DE1239105B

DE1239105B - Zirkoniumhaltige Magnesiumlegierungen

Info

Publication number: DE1239105B
Application number: DE1963F0041104
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Karl Ernst Mann
Original assignee: FUCHS FA OTTO
Current assignee: FUCHS FA OTTO
Priority date: 1963-10-26
Filing date: 1963-10-26
Publication date: 1967-04-20
Also published as: AT251893B; CH451528A; BE654809A; GB1067915A; NL6412373A

Description

DEUTSCHES JmWSsv PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 40 b - 23/00

Nummer: 1239 105

Aktenzeichen: F 41104 VT a/40 b

1239 105 Anmeldetag: 26. Oktober 1963

Auslegetag: 20. April 1967

Zur Erzielung guter Festigkeitswerte der am längsten bekannten aluminium- und gegebenenfalls auch zinkhaltigen Magnesiumlegierungen müssen die Schmelzen bekannten Kornfeinungsmethoden unterworfen werden, z. B. einer Überhitzung oder einer Be-Handlung mit chlorhaltigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Hexachloräthan, oder anderen Kohlenstoffverbindungen. Diese Kornfeinungsmethoden können aber nicht mit Erfolg bei aluminiumfreien Magnesiumlegierungen, z. B. zinkhaltigen, angewendet werden.

Sauerwald, Eisenreich und Holub fanden vor etwa 25 Jahren, daß ein Zusatz von 0,05 bis 2% Zirkonium zu unlegiertem Magnesium dessen Gußkorn ganz erheblich unter Erhöhung der Festigkeitseigenschaften feint. Diese Forscher stellten auch fest, daß der kornfeinende Effekt eines Zirkoniumzusatzes bei Magnesiumlegierungen mit solchen Le- _ gierungsbildnern, und zwar Beryllium, Blei, Cadmium, Calcium, Cer, Kupfer, Silber, Thallium, Thorium, Wismut und Zink, erhalten bleibt, die mit Zirkonium keine hochschmelzenden intermetallischen Verbindungen bilden, die im geschmolzenen Magnesium unlöslich sind und daher ausseigern. Die Elemente Aluminium, Antimon, Kobalt, Mangan, Nickel, Silicium und Zinn bilden dagegen solche hochschmelzenden intermetallischen Verbindungen mit dem Zirkonium und scheiden daher als Legierungsbildner in zirkoniumhaltigen Magnesiumlegierungen grundsätzlich aus.

Sauerwald und Eisenreich haben später auch das Yttrium als kornfeinenden Zusatz zum unlegierten Magnesium und zu manganhaltigen Magnesiumlegierungen vorgeschlagen und Magnesiumlegierungen mit 0,1 bis 10% Yttrium und gegebenenfalls bis 2,5 % Mangan beschrieben.

Neuere fremde und eigene Untersuchungen haben aber ergeben, daß die kornfeinende und damit die Festigkeitseigenschaften steigernde Wirkung eines solchen Yttriumzusatzes nicht sehr wesentlich ist, so daß yttriumhaltige Magnesiumlegierungen bis heute keine technische Bedeutung erlangt haben.

Überraschenderweise wurde nun aber gefunden, daß ein Yttriumzusatz eine weitere Kornfeinung der zirkoniumhaltigen Magnesiumlegierungen bewirkt.

Bei einer binären Magnesiumlegierung mit 0,7 % Zirkonium wurde im Gußzustand eine mittlere Korngröße von 0,15 mm, bei einer ternären Magnesiumlegierung mit 0,7 % Zirkonium und 0,9^fl/o Yttrium eine mittlere Korngröße von 0,06 mm gemessen. Entsprechend sind die Festigkeitswerte der yttriumhaltigen Legierung bei Ramntemperatur erhöht, wie die folgende Tabelle 1 zeigt.

Zirkoniumhaltige Magnesiumlegierungen

Anmelder:

Fa. Otto Fuchs, Meinerzhagen (Westf.)

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Karl Ernst Mann, Meinerzhagen (Westf.)

2 Tabelle 1
Binäre	Ternäre
Legierung	Legierung mit
mit 0,7 VoZr₅	0,7°/oZr,0,9°/oY,
Rest Mg	Rest Mg
Zugfestigkeit (a_B), kp/mm² Streckgrenze (σ_0>2)> kp/mm² Dehnung ((S₅)₅ % .. Kontraktion, % ...	17,2 5,2 13,2 14,7	18,2 7,5 20,0 27,0

Besonders bemerkenswert ist, wie weiter gefunden wurde, aber auch die Erhöhung der Warmfestigkeitseigenschaften durch einen Yttriumzusatz. Die Tabelle 2 zeigt die bei 450° und 500° C gemessenen Werte.

Tabelle 2

	Zugfestigkeit (σ_β)	Streckgrenze {a_{Q 2})
kp/mm²	kp/mm²
bei 450° C	bei 500° C	bei 450° C	bei 500° C
Binäre
Legierung
mit 0,7 »/0 Zr,
RestMg	0,6	0,42	0,3
Ternäre
Legierung
mit 0,7% Zr,
0,9% Y,
RestMg	1,2	0,74	1,0

Bei 500° C konnte die Streckgrenze nicht mehr ermittelt werden.

Wie weiter gefunden wurde, kommt dem Yttrium auch eine bisher nicht bekannte brandschützende

709 500/280

Claims

Wirkung zu, und zwar sowohl für den schmelzflüssigen als auch für den festen heißen Zustand des Magnesiums. Die binären Magnesium-Zirkonium-Legierungen, z.B. eine solche mit 0,7°/o Zr, haben etwa die bekannte Brandneigung wie alle berylliumfreien Magnesiumlegierungen. Die genannte ternäre Magnesiumlegierung mit 0,7% Zr und 0,9 %> Y neigt dagegen im schmelzflüssigen Zustande kaum zum Brennen und kann daher ohne die bekannte Bestäubung mit Schwefel vergossen werden. Diese Brandschutzwirkung ist sogar stärker als diejenige eines Berylliumzusatzes von 0,002 %. Sehr bemerkenswert ist auch die brandschützende Wirkung des Yttriums im festen Zustande. Gußproben aus den Magnesiumlegierungen mit 0,7 °/o Zirkonium bzw. 0,7 % Zirkonium und 0,9 °/o Yttrium wurden 6 Stunden bei 575° C erhitzt. Während die Proben aus der binären Legierung starke Branderscheinungen zeigten und nach Beendigung der Erhitzung vollständig mit einer weißen Oxydschicht überzogen waren, waren die Proben aus der ternären Legierung danach unverändert, also praktisch frei von einer Oxydation. Gegenstand der Erfindung sind daher zirkoniumhaltige Magnesiumlegierungen mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und verringerter Brandneigung, bestehend aus 0,1 bis 1%, vorzugsweise 0,6 bis 0,9% Zirkonium, 0,1 bis 10°/o, vorzugsweise 0,3 bis 4 % Yttrium, Rest Magnesium. Insbesondere die brandschützende Wirkung eines Yttriumgehaltes der Legierungen ist auch vorhanden, wenn den ternären Magnesium-Zirkonium-Yttrium-Legierungen solche Metalle, wie z. B. Zink, zulegiert werden, die mit Zirkonium keine hochschmelzenden intermetallischen Verbindungen bilden, die in geschmolzenem Magnesium unlöslich sind und daher ausseigern. Die zirkonium- und yttriumhaltigen Magnesiumlegierungen der Erfindung können daher v/eitere Gehalte an einem oder mehreren dieser Metalle in einer Gesamtmenge bis 10°/o, vorzugsweise bis 6%, aufweisen. Das Element Mangan gehört, wie schon erwähnt, zu den Metallen, die mit Zirkonium hochschmelzende intermetallische Verbindungen bilden, die in geschmolzenem Magnesium unlöslich sind und daher ausseigern. Britische Forscher haben jedoch gefunden, daß es möglich ist, dem Magnesium gleichzeitig kleine Mengen Zirkonium und Mangan in bestimmten Verhältnissen einzulegieren. Sie schlagen daher Magnesiumlegierungen mit 0,05 bis 0,5% Zirkonium und 0,15 bis 0,5% Mangan vor, die auch noch weitere Legierungsbildner, wie z. B. bis 1,25% Zink und/oder bis 3% Metalle der Seltenen Erden, enthalten können. Beispielsweise beschrieben wurde eine Magnesiumlegierung mit 0,76% Cer, 0,26% Mangan und 0,31 % Zirkonium. Die Erfindung umfaßt daher auch Magnesium-Zirkonium-Yttrium-Legierungen mit solchen Mengen an Mangan, die in bestimmten Mengenverhältnissen mit Zirkonium mit diesem verträglich sind, insbesondere mit 0,15 bis 0,5 % Mangan und 0,05 bis 0,5 % Zirkonium. Die Warmfestigkeitseigenschaften der ternären Magnesium-Zirkonium-Yttrium-Legierungen werden ebenso wie bei den binären Magnesium-Zirkonium-Legierungen durch steigende Gehalte an den Legierungsbildnern, wie z. B. Zink, Cadmium usw., in steigendem Maße herabgemindert. Wenn man daher Wert auf verbesserte Warmfestigkeitseigenschaften legt, müssen die Legierungszusätze an Zink, Cadmium usw. in Grenzen gehalten werden, die die für die ternären Legierungen vorhandene Verbesserung der Warmfestigkeitseigenschaften durch die Zusätze an Yttrium nicht wesentlich beeinträchtigen. Patentansprüche:

1. Zirkoniumhaltige Magnesiumlegierungen mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und verringerter Brandneigung, bestehend aus 0,1 % Zirkonium, 0,1 bis 10% Yttrium, Rest Magnesium.

2. Magnesiumlegierungen nach Anspruch 1 mit 0,6 bis 0,9% Zirkonium und 0,3 bis 4% Yttrium.

3. Magnesiumlegierungen nach Anspruch 1 oder 2 mit einem weiteren Gehalt in einer Gesamtmenge bis 10% vorzugsweise bis 6%, an einem oder mehreren solcher Legierungsmetalle, und zwar Beryllium, Blei, Cadmium, Cer, Kupfer, Silber, Thallium, Thorium, Wismut und Zink, die mit Zirkonium keine hochschmelzenden intermetallischen Verbindungen bilden, die im geschmolzenen Magnesium unlöslich sind und ausseigern.

4. Magnesiumlegierungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem weiteren geringen Manganzusatz bei gleichzeitig verringertem Zirkoniumgehalt, insbesondere mit 0,15 bis 0,5% Mangan und 0,05 bis 0,5% Zirkonium.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 725 170.