JP5709063B2

JP5709063B2 - Heat-resistant magnesium alloy

Info

Publication number: JP5709063B2
Application number: JP2012137637A
Authority: JP
Inventors: 真堀田; 金孫廖
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: JP2014001428A

Description

この発明は、耐熱性能に優れたマグネシウム合金に関する。 The present invention relates to a magnesium alloy having excellent heat resistance.

マグネシウムにアルミニウムなどの元素を添加したマグネシウム合金は、軽量で加工しやすく、様々な分野で利用されている。例えば、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎを添加したＡＺ系合金は耐力、引張強さなどが優れ、機械的強度を求める用途で有用である。また、これにさらに耐熱性を高めた合金として、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉを添加したＡＳ系合金も知られている。 Magnesium alloys obtained by adding elements such as aluminum to magnesium are lightweight and easy to process, and are used in various fields. For example, an AZ-based alloy to which Al—Mn—Zn is added has excellent proof stress, tensile strength, and the like, and is useful for applications that require mechanical strength. In addition, an AS-based alloy to which Al—Mn—Si is added is also known as an alloy with further improved heat resistance.

しかし、ＡＳ系合金では耐熱性に限界があり、これをさらに改善する方法として、Ｃａを添加して高温特性を改善させたマグネシウム合金が知られている。 However, an AS-based alloy has a limit in heat resistance, and as a method for further improving this, a magnesium alloy in which high temperature characteristics are improved by adding Ca is known.

例えば、特許文献１には、Ａｌを２〜１０ｗｔ％、Ｃａを１．４〜１０ｗｔ％添加し、かつ、Ｃａ／Ａｌ≧０．７のマグネシウム合金が記載されている。Ｃａ／Ａｌの比を０．７以上に調製することでＭｇ−Ｃａ化合物を晶出させやすくし、高温時における強度を向上させている。 For example, Patent Document 1 describes a magnesium alloy in which Al is added in an amount of 2 to 10 wt%, Ca is added in an amount of 1.4 to 10 wt%, and Ca / Al ≧ 0.7. The Mg / Ca compound is easily crystallized by adjusting the Ca / Al ratio to 0.7 or more, and the strength at high temperatures is improved.

また、特許文献２には、Ａｌを２〜６ｗｔ％、Ｃａを０．５〜４ｗｔ％添加し、かつ、Ｃａ／Ａｌ≦であるマグネシウム合金が記載されている。これは、特許文献１のようにＣａが多すぎると、金型への焼き付きが発生しやすくなり、伸びも低下するため、Ｍｇ−Ｃａ化合物の量を適度な範囲に抑制したものである。 Patent Document 2 describes a magnesium alloy in which 2 to 6 wt% Al and 0.5 to 4 wt% Ca are added and Ca / Al ≦. This is because when the amount of Ca is too large as in Patent Document 1, seizure to the mold is likely to occur, and the elongation also decreases, so the amount of the Mg—Ca compound is suppressed to an appropriate range.

特開平０６−２５７９０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-25790 特開平０９−２７２９４５号公報JP 09-272945 A

しかしながら、これら特許文献１及び２のマグネシウム合金でも耐クリープ性が十分ではない用途があり、さらに高温時における機械的強度に優れたマグネシウム合金が求められている。そこでこの発明は、機械的強度に優れたＡｌ−Ｍｎ系マグネシウム合金において、さらに耐熱性能に優れた合金を得ることを目的とする。 However, even these magnesium alloys of Patent Documents 1 and 2 have applications in which the creep resistance is not sufficient, and there is a demand for a magnesium alloy having excellent mechanical strength at high temperatures. Accordingly, an object of the present invention is to obtain an alloy further excellent in heat resistance in an Al—Mn-based magnesium alloy excellent in mechanical strength.

Ａｌを３．０質量％以上７．０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃａを１．５質量％以上、Ｓｉを０．４質量％以上含有し、Ｃａ／Ｓｉ≧２．０（質量比）であるマグネシウム合金により、上記の課題を解決したのである。 Al is 3.0 mass% or more and 7.0 mass% or less, Mn is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, Ca is 1.5 mass% or more, Si contains 0.4 mass% or more, The magnesium alloy with Ca / Si ≧ 2.0 (mass ratio) has solved the above problem.

