit einem zusätzlichen Anteil von Calcium eine Härte der Magnesiumlegierung, insbesondere im Rahmen einer durchgeführten Wärmebehandlung, optimiert bzw. gezielt eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist es hierfür, wenn die Magnesiumlegierung außerdem Calcium mit mehr als 0,0, insbesondere mehr als 0,05 Gew.-%, bis 2,5 Gew.-%, insbesondere 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, bevorzugt 0,3 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-%, aufweist. Somit kann im Speziellen in diesem Gehaltsbereich von Lithium und Aluminium durch Calcium nicht nur eine
Korrosionsbeständigkeit bzw. Oxidationsneigung beeinflusst bzw. verbessert werden, sondern zudem Einfluss auf ein Härte der Magnesiumlegierung genommen werden. Dies zeigt sich im Besonderen, wenn die Magnesiumlegierung 18,0 Gew.-% bis 22 Gew.-% Lithium und 16,5 Gew.-% bis 28,0 Gew.-% Aluminium aufweist, besonders hervortretend bei 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, insbesondere bei 0,3 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-%, Calcium. Im Rahmen einer Wärmebehandlung nimmt üblicherweise die Härte mit zunehmender Wärmebehandlungsdauer zu, sodass abhängig von einer Dauer der Wärmbehandlung eine Härte der Magnesiumlegierung einstellbar ist. Günstig für eine hohe Härte ist es, wenn eine Wärmebehandlung zwischen 200 °C und 450 °C eine Wärmbehandlungsdauer von mehr als 1 Stunde, insbesondere mehr als 3 Stunden, aufweist. Im Speziellen ist eine einfach handzuhabende und zu bearbeitende Zusammensetzung bzw.
Magnesiumlegierung zu erhalten, wenn die Magnesiumlegierung 20 Gew.-% Lithium und 15,0 Gew.-% bis 30,0 Gew.-%, insbesondere 16,5 Gew.-% bis 28,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 18,0 Gew.-% bis 26,0 Gew.-%, Aluminium aufweist. Dies gilt besonders, wenn zudem wie vorstehend angeführt Calcium in der Magnesiumlegierung enthalten ist.
Die mechanischen Eigenschaften der Magnesiumlegierung können durch Zusätze weiterer Legierungselemente auf einen bestimmten Einsatzzweck hin optimiert werden. Für eine Feinabstimmung einer Festigkeit, insbesondere der Druckfestigkeit, der
Magnesiumlegierung ist es günstig, wenn die Magnesiumlegierung 3,0 Gew.-% bis 10,0 Gew.-% Zink aufweist. Eine Optimierung der Druckfestigkeit, insbesondere ohne eine Umformbarkeit besonders einzuschränken, ist erreichbar, wenn die Magnesiumlegierung 7,0 Gew.-% bis 10,0 Gew.-% Zink aufweist. Alternativ oder kumulativ zu Zink ist es hierzu günstig, wenn die Magnesiumlegierung 2,0 Gew.-% bis 10,0 Gew.-%, bevorzugt 3,0 Gew.-% bis 7,0 Gew.-%, Silicium aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung beruht in der Regel darauf, dass Ausgangsstoffe der Magnesiumlegierung vermischt und ausgehend von einer flüssigen bzw. teilflüssigen Phase abgekühlt werden. Auf einfache Weise kann die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung bzw. ein Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil mit bzw. aus der Magnesiumlegierung mittels üblicher Gießverfahren, beispielsweise mit Formgieß-Verfahren, Druckguss-Verfahren, Strangguss-Verfahren oder Kokillenguss-Verfahren hergestellt werden. Als vorteilhaft hat es sich insbesondere erwiesen, wenn die Herstellung der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung eine Wärmebehandlung umfasst, um eine Mikrostruktur bzw. Morphologie der
Magnesiumlegierung im Hinblick auf eine Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, bzw. Umformbarkeit zu optimieren.
Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung erreicht, wobei eine Wärmebehandlung der Magnesiumlegierung durchgeführt wird, um eine Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, und/oder Umformbarkeit der Magnesiumlegierung zu optimieren bzw. zu erhöhen. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Wärmebehandlung der Magnesiumlegierung eine Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, bzw. Umformbarkeit der Magnesiumlegierung weiter optimiert bzw. erhöht werden können, sodass diese insbesondere gezielt, bevorzugt auf einen Einsatzzweck der Magnesiumlegierung abgestimmt, eingestellt werden können.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen, Umsetzungen und Wirkungen, welche im Rahmen einer
erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung, insbesondere vorstehend, beschrieben sind, ausgebildet sein kann. Analoges gilt auch für die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung im Hinblick auf ein, insbesondere nachstehend, beschriebenes, erfindungsgemäßes Verfahren bzw. dessen einzelne Behandlungsschritte bzw. Herstellungsschritte.
