[go: up one dir, main page]

DE102016116244A1 - Magnesiumlegierung - Google Patents

Magnesiumlegierung Download PDF

Info

Publication number
DE102016116244A1
DE102016116244A1 DE102016116244.2A DE102016116244A DE102016116244A1 DE 102016116244 A1 DE102016116244 A1 DE 102016116244A1 DE 102016116244 A DE102016116244 A DE 102016116244A DE 102016116244 A1 DE102016116244 A1 DE 102016116244A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
alloy
magnesium
magnesium alloy
alloys
alloying elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016116244.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefanie Sandlöbes
Dierk Raabe
Jörg Neugebauer
Martin Friak
Zongrui Pei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Original Assignee
Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Institut fuer Eisenforschung filed Critical Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Priority to DE102016116244.2A priority Critical patent/DE102016116244A1/de
Publication of DE102016116244A1 publication Critical patent/DE102016116244A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C23/00Alloys based on magnesium
    • C22C23/02Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Es wird eine Magnesiumlegierung, die Magnesium, zwischen 0,01 Gew.-% und 0,3 Gew.-% Ca und von 0,5 bis 3 Gew.-% Al in Mischkristalllösung sowie unvermeidbare Verunreinigungen enthält, beansprucht. Die beanspruchte Magnesiumlegierung enthält mit den Legierungselementen Ca und Al, preiswerte und auch leicht zugängliche Legierungselemente. Die beanspruchte Legierung zeigt eine intrinsische Duktilisierung, die bereits im standardwarmgewalzten und rekristallisierten Zustand erreicht wird, d. h. weitere thermomechanische Prozessoptimierungen sind nicht notwendig. Sie weist bei Raumtemperatur eine vierfach höhere Duktilität als reines Magnesiumblech und auch eine um 40% höhere Fließspannung auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnesiumlegierung mit verbesserter Duktilität bei Raumtemperatur.
  • Metalle zählen auf Grund ihrer Festigkeit und Verformbarkeit zu den wichtigsten Materialien für die Herstellung von Werkstücken. Verglichen mit Polymeren haben sie, mit Ausnahme von Magnesium, eine hohe Massendichte. Magnesium hingegen, mit einer Dichte von nur 1,7 g/cm3, ist einer der leichtesten Konstruktionswerkstoffe, es ist 4,5-mal leichter als Stahl, 1,7 mal leichter als Aluminium und sogar leichter als Carbonfasern. Dieses geringe Gewicht stellt ein noch weitgehend ungenutztes Potential für die Gewichtsreduzierung in zahlreichen technischen Produkten wie etwa Fahrzeugen, Flugzeugen und Zügen dar, was unmittelbar auch zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und somit von CO2-Emissionen führen würde. Magnesium ist aber aufgrund seiner fehlenden Duktilität nicht überall einsetzbar. Während Metalllegierungen anderer Metalle sich vielfältig hinsichtlich Duktilität, Energieabsorption etc. einstellen lassen, ist die Verbesserung der Duktilität bei Magnesiumlegierungen bisher auf Legierungen mit Seltenerdelementen sowie mit Yttrium beschränkt, oder erfordert den Einsatz aufwändiger und damit kostspieliger thermomechanischer Prozesse. Vor allem aus Kostengründen ist daher eine breite kommerzielle Verwertung von Mg-Legierungen mit Seltenerdmetallen und Yttrium sowie über den Weg sehr aufwändiger thermomechanischer Prozesse nur beschränkt möglich.
  • Beispielsweise ist aus der JP 2014-218689 eine Magnesiumlegierung bekannt. Es werden eine Magnesiumlegierung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung offenbart. Die Magnesiumlegierung weist eine Schicht auf, in der eine intermetallische Al-Ca-Verbindung in der Mg-Phase verteilt ist und eine Schicht, in der Ca und Al angereichert sind. Die Magnesiumlegierung enthält zwischen 3 und 15 Masse-% Al und 0,2 bis 2 Masse-% Ca.
  • Eine weitere Magnesium-Al-Ca-Legierung ist aus der US 2015/0090374 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Magnesiumlegierung Mg100-a-bCa3Alb bekannt mit der Zusammensetzung Mg83,75Al10Ca6,25. Die Materialeigenschaften der in der US 2015/0090374 untersuchten Legierung wurden bei Temperaturen von 523 Kelvin (249,85°C), 573 Kelvin (= 300,55°C) und 623 Kelvin (349,85°C) bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur werden nicht beschrieben.