Ｓｉを０．５質量％以上、Ｃａを２．０質量％以上とすると、さらにクリープ特性が向上したマグネシウム合金が得られやすくなる。また、Ｃａ／Ｓｉの質量比は２．５以上であるとより好ましく、３．０以上であるとさらに耐クリープ性が向上させやすくなる。 When Si is 0.5% by mass or more and Ca is 2.0% by mass or more, a magnesium alloy having further improved creep characteristics is easily obtained. Further, the mass ratio of Ca / Si is more preferably 2.5 or more, and creep resistance is further improved when it is 3.0 or more.

このマグネシウム合金は、１７０℃以上の環境であっても耐クリープ性が高く、クリープ歪みを０．２０％以下に抑え、高温でも優れた機械的強度を有する材料として用いることができる。 This magnesium alloy has high creep resistance even in an environment of 170 ° C. or higher, can suppress creep strain to 0.20% or less, and can be used as a material having excellent mechanical strength even at high temperatures.

実施例におけるＣａ／Ｓｉ比に対するクリープ歪の結果をプロットしたグラフThe graph which plotted the result of the creep distortion with respect to Ca / Si ratio in an Example

以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、少なくともＡｌ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｓｉを含有し、耐クリープ性に優れたマグネシウム合金である。 The present invention will be described in detail below.
The present invention is a magnesium alloy containing at least Al, Mn, Ca and Si and having excellent creep resistance.

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ａｌを３．０質量％以上含有することが必要であり、５．５質量％以上であると好ましい。Ａｌが少なすぎるとマグネシウム合金の融点の低下が小さく、合金を調製する際や、合金を鋳造に用いる際に、高温を必要とすることになるので、作業性が低下するだけでなく、合金が焼き付きなどを起こしやすくなってしまう。３．０質量％以上であればある程度の作業性は確保でき、５．５質量％以上であると、後述するＳｉとの複合により、十分な作業性を確保できる。一方で、Ａｌが多すぎるとβ相が析出し、耐クリープ性が低下しやすくなる傾向にあり、７．０質量％以下であることが必要であり、６．５質量％以下であればこの問題をほぼ無視できる。 The magnesium alloy according to the present invention is required to contain 3.0% by mass or more of Al and is preferably 5.5% by mass or more. If the Al content is too small, the decrease in the melting point of the magnesium alloy is small, and when preparing the alloy or when the alloy is used for casting, a high temperature is required. It becomes easy to cause burn-in. If it is 3.0 mass% or more, a certain amount of workability can be ensured, and if it is 5.5 mass% or more, sufficient workability can be ensured by the combination with Si described later. On the other hand, if there is too much Al, the β phase is precipitated and the creep resistance tends to be lowered, and it is necessary to be 7.0% by mass or less, and 6.5% by mass or less. The problem can be almost ignored.

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｍｎを０．１質量％以上含有することが必要であり、０．３質量％以上含有していると好ましい。Ｍｎは溶湯中の不純物であるＦｅを除去し耐腐食性の低下を抑える効果があり、少なすぎるとＦｅ由来の腐食しやすさが無視できなくなるからである。一方でＭｎの含有量は０．６質量％以下であることが必要である。多すぎると、マンガンが単体で多く析出することで脆くなり、強度が低下するためである。 The magnesium alloy according to the present invention needs to contain 0.1% by mass or more of Mn, and preferably contains 0.3% by mass or more. This is because Mn has an effect of removing Fe, which is an impurity in the molten metal, to suppress a decrease in corrosion resistance, and if it is too small, the ease of corrosion derived from Fe cannot be ignored. On the other hand, the Mn content needs to be 0.6% by mass or less. If the amount is too large, a large amount of manganese precipitates alone and becomes brittle and the strength decreases.

