DE1302937B

DE1302937B -

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Publication number: DE1302937B
Application number: DENDAT1302937D
Authority: DE
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1957-06-05
Publication date: 1971-06-24
Also published as: GB831638A

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legie- Wendungsbereich als ternäre Ausgangslegierungen,

rung aus 0,5 bis 8% Thorium, 0,1 bis 2% Mangan, und zwar auf Grund der höheren Festigkeitseigen-

0,01 bis weniger als l°/₀ Zink, Rest Magnesium als schäften nicht nur bei erhöhten Temperaturen.

Werkstoff für Gegenstände, die hohe Festigkeit und sondern auch bei gewöhnlichen atmosphärischer

hohen Kriechwiderstand bei Temperaturen von 315 5 Umgebungstemperaturen. Ein weiterer Vorteil liegt

bis 371°C haben müssen. darin, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden

Für die erfindungsgemäße Verwendung eignen sich Legierungen durch Zugabe eines aus Seltenen Erdbesonders Legierungen mit dem vorstehend genannten metallen bestehenden Mischmetalls in Mengen bis

Mengenbereich der Einzelbestandteile, wobei Magne- zu 4 Gewichtsprozent bei entsprechender Verminde-

sium bis zu 4% durch entsprechende Mengen Misch- io rung des Magnesiumgehaltes der Legierung noch

metall ersetzt ist. weiter verbessert werden können.

Zu den Magnesiumlegierungen, die gute Eigen- Die gemäß der Erfindung verwendeten Legierungen

schäften bei erhöhter Temperatur aufweisen, gehören werden hergestellt, indem man 0,5 bis 8 Gewichts-

die aus der USA.-Patentschrift 2 744 664 bekannten prozent Thorium, 0,1 bis 2 Gewichtsprozent Mangan

ternären Magnesium-Thorium-Mangan-Legierungen, 15 und 0,01 bis weniger als 1 Gewichtsprozent Zink in

die aus 0,5 bis 8°/₀ Thorium, 0,2 bis 2°/₀ Mangan, einem Stahltiegel in Gegenwart eines für Magnesium

Rest Magnesium bestehen. Es wurde nun festgestellt, geeigneten Salzschmelzmittels miteinander legiert,

daß durch Zusatz geringer Zinkmengen, d. h. von Die bevorzugten Gehaltsbereiche der erfindungs-

0,01 bis weniger als 1 %, zu den bekannten Legie- gemäß zu verwendenden Legierungen sind 1 bis

rungen eine unerwartete Steigerung der physika- 20 4°/₀ Thorium, 0,2 bis 1,5 °/₀ Mangan und 0,1 bis

lischen Eigenschaften dieser Legierungen erzielt wird unter 1 % Zink, Rest Magnesium einschließlich

und daß die Verbesserung sogar dann weiter bestehen- herstellungsbedingter Verunreinigungen, die in den

bleibt, wenn der Mangangehalt nur 0,1 % beträgt. verwendeten Metallen vorhanden sein können und

So weist z. B. die Legierung besonders dann gute die 0,3 Gewichtsprozent der Legierung nicht über-

Festigkeitseigenschaften auf, wenn man sie Tempe- 25 steigen. Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäß

raturen von 315 bis 371^CC aussetzt. zu verwendende Legierung besteht aus 2,5% Tho-

Auch aus den »Auszügen deutscher Patentanmel- rium, 0,7% Mangan und 0,3% Zink, Rest Magnedungen«, Bd. 19, S. 440 (Patentanmeldung St 61 592- sium. Man kann auch bis zu 4% Mischmetall bei VI a/40b), sind bereits Magnesiumlegierungen bekannt, entsprechender Verringerung des Magnesiumgehaltes, die neben bis zu 3% Thorium noch bis zu 10% 30 und zwar bevorzugt in Mengen von 1 %, hinzugeben. Zink und Mangan enthalten. Als Eigenschaften Die Reihenfolge der Zugabe bzw. Einlegierung dieser bekannten Legierungen weiden hohe Korro- der Metalle scheint nicht entscheidend zu sein. Im sionsfestigkeit, gute Schweißbarkeit und Tiefzieh- allgemeinen wird es bevorzugt, zuerst die erforderfähigkeit angegeben. Dagegen werden die Legierungen liehe Magnesiummenge in Gegenwart eines für gemäß der Erfindung für Gegenstände mit hoher 35 Magnesium geeigneten Salz-Schmelzmittels, z. B. aus Festigkeit und hohem Kriechwiderstand bei Tempe- 34 Gewichtsprozent Kaliumchlorid, 7 bis 10 Geraturen von 315 bis 371⁰C verwendet. wichtsprozent Bariumchlorid, 9 bis 12 Gewichts-Aus der deutschen Patentschrift 806 055 sind prozent Calciumfluorid, 27 bis 31 Gewichtsprozent ferner Magnesiumlegieiungen aus 0,01 bis 10% Magnesiumchlorid und 10 bis 13 Gewichtsprozent Thorium, 0,02 bis 2% Mangan, 0,5 bis 10% Zink, 40 Magnesiumoxyd zu schmelzen. Nach dem Schmelzen 0,5 bis 10% Seltene Erdmetalle, Rest Magnesium des Magnesiums und Erhitzen auf 732 bis 76O⁰C bekannt. Diese Legierungen können auch noch 0,4 kann man die erforderliche Menge Mangan und bis 0,9% Zirkonium enthalten. Wie in dieser Patent- anschließend das Thorium in die Schmelze einrühren, schrift angegeben ist, weisen diese bekannten Legie- Das Thorium ist als Härter in Form einer binären rungen gute mechanische Eigenschaften und insbe- 45 Magnesium-Thorium-Legierung mit einem Thoriumsondere einen guten Kriechwiderstand bei Tempe- gehalt von 28% erhältlich. Ein derartiger Härter ratüren von etwa 200° C auf. Sie eignen sich jedoch oder Thorium selbst kann in der erforderlichen nicht als Werkstoff für Gegenstände, die bei den Menge angewendet werden, um den gewünschten wesentlich höheren Temperaturen von 315 bis 371° C Thoriumgehalt herbeizuführen. Zink kann man in eine ausreichend hohe Festigkeit und einen aus- 50 metallischer Form oder vorzugsweise als Härter aus reichend hohen Kriechwiderstand aufweisen müssen. einer binären Magnesium-Zink-Legierung zugeben.

Weiterhin werden in dem älteren deutschen Patent Die Einführung von Mischmetall, falls dieses zur

1179 G08 Magnesiumlegierungen aus 3 bis 7% Anwendung kommt, kann nach Zugabe der anderen

Thorium, bis zu 3% Mangan, 1 bis 5% Zink, Rest Legierungselemente erfolgen oder dieser vorangehen.

Magnesium, für die Herstellung von Gegenständen 55 Die Schmelze wird hinreichend lange, z. B. 20 Minu-

vorgeschlagen, die neben hohen Festigkeitseigen- ten lang bei einem Ansatz von 226,80 kg, umgerührt,

schäften bei Raumtemperatur hohe Festigkeitseigen- um die Lösung der Legierungsmetalle in dem Magne-

schaften, insbesondere bei langzeitiger Belastung, bei sium sicherzustellen,

erhöhten Temperaturen aufweisen müssen. Nach der Legierungsbildung der Metalle läßt man

Die Erfindung basiert auf der Feststellung, daß 60 die umgerührte Schmelze absetzen, indem man sie durch Zugabe einer geringen Menge Zink zur ter- 15 bis 20 Minuten lang oder, falls gewünscht, noch nären, vorwiegend Magnesium enthaltenden Magne- länger in Ruhe läßt. Vor der Absetzstufe bei dem sium-Mangan-Thorium-Legierung, in der das so hin- Legierungsvorgang kann man 0,5% Zirkonium, beizugefügte Zink löslich ist, dort eine gesteigerte Festig- spielsweise in Form eines Magnesium-Zirkoniumkeit erzielt wird, wo andere, in Magnesium lösliche 65 Härters oder in einer anderen zweckdienlichen Form, Legierungsmetalle, wie Aluminium, einen gegen- zugeben. Dies dient zur Verbesserung der Kaltverteiligen Effekt hervorrufen. Die erfindungsgemäß formbarkeit oder Walzbarkeit der Legierung, obgleich einsetzbaren Legierungen haben einen größeren An- die Hauptmenge in der Absetzstufe zum Absetzen

kommt. In der Absetzstufe können sich die Verunreinigungen und auch das Schmelz- oder Flußmittel aus der Schmelze abtrennen. Die abgesetzte Legierung wird dekantiert und in irgendeiner herkömmlichen Weise vergossen.

In den folgenden Tabellen werden erläuternde Beispiele der erfindungsgemäß verwendeten Legierung und die damit erzielbaren Eigenschaften wiedergegeben.

In den Beispielen der Tabellen I und II wurden die Legierungen wie beschrieben hergestellt und die Rohlinge dann in gleicher Weise zu Blecken mit einer Dicke von 5 cm vergossen. Der Block wurde auf 482 bis 51O⁰C erhitzt und dann in aufeinanderfolgenden Durchgängen gewalzt, wobei je Durchgang eine Dickenverminderung von 10 bis 20°/₀ bis zu einer Dickenabnahme auf 3,2 mm erhalten wurde. Das so gewalzte Metall wurde dann 1 Stunde lang bei 482° C geglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt. Dann wurde das so behandelte Metall bei Raumtemperatur in einem Arbeitsgang auf eine Dicke von 2,5 mm kaltgewalzt und anschließend 1 Stunde einer Wärmebehandlung bei 379° C unterworfen. Die Kriechfestigkeit eines so hergestellten Legierungsprüfkörpers ist in Tabelle I zusammen mit derjenigen einer ähnlich hergestellten Probe aus einer Ausgangslegierung zum Vergleich wiedergegeben.

Tabelle I

	7o	Th	Zusammensetzung	7» Zn	%Mg	o,i7o-	mm²) 343⁰C
Le	2	,5		0,3	Rest	100-Stunden-	3,92
gierung	2	,5	%Mn		Rest	Zeitdehngrenze	2,38
Ni.			0,7		(kp/ 315°C
1			0,7		4,35
2*)				2,95

*) Gehört nicht zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen.

In der folgenden Tabelle II sind die Zug- und Druckfestigkeiten von Probekörpern der gleichen Legierung wie in Tabelle I zusammen mit zusätzlichen Beispielen ähnlich hergestellter Legierungen wiedergegeben.

Tabelle II

Legie	7„Th	Zusammensetzung	7„Zn	7₀Mg	Raumtemperatur	0,2-Dehngrenze	11,6	Quetschgrenze
rung	2,5			Rest	19,0	(kp/mm²)	9,49	(kp/mm²)
Nr.	2,5	7oMn	0,1	Rest	22,5	315°C ' 371°C	Raumtemperatur
2*)	2,5	0,7	0,3	Rest	23,9	11,0 6,33	14,8
3	2,5	0.7	0,5	Rest	23,6	12,3 9,14	15,5
1	0,7			13,0	18,3
4	0,7			12,3	18,6

*) Gehört nicht zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen.

In der folgenden Tabelle III werden als weitere Beispiele Raumtemperatureigenschaften verschiedener erfindungsgemäß zu verwendender Legierungen zusammen mit Vergleichsproben der Ausgangslegierungen aufgeführt. Sämtliche Prüfkörper wurden dadurch hergestellt, daß man einen Block der Legierung auf 482 bis 510° C erhitzte und den Block bei 10- bis 20°/₀iger Dickenabnahme je Durchgang auf eine Dicke von 3,8 mm warmwalzte. Die so gewalzten Legierungen wurden 1 Stunde lang einer Wärmebehandlung bei 538° C unterworfen und dann in Wasser abgeschreckt. Dann wurde jede abgeschreckte Legierung durch weiteres Walzen bei Raumtemperatur auf eine Dicke von 2 mm reduziert und anschließend 8 Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 260° C unterworfen.