  • JP 4415098 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer feuerbeständigen Magnesiumlegierung, welche Calcium enthält. Die Entzündungstemperatur wurde insbesondere durch Zugabe von Calcium erhöht. Als weitere Legierungselemente kann die beschriebene Legierung 0,01 bis 5,0 Masse-% Zn, Mn, Zr, Y und Si enthalten.
  • Aus der JP 5590660 B2 ist eine Magnesiumlegierung mit verbesserter Verformbarkeit bei niedrigen Temperaturen bekannt, die von 2,5 bis 7,2 Masse-% Al, bis zu 2,0 Masse-% Zr und bis zu 1,0 Masse-% Mn sowie von 0,01 bis 0,5 Masse-% Ca enthält.
  • Eine weitere Magnesiumlegierung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 644 728 bekannt. Um die Kaltverformbarkeit von Magnesium zu verbessern, wird einer Magnesiumlegierung, die als ein wesentliches Legierungselement Zink enthält, Ca als weiteres Legierungselement zugefügt. In der in der EP 2 644 728 A2 offenbarten Magnesiumlegierung wird Zink in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% und Calcium in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% zugefügt.
  • Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Vorschläge bekannt, die mechanischen Eigenschaften von Magnesium, insbesondere die Kaltverformbarkeit, bei Raumtemperatur zu verbessern. Insbesondere Legierungen, die Seltenerdmetalle enthalten, sind kostenintensiv, so dass ihr Einsatz in der Praxis aus Kostengründen nicht erfolgversprechend ist. Weiterhin ist der Einsatz thermomechanischer Behandlungsrouten wie beispielsweise unidirektionale oder reversierende Umformprozesse, Extrudieren oder Kneten dafür bekannt, über eine Texturabschwächung eine erhöhte Raumtemperaturformbarkeit zu induzieren.
  • Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine Magnesiumlegierung zur Verfügung zu stellen, die Legierungselemente enthält, die nicht nur preiswert, sondern auch leicht zugänglich sind, sowie bereits in gegossenem Zustand mit Standardblechumformmethoden, also Homogenisierungsglühen, Warmwalzen, Rekristallisierungsglühung ohne weitere aufwändige thermomechanische Behandlung bei Raumtemperatur formbar sind.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß eine Magnesiumlegierung enthaltend neben Magnesium 0,01 bis 0,3 Gew.-% Ca und 0,5 bis zu 3 Gew.-% Al in Mischkristalllösung sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung durch Zusatz der preiswerten und ökologisch unbedenklichen Elemente Aluminium und Calcium eine sehr preiswerte Magnesiumlegierung erhalten wird, die bei Raumtemperatur eine vierfach höhere Duktilität als reines Magnesiumblech aufweist und auch eine um 40% höhere Fließspannung als reines Magnesiumblech ausweist. Durch die erfindungsgemäße Legierung wird eine intrinsische Duktilisierung erzielt, die sich bereits im standardwarmgewalzten und rekristallisierten Zustand zeigt, d. h. ohne jegliche weitere thermomechanische Prozessoptimierung.
  • Die Legierungselemente Ca und Al sind in Mengen von 0,01 bis 0,3 Gew.-% Ca und 0,5 bis zu 3 Gew.-% Al in der Legierung enthalten. Wichtig ist, dass diese Legierungselemente gemeinsam in der Matrix in Lösung vorliegen, d. h. in Mischkristalllösung. Ca und Al liegen in einer solchen Menge vor, dass keine intermetallischen Al-Ca-Verbindungen vorhanden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt an Ca von 0,01 bis 0,28 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 0,25 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,2 Gew.-%. Der Gehalt an Al beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 3,0 Gew.-%.
  • Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung können durch Zugabe weiterer Legierungsmetalle variiert werden. Beispiele von geeigneten Legierungsmetallen sind Zn, Zr, Sr, Sn, Li, Si, Mn. Diese weiteren Legierungselemente dienen der Festigkeitserhöhung mittels Kornfeinung oder Ausscheidungshärtung. Auch Metalle der seltenen Erden können als Legierungselemente zugesetzt werden. Wichtiger Bestandteil der neuen Legierung ist das Vorhandensein einer homogenen Mg-Ca-Al Mischkristallmatrix ohne die Ausscheidung von Zweitphasen im System Mg-Al-Ca. Darüberhinausgehende Zweitphasenausscheidungen anderer Systeme durch Zugabe weiterer Legierungselemente (wie Zn, Zr, Sr, Sn, Li, Si, Mn und ggf. Metallen der seltenen Erden) wird nicht ausgeschlossen.
  • Die dauerhafte Änderung der Form von Metallen ist möglich durch die Bewegung von Liniendefekten, durch die Atombindungen aufgebrochen werden und die neue Bindungen entlang dichtgepackter Gitterrichtungen hervorrufen. Diese linienhaften Gitterdefekte werden auch als Versetzungen bezeichnet und ihre kristallografischen Merkmale als Gleitsysteme. Jede Versetzung schert das Material um eine translatorische Atomposition. Die Bewegung einer großen Zahl solcher Versetzungen bis (bis zu 1016 m/m2) ermöglicht so das makroskopische Umformen.
  • Metalle werden üblicherweise in polykristalliner Form mit Kristallgrößen bis zu einigen Mikrometern verwendet. Ein Quadratmeter eines umformbaren Blechbauteils kann mehr als 1010 Kristalle aufweisen. Da individuelle Kristalle nur entlang spezifischer kristallografischer Richtungen deformiert werden können, erfordert die makroskopische Änderung der Form eines polykristallinen Metalls eine kompatible, also formschlüssige Verformung der beteiligten Kristalle. Die kristalline Umsetzung der von außen durch einen maschinellen Umformprozeß aufgezwungenen Deformationen erfordert somit mindestens fünf unabhängige Deformationssysteme in jedem Kristall, um die Gesamtprobe verformen zu können. Während metallische kubische Kristalle (z. B. Stahl, Al-Legierungen) eine ausreichend hohe Zahl von unabhängigen Deformationssystemen aufgrund ihrer hochsymmetrischen Kristallstruktur aufweisen, zeigen hexagonale Kristalle nur eine unzureichende Anzahl unabhängiger kristalliner Deformationssysteme.
  • Magnesium und dessen Legierungen als leichteste Klasse der strukturgebenden Metalle haben eine hexagonale Gitterstruktur. Trotz der geringen Dichte, guten Vergießbarbeit und Rezyklierbarkeit ist eine umfangreichere industrielle Anwendung von Magnesium und dessen Legierungen durch die schlechte Verformbarkeit bei Raumtemperatur eingeschränkt. Diese fehlende Duktilität bei Raumtemperatur ist zurückzuführen auf die bevorzugte Verformung mittels {0001}(1120) Versetzungsgleiten sowie der Bildung von {1012}(1011) Verformungszwillingen. Die bevorzugte Bildung einer sogenannten Basaltextur, welche die Ausrichtung der c-Achsen des Kristallgitters parallel zur Verformungsrichtung beschreibt, wird durch die Aktivierung dieser Verformungsmechanismen gestärkt. Hierin liegt ein wichtiger Grund, warum Magnesium bereits bei geringen Belastungen bricht. Eine duktile Umformung erfordert daher eine Verformung auch entlang der c-Achse des Kristallgitters. Dies kann entweder durch die Einstellung einer nicht-basalen Texture oder der Aktivierung von nicht-basalen Verformungsmechanismen erfolgen.
  • Die Änderung der Verformungseigenschaften, d. h. die Einstellung der Aktivierung und Stabilität von Gleitsystemen, insbesondere von nicht-basalen Gleitsystemen, ist durch Zugabe von Legierungselementen möglich. Die Duktilität von Magnesium bei Raumtemperatur kann insbesondere durch Zugabe von Legierungselementen wie Yttrium und Seltenerdmetallen (RE-Elementen) deutlich erhöht werden. Durch Messungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und ab initio-Berechnungen wurde festgestellt, dass ein Anstieg der Duktilität von Mg-Y- und Mg-RE-Legierungen durch eine erhöhte Aktivität der <c + a> Gleitverschiebung hervorgerufen wird, wodurch eine kristalline Scherung auch außerhalb der basalen Ebene bewirkt wird. Eine solche intrinsische Veränderung der Aktivierung von Gleitsystemen wurde bisher nur durch das Vorhandensein von Yttrium und/oder Seltenerd-Elementen in fester Lösung beobachtet, wodurch die Legierungen sehr teuer werden und auch das Recycling erschwert wird.
  • Aus den vorgenannten Gründen beruhen die meisten Konzepte, neue Magnesiumlegierungen zu entwickeln, darauf, entweder die Textur oder die Korngröße durch Verarbeitungstechnologien im Labormaßstab, wie Extrusion, Kneten oder asymmetrische Formgebung, hohe plastische Deformationen (z. B. durch die sogenannte severe plastic deformation (SPD)) zu beinflussen, um Mikrostrukturen mit ultrafeiner Körnung zu erhalten oder durch die Ausscheidung von Zweitphasen und durch höhere Legierungszugaben. Es wird versucht, diese nachteiligen Eigenschaften von Magnesium in nachgelagerten Verarbeitungsprozessen oder durch ausgeklügelte, und in der Regel kostenintensive, Legierungen zu minimieren.
  • Eine alternative Möglichkeit sind sogenannte ab initio-Bestimmungen von fundamentalen thermodynamischen, energetischen und strukturellen Parametern. Dies ermöglicht ein besseres mechanistisches Verständnis der Interaktionen von Yttrium und Seltenerd-Atomen in Magnesium in fester Lösung, um die Grundlagen der Auswahl des Gleitsystems in diesen Modelllegierungen besser verstehen zu können. Wenn man bedenkt, dass nur 60 kommerziell erhältliche Elemente typischerweise als Legierungszusätze verwendet werden, was zu einer Vielzahl an möglichen unterschiedlichen Legierungen führt, zeigt dass der empirische Weg, um Magnesiumlegierungen mit fester Lösung zu ermitteln, die ähnliche Eigenschaften wie die Legierungen mit Seltenerdelementen, unmöglich ist.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein quantenmechanisches Modell zum Auffinden von geeigneten Magnesiumlegierungen entwickelt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Auffinden einer Legierung aus dem Hauptlegierungsmetall und den Legierungselementen mit vorgegebenen mechanischen Eigenschaften, welches die Schritte umfasst:
    • a) Ermitteln einer Legierung des Hauptmetalls, die die vorgegebenen mechanischen Eigenschaften aufweist, als Referenzsystem,
    • b) Ermitteln von weiteren Legierungen, die in ihren mechanischen Eigenschaften dem Referenzsystem nahe kommen, wobei die Ähnlichkeit zwischen zwei Legierungen dabei durch eine Ähnlichkeitsfunktion ausgedrückt wird, und
    • c) Bestimmen der Zusammensetzung c der neuen Legierung durch Maximierung der Ähnlichkeitsfunktion.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Auffinden von Legierungen aus Hauptmetall und Legierungselementen mit vorgegebenen mechanischen Eigenschaften angewendet werden, wobei das Hauptmetall nicht auf bestimmt Metalle beschränkt ist.
  • Die in Schritt b) verwendete Ähnlichkeitsfunktion sollte geeignet sein, die Ähnlichkeit zwischen zwei Legierungen auszudrücken. Ein Beispiel für eine geeignete Ähnlichkeitsfunktion ist die Gleichung Yc = 1 – Σαωα(α – αc)2, worin der Index c die chemische Zusammensetzung der aufzufindenden Legierung, α ein ausgewählter Satz von Element-spezifischen Eigenschaften und ωα der Wchtungsfaktor ist. Vorzugsweise werden die Elementeigenschaften und Wichtungsfaktoren mittels ab initio Methoden bestimmt. Der Näherungsfaktor Yc wird als Yttrium-Ähnlichkeits-Index, YSI, bezeichnet. Ein Beispiel für eine geeignete ab initio Methode ist die Dichtefunktional-Theorie).
  • Nachfolgend wird das Verfahren an Hand einer Mg-Legierung erläutert, die preiswert sein soll, aber eine höhere Duktilität als reines Magnesium aufweisen soll. Im Falle von Magnesium geht man von einer Mg-Y-Legierung mit den gewünschten Duktilitätseigenschaften aus, die kommerziell aber unattraktiv ist und sucht weitere alternative Legierungszusammensetzungen, die dem Referenzsystem so nah wie möglich sind aber die teuren Legierungsbestandteile vermeiden oder reduzieren. Die Näherung zwischen zwei Legierungen wird durch den oben eingeführten Ähnlichkeits-Index ausgedrückt
  • Um einen geeigneten Satz von Elementeigenschaften und Wichtungsfaktoren bestimmen zu können, wurde die Dichtefunktional-Theorie (s. Z. Pei, M. Friák, S. Sandlöbes, R. Nazarov, B. Svendsen, D. Raabe, J. Neugebauer, Rapid theory-guided prototypin of ductile Mg alloys: from binary to multi-component materials, New J. Phys 17 (2015) 093009) verwendet, um die Referenzmengen für eine große Zahl an binären Mg1-xXx-Legierungen (x << 1) mit fester Lösung zu berechnen. Durch eine Korrelationsanalyse dieses umfangreichen Datensatzes wurden drei spezifische Korrelationen mit deutlich fundamentalen Eigenschaften identifiziert, nämlich das atomare Volumen von gelösten Stoffen, ihre Elektronegativität und ihr Kompressionsmodul. Die Korrelationskoeffizienten wurden die Wichtungen ωα.
  • Insgesamt wurden auch 2.850 ternäre Kombinationen untersucht und einige Legierungen mit YSI-Werten > 0,95 gefunden. Betrachtet man die Übersicht über die vorhergesagten Legierungen, sieht man, dass die meisten Seltenerd-Elemente enthalten, die Vorgaben für ein Recyceln nicht erfüllen (Cd, Zr, Hf, Tl), toxisch sind (Cd), in Magnesium nicht ausreichend löslich sind (Zr, Hf) oder zu teuer sind (Zr, Tl, Hf, Sr). Schließt man die Elemente aus, die die Vorgaben nicht erfüllen, bleibt ein ternäres System zurück, nämlich eine Mg-Al-Ca-Legierung, die die Anforderungen einer industriellen Metallurgie erfüllt und zwei preiswerte und nicht-toxische Elemente enthält, nämlich Al und Ca. Aus dem Stand der Technik sind ternäre Mg-Legierungen mit Ca und Al bekannt, es wurden jedoch die Legierungselemente in Mengen zugegeben, die oberhalb der Löslichkeitsgrenze von Ca lagen.
  • Auf der Basis der ab initio-Annäherung wurden geeignete Mg-Al-Ca-Systeme identifiziert und auch synthetisiert. Ein bevorzugtes System ist Mg-1Al-0.1Ca (Gewichts-%). 3 zeigt das Zugverformung/Belastungs-Verhalten der erfindungsgemäßen Legierung mit der genannten Zusammensetzung in einem direkten Vergleich mit reinem Magnesium und binärer Mg-Re und Mg-Y Systeme in fester Lösung. Die überragenden mechanischen Eigenschaften mit einer Zugdehnung von etwa 20%, das bedeutet eine vierfach höhere Duktilität als bei reinem Magnesiumblech, ausgewogener konstanter Kaltverfestigung und einer Zugfestigkeit von etwa 220 MPa, d. h. 40% über der von reinem Magnesiumblech.
  • Die Charakterisierung der Mikrostruktur bestätigt, dass der Anstieg der Duktilität nicht auf Textur-Engineering, Nanostruktur, Reduzierung der Korngröße, Aktivieren der Zwillingsbildung oder Dispersionen in der zweiten Phase zurückzuführen sind, sondern nur auf die intrinsische Wirkung der festen Lösung, die die Aktivierung von nicht-basalen <c + a>-Fehlstellen-Gleitung erleichtert (s. 4). Optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Elektronen-Rückstreu-Beugungsmethode (EBSD) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigen, dass die erfindungsgemäße Legierung Mg-1Al-0.1Ca eine Legierung mit einer festen Lösung in einer einzigen Phase ohne Zweitphasenausscheidungen ist. Das Material hat eine Korngröße von 35–50 μm und eine vorherrschende basale Textur mit einer schwachen TD-Texturkomponente, d. h. es ist mikrostrukturell vergleichbar mit den vorgegebenen Referenzlegierungen.
  • Die TEM-Analyse der aktiven Versetzungen (Dislocations) und Gleitsysteme mit g·b, worin g der Diffraktionsvektor und b der Burgers-Vektor ist, zeigt die ausgeprägte Aktivität der nicht-basalen <c + a> und der basalen <a>-Versetzungsgleitung (s. 4 im Entwurf). Gemäß dem Kriterium g·b sind nur Versetzungen mit einer <c>-Komponente unter g = (0002), Versetzungen mit einer <a>-Komponente sind unter g = (1120) sichtbar und beide, <a>- und <c>-Komponenten sind unter g = (0111) sichtbar (s. 4 im Entwurf). Die zweidimensionalen Abschnitte, wie sie in 4 markiert sind, zeigen eindeutig die Gleitebene der Versetzung <c + a>, die die pyramidale Ebene erster Ordnung (1011) ist, was bestätigt, dass sie nicht dissoziiert auf der basalen Ebene bleiben. Diese vorhergesagte Aktivität der basalen <a>- und <c + a>-Versetzungsgleitung erleichtert die Interaktion der Versetzungen und Härtung, was wiederum die konstante Kaltverfestigung ohne Ausscheidungshärtung der erfindungsgemäßen Mg-1Al-0.1Ca-Legierung ermöglicht.
  • Beispiel
  • Ein Magnesiumlegierung mit 1 Gew.-% Al und 0,1 Gew.-% Ca als Legierungselemente wurde durch metallurgisch übliches Erschmelzen und Abgießen in einer Kokille hergestellt. Zum Aufbrechen des Gussgefüges und Homogenisierung der Mikrostruktur wurde der Gussblock unidirektional warmgewalzt und anschließend einer Rekristallisierungsglühung unterzogen.
  • Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung wurden untersucht und mit denen von Legierungen aus dem Stand der Technik verglichen.
  • In einem Zugversuch wurde festgestellt, dass reines Magnesium bei geringen Deformationen brüchig wird, während die erfindungsgemäße Legierung duktil, d. h. formbar bleibt und bei kleinen Dehnungen von einigen % nicht bricht. In 1 ist der Zustand von gewalztem Magnesium gezeigt. Magnesium bricht wegen der Basaltextur und der Aktivierung von basaler <a>-Versetzungsgleitung bereits bei geringen Belastungen (s. oberer Teil der Darstellung). In der unteren Hälfte ist der Zustand der erfindungsgemäßen Legierung vor und nach dem Zugversuch dargestellt. Die zusätzliche Aktivierung der basalen <c + a>-Versetzungsgleitung erhöht die Zugfestigkeit der Legierung.
  • In 2 sind die berechneten Werte des Yttrium-Similarity-Index, YSI (Gleichung 1) für insgesamt 2850 lösliche Paarungen (a) in Form einer Matrix dargestellt. Die hellen Bereiche bedeuten eine hohe Ähnlichkeit und die dunkleren Bereiche nur eine sehr geringe Ähnlichkeit. Lösliche Paarungen mit einem hohen Index (YSI > 0.95) sind in dem oberen dreieckigen Abschnitt in (b) gezeigt. Unter Anwendung eines Kosten- und Löslichkeitsfilters bleibt nur eine einzelne Paarung, Al-Ca (c).
  • 3 zeigt die ermittelten Spannungs-Dehnungskurven der erfindungsgemäßen Mg-Al-Ca-Legierung im Vergleich mit Mg-Y, Mg-Re (wobei Re Seltenerdmetalle bedeutet) und reinem Mg [2, 10].
  • In der 3 zeigt die Einblendung die UTS(Ultimate Tensile Strength, maximale Zugspannung)-UE (Uniform Elongation, gleichmäßige Dehnung) der Legierungen. RD bedeutet Walzrichtung und TD: Querrichtung. Die Zusammensetzungen sind in Gew.-% angegeben.
  • In 4 sind die Mikrostrukturen (optische Mikroskopie (a), Elektronen-Rückstreu-Beugungs-Methode (EBSD) (b), Transmissionselektronenmikroskopie (c)) der neuen Mg-Al-Ca-Legierung dargestellt. Es werden Korngrößen zwischen 35 und 50 μm und eine vorherrschende Basaltextur mit einer leichten TD-Textur-Komponente erhalten. Die TEM-Darstellungen (c), die unter unterschiedlichen Diffraktionsbedingungen aufgenommen wurden, bestätigen die prädominante Aktivität der pyramidalen [c + a] und basalen [a]-Versetzungsgleitung. In (c) bedeuten kleine Großbuchstaben kristallographische Ebenen und Kursivbuchstaben Gleitsysteme.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014-218689 [0003]
    • US 2015/0090374 [0004, 0004]
    • JP 4415098 [0005]
    • JP 5590660 B2 [0006]
    • EP 2644728 [0007]
    • EP 2644728 A2 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Z. Pei, M. Friák, S. Sandlöbes, R. Nazarov, B. Svendsen, D. Raabe, J. Neugebauer, Rapid theory-guided prototypin of ductile Mg alloys: from binary to multi-component materials, New J. Phys 17 (2015) 093009 [0025]

Claims (10)

  1. Magnesiumlegierung enthaltend Magnesium, zwischen 0,01 Gew.-% und 0,3 Gew.-% Ca und von 0,5 bis 3% Al in Mischkristalllösung sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
  2. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Verformbarkeit (Duktiliät) bei Raumtemperatur von 15% bis 20% aufweist.
  3. Magnesiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Ca von 0,01 bis 0,28 Gew.-%, insbesondere von 0,05 bis 0,25 Gew.-%, beträgt.
  4. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Al von 0,5 bis 2,0 Gew.-% beträgt.
  5. Magnesiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Legierungselemente Zn, Zr, Mn, Si, Li Sr, Sn, Metallen der seltenen Erden und beliebige Mischungen der voranstehenden enthalten sein können.
  6. Verfahren zum Auffinden einer Legierung aus dem Hauptlegierungsmetall und den Legierungselementen mit vorgegebenen mechanischen Eigenschaften, welches die Schritte umfasst a) Ermitteln einer Legierung des Hauptmetalls, die die vorgegebenen mechanischen Eigenschaften aufweist, als Referenzsystem, b) Ermitteln von weiteren Legierungen, die in ihren mechanischen Eigenschaften dem Referenzsystem nahe kommen, wobei die Ähnlichkeit zwischen zwei Legierungen wird dabei durch eine Ähnlichkeitsfunktion ausgedrückt wird, und c) Bestimmen der Zusammensetzung c der neuen Legierung durch Maximierung der Ähnlichkeitsfunktion.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ähnlichkeitsfunktion aus Schritt b) ausgedrückt wird durch die allgemeine Gleichung Yc = 1 – Σαωα(α – αc)2, worin der Index c die chemische Zusammensetzung der aufzufindenden Legierung, α ein ausgewählter Satz von Element-spezifischen Eigenschaften und ωα der Wichtungsfaktor ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementeigenschaften und Wichtungsfaktoren mittels ab initio Methoden bestimmt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ab initio Methode die Dichtefunktional-Theorie ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung eine Magnesiumlegierung ist.
DE102016116244.2A 2016-08-31 2016-08-31 Magnesiumlegierung Withdrawn DE102016116244A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016116244.2A DE102016116244A1 (de) 2016-08-31 2016-08-31 Magnesiumlegierung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016116244.2A DE102016116244A1 (de) 2016-08-31 2016-08-31 Magnesiumlegierung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016116244A1 true DE102016116244A1 (de) 2018-03-01

Family

ID=61166343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016116244.2A Withdrawn DE102016116244A1 (de) 2016-08-31 2016-08-31 Magnesiumlegierung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016116244A1 (de)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2185452A (en) * 1937-09-01 1940-01-02 Magnesium Dev Corp Method of heat treating magnesium base alloys
DE1291905B (de) * 1962-11-23 1969-04-03 Dow Chemical Co Verwendung einer Magnesiumknetlegierung
GB1190111A (en) * 1968-01-03 1970-04-29 Dow Chemical Co Magnesium Base Alloy
US3709745A (en) * 1970-10-19 1973-01-09 Dow Chemical Co Thermal process for improving the mechanical forming of magnesium alloys
DE4446898A1 (de) * 1993-06-28 1996-07-04 Ube Industries Magnesiumlegierung
JP4415098B2 (ja) 2005-03-16 2010-02-17 独立行政法人産業技術総合研究所 難燃性マグネシウム合金押出材の製造方法及びその押出材
EP2644728A2 (de) 2010-11-23 2013-10-02 Postech Academy-industry Foundation Magnesiumslegierungsblech mit hervorragender formbarkeit bei raumtemperatur und herstellungsverfahren dafür
JP5590660B2 (ja) 2010-03-01 2014-09-17 独立行政法人産業技術総合研究所 冷間成形性と面内異方性を改善したマグネシウム合金板材及びその作製方法
JP2014218689A (ja) 2013-05-02 2014-11-20 雅史 野田 マグネシウム合金及びその製造方法
US20150090374A1 (en) 2012-04-19 2015-04-02 National University Corporation Kumamoto University Magnesium alloy and production method of the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2185452A (en) * 1937-09-01 1940-01-02 Magnesium Dev Corp Method of heat treating magnesium base alloys
DE1291905B (de) * 1962-11-23 1969-04-03 Dow Chemical Co Verwendung einer Magnesiumknetlegierung
GB1190111A (en) * 1968-01-03 1970-04-29 Dow Chemical Co Magnesium Base Alloy
US3709745A (en) * 1970-10-19 1973-01-09 Dow Chemical Co Thermal process for improving the mechanical forming of magnesium alloys
DE4446898A1 (de) * 1993-06-28 1996-07-04 Ube Industries Magnesiumlegierung
JP4415098B2 (ja) 2005-03-16 2010-02-17 独立行政法人産業技術総合研究所 難燃性マグネシウム合金押出材の製造方法及びその押出材
JP5590660B2 (ja) 2010-03-01 2014-09-17 独立行政法人産業技術総合研究所 冷間成形性と面内異方性を改善したマグネシウム合金板材及びその作製方法
EP2644728A2 (de) 2010-11-23 2013-10-02 Postech Academy-industry Foundation Magnesiumslegierungsblech mit hervorragender formbarkeit bei raumtemperatur und herstellungsverfahren dafür
US20150090374A1 (en) 2012-04-19 2015-04-02 National University Corporation Kumamoto University Magnesium alloy and production method of the same
JP2014218689A (ja) 2013-05-02 2014-11-20 雅史 野田 マグネシウム合金及びその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PEI, Zongrui [u.a.]: Rapid theory-guided prototyping of ductile Mg alloys: from binary to multi-component materials. In: New Journal of Physics (NJP). 2015, Bd. 17, ISSN 1367-2630 (E). DOI: 10.1088/1367-2630/17/9/093009. URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/17/9/093009/pdf [abgerufen am 21.11.2016]. Bibliographieinformationen ermittelt über: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/17/9/093009 [abgerufen am 21.11.2016]. *
Z. Pei, M. Friák, S. Sandlöbes, R. Nazarov, B. Svendsen, D. Raabe, J. Neugebauer, Rapid theory-guided prototypin of ductile Mg alloys: from binary to multi-component materials, New J. Phys 17 (2015) 093009

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014002336B4 (de) Kostengünstiges feinkörniges Magnesiumlegierungsblech mit schwacher Textur und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102007060587B4 (de) Titanaluminidlegierungen
EP2386663B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles und Bauteile aus einer Titan-Aluminium-Basislegierung
Zhou et al. Fabrication of high-strength AZ80 alloys via multidirectional forging in air with no need of ageing treatment
DE3586264T2 (de) Aluminium-lithium-legierungen.
DE1558521C3 (de) Verwendung einer Nickel Chrom Knetlegierung als superplastischer Werk stoff
EP1819838B1 (de) Legierung auf der basis von titanaluminiden
DE2423597A1 (de) Verbesserte aluminiumlegierungsprodukte und verfahren zu deren herstellung
Li et al. Microstructure and mechanical properties of Mg–2Gd–3Y–0.6 Zr alloy upon conventional and hydrostatic extrusion
DE2264997A1 (de) Ausscheidungshaertbare nickel-, eisenlegierung
DE112008003052T5 (de) Produkt aus Al-Mg-Zn-Knetlegierung und Herstellungsverfahren dafür
US20130039805A1 (en) Magnesium alloy
DE69700330T2 (de) Dicke werkstuecke aus al-zn-mg-cu legierung mit verbesserten eigenschaften
DE69220164T2 (de) Superplastisches Material aus Legierung auf Aluminiumbasis und Verfahren zur Herstellung
EP2835437A1 (de) Magnesiumlegierung, magnesiumlegierungselement und verfahren zur herstellung davon sowie verfahren zur verwendung der magnesiumlegierung
DE102021129463A1 (de) Magnesiumlegierung und schmiedeteil
DE112008001968T5 (de) Bilden von Magnesiumlegierungen mit verbesserter Duktilität
CN108866393A (zh) 高成形性铝合金板
DE102020129422A1 (de) Verfahren zum Ausbilden von Gegenständen aus einer magnesiumbasierten Legierung bei hohen Deformationsgeschwindigkeiten
Sun et al. Tailoring strength and ductility of Mg97Y2Zn1 alloy through the architecture of heterogeneous lamellar structure by large-ratio hot extrusion
Aryshenskii et al. Investigation of subgrain and fine intermetallic participles size impact on grain boundary mobility in aluminum alloys with transitional metal addition
DE102018214739A1 (de) Hochfestes Gehäuse, sowie Verfahren zur Herstellung von hochfesten Guss-Gehäusen
DE102016116244A1 (de) Magnesiumlegierung
Li et al. Effect of Ag addition on the characteristics of precipitates and improving age hardening response of Mg6Bi alloy
WO2022074153A1 (de) Platte aus einer gewalzten aluminiumlegierung und ein verfahren zur herstellung dieser platte

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee