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Magnesiumlegierung Die Erfindung betrifft Margnesiwmlegierun-. gen,
die sich leicht in der Hitze zu Gegenständen schwierigerer Gestalt verformen lassen,
als es bisher wirtschaftlich möglich war, und zwar kann: dabei .für die Arbeitsteimperatuxen
ein weiterer Bereich angewendet werden als bei den 'bisher verfügbaren Alagnesiu!mlegierungen.
Die Legierungen nach der Erfindung zeichnen sich außerdem durch höhe Korrosionsbeständigkeit
bei guten mechanischen Eigenschaften aus.
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Es sind bereits Legierungen bekamnt, die 9o bis 98% Magnesium und
Beimischungen von einem der Metalle Aluminium, Zinn, Kupfer, Zink, Eisen, Cadmium,
Nickel, Kobalt oder Mangan enthalten, . aber diese LegieTungen wurden nicht zu demselben
Zwecke hergestellt, sondern zum Gießen von Kolben vorgeschlagen.
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Die Erfindung ist auf die Feststellung gegründet, daß Magnesiumlegierungen,
die o,1 bis 15,o% Zinn und o,5 bis 5,0% Mangan mit oder ohne gewisse andere noch
im einzelnen zu beschreibende Bestandteile enthaften, für eine mechanische Formänderung
besser geeignet =sind als die zur Zeit zur Verfügung .stehenden verarb.eitbaren
Magnesiumgrundlegierungen. Über deal ganzen erwähnten Bereich der Zusammensetzung
können die Legiei-ungen .stranggepreßt werden; falls sie aber zum Walzenoder Schmieden
bestimmt sind, isst es am besten, einen Zinngehalt von ungefähr 5,o bis 7,0% und
einen Mangangehalt zwischen etwa 0,5 und 1, 5 % zu verwenden. Wegen ihrer
besten Bearbeitungseigenschaften wird eine Legierung mit ungefähr 6,o% Zinn und
1,o% Mangan vorgezogen. Diese Legieruung hat im stranggepreßten Zustande und ohne
zusätzliche Behandlung eine Zugfestigkeit von ungefähr 3okg/mm2 und eine Dehnung
von ungefähr 13,o% auf 5o,8mm Meßlänge. Diase Eigenschaften sind zwar sehr günstig,
aber nicht ungewöhnlich; vor der Erfindung ist eine gleich gute Zugfesitigkeit und
Dehnung an handelsüblichen bearbeiteten Magnesiumgrundlegierungen erzielt worden.
. Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Leichtigkeit, mit der die Legierung
verformt werden kann, in der hohen Korr osionsbesitändigkeit des Erzeugnisses und
in dem zulässigen Spielrauen bei der Wahi der Verarbeitungstemperatur.
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.Die in den Vereinigten Staaten bisher weitgeh endst als Bearbeitungslegierung
verwendete Magnesiumlegierung erforderterhebliche Sorgfalt und Aufmerksamkeit im
,einzelnen, um geschmiedete Gegenstände daraus zu gewinnen,
und
kann nur zwischen etwa 26o und 426'C, also einem Arbeitsbereich von 166°C,
Die bevorzugte Legierung der Erfindung mit einem Gehalt von etwa 6,o% Zinn und r,o%
Mangan 'kann mit Erfolg zwischen 5r0° C und etwa 232° C, also einem. Arbeitsbereich
von 27S° C heiß bearbeitet werden. Die höheren Arbe-itstempreraturen ,sowie die
Art und Menge der Legierungsbestandteile haben zusammen eine erheblich verbesserte
Plastizität zur Folge. Es war möglich, aus dieser Legierung- geschmiedete Gegenstände
von so verwickelter Form herzustellen, daß alle Versuche, sie aus den bisher verfügbaren
Ma.gnesiumgrundlegierungen herzustellen, selbst bei sorgfältigsten Arbeitsbedingungen
fehlschlugen.
