Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnesiumlegierungen, die sowohl
eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit als auch eine verbesserte
Wärmebeständigkeit und verbesserte Gießeigenschaften aufweisen, sowie auf
Magnesiumlegierungs-Formkörper bzw. -Bauteile, die unter Verwendung dieser
Magnesiumlegierungen hergestellt worden sind unter Anwendung
verschiedener Hochdruck-Gießverfahren, beispielsweise durch Metallspritzgießen,
Druckgießen und Pressgießen.
Verwandter Stand der Technik
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Magnesiumlegierungen haben ein geringes Gewicht und weisen eine
verbesserte Festigkeit nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei hoher
Temperatur auf. Magnesiumlegierungen sind daher für verschiedene Zwecke
verwendbar. Auf dem Automobilsektor sind beispielsweise wärmebeständige
Formkörper (Bauteile) mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, wie z. B.
Getriebegehäuse oder Ölwannen, in der Praxis verwendbar. Diese
wärmebeständigen Formkörper können aus Magnesiumlegierungen hergestellt werden,
um das Gewicht einer Automobilkarosserie zu verringern. Die daraus
resultierende Verbesserung des Treibstoffverbrauchs kann auch zu einer
Unterdrückung der globalen Erwärmung beitragen. Außerdem sind auf dem Gebiet der
Haushaltsgeräte Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit
Erfordernisse für Gehäuse von Flüssigkristall-Projektoren, die im Innern Lichtquellen
aufweisen. Diese Gehäuse können aus Magnesiumlegierungen hergestellt
sein. Magnesiumlegierungen können somit beitragen zur Verbreitung von
tragbaren Geräten mit hoher Festigkeit. Auf anderen Gebieten können
Magnesiumlegierungen verwendet werden für Formkörper (Bauteile) mit einem geringen
Gewicht, die korrosionsbeständig und wärmebeständig sein müssen, wie z. B.
Werkzeugmaschinen oder Freizeitprodukte.
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Als Magnesiumlegierungen dieses Typs gab es in dem konventionellen Stand
der Technik Legierungen auf Al-Si-Basis, als AS41 und AS21 bezeichnet, und
Legierungen auf Al-Mm-Basis, als AE42 bezeichnet. Außerdem sind bereits die
nachstehend angegebenen verschiedenen Legierungen vorgeschlagen
worden, obgleich sie bisher in der Praxis nicht verwendet werden.
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Die Gehalte in den nachfolgenden Legierungen sind in der Einheit
"Massenprozent" angegeben:
- 1. eine Mg-Legierung, die enthält 1 bis 6% Al, 0,5 bis 4% Ca, 0,5 bis 1,5 %
Si, 0,15 bis 0,5% Mn und 0,1 bis 0,3% Zn (japanische Patentpublikation Nr.
17890/1991);
- 2. eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 10% Al, 1,4 bis 10% Ca, 2% oder
weniger Si, 2% oder weniger Zn und 4% oder weniger Elemente der Seltenen
Erden, mit der Maßgabe, dass Ca/Al ≥ 0,7 (offengelegtes japanisches Patent
Nr. 25 790/1994);
- 3. eine Mg-Legierung, die enthält 5 bis 10% Al, 0,2 bis 1,0% Si, 0,05 bis
0,5% Ca und Sr ≤ 0,1% (japanische Patentpublikation Nr. 104 942/1997);
- 4. eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 10% Al, 1,0 bis 10% Ca,
mindestens eines der Elemente Si, Mn, Zn, Zr in einer Menge von ≤ 2% und
Elemente der Seltenen Erden in einer Menge von ≤ 4% (offengelegtes japanisches
Patent Nr. 271 919/1997);
- 5. eine Mg-Legierung, die enthält 2 bis 6% Al, 0,5 bis 4% Ca, mit der
Maßgabe, dass Ca/Al ≤ 0,8, und Sr in einer Menge von ≤ 0,15% (japanische
Patentpublikation Nr. 272 945/1997).
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In der nachfolgenden Beschreibung wird die Wirkung der Zugabeelemente
(Legierungselemente) in den jeweiligen konventionellen Legierungen
(einschließlich der vorgeschlagenen konventionellen Legierungen)
beschrieben.
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Al bildet zusammen mit Mg eine harte intermetallische Verbindung (Mg17Al12).
Seine feste Dispersion verbessert die 0,2% Dehngrenze und die Zugfestigkeit
der Legierung. Ca bildet zusammen mit Al oder Mg eine intermetallische
Verbindung mit einem hohen Schmelzpunkt und verbessert so die Zugfestigkeit
und die Kriechbeständigkeit (Zeitstandfestigkeit). Si bildet zusammen mit Mg
eine intermetallische Verbindung mit hohem Schmelzpunkt (Mg2Si) und
verbessert so die Zugfestigkeit und die Kriechbeständigkeit (Zeitstandfestigkeit).
Zn verbessert die Alterungs- bzw. Lagerbeständigkeit. Elemente der Seltenen
Erden (hauptsächlich Mischmetell Mm) bilden zusammen mit Al eine
intermetallische Verbindung und verbessern so die Kriechbeständigkeit und die
Korrosionsbeständigkeit sowie die Dehnung bei hoher Temperatur.
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Nachstehend werden die Probleme der Zugabeelemente (Legierungselemente)
bei den konventionellen Legierungen beschrieben.
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Al ist ein Element zur Verbesserung der Festigkeit. Eine übermäßige Zugabe
von Al führt jedoch zu einer Zunahme von Mg17Al12, bei dem es sich um eine
spröde intermetallische Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt handelt. Die
Zähigkeit wird dadurch verringert, während gleichzeitig die Kriechbeständigkeit
vermindert wird.
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Ca oder Si bewirkt eine Verbesserung der Zugfestigkeit und der
Kriechbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Eine übermäßige Zugabe von Ca führt
jedoch nicht nur zu einer Abnahme der Zähigkeit, sondern auch zu einer
Zunahme der Empfindlichkeit gegen Rissbildung während des Gießens. Mit
steigendem Ca-Gehalt nimmt außerdem die Korrosionsbeständigkeit plötzlich ab.
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Si bildet zusammen mit Ca so leicht eine Verbindung, dass während des
Schmelzens eine beträchtliche Verbindungsmenge auskristallisiert. Die 0,2%
Dehngrenze des geschmolzenen Metalls wird somit vermindert.
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Zn ist ebenfalls ein Element zur Verbesserung der Festigkeit. Zn setzt jedoch
die Kriechbeständigkeit herab und erhöht die Empfindlichkeit gegen
Rissbildung während des Gießens.
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Die Elemente der Seltenen Erden bewirken eine Verbesserung der
Kriecheigenschaften. Die Elemente der Seltenen Erden erhöhen jedoch die
Materialkosten. Außerdem werden die Elemente der Seltenen Erden so leicht oxidiert,
dass sie an einer Form haften. Darüber hinaus haben die konventionellen
Legierungen im allgemeinen einen derart hohen Schmelzpunkt, dass die
Schmelztemperatur erhöht werden musste. Geschmolzenes Metall verbrennt
daher leicht. Außerdem war auch die Solidus-Temperatur so hoch, dass die
Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls abnahm. Es entstand daher leicht
ein Gießbruch. Daher sind Teile, die aus solchen Legierungen hergestellt sind,
für die praktische Verwendung nicht geeignet.
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Unter diesen Legierungen hat eine Mg-Al-Ca-Legierung, die eine billige
wärmebeständige Legierung darstellt, die kein Element der Seltenen Erden enthält,
jedoch den signifikanten Mangel, dass die Zugabe von 2 Massenprozent oder
mehr Ca für die Erzielung zufriedenstellender Kriecheigenschaften erforderlich
ist, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit
führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung wurde entwickelt, um die Probleme der konventionellen
Legierungen zu lösen. Ziel der Erfindung ist es, eine Magnesiumlegierung, deren
Legierungsaufbau insbesondere unter Berücksichtigung der
Korrosionsbeständigkeit vorgenommen wird, die bei den konventionellen Legierungen bisher
kaum berücksichtigt wurde, sodass gute Gießeigenschaften auch bei einer
niedrigen Schmelztemperatur gewährleistet werden können, während die
Magnesiumlegierung gleichzeitig eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und
eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist, sowie einen unter
Verwendung der Magnesiumlegierung hergestellten Magnesiumlegierungs-Formkörper
(Bauelement) anzugeben.
