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Magnesiumlegierung Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf
Magnesiumgrundlage.
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Es sind viele Versuche gemacht worden, um Magnesiurnlegierungen herzustellen,
welche einen großen Kriech- oder Fließwiderstand (Widerstand gegen bleibende Verformung)
bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, eine binäre
Legierung mit Zer bis zu io% zu verwenden, oder eine Legierung zu schaffen, die
Zer zusammen mit anderen Elementen, z. B.. -mit Mangan, Kobalt oder Kalzium; enthält.
Während die Zugabe von Zer eine Erhöhung des Fließwiderstandes zur Folge hatte,
erwiesen sich die Legierungen im allgemeinen als unbefriedigend, besonders deshalb,
weil diese zu sehr dazu neigten, bei Raumtemperatur brüchig zu werden. Kürzlich
wurde vorgeschlagen, Magnesiumlegierungen zu benutzen, die bis zu i o/o Zirkon bei
einem Zer-Gehalt zwischen i und q.o/o aufweisen. Diese Legierungen weisen einen
besseren Fließwiderstand bei erhöhten Temperaturen und bessere Eigenschaften bei
Raumtemperatur auf.
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In dem Bestreben, die Eigenschaften von Legierungen des Magnesiums
mit seltenen Erdmetallen zu verändern, wurde Zink beigegeben und gefunden, daß außer
einer zusätzlichen Erleichterung bei der Herstellung von Sandguß diese Beigabe eine
merkbare Verbesserung der Fließeigenschaften bei Temperaturen über 25o° C zur Folge
hat. Jedoch sind solche Legierungen, - obwohl sie noch einen verhältnismäßig genügenden
Widerstand gegen Fließen bei Belastungen in der Größenordnung von
i5o
kg/cm2 bei Temperaturen von 3oo° C und darüber haben, in den Anfangsstadien einem
übermäßig großen Fluß ausgesetzt. Das Gesamtfließverhältnis solcher Legierungen
bei Belastungen von über 150 kg/cm2 bei Temperaturen über 300° C ist so groß, daß
diese Legierungen für viele Verwendungszwecke nicht brauchbar sind.
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Es ist deshalb versucht worden, eine Legierung zu finden, die die
folgenden Eigenschaften in sich vereinigt: i. Großer Fließwiderstand bis zu 300°
C Bund darüber im Anfangsstadium, wie auch in den fol-
genden Versuchsstadien;
2. Vermeidung des Angriffs bzw. Auftretens eines Tertiärflusses bis zu einer Versuchszeit
von wenigstens iooo Stunden; 3. gute Zugfestigkeit bei normalen atmosphärischen
bzw. Außentemperaturen; - -4. genügende Dehnung bei Raumtemperaturen; 5. gute Korrosionsbeständigkeit;
6. gute Gießeigenschaften.
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Dabei wurde festgestellt, daß diese Verbindung von Eigenschaften,
einschließlich des bemerkenswert hohen Fließwiderstandes bis 300° C und darüber,
durch Legierungen erreicht wird, die Thorium und Zink in geeigneten Verhältnisteilen
unter Zugabe von Zirkon enthalten. Legierungen mit genügendem Fließwiderstand bei
Temperaturen von 300° C und- darüber können auch. durch Beigabe von seltenen Erdmetallen
zu den obenerwähnten Legierungsbestandteilen erreicht werden, nämlich T horium,
Zink und Zirkon.
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Der Zirkongehalt beträgt zweckmäßig o,1 bis o,9 %, wobei mindestens
0,1%, vorzugsweise aber mindestens o,40/0, in lösbarem- Zustand vorhanden sein sollten
(d. h. das Zirkon, zusammen mit dem Magnesium, soll sich schnell lösen in einer
wäßrigen Salzsäurelösung, die aus 30 ccm H Cl [spezifisches Gewicht 1,16]
und 85 ccm Wasser besteht, wobei genügend Säure zugegeben werden muß, um die anfängliche
Konzentration beizubehalten).
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Der Anteil an Thorium ist erfindungsgemäß nicht kleiner als neun Zehntel
und nicht größer als das 3fache des Zinkanteils. Die Gesamtmenge von Thorium und
Zink ist nicht größer als io0/a. Die Thoriummenge ist ebenfalls nicht größer als
neun Zehntel des Zinkanteils plus 2,75 %, d. h., wenn der- Zinkanteil 2% beträgt,
darf der Thoriumanteil nicht mehr als 4,55% betragen. Grundsätzlich soll der Thoriumanteil
zwischen i und 6% und der Zinkanteil zwischen 0,5 und 5'10 liegen. Vorzuziehen ist
ein Thoriumanteil von nicht mehr als 1,50/0 plus neun Zehntel des Zinkanteils einerseits
und nicht weniger als das i,4fache des Zinkanteils abzüglich 1,5 % andererseits.
Ebenfalls günstig ist ein Thoriumanteil zwischen 2 und 5,75 0/0 bei einem Zinkanteil
von 0,75 bis 4,75 0/0. Ein niedrigerer oder höherer Zinkanteil bietet nicht
den erwünschten hohen Fließwiderstand, und ein höherer Zinkanteil beeinflußt andere
Legierungseigenschaften, z. B. die Dehnung bei atmosphärischen bzw. Außentemperaturen,
ungünstig. Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen, die einen Fließwiderstand
bei Temperaturen in der Größenordnung von 3oo bis 32o° C häben, der viel größer
ist als in anderen Legierungen auf Magnesiumbasis und tatsächlich auch viel größer
als bei den gebräuchlichen Legierungen auf Aluminiumbasis ist, wobei dieser hohe
Fließwiderstand in Verbindung mit der guten Zugfestigkeit bei normalen Temperaturen
und anderen ausreichend guten mechanischen Eigenschaften einen bemerkenswerten und
unerwarteten Fortschritt auf diesem Gebiet darstellen.
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Die Legierungen im Sinne der Erfindung enthalten vorzugsweise keine
anderen als die obenerwähnten Legierungsbestandteile, vor allem z. B. kein Silber
und Kupfer, deren Anteil, falls überhaupt vorhanden, bei Silber nicht größer als
i %. möglichst weniger als oäo5 % sein, bei Kupfer i 0/0 nicht übersteigen und möglichst
unter o,o20/0 liegen soll.
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Wenn man einen Fließpro-bestab, der aus Legierungen gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt und entsprechend den »British Standards Specification No.
L. ioi, Fig. i« gegossen ist, bei 3i5° C einer Wärmebehandlung 24 Stunden lang und
dann einer Belastung von 23o kg/crn2 bei 315' C unterwirft, so tritt eine Fließverformung
von weniger als o,6% ein.
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Zum Vergleich zeigten ähnliche -Versuche mit Legierungen in der Zusammensetzung:
0,7% ZirkOn, 3 % Zer, Rest Magnesium, Fließverformungen in der Größenordnung von
3,5 °/o hei einer Belastung von nur izo kg/cm2 bei 3i5° C; ein ähnliches Fließverhalten
zeigten Legierungen auf Magnesiumbasis, die nur Zirkon, Zink und seltene Erdmetalle
enthielten.
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Ein weiteres überraschendes Ergebnis liegt darin, daß das erfindungsgemäße
Verhältnis von Zink und Thorium nicht nur einen maximalen Fließwiderstand ergibt,
sondern auch gleichzeitig eine maximale Korrosionsbeständigkeit gegenüber wäßrigen
Lösungen .von Natriumchlorid erreicht.
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1-11s Beispiel mag eine Legierung folgender Zusammensetzung genannt
werden: Zirkon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,7()/o Thorium ....................
3,10/0 Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5 0/0 Magnesium
...................
Rest "-E.in gegossener Probestab, der nach der vorgenanntes Prüfbedingung gegossen
war, wurde 24 Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 315° C unterworfen und hatte
bei Raumtemperatur folgende Eigenschaften:
| Äußerste Versuchsbean- Dehnung |
| Zugfestigkeit spruchung o,i°/o vom Hundert |
| kg/mm2 kg/mm2 auf 5,08 cm |
| 19,5 bis 20,3 7,8 7 bis 8 |
Bei der gleichen Legierung betrug nach
500 Stunden bei 315° C die prozentuale
Fließverformung
bei einer Belastung von 236 kg pro Quadratzentimeter
weniger als
0,30. -
Andere Bestandteile, die ohne Schaden in der Legierung geduldet werden
können, sind folgende: Seltene Erdmetalle bis zu 4% (insbesondere O, I bis 0,7'/0)
| Beryllium . . . . . . . . . . . . . . bis zu o,i % |
| Kalzium . . . . . . . . . . . . . . . - - o,2 % |
| Quecksilber ............ - - 3,00/0 |
| Blei ................. - - 1,0% |
| Thallium .............. - - i,o% |
Der Gesamtanteil aller Legierungsbestandteile außer Magnesium soll 15 % nicht übersteigen.
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Die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders
für die Herstellung von Teilen, die innerhalb oder in der Nähe von Flugmotoren liegen,
deren Teile stark beansprucht werden und im Gebrauch Temperaturen von über 250°
C unterworfen sind.