DE1608136B2

DE1608136B2 - Verwendung einer magnesiumlegierung fuer druckguss stuecke die betriebstemperaturen von 93 bis 204grad c ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE1608136B2
Application number: DE19681608136
Authority: DE
Inventors: George Stephen Midland Mich Foerster (VStA)
Original assignee: The Dow Chemical Co , Midland, Mich (V St A)
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1968-02-29
Publication date: 1972-03-16
Also published as: GB1216377A; FR1555251A; NO121753B; DE1608136A1; JPS494122B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Magnesiumlegierung mit Gehalten an Aluminium, Silicium, Mangan und gegebenenfalls Zink für Druckgußstücke, die Betriebstemperaturen im Bereich von 93 bis 204⁰C ausgesetzt sind und dabei gute Dauerstandfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit ausweisen müssen.

Die in den USA handelsübliche Magnesium-Druckgußlegierung der ASTM-Bezeichnung »AZ80C«, die 7,8 bis 9,2% Aluminium, mindestens 0,15% Mangan und 0,2 bis 0,8 % Zink enthält, und die ungefähr der GD-MgAl₈Zn₁ nach DIN 1729 Ausgabe 1960 entspricht, ist wegen ihrer hervorragenden Festigkeitseigenschaften für viele Konstruktionszwecke eingesetzt worden. Die Legierung hat jedoch den Nachteil, daß sie bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise 93 bis 204⁰C, nach längerer Zeit beträchtliche Kriecherscheinungen zeigt, die schließlich zu einem Versagen der Teile führen. Beispielsweise zeigt eine Magnesium-Druckgußlegierung, die 8,2% Aluminium, 0,16% Mangan und 0,57 % Zink enthält, etwa 1,7 % Dehnung, wenn sie 100 Stunden lang bei 177⁰C einer Belastung von 3,52 kg/mm² ausgesetzt wird, und kurz darauf treten Kriecherscheinungen und Brüche auf. Solche Versager sind teilweise auch auf die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit der Legierung zurückzuführen.

Aus der USA.-Patentschrift 1959 913 ist eine IViagnesiumbasislegierung bekannt, die aus 0,5 bis 3,0% Aluminium, 1,0 bis 0,2% Mangan und 0,2 bis 6,0% Cadmium oder Silicium, Rest Magnesium besteht und insbesondere für Schmiedezwecke geeignet ist. Sie erfüllt jedoch nicht die Anforderungen, die an eine Legierung für die Herstellung von Druckgußstücken, welche Temperaturen im Bereich von etwa 100 bis 200⁰C ausgesetzt werden, gestellt werden. Den gleichen Nachteil weist auch die aus der USA.-Patentschrift 3 067 028 bekannte Magnesiumknetlegierung auf, welche aus 0,2 bis 2% Silicium, 0,2 bis 1,5% Zink, Rest im wesentlichen Magnesium besteht. Zusätzlich kann sie auch kleine Mengen Mangan und bis zu 3 % Aluminium enthalten. Die hervorragende Eigenschaft dieser Knetlegierung besteht darin, daß sie hohe Strangpreßgeschwindigkeiten ohne Nachteil für die physikalischen Eigenschaften zuläßt.

Die Nachteile dieser bekannten Legierungen werden durch eine Magnesiumlegierung, die aus 3,0 bis 5,5% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Silicium, 0,2 bis 0,5% Mangan und 0 bis 1,0% Zink, Rest Magnesium und Verunreinigungen besteht, vermieden, die eründungsgemäß als Werkstoff für Druckgußstücke, die Betriebstemperaturen im Bereich von 93 bis 204⁰C ausgesetzt sind und dabei gute Dauerstandfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweisen müssen, verwendet wird.

