JP5429702B2 - マグネシウム合金とその製造方法 - Google Patents
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Description
1)マグネシウム合金の組織構成として新しい発展的知見を提示し、
2)より簡便に実際的に実現可能で、
3)希土類元素ではなく、比較的安価な添加元素を用いてのマグネシウム合金として、高強度、高靱性な新しいマグネシウム合金とその製造方法を提供することを課題とし、また、
4)希土類元素を用いる場合には、その経済的負担増に見合うだけの顕著な特性、機能の向上が図られる、
との観点からの、高強度で高延性を有するとともに、圧縮強度および破壊靱性が高い新たなマグネシウム合金とこのマグネシウム合金を簡便に製造することのできる製造方法を提供することを課題としている。
Mg 100−a Zn a (aは原子%を示し、1.6≦a≦8.0である)で表わされ、マグネシウム母相中に少なくとも亜鉛を含み、球状で、平均粒径が500nm以下である第二相粒子が析出しているマグネシウム合金であって、当該マグネシウム母相の平均結晶粒径は15μm以下であり、第二相粒子のアスペクト比が5:1以下であることを特徴とするマグネシウム合金である。
Mg100−(a+b)Zna Ca b
(a、bは原子%を示し、0<b≦5.7において、0.3≦a≦8.5であることを示す。)
で表わされ、マグネシウム母相中に、少なくとも亜鉛を含み、球状で、平均粒径が500nm以下である第二相粒子が析出しているマグネシウム合金であって、当該マグネシウム母相の平均結晶粒径は15μm以下であり、第二相粒子のアスペクト比が5:1以下であることを特徴とするマグネシウム合金である。
平均結晶粒子径
第4:亜鉛の含有量が、1.6≦a≦3.5の範囲内である。
Mg100−(a+b)ZnaMb
(Mは非希土類元素の1種以上を示し、a、bは原子%を示し、b=0において、1.6≦a≦8.0であり、0<b≦5.7において、0.3≦a≦8.5であることを示す。)
で表わされるものとすることが好適に考慮される。平均粒径が500nm以下の第二母相粒子の最大体積率10%以下とする場合として考慮される。さらには、ここで、亜鉛の含有量が、1.6≦a≦3.5の範囲内であることが好ましい。
KB=準結晶粒子相の平均粒子径/マグネシウム母相の平均結晶粒径として、0.01以上0.2以下である。この範囲内にあれば、変形過程での割れを十分抑制することができる。
<1>ZK60組成のマグネシウム合金
商業用マグネシウム合金(Mg−6wt.%Zn−0.5wt.%Zr:材料名ZK60)に球状粒子を析出させた例である。
(実験No.1)
ZK60に、500℃にて2時間炉中保持し、均質化処理を行った。炉から取出した後、水焼き入れを行うことで、組織を凍結した。
(実験No.2:比較例)
商業用マグネシウム合金(Mg−6wt.%Zn−0.5wt.%Zr:ZK60)に500℃にて2時間炉中保持し、均質化処理を行った。炉から取出した後、水焼き入れを行うことで、組織を凍結した。その後、機械加工により押出しビレットを作成した。ビレットを380℃に昇温させた後、0.5時間程度保持し、18:1の押出し比で押出し加工を施し、押出し材を得た。押出し材をさらに360℃にて24時間均質化処理後、水焼き入れを行い、175℃、1×105秒で時効処理を施した。
(特性の対比)
上記の各々の試料についての破断伸び、降伏強度、平面ひずみ破壊靱性値の測定結果を表1に示した。
<2>Mg−Zn二元系マグネシウム合金
(球状析出粒子の形成)
商用純マグネシウム(純度99.95%)に、2.4原子%亜鉛を溶解鋳造し、母合金(材料名Mg−2.4Zn)を準備した。
(実験No.3〜10)
商用純マグネシウム(純度99.95%)に、1.9、2.4、3.0または3.4原子%亜鉛を溶解鋳造し、母合金(材料名Mg−1.9Zn、Mg−2.4Zn、Mg−3.0Zn、Mg−3.4Zn)を準備した。
<3>ZK60組成合金の平面ひずみ破壊靱性値
(実験No.11〜12)
商業用マグネシウム合金(Mg−6wt.%Zn−0.5wt.%Zr:材料名ZK60)に、500℃にて2時間炉中保持し、均質化処理を行った。炉から取出した後、水焼き入れを行うことで、組織を凍結した。
<4>Mg−1.8at.%Zn−0.3at.%Ca合金とその平面ひずみ破壊靱性値
(実験No.13)
商用純マグネシウム(純度99.95%)に、1.8原子%亜鉛と0.3原子%カルシウムを溶解鋳造し、母合金を準備した。次いで、母合金を500℃にて2時間炉中保存し、均質化処理を行った。炉から取出した後、水焼き入れを行うことで、組織を凍結した。
その後、機械加工により、押出しビレットを作成した。このビレットを約250℃に昇温させた後0.5時間程度保持し、約18:1の押出し比で押出し加工を施し、押出し材を得た。
(実験No.14−15)
商用純マグネシウム(Mg、純度99.95%)に、6原子%の亜鉛(Zn)および1原子%のホロニウム(Ho)を常法に従い溶解し、鋳造してインゴットを作製した。インゴットを400℃で24時間炉中に保持し、均質化処理を行った。炉から取り出し、水焼入れを行い、組織を凍結した。その後、機械加工によりφ40×50mmの押出しビレットを作製した。
<6>Mg−2.7at.%Zn−0.4at.%Ho合金
(実験No.16−18)
商用純マグネシウム(Mg、純度99.95%)に、2.7原子%の亜鉛(Zn)および0.4原子%のホロニウム(Ho)を常法に従い溶解し、鋳造してインゴットを作製した。インゴットを400℃で24時間炉中に保持し、均質化処理を行った。炉から取り出し、水焼入れを行い、組織を凍結した。その後、機械加工によりφ40×50mmの押出しビレットを作製した。
<7>Mg−2.6at.%Zn−0.4at.%Y合金展
(実験No.19)
商用純マグネシウム(Mg、純度99.95%)に、2.6原子%の亜鉛(Zn)および0.4原子%のイットリウム(Y)を常法に従い溶解し、鋳造してインゴットを作製した。インゴットを400℃で24時間炉中に保持し、均質化処理を行った。炉から取り出し、水焼入れを行い、組織を凍結した。その後、機械加工によりφ40×50mmの押出しビレットを作製した。
<8>Mg−2.6at%Zn−0.4at%(Dy,Gd,Tb,Er)合金
(実験No.20〜23)
上記<7>Mg−Zn−Yの合金と同様にして、押出し比を変更、もしくは同じとしてMg−Zn−Dy(実験No.20)、Mg−Zn−Gd(実験No.21)、Mg−Zn−Tb(実験No.22)、Mg−Zn−Er(実験No.23)の各々の押出し材を得た。この各々についての組織、観察の結果と、破断伸び、降伏強度、平面ひずみ破壊靭性値の測定結果を表2に示した。
Claims (4)
- 合金組成が次式;
Mg100−aZna(aは原子%を示し、1.6≦a≦8.0である)
で表わされ、マグネシウム母相中に、少なくとも亜鉛を含み、球状で、平均粒径が500nm以下である第二相粒子が析出しているマグネシウム合金であって、当該マグネシウム母相の平均結晶粒径は15μm以下であり、第二相粒子のアスペクト比が5:1以下であることを特徴とするマグネシウム合金。 - 合金組成が次式;
Mg100−(a+b)ZnaCab
(a、bは原子%を示し、0<b≦5.7において、0.3≦a≦8.5であることを示す。)
で表わされ、マグネシウム母相中に、少なくとも亜鉛を含み、球状で、平均粒径が500nm以下である第二相粒子が析出しているマグネシウム合金であって、当該マグネシウム母相の平均結晶粒径は15μm以下であり、第二相粒子のアスペクト比が5:1以下であることを特徴とするマグネシウム合金。 - 次式で表わされる第二相粒子の平均粒径とマグネシウム母相の平均結晶粒径との比KAが0.005以上0.2以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のマグネシウム合金。
KA=第二相粒子の平均粒径/マグネシウム母相の平均結晶粒径 - 亜鉛の含有量が、1.6≦a≦3.5の範囲内であることを特徴とする請求項2または3に記載のマグネシウム合金。
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