JP2005054233A - Heat resistant magnesium alloy - Google Patents

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Tetsuichi Mogi
徹一 茂木
Yosuke Tamura
洋介 田村
Yukio Sanpei
裕喜夫 三幣
Kimito Mishima
公人 三島
Kenta Katsumata
健太 勝又
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a magnesium alloy which has excellent creep resistance without using any rare earth element. <P>SOLUTION: The heat resistant magnesium alloy comprises, by mass, 4 to 9% aluminum, 1 to 5% copper, ≤4% zinc and 0.001 to 0.01% beryllium, and the balance magnesium, and has a metallic structure where a magnesium-aluminum-copper based compound is scattered into base phase magnesium. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マグネシウム合金に関する。さらに詳述すると、本発明は、耐クリープ性に代表される耐熱性を備え、高温(例えば150℃付近)の環境下で使用することができる耐熱マグネシウム合金に関する。   The present invention relates to a magnesium alloy. More specifically, the present invention relates to a heat-resistant magnesium alloy that has heat resistance typified by creep resistance and can be used in a high-temperature environment (for example, around 150 ° C.).

車輌や航空機をはじめ、機械や機器の軽量化は燃費の向上に直接関係するため、地球環境保全が重視される昨今、特に重視されている。そのような背景において、マグネシウム合金は、密度が約1.8Mg/mと実用金属材料において最も軽量であることから、従来の鉄をベースとした合金およびアルミニウム合金に代替する環境負荷の少ない構造用材料として注目されている。さらにリサイクルも容易であるため、強度的に問題のない場合は樹脂と代替される場合も多い。 The weight reduction of machines and equipment, including vehicles and airplanes, is directly related to the improvement of fuel efficiency, and is therefore especially emphasized in recent years when global environmental protection is important. In such a background, the density of the magnesium alloy is about 1.8 Mg / m 3 , which is the lightest in practical metal materials. Therefore, the environment-friendly structure can be substituted for the conventional iron-based alloy and aluminum alloy. It is attracting attention as a material for use. Furthermore, since it is easy to recycle, it is often replaced with a resin when there is no problem in strength.

安価で標準的な機械的性質を有するマグネシウム合金として、Mg−Al−Zn−Mn系合金(例えばASTM規格のAZ91D)が良く知られている。また、シリコン(Si,ケイ素)を添加することにより耐クリープ性を向上させたマグネシウム合金として、ASTM規格のAS21が知られている。さらに、希土類元素を添加することにより耐クリープ性ならびに鋳造性の向上を図ったマグネシウム合金(例えば特許文献1参照)も開発されている。   As an inexpensive magnesium alloy having standard mechanical properties, an Mg—Al—Zn—Mn based alloy (for example, ASTM standard AZ91D) is well known. Also, ASTM standard AS21 is known as a magnesium alloy whose creep resistance is improved by adding silicon (Si, silicon). Furthermore, a magnesium alloy (see, for example, Patent Document 1) in which creep resistance and castability are improved by adding a rare earth element has been developed.

特開2002−121637JP 2002-121737 A

しかしながら、AZ91Dに代表されるMg−Al−Zn−Mn系合金は、耐クリープ性に難点があり、高温下で使用される部品(例えば100℃を超える自動車のエンジン周りやトランスミッションケース等)の材料に用いることができない。   However, Mg—Al—Zn—Mn alloys typified by AZ91D have difficulty in creep resistance, and materials for parts used at high temperatures (for example, around the engine of an automobile exceeding 100 ° C. and transmission cases). It cannot be used for.

さらに、AS21は耐クリープ性に優れるものの、鋳造性(例えば流動性いわゆる湯回り)が悪く、実際にはダイカスト法の利用が困難となっている。また、AS21に含まれるシリコンは合金の融点を上昇させるため、燃焼し易いマグネシウム合金溶湯の温度を必然的に高くせざるを得ず、鋳造作業性が損なわれ、高度な鋳造技術を必要とするため製造プロセスに時間と手間がかかり、結果的に製品コストを高める原因となっている。   Furthermore, although AS21 is excellent in creep resistance, it has poor castability (for example, fluidity so-called hot water), and in practice, it is difficult to use the die casting method. Further, since the silicon contained in AS21 increases the melting point of the alloy, the temperature of the magnesium alloy molten metal that is easy to burn must inevitably be raised, casting workability is impaired, and advanced casting techniques are required. As a result, the manufacturing process takes time and labor, resulting in an increase in product cost.

さらに、希土類元素を含むマグネシウム合金は高価であるため、主に特殊用途(例えば航空宇宙関係や軍事関係など)向きであり、汎用性に欠ける。   Furthermore, since a magnesium alloy containing a rare earth element is expensive, it is mainly suitable for special applications (for example, aerospace and military applications) and lacks versatility.

