DE102011112561A1

DE102011112561A1 - Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung und eine danach hergestellte Magnesiumlegierung

Info

Publication number: DE102011112561A1
Application number: DE102011112561A
Authority: DE
Inventors: Dipl.Ing. Anderseck Ralf; Peter Stolfig
Original assignee: TechMag AG
Current assignee: TechMag AG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14
Also published as: WO2013034134A1; DE112012003769A5

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung umfaßt folgende Schritte: – Überführen des aluminiumfreien Magnesiums in eine Schmelzphase – Zusetzen und Einrühren des Mangan(II)chlorids in die flüssige Phase – Zusetzen und Einrühren der Metalle Seltener Erden als Mischmetalle in Pulver- und/oder Granulatform, wobei diese Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 4:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist. Eine danach hergestellte Magnesiumlegierung umfaßt als Magnesium aluminiumfreies Magnesium mit mindestens 80 Gew%, Mangan mit 1,0 bis 10 Gew% und Metalle Seltene Erden mit 1,0 bis 10 Gew% enthält, mit der Maßgabe, daß die Metalle Seltener Erden als Mischmetalle Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 4:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung für technische Anwendungszwecke, eine danach hergestellte Magnesiumlegierung sowie die Verwendung zur Herstellung stranggepreßter, stranggegossener oder druckgegossener Halbzeuge bzw. Bauteile sowie von Blechen.
Magnesiumlegierungen sind Leichtbauwerkstoffe, die im Vergleich zu den Legierungen anderer Metalle ein sehr niedriges Gewicht haben und finden dort Anwendung, wo ein niedriges Gewicht eine bedeutsame Rolle spielt, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, im Motorenbau und in der Luft- und Raumfahrttechnik.
Bei sehr guten Festigkeitseigenschaften und einem geringen spezifischen Gewicht sind Magnesiumlegierungen als metallische Konstruktionsmaterialien vor allem für den Fahrzeug- und Flugzeugbau von hohem Interesse.
Gerade im Fahrzeugbau wird eine Reduzierung des Gewichts benötigt, da aufgrund steigender Komfort- und Sicherheitsstandards zusätzliche Elemente eingebaut werden. Auch ist der Leichtbau für die Konstruktion von energiesparenden Fahrzeugen von Bedeutung. Bei der Verarbeitung von Magnesiumwerkstoffen kommt den Verfahren – Urformen durch Druckgießen sowie Umformen durch Strangpressen, Schmieden, Walzen, Streck- oder Tiefziehen eine wachsende Bedeutung zu. Mit diesen Verfahren lassen sich Leichtbauteile herstellen, für die insbesondere im Fahrzeugbau wachsender Bedarf besteht.
Zum Stand der Technik gehören Legierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit hoher Zugfestigkeit.
Bekannt ist aus der DE 806 055 eine Magnesiumlegierung, die durch eine Zusammensetzung von 0,5 bis 10% Metalle der Gruppe Seltenerden, Rest Magnesium mit der Maßgabe, daß die Seltenerden sich wenigstens zu 50%, vorzugsweise wenigstens zu 75% aus Neodym, höchstens bis zu 25% aus Lanthan und Cer getrennt oder zusammen und aus Praseodym und kleinen Mengen Samarium und Spuren der Elemente der Yttriumgruppe als Rest zusammensetzen, wobei eins oder mehrere der nachfolgenden Elemente Mangan, Aluminium, Calzium, Thorium, Quecksilber, Beryllium, Zink, Kadmium und Zirkon zugesetzt werden.
Aus der DE 42 08 504 A1 ist eine Magnesiumlegierung bekannt, die 2 bis 8% Seltenerdmetalle enthält, wobei das Seltenerdmetall aus Samarium besteht.
Weitere bekannte Magnesiumlegierungen mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften umfassen Legierungen, welche Zink und Mischungen von Metallen Seltener Erden enthalten, die einen hohen Anteil an Cer aufweisen. Eine solche Legierung enthält etwa 4,5 Gew% Zink und etwa 1,0 Gew% Seltener Erden, welche einen hohen Anteil Cer aufweisen. Diese Legierungen können gute mechanische Eigenschaften erreichen, sind jedoch schlecht gießbar, sodaß es schwierig ist, Teile von zufriedenstellender Qualität zu gießen. Bei komplizierten zusammengesetzten teilen kann das Schweißen auf Schwierigkeiten stoßen.
Legierungen mit verbesserter Gießbarkeit können durch höhere Zusätze an Zink und Seltenen Erden erhalten werden. Diese neigen aber dazu, spröde zu sein. Dies kann durch eine hydrierende Behandlung vermieden werden, was aber die Herstellung verteuert.
Magnesiumlegierungen mit höherem Gehalt an Komponenten anderer Metalle, wie z. B. Aluminium und Zink, die an sich feinkörnig erstarren, liegen bezüglich iher Korrosionseigenschaften wesentlich schlechter als reines Magnesium oder Magnesium-Mangan-Legierungen.
Aus der DE 1 433 108 A1 ist eine siliciumhaltige, korrosionsbeständige Magnesiumlegierung mit feinkörnigen Erstarrungsgefüge bekannt. Neben Silicium sind der Magnesiumlegierung Mangan, Zink, Titan und als weitere Legierungskomponenten Aluminium, Kadmium und Silber zugesetzt.
Die bekannten Magnesiumlegierungen weisen die unterschiedlichsten Nachteile auf.
Bei Anwesenheit von Calzium können Warmrisse nach dem Gießen in einem Gußverfahren mit hoher Abkühlgeschwindigkeit, beispielsweise beim Spritzguß, entstehen. Bei Legierungen, die Magnesium-Aluminium-Zink-Mangan- bzw. Magnesium-Aluminium-Mangan enthalten, vermindert sich die Festigkeit bei höheren Temperaturen.
Insgesamt verschlechtert sich das Umformverhalten, die Schweißbarkeit oder die Korrosionsbeständigkeit.
Die Kaltverformbarkeit der gebräuchlichsten Magnesiumlegierungen ist aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur und der geringen Duktilität begrenzt. Die meisten Magnesiumlegierungen verhalten sich bei Raumtemperatur spröde. Für bestimmte Umformverfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen ist neben einer hohen Zugfestigkeit ein duktiles Verhalten notwendig. Durch eine höhere Duktilität ist ein verbessertes Umform- und Deformationsverhalten möglich, gegebenenfalls auch eine höhere Festigkeit und Zähigkeit.
Viele der bekannten Magnesiumlegierungen weisen mit dem Herstellzustand stark variierende Eigenschaften auf. Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung von Magnesiumlegierungen liegt darin, daß metallisches Mangan in der Magnesiumschmelze schwer löslich bzw. einen langen Zeitraum benötigt, um in Lösung zu gehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung zu entwickeln sowie eine danach hergestellte Magnesiumlegierung anzugeben, die für die Herstellung von Blechen, Schweißdraht, Strangpreß- und/oder Druckgußprofilen bzw. -bauteilen geeignet ist, das heißt, mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Feinkörnigkeit, der Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit und der Streckgrenze. Die nach dem Verfahren hergestellte Magnesiumlegierung soll gute Verformungseigenschaften, eine verbesserte Schweißbarkeit sowie eine gute Kaltumformbarkeit besitzen.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung gelöst, daß folgende Schritte umfaßt:

– Überführen des aluminiumfreien Magnesiums in eine Schmelzphase
– Zusetzen und Einrühren des Mangan(II)chlorids in die flüssige Phase
– Zusetzen und Einrühren der Metalle Seltener Erden als Mischmetalle in Pulver- und/oder Granulatform, wobei diese Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 3:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist.

Zum Feinen der Legierung kann zusätzlich noch Zirkonium in Pulver- und/oder Granulatform zugesetzt werden.
Das Mangan(II)chlorid liegt als kristallines Pulver vor und läßt sich wesentlich schneller in der Magnesiumschmelze lösen, wobei das Mangan(II)chlorid in der Schmelze aufgespalten wird und das Chlor aus der Schmelze entweicht.
Die nach dem Verfahren hergestellte Magnesiumlegierung umfaßt als Magnesium aluminiumfreies Magnesium mit mindestens 80 Gew%, Mangan mit 1,0 bis 10 Gew% und Metalle Seltene Erden mit 1,0 bis 10 Gew%, wobei die Metalle Seltener Erden als Mischmetalle Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 4:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist. Zur Verbesserung der Feinkörnigkeit kann bis zu 2 Gew% Zirkon zugesetzt sein
Die Magnesiumlegierung weist eine Streckgrenze Rp 0,2 von mindestens 140 Mpa auf sowie gute Festigkeitseigenschaften über einen größeren Temperaturbereich und einen hohen Kriechwiderstand, bei einer ausreichenden Verformbarkeit.
Die erfindungsgemäße Magnesiumlegierung kann Anwendung finden, für die Herstellung von Blechen, Halbzeugen oder Strangpreß- und/oder Druckgußteilen und – profilen sowie zur Herstellung von Schweißdrähten. Daraus können dann spezielle Teile, vorzugsweise für die Anwendung im Fahrzeugbau, Zugbau, Schiffbau und Flugzeugbau, wie Sitz-, Fenster- oder Türrahmen, Fahrzeugaußenhäute, Gehäuse, Träger, Halterungen, Stützen und andere Kleinteile hergestellt werden.
Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Magnesiumlegierung ergibt sich, wenn diese aus den Bestandteilen 97 Gew% aluminiumfreien Magnesium, 2,0 Gew% Mangan und 1,0 Gew% Metalle Seltener Erden als Mischmetalle besteht, wobei diese Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 4:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist.
Die Legierung mit dieser Zusammensetzung zeichnet sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, ein verbessertes Kaltumformverhalten, ein geringeres Warmkriechverhalten sowie durch eine hohe Streckgrenze aus.
Diese Magnesiumlegierung kann insbesondere für die Herstellung von Blechen, von Strangpreß- und/oder Druckgußprofilen bzw. -bauteilen sowie für gezogene Schweißdrähte verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 806055 [0006]
DE 4208504 A1 [0007]
DE 1433108 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit und der Korrosionsbeständigkeit sowie der Feinkörnigkeit des Gefüges, dadurch gekennzeichnet, daß in die flüssige Schmelze des aluminiumfreien Magnesium in einem ersten Schritt Mangan(II)chlorid und in einem zweiten Schritt Metalle seltener Erden in Pulver- und/oder Granulatform eingerührt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumlegierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssigen Schmelze zum Feinen Zirkonium in Pulver- und/oder Granulatform zugesetzt wird.
Nach dem Verfahren hergestellte Magnesiumlegierung mit den Bestandteilen Magnesium, Mangan und Seltenen Erden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Magnesium aluminiumfreies Magnesium mit mindestens 80 Gew%, Mangan mit 1,0 bis 10 Gew% und Metalle Seltene Erden mit 1,0 bis 10 Gew% enthält, wobei die Metalle Seltener Erden als Mischmetalle Cer und Lanthan im Verhältnis von 1:1 bis 4:1 enthalten, der Neodymanteil unter 1 Gew% liegt und der Rest im wesentlichen Magnesium ist.
Magnesiumlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser bis zu 2 Gew% Zirkonium zugesetzt ist.