Günstig für eine ausgeprägte Erhöhung der Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, ist es, wenn die Wärmebehandlung mit einer Temperatur größer als 200 °C, insbesondere zwischen 200 °C und 450 °C, für mehr 20 Minuten, insbesondere mehr als 1 Stunde, durchgeführt wird. Als besonders geeignet für eine ausgeprägte Erhöhung der Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, hat sich dabei eine Wärmebehandlung mit einer
Temperatur zwischen 250 °C und 400°C, bevorzugt zwischen 270 °C und 350 °C, erwiesen. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Wärmebehandlung für mehr als 1 Stunde (Std), bevorzugt zwischen 1 Stunde und 10 Stunden, insbesondere bevorzugt zwischen 1 Stunde und 6 Stunden, durchgeführt wird, um die Festigkeit effizient einzustellen. Als besonders effizient für eine nachhaltige Festigkeitserhöhung bei gleichzeitiger
Optimierung einer Umformbarkeit der Magnesiumlegierung hat sich eine
Wärmebehandlung zwischen 300 °C und 350 °C, bevorzugt zwischen 320 °C und 340 °C, für 2 Stunden bis 5 Stunden erwiesen. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch eine längere Wärmebehandlungsdauer üblich sein kann, allerdings haben sich die vorstehend angegebenen Wärmebehandlungsdauern als besonders praktikabel hinsichtlich einer zeiteffizienten Optimierung der mechanischen Eigenschaften gezeigt.
Mit Vorteil ist ein Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil mit, insbesondere aus, einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung oder erhältlich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung umgesetzt. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen, Merkmalen und Wirkungen der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung bzw. einer mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Magnesiumlegierung weist auch ein mit einer
Magnesiumlegierung gebildetes Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil eine vorteilhaft hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, und gute Umformbarkeit auf.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend
dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 eine schematische Phasendiagramm-Darstellung für Mg-Li-Al, in welcher
Zusammensetzungsbereiche der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung angegeben sind;
Fig. 2 ein Fließspannungsdiagramm mehrerer Magnesiumlegierungsproben aus einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung;
Fig. 3 und Fig. 4 Rasterelektronenmikroskopaufnahmen einer Magnesiumlegierungsprobe aus einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung mit unterschiedlichen
Vergrößerungen;
Fig. 5 ein Fließspannungsdiagramm von Magnesiumlegierungsproben aus einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung nach durchgeführten Wärmebehandlungen;
Fig. 6 eine Fließspannungsdiagramm von Magnesiumlegierungsproben aus einer weiteren erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung nach durchgeführten
Wärmebehandlungen;
Fig. 7 ein Härtediagramm von Magnesiumlegierungsproben aus einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Phasendiagramm-Darstellung (in At.-%) für Magnesium- Lithium-Aluminium (Mg-Li-Al) gemäß einer üblichen ternären Phasendiagramm- Ausgestaltung, wobei Zusammensetzungsbereiche bzw. Gehaltsbereiche von
Legierungsanteilen einer erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung angegeben sind. In der Phasendiagramm-Darstellung ist als strichpunktierte Linie A eine
Orientierungszusammensetzung einer Mg-Li-Al-Legierung mit einem Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von ca. 3:6 dargestellt, da sich entsprechend einer der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis in einem Gehaltsbereich von 15,0 At.-% bis 70,0 At.-% Lithium bei diesem Verhältnis von Aluminium zu Magnesium eine besonders homogene, feinskalige, insbesondere feine lamellare, Gefügestruktur bzw. Morphologie findet. In einem Bereich um dieses Verhältnis, angegeben mit einem Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 1 :6 bis 4:6, findet sich diese feinskalige bzw. feinstrukturierte Gefügestruktur weiterhin in unterschiedlich starker Ausprägung und erklärt eine vorteilhaft hohe Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit, sowie gute
Umformbarkeit der Magnesiumlegierung in diesem Bereich. Ein
Zusammensetzungsbereich (in At.-%) von 15,0 % bis 70,0 % Lithium und einem
Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 1 :6 bis 4:6 ist in Fig. 1 mit einem mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Viereck, gekennzeichnet mit
Bezugszeichen 1 , ersichtlich dargestellt. Eine ausgeprägte Festigkeit und besonders ausgeprägte Umformbarkeit findet sich insbesondere in einem
Zusammensetzungsbereich (in At.-%) von 30,0 % bis 60,0 % Lithium und einem
Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) von 1 :6 bis 4:6. Dieser
Zusammensetzungsbereich ist in Fig. 1 mit einem mit einer gestrichelten Line
dargestellten Viereck, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 2, dargestellt.
Im Rahmen einer Entwicklung der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung wurden Versuchsreihen mit unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen von
Magnesiumlegierungen, insbesondere entsprechend von erfindungsgemäß definierten Legierungszusammensetzungen, durchgeführt. Im Folgenden werden repräsentativ für die vorgenannten Zusammensetzungsbereiche Kenndaten von aus Mg-20%Li-15%AI- 1 %Ca-0,5%Y (in Gew.-%) und Mg-20%Li-24%AI-1 %Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten Magnesiumlegierungsproben dargestellt. Die Magnesiumlegierungsproben wurden mittels Kokillenguss hergestellt, wobei insbesondere Magnesiumlegierungsproben mit zylindrischer Form, mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 10 mm, gefertigt wurden. Die Magnesiumlegierungsproben wurden Druckversuchen bei
Raumtemperatur, etwa 20 °C, unterzogen und als Ergebnis Fließkurven ermittelt, welche eine Fließspannung, in MPa, als Funktion eines Verformungsgrades, in %, darstellen.
Fig. 2 zeigt ein Fließspannungsdiagramm mit Fließkurven als Ergebnis von
Druckversuchen mit aus Mg-20%Li-15%AI-1%Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten
Magnesiumlegierungsproben bei Raumtemperatur. Dargestellt sind Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben unmittelbar nach einer Herstellung der
Magnesiumlegierungsproben (as-cast), in Fig. 2 gezeigt als durchgezogenen Linien, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 3. Darüber hinaus sind Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben nach einer durchgeführten Wärmebehandlung (aged) der Magnesiumlegierungsproben dargestellt, in Fig. 2 gezeigt als gestrichelte Linien, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 4. Hierzu wurden Magnesiumlegierungsproben einer Wärmebehandlung bei 330 °C für 3 Stunden unterzogen und anschließend Fließkurven mittels Druckversuchen ermittelt. Ersichtlich ist ein deutlicher Einfluss der
Wärmebehandlung auf Druckfestigkeit und Umformbarkeit der
Magnesiumlegierungsproben, wodurch das Potential gegeben ist, Druckfestigkeit und Umformbarkeit optimiert, insbesondere auf einen späteren Einsatzzweck hin, durch Wärmebehandlung einzustellen.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Rasterelektronenmikroskopaufnahmen der aus Mg-20%Li-15%AI- 1 %Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten Magnesiumlegierungsproben mit unterschiedlichen Vergrößerungen. Ersichtlich sind einerseits helle Korngrenzphasen (in weißlich-grau), welche als Al-Ca identifiziert wurden und andererseits ausgeprägte feine Kristallstrukturen bzw. Morphologien in einem von den Korngrenzphasen umschließenden Bereich, insbesondere in einem Zentrumsabschnitt dieses Bereiches, bzw. im Inneren des
Mischkristalles, gut ersichtlich insbesondere in Fig. 4. Erkennbar ist außerdem eine stark unterschiedliche Feinstruktur, insbesondere in der Nähe der Korngrenzphasen.
Fig. 5 zeigt ein Fließspannungsdiagramm mit Fließkurven als Ergebnis von
Druckversuchen mit aus Mg-20%Li-15%AI-1%Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten
Magnesiumlegierungsproben bei Raumtemperatur, wobei Magnesiumlegierungsproben nach durchgeführten Wärmebehandlungen mit unterschiedlichen
Wärmebehandlungstemperaturen untersucht wurden. Dargestellt sind Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben, welche einer Wärmebehandlung bei 270 °C für 4 Stunden unterzogen wurden, in Fig. 5 gezeigt als gestrichelte Linien, gekennzeichnet mit
Bezugszeichen 5, und Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben, welche einer Wärmebehandlung bei 330 °C für 4 Stunden unterzogen wurden, in Fig. 5 gezeigt als durchgezogenen Linien, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 6. Ersichtlich ist ein ausgeprägter Einfluss von Wärmebehandlungstemperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der Magnesiumlegierungsproben, wobei eine
Wärmebehandlungstemperatur von 330 °C im Vergleich zu einer niedrigeren
Wärmebehandlungstemperatur von 270 °C zu einer ausgeprägten Verbesserung der Druckfestigkeit führt, wobei gleichzeitig weiterhin eine sehr gute Umformbarkeit der Magnesiumlegierungsproben gegeben ist.
Fig. 6 zeigt ein Fließspannungsdiagramm mit Fließkurven als Ergebnis von
Druckversuchen mit aus Mg-20%Li-24%AI-1%Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten
Magnesiumlegierungsproben bei Raumtemperatur, wobei Magnesiumlegierungsproben nach durchgeführten Wärmebehandlungen mit unterschiedlichen
Wärmebehandlungstemperaturen untersucht wurden. Dargestellt sind Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben, welche einer Wärmebehandlung bei 270 °C für 4 Stunden unterzogen wurden, in Fig. 6 gezeigt als gestrichelte Linien, gekennzeichnet mit
Bezugszeichen 7, und Fließkurven von Magnesiumlegierungsproben, welche einer Wärmebehandlung bei 330 °C für 4 Stunden unterzogen wurden, in Fig. 6 gezeigt als durchgezogenen Linien, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 8. Auch hier findet sich analog zu dem in Fig. 5 dargestellten Ergebnis ein ausgeprägter Einfluss von
Wärmebehandlungstemperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der
Magnesiumlegierungsproben, wobei eine Wärmebehandlungstemperatur von 330 °C im Vergleich zu einer niedrigeren Wärmebehandlungstemperatur von 270 °C zu einer Verbesserung der Druckfestigkeit führt, wobei gleichzeitig weiterhin eine gute
Umformbarkeit der Magnesiumlegierungsproben gegeben ist.
Fig. 7 zeigt ein Härtediagramm als Ergebnis von Härteprüfungen nach Vickers mit aus Mg-20%Li-15%AI-1%Ca-0,5%Y (in Gew.-%) gefertigten Magnesiumlegierungsproben bei Raumtemperatur, etwa 20 °C, wobei Magnesiumlegierungsproben nach durchgeführten Wärmebehandlungen mit unterschiedlichen Wärmebehandlungsdauern untersucht wurden. Als Wärmebehandlungstemperatur wurde 330 °C angewendet. Im
Härtediagramm sind jeweils Mittelwerte von Härten nach Vickers (HV 0,1) von mehreren Messungen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Wärmebehandlungsdauern t, von 0 Minuten (min) bis 300 Minuten, der Magnesiumlegierungsproben dargestellt. Ersichtlich ist eine sukzessive Zunahme der Härte mit einer Wärmebehandlungsdauer, wobei insbesondere bei einer Wärmbehandlungsdauer von mehr als 60 Minuten eine hohe Härte erreichbar ist. Mit Hinblick auf die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Bilddarstellungen ist dieses Verhalten möglicherweise erklärbar mit einer Diffusion von Calcium in den inneren Bereich des Mischkristalles. Eine erfindungsgemäße Magnesiumlegierung weist somit vorteilhaft sowohl eine große Festigkeit als auch eine gute Umformbarkeit auf, welche insbesondere mittels
Wärmebehandlung optimiert bzw. bevorzugt erhöht werden können. Im Speziellen ist außerdem die Möglichkeit gegeben, eine Härte der Magnesiumlegierung zu optimieren bzw. definiert einzustellen. Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung bzw. ein Bauteil mit bzw. aus der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung bietet damit ein Potenzial robuste und widerstandfähige Bauelemente, insbesondere Konstruktionsbauelemente, im Besonderen in der Automobilindustrie, Flugzeugindustrie und/oder Weltraumindustrie, bevorzugt zweckangepasst, umzusetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Magnesiumlegierung, aufweisend (in At.-%)
15,0 % bis 70,0 % Lithium,
mehr als 0,0 % Aluminium,
Rest Magnesium und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
wobei ein Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 1 :6 bis 4:6 beträgt.
2. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnesiumlegierung (in At.-%) 30,0 % bis 60,0 %, insbesondere 40 % bis 50 %, Lithium aufweist.
3. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium (in At.-%) 2:6 bis 3,5:6 beträgt.
4. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesiumlegierung mehr als 0,0 bis 3,0 Gew.-% Calcium aufweist.
5. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesiumlegierung mehr als 0,0 bis 3,0 Gew.-% Seltenerdmetalle,
insbesondere Yttrium, aufweist.
6. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesiumlegierung Calcium und Seltenerdmetalle, insbesondere Yttrium, enthält, wobei ein Gesamtanteil von Calcium und Seltenerdmetallen, insbesondere Yttrium, mehr als 0,0 bis 3,0 Gew.-% beträgt.
7. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckfestigkeit der Magnesiumlegierung mindestens 300 MPa, insbesondere mindestens 350 MPa, beträgt.
8. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine spezifische Druckfestigkeit der Magnesiumlegierung in einem ausgelagerten Zustand mindestens 300 Nm/g beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmebehandlung der Magnesiumlegierung durchgeführt wird, um eine Festigkeit und/oder Umformbarkeit der Magnesiumlegierung zu optimieren.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung mit einer Temperatur größer als 200 °C, insbesondere zwischen 200 °C und 400 °C, für mehr 20 Minuten, insbesondere mehr als 1 Stunde, durchgeführt wird.
11. Vormaterial, Halbzeug oder Bauteil mit einer Magnesiumlegierung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8 oder erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
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