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｃａを１．５質量％以上含有することが必要であり、２．０質量％以上含有していると好ましい。Ｃａを含有することで耐熱性が向上するが、１．５質量％未満ではその効果が不十分になるからである。２．０質量％以上であるとこの耐熱性はより確実なものとなる。一方で、Ｃａが過剰に存在すると鋳造時に割れや焼きつきが発生しやすくなるため、６．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であるとより好ましい。 The magnesium alloy according to the present invention needs to contain 1.5% by mass or more of Ca, and preferably 2.0% by mass or more. It is because heat resistance improves by containing Ca, but the effect will become inadequate if it is less than 1.5 mass%. When the content is 2.0% by mass or more, this heat resistance becomes more reliable. On the other hand, if Ca is excessively present, cracks and seizure are likely to occur during casting, and therefore it is preferably 6.0% by mass or less, and more preferably 4.5% by mass or less.

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｓｉを０．４質量％以上含有することが必要であり、０．５質量％以上含有していると好ましい。Ｓｉは上記のＡｌとともに融点を低下させる効果があり、少なすぎると作業性が低下し、鋳造に用いることが難しくなってしまう。一方で、Ｓｉ添加量が２．０質量％以上になると、粗大なＭｇ−Ｓｉ化合物が生成することで脆くなり、強度が低下するため、２．０質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であるとより好ましい。 The magnesium alloy according to the present invention needs to contain 0.4% by mass or more of Si, and preferably 0.5% by mass or more. Si has an effect of lowering the melting point together with the above Al, and if it is too small, workability is lowered and it becomes difficult to use for casting. On the other hand, when the amount of Si added is 2.0% by mass or more, a coarse Mg—Si compound is generated and becomes brittle, and the strength is reduced. More preferably, it is 0 mass% or less.

この発明にかかるマグネシウム合金は、含有するＣａとＳｉの質量比が、２．０以上であることが必要であり、２．５以上であると好ましく、３．０以上であるとより好ましい。Ｃａ／Ｓｉの比が大きいほど耐クリープ性が向上する。この比は、上記のＣａとＳｉの含有範囲では特に上限はなく、高いほど好ましい。 In the magnesium alloy according to the present invention, the mass ratio of Ca and Si to be contained needs to be 2.0 or more, preferably 2.5 or more, and more preferably 3.0 or more. The larger the Ca / Si ratio, the better the creep resistance. This ratio has no particular upper limit in the Ca and Si content ranges described above, and is preferably as high as possible.

この発明にかかるマグネシウム合金は、上記の元素の他に、不可避不純物を含有してもよい。この不可避不純物とは、製造上の問題、あるいは原料上の問題のために、意図に反して含有することが避けられないものである。この発明にかかるマグネシウム合金の特性を阻害しない範囲の含有量であることが必要であり、一元素あたり０．２質量％未満であることが好ましく、少ないほど好ましい。 The magnesium alloy according to the present invention may contain inevitable impurities in addition to the above elements. The inevitable impurities are unavoidably contained due to problems in production or raw materials. The content of the magnesium alloy according to the present invention needs to be in a range that does not hinder the properties, and is preferably less than 0.2% by mass per element, and the smaller the content, the more preferable.

ただし、その他の元素の中でも、上記のＣａとＭｇ以外の第２族元素、すなわち、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａの含有量が出来るだけ少ないことが好ましい。具体的には、これらを合計しても０．０５質量％未満であることが好ましく、個々の元素はいずれも検出限界未満であることが望ましい。これらの第２族元素は高価であり、コストアップ要因となるためである。特にＢａはＡｌと反応してＡｌ―Ｂａ化合物を形成するが、その共晶温度は５２８℃とＡｌ−Ｃａ化合物の共晶温度５４５℃よりも低く、より低温で分解して耐クリープ性を低下させてしまう。さらに、他の第２族元素も期待外の化合物を生じて性質を悪化させるおそれがある。 However, among other elements, it is preferable that the content of Group 2 elements other than the above Ca and Mg, that is, Be, Sr, Ba, and Ra is as low as possible. Specifically, even if these are added together, it is preferably less than 0.05% by mass, and each individual element is preferably less than the detection limit. This is because these Group 2 elements are expensive and cause cost increase. In particular, Ba reacts with Al to form an Al—Ba compound, but its eutectic temperature is 528 ° C., which is lower than the eutectic temperature of 545 ° C. of the Al—Ca compound, and decomposes at a lower temperature to reduce creep resistance. I will let you. In addition, other Group 2 elements may produce unexpected compounds and deteriorate properties.

この発明にかかるマグネシウム合金は、上記の質量％の範囲となるように上記の元素を含む原料を用いて、一般的な方法で調製可能である。なお、上記の質量比及び質量％は、原料における比及び％ではなく、調製された合金や、それを鋳造などによって製造した製品における比及び％である。 The magnesium alloy according to the present invention can be prepared by a general method using a raw material containing the above element so as to be in the above mass% range. In addition, said mass ratio and mass% are not ratio and% in a raw material, but ratio and% in the prepared alloy and the product which manufactured it by casting etc.

この発明にかかるマグネシウム合金は、融点が適度に抑制されていて焼き付きなどが起こりにくいため、鋳造に用いやすい。また、展伸材の用途でも利用可能である。いずれも、この発明にかかるマグネシウム合金を用いて製造した製品は、高温状況下での耐クリープ性がよいものとなる。 The magnesium alloy according to the present invention is easy to use for casting because the melting point is moderately suppressed and seizure hardly occurs. It can also be used for wrought material. In any case, products manufactured using the magnesium alloy according to the present invention have good creep resistance under high temperature conditions.

この発明にかかるマグネシウム合金を実際に調製した例を示す。Ｍｇ以外の元素の含有成分が下記の表１のそれぞれに記載の質量％となるようにマグネシウム合金を調製し、それぞれの合金についてＪＩＳＺ２２７１で定めるクリープ試験方法に基づいて試験を行った。クリープ試験機には（株）米倉製作所製：ＣＲ−２０ＫＮを用い、試験温度は１７５℃、与えた応力は５０ＭＰａで、１００時間経過後のクリープ歪（％）を測定した。その結果を併せて表１に示す。クリープ歪≦０．１５％を◎、０．１５％＜クリープ歪≦０．２０％を○、０．２０％＜クリープ歪を×と評価した。 The example which actually prepared the magnesium alloy concerning this invention is shown. Magnesium alloys were prepared so that the content of elements other than Mg would be the mass% described in each of Table 1 below, and each alloy was tested based on the creep test method defined in JIS Z 2271. A creep tester manufactured by Yonekura Seisakusho Co., Ltd .: CR-20KN was used, the test temperature was 175 ° C., the applied stress was 50 MPa, and the creep strain (%) after 100 hours was measured. The results are also shown in Table 1. Creep strain ≦ 0.15% was evaluated as ◎, 0.15% <creep strain ≦ 0.20% as ○, and 0.20% <creep strain as ×.

なお、比較例１〜４はＣａが１．５質量％未満であり、比較例２〜５はＣａ／Ｓｉの質量比が２．０未満である。これらの実施例及び比較例のデータを、Ｃａ／Ｓｉを横軸に、クリープ歪（％）を縦軸にプロットしたグラフを図１に示す。 In Comparative Examples 1 to 4, Ca is less than 1.5% by mass, and in Comparative Examples 2 to 5, the Ca / Si mass ratio is less than 2.0. FIG. 1 is a graph in which the data of these examples and comparative examples are plotted with Ca / Si on the horizontal axis and creep strain (%) on the vertical axis.

Claims

Ａｌを５．５質量％以上７．０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃａを１．５質量％以上６．０質量％以下、Ｓｉを０．５質量％以上０．８質量％以下含有し、残余がＭｇと不可避不純物であり、Ｃａ／Ｓｉの質量比が２．０以上であるマグネシウム合金。 Al is 5.5 mass% or more and 7.0 mass% or less, Mn is 0.1 mass% or more and 0.6 mass% or less, Ca is 1.5 mass% or more and 6.0 mass% or less , Si is 0.5 mass%. Magnesium alloy containing not less than 0.8% by mass and not more than 0.8% by mass , the balance being Mg and inevitable impurities, and the Ca / Si mass ratio being not less than 2.0.

Ｃａが２．０質量％以上である請求項１に記載のマグネシウム合金。 Ca is 2.0 mass% or more of magnesium alloy according to claim 1.

Ｃａ／Ｓｉの質量比が２．５以上である、請求項１又は２に記載のマグネシウム合金。 The magnesium alloy according to claim 1 or 2, wherein the mass ratio of Ca / Si is 2.5 or more.