Es ist überraschenderweise gefunden worden, daß die für Druckgußstücke zu verwendende Magnesiumlegierung gemäß der Erfindung eine einzigartige Kombination von mechanischen und thermischen Eigenschaften besitzt, wie sie bisher in der Magnesium-Metallurgie nicht bekannt war. Dies ist offenbar teilweise einer feinen Dispersion von Mg₂Si in der Magnesiumgrundmasse zuzuschreiben, die durch Druckguß, d. h. durch rasches Erstarren der flüssigen Legierung, erhalten wird. Diese Eigenschaften waren nicht zu erwarten, da für die Legierung »AZ31«

ίο (MgAl3 Zn nach DIN 1729 Ausgabe 1943), welche 2,6 bis 3,4% Aluminium, 0,6 bis 1,5% Zink, 0,1 bis 0,5% Mangan, Rest Magnesium enthält und als zulässige Beimengung nur bis höchstens 0,3% Silicium, nach anderen Angaben bis höchstens 0,3 %> enthalten darf. Da diese Legierung seinerzeit nur für Sandguß verwendet wurde, wurde der Fachmann allenfalls davon abgehalten, die Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems in der Verwendung einer Legierung mit demgegenüber er-

ao höhtem Siliciumgehalt zu suchen.

Der aus der britischen Patentschrift 628 289 bekannten Druckgußlegierung, die unter anderem aus 1,0 bis 2% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Mangan, 0 bis 0,3% Silicium, Rest Magnesium besteht, ist die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung hinsichtlich Korrosionsfestigkeit, allgemeinen Festigkeitseigenschaften und Gießbarkeit deutlich überlegen, wie die nachstehend beschriebenen Versuche zeigen.

1. Korrosionsfestigkeit

Die Bestimmung erfolgte durch Eintauchen in 3%ige wäßrige NaCl bei 35°C.

* = mg Gewichtsprozent/cm²/ Tag. Durchschnitt aus je zwei Proben.

** = Die Proben korrodierten so stark, daß sie vom Träger herunterfielen.

2. Festigkeitseigenschaften

Zusammensetzung Al Mn Si Me	0,4	0,5	Rest	Vergleich	0,4	0,35	Rest	Versuchsdauer	Korrosionsrate
Gewichtsprozent	0,3	0,9	Rest	2	0,3	0,7	Rest	Tage	mcd*
erfindungsgemäß	2
4	14	0,24
4	14	0,40

7**	19,4
9**	14,0

Zusa Al 55 Gew	mmense Si ichtspro	tzung Mn zent*	0,93	0,24	Vergleich	0,5	0,68	Dehnung	Streck grenze	Zugfestig keit
erfindungsgemäß	0,52	0,39	1,1	0,76	0,42
4,2	1,22	0,27	1,1	1,02	0,48	4,4	21,6	31,6
4,1	65 1.1	1,0	0,25	7,5	18,8	33,1
⁶⁰ 3,8	1,0	1,0	0,50	3,0	20,8	28,6
1,0
6,9	15,1	27,6
4,4	15,5	26,0
5,0	17,7	29,3
3,0	16,9	25,9
5,1	17,0	29,9

= Rest Mg.

3. Gießbarkeit

Es wurden vier Gußkörper A, B, C und D hergestellt. Die Zusammensetzung der Gußkörper war wie folgt:

	Al	Zusammensetzung	Si
Gußkörper
	4,0	Mn
A	0,9		—
B	4,0	Gewichtsprozent*	0,9
C	1,1		0,8
D


0,4
0,9
0,2
0,4

* = Rest Mg.

Die Versuche zeigen den Einfluß des Aluminiumgehaltes auf die Gießbarkeit. Ein Vergleich von Probe B mit A und D mit C ergibt, daß die etwa 1 % Al enthaltenden Proben B und D sich wesentlich stärker beim Auswerfen aus der Form verformten als die je 4°/₀ Al enthaltenden Proben A bzw. C. Probe D wies ungenügende Fließeigenschaften auf, so daß die Form nicht zufriedenstellend gefüllt wurde. Dieser Fehler beim Füllen der Form trat bei etwa 50% der Gußkörper auf, die mit Legierungen mit einem Gehalt von etwa 1% Al hergestellt wurden. Derartige Legierungen sind daher technisch für den angegebenen Zweck unbrauchbar.

Bei der Herstellung der Legierungen gemäß der Erfindung können die üblichen Schmelz-, Legierungsund Gießtechniken, wie sie der Fachmann kennt, angewendet werden, wobei Legierungs- und Grundmetallbestandteile verwendet werden können, die die normalen Mengen und Arten von Verunreinigungen enthalten.

Im folgenden werden zur Erläuterung der Erfindung typische bevorzugte Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende Magnesiumlegierungen näher beschrieben.

Beispiele 1 und 2

Verschiedene Magnesiumlegierungen werden in der üblichen Weise hergestellt und auf einer Druckgießmaschine bei 650 bis 815° C in eine Plattenform gegossen, die 102 mm breit, 177 mm lang und 25 mm hoch ist und in der Mitte einen Vorsprung aufweist, der 127 mm lang und 5 mm hoch und breit ist. Von der Stirnseite der Platte und von einer der beiden Seiten des Vorsprungs werden Proben entnommen, die auf Duktilität durch Ermittlung der Bruchdehnung (<5 in °/o), auf ihre Festigkeitseigenschaften durch Ermittlung der Zugfestigkeit (σ in kg/mm²) und Streckgrenze (σ 0,2 in kg/mm²), auf ihre Wärmeleitfähigkeit durch die Konstante der elektrischen Leitfähigkeit (K in Siemens/cm³) und auf ihre Dauerstandfestigkeit durch Ermittlung der Kriechdehnung nach 100 Stunden bei 177° C unter einer Belastung von 3,52 kg/mm² geprüft. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Beispiel	7oAl	Zusammensetzung*	7,Mn	7oZn	in Vq	^σ0.2	30,0	Kriech dehnung	K**
Nr.	8,2	7.Si	0,16	0,57	2,5		32,0	in%
Vergleichsprobe A	9,6		0,14	0,49	1,0	in kg/mm	32,0	1,7	7,3
Vergleichsprobe B	8,6	0,69	0,17	0,54	2,4	21,5	28,0	1,5	6,4
Vergleichsprobe C	8,8	0,13	0,17	0,53	0,6	24,0	31,6	1,9	7,1
Vergleichsprobe D	4,2	0,26	0,24	—	4,4	23,0	33,1	1,9	6,8
1	4,1	0,93	0,39	—	7,5	23,0	0,32	9,0
2	0,52			21,6	0,54	9,4
	18,8

* = Der Rest ist im wesentlichen Magnesium.
** = K gemessen in 10⁴ Siemens/cm³.

In der Tabelle hat die erste Vergleichsprobe A im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die in den USA handelsübliche Magnesium-Druckgußlegierung der ASTM-Bezeichnung »AZ 80 C« bzw. die ihr ungefähr entsprechende Legierung GD-MgAl 8 ZnI nach DIN 1729, Ausgabe 1960, die hohe Festigkeit, aber relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, Duktilität und Dauerstandfestigkeit besitzt. Die drei Vergleichsproben B, C und D zeigen, daß der Aluminium- und Siliciumgehalt in bezug auf verbesserte Dauerstandfestigkeit kritisch ist. Die Vergleichsprobe B liegt zwar mit ihrem Siliciumgehalt innerhalb der gemäß der Erfindung vorgesehenen Grenze, hat aber einen Aluminiumgehalt, der außerhalb des gemäß der Erfindung vorgesehenen Bereichs liegt. Während der Aluminiumanteil der Vergleichsproben C und D eher mit den Legierungen gemäß der Erfindung übereinstimmt, enthalten diese Proben weniger Silicium als für die Erzielung der verbesserten, unerwarteten Dauerstandfestigkeit bei diesem Aluminiumgehalt erforderlich ist. Obwohl die Vergleichsproben B, C und D hinreichende Festigkeit besitzen, zeigen sie relativ schlechte Dauerstandfestigkeit.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen zeigen beträchtlich verbesserte Dauerstandfestigkeit, wie aus den niedrigen Werten für Kriechdehnung hervorgeht, höhere Duktilität, wie die erhöhten Werte der Bruchdehnung zeigen, und bessere Wärmeleitfähigkeit, durch steigende Werte von K gemessen, bei geringem oder keinem Verlust an Streckgrenze.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Magnesiumlegierung, bestehend aus 3,0 bis 5,5% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Silicium, 0,2 bis 0,5% Mangan und 0 bis 1,0% Zink, Rest Magnesium und Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Druckgußstücken, die Betriebstemperaturen im Bereich von 93 bis 204⁰C ausgesetzt sind und dabei gute Dauerstandsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweisen müssen.