JPH0432535A - 高強度、高剛性マグネシウムリチウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高強度、高剛性マグネシウムリチウム合金に関
する。

［従来の技術］ マグネシウムは大量に使用されている金属中ては最も軽
量であり、これにさらに軽量な元素であるリチウムを合
金させれば、−層軽量で比強度に優れた合金が得られる
可能性がある。かかる観点からＭｇ−Ｌｉ系合金に関す
る研究が行なわれており、例えばＬＡ９１（Ｍｇ−９％
Ｌｉ−１％Ａｌ）、ＬＡ１４１Ａ（Ｍｇ−１４％Ｌ１−
１％ＡＩ）、ＬＡＺ９３Ｂ（Ｍｇ−９％Ｌｉ−３％Ａｌ
−３％Ｚｎ）なとの合金が実用化されている。

Ｍｇ−Ｌｉ二元系は単純な共晶の状態図を作り、Ｍｇに
Ｌｉ約５．５％以上添加するとＭｇの固溶体α相と共に
Ｌｌの固溶体β相か晶出し、Ｌｉ約８．５％以上ではβ
単相となる。α相はＭｇと同しく　ｈＣｐｉ造を有する
ため、一般に冷間加工性に劣るが、β相はＬｉと同しｂ
ｃｃ構造であるため、塑性加工能の向上が期待できる。

したがって、冷間加工性という観点から、従来から開発
されている合金は、α十β相あるいはβ相が中心となっ
ている。

「発明が解決しようとする課題］ しかしながら、Ｍｇ−Ｌｉ合金は前記のごとく単純な共
晶状態図を作り固溶度の変化が少ないため、硬化に寄与
する析出相が無く、充分な強度が得られないという欠点
がある６また、β相域のＭ。

Ｌｉ合金は、低加工高温加熱時に、顕著な結晶粒の粗大
化が認められる（軽金属Ｈ９８９）Ｖｏｌ。

３９、Ｐ、１８）。

−４、ＭＢ−Ｌｉ合金の比強度をさらに改善するため、
第３元素であるＡＩを少量添加したＭｇ−ＬＡ）系のα
＋β相およびβ相合金において、時効硬化することが認
められている（軽金属（１９８９）Ｖｏｌ、３９、Ｐ、
４５）。しかしながら、これらＭｇ−Ｌｉ−Ａｌ系合金
の時効硬化はまだ充分なものでなく、強度および剛性に
劣る。例えば前記のＬＡ１４１Ａ（Ｍｇ−１４％Ｌｉ−
１％ＡＩ）を時効硬化させた場合の引張強さは１３　ｋ
ｇ／　ｍｍ２程度てあり、ＬＡＺ　９３３　（Ｍｇ　−
９％Ｌｉ−３％Ａ３％Ｚｎ）を時効硬化させた場合の引
張強さは２２ｋｇ／ｍｍ２程度である。

本発明はＭｇ−Ｌｉ二元系の比強度を改善するために第
３元素を添加したＭＢ−Ｌｉ系合金の前記のごとき問題
点を解決すべくなされたものであって、従来合金よりも
強度および剛性に優れたマグネシウムリチウム合金を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の高強度、高剛性マグネシウムリチウム合金は、
重量比で、Ｌｌ；８〜１６％、Ａｇ：０．５〜３％、Ｎ
ｄ、０．５〜３％、Ｚｒ；０．５〜１％を含有し、残部
がＭｇおよび不可避不純物からなることを要旨とする。

本発明合金は、溶解鋳造の後、均質化処理を行い、圧延
によって板材等に成形した後、溶体化処理を行い、時効
処理を施すことにより所期の強度および剛性を得ること
ができる。製造工程としては、例えば次ぎに説明するよ
うなものが用いられる。

溶解鋳造は、真空溶解炉を用い、アルゴン雰囲気下で行
う。合金元素の添加は純マグネシウムに対して、各合金
元素を添加する。なお、ジルコニウムの添加については
、ジルマックス（Ｍｇ−３０％Ｚｒ母合金）を用いる。

鋳造組織そのままては偏析等が存在するのて、均質化熱
処理を行う必要があるが、均質化処理は大気中２５０°
Ｃで２４時間保持することにより行つ。

圧延は冷間圧延によって行なわれ、１バスの圧下率を５
％として２０％圧延した後、２５０℃で５時間焼鈍し、
さらに２０％の圧延を行う。

溶体化処理は４００℃て１時間保持した後強制空冷する
ことにより行う。また、時効処理は１５０〜２５０°Ｃ
て１〜２００時間行う。

［作用］ 本発明き金は、Ｍ８に８〜１６％のＬ　ｉを含有させる
ことにより、合金組織をβ相とし結晶構造をＬｉと同し
ｂｃｃｌｉ造としたので、大きな圧下率が得られ冷間加
工性が優れたものとなる。

また、本発明合金てはＡ８およびＮｄを含有させてＭ　
ｇ−Ａ　ｇ−Ｎ　ｄ三元系とし、この三元系の析出相が
得られる成分範囲にＡｇおよびＮｄを規制することによ
り、高引張強度（２５〜３０　ｋｇｆ　／　ｍｍ２）お
よび高引張耐力を実現している。

さらに、本発明ではＭｇ−Δｇ−Ｎｄ系の析出相だけて
なく、Ｚｒを含有させることにより、結晶粒を微細化し
、そのため強度が増大している。金属の強度は結晶粒径
によって決まることは、良く知られているところである
。

本発明合金において、添加元素の成分範囲を限定した理
由について説明する。

Ｌｉ　８〜１６％ ＬｉはＭｇと共晶型のき金を形成し、Ｌｌを８％以上含
有すると、Ｌｌの固溶体であるβ単相となり、塑性加工
能を向上させる。Ｌ　ｉ含有量が８％未満になると、α
相またはα＋β相となり冷間加工性が劣化するのて、少
なくとも８％以上含有させる必要がある。Ｌ　ｉ含有量
が１６％を越えると、結晶粒が粗大化し易く、コスト高
となるため、Ｌｉ含有量の上限は１６％とした。

Ａｇ、０．５〜３％、Ｎｄ；０．５〜３％八８おへびＮ
ｄはＭｇと三元系を形成し、この三元系の析出相により
、高引張強度および高引張耐力が実現される。従って、
この三元系のいずれの元素が欠けても、高引張強度およ
び高引張耐力は得られない。第２図は１６％Ｌｉ、２１
％Ｎｄおよび０．５％Ｚｒを含有するＭ　ｇ−Ａ　Ｆｌ
−Ｎ　ｄ三元系において、Ａｇ含有量と引張強さおよび
０．２％耐力の関係を示したものである。また、第３図
は１６％Ｌｉ、２．１％Ａ、および０５％Ｚｒを含有す
るＭｇ−Ａ３−Ｎｄ三元系において、Ｎｄ含有量と弓張
強さおよび０２％耐力の関係を示したものである。

第２図から明らかなように、Ａｇの含有量の増加に伴っ
て引張強さ、０．２％耐力共に増加するが、２％含有量
で最高値を示した後、３％の含有量では引張強さおよび
０２％耐力共にやや低下する。第２図の結果より、Ａｇ
含有量が０．５％未満では引張強さおよび０２％耐力共
に充分な向上が得られず、３％を越えると引張強さおよ
び０゜２％耐力が共に低下するので、Ａ８の含有量は０
゜５〜３％に限定した。

第３図から明らかなように、Ｎｄの含有量の増加に伴っ
て引張強さ、０．２％耐力共に増加するが、３％の含有
量では引張強さおよび０２２６耐力の向上が飽和する。

第３図の結果より、Ｎｄ含有量が０．５％未満では引張
強さおよび０，２％耐力共に充分な向上が得られず、３
％を越えて含有させても引張強さおよび０．２％耐力の
向上が期待できないので、Ｎｄの含有量は０５〜３％に
限定した。

Ｚｒ・０５〜１％ ＺｒはＭｇ−Ｌｉ系合金の結晶粒径を微細化し、強度を
向上する。第４図は２２％Ａｇおよび１９％Ｎｄを含有
するＭｇ−Ｌｉ系合金において、Ｚｒの含有量と結晶粒
径の関係を示す、第４図の結果より、Ｚｒ含有量が０．
５％未満ては１００μｍ程度の微細粒が得られないので
、下限を０．５％としな。また、１％を越えると、固溶
限により飽和するので、上限を１％とした。

［実施例］ 本発明の実施例について従来例と比較しつつ説明し、本
発明の効果を明らかにする。

本発明品Ａ〜Ｅとして、第１表に示す目標成分に従い、
純Ｍｇに各合金元素を添加して、真空溶解炉を用い、ア
ルゴン雰囲気にて溶解鋳造した。

溶解したインゴットの成分を分析したところ、第１表の
示すような結果を得た。

（以　　下　　余　　白　　） 続いて得られたインゴットを２５０℃で・大気中で２・
４時間均質化処理を施した後、冷間圧延を施しな。冷間
圧延は１パスの圧下率を５％として２０％圧延した後、
２５０°Ｃで５時間焼鈍し、さらに２０％の圧延を行っ
て引張試験片を調製した。

得られた試験片について、４００”Ｃで１時間保持した
後強制空冷することにより溶体化処理を行−）な。次い
て、２００℃で５時間の時効処理を施し、引張強度およ
び０２％耐力を測定した。

なお、比較のために従来材ＡおよびＢとして、時効処理
したＬＡ　１４１　Ａ（Ｍｇ　　１４　％ｌ−ｉ　−１
％ＡＩ）およびＬＡＺ９３３（Ｍｇ−９％Ｌ　！　　３
９１＋Ａ１−３％Ｚｎ）についても、引張強度および０
２％耐力を測定した。得られた結果は第１図にまとめて
示した。

第１図の結果より明らかなように、本発明品Ａ〜Ｅはい
ずれも従来材Ａに対しては１．　Ｏ０％以上の引張強さ
の向上が見られ、また従来材Ｂに対しても２０％以上の
引張強さの向上が見られた。また、０．２％耐力につい
ては従来材Ａに対して６０〜８０％の向上か見られ、従
来材Ｂに対しては１０〜２０％の向上が見られ、本発明
の効果が確認された。

［発明の効果］ 本発明の高強度、高剛性マグネシウムリチウム合金は以
上説明したように、Ｌｉを８〜１６％含有させることに
より、冷間加工性に優れたβ相とし、さらにＡｇおよび
Ｎｄを０．５〜３％含有させることにより、Ｍｇ−Ａｇ
−Ｎｄ三元系の析出相による高強度を実現し、その上Ｚ
ｒによる結晶粒の微細化により、さらに強度を向上した
ものであり、従来材に比べて高強度と高剛性を実現し、
軽量て比強度の優れた構造材として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来材と発明材の引張強さと０．２％耐力を示
す図、第２図は１６％Ｌｉ、２．１％Ｎｃｌおよび０．
５％Ｚ「を含有するＭＦｉ−Ａｇ−Ｎｄ三元系において
、Ａｇ含有量と引張強さおよび０．２％耐力の関係を示
した線区、第３図は１６％Ｌｉ２１％Ａ８および０５％
Ｚｒを含有するＭｇ−ＡＨＮｄ三元系において、Ｎｄ含
有量と引張強さおよび０２％耐力の関係を示した線図、
第４図は２゜２％Ａｇおよび１．９％Ｎｄを含有するＭ
Ｂ−Ｌｉ系合金において、Ｚｒの含有量と結晶粒径の関
係を示す図である。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　大　川　　末 弟１図 第３図 第２図 第４図 Ａｇ（重量％） Ｚｒ（重量％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で、Ｌｉ；８〜１６％、Ａｇ；０．５〜３
   ％、Ｎｄ；０．５〜３％、Ｚｒ；０．５〜１％を含有し
   、残部がＭｇおよび不可避不純物からなることを特徴と
   する高強度、高剛性マグネシウムリチウム合金。