DE2657091C2

DE2657091C2 - Magnesiumlegierungen

Info

Publication number: DE2657091C2
Application number: DE2657091A
Authority: DE
Inventors: Stephen Lee Bolton Lancashire Bradshaw; John Frederick Bury Lancashire King; William Swinton Manchester Unsworth
Original assignee: MAGNESIUM ELEKTRON Ltd SWINTON MANCHESTER GB
Current assignee: MAGNESIUM ELEKTRON Ltd SWINTON MANCHESTER GB
Priority date: 1975-12-17
Filing date: 1976-12-16
Publication date: 1985-11-21
Also published as: IL51115A0; FR2335610A1; IL51115A; JPS6024169B2; ZA767449B; DE2657091A1; IT1065388B; NO764228L; AU2064276A; SE7614156L; JPS52101615A; NL7614027A; GB1527877A; CA1074157A; IN156415B; SE432785B; AU499747B2; FR2335610B1; BE849514A

Description

definiert ist, wenn weniger als 1% Yttrium zugegen Ist.

7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weniger als 0,4 Gew.-W, Zirkonium enthält.

8. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 2 und 3 Gew.-% Silber enthält.

9. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Temperatur von 485° C bis zur Solidustemperatur lösungsgeglüht, abgeschreckt und bei einer Temperatur von 100° C bis 275° C ausgehärtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei einer Temperatur von etwa 525° C für 8 Stunden lösungsgeglüht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit über 0,1 Gew.-% Kupfer bei einer 485° C nicht überschreitenden Temperatur und anschließend bei einer höheren Temperatur lösungsgeglüht wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei einer Temperatur von etwa 200° C für einen Zeitraum von etwa 16 Stunden ausgehärtet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf Magnesiumlegierungen und schließt auch ein Verfahren zur Wärmebehandlung dieser Legierungen ein.

Magnesiumlegierungen werden in zahlreichen Anwendungsfällen verwendet, wo geringes Gewicht wesentlich ist, Insbesondere in der Luftfahrttechnik. Es ist bekannt, daß Magnesiumlegierungen über gute mechanische Eigenschaften verfügen, insbesondere hohe Streckgrenze, die auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleiben. Solche Legierungen enthalten Silber - gewöhnlich 2 bis 3 Gew.-% - und Neodym, welches In der Form einer

Mischung von Metallen Seltener Erden zugefügt werden kann.

Eine bekannte Magnesiumlegierung (DT-OS 25 58 915), enthält Silber, Neodym, Thorium und eventuell Yttrium. Es wird angenommen, daß das Yttrium die Stabilität der Festigkeitseigenschaften der Legierungen bei hohen Temperaturen (in der Größenordnung von 250° C) verbessert und auch den Widerstand gegen Kriechen. Die bekannten bevorzugten Yttrium und Thorium enthaltenden Legierungen (DT-OS 25 58 915) enthalten jedoch mindestens drei Gew.-% Yttrium. Yttrium 1st ein teures Material.

Es wurde nun gefunden, daß für das Gießen geeignete Legierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Widerstand gegen Kriechen bei erhöhten Temperaturen, durch den Zusatz kleinerer Mengen an Yttrium zu den Silber und Neodym enthaltenden Magnesiumlegierungen erhalten werden können. Wenn der Yttriumgehalt geringer als 0,5 Gew.-% ist, sollte Thorium ebenfalls zugegen sein.

Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie außer Eisen und anderen Verunreinigungen die folgenden Bestandteile in Gew.-% enthält:

15 20 25 30

wobei der Gehalt an Metallen Seltener Erden und Thorium zusammen 3,0% nicht überschreitet, und wobei, wenn weniger als 0,596 Yttrium zugegen ist, die Mindestmenge an Thorium durch die Gleichung

definiert ist, in welcher [Th] und [Y] die prozentualen Mengen an Thorium bzw. Yttrium angeben, wobei die Maxlmalgehalte an Zirkonium und Mangan zusammen durch ihre gegenseitige Löslichkeit begrenzt sind.

Die Mindestmenge an Thorium ist derart, daß sie bei Yttriumgehalten von 0,5% oder mehr dsn Wert Null besitzen kann und linear bis zu einem Wert von 0,1% bei dem minimalen Yttriumgehalt von 0,1% nach Maßgabe der vorstehenden Gleichung ansteigt.

Es sollte beachtet werden, daß Yttrium nicht als Metall der Seltenen Erden angesehen wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Minimalgehalt an Thorium durch die Gleichung

Mg	mindestens 88%	-3,5%
Ag	1,6
Metalle Seltener Erden,		-2,3%
davosi mindestens 60% Neodym	0,1	-2,3%
Th	0	-2,5%
Y	0,1	-0,5%
Zn	0	-1,0%
Cd	0	-6,0%
Ll	0	-0,8%
Ca	0	-2,0%
Ga	0	-2,0%
In	0	-5,0%
Tl	0	-1,0%
Pb	0	-1,0%
Bi	0	-0,15%
Cu	0	-1,0%
Zr	0	-2,0%
Mn	0

definiert, wenn weniger als 1% an Yttrium zugegen 1st.

In dieser Ausführungsform beträgt die Minimalmenge an Thorium Null bei Yttriumgehalten von 1% oder darüber und nimmt linear bis zu einem Wert von 0,2% bei dem minimalen Yttriumgehalt von 0,1% zu.

Die Metalle der Seltenen Erden umfassen vorzugsweise mindestens 75 Gew.-% Neodym. Sie enthalten vorzugsweise nicht mehr als 15% Cer und Lanthan zusammengenommen, wobei nicht mehr als 3% besonders bevorzugt werden, well diese Elemente die mechanischen Eigenschaften der Legierung ungünstig beeinflussen können. Hs ist von Vorteil, wenn Cer und Lanthan nicht vorhanden sind.

Zirkonium kann In einer Menge bis zu 1,0%, vorzugsweise weniger als 0,4% als Kornverfeinerer zugegen sein. Bis zu 2,0% Mangan können auch zugegen sein, jedoch wird der maximale Betrag an Zirkonium und Mangan zusammen durch Ihre gegewseltlge Löslichkeit begrenzt.

Andere In Magnesium lösliche Elemente können zugegen sein, vorausgesetzt, daß sie nicht durch Bildung von Verbindungen die Härtebehandlung stören oder den Schmelzpunkt hinreichend herabsetzen, um eine Lösung der Metalle der Seltenen Erden bei der Wärmebehandlung zu verhindern. Diese Elemente schließen ein:

! Zink 0-0,5%

Cadmium 0-1,0%

Lithium 0-6,0% ^6S

Calcium 0-0,8%

Gallium 0-2,0%

Indium 0-2.0%

Thallium 0-5,0«

Blei 0-1,096

Wismuth 0-1,0«

Kupfer 0-0,1596

Um optimale mechanische Eigenschaften zu erhalten, beträgt der Silbergehalt vorzugsweise 2 bis 396.
Eine Wärmebehandlung ist normalerweise erforderlich, um optimale mechanische Eigenschaften in der Gußlegierung zu erzielen. Die Wärmebehandlung umfaßt allgemein ein Lösungsglühen bei einer erhöhten Temperatur, woran sich Abschrecken und Aushärten anschließen, um eine Ausscheidungjrtärtung zu erzielen. Das lösungsglühen kann bei einer Temperatur von 485° C bis zur Solldustemperatur der Legierung und das Aushärten bei einer Temperatur zwischen 100° C bis 275° C durchgeführt werden. Typische Bedingungen umfassen ein Lösungsglühen be! etwa 525° C für etwa 8 Stunden und ein Aushärten bei etwa 200° C für 16 Stunden.

Falls die Legierung mehr als 0,1% Kupfer enthält, sollte dem Lösungsglühen eine Behandlung vorausgehen, deren Temperatur 485° C nicht überschreitet, z. B. 465° C, um ein Anschmelzen zu verhindern.
Erfindungsgemäße Legierungen werden in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.

Beispiel

Es wurden Legierungen der in der 'tabelle angegebenen Zusammensetzungen hergestellt. Die Legierungen 1, 2 und 3 sind Vergiefchsbeispiele.

Das Silber wurde als Reinsilber oder als Silber/Magnesiumlegierung zugesetzt. Die Metalle der Seltenen Erden wurden als ein Mischmetall oder eine Magnesium/Seltene Erden-Zwischenlegierung zugesetzt. In beiden Fällen enthielten die Metalle Seltener Erden mindestens 60 Gew.-96 Neodym und nicht mehr als 3% Lanthan plus Cer. Das Thorium wurde zugesetzt als eine Magnesium/Thorium-Legierung oder als Reinthorium. Zirkonium wurde zugesetzt als Magnesium/Zirkonium-Zwischenlegierung oder über ein reduzierbares Zirkoniumhalogenid eingeführt. Yttrium wurde zugesetzt als Reinyttrium oder als eine Magnesium/Yttrlum-Zwlschenlegierung.

Die Gußprobestücke wurden bei 525° C für 8 Stunden wärmebehandelt und anschließend abgeschreckt und für 16 Stunden bei 200° C ausgehärtet.

Die Streckgrenze und Zugfestigkeit und Dehnung wurden entsprechend dem britischen Standard 3688 bei 250° C gemessen. Die Kriecheigenschaft wurde entsprechend der Methode des Britischen Standards 3500, Teil 3, bei 250° C gemessen. Die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur wurden In Übereinstimmung mit dem Britischen Standard 18 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt.

Tabelle

14 2,5 1,04 0,54 1,13 0,6 203 253 1,5 166 185 17 46

15 2,47 0,90 0,28 1,04 0,68 212 265 4,0 168 184 19 40

Während die Zugabe von Yttrium im wesentlichen keinen nachteiligen Einfluß auf die Festlgkeltseigenschaften der Legierung ergab, führte sie zu einer bemerkenswerten Verbesserung des Widerstandes gegen Kriechen.

Bei Legierung 3 waren die Kriecheigenschaften der weniger als 0,5% Yttrium und kein Thorium enthaltenden Legierung schlechter als bei ähnlichen Thorium und Yttriurr: enthaltenden Legierungen.
% Bezüglich der erfindungsgemäße Zusammensetzungen aufweisenden Legierungen können die folgenden

jj< 65 Verallgemeinerungen getroffen werden:

|i (a) Der Zusatz verhältnismäßig geringer Mengen an Yttrium zu Silber, Neodym und Thorium enthaltenden

|; Magnesiumlegierungen ist für die Erhöhung des Kriechwiderstandes bei erhöhten Temperaturen vorteilhaft.

Analysenwerte % (Resi	Ag	Nd	tMg)	Th	Zr	Festigkeitseigenschaften (Nmm~²)	Zerreiß	%	Erhöhte Temperatur (250 ° C)	122	Zerreiß	%	Belastung
							festigkeit			167	festigkeit	Dehnung	für 0,2 %
Bei			Y				266		Streck-	157	160	30	Kriech
spiel						Raumtemperatur	270		Dehnung grenze	159	185	16	dehnung in
	2,5	2,0		_	0,6		274		4	167	173	18	100 Stunden
	2,5	1,0		1,0	0,6	Streck	272		4	159	176	18	(Nmm-²)
1	2,5	2,2	_	-	0,6	grenze	274	4	169	181	15	28-33
2	2,5	2,1	_	0,1	0,6	205	260	3¹/,	170	175	19	37-42
3	2,5	1,6	0,32	0,48	0,6	210	269	3'/₂	166	189	17	36
4	2,4	0,44	0,34	1,28	0,7	214	272	4	166	197	16	41
5	2,5	1,22	0,34	0,82	0,6	216	282	4	160	203	14	44
6	2,4	0,96	0,16	0,80	0,7	213	280	8	161	209	13	42
7	2,4	0,98	0,76	0,88	0,6	200	268	6	163	209	16	48
8	2,4	1,53	1,24	0,45	0,6	211	289	5		185	17	47
9	2,4	0,67	2,2	1,64	0,6	205	293	4	204	12	51
10	2,4	0,72	2,3	0,39	0,7	205		12		50
11	2,5	1,0	2,1	0,43	0,6	207		8	49
12		1,17		197		57
13	2,3		201	53
		204

(b) gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen können erzielt werden mit Legierungen, die Yttrium plus Thorium oder mindestens 0,5% Yttrium enthalten.

Das Yttrium kann den erfindungsgemäßen Legierungen zugesetzt werden als Reinyttrium, aber kann auch bei niedrigeren Kosten in der Form einer Mischung von Yttrium und Metallen Seltener Erden, mit mindestens 6096, vorzugsweise mindestens 65%, an Yttrium, zugesetzt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Magnesiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aas mindestens

88% Magnesium mit Elsen und anderen Verunreinigungen, 3,596 Silber, 1,6 bis 2,396 Metallen der Seltenen Erden mit mindestens 60% Neodym, 0,1 bis 2,396 Thorium, 0 bis 2,596 Yttrium. 0,1 bis 0,596 Zink, 0 bis 1,096 Cadmium, 0 bis 6,0% Lithium, 0 bis 0,8% Calcium, 0 bis 2,096 Gallium, 0 bis 2,096 Indium, 0 bis 5,0% Thallium, 0 bis 1,0% Blei, 0 bis 1,0% Wismut, 0 bis 0,15* ; Kupfer, 0 bis 1,0% Zirkonium, 0 bis 2,0% Mangan 0 bis

besteht, wobei der Gehalt an Metallen Seltener Erden und Thorium zusammen 3,0% nicht übersteigt und wobei, wenn weniger als 0,596 Yttrium zugegen sind, der Minimalgehalt an Thorium durch die Gleichung

definiert Ist, in welcher [Th] und [Y] die prozentualen Mengen an Thorium bzw. Yttrium angeben, wobei die Maximalgehalte an Zirkonium und Mangan zusammen durch ihre gegenseitige Löslichkeit begrenzt sind.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Seltenen Erden mindestens § 75 Gew.-% Neodym aufweisen.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Seltenen Erden nicht mehr als 15 Gew.-% Lanthan plus Cerium aufweisen.
4. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Seltenen Erden nicht mehr als 3 Gew.-% Lanthan plus Cer aufweisen.
5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle der Seltenen Erden kein Lanthan oder Cer aufweisen.
6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalgehalt an Thorium durch die Gleichung