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Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen mit hohem Kriechwiderstand
bei erhöhten Temperaturen Für die Herstellung von Konstruktionsteilen aus Magnesiumlegierungen
kommt einem genügend hohen Kriechwiderstand der Legierungen gegen bleibende Verformung
bei erhöhten Temperaturen auf vielen Verwendungsgebieten eine ständig steigende
Bedeutung zu. Bisher hat- man die Aufgabe, solche kriechfesten Magnesiumlegierungen
herzustellen, nur durch legierungstechnische Maßnahmen zu lösen versucht, z. B.
durch Zusätze von Thorium, Cer und anderen Metallen der seltenen Erden. Die Erfindung
beschreitet einen grundsätzlich neuen Weg zur Verbesserung des Zeitstandverhaltens
der Magnesiumknetlegierungen.
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Es ist bekannt, daß ein grobkörnigeres Gefüge eine höhere Kriechfestigkeit
bei erhöhten Temperaturen ergibt als ein feinkörnigeres Gefüge. Diese Feststellung
gilt für Leicht- und Schwermetalle. Eine neuere Veröffentlichung berichtet über
den Gefügeaufbau und die Kriechfestigkeit von Bleilegierungen; es wird festgestellt,
daß auch bei diesen Bleilegierungen die Kriechgeschwindigkeit mit der Korngröße
abnimmt. In einer weiteren von der American Society for Metals unter dem Titel »Creep
and Recovery« herausgegebenen Veröffentlichung wird unter anderem erwähnt, daß grobkörniges
Messing und grobkörniger austenitischer Stahl bei höheren Temperaturen kriechfester
sind als entsprechendes feinkörniges Material. Dabei wird festgestellt, daß grobkörnige
Metalle zwar bei erhöhten Temperaturen kriechfester sind, aber bei Raumtemperatur
ein festigkeitsmäßig ungünstigeres Verhalten zeigen als feinkörnige Metalle und
eine Erklärung für dies scheinbar allgemein gültige Verhalten noch aussteht. Die
erwähnte Erkenntnis über ein besseres Zeitstandverhalten eines Werkstoffs mit einem
gröberen Korn gegenüber dem gleichen Werkstoff mit einem feineren Korn hat daher
zu keinen praktischen Folgerungen geführt. Denn ein Abfall der Festigkeitswerte
bei Raumtemperatur kann nicht in Kauf genommen werden.
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Auch bei Magnesiumlegierungen hat man zur Erreichung genügend hoher
Festigkeitswerte bei Raumtemperatur seit jeher auf ein feinkörniges Gefüge hingearbeitet,
zu welchem Zweck eine Vielzahl von Kornfeinungsmitteln und -verfahren bekannt ist.
So wird bei den Magnesiumknetlegierungen bekanntermaßen die Entstehung eines grobkörnigen
Gefüges bewußt dadurch vermieden, daß die einzelnen Knetverformungsstufen bei fallender
Temperatur durchgeführt werden. Ein besonders feines Korn, das gute Festigkeiten
bei Raumtemperatur, insbesondere eine gute Dehnung, gewährleistet, erhält man nach
einem bekannten Verfahren beim Walzen von Magnesiumlegierungen, indem man die bis
auf 25% oder mehr über der Enddicke warmgewalzten, d. h. oberhalb der Rekristallisationstemperatur
verformten Bleche einer starken Kaltverformung von mindestens 25%, die weit oberhalb
der kritischen liegt, unterwirft und dann oberhalb der Rekristallisationstemperatur
glüht.
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Wie nun aber überraschenderweise gefunden wurde, weisen sparlos verformte
Werkstücke aus Magnesiumlegierungen, bei denen nach einer aufgebrachten Kaltverformung
durch eine Glühung weit oberhalb der Rekristallisationstemperatur bewußt ein grobkörniges
Gefüge erzeugt wurde, nicht nur einen hohen Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen
auf, sondern es werden auch die Festigkeitswerte bei Raumtemperatur, insbesondere
die für den Konstrukteur wichtige Streckgrenze, kaum beeinträchtigt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von sparlos
verformten Werkstücken aus Magnesiumlegierungen, insbesondere Strangpreßerzeugnissen,
die einen hohen Kriechwiderstand bei erhöhten Temperaturen aufweisen, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß ein oberhalb der Rekristallisationstemperatur sparlos verformtes
(warmverformtes) Werkstück unterhalb der Rekristallisationstemperatur kritisch verformt
(Kaltverformung) und darauf bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur,
vorzugsweise wesentlich oberhalb der Rekristallisationstemperatur, geglüht wird.
Wenn die Knetverformung des Werkstücks bei Temperaturen zwischen der oberen Rekristallisationsschwelle
und der unteren Rekristallisationsschwelle oder unterhalb der unteren Rekristallisationsschwelle
durchgeführt wird bzw. durchgeführt werden kann, genügt in vielen Fällen eine anschließende
Glühung
oberhalb der Rekristallisationstemperatur.
