DE2122148A1 - Verfahren zur Herstellung von Druck gußstucken aus einer Legierung auf Magne siumbasis - Google Patents

Description

Dr. Michael Hann

Patentanwalt 635 Bad Nauheim

Burgalle· 12 b Telefon (0 60 32) 62 37

30. April 1971

H / W (299) 14,764

The Dow Chemical Company, Midland, Michigan, V. St. A. λ

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON DRUCKGUSS-STÜCKEN AUS EINER LEGIERUNG AUF MAGNESIUMBASIS

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußstücken mit verbesserter Dauerstandfestigkeit aus einer Legierung auf Magnesiumbasis.

Es werden zahlreiche Magnesiumlegierungen, die Aluminium enthalten zur Herstellung von Bauteilen für die Verwendung bei hohen Temperaturen, z.B. für die Herstellung von Motorteilen von Automobilen,verwendet. Als Beispiel für derartige Legierung sei die gemäß ASTM als "AZ80C" bezeichnete Magnesiumlegierung genannt, die 8% Aluminium, 0,15% Magnesium und 0,6% Zink enthält. Nach längerer Beanspruchung sind diese Legierungen einer Kriechdehnung (creep) unterworfen, wodurch es zu einem Bruch des Teiles aus dieser Legierung kommt.

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußstücken mit verbesserter Dauerstandfestigkeit aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, bei dem eine Le-

109851/0997

gierung, die in Gew.-% 0,9 bis 6,5% Aluminium, 0 bis 1,5% Mangan, 0,24 bis 10% eines Elementes aus der Gruppe der Seltenen Erde und als Restbestandteile Magnesium und übliche Verunreinigungen enthält, im Druckgußverfahren zu Druckgußstücken verarbeitet wird.

Die Erfindung richtet sich ausserdem auch noch auf ein Verfahren zur Verbesserung der Dauerstandfestigkeit von Druckgußlegierungen auf Basis von Magnesium, wobei diese Legierungen in Gew.«-% 0,9 bis 6,5% Aluminium, 0 bis 1,5% Mangan und als restliche Bestandteile Magnesium und übliche Verunreinigungen enthält, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man in die Legierung 0,24 bis 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, eines Elements aus der Gruppe der Seltenen Erde einbringt.

Der Ausdruck "Element aus der Gruppe der Seltenen Erden" wird hier so verwendet, dass er Scandium, Ytrium, Thorium und die Elemente nach dem Periodischen System mit Ordnungszahlen von 57 - 71 und Mischungen davon einschließt, wie Didymium und Mischmetall. Als "Mischraetall" wird vorzugsweise eine Mischung von Seltenen Erden verwendet, die 50 bis 60% Cer, 15 bis 30% Lanthan und als Restbestandteil überwiegend Didymium enthält.

Obwohl das Mangan nur einen Eventualbestandteil dieser Legierungen darstellt, sollen die Legierungen bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-% Mangan enthalten.

Das Element aus der Gruppe der Seltenen Erden wird bevorzugt in einer Menge von mindestens 1%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, zugegeben.

10985 1/0997

Bei der Erfindung werden die üblichen Schmelz-, Legierungs-, Verfestigungs- und anderen Verarbeitungsverfahren verwendet Der größte Vorteil bei der Erfindung wird durch die Zugabe der Seltenen Erde aber erzielt, wenn die geschmolzene Legierung durch eine Druckkammer in die Form gegossen wird.

Da die verbesserte Dauerstandfestigkeit mindestens zum Teil auf die Gegenwart einer nicht im Gleichgewicht befindlichen, zweiten Magnesium-Seltene-Erde-Phase zurückzuführen ist, sollte das Gußstück nicht unter Bedingungen weiterverarbeitet werden, die zur Einstellung des Gleichgewichtes oder zur Homogenisierung der Legierung führen, beispielsweise sollte eine Wärmebehandlung oder eine Bearbeitung in der Wärme unterbleiben.

Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung noch näher erläutert:

Beispiele

Es wurde eine Serie von im Handel erhältlichen "AZ80" Magnesiumlegierungen verwendet. Diesen Legierungen wurden unterschiedliche Mengen an Mischmetall zugegeben. Die ge- ( schmolzenen Legierungen wurden nach dem Druckgußverfahren bei 650 - 815° C zu einem Gußstück (panel box) verarbeitet, wobei das Gußstück etwa 10 cm breit, etwa 17,5 cm lang und etwa 2,5 cm hoch war und einen zentralen Anguß in einer Länge von etwa 15 cm mit einer Breite und Höhe von 0,47 cm besaß. Es wurden Proben von der Stirnfläche auf beiden Seiten des zentralen Angusses genommen und auf ihre Dauerstandfestigkeit durch Ermittlung der Kriechdehnung in Prozenten nach 100 Stunden bei 176° C unter einer Druckbeanspruchung von 350 kg/cm2 geprüft. Tabelle I zeigt die Ergebnisse dieser Prüfungen.

1098 5 1/0997

Tabelle I

8,2	0,08	0,16	1,7
8,2	0,23	0,16	1,7
8,3	0,41	0,13	1,9
8,2	0,57	0,10	1,5
8,2	0,90	0,10	1,6
8,1	0,10	1,2

Zusammensetzung (Restbestandteil Magnesium) Beispiel '% Al % SE** % Mn %Kriechdehnung

* - Enthielt zusätzlich etwa 0,5% Zn

** - Als Seltene Erde wurde ein Mischmetall verwendet, das eine Mischung von Seltenen Erden war, die 50 - 60% Cer, 15 - 30% Lanthan und als Restbestandteil vorwiegend Didymium enthielt, wobei Didymiura eine Mischung von Praseodym und Neodym ist.

Es wurden Schmelzen von verschiedenen experimentellen Magnesiumlegierungen, die Aluminium enthielten, hergestellt. In manchen Fällen wurde der Schmelze Mischmetall zugegeben. Für Vergleichszwecke wurden einige Legierungen ohne Zusatz von Mischmetall vergossen. Die geschmolzenen Legierungen wurden nach dem Druckgußverfahren bei 650 815° C zu einem Gußstück (panel box) verarbeitet, wobei das Gußstück etwa 10 cm breit, etwa 17,5 cm lang und etwa 2,5 cm hoch war und einen zentralen Anguß in einer Länge von etwa 15 cm mit einer Breite und Höhe von 0,47 cm besaß, Es wurden Proben von der Stirnfläche auf beiden Seiten des zentralen Angusses genommen und auf ihre Dauerstandfestigkeit durch Ermittlung der Kriechdehnung in Prozenten nach 100 Stunden bei 176° C unter einer Druckbeansprnchung von 350 kg/cm2 geprüft. Tabelle II zeigt die Ergebnisse dieser Prüfungen. Die Zusammensetzung der Legierungen wurde durch spektrographische Analyse ermittelt.

1 ι"i 9 8 S i / 0 9 9 7

Tabelle II	% Al	% SE**	% Mn	% Kriechdehnung
	6,3	--_	--.	5,5
	6,3	0,62	_--	2,3
	4,0		0,42	3,3
	4,1	0,68	*· mm a»	0,53
Zusammensetzung (Restbestandteil Magnesium)	3,9	1,49	—_	0,11
Beispiel	3,3	1,24	0,47	0,09
G*	1,9		0,80	0,56
1	1,9	0,24	0,74	0,23
H	1,9	0,47	0,71	0,09
2	1,8	0,74	0,65	0,OS
3	1,8	0,97	0,71	0,04
4	2,0		--_	6,0
I	2,2	0,25		1,6
5	2,0	0,46		0,11
6	2,3	0,73	___	0,07
7	2,1	0,83	---	0,06
8	0,91	2,46	0,96	0,03
J	2,0	4,36	0,69	0,02
9	3,0	5,43	0,53	0,02
10
11
12
13
14
15

* - Enthielt zusätzlich etwa 0,5% Zn ** - Als Seltene Erde wurde Mischmetall verwendet.

Unter Bezugnahme auf Tabelle I wird darauf hingewiesen, dass durch die Zugabe von Mischmetall bei der handelsüblichen Magnesiumlegierung kein großer Effekt erzielt wird (Beispiele A-F). Einige Beispiele zeigen eine geringe Verbesserung (Beispiele D-F) wogegen bei dem Beispiel G eine Verschlechterung eingetreten ist.

Wie aus Tabelle II hervorgeht, wird aber die DauerStandfestigkeit einer Magnesiumlegierung, die etwa 6,3% Aluminium enthält, durch die Zugabe von 0,62% Mischmetall (Beispiele G und 1)

1 0 9 8 H 1 / 0 9 9 7

mehr als verdoppelt. Die Beispiele 2 bis 4 zeigen Magnesiumlegierungen, die etwa 3 bis 4% Aluminium und zusätzlich Mischmetall enthalten, wobei die Dauerstandfestigkeit sehr stark gegenüber einer Legierung ohne Mischmetall (Beispiel H) verbessert ist.

Beispiele I und J zeigen die DauerStandfestigkeit bzw. Kriechbeständigkeit von Magnesiumlegierungen, die etwa 2% Aluminium mit oder ohne Einschluß von Mangan enthalten. Bei jedem Fall wurde durch die* Zugabe des Mischmetalls zu der geschmolzenen Legierung die Dauerstandfestigkeit des Gußstückes aus der Magnesiumlegierung verbessert (Beispiele 5-12).

Die besten Werte für die Dauerstandfestigkeit wurden bei Zugabe von etwa 1% oder mehr Mischmetall erhalten (Beispiele 8, 13 - 15).

Neben der Verbesserung der Dauerstandfestigkeit zeichnen sich die Legierungen, die Mischmetall enthalten, insbesondere in Mengen von VA oder mehr, durch verbesserte Festigkeiten gegenüber entsprechenden Legierungen ohne Mischmetall aus.

1Π9851/0997

Claims (3)

Pa t entanspriiche t

1. Verfahren zur Herstellung von Druckgußstücken mit verbesserter Dauerstandfestigkeit aus einer Legierung auf Magnesiumbasis, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Magnesiumlegierung, die 0,9 bis 6,5% Aluminium, 0 bis 1,5% Mangan, 0,24 bis 10% eines Elements aus der Gruppe der Seltenen Erden und als Restbestandteile Magnesium und übliche Verunreinigungen enthält, im Druckgußverfahren verarbeitet. |

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus der Gruppe der Seltenen Erden in einer Menge von mindestens 1 Gew.-% in der Magnesiumlegierung vorhanden ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesiumlegierung mindestens 0,2 Gew.-% Mangan enthält.

1 π 9 8 H 1 / Π 9 9 7