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Erfindungsgemäß wurden durch Verwendung von Al, Ca, Mn, Sr und
Elementen der Seltenen Erden als Zugabeelemente (Legierungselemente) Rohblöcke
mit einer geänderten Zusammensetzung der jeweiligen Elemente hergestellt.
Außerdem wurden aus den Rohblöcken Rohmaterial-Späne (Chips) für ein
Metallspritzgießverfahren, bei dem es sich um eines der
Hochdruck-Gießverfahren handelt, hergestellt und dann wurden Probekörper daraus hergestellt.
Die Komponenten wurden auf der Basis von Salzsprühtests,
Kriechbeständigkeitstests, Zugtests bei erhöhten Temperaturen und Formbarkeitstests bis zu
100 h optimiert. Auf diese Weise wurden Aluminium-Legierungen gefunden, die
sowohl eine gute Korrosionsbeständigkeit als auch eine gute
Wärmebeständigkeit aufweisen.
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Gemäß einem ersten Aspekt zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems
betrifft die vorliegende Erfindung eine Magnesiumlegierung mit verbesserter
Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit, die 5 bis 7 Massenprozent
Al, 2 bis 4 Massenprozent Ca, 0,1 bis 0,8 Massenprozent Mn, 0,001 bis 0,05
Massenprozent Sr und 0,1 bis 0,6 Massenprozent Elemente der Seltenen
Erden enthält, wobei der Rest der Magnesiumlegierung aus Mg und
unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird wie bei dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der zulässige Gehalt an jedem der
Elemente Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl als unvermeidlichen Verunreinigungen so
festgelegt, dass der Si-Gehalt nicht mehr als 0,01 Massenprozent, der Zn-
Gehalt nicht mehr als 0,01 Massenprozent, der Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008
Massenprozent, der Ni-Gehalt nicht mehr als 0,001 Massenprozent, der Fe-
Gehalt nicht mehr als 0,004 Massenprozent und der Cl-Gehalt nicht mehr als
0,003 Massenprozent betragen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird wie bei dem ersten und
zweiten Aspekt der Erfindung ein Magnesiumlegierungs-Formkörper bzw. -Bauteil
mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit zur
Verfügung gestellt, der dadurch hergestellt wird, dass die unter Anwendung eines
Hochdruck-Gießverfahrens geschmolzene Legierung in einem halbfesten
Zustand, wobei 50% oder weniger in fester Phase vorliegen, in eine Form
eingespritzt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Ca-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 2 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Al-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 3 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 4 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Mm-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 5 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Al-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 6 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Ca-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 7 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die
Korrosionsrate und die minimale Kriechrate zeigt;
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Fig. 8 stellt ein Diagramm dar, das die 0,2% Dehngrenze und die Zugfestigkeit
von erfindungsgemäßen Legierungen zeigt, die in Zugtests bei erhöhten
Temperaturen erhalten wurden;
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Fig. 9 stellt ein Diagramm dar, das den Einfluss von Mm auf die Füllungsrate
zeigt; und
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Fig. 10 stellt ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der
durchschnittlichen Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei
erfindungsgemäßen Legierungen zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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In erster Linie werden nachstehend die Wirkungen der erfindungsgemäßen
Zugabeelemente (Legierungselemente) beschrieben.
Al 5 bis 7 Massenprozent
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Al löst sich kaum in Form einer festen Lösung in einer Mg-Matrixphase, es wird
jedoch vor Ansammlungen von primären Mg-Kristallen kondensiert. Als Folge
davon kann ein gutes Fließvermögen erhalten werden, bis Al mit Mg oder Ca
Eutektika bildet. Zu diesem Zeitpunkt hat Al einen hohen Schmelzpunkt, wenn
sein Gehalt weniger als 5 Massenprozent beträgt. Die Schmelztemperatur in
einem Herstellungs- oder Gießverfahren zur Herstellung eines
Legierungsblockes muss somit erhöht werden, sodass die Verarbeitbarkeit schlechter
wird. Andererseits nimmt dann, wenn der Al-Gehalt 7 Massenprozent
übersteigt, die Bildung von intermetallischen Verbindungen zu, sodass die
Empfindlichkeit gegen Rissbildung während des Gießens zunimmt und die
Korrosionsbeständigkeit schlechter wird. Der Al-Gehalt ist daher auf den oben
genannten Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass der untere
Grenzwert des Al-Gehalt auf 5,2% und sein oberer Grenzwert auf 6,8%
eingestellt werden.
Ca 2 bis 4 Massenprozent
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Ca bildet mit Mg und Al intermetallische Verbindungen, kristallisiert in
Netzwerkformation hauptsächlich an Kristall-Grenzflächen. Die
intermetallischen Verbindungen wirken als Hindernisse gegen Upstrokes für eine
Dislokation, sodass die Beständigkeit gegen Kriechverformung verbessert wird.
Derzeit ist der Effekt nicht ausreichend, wenn die Zugabemenge von Ca
weniger als 2 Massenprozent beträgt. Wenn die Zugabemenge 4 Massenprozent
übersteigt, entstehend während des Gießens leicht Risse. Der Gehalt an Ca ist
daher auf einen solchen Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass
der untere Grenzwert für Ca auf 2,2 Massenprozent und sein oberer Grenzwert
auf 3,8 Massenprozent eingestellt wird.
Mn 0,1 bis 0,8 Massenprozent
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Mn bildet mit Al eine intermetallische Verbindung. Daher wird Fe, das ein
Verunreinigungselement darstellt, in Form einer festen Lösung gelöst. Die
Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit wird dadurch gehemmt. Derzeit ist
der Effekt nicht ausreichend, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,1
Massenprozent beträgt. Wenn der Mn-Gehalt 0,8 Massenprozent übersteigt, nimmt die
Ausbeute beim Schmelzen ab. Daher ist der Mn-Gehalt auf einen solchen
Bereich beschränkt. Es ist besonders bevorzugt, dass der untere Grenzwert für
Mn auf 0,2 Massenprozent und sein oberer Grenzwert auf 0,6 Massenprozent
eingestellt wird.
Elemente der Seltenen Erden 0,1 bis 0,6 Massenprozent
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Elemente der Seltenen Erden bilden mit Al intermetallische Verbindungen,
wodurch die Korrosionsbeständigkeit dramatisch verbessert wird. Derzeit kann
eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit nicht erreicht werden, wenn der
Gehalt an Seltenen Elementen weniger als 0,1 Massenprozent beträgt. Wenn
der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden 2,0 Massenprozent übersteigt,
nimmt die Ausbeute beim Schmelzen ab. Außerdem wird die
Kriechbeständigkeit in einem großen Maßstab verbessert, wenn 0,1 Massenprozent Elemente
der Seltenen Erden zugegeben werden. Wenn jedoch 1% oder mehr Elemente
der Seltenen Erden zugegeben werden, werden die Eigenschaften schlechter.
Wenn der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden 0,5 Massenprozent
übersteigt, nimmt das Fließvermögen ab als Folge des Anstiegs des Gehalts an
Elementen der Seltenen Erden. Wenn jedoch Sr, das weiter unten beschrieben
wird, zugegeben wird, wird die Beeinträchtigung der Verformbarkeit,
hervorgerufen durch die Zugabe von Elementen der Seltenen Erden, verbessert.
Wenn somit der Gehalt an Elementen der Seltenen Erden nicht mehr als 0,6
Massenprozent beträgt, ist eine gute Formbarkeit gewährleistet. Als Element
der Seltenen Erden kann ein Vertreter, ausgewählt aus der Gruppe der
Elemente der Seltenen Erden, zugegeben werden oder es können zwei oder mehr
Vertreter, ausgewählt aus der Gruppe der Elemente der Seltenen Erden
zugegeben werden. Außerdem können Elemente der Seltenen Erden in Form von
Mischmetall zugegeben werden.
Sr 0,001 bis 0,05 Massenprozent
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Wenn Sr in geringer Menge zugegeben wird, wird es in Form einer festen
Lösung in kristallisierten Materialien an den Kristall-Grenzflächen gelöst. Die
feste Sr-Lösung hat die Wirkung, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern
bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der verbesserten Kriecheigenschaften. Es
wurde außerdem gefunden, dass das zugegebene Sr die durch die Zugabe von
Elementen der Seltenen Erden in einer Menge von mehr als 0,5
Massenprozent verursachte Verschlechterung des Fließvermögens bessern kann.
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Derzeit ist die Besserung der verschlechterten Korrosionsbeständigkeit und
Fließfähigkeit nicht ausreichend, wenn Sr in einer Menge von weniger als 0,001
Massenprozent enthalten ist. Wenn der Sr-Gehalt 0,05 Massenprozent
übersteigt, nimmt das Ausbeute-Verhältnis beim Schmelzen von Sr zu
geschmolzenem Metall ab.
Si: nicht mehr als 0,01 Massenprozent
Zn: nicht mehr als 0,01 Massenprozent
Cu: nicht mehr als 0,008 Massenprozent
Ni: nicht mehr als 0,001 Massenprozent
Fe: nicht mehr als 0,004 Massenprozent
Cl: nicht mehr als 0,003 Massenprozent.
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Die Verunreinigungselemente Si, Zn, Cu, Ni, Fe und Cl verschlechtern die
Korrosionsbeständigkeit. Es ist daher sehr wichtig, die zulässigen Gehalte an
diesen Verunreinigungselementen zu kontrollieren. Um eine Verschlechterung der
Korrosionsbeständigkeit zu verhindern, müssen alle Elemente den
Bedingungen genügen.
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Eine erfindungsgemäße Magnesiumlegierung wird in einer Schmelze
hergestellt, in der diese Komponenten in dem gewünschten Mengenbereich
vorliegen. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unterliegt keiner
speziellen Beschränkung, sondern es kann jedes beliebige und allgemein
angewendete Verfahren eingesetzt werden. Eine in einer Schmelze
hergestellte Magnesiumlegierung kann in einem Gießverfahren verwendet werden,
bei dem es sich um ein anschließend durchgeführtes Verfahren handelt, in dem
sie so wie sie vorliegt oder nach ihrer Verformung zu einer Bramme verwendet
wird.
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Als Gießmethode können bei dem Gießverfahren verschiedene Methoden, die
allgemein bekannt sind, angewendet werden. Die erfindungsgemäße
Magnesiumlegierung weist jedoch verbesserte Gießeigenschaften auf und es handelt
sich daher um ein Material, das für Hochdruck-Gießverfahren geeignet ist,
beispielsweise für das Druckgießen, das Pressgießen und das
Metallspritzgießen, wodurch ein qualitativ hochwertiges Material erhalten werden
kann, obgleich gute Gießeigenschaften erforderlich sind.
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Die Bedingungen bei diesen Gießverfahren unterliegen erfindungsgemäß
keiner speziellen Beschränkung, es ist jedoch bevorzugt, dass das Verhältnis
von fester Phase zu geschmolzenem Metall auf nicht höher als 50% beim
partiellen Schmelzverformen eingestellt wird. Der Grund dafür ist der, dass die
Gefahr besteht, dass ein gutes Formen erschwert wird durch das
verschlechterte Fließvermögen von geschmolzenen Metall selbst bei einer
erfindungsgemäßen Legierung mit guten Gießeigenschaften, wenn der Anteil an fester
Phase 50% übersteigt.
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In den Hochdruck-Gießverfahren weist die geschmolzene Legierung
(einschließlich des Falles, dass sie im halbfesten Zustand vorliegt) ein gutes
Fließvermögen auf. Wenn daher die geschmolzene Legierung zu einem
dünnen Produkt geformt wird, kann die geschmolzene Legierung mit einem guten
Schmelzfluss gegossen werden, sodass das Produkt mit einer hohen Ausbeute
erhalten werden kann. Außerdem weist ein Formkörper, der dabei erhalten
wird, wegen des guten Schmelzflusses wenig Defekte auf. Es können somit
verbesserte Eigenschaften gewährleistet werden selbst bei einem hochfesten
Material.
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Produkte, die aus einer erfindungsgemäßen Legierung geformt worden sind,
können daher als Formkörper (Bauteile) mit geringem Gewicht, mit hoher
Festigkeit und mit verbesserten Hochtemperatur-Eigenschaften und verbesserter
Korrosionsbeständigkeit für verschiedene Anwendungszwecke verwendet
werden. Die Verwendung dieser Produkte in Automobilteilen oder in verschiedenen
tragbaren Apparaturen, bei denen diese Eigenschaften erforderlich sind, kann
somit ausgeweitet werden. Außerdem kann die Verwendung dieser Produkte
für Werkzeugmaschinen oder Freizeitprodukte ebenfalls ausgeweitet werden.
Außerdem können diese Magnesiumlegierungsprodukte leichter recyclisiert
werden als konventionelle Kunststoffprodukte, sodass sie einen Beitrag zur
Erhaltung der globalen Umwelt leisten.
Beispiele
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in den
den folgenden Beispielen näher beschrieben.
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Erfindungsgemäße Legierungsblöcke und konventionelle
Vergleichs-Legierungsblöcke wurden geschmolzen und hergestellt und dann zur Herstellung
verschiedener Rohmaterial-Chips zerschnitten. In der Tabelle 1 sind die
Ergebnisse der chemischen Analyse der Rohmaterial-Chips angegeben.
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Das Gießen wurde unter Anwendung eines Metallspritzgießverfahrens
(Formspannkraft 450 t) durchgeführt, bei dem es sich um eines der Hochdruck-
Gießverfahren handelt. Auf diese Weise wurden Zug/Kriech-Testproben, die
jeweils einen Parallel-Abschnitts-Durchmesser von 6 mm aufwiesen, ebene
Platten (Proben für Salzsprühtests), die jeweils eine Dicke von 2 mm hatten,
und ebene Platten (Proben für den Verformbarkeitstest) die jeweils eine Dicke
von 1 mm hatten, hergestellt. Um nur die Zusammensetzungen zu bestimmen,
waren die Formgebungs-Bedingungen konstant in bezug auf die Zylinder-
Temperatur (903 K), die Formtemperatur (443 K) und die Spritzgeschwindigkeit
(1,7 m/s) und es wurde mit einem optischen Mikroskop bestätigt, dass
derAnteil an fester Phase 0% betrug. Nur im Falle des Formbarkeitstests wurde die
Spritzgeschwindigkeit variiert in einem Bereich von 0,5 m/s bis 1,9 m/s. Die
Wärmebeständigkeit wurde bestimmt durch Kriechtests bei 473 K und 90 MPa
und die Zugtests wurden bei erhöhten Temperaturen von Raumtemperatur bis
473 K durchgeführt. Die Korrosionsbeständigkeit wurde bestimmt durch
Salzsprühtests für 100 h. Die Formbarkeit wurde bestimmt anhand der
Füllbarkeit der flachen Platten von 1 mm Dicke.
Tabelle 1
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Die Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Ca-Gehalt und der
Korrosionsrate, die errechnet wurde aus dem Gewichtsverlust in dem Zeitraum zwischen
vor und nach den 100-stündigen Salzsprühtests, und die Beziehung zwischen
dem Ca-Gehalt und der minimalen Kriechrate, die errechnet wurde aus
Kriechtests mit den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen. Um eine
verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit zu erzielen, ist es
erforderlich, 2 Mol-% oder mehr Ca zuzugeben. Wenn jedoch der Ca-Gehalt 2
Massenprozent übersteigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit plötzlich ab.
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Es wurde gefunden, dass die Korrosionsbeständigkeit von Legierung auf Mg-
Al-Basis, die kein Ca enthalten, mit steigendem Al-Gehalt besser wird. Die Fig.
2 zeigt den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale
Kriechrate in den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen. Die Al und Ca
enthaltenden Mg-Legierungen weisen keinen Unterschied in bezug auf die
Kriecheigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit in Abhängigkeit von einer
Änderung des Al-Gehaltes auf. Das heißt, die Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit kann nicht erwartet werden durch die Erhöhung des Al-Gehaltes in den
Ca enthaltenden Legierungen.
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Die Fig. 3 zeigt den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die
minimale Kriechrate. Obgleich durch Zugabe von Sr zu den Al und Ca
enthaltenden Mg-Legierungen die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird, nehmen
die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate in großem Umfang ab im
Vergleich zu denjenigen von AE42, bei der es sich um eine üblicherweise
verwendete Legierung handelt.
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Die Fig. 4 zeigt den Einfluss des Mm-Gehalt auf die Korrosionsrate und die
minimale Kriechrate. Es wurde nachgewiesen, dass die
Korrosionsbeständigkeit durch Zugabe Mm zu den Al und Ca enthaltenden Mg-Legierungen in
großem Maßstab verbessert wird. Die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
ist erkennbar bei einem Mm-Gehalt von 0,5 Massenprozent oder weniger, es
treten jedoch nur geringe Änderungen auf bei einem Mm-Gehalt von höher als
0,5 Massenprozent. Die Kriecheigenschaften werden verbessert durch Zugabe
von 0,1 Massenprozent Mm, bei Zugabe von Mm in einer Menge von mehr als
1 Massenprozent nehmen diese jedoch ab. Das heißt, eine Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit wurde gefunden durch Zugabe von Mm, für die
praktische Verwendung wäre jedoch eine weitere Verbesserung erforderlich. Die
Korrosionsrate von AZ91 D, AM60B und AE42, bei denen es sich um
üblicherweise verwendete Legierungen handelt, betragen 0,02, 0,06 bzw.
0,08 mg/cm2/Tag. Für die praktische Verwendung wurden Untersuchungen
durchgeführt, um den angestrebten Wert von 0,1 mg/cm2/Tag oder darunter zu
erzielen.
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Es wurde eine sehr geringe Menge Sr zu den Al, Ca und Mm enthaltenden
Legierungen zugegeben, um den angestrebten Wert zu erzielen. Die Fig. 5 zeigt
den Einfluss des Al-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die minimale
Kriechrate bei den Legierungen. Im Gegensatz zu den kein Ca enthaltenden
Legierung auf Mg-Al-Basis wiesen die Mm enthaltenden Legierungen, denen eine
sehr geringe Menge Sr zugegeben worden war, eine verbesserte
Korrosionsbeständigkeit bei einem Al-Gehalt von nicht höher als 7 Massenprozent auf.
Wenn der Al-Gehalt 7 Massenprozent übersteigt, nimmt die
Korrosionsbeständigkeit mit steigendem Al-Gehalt plötzlich ab. Es wird angenommen, dass dies
darauf zurückzuführen ist, dass mit steigendem Al-Gehalt mehr intergranulär
kristallisierte Materialien auf Al-Ca-Basis erhalten werden und dass die
Korrosionsbeständigkeit mit zunehmender Menge dieser intermetallischen
Verbindungen, die eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, abnimmt.
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Da Ca die Korrosionsbeständigkeit negativ beeinflusste, wurde ein Versuch
unternommen, um den Ca-Gehalt in den Al, Ca, Mm und Sr enthaltenden Mg-
Legierungen zu verringern. Die Fig. 6 zeigt den Einfluss des Ca-Gehaltes auf
die Korrosionsrate und die minimale Kriechrate. Die Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit, die durch die Verringerung des Ca-Gehaltes erzielt wurde,
scheint nicht so ausgeprägt zu sein wie bei den Legierungen, die kein mM
enthalten. Daraus ergibt sich, dass Mm einen großen Einfluss auf die
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit hat.
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Die Fig. 7 zeigt den Einfluss des Sr-Gehaltes auf die Korrosionsrate und die
minimale Kriechrate bei Al, Ca, Mm und Sr enthaltenden Mg-Legierungen.
Sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Kriecheigenschaften werden
besser bis zu einem Sr-Gehalt von nicht höher als 100 ppm und nehmen dann
mit steigendem Sr-Gehalt ab. Außerdem wurde der angestrebte Wert für die
Korrosionsrate von 0,1 mg/cm2/Tag erreicht, wenn der Sr-Gehalt 100 ppm
betrug.
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Die Fig. 8 zeigt die 0,2%-Dehngrenze (Umformungs-Festigkeit) und die
Zugfestigkeit, die bei den Zugtests bei erhöhten Temperaturen mit einer
erfindungsgemäßen Legierung ermittelt wurden, die 6 Massenprozent Al, 3 maß
Ca, 0,5 Massenprozent Mm, 0,01 Massenprozent Sr und 0,2 Massenprozent
Mn enthielt, bei der es sich um die beste Legierung in bezug auf die
Korrosionsbeständigkeit und Kriecheigenschaften handelt. Was die 0,2%-Dehngrenze
angeht, so ist die Legierung in bezug auf diese Eigenschaft bei allen
Temperaturen derjenigen von AE42 überlegen. Was die Zugfestigkeit angeht, so ist die
Legierung AE42 bei Raumtemperatur überlegen, bei der erfindungsgemäßen
Legierung ist jedoch bis zu einer Temperatur von 423K eine Abnahme der
Festigkeit kaum erkennbar.
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Die Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen
Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei Mm enthaltenden Legierungen, die kein
Sr enthalten. Die 0,1 Massenprozent Mm enthaltende Legierung (ACaE6301)
weist eine ausgezeichnete Formbarkeit auf. Wenn jedoch der Mm-Gehalt 0,5
Massenprozent übersteigt (AcaE6305), nimmt die Formbarkeit als Folge des
zunehmenden Mm-Gehaltes ab.
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Die Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen
Spritzgeschwindigkeit und der Füllungsrate bei erfindungsgemäßen Sr enthaltenden
Legierungen. Die Fig. 10 zeigt außerdem das Ergebnis der Legierung AM60B,
die eine bereits bekannte Vergleichs-Legierung darstellt. Es wurde gefunden,
dass die Verschlechterung der Formbarkeit, hervorgerufen durch die Zugabe
von Mm in einer Menge von mehr als 0,5 Massenprozent, durch die Zugabe
von Sr verbessert wurde (erfindungsgemäße Legierung: ACaESr6305100p)
und dass eine Formbarkeit erhalten werden konnte, die gleich derjenigen der
Legierung AM60B war. Außerdem wurde der Test auch mit der Legierung
AE42 unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt, die Formgebung war jedoch
schwierig und es konnte daher keine Beurteilung vorgenommen werden.
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Die Daten über das Metallspritzgießverfahren sind in den Beispielen
angegeben. Wenn jedoch der Anteil der festen Phase vor dem Spritzen 50% oder
weniger beträgt, wodurch eine gute Formbarkeit gewährleistet werden kann,
können die erfindungsgemäßen Legierungen auch in einem anderen
Hochdruck-Gießverfahren, beispielsweise in einem Druckgieß- oder Pressgieß-
Verfahren angewendet werden.
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Außerdem wurde Mm in den Beispielen als Element der Seltenen Erden
verwendet. Es braucht nicht darauf hingewiesen zu werden, dass die
erfindungsgemäß verwendbaren Elemente der Seltenen Erden nicht auf die Form von
Mm beschränkt sind.
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Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß eine
Magnesiumlegierungen bereitgestellt, die enthält 5 bis 7 Massenprozent Al, 2 bis 4 Massenprozent
Ca, 0,1 bis 0,8 Massenprozent Mn, 0,001 bis 0,05 Massenprozent Sr und 0,1
bis 0,6 Massenprozent Elemente der Seltenen Erden, wobei der Rest der
Magnesiumlegierung aus Mg und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
Erforderlichenfalls wird ein zulässiger Gehalt an jedem der Elemente Si, Zn, Cu,
Ni, Fe und Cl der unvermeidlichen Verunreinigungen festgelegt, wobei der Si-
Gehalt nicht mehr als 0,01 Massenprozent, der Zn-Gehalt nicht mehr als 0,01
Massenprozent, der Cu-Gehalt nicht mehr als 0,008 Massenprozent, der Ni-
Gehalt nicht mehr als 0,001 Massenprozent, der Fe-Gehalt nicht mehr als
0,004 Massenprozent und der Cl-Gehalt nicht mehr als 0,003 Massenprozent
betragen dürfen. Die Legierung kann daher für den Bau von
Transport-Vorrichtungen, wie z. B. Automobilteilen verwendet werden, die korrosionsbeständig
und wärmebeständig sein müssen und die mit den konventionellen
Legierungen schwierig herzustellen waren. Das Gewicht einer Automobil-Karosserie
kann somit vermindert werden, sodass der Treibstoffverbrauch verringert
werden kann, wodurch zu einer Vermeidung der globalen Erwärmung beigetragen
werden kann. Außerdem können die erfindungsgemäßen Legierungen und
Legierungs-Formkörper auch auf anderen Gebieten verwendet werden,
beispielsweise für Haushaltsgeräte, die wärmebeständig sein müssen.