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Diese Legierung sowie solche andererZüsammensletzungen gemäß der Erfindung
wurden strengen Versuchen unter besonders erschwerten Korrosionsbedingungen unterworfen.
'Diese Versuche 'bestanden in wiederholtem Eintauchen der Versuchsproben in eine
dreiprozentige wäßrige Lösung von Natri mehlorid und einem abwechselnden Aussetzen
an der atmosphärischen Luft und wurden hauptsächlich aus dem Grunde gewählt, weil
dadurch innerhalb verhältnismäßig kurzer zeit zahlenmäßig meßbare Knrrosion:swirkungen
erreichbar sind. Die Versuchsdauer betrug 40 Stunden.
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Bei Durchführung des Versuches wurden eine Anzahl von Probestücken,
die hinsichtlich Zusammensetzung und Herstellungsbedingungen gleich waren, in zwei
Gruppen geteilt, die eine Gruppe wurde auf ihre physikalischen Eigenschaften, z.
B. Zugfestigkeit, untersucht. Die andere Gruppe wurde dem beschriebenen abwechselnden
Eintauchv ersuch unterworfen und am Abschluß des Verfahrens auf ihre mechanische
Eignung geprüft. Der Unterschied zwischen den erhaltenen Mittelwerten der mechanischen
Eigenschaften der beiden Gruppen ist das Maß für die durch die Korrosion. verursachte
V.er-Ischlechterung.
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Die obenerwähnte handelsübliche bearbeitbare Magnesiumlegi erung verlor
am Ende des 40stündigen Versuches 61 % ihrer ursprünglichen Festigkeit. Obwohl bei
der bevorzugten Legierung nach der vorliegenden Erfindung ein Auftreten von Flächenkorrosion
sichtbar war, wurde die Zugfestigkeit nicht verschlechtert, :ein Zeichen für den
sehr hohen Widerstand der Legierung geben Korrosion. Eine derartig verbesserte Korrosionsbeständigkeit
wie bei der als bevorzugt angegebenen Zusammensetzung kann kaum über den ganzen
hier beanspruchten Zusamtnensetzungsbereich .erzielt werden, Faber gegenüber den
L,isherentwickelten Legierungen ist time sehr eesentliche Verbesserung über den
ganzen Bereich bemerkbar.
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Die nachstehende Tabelle gibt die Zusammensetzung, Zugfestigkeit,
Dehnung und B:rinellhärte einer Reihe stranggepreßter Magnesiumlegierungen an, die
z o,'o Mangan mit wechselndem Zinngehalt aufweisen.
Alle Proben dieser Legierungen zeigten, nachdem sie dem Korrosionsversuch unterworfen
waren, keine erhebliche Korrosionswirkung.
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Die Magnesiumlegierungen mit Zinn und Mangan sind zwar für die oben
beschriebenen Zwecke völlig zufriede ,stellend, es kann aber als erwünscht befunden
werden, daß die Festigkeit dieser Legierungen erhöht werde, ohne in großem Ausmaße
ihre günstigen Bearbeitungseigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit herabzusetzen.
Um diese Festigkeitszunahme zu erhalten, hat es sich gezeigt, daß gewisse Legierungselemente,
nämlich Zink, Blei, Calcitun, Cadmium und bzw. oder Barium; den Legierungen zugesetzt
werden können, ohne daß die Verarbeitbärleit öder die Korrosionsbeständigkeit derselben
schädlich beeinflußt wird. Diese Zusätze können zwar den zinn- und manganhaltigen
Magnesiumgrundlegierungen zur Erreichung eines allgemeinen Zweckes zugesetzt werden,
aber ihre Wirkung ist nicht genau gleichwertig, weil die wirksamen Mengen der der
Legierung zuzusetzenden Elemente schwanken und in manchen Fällten das eine Element
in. der Legierung Wirkungen hervorruft, die durch ein anderes nicht erzielt werden.
Bei dem Zusatz der obengenannten Legierungselemente für den allgemeinen Zweck der
Härtung der Legierungen kann ein Ausgleich zwischen den durch diesen Zusatz gebrachten
Vorteilen und Nachteilen einer Erhöhung des spezifischen Gewichts der Legierung
erzielt werden, wenn die Gehalte :der schwereren darin befindlichen. Elemente vergrößert
werden. In keinem. Fälle sollte der Magnesiumgehalt geringer als 5o Gewichtsprozent
der Legierung sein.
Zink kann den zinn- und manganlialtigan Magnesiumgrundlegierungen
biss zu etwa i,o% zugefügt werden und erhöht dabei die Festigkeit der Legierungen.
Soll die Legierung zum, Schmieden und für ähnliche Bearbeitungsverfahren verwendet
werden, so sind Zusätze von weniger als i % Zink vorzuziehen. Bei Zusatz von Zink
werden diese Legierungen durch Hitzebehandlung mehr verbessert.
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Blei kann der zinn- und manganhaltigen Magnesiumgrundlegiei-ung in
Mengen von o,5 bis etwa 5% zugesetzt werden underhöht t dabei erheblich die Festigkeit
der Legierung, ohne ihre Bearbeitungseigenschaften oder ihre Empfindlichkeit gegen
Korrosion beträchtlich herabzusetzen. Infolge seines Gewichtes wird dieses Legierungselement
vorzugsweise nicht in Mengen über 5 Gewichtsprozent zugesetzt.
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Calcium kann der Zinn und Mangan enthaltenden Magnesiumgrundlegierumg
zugesetzt werden, um die Festigkeit ider Legierung zu verbessern, was am zufriedenstellendsten
dann erreicht wird, wenn das Metall in Mengen von ungefähr o, i bis 20/0 zugegen
ist. Der Zusatz von weit mehr als 2% Calcium- zu diesen Legierungen erhöht zwar
ihre Härte, hat aber das Bestreben, die Legierung spröde zu machen. -Barium kann
in den Mangan und Zinn enthaltenden Maagnesiumgrun@dlegierungen an die Stelle von
Calcium treten; auch können Calcii-un und Barium gleich- j zeitig zugesetzt werden.
Die Menge von Calcium und bzw. oder, Barium sollte nicht ,größer als etwa 20/0 sein.
Ein anderes Legierungselennent, das als geeignet wegen seiner Neigung, die Festigkeit
der zinn- und manganhaltigen Magnesiumgrundlegierung zu verbessern, befunden wurde,
ist Cadmium. Dieses Legierungselement wird in Mengen von ungefähr o, i bis i o %
zugesetzt. Die obengenannten Legierungselemiente, Zink, Blei, Calcium, Cadmium und
Barium, können in der Mangan und Zinn enthaltenden Magnesiumgrundlegierwng getrennt
oder zu zweit oder zu mehreren für die Erzielung gleicher Ergebnisge verwendet werden.
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Die Legierung wird dadurch hergestellt, daß man eine zinnmanganreiche
Legierung dem geschmolzenen Magnesium zusetzt. Die zinnmanganreiche Legierung erhält
man dadurch, daß man metallisches Mangan geschmolzenem Zinn zusetzt und die Schmelze
auf mehr als 1093'C erhitzt, wodurch eine .erhebliche Lösung des Mangans in dem
Zinn stattfindet. Nach der Erstarrung und einer chemischen Analyse können die geeigneten
Mengenverhältnisse der reichen Legierung und des Magnesiums leicht berechnet werden.
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Die hier. beschriebenen und beanspruchten Legierungen können den üblichen
Wärmebehandlungen unterworfen werden, um gewisse Eigenschaften zu verbessern .oder
zu ändern; die Ansprüche betreffen daher sowohl die Legierung im hitzebehandelten
als auch im nichthitzebiehandelten Zustande.