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Beispiel 1 Eine bei 3.10° C stranggepreßte Stange von 19 mm Durchmesser
aus einer Magnesiumlegierung mit 6,60!o Aluminium, 0,81% Zink und 0,13% Mangan besaß
einen mittleren Korndurchmesser von 0,019 mm. Sie wurde in diesem Zustande im Dauerstandversuch
bei 200° C und einer Belastung von 2 kg/mm2 geprüft. Die Kurve 1 in der A b b. 1
zeigt die unter Last gemessene Gesamtdehnung dieser Probe I über eine Prüfdauer
von 50 Stunden.
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Eine Stange gleicher Fertigung wurde 24 Stunden bei -100° C geglüht
und in Wasser abgeschreckt. Sie wies danach einen mittleren Korndurchmesser von
0,022 mm auf und wurde der gleichen Prüfung im Dauerstandversuch wie die nicht geglühte
Stange unterworfen. Das Kriechverhalten dieser Stange (Probe 11) ist ersichtlich
aus der Kurve I1 in der Abb. 1.
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Eine weitere Stange der gleichen Fertigung wurde zunächst um 0,801o
kaltgereckt, dann 24 Stunden bei 400° C geglüht und hiernach in Wasser abgeschreckt.
Der mittlere Korndurchmesser betrug hiernach 0,35 mm. Das Kriechverhalten der so
behandelten Stange (Probe III) zeigt die Kurve III in der A b b. 1.
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Aus einem Vergleich des Verlaufs der Kurven ist ersichtlich, daß das
Zeitstandverhalten der erfindungsgemäß behandelten Stange gegenüber dem unbehandelten
Material, gemessen an der Gesamtdehnung nach einer Prüfdauer von 50 Stunden unter
Last, um eine Zehnerpotenz verbessert ist. Die Streckgrenze der drei Stangen betrug
gleichbleibend 24,2 kg/mm2. Die Zugfestigkeit der Proben 1 und 1I betrug 30,0 kg/mm2,
die der Probe 111 28,2 kg/mm2. Die Dehnung aller drei Proben betrug etwa
70/0. Beispiel 2 Ein Gußblock aus einer Magnesiumlegierung mit 2,80!o Aluminium,
0,72% Zink und 0,14% Mangan wurde bei einer Temperatur von 330°C auf der Strang
presse zu Rundstangen von 19 mm Durchmesser verformt.
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Eine Stange wurde 90 Minuten bei 450° C geglüht und wies hiernach
einen gegen den Preßzustand unveränderten mittleren Korndurchmesser von 0,019 mm
auf. Bei der Prüfung dieser Probe 1 im Dauerstandversuch bei 200° C und einer Belastung
von 2 kg/mm!' ergab sich eine unter Last gemessene Gesamtdehnung über eine Prüfdauer
von 50 Stunden gemäß Kurve 1 in der A b b. 2.
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Eine andere Stange der gleichen Fertigung wurde zunächst um 1,3% kaltgereckt,
dann 90 Minuten bei 450° C geglüht und in Wasser abgeschreckt, wonach das Material
einen mittleren Korndurchmesser von 0,57 mm aufwies. Das unter den gleichen Bedingungen
ermittelte Kriechverhalten dieser Stange (Probe II) ist ersichtlich aus der Kurve
II gemäß der Ab b.2.
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Die Streckgrenze beider Proben betrug etwa gleichbleibend 19 kg/mm2,
die Zugfestigkeit der Probe I betrug 26,0 kg/mm2, die der Probe Il 23,0 kg/mm2.
Beispiel 3 Ein Gußblock aus einer Magnesiumlegierung mit 7,3% Aluminium, 0,9511/o
Zink, 15% Mangan wurde auf der Strangpresse bei einer Temperatur von 290°C zu einer
Rundstange von 20 mm Durchmesser verformt. Diese Temperatur liegt zwischen der oberen
und der unteren Rekristallisationsschwelle der genannten Legierung. Die Stange wies
danach einen mittleren Korndurchmesser von 0,014 mm auf.
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Die im Dauerstandversuch bei 200° C und einer Belastung von 2 kg/mm2
nach 50 Stunden unter Last gemessene Gesamtdehnung betrug 0,9%.
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Eine Stange der gleichen Fertigung wurde zunächst bei 400° C 10 Stunden
rekristallisierend geglüht; sie wies hiernach einen mittleren Korndurchmesser von
0,26 mm auf. Die darauf im Dauerstandversuch bei 200° C und einer Belastung von
2 kg/mm2 unter Last gemessene Gesamtdehnung betrug nach 50 Stunden nur 0,2 0/0.