Verfahren zur Veredelung von Magnesiumlegierungen durch eine Ansacheidungshärtung bewirkende Wärmebehandlung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredelung von solchen Magnesiumlegie- rungen, .die einer durch Wärmebehandlung herbeigeführten Ausscheidungshärtung zu gänglich sind, und zwar insbesondere von Magnesiumlegierungen mit zwischen 3 und 12 % Aluminium.
Für die Veredelung, derartiger Legierun gen ist bereits vorgeschlagen worden, die Le gierungen zunächst einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich steigender Lös lichkeit des zur Bildung von Mischkristallen befähigten Legierungsbestandteils zu unter werfen (Homogenisierungsstufe), und darauf die Legierung entweder abzuschrecken und anschliessend in einem tiefer gelegenen Tem peraturbereich anzulassen, oder aber sie einer künstlich verzögerten Abkühlung aus dem erstgenannten Temperaturbereich zu unter werfen (Anlassstufe).
Theoretisch würde die obere Grenze für die in der Homogenisierungsstufe anzuwen denden Temperaturen durch den Solidus- Punkt der Legierung gebildet werden, und da anderseits die Diffusionsgeschwindigkeit der Legierungsmetalle mit steigenden Tem peraturen stark zunimmt, liegt es nahe, zwecks Abkürzung der Behandlungsdauer die Glühbehandlung bei Temperaturen mög lichst nahe unterhalb des Soliduspunktes durchzuführen.
Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass die Anwendung so hoher Temperaturen zu einem teilweisen Schmelzen der Legierun gen, und damit auch zu Formänderungen von der Wärmebehandlung zu unterwerfen den Werkstücken führt.
Es wurde nun gefunden, dass dieses mit der Theorie. anscheinend in Widerspruch stehende Verhalten der Legierungen darauf zurückzuführen ist, dass dieselben bei der Abkühlung nicht in dem sich aus dem Pha sendiagramm ergebenden Gleichgewicht er starren. Die sich bei der Abkühlung bilden den magnesiumreichen Primärkristalle neh men nämlich infolge der geringen Diffusions- geschwindigkeit nicht die der Sättigungs grenze im festen Zustande entsprechende Menge an Legierungsmetallen, beispielsweise Aluminium, in fester Lösung auf, so dass mehr oder weniger grosse Anteile der letzteren in Form eines interkristallinen Netzwerkes aus geschieden werden,
dessen Schmelzpunkt an scheinend mit dem des bei höheren Fremd metallgehalten auftretenden Eutektikums übereinstimmt. Man hat infolgedessen bei der Wärmebehandlung dieser Legierungen nur Temperaturen zur Anwendung bringen können, die unterhalb dieser eutektischen Temperatur liegen und die zur Erzielung der beabsichtigten Homogenisierung über entsprechend lange Zeiträume hinaus auf rechterhalten werden mussten. Da die hier bei in Frage kommenden Zeiträume sich nach mehreren Tagen bemessen, wird die lange Dauer dieser Glühbehandlung im prak tischen Betriebe als ausserordentlich störend empfunden.
Es wurde nun beobachtet, dass schon nach einer verhältnismässig kurzzeitigen Wärme behandlung bei Temperaturen dicht unter halb der eutektischen Temperatur die Haupt menge des interkristallin eingelagerten, leicht schmelzbaren Netzwerkes verschwindet, in dem nämlich beträchtliche Anteile des letzte ren in Form einer festen Lösung in die an fangs noch ungesättigten primären Magne- siumkristalle eintreten.
Ist dieser Zustand aber einmal erreicht, so erscheint eine nach trägliche Steigerung der Behandlungstempe ratur bis und über die eutektische Tempera tur ohne die Gefahr möglich, dass infolge der Gegenwart leicht schmelzbarer Gefügebe standteile ein teilweises Schmelzen der Le gierungen, insbesondere von Werkstücken, mit seinen unerwünschten Folgeerscheinun gen eintritt. Natürlich darf bei. dieser Stei gerung die der Legierungszusammensetzung auf Grund -des Zustandsdiagrammes entspre chende Solidustemperatur nicht überschritten werden.
In der Zeichnung ist beispielsweise die magnesiumreiche Seite des Zustandsdia gramms der Magnesium-Aluminium-Legie- rungen wiedergegeben. Die ausgezogenen Li nien<I>A, B,</I> C, entsprechen den theoretischen Phasengrenzen im Gleichgewichtszustand der Legierungen, während die gestrichelt ge zeichneten Linien<I>D, E, F,</I> die bei einer nor malen Abkühlung der Legierungen aus dem geschmolzenen Zustand sich einstellenden tatsächlich beobachteten Verhältnisse wieder geben.
Gemäss Erfindung wird die zur Homo genisierung dienende Wärmebehandlung der Legierungen derart durchgeführt, dass die Behandlungstemperatur der Legierungen un terhalb der eutektischen Temperatur liegt, bis der Hauptteil der in den Korngrenzen ausgeschiedenen fremdmetallreichen Bestand teile durch Diffusion in die primären Kri stalle zum Verschwinden gebracht ist, als dann aber mindestens bei der eutektischen Temperatur liegt.
Die Wirkung der ersten Behandlung bei unterhalb der cutelitischen Temperatur be steht nach dem Vorgesagten darin, dass der Hauptteil der in den Korngrenzen ausge schiedenen fremdmetallreichen Bestandteile durch Diffusion in die primären Kristalle zum Verschwinden gebracht werden. Im Hinblick auf die Zeichnung bedeutet dies, dass die gestrichelten Linien D, E, F, nach links verschoben werden, so dass sie sich den ausgezogenen Linien<I>A, B,</I> C, allmählich nähern und schliesslich mit ihnen zusammen fallen.
Hieraus folgt aber, dass die Temperatu ren, . bei denen ein auch nur teilweises Schmelzen von Bestandteilen der Legierung stattfindet, infolge des Verschwindens dieser leichtschmelzenden Bestandteile steigen und zum Schluss mit der ausgezogenen Solidus- linie im Zustandsdiagramm zusammenfallen. Dies heisst aber nichts anderes, als dass im Anschluss eine Wärmebehandlung bei Tem peraturen, die bei oder oberhalb der eutelk- tischen liegen,, vorgenommen und so die Ho mogenisierung in entsprechend kürzerer Zeit zum Abschluss gebracht werden kann.
Nach der bisher üblichen Behandlungs weise wurde für die Homogenisierung von Magnesium-Aluminium-Legierungen eine Wärmebehandlung, bei 430' während etwa 72 Stunden für erforderlich gehalten. Nach dem vorliegenden Verfahren dagegen, bei dem zunächst beispielsweise eine Vorbehand- lung bei 430" während etwa 6 bis 9 Stunden erfolgen kann, kann die gleiche Wirkung schon nach einer Nachbehandlung bei 440 während etwa 15 bis 8 Stunden erreicht wer den, so dass die Gesamtdauer der Wärme behandlung nur etwa 21 bis 17 Stunden be trägt.
Die Wärmebehandlung bei den insbeson dere gegenüber der eutektischen Temperatur erhöhten Temperaturen kann unmittelbar im Anschluss an die Vorbehandlung vorgenom men werden. Man kann aber auch nach Ab schluss der Vorbehandlung den Werkstoff abschrecken und ihn später der Nachbehand lung bei der erhöhten Temperatur unter werfen.
Weitere Versuche haben gezeigt, dass man die Temperatur der Vorbehandlung schon während der letzteren allmählich stei gern kann in dem Sinne, dass man mit der fortschreitenden Annäherung der tatsäch lichen Soliduslinie an ihren theoretischen Verlauf (entsprechend der allmählichen An näherung der Linien<I>D,</I> E, <I>F</I> an die Li nien<I>A, B, C</I> in dem Gleichgewichtsdia gramm) nachfolgt. Auf diese Weise kann ein allmählicher Übergang der Vorbehand- lungs- in die Nachbehandlungsstufe erzielt ,verden.
,Beispiel: Eine Magnesiumlegierung mit 8 % Alu minium und<B>0.3%</B> Mangan weist in nor malem Zustand eine Zugfestigkeit von 19 kg/mm@ und eine Dehnung von 5 % (auf 50 mm Messlänge) auf. Die Legierung wurde in einem 'elektrischen Ofen und in einer Kohlensäureatmosphäre zunächst einer Vor behandlung während 5 Stunden bei 420' unterworfen, worauf die Temperatur auf 435 gesteigert und diese letztere Tempera tur während 16 Stunden aufrechterhalten wurde.
Nach Abschreckung der Legierung ergab sich eine Zugfestigkeit von 28 kg/mm' und eine Dehnung von 5 % (auf 50 mm Mess- länge). Nach Abschluss, der beschriebenen Wärmebehandlung kann die Legierung in an sich bekannter Weise zwecks weiterer Stei gerung ihrer Festigkeitseigenschaften eine Anlassbehandlung während 16 Stunden bei <B>150'</B> erfahren.
Neben den die eigentliche Vergütung be dingenden Fremdmetallen, wie Aluminium, Zink und dergleichen können auch andere Metalle, wie Silizium, Mangan und derglei chen, die eine Ausscheidungshärtung im Magnesium nicht zu erzeugen vermögen, in kleinen Mengen (bis zu etwa 2%) zugegen sein.