DE60100370T2

DE60100370T2 - Druckgussmagnesiumlegierung

Info

Publication number: DE60100370T2
Application number: DE60100370T
Authority: DE
Inventors: Koichi Susono-shi Ohori; Yusuke Susono-shi Nakaura; Takeshi Susono-shi Sakagami
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: US6719857B2; US20010023720A1; NO20010902D0; EP1127950A1; EP1127950B1; AU753538B2; CA2337630C; AU2314501A; ATE243265T1; DE60100370D1; CA2337630A1; NO20010902L

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckguss-Magnesiumlegierung mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit und Gießbarkeit.
Hintergrund der Erfindung
Aus Gründen der Gewichtseinsparung sind Magnesiumlegierungen in letzter Zeit in Transportmitteln, einschließlich Automobilen, interessanter geworden.
Bezüglich dieser Magnesiumlegierungen, sind insbesondere Guss-Magnesiumlegierungen, z. B. Mg-Al-Legierungen, enthaltend 2 bis 6 Gew.% Al (z. B. AM60B, AM50A oder AM20A, definiert im ASTM (American Society for Testing and Materials)-Standard), oder Mg-Al-Zn-Legierungen, enthaltend 8 bis 10 Gew.% Al und 1 bis 3 Gew.% Zn (z. B. AZ91D, definiert im ASTM-Standard), bekannt. Diese Magnesiumlegierungen weisen eine gute Gießbarkeit auf und können zum Formguss und insbesondere zum Druckguss angewandt werden.
Wird allerdings eine solche Magnesiumlegierung für Teile im Nahbereich eines Motors eingesetzt, neigt die Magnesiumlegierung zur Ermüdung im Laufe des Einsatzes wegen der niedrigen Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen von 125 bis 175°C, z. B. bei 150°C, und es können Bolzen verloren gehen, mit denen Teile verklammert sind.
Beispielsweise ergibt eine typische Druckguss-Legierung AZ91D eine nur geringe Kriechfestigkeit, obwohl sie gute Gießbarkeit, Zugspannungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
AE42 ist bekannt als hitzebeständige Druckguss-Legierung, die seltene Erdmetalle enthält, aber diese Legierung weist keine gute Gießbarkeit und auch eine nur geringe Kriechfestigkeit auf.
Deshalb sind kürzlich Legierungen vorgeschlagen worden, in denen Ca zu einer Mg-Al-Legierung zugegeben ist (Japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 7-11374 und Japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 9-291332).
Allerdings weisen diese Mg-Al-Ca-Legierungen eine geringe Kriechfestigkeit im Vergleich mit einer Aluminiumlegierung ADC12 (Al-1,5 bis 3,5 Cu-9,6 bis 12,0 Si, entsprechend AA A384.0) auf, obwohl die Kriechfestigkeit verbessert ist. Ferner weisen diese Mg-Al-Ca-Legierungen das Problem auf, dass Fehlverlaufs- und Gießbrüche durch Verschlechterung der Druck-Gießbarkeit verursacht werden. Auch enthalten diese Legierungen seltene Erdelemente als wesentliche Komponenten, weshalb die Kosten ansteigen, wenn seltene Erdelemente in großer Menge zugegeben werden.
Eine Thixogießtechnik ist kürzlich eingeführt worden, um auf den Guss von Magnesiumlegierungen angewandt zu werden, ungleich der oben beschriebenen Druckguss-Technik. Diese Technik wird als wirkungsvoll zur Inhibierung des Auftretens von Gießbruch der Mg-Al-Ca-Legierungen erachtet, weil sie ein Verfahren zur Durchführung einer Spritzgussformung in einem halb-festen Zustand darstellt.
Allerdings ist diese Technik niemals abgeschlossen worden und wird derzeit nicht für Automobilteile angewandt. Daher wird die Druckguss-Technik immer noch ausschließlich als Verfahren zum Gießen von Mg-Legierungen angewandt.
EP-A-0 799901 offenbart ein hitzebeständiges Element aus Magnesiumlegierung mit guter Kriechbeständigkeit, welche nicht mehr als 0,15 Gew.% Sr enthält.
Wie offenbart in der Japanischen Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei-4-231435 ( US 5,147,603 ), ist diese Anmeldung, die eine Magnesiumlegierung mit einer Last bei Zugspannungsbruch von mindestens 290 MPa und einer Dehnung bei Zugspannungsbruch von mindestens 5% betrifft und im Wesentlichen aus 2 bis 11 Gew.% Al, 0 bis 1 Gew.% Mn, 0,1 bis 6 Gew.% Sr, dem Rest aus Mg und aus weniger als 0,6 Gew.% Si, weniger als 0,2 Gew.% Cu, weniger als 0,1 Gew.% Fe und weniger als 0,01 Gew.% Ni als grundsätzliche Verunreinigungen besteht, bereits eingereicht worden.
Die Magnesiumlegierungen dieser Patentanmeldung sind Legierungen mit hoher mechanischer Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, die durch ein Schnellverfestigungsverfahren in der Form von Bändern, Pulvern oder Spitzen aus einer geschmolzenen Legierung mit einem Walzabschreckungs-, -sprüh- oder -atomisierverfahren erzeugt werden. Das oben beschriebene Patent offenbart eine Technik zum Erhalt eines Produkts mit einer gewünschten Form durch Konsolidierung der entstandenen Bänder, Pulver oder Spitzen zur Bildung eines Blocks, worauf der Block einer herkömmlichen Extrusion oder hydrostatischen Extrusion unterzogen wird.
Die Legierung der obigen Patentanmeldung ist eine Legierung, die mit dem Schnellverfestigungsverfahren erzeugt wird und eine sehr hohe Belastungsgrenze bei Zugspannungsbruch von 290 MPa oder mehr aufweist, diese Legierung ist aber eine Legierung, die nur als Feststoff in der Form von Bändern, Pulvern oder Spitzen durch das Schnellverfestigungsverfahren erhalten wird. Zur Formung in eine gewünschte Form des Produkts müssen die Legierungspulver oder Legierungskörner in der Form von Bändern, Pulvern oder Spitzen, die mit dem Schnellverfestigungsverfahren erhalten werden, mit einem Formungsverfahren unter Hitzekonsolidierung, wie einer herkömmlichen Extrusion oder hydrostatischen Extrusion, kompaktiert werden. Ferner sind die endgültig erzielbaren Formen eingeschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckguss-Magnesiumlegierung bereitzustellen, die ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Gießbarkeit und auch ausgezeichnete Kriecheigenschaften aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckguss-Magnesiumlegierung bereitzustellen, die die oben beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften aufweist und durch Gießen in eine freie Form geformt und auch zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckguss-Magnesiumlegierung bereitzustellen, die sich zur Produktion von Teilen mit komplizierter Form in der Umgebung eines Motors oder von dünnwandigen Teilen eignet und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Gießbarkeit und auch ausgezeichnete Kriecheigenschaften auweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Als Ergebnis einer umfangreichen Untersuchung des Einflusses zusätzlicher Elemente auf die Gießbarkeit und die Kriechfestigkeit von Mg-Al-Ca-Legierungen, die Ca enthalten, haben die hier auftretenden Erfinder herausgefunden, dass die durch Zugabe von Ca verschlechterte Druckgießbarkeit durch Zugabe von Sr deutlich und die Kriechfestigkeit weiter verbessert werden können, wodurch die vorliegende Erfindung zu ihrem erfolgreichen Abschluss gebracht wurde.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Erkenntnisse durchgeführt, und die oben beschriebenen Aufgaben werden mit den Druckguss-Magnesiumlegierungen gelöst, die eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Gießbarkeit aufweisen und die in den Ansprüchen angegebenen Zusammensetzungen enthalten:
2 bis 6 Gew.% (nachfolgend bedeutet "bis" einen numerischen Begrenzungsbereich einschließlich einer Ober- und einer Untergrenze, wenn nichts Anderes spezifisch angegeben ist, und "2 bis 6 Gew.%" stellt einen Bereich von nicht weniger als 2 Gew.% und nicht mehr als 6 Gew.% dar) Al, 0,3 bis 2 Gew.% Ca, mehr als 0,2 bis 1 Gew.% Sr, 0,1 bis 1 Gew.% Mn, mit dem Rest aus Magnesium und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Der Al-Gehalt wurde auf "2 bis 6 Gew.%" auf der Grundlage der Ergebnisse des oben beschriebenen Tests eingegrenzt. Beträgt der Al-Gehalt nicht mehr als 6 Gew.%, wird ein großer Teil von Al in die Mg-Matrix im festen Zustand eingebracht. Die Zugspannungsfestigkeit der Legierung wird durch Härtung in fester Lösung erhöht. Auch werden die Kriecheigenschaften der Legierung durch die Netzwerkartige Struktur des Al-Ca-Verbunds verbessert, der an der Korngrenze als Ergebnis der Bindung mit Ca auskristallisiert. Al verbessert auch die Gießbarkeit der Legierung.
Übersteigt der Al-Gehalt 6 Gew.%, verschlechtern sich die Kriecheigenschaften allerdings rapid. Beträgt dagegen der Al-Gehalt weniger als 2 Gew.%, sind die obigen Effekte (Effekt zur Verbesserung der Zugspannungsfestigkeit der Legierung durch Härtung in fester Lösung, Effekt zur Verbesserung der Kriecheigenschaften) gering. Beträgt der Al-Gehalt weniger als 2 Gew.%, kann die entstandene Legierung insbesondere eine nur niedrige Festigkeit und eine nur geringe Anwendbarkeit in der Praxis aufweisen.
Im Lichte des oben beschriebenen Sachverhalts wurde der Al-Gehalt innerhalb des Bereichs von 2 bis 6 Gew.% festgelegt. Der Al-Gehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4,0 bis nicht mehr als 6 Gew.%, innerhalb des obigen Bereichs.
Auch werden die Kriecheigenschaften mit dem Anstieg des Ca-Gehalts verbessert. Beträgt der Ca-Gehalt weniger als 0,3 Gew.%, ist der Verbesserungseffekt klein. Übersteigt der Ca-Gehalt 2 Gew.%, kann allerdings Gießbruch auftreten.
Im Lichte des oben beschriebenen Sachverhalts wurde der Ca-Gehalt innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 2 Gew.% festgelegt. Der Ca-Gehalt liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 Gew.%, innerhalb des obigen Bereichs.
Ferner werden die Kriecheigenschaften mit dem Anstieg des Sr-Gehalts verbessert, und Gießbruch wird nur kaum verursacht. Dieser Effekt ist klein, wenn der Sr-Gehalt weniger als 0,01 Gew.% beträgt. Übersteigt dagegen der Sr-Gehalt 1 Gew.%, erreicht der Effekt den Sättigungszustand.
In der vorliegenden Erfindung wurde der Sr-Gehalt im Bereich von mehr als 0,2 bis 1 Gew.% festgelegt. Unter den oben beschriebenen Umständen beträgt der maximale Sr-Gehalt vorzugsweise 0,5 und bevorzugter 0,4 Gew.%.
Wird Mn zu dieser Art einer Legierung gegeben, werden die Korrosionsbeständigkeit und auch die Kriechfestigkeit verbessert. Ferner wird die Dehngrenze, insbesondere die Hochtemperatur-Dehngrenze, verbessert.
Dieser Effekt ist klein, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,1 Gew.% beträgt. Übersteigt der Mn-Gehalt 1 Gew.%, kristallisiert allerdings eine große Menge primärer elementarer Mn-Partikel. Deshalb wird die entstehende Legierung spröde, wodurch sich die Zugspannungsfestigkeit erniedrigt.
Aus den obigen Gründen wurde der Mn-Gehalt im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.% festgelegt. Der Mn-Gehalt liegt bevorzugter in einem Bereich von 0,2 bis 0,7 Gew.%.
Die wesentlichen Elemente in der Mg-Legierung der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung schließen Al, Ca, Sr und Mn, zusätzlich zum Mg, ein. Die weiteren Elemente sind entweder gegebenenfalls oder als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
Sind allerdings Si, Zn und seltene Erdelemente in den unten beschriebenen Mengenanteilen enthalten, werden auch noch die folgenden Vorteile erhalten.
Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung ferner 0,1 bis 1 Gew.% (vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Gew.%) Si, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten. Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiuimlegierung ferner 0,2 bis 1 Gew.% (vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Gew.%) Zn, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten. Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiumlegierung ferner 0,1 bis 3 Gew.% (vorzugsweise 0,5 bis 2,0 und bevorzugter 0,8 bis 1,5 Gew.%) seltene Erdelemente, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner Si im oben beschriebenen Mengenanteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Gießbarkeit weiter verbessert ist, wodurch es erschwert ist, einen Gießbruch zu verursachen.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner Zn im oben beschriebenen Mngenanteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Zugspannungsfestigkeit durch Härtung in fester Lösung verbessert ist.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner die seltenen Erdelemente im oben beschriebenen Mengenanteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Kriechfestigkeit weiter verbessert ist. Konkret gesagt, enthält die Legierung, die seltene Erdelemente enthält, 2 bis 6 Gew.% Al, 0,3 bis 2 Gew.% Ca, mehr als 0,2 bis 1 Gew.% Sr, 0,1 bis 1 Gew.% Mn, 0,1 bis 3 Gew.% seltene Erdelemente (eine oder mehrere Arten von La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu) und den Rest aus Mg und unvermeidbaren Verunreinigungen. Übersteigt der Gehalt der seltenen Erdelemente 3 Gew.%, erhöht sich der Gießbruch, und Formverklebungen werden ein ernsthaftes Problem, wodurch sich die Gießbarkeit verschlechtert. Auch tritt eine Vergröberung des Al-RE-Verbunds in Aufbau und Gefüge ein, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Da die seltenen Erdelemente teure Elemente sind, gilt ferner, dass, je kleiner die Menge davon ist, dies im Hinblick auf die Kosten umso besser ist.
Die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung wie eine Mg-Al-Ca-Mn-Sr-Legierung wird mit einer allgemeinen Schmelztechnik der Mg-Legierung erzeugt. Beispielsweise ist die Legierung durch Schmelzen in einem Eisentiegel unter einem Schutzgas wie von SF₆/CO₂/Luft erhältlich.
Die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung weist ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie Zugspannungsfestigkeit, Dehngrenze, Dehnung und dgl. und ausgezeichnete Gießbarkeit, frei von Formverklebungen beim Gießen, und auch ausgezeichnete Kriecheigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auf, welche ausgezeichnete Merkmale für Druckguss-Magnesiumlegierungen darstellen. Mit den Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung wird es ermöglicht, einen ausgezeichneten, aus Magnesiumlegierung hergestellten Guss zu erhalten, welcher frei von Bruch und Defekten ist, sogar wenn dünnwandige Gussteile hergestellt werden.
Die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung ist als Legierung ausgesprochen bevorzugt, um durch Druckguss Teile für den Nahbereich eines Motors zu erzeugen, und sie ergibt ein ausgezeichnetes Druckgussprodukt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ca-Gehalt und der minimalen Kriechgeschwindigkeit darstellt.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ca-Gehalt und der durchschnittlichen Gießbruchlänge darstellt.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sr-Gehalt und der minimalen Kriechgeschwindigkeit darstellt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sr-Gehalt und der durchschnittlichen Gießbruchlänge darstellt.
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Guss zeigt, der in der Ausgestaltung erhalten wurde, in welcher 5(a) eine Seitenansicht des Gusses und 5(b) eine Draufsicht des Gusses sind.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Druckguss-Magnesiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung kann für Automobilteile um den Motor, z. B. Strukturelemente um einen Motor, wie Zylinderblöcke, Zylinderköpfe, Zylinderkopfabdeckungen, Ölpfannen, Ölpumpenkörper, Ölpumpenabdeckungen sowie Saugkrümmer und für Gehäuse, z. B. Gehäuseelemente um einen Motor, wie Transmissionsgehäuse, Transfergehäuse, Kettengehäuse-Stählungsgehäuse, Gelenksabdeckungen und Ölpumpenabdeckungen angewandt werden.
Der Al-Gehalt wurde auf "2 bis 6 Gew.%" auf der Grundlage der Ergebnisse des oben beschriebenen Tests eingegrenzt.
Beträgt der Al-Gehalt nicht mehr als 6 Gew.%, wird ein großer Teil des Al in die Mg-Matrix im festen Zustand eingebracht. Die Zugspannungsfestigkeit der Legierung wird durch Härtung in fester Lösung erhöht. Auch werden die Kriecheigenschaften der Legierung durch die Netzwerkartige Struktur des an der Korngrenze auskristallisierten Al-Ca-Verbunds als Ergebnis der Bindung mit Ca verbessert. Al verbessert auch die Gießbarkeit der Legierung.
Übersteigt der Al-Gehalt 6 Gew.%, verschlechtern sich allerdings die Kriecheigenschaften rapid. Beträgt dagegen der Al-Gehalt weniger als 2 Gew.%, sind die obigen Effekte (Effekt der Verbesserung der Zugspannungsfestigkeit der Legierung durch Härtung in fester Lösung, Effekt der Verbesserung der Kriecheigenschaften) gering. Beträgt der Al-Gehalt weniger als 2 Gew.%, kann die entstehende Legierung insbesondere eine niedrige Festigkeit und geringe Anwendbarkeit in der Praxis aufweisen.
Im Lichte des oben beschriebenen Sachverhalts wurde der Al-Gehalt im Bereich von 2 bis 6 Gew.% festgelegt. Der Al-Gehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4,0 bis nicht mehr als 6 Gew.%, innerhalb des obigen Bereichs.
Der Grund, warum der Ca-Gehalt im Bereich von 0,3 bis 2 Gew.% in den Ausgestaltungen eingegrenzt wurde, ist der folgende.
1 ist ein Diagramm, das den Einfluss des Ca-Gehalts auf die minimale Kriechgeschwindigkeit der Mg-Legierung für den Fall darstellt, dass der Al-Gehalt 5 Gew.% beträgt, und 2 ist ein Diagramm, das den Einfluss des Ca-Gehalts auf die durchschnittliche Gießbruchlänge der Mg-Legierung für den Fall darstellt, dass der Al-Gehalt 5 Gew.% beträgt.
Wie aus 1 ersichtlich, sinkt die minimale Kriechgeschwindigkeit mit dem Anstieg des Ca-Gehalts ab. Beträgt der Ca-Gehalt weniger als 0,3 Gew.%, ist der Verbesserungseffekt klein. Übersteigt der Ca-Gehalt 2 Gew.%, ist der Verbesserungseffekt dann allerdings gesättigt, und es kann Gießbruch auftreten, wie in 2 gezeigt.
Im Lichte des obigen Sachverhalts wurde der Ca-Gehalt im Bereich von 0,3 bis 2 Gew.% festgelegt. Der Ca-Gehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 Gew.%, innerhalb des obigen Bereichs.
Der Grund, warum der Sr-Gehalt im Bereich von mehr als 0,2 bis 1 Gew.% in den Ausgestaltungen eingegrenzt wurde, ist der folgende.
3 ist ein Diagramm, das den Einfluss des Sr-Gehalts auf die minimale Kriechgeschwindigkeit der Mg-Legierung für den Fall darstellt, dass der Al-Gehalt 5 Gew.% und der Ca-Gehalt 1,5 Gew.% betragen, und 4 ist ein Diagramm, das den Einfluss des Sr-Gehalts auf die durchschnittliche Gießbruchlänge der Mg-Legierung für den Fall darstellt, dass der Al-Gehalt 5 Gew.% und der Ca-Gehalt 1,5 Gew.% betragen.
Wie aus 3 und 4 ersichtlich, besteht eine Tendenz, dass die minimale Kriechgeschwindigkeit mit dem Anstieg des Sr-Gehalts absinkt, und es wird ein Gießbruch nur kaum verursacht. Dieser Effekt ist klein, wenn der Sr-Gehalt weniger als 0,01 Gew.% beträgt. Übersteigt andererseits der Sr-Gehalt 1 Gew.%, erreicht der Effekt den gesättigten Zustand. Wie aus dem Absinken der in 3 dargestellten Kriechgeschwindigkeit ersichtlich, wird eine erniedrigte Kriechgeschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.% beibehalten, und ein leichter Anstieg wird innerhalb eines höheren Gehalts beobachtet. Bezüglich 4 sinkt, wenn der Sr-Gehalt geringfügig innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 0,1 Gew.% ansteigt, die Gießbruchlänge rapid ab, und das rapide Absinken hält bis zu ca. 0,05 Gew.% an. Übersteigt andererseits der Sr-Gehalt 0,05 Gew.%, liegt die durchschnittliche Gießbruchlänge mit Sicherheit unter 10 mm. Übersteigt der Sr-Gehalt 0,1 Gew.%, sinkt die Gießbruchlänge auf einen genügend kleinen Wert ab, obwohl sich der Erniedrigungsanteil der Gießbruchlänge nur geringfügig verringert. Übersteigt der Sr-Gehalt 0,2 Gew.%, sinkt die Gießbruchlänge auf einen Grad ab, der sich für die Praxis nicht mehr eignet.
Im Lichte des obigen Sachverhalts wurde der Sr-Gehalt im Bereich von mehr als 0,2 bis 1 Gew.% in der vorliegenden Erfindung festgelegt. Unter den obigen Umständen liegt der Sr-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich bis 0,4 Gew.%, innerhalb des obigen Bereichs.
Wird Mn zum Verbund dieser Art einer Legierung gegeben, werden die Korrosionsbeständigkeit und auch die Kriecheigenschaften verbessert. Ferner wird die Dehngrenze, insbesondere die Hochtemperatur-Dehngrenze verbessert.
Dieser Effekt ist klein, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,1 Gew.% beträgt. Übersteigt der Mn-Gehalt 1 Gew.%, kristallisiert allerdings eine große Menge primärer elementarer Mn-Partikel. Daher wird die entstandene Legierung spröde, wodurch sich die Zugspannungsfestigkeit erniedrigt.
Aus den obigen Gründen wurde der Mn-Gehalt im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.% festgelegt. Der Mn-Gehalt liegt bevorzugter in einem Bereich von 0,2 bis 0,7 Gew.%.
Die wesentlichen Elemente in der Mg-Legierung der vorliegenden Erfindung schließen Al, Ca, Sr und Mn, zusätzlich zu Mg, ein. Die weiteren Elemente sind im Grunde als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
Sind Si, Zn und seltene Erdelemente in den oben beschriebenen Anteilen enthalten, werden allerdings die folgenden Vorteile erhalten Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung ferner 0,1 bis 1 Gew.% (vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Gew.%) Si, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten. Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiumlegierung ferner 0,2 bis 1 Gew.% (vorzugsweise 0,4 bis 0,8 Gew.%) Zn, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten. Manchmal enthält die Druckguss-Magnesiumlegierung ferner 0,1 bis 3 Gew.% (vorzugsweise 0,5 bis 2,0 und bevorzugter 0,8 bis 1,5 Gew.%) seltene Erdelemente, zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner Si im oben beschriebenen Anteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Gießbarkeit weiter verbessert wird, wodurch es erschwert wird, Gießbruch zu verursachen.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner Zn im oben beschriebenen Anteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Zugspannungsfestigkeit durch Härtung in fester Lösung verbessert wird.
Mit der Druckguss-Magnesiumlegierung, die ferner seltene Erdelemente im oben beschriebenen Anteil enthält, wird es ermöglicht, den Vorteil zu erhalten, dass die Kriecheigenschaften weiter verbessert werden. Konkret gesagt, enthalten die Legierungen, die seltene Erdelemente enthalten, 2 bis 6 Gew.% Al, 0,3 bis 2 Gew.% Ca, mehr als 0,2 bis 1 Gew.% Sr, 0,1 bis 1,0 Gew.% Mn, 0,1 bis 3 Gew.% seltene Erdelemente (eine oder mehrere Arte von La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu), wobei der Rest Mg und unvermeidbare Verunreinigungen ist. Übersteigt der Gehalt der seltenen Erdelemente 3 Gew.%, erhöht sich der Gießbruch, und Formverklebungen werden zu einem ernsthaften Problem, wodurch sich die Gießbarkeit verschlechtert. Auch tritt eine Vergröberung des Al-RE-Verbunds im Aufbau und Gefüge auf, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Da die Elemente der seltenen Erden teure Elemente sind, gilt ferner, dass, je kleiner die Menge ist, dies im Hinblick auf die Kosten umso besser ist.
Die Druckguss-Magnesiumlegierung der vorliegenden Erfindung wie eine Mg-Al-Ca-Mn-Sr-Legierung wird mit einer allgemeinen Schmelztechnik der Mg-Legierung erzeugt. Beispielsweise ist die Legierung durch Schmelzen in einem Eisentiegel unter Anwendung eines Schutzgases wie von SF₆/CO₂/Luft erhältlich.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand spezifischerer Beispiele von Ausgestaltungen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele und Ausgestaltungen eingeschränkt.
Mg-Legierungen mit der in Tabelle 1 und 2 angegebenen Zusammensetzung wurden in einem Eisentiegel in einem Elektroofen unter einer Atmosphäre eines gemischten Gases aus SF₆/CO₂/Luft geschmolzen, um eine geschmolzene Legierung zu bilden, worauf unter Verwendung einer Kaltkammer-Druckgussmaschine gegossen wurde, um einen Gießkörper 1 mit der in 5(a) und 5(b) dargestellten Form zu erhalten.
Der in 5(a) und 5(b) dargestellte Gießkörper 1 ist ein Plattenmaterial mit im Allgemeinen einer Breite von 70 mm und einer Höhe von 150 mm, wobei ein Teilbereich von 1/3 dieses Plattenmaterials ein erster Teilbereich 2 mit einer Dicke von 3 mm, ein weiterer Teilbereich davon von 1/3 ein zweiter Teilbereich 3 mit einer Dicke von 2 mm und noch ein weiterer Teilbereich davon von 1/3 ein dritter Teilbereich 4 mit einer Dicke von 1 mm sind. Der erste Teilbereich mit der Dicke von 3 mm ist an der Seite eines Bisquitteilbereichs 5 angebracht, welcher die Seite ist, wo das geschmolzene Metall in eine Form gegossen wird, worauf der zweite Teilbereich 3 mit der Dicke von 2 mm und der dritte Teilbereich 4 mit der Dicke von 1 mm kontinuierlich und ferner ein überfließender Teilbereich 6 gebildet werden, wo das eingegossene Metall am spitzen Ende des dritten Teilbereichs 4 überfließt Die seltenen Erdelemente wurden zum geschmolzenen Metall in der Form eines Mischmetalls (52,8% Ce, 27,4% La, 15% Nd, 4,7% Pr und 0,1% Sm) gegeben.
Beim Gießen wurden die Druckgießbarkeit durch die An- oder Abwesenheit des Auftretens von Gießbruch (Heißbruch) und von Formverklebungen bewertet.
Gießbruch wird durch Spannungskonzentration während des Verfestigungsschrumpfens in der Nähe des Teilbereichs verursacht, wo sich die Dicke des in 5(a) und 5(b) dargestellten Gießkörpers 1 von 1 auf 2 mm verändert. Bezüglich der Proben der jeweiligen Legierungen wurden 100 Schuss gegossen, und die ersten 30 Schuss waren verkratzt. Bezüglich des Restes von 70 Schuss wurde die durchschnittliche Gießbruchlänge pro 1 Schuss ermittelt, und es wurde das Gießbruchverhalten mit dieser Gießbruchlänge bewertet.
Die Formverklebungen wurden visuell betrachtet.
Ferner wurden Platten-förmige Testproben aus dem Anteilsbereich mit der Dicke von 3 mm aus dem Gießkörper geschnitten, und es wurden der Zugspannungstest und der Kriechtest durchgeführt.
Der Zugspannungstest wurde bei Raumtemperatur unter den Bedingungen einer Querkopf-Geschwindigkeit von 5 mm/min mit einer 10 Tonnen Testmaschine vom Instron-Typ durchgeführt.
Der Kriechtest wurde bei einer Temperatur von 150°C und eine Last von 50 MPa 100 h lang durchgeführt, worauf die minimale Kriechgeschwindigkeit aus einer Kriechkurve ermittelt und die Kriecheigenschaften mit der minimalen Kriechgeschwindigkeit bewertet wurden. Je kleiner die minimale Kriechgeschwindigkeit ist, umso besser sind die Kriecheigenschaften.
Wird Salzwasser über die Probe 240 h lang gesprüht, wird der gemessene Korrosionsgewichtsverlust als Index der Korrosionsbeständigkeit angegeben.
Diese Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 angegeben.
Wie aus den Angaben und Ergebnissen der Tabelle 1 bis 4 ersichtlich, wird es durch die Legierung mit der Zusammensetzung innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung ermöglicht, eine Druckgusslegierung herzustellen, die eine ausgezeichnete Zugspannungsfestigkeit und Dehngrenze, eine kleine minimale Kriechgeschwindigkeit und eine kurze Gießbruchlänge sowie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit (kleiner Korrosionsgewichtsverlust) aufweist und keine Verklebung der Form beim Gießen verursacht.
Die Probe der Vergleichsausgestaltung 1 ist eine Probe, die Al in einer Menge von 1,0 Gew.% enthält, was kleiner als die 2 Gew.% der Untergrenze des Bereichs der vorliegenden Erfindung ist, und diese zeigte und ergab eine große minimale Kriechgeschwindigkeit und große Gießbruchlänge und verursachte Formverklebungen und ein Absinken der Zugspannungsfestigkeit, und sie ergab auch einen großen Korrosionsgewichtsverlust.
Die Probe der Vergleichsausgestaltung 2 ist eine Probe, die Al in einer Menge von 7,0 Gew.% eingebracht enthält, was größer als die 6 Gew.% der Obergrenze des Bereichs der vorliegenden Erfindung ist, und die minimale Kriechgeschwindigkeit wurde erhöht.
Die Probe der Vergleichsausgestaltung 3 ist eine Probe, die Ca in einer Menge von 0,1 Gew.% enthält, was weniger als die 0,3 Gew.% der Untergrenze des Bereichs der vorliegenden Erfindung ist, und die minimale Kriechgeschwindigkeit wurde erhöht, während die Probe der Vergleichsausgestaltung 4 eine Probe ist, die Ca in einer Menge von 2,5 Gew.% enthält, was größer als die 2 Gew.% der Obergrenze des Bereichs der vorliegenden Erfindung ist, und die Gießbruchlänge wurde drastisch erhöht, und es traten auch Formverklebungen auf.
Die Probe der Vergleichsausgestaltung 5 ist eine Sr-freie Probe, und diese zeigte eine große minimale Kriechgeschwindigkeit und eine große Gießbruchlänge, während die Probe der Vergleichsausgestaltung 6 eine Probe ist, die Mn in einer Menge von 1,5 Gew.% enthält, was größer als die 1,0 Gew.% des Bereichs der vorliegenden Erfindung ist, und die Dehngrenze sank ab, und die minimale Kriechgeschwindigkeit stieg an.
Die Proben der Vergleichsbeispiele 7, 8, 9 und 10 sind Proben, in denen die Menge der seltenen Erdelemente 3 Gew.% übersteigt, und es sind Mn, Si und Zn zugegeben, oder es ist deren Zugabe weggelassen, und diese ergaben ausgezeichnete Kriecheigenschaften, aber die Gießbruchlänge wurde geringfügig erhöht, und es traten auch Formverklebungen auf.
Die Probe der Vergleichsausgestaltung 12 ist eine Probe, die Sr in einer Menge von weniger als die Untergrenze des Bereichs der vorliegenden Erfindung enthält, und die minimale Kriechgeschwindigkeit war geringfügig erhöht, und die Gießbruchlänge stieg an.
Vergleichsausgestaltungen 13 zeigen die Messergebnisse der Probe, die Ca in einer Menge von weniger als die Untergrenze im Zustand enthält, bei dem Si enthalten ist, während Vergleichsausgestaltungen 14 die Messergebnisse der Probe angeben, die Sr in einer Menge kleiner als die Untergrenze im Zustand enthält, bei dem Zn enthalten ist. Die Proben der Vergleichsausgestaltungen 13 ergaben eine geringfügig erhöhte minimale Kriechgeschwindigkeit, und die Probe der Vergleichsausgestaltung 14 ergab eine geringfügig erhöhte minimale Kriechgeschwindigkeit und eine große Gießbruchlänge.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind die Legierungen (Vergleichsausgestaltungen) mit Zusammensetzungen, die von derjenigen der vorliegenden Erfindung abweichen, bei jeder der Eigenschaften von Zugspannungsfestigkeit, Dehngrenze, Dehnung, Kriecheigenschaften, Gießbruchlänge, Formverklebung und Korrosionsbeständigkeit den Legierungen mit der Zusammenetzung der erfindungsgemäßen Ausgetaltungen unterlegen.

Claims

Formguss-Magnesiumlegierung mit exzellenter Wärmebeständigkeit und Giessbarkeit, bestehend aus: 2–6 Gew.% Al, 0,3–2 Gew.% Ca, mehr als 0,2–1 Gew.% Sr, 0,1–1 Gew.% Mn, gegebenenfalls 0,1–1 Gew.% Si, gegebenenfalls 0,2–1 Gew.% Zn, gegebenenfalls 0,1–3 Gew.% Seltenerdenelemente und Rest Magnesium und unvermeidliche Verunreinigungen.
Formguss-Magnesiumlegierung gemäss Anspruch 1, die 0,1–1 Gew.% Si und 0,2–1 Gew.% Zn umfasst.
Formguss-Magnesiumlegierung gemäss Anspruch 1, die 0,1–1 Gew.% Si und 0,1–3 Gew.% Seltenerdenelemente umfasst.
Formguss-Magnesiumlegierung gemäss Anspruch 1, die 0,2–1 Gew.% Zn und 0,1–3 Gew.% Seltenerdenelemente umfasst.
Formguss-Magnesiumlegierung gemäss Anspruch 1, die 0,1–1 Gew.% Si, 0,2–1 Gew.% Zn und 0,1–3 Gew.% Seltenerdenelemente umfasst.
Strukturbauteil zur Verwendung in der Umgebung eines Motors, wobei das Bauteil aus einer Formguss-Magnesiumlegierung mit einer Zusammensetzung wie in mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche definiert, gebildet ist.