CN102361996B - Mg合金部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Mg合金部件，在所述Mg合金部件中，分散有析出粒子，与镁母相的大小无关，提高拉伸强度。

Description

Mg合金部件
技术领域
本发明涉及一种由具有准结晶相的Mg合金形成的Mg合金部件。
背景技术
镁为轻量，作为资源是丰富的，因此，作为电子仪器或构造部件等轻量化材料正备受关注。其中，在研究对铁道车辆、汽车等的移动用构造部件的适应的情况下，从使用时的安全性·可靠性的观点来看，要求原材料的高强度·高延展性特性。对金属材料中的这些特性改善而言，已知的是使母相的大小为微细，即所谓的结晶粒微细化。另外，使微细的粒子分散在母相中的微细粒子分散强化法也是金属材料的特性改善的一种方法。
近年来，与通常的结晶相不同，将决定了的原子的排列重复排列的构造，即不显示并进秩序性的准结晶相作为分散粒子使用正备受关注。其最大的原因如下：与母相晶格匹配良好、晶格彼此牢固地结合、在塑性变形中难以成为破坏的核或起点。可知，即使关于镁合金，如下述专利文献1～5所示，也通过分散准结晶粒子而显示优异的机械特性。
而且，为了进一步提高性能，尝试有使镁母相的大小为微细。
专利文献1：日本特开2002-309332号公报
专利文献2：日本特开2005-113234号公报
专利文献3：日本特开2005-113235号公报
专利文献4：WO2008-16150号公报
专利文献5：日本特开2009-084685号公报
发明内容
但是，为了使结晶粒径微细，使用强应变加工法，但强应变加工法与通常的热应变赋予法相比，一般认为，容器、模具的寿命短，能量损失变大。
鉴于这样的实际情况，本发明的课题在于提供一种与镁母相的大小无关，提高了拉伸强度的Mg合金部件。
为了解决上述课题，本发明的第一方面为一种由具有准结晶相的Mg合金形成的Mg合金部件，其特征在于，分散有析出粒子。
本发明的第二方面在第一方面的特征的基础上，其特征在于，所述析出粒子为针状形态，由Mg-Zn形成。
本发明的第三方面在第二方面的特征的基础上，其特征在于，所述析出粒子分散在镁母相中。
本发明的第四方面在第三方面的特征的基础上，其特征在于，所述镁母相的大小为10～50μm。
本发明的第五方面在第二方面的特征的基础上，其特征在于，所述析出粒子的长宽比为5～500，长度为10～1500nm，厚度为2～50nm。
本发明的第六方面在第一方面的特征的基础上，其特征在于，所述Mg合金由(100-x-y)at％Mg-yat％Zn-xat％RE表示，式中，RE为Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任一种稀土元素，x、y分别为原子％，0.2≤x≤1.5且5x≤y≤7x。
根据本发明，与未分散有析出粒子的以往的Mg合金相比，可以得到特别高的机械特性。
附图说明
图1是实施例1的热处理材料的利用光学显微镜观察的微细组织观察照片。
图2是实施例1的挤出材料的利用光学显微镜观察的微细组织观察照片。
图3是实施例1的挤出材料的利用高角散射环状暗场法观察的微细组织观察照片。
图4是实施例1的时效处理材料的利用高角散射环状暗场法观察的微细组织观察照片。
图5是实施例1的时效处理材料的利用透射电子显微镜观察的微细组织观察照片。
图6是通过在实施例1中进行的室温拉伸·压缩试验而得到的公称应力-公称应变曲线。
图7是实施例2的时效处理材料的利用透射电子显微镜观察的微细组织观察照片。
图8是实施例3的挤出材料的利用光学显微镜观察的微细组织观察照片。
图9是实施例3的挤出材料的利用高角散射环状暗场法观察的微细组织观察照片。
具体实施方式
Mg合金中，为了形成准结晶相，优选以下的组成域。由通式(100-x-y)at％Mg-yat％Zn-xat％RE表示的Mg合金中(式中，RE为Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任一种稀土元素，x、y分别为原子％)，显现由Mg-Zn-RE构成的准结晶相的组成域为0.2≤x≤1.5且5x≤y≤7x。
上述组成域内的Mg合金中，在挤出或压延等热应变赋予加工之前，使稀土元素固溶在镁母相中，伴随使作为铸造组织的枝晶组织减少，准结晶粒子或金属间化合物粒子等粒子分散在镁母相中的比例减小。为了得到这样的组织，热处理温度设为460℃以上520℃以下，优选设为480℃以上500℃以下，保持时间设为12小时～72小时，优选设为24小时～48小时。
得到上述组织后，进行挤出或压延等热应变赋予加工，形成在10～50μm、优选20～40μm大小的镁母相内或晶界中分散有准结晶相粒子的组织。为了形成这样的组织，将应变赋予时的温度设为420℃以上460℃以下，优选设为430℃以上450℃以下。赋予的应变优选1以上。可以在成型加工之前对原材料赋予应变或在成型为规定的形状时赋予应变。
而且，实施时效处理。在该时效处理中，处理温度为100℃以上200℃以下，优选为100℃以上150℃以下，保持时间设为24～168小时，优选设为24小时～72小时。通过这样的时效处理，在Mg合金中形成微细的析出粒子均一地分散在镁母相内的组织。析出粒子由Mg-Zn构成，例如，具有长宽比为3以上的针状形态，厚度(析出粒子的短径)为2～50nm，长度方向与一定方向一致地分散在镁母相内。
一般认为，针状的长度方向与一定方向一致是由于将挤出加工后的物质进行时效处理。一般认为，在锻造或压延，挤出等赋予应变的状态下，析出粒子变为等轴状或长宽比为3以下的针状物质，分散在随机方向。
另外，上述时效处理在作为将Mg合金成型为规定形状后的最终热处理进行的情况下，成为持有生成的析出粒子相的Mg合金部件。
析出粒子的长宽比为5～500，优选为5～100，更优选为5～10。另外，析出粒子的长度(析出粒子的长轴的长度)为10～1500nm，优选为10～500nm，更优选为10～1000nm。长宽比和大小可以根据锌和稀土元素的添加浓度、热应变赋予前的热处理温度或热赋予时的温度、时效处理的温度或保持时间等进行调整。
具有如上得到的组织的Mg合金部件虽然显示比较粗大的镁母相，但可以发挥强度·延展性的协调平衡化。
[实施例1]
在商用纯镁(纯度99.95％)中熔解铸造6原子％的锌和1原子％的钇，制作母合金。然后，在480℃下在炉内进行24小时的热处理，得到热处理材。
从热处理材料中通过机械加工制作直径40mm的挤出钢坯。将该挤出钢坯投入到升温至430℃的挤出容器中，保持30分钟左右后，以25∶1的挤出比实施热挤出加工，得到直径8mm的挤出材料。将得到的挤出材料在150℃下用油浴进行24小时的时效处理，得到时效处理材料。
利用光学显微镜进行热处理材料及挤出材料的微细组织观察，将这些微细组织照片示于图1及图2。
可知，在热处理材料(图1)中，作为典型的铸造组织的枝晶组织的占有率少，在挤出材料(图2)中，生成由等轴构成的结晶粒。
利用切片法形成的两试样的结晶粒径大约为350μm(热处理材料)，25.5μm(挤出材料)。另外，将通过透射电子显微镜或高角散射环状暗场法观察的挤出材料及时效处理材料的微细组织观察结果示于图3～图5。
可以确认图3中出现的白色的反差为由Mg-Zn-Y构成的准结晶相(i相：Mg3Zn6Y1)，微细的准结晶粒子存在于晶界或粒内。另一方面，可以确认图4中出现的白色的反差为由Mg-Zn构成的析出相(β相)，具有针状形态。另外，由图5可知，析出粒子紧密地分散在镁母相内。
由图4及图5可知，该析出粒子的平均长宽比为5，析出粒子的长度(长轴的长度)为12～30nm，厚度(短径)为3～15nm。
接着，从挤出材料及时效处理材料中采取平行部直径为3mm、长度为15mm的拉伸试验片和直径为4mm、高度为8mm的压缩试验片，对室温下的拉伸·压缩特性进行评价。
各自的试验片的采用方向设为相对于挤出方向平行方向，初期拉伸·压缩应变速度设为1×10-3s-1。
将通过室温拉伸·压缩实验得到的公称应力-公称应变曲线示于图6。对两试样的拉伸屈服应力，压缩屈服应力而言，挤出材料为213MPa、171MPa，时效处理材料为352MPa、254MPa。可知起因于时效处理的析出粒子(β相)的微细分散，拉伸特性、压缩特性分别提高65％、48％。其中，拉伸·压缩屈服应力使用0.2％应变的偏移值。
[实施例2]
除挤出温度为380℃之外，按照与实施例1相同的顺序、条件制作成挤出材料及时效处理材料。
将透射电子显微镜观察的时效处理材料的微细组织观察照片示于图7。与图4及图5同样，在镁母相内可以确认由Mg-Zn构成且具有针状形态的析出粒子(β相)。
另外，析出粒子的平均长宽比为50，析出粒子的长度(长轴的长度)为150～1100nm，厚度(短径)为3～25nm。
另一方面，如果比较图4及图5所示的析出粒子的形态，则大小稍粗大，密度较稀疏。
另外，在与实施例1相同的形状·条件下进行挤出材料的室温机械特性的评价。将得到的结果示于表1。挤出加工后，通过进行时效处理，可以确认拉伸·压缩特性的改善。
[实施例3]
在商用纯镁(纯度99.95％)中熔解铸造3原子％的锌和0.5原子％的钇，制作母合金。然后，在炉内在480℃下进行24小时的热处理。热处理后，挤出温度为420℃，除此以外，与实施例1、2同样地制作挤出材料和时效处理材料。将光学显微镜及高角度散射环状暗场法观察的挤出材料的微细组织观察结果示于图8和图9。
由图8可知，Mg母相为等轴，其平均结晶粒径为36.2μm。图9中出现的白色的反差为准结晶粒子，呈现均一且微细的分散状态，但不能确认由Mg-Zn构成的析出粒子的存在。其原因是不能进行时效处理。
在与实施例1、2相同形状·条件下进行挤出材料的室温机械特性的评价。将得到的结果一并示于表1。挤出加工后，通过实施时效处理，与实施例1、2同样，可以确认Mg合金部件的拉伸·压缩特性的改善。
[表1]
Figure BDA0000093432430000061
产业上的可利用性
本发明的Mg合金部件不仅为轻量，而且拉伸强度提高，作为电子仪器、构造部件或铁道车辆、汽车等的移动用构造部件是有效的。

Claims (1)

1.一种Mg合金部件，其特征在于，
所述Mg合金部件由具有准结晶相的Mg合金形成，由Mg-Zn形成的针状的析出粒子分散在镁母相，该镁母相的大小为10～50μm，所述析出粒子的长宽比为5～500，长度为10～1500nm，厚度为2～50nm，
所述Mg合金由通式(100-x-y)at％Mg-yat％Zn-xat％RE表示，式中，RE为Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er中的任一种稀土元素，x、y分别为原子％，0.2≤x≤1.5且5x≤y≤7x。
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