Tabelle III

Legie	5	7₀Th	Zusammensetzung	7„Zn	7o Mg	Eigenschaften bei Raumtemperatur	0,2-Dehngrenze	Quetschgrenze
rung	5a*)	1,2		0,7	Rest	Zugfestigkeit	(kp/mm²)	(kp/mm²)
Nr.	6	1,2	7o Mn	—	Rest	(kp/mm²)	24,1	23,6
7	1,2	0,7	0,3	Rest	29,5	24,6	21,1
7a*)	2,0	0,7	0,7	Rest	29,5	23,4	22,2
8	2,0	0,7	—	Rest	28,6	25,9	25,8
9	2.0	0,4	0,7	Rest	31,2	24,6	21,1
	0,5	0,7	0,7	Rest	29,5	26,5	26,5
	1,5		32,1	22,0	20,8
0,7		27,4

*) Gehören nicht zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen.

Wie bereits ausgeführt, können die Legierungen 65 aus den Angaben in der folgenden Tabelle IV hervorteilhaft bis zu 4°/₀ Mischmetall (hier als MM vorgeht, enthalten. Es wurden Legierungen, die wie bezeichnet) für eine weitere Verbesserung der Legie- zuvor beschrieben hergestellt wurden, zu einem Block rungseigenschaften bei erhöhten Temperaturen, wie vergossen, der auf 482 bis 510°C erhitzt wurde, und

zu einem Blech mit einer Dicke von 3 mm gewalzt. Das gewalzte Blech wurde 1 Stunde lang bei 482 ⁰C geglüht, in Wasser abgeschreckt und dann auf Enddicke kaltgewalzt. Dann wurde das so verarbeitete Blech 1 Stunde lang einer Wärmebehandlung bei 373° C unterworfen. Die 0,2-Dehngrenze von Blechprüfkörpern wurde wie in der Tabelle IV angegeben, mit und ohne Alterung bestimmt.

	⁰A)Th	Zusammensetzung	¹VoZn	°/o MM	Tabelle	IV	(1)	0,2-Dehngrenze bei 315°C (kp/mm²)	(3)	14,3
Legierung XJ*-	2,15	⁰A₃Mn	0,3	1,0			13,0	(2)	nicht geprüft
Nr.	2,15	0,5	0,3		⁸I₁Mg	10,2	13,1	13,9
10	1,0	0,5	0,3	1,0	Rest	11,2	11,6	nicht geprüft
11	1,0	0,5	0,3		Rest	10,3	12,7	11,6
12	1,0	0,5	0,77	1,1	Rest	8,5	11,2	nicht geprüft
13	1,0	0,83	0,77	—	Rest	7,7	10,0	13,9
14	2,0	0,83	0,73	1,1	Rest	10,1	9,6
15		0,77	Rest		9,7
16		Rest

(1) 50 °/o kaltgewalzt, keine Alterung.

(2) 50 °/o kaltgewalzt, 8 Studen bei 260° C gealtert.

(3) 20 °/o kaltgewalzt, 8 Studen bei 260° C gealtert.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung liegen insbesondere darin, daß die Legierungen das Kennzeichen des geringen Gewichtes von Magnesium und hoher Festigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen, ohne an gewünschter Raumtemperatur-Festigkeit und -Kaltverformbarkeit oder -Walzbarkeit einzubüßen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus

0,5 bis 8 °/₀ Thorium,

0,1 bis2°/o Mangan,

0,01 bis weniger als 1 °/₀ Zink,

Rest Magnesium

als Werkstoff für Gegenstände, die hohe Festigkeit und hohen Kriechwiderstand bei Temperaruren von 315 bis 371° C haben müssen.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 aus

1 bis 4% Thorium,

0,2 bis 1,5 °/₀ Mangan,

0,1 bis weniger als 1% Zink,

Rest Magnesium

35 für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 aus 2,5 °/o Thorium, 0,7% Mangan, 0,3 °/₀ Zink, Rest Magnesium für den in Anspruch 1 genannten Zweck.

4. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der Magnesium bis zu 4°/₀ durch entsprechende Mengen Mischmetall ersetzt ist, für den in Anspruch 1 genannten Zweck.

5. Verfahren zur Herstellung einer Legierung der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze vor dem Absetzen noch 0,5 °/₀ Zirkonium zugesetzt werden.