そこで、本発明は耐クリープ性に代表される耐熱性ならびに鋳造性に優れ尚且つ安価である耐熱マグネシウム合金を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、希土類元素を含まずとも、希土類元素を含む耐熱マグネシウム合金並に耐クリープ性が優れ、尚かつ希土類元素を含む耐熱マグネシウム合金よりも鋳造性に優れる安価な耐熱マグネシウム合金を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a heat-resistant magnesium alloy that is excellent in heat resistance and castability as typified by creep resistance and is inexpensive. Specifically, the present invention is an inexpensive heat-resistant magnesium that does not contain a rare earth element, has excellent creep resistance as well as a heat-resistant magnesium alloy containing a rare-earth element, and has better castability than a heat-resistant magnesium alloy containing a rare-earth element. The object is to provide an alloy.

かかる目的を達成するため、本願発明者等は種々実験及び検討を重ねた結果、アルミニウムと銅を一定の範囲の量で添加することにより、希土類元素を添加せずとも、鋳造用マグネシウム合金として実用されているMg−Al−Zn−Mn合金(AZ91D)を大きく上回る極めて高い耐クリープ性を備えるマグネシウム合金が得られることを知見するに至った。   In order to achieve this object, the inventors of the present application have conducted various experiments and studies. As a result, by adding aluminum and copper in a certain range, they can be used as a magnesium alloy for casting without adding rare earth elements. As a result, it has been found that a magnesium alloy having extremely high creep resistance greatly exceeding that of the Mg-Al-Zn-Mn alloy (AZ91D).

請求項1の耐熱マグネシウム合金は、かかる知見に基づくものであって、3質量%以上のアルミニウムと0.1質量%以上の銅を少なくとも含む添加合金元素群(但し希土類元素は除く)と、残部マグネシウムより成るものである。アルミニウムと銅を上記条件で含むことにより、これらアルミニウムと銅の相互作用によって、AS21マグネシウム合金に匹敵若しくはそれを上回る高い耐クリープ性を発揮する。また、銅を含むため溶湯の湯回りが良好となり、鋳造性にも優れる。さらに、高価な希土類元素を添加する必要がないため、合金コストを低く抑えることができる。   The heat-resistant magnesium alloy according to claim 1 is based on such knowledge, and an additive alloy element group (excluding rare earth elements) containing at least 3% by mass of aluminum and 0.1% by mass or more of copper, and the balance It consists of magnesium. By including aluminum and copper under the above-described conditions, high creep resistance comparable to or exceeding AS21 magnesium alloy is exhibited by the interaction between these aluminum and copper. Moreover, since it contains copper, the molten metal around the molten metal becomes good and the castability is excellent. Furthermore, since it is not necessary to add an expensive rare earth element, the alloy cost can be kept low.

本願発明者等の実験によれば、アルミニウムの含有量は、3〜9質量%の範囲が好ましく、4〜9質量%の範囲がより好ましく、8質量%程度とした時に最も好ましい物性を示す。また、銅の含有量は、0.1〜5質量%の範囲が好ましく、1〜5質量%の範囲がより好ましく、3質量%程度とした時に最も好ましい物性を示す。上記知見に基づいて、請求項2記載の発明はアルミニウムの含有量を4〜9質量%とし、請求項3記載の発明は銅の含有量を1〜5質量%としている。   According to experiments by the inventors of the present application, the aluminum content is preferably in the range of 3 to 9% by mass, more preferably in the range of 4 to 9% by mass, and the most preferable physical properties are shown when the content is about 8% by mass. Moreover, the range of 0.1-5 mass% is preferable, as for copper content, the range of 1-5 mass% is more preferable, and when it is about 3 mass%, the most preferable physical property is shown. Based on the said knowledge, invention of Claim 2 makes content of aluminum 4-9 mass%, and invention of Claim 3 makes content of copper 1-5 mass%.

さらに、請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の耐熱マグネシウム合金において、添加合金元素群に4質量%以下の亜鉛を含むものである。亜鉛の添加は耐クリープ性に特に効果的ではなく、同等か若しくは少し耐クリープ性を向上させるが、亜鉛を含むことにより、耐食性向上および鋳造性向上の効果が得られる。ここで、鋳造時におけるポロシティ発生の防止等の観点から、亜鉛の量は4質量%以下とすることが好ましく、更に強度の観点からは亜鉛の量の増加は金属間化合物相による脆化を懸念させるだけでプラスの効果を有していないことから亜鉛の量は2質量%以下とすることがより好ましい。   Furthermore, the invention according to claim 4 is the heat-resistant magnesium alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein the additive alloy element group contains 4 mass% or less of zinc. The addition of zinc is not particularly effective for creep resistance, and is equivalent or slightly improved in creep resistance. However, the inclusion of zinc provides the effect of improving corrosion resistance and improving castability. Here, from the viewpoint of prevention of porosity generation during casting, the amount of zinc is preferably 4% by mass or less, and from the viewpoint of strength, an increase in the amount of zinc is concerned about embrittlement due to the intermetallic compound phase. The amount of zinc is more preferably 2% by mass or less because it does not have a positive effect.

さらに、請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の耐熱マグネシウム合金において、添加合金元素群に0.001〜0.01質量%のベリリウムを含むものである。ベリリウムは溶湯表面に薄い膜を作りマグネシウムの燃焼・酸化を防ぐのに効果的であり、0.001質量%以上のベリリウムを含むことにより、溶湯温度を上げても或いは溶湯をラフに扱っても、溶湯中のマグネシウムが燃焼し発火してしまうことを防止でき、鋳造作業が容易となる。一方、マグネシウムの燃焼・発火防止の観点からはベリリウムの含有量は0.01質量%程度もあれば充分であり、0.01質量%を超えて含有させても更なる効果の向上は望めない。さらにベリリウムは高価な金属であるため、いたずらに含有量を増加しても合金コストを上げてしまうだけの結果となる。このため、ベリリウムの含有量を0.001〜0.01質量%としている。   Furthermore, the invention according to claim 5 is the heat-resistant magnesium alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein 0.001 to 0.01% by mass of beryllium is included in the additive alloy element group. Beryllium is effective to prevent magnesium combustion and oxidation by forming a thin film on the surface of the molten metal. By containing 0.001% by mass or more of beryllium, the molten metal temperature can be raised or the molten metal can be handled roughly. The magnesium in the molten metal can be prevented from burning and igniting, and the casting operation becomes easy. On the other hand, from the viewpoint of magnesium combustion / ignition prevention, it is sufficient that the beryllium content is about 0.01% by mass, and even if the content exceeds 0.01% by mass, further improvement of the effect cannot be expected. . Furthermore, since beryllium is an expensive metal, even if the content is increased unnecessarily, it results in only increasing the alloy cost. For this reason, content of beryllium is 0.001-0.01 mass%.

ここで、本願発明者等は、アルミニウムと銅を一定の範囲の量で含むことで高い耐クリープ性を得たマグネシウム合金の組織には、母相マグネシウム中にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物が片状または疑似片状に分散して晶出しているのを見出した。   Here, the inventors of the present application have a magnesium-aluminum-copper-based compound in the matrix magnesium in the structure of the magnesium alloy that has obtained high creep resistance by containing aluminum and copper in a certain range. It was found that crystals were dispersed and dispersed in a piece or pseudo piece.

請求項6の耐熱マグネシウム合金は、かかる知見に基づくものであって、母相マグネシウム中にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物が片状または疑似片状に分散して晶出しているものである。この耐熱マグネシウム合金によれば、アルミニウム元素および銅元素の固溶強化に加えて、マグネシウム−アルミニウム−銅系の金属間化合物の生成とその分散による分散強化によって、高い耐クリープ性が発揮される。   The heat-resistant magnesium alloy according to claim 6 is based on such knowledge, and is a crystal in which a magnesium-aluminum-copper compound is dispersed in a matrix form or pseudo-piece form in a matrix magnesium. According to this heat-resistant magnesium alloy, in addition to solid solution strengthening of aluminum element and copper element, high creep resistance is exhibited by the formation of a magnesium-aluminum-copper intermetallic compound and dispersion strengthening by its dispersion.

しかして、請求項1〜3記載の耐熱マグネシウム合金によれば、アルミニウムと銅の相互作用によって、AS21マグネシウム合金に匹敵する若しくは上回る高い耐クリープ性を得ることができる。また、銅を組成に有するため溶湯の湯回りが良好となり、鋳造性にも優れる。さらに、高価な希土類元素を添加する必要がないため、合金コストを低く抑えることができる。この耐熱マグネシウム合金は、例えば150℃付近の高温環境下で使用され耐熱クリープ特性が要求される自動車エンジン及びトランスミッション系部品に用いることができる。   Thus, according to the heat-resistant magnesium alloy according to claims 1 to 3, high creep resistance comparable to or exceeding that of the AS21 magnesium alloy can be obtained by the interaction between aluminum and copper. Moreover, since it has copper in a composition, the molten metal of a molten metal becomes favorable and it is excellent also in castability. Furthermore, since it is not necessary to add an expensive rare earth element, the alloy cost can be kept low. This heat-resistant magnesium alloy can be used, for example, in automobile engines and transmission system parts that are used in a high-temperature environment around 150 ° C. and require heat-resistant creep characteristics.

さらに、請求項4記載の耐熱マグネシウム合金によれば、亜鉛を含むことにより、更なる耐クリープ性向上、加えて耐食性向上および鋳造性向上の効果が得られる。   Furthermore, according to the heat-resistant magnesium alloy of claim 4, by containing zinc, the effect of further improving the creep resistance, and further improving the corrosion resistance and the castability can be obtained.

さらに、請求項5記載の耐熱マグネシウム合金によれば、ベリリウムを含むことにより、溶湯温度を上げても、または溶湯をラフに扱っても、溶湯中のマグネシウムが燃焼し発火してしまうことがなくなり、且つ六フッ化硫黄ガス等の高価な防燃ガスを使用する必要もなくなる。従って、鋳造作業の容易化および安全性の向上ならびに作業コスト削減の効果が得られる。   Furthermore, according to the heat-resistant magnesium alloy of claim 5, by containing beryllium, even if the molten metal temperature is raised or the molten metal is handled roughly, the magnesium in the molten metal will not burn and ignite. Moreover, it is not necessary to use an expensive flameproof gas such as sulfur hexafluoride gas. Accordingly, it is possible to obtain the effects of facilitating casting work, improving safety, and reducing work costs.

さらに、請求項6記載の耐熱マグネシウム合金によれば、母相マグネシウム中に散在しているマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物による分散強化によって、AS21マグネシウム合金に匹敵する若しくは上回る高い耐クリープ性を得ることができる。   Furthermore, according to the heat-resistant magnesium alloy according to claim 6, high creep resistance comparable to or exceeding the AS21 magnesium alloy is obtained by dispersion strengthening with a magnesium-aluminum-copper compound dispersed in the matrix magnesium. be able to.

以下、本発明の実施の一形態について詳細に説明する。この耐熱マグネシウム合金は、アルミニウムと銅とを含む添加合金元素群と、残部マグネシウムより成る。ここで、「添加合金元素群」とは、マグネシウム合金の性質を改善するために意図的に加える元素を意味し、マグネシウム合金に含まれるマグネシウム(Mg)とこれに含まれる混入不可避の不純物元素以外の元素の群を指す。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. This heat-resistant magnesium alloy is composed of an additive alloy element group including aluminum and copper and the balance magnesium. Here, the “additional alloy element group” means an element intentionally added to improve the properties of the magnesium alloy, except for magnesium (Mg) contained in the magnesium alloy and an inevitable impurity element contained therein. Refers to the group of elements.

添加合金元素群には、3質量%以上のアルミニウム(Al)と、0.1質量%以上の銅(Cu)とが少なくとも含まれるものとする。アルミニウムと銅を上記の条件で含むとき、これらアルミニウムと銅の相互作用により、マグネシウム合金の耐クリープ性を向上させることができる。本願発明者等の実験によると、アルミニウムの含有量は、3〜9質量%の範囲が好ましく、4〜9質量%の範囲がより好ましく、8質量%程度とした時に最も好ましい物性を示した。また、銅の含有量は、0.1〜5質量%の範囲が好ましく、1〜5質量%の範囲がより好ましく、3質量%程度とした時に最も好ましい物性を示した。   The additive alloy element group includes at least 3% by mass of aluminum (Al) and 0.1% by mass or more of copper (Cu). When aluminum and copper are contained under the above conditions, the creep resistance of the magnesium alloy can be improved by the interaction between these aluminum and copper. According to experiments by the inventors of the present application, the aluminum content is preferably in the range of 3 to 9% by mass, more preferably in the range of 4 to 9% by mass, and the most preferable physical properties are shown when the content is about 8% by mass. Moreover, the range of 0.1-5 mass% is preferable, as for copper content, the range of 1-5 mass% is more preferable, The most preferable physical property was shown when it was set as about 3 mass%.

さらに添加合金元素群には、亜鉛(Zn)が含まれることが好ましい。亜鉛は耐食性向上さらに鋳造性向上に有効な元素である。但し、4質量%を超える過剰な亜鉛の添加は、鋳造時におけるポロシティの発生を招く虞がある。そこで、亜鉛の含有量は4質量%以下とすることが好ましく、さらに2質量%以下とすることがより好ましい。これは、2質量%を超える亜鉛の添加は、耐食性向上の可能性はあるものの、本願発明者等が実験したところ耐クリープ性については良好な向上が見られず、強度という観点からは金属間化合物相の増加による脆化が懸念されるためである。   Furthermore, it is preferable that zinc (Zn) is contained in the additive alloy element group. Zinc is an element effective for improving corrosion resistance and castability. However, the addition of excess zinc exceeding 4% by mass may cause the generation of porosity during casting. Therefore, the zinc content is preferably 4% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. Although the addition of zinc exceeding 2% by mass has the possibility of improving the corrosion resistance, the inventors of the present application experimented did not show a good improvement in creep resistance, and in terms of strength, This is because there is a concern about embrittlement due to an increase in the compound phase.

さらに添加合金元素群には、ベリリウム(Be)が含まれることが好ましい。ベリリウムはマグネシウムの燃焼を防ぐのに効果的である。一般には0.0005質量%程度のベリリウムでマグネシウムの燃焼防止効果があると言われており、実際に従来のAZ91Dマグネシウム合金にもこの程度のベリリウムが含まれている。しかしながら、AZ91D合金の溶湯を激しく撹拌してしまうと、または溶湯温度が700℃以上に上昇した場合には六フッ化硫黄(SF)ガス等により湯面を大気から遮断しないと、マグネシウムが燃焼し発火してしまうことが経験的に見い出された。そこで、ベリリウムの含有量は0.001質量%以上とすることが好ましい。この場合、溶湯温度を700℃以上に上げても、または溶湯をラフに扱っても、溶湯中のマグネシウムが燃焼し発火してしまうことがなくなり、且つ六フッ化硫黄ガス等の高価な防燃ガスを使用する必要もなくなる。従って、鋳造作業の容易化および安全性の向上ならびに作業コスト削減の効果が得られる。一方、マグネシウムの燃焼・発火防止の観点からはベリリウムの含有量は0.01質量%程度もあれば充分であり、0.01質量%を超えて含有させても更なる効果の向上は望めない。さらにベリリウムは高価な金属であるため、いたずらに含有量を増加しても合金コストを上げてしまうだけの結果となる。そこで本実施形態では、ベリリウムの含有量を0.001〜0.01質量%としている。また、ベリリウムは、マグネシウム合金の高温酸化の抑制にも有効であると推測される。従ってベリリウムの添加は、例えばクリープ試験時間を何万時間と延長したような場合の合金強度にプラスの影響として現れると予想され、マグネシウム合金の耐久性向上にも寄与するものと考えられる。 Furthermore, it is preferable that beryllium (Be) is contained in the additive alloy element group. Beryllium is effective in preventing the combustion of magnesium. In general, it is said that beryllium of about 0.0005% by mass has an effect of preventing magnesium from burning, and the conventional AZ91D magnesium alloy actually contains this amount of beryllium. However, if the molten AZ91D alloy is vigorously stirred, or if the molten metal temperature rises to 700 ° C. or higher, magnesium will burn unless the molten metal surface is cut off from the atmosphere by sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas or the like. It was empirically found that it would ignite. Therefore, the beryllium content is preferably 0.001% by mass or more. In this case, even if the molten metal temperature is raised to 700 ° C. or higher, or the molten metal is handled roughly, magnesium in the molten metal is not burned and ignited, and expensive flameproofing such as sulfur hexafluoride gas. There is no need to use gas. Accordingly, it is possible to obtain the effects of facilitating casting work, improving safety, and reducing work costs. On the other hand, from the viewpoint of magnesium combustion / ignition prevention, it is sufficient that the beryllium content is about 0.01% by mass, and even if the content exceeds 0.01% by mass, further improvement of the effect cannot be expected. . Furthermore, since beryllium is an expensive metal, even if the content is increased unnecessarily, it results in only increasing the alloy cost. Therefore, in this embodiment, the beryllium content is set to 0.001 to 0.01% by mass. Moreover, it is estimated that beryllium is effective also in suppressing the high temperature oxidation of a magnesium alloy. Therefore, the addition of beryllium is expected to appear as a positive effect on the alloy strength when the creep test time is extended to tens of thousands of hours, for example, and is considered to contribute to improving the durability of the magnesium alloy.

尚、添加合金元素群には、場合によっては上記に挙げたAl,Cu,Zn,Be以外の元素(例えば混入不可避の不純物元素)が含まれていても良い。   In addition, the additive alloy element group may contain an element (for example, an inevitable impurity element) other than Al, Cu, Zn, and Be mentioned above depending on circumstances.

例えば本実施形態の耐熱マグネシウム合金は、アルミニウムが3質量%以上(好ましくは3〜9質量%、より好ましくは4〜9質量%、最も好ましくは8質量%)、銅が0.1質量%以上(好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは1〜5質量%、最も好ましくは3質量%)、亜鉛が4質量%以下(より好ましくは2質量%以下)、ベリリウムが0.001〜0.01質量%と、残部のマグネシウムとより成る物としている。この成分組成を有する耐熱マグネシウム合金は、例えば自動車用部品等の製造において一般に用いられる鋳造法(例えば金型鋳造法やダイカスト法など)を適宜採用して製造することができる。例えば金型鋳造法を一例として挙げると、先ず、坩堝の中で純マグネシウムを溶解して680℃〜800℃程度の溶湯とし、この溶融マグネシウムに対し、目標組成となるように秤量した純アルミニウム、純銅、ベリリウムを添加する。尚、溶解および鋳造前の精錬時には、それぞれ溶解用フラックスおよび精錬用フラックスを用いることが好ましい。添加した各金属が完全に溶解したことを確認した後、約680℃の溶湯を室温の金型に鋳込み、耐熱マグネシウム合金を製造する。   For example, in the heat-resistant magnesium alloy of this embodiment, aluminum is 3% by mass or more (preferably 3 to 9% by mass, more preferably 4 to 9% by mass, most preferably 8% by mass), and copper is 0.1% by mass or more. (Preferably 0.1 to 5 mass%, more preferably 1 to 5 mass%, most preferably 3 mass%), zinc is 4 mass% or less (more preferably 2 mass% or less), and beryllium is 0.001 to 0.001. It consists of 0.01% by mass and the remaining magnesium. The heat-resistant magnesium alloy having this component composition can be produced by appropriately adopting a casting method (for example, a die casting method or a die casting method) generally used in the production of, for example, automobile parts. For example, when a mold casting method is given as an example, first, pure magnesium is melted in a crucible to obtain a molten metal of about 680 ° C. to 800 ° C., and pure aluminum weighed to have a target composition with respect to the molten magnesium, Add pure copper and beryllium. In the refining before melting and casting, it is preferable to use a melting flux and a refining flux, respectively. After confirming that the added metals are completely dissolved, a molten metal at about 680 ° C. is cast into a room temperature mold to produce a heat-resistant magnesium alloy.

ここで、本願発明者等が上記の耐熱マグネシウム合金の金属組織の観察を電子走査顕微鏡で行なったところ、母相マグネシウム中にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物が散在しているのが確認された。例えば上述した金型鋳造法により得た本実施形態の耐熱マグネシウム合金の場合では、鋳造組織において、母相マグネシウム中にアルミニウム、銅、亜鉛、ベリリウムが固溶しており、さらに、結晶粒界またはデンドライトセルまたはデンドライトアーム間にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物を含んでいる。ここで、デンドライトセルとは、デンドライトアームがあまり発達していない花弁状デンドライトの花弁部を指す。この金属組織を備えるマグネシウム合金は、極めて良好な耐クリープ性を有する。先に説明した成分組成を採用することは、この金属組織を得るための一つの方法と捉えることもできる。   Here, when the inventors of the present application observed the metal structure of the above heat-resistant magnesium alloy with an electronic scanning microscope, it was confirmed that magnesium-aluminum-copper compounds were scattered in the matrix magnesium. . For example, in the case of the heat-resistant magnesium alloy of the present embodiment obtained by the above-described mold casting method, aluminum, copper, zinc, and beryllium are solid-solved in the matrix magnesium in the cast structure. A magnesium-aluminum-copper compound is contained between the dendrite cell or the dendrite arm. Here, the dendrite cell refers to a petal-like dendrite petal part in which the dendrite arm is not well developed. A magnesium alloy having this metal structure has very good creep resistance. Adopting the component composition described above can be regarded as one method for obtaining this metal structure.

<耐熱マグネシウム合金の製造>
溶融アルミニウムメッキを施したSUS430ステンレス鋼製の坩堝の中で、純マグネシウム(例えばノルスク社製の純度99.93%のもの)を所定量溶解した。そして、680℃〜800℃の溶融マグネシウムに、目標組成となるように秤量した純アルミニウム(例えば純度4Nのもの)、純銅、ベリリウム(比較例4については更にシリコン)を添加した。尚、ベリリウムの添加は、アルミニウム97質量%およびベリリウム3質量%の母合金を最初に添加することにより行なった。溶解および鋳造前の精錬時には、それぞれ溶解用フラックスおよび精錬用フラックスを用いた。添加した各金属が完全に溶解したことを確認した後、約680℃の溶湯を室温の金型に鋳込み、表1に示す組成の合金(実施例1〜6および比較例1〜4)を金型鋳造法により作製した。尚、従来例1にはAZ91Dマグネシウム合金を用い、従来例2にはAS21マグネシウム合金を用いた。
<Manufacture of heat-resistant magnesium alloy>
A predetermined amount of pure magnesium (for example, 99.93% purity manufactured by Norsk) was dissolved in a crucible made of SUS430 stainless steel that had been subjected to hot-dip aluminum plating. Then, pure aluminum (for example, having a purity of 4N), pure copper, and beryllium (for silicon of Comparative Example 4) weighed to obtain a target composition were added to molten magnesium at 680 ° C. to 800 ° C. The addition of beryllium was performed by first adding a master alloy of 97 mass% aluminum and 3 mass% beryllium. During refining before melting and casting, a melting flux and a refining flux were used, respectively. After confirming that each added metal was completely dissolved, a molten metal of about 680 ° C. was cast into a room temperature mold, and alloys (Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4) having the compositions shown in Table 1 were made of gold. It was produced by a mold casting method. In the conventional example 1, an AZ91D magnesium alloy was used, and in the conventional example 2, an AS21 magnesium alloy was used.

<クリープ試験>
実施例1〜6、比較例1〜4、従来例1,2の各合金をクリープ破断試験方法で規定された試験片に加工し、JISZ2271に準拠してクリープ試験を行なった。クリープ試験は、試験温度150℃、試験荷重50MPa、試験時間100時間の条件で行った。
<Creep test>
The alloys of Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4, and Conventional Examples 1 and 2 were processed into test pieces defined by the creep rupture test method, and a creep test was performed in accordance with JISZ2271. The creep test was performed under the conditions of a test temperature of 150 ° C., a test load of 50 MPa, and a test time of 100 hours.

図1〜図10にクリープ試験の結果得られた各合金のクリープ曲線を示す。尚、これらの図において、符号S1〜S6が夫々実施例1〜6を示し、符号C1〜C4が夫々比較例1〜4を示し、符号P1,P2が夫々従来例1,2を示す。   1 to 10 show the creep curves of the respective alloys obtained as a result of the creep test. In these drawings, reference numerals S1 to S6 indicate Examples 1 to 6, respectively, reference numerals C1 to C4 indicate comparative examples 1 to 4, and reference numerals P1 and P2 indicate conventional examples 1 and 2, respectively.

実施例1〜6はいずれもAZ91D(従来例1)を大幅に上回る優れた耐クリープ性を備えることが確認できる。特に実施例2,3,6は、いずれもAS21(従来例2)に匹敵する若しくは上回る優れた耐クリープ性を備えることが確認できる。   It can be confirmed that all of Examples 1 to 6 have excellent creep resistance significantly exceeding AZ91D (Conventional Example 1). In particular, Examples 2, 3, and 6 can be confirmed to have excellent creep resistance comparable to or exceeding AS21 (Conventional Example 2).

ここで、実施例2とAZ91D(従来例1)のクリープ曲線を比較すると(図2参照)、100時間試験後のクリープひずみは、実施例2が約0.18%であるのに対して、AZ91D(従来例1)では0.8%程度にも達していることが確認できる。実施例2とAZ91D(従来例1)とでは、アルミニウムと亜鉛の量に関してはほぼ等しいと考えられるため、実施例2の優れた耐クリープ性には銅が影響していると考えられる。一方、比較例3のクリープ曲線を見ると(図9参照)、100時間試験後におけるクリープひずみはすでに1%に達しており、比較例3はAZ91D(従来例1)よりも耐クリープ性が劣る。比較例3と実施例2とでは、アルミニウム以外の元素の含有量はほぼ等しく、アルミニウムの含有量だけが大きく異なる。従って、実施例2で優れた耐クリープ性が得られたのは、銅だけの効果ではなくて、銅とアルミニウムの相互作用によるものと考えられる。   Here, when the creep curves of Example 2 and AZ91D (Conventional Example 1) are compared (see FIG. 2), the creep strain after the 100-hour test is about 0.18% in Example 2, whereas It can be confirmed that AZ91D (conventional example 1) reaches about 0.8%. In Example 2 and AZ91D (Conventional Example 1), it is considered that the amounts of aluminum and zinc are almost equal, and therefore, the excellent creep resistance of Example 2 is considered to be affected by copper. On the other hand, looking at the creep curve of Comparative Example 3 (see FIG. 9), the creep strain after the 100-hour test has already reached 1%, and Comparative Example 3 is inferior in creep resistance to AZ91D (Conventional Example 1). . In Comparative Example 3 and Example 2, the contents of elements other than aluminum are substantially equal, and only the aluminum content is greatly different. Therefore, it was considered that the excellent creep resistance obtained in Example 2 was due to the interaction between copper and aluminum, not just the effect of copper.

さらに、実施例6のクリープ曲線を見ると(図6参照)、100時間試験後のクリープひずみは約0.23%となり、実施例2のクリープ曲線とほぼ重なることが確認できる。実施例6と比較例3の主たる違いもアルミニウムの含有量のみである。従って、実施例6と比較例3の間に生じる耐クリープ性の差は、アルミニウムの含有量の差に起因していると言える。   Further, looking at the creep curve of Example 6 (see FIG. 6), the creep strain after the 100 hour test is about 0.23%, and it can be confirmed that the creep curve of Example 2 almost overlaps. The main difference between Example 6 and Comparative Example 3 is only the aluminum content. Therefore, it can be said that the difference in creep resistance between Example 6 and Comparative Example 3 is due to the difference in the aluminum content.

また、主たる違いが亜鉛の含有量のみである実施例1と実施例2において、亜鉛を含有しない実施例1よりも、亜鉛を含有した実施例2の方が良好な耐クリープ性を示したことから、亜鉛の添加によって耐クリープ性が更に向上することが確認できる。   In Example 1 and Example 2 where the main difference is only the zinc content, Example 2 containing zinc showed better creep resistance than Example 1 not containing zinc. From this, it can be confirmed that the creep resistance is further improved by the addition of zinc.

以上のようにクリープ試験の結果から、マグネシウム合金における耐クリープ性は、銅、アルミニウム、亜鉛の添加およびこれらの添加量の制御によって、大きく向上することが判明した。これら銅、アルミニウム、亜鉛の金属元素は、固溶強化によって、さらに金属間化合物の生成とその分散によって、マグネシウム合金の耐クリープ性を増すものと推測される。   As described above, it was found from the results of the creep test that the creep resistance in the magnesium alloy is greatly improved by adding copper, aluminum, and zinc and controlling the amount of these added. These metallic elements of copper, aluminum and zinc are presumed to increase the creep resistance of the magnesium alloy by solid solution strengthening and further by the formation and dispersion of intermetallic compounds.

次に、実施例3,実施例6並びに比較例3に含まれる化合物相およびその分布形態を、組織観察、EPMA(電子プローブマイクロアナライザ)分析およびX線回折を行なって明らかにした。   Next, the compound phases contained in Example 3, Example 6 and Comparative Example 3 and their distribution forms were clarified by conducting structure observation, EPMA (Electron Probe Microanalyzer) analysis and X-ray diffraction.

図11は合金組成を示す金属SEM(走査型電子顕微鏡)写真である。尚、同図中(A)は実施例3のミクロ組織を示し、(B)は実施例6のミクロ組織を示し、(C)は比較例3のミクロ組織を示す。いずれの合金とも、化合物と思われる白色の相が観察された。さらに実施例3と実施例6に関しては、白色の相に加えそれと隣接して灰色の相も観察された。また、比較例3では白色の相が母相デンドライトアーム間に所々で切れた不完全なネットワーク(網目状)を形成し、かつラメラ状に晶出しているのに対し、実施例3と実施例6では白色の相が島状に、換言すれば片状または疑似片状に分散して、晶出しているのが確認された。   FIG. 11 is a metal SEM (scanning electron microscope) photograph showing the alloy composition. In the figure, (A) shows the microstructure of Example 3, (B) shows the microstructure of Example 6, and (C) shows the microstructure of Comparative Example 3. In each alloy, a white phase that seems to be a compound was observed. Furthermore, for Example 3 and Example 6, in addition to the white phase, a gray phase was also observed adjacent to it. Further, in Comparative Example 3, the white phase forms an incomplete network (network-like) that is cut off at some points between the parent phase dendrite arms, and crystallizes in a lamellar manner, whereas Example 3 and Example In No. 6, it was confirmed that the white phase was dispersed in the form of islands, in other words, in the form of a piece or a pseudo piece and crystallized.

図12に実施例3のX線像を示し、図13に実施例6のX線像を示し、図14に比較例3のX線像を示す。尚、図12〜図14中で、(A)は図11を拡大した像に相当し、(B)は同図(A)に対応したアルミニウム元素の分布を示し、(C)は同図(A)に対応した銅元素の分布を示し、(D)は同図(A)に対応した亜鉛元素の分布を示す。(B)〜(D)の図中で明るく白い部分が、対象元素が多く存在する箇所を示している。   12 shows an X-ray image of Example 3, FIG. 13 shows an X-ray image of Example 6, and FIG. 14 shows an X-ray image of Comparative Example 3. 12 to 14, (A) corresponds to an enlarged image of FIG. 11, (B) shows the distribution of aluminum elements corresponding to (A), and (C) shows the same figure ( The distribution of the copper element corresponding to A) is shown, and (D) shows the distribution of the zinc element corresponding to FIG. The bright white portions in the diagrams (B) to (D) indicate the locations where many target elements exist.

X線像によると、組成像で観察された白色の相は、CuおよびAlを多く含む化合物であり、マグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物(以下、この化合物をMg−Al−Cu系化合物とも略記する。)と考えられる。図12(A),図13(A),図14(A)における矢印Aで指し示す相がMg−Al−Cu系化合物である。このMg−Al−Cu系化合物は、主に化合物λであると考えられる。ここで、化合物λとは、基本的には、CuMg構造を有するラーベス相であってCuMgのCuがAlと置換して形成されるAlCuMg(Al:Cu:Mg=1:1:1)であると考えられる。但し、化合物λは固溶範囲を持つため、厳密に考えると化合物λを構成する元素の比は必ずしもAl:Cu:Mg=1:1:1とはならない場合もあり得る。このため本明細書において、「化合物λ」と呼ぶときは、AlCuMgを含むのは勿論のこと、Al:Cu:Mgとの比が1:1:1とはならない化合物をも含むものとする。この化合物λは、例えば図16に示す平衡状態図では、「λ相+λ相+λ相」に対応する(λ相はλ,λ,λの3相とする学説もあるが、本発明者等の観察によると1相であった)。また、Mg−Al−Cu系化合物には、例えば図16に示す平衡状態図のQ相、すなわちAlCuMgも含まれると考えられる。即ち、Mg−Al−Cu系化合物は、主として化合物λとQ相より構成されると考えられる。尚、図16は、大気圧下(約1atm)における平衡状態図であって、反応線と反応点を示したものであり、温度低下に従って図中の矢印方向に凝固が進行することを表している。 According to the X-ray image, the white phase observed in the composition image is a compound containing a large amount of Cu and Al, and a magnesium-aluminum-copper compound (hereinafter, this compound is also abbreviated as Mg-Al-Cu compound). Is considered.) The phase indicated by the arrow A in FIGS. 12A, 13A, and 14A is an Mg—Al—Cu compound. This Mg—Al—Cu-based compound is considered to be mainly compound λ. Here, the compound λ is basically an AlCuMg (Al: Cu: Mg = 1: 1: 1) which is a Laves phase having a Cu 2 Mg structure and formed by replacing Cu of Cu 2 Mg with Al. 1). However, since the compound λ has a solid solution range, the ratio of elements constituting the compound λ may not always be Al: Cu: Mg = 1: 1: 1 when strictly considered. Therefore, in the present specification, the term “compound λ” includes not only AlCuMg but also compounds whose ratio of Al: Cu: Mg is not 1: 1: 1. This compound λ corresponds to “λ 1 phase + λ 2 phase + λ 3 phase” in the equilibrium state diagram shown in FIG. 16, for example (there is a theory that the λ phase has three phases of λ 1 , λ 2 , λ 3 ). According to the observation of the present inventors, it was one phase). Further, it is considered that the Mg—Al—Cu-based compound includes, for example, the Q phase in the equilibrium diagram shown in FIG. 16, that is, Al 7 Cu 3 Mg 6 . That is, it is considered that the Mg—Al—Cu-based compound is mainly composed of the compound λ and the Q phase. FIG. 16 is an equilibrium diagram at atmospheric pressure (about 1 atm), showing a reaction line and a reaction point, showing that solidification proceeds in the direction of the arrow in the figure as the temperature decreases. Yes.

尚、実施例3と実施例6についての組成像で灰色に観察された相は、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛系の化合物(以下、この化合物をMg−Al−Zn系化合物とも略記する。)となっていると考えられる。図12(A),図13(A)における矢印Bで指し示す相が当該化合物である。実施例6の合金組織は、実施例3の合金組織に比べ晶出相がやや少なくなっているが、基本的に実施例3と同様の化合物から構成されていると考えられる。また、比較例3の合金組織で観察されるネットワークを形成している相の大部分がCuおよびAlを多く含むものであり、アルミニウム−亜鉛の二元化合物(即ち、図14(A)の矢印Cで指し示す相)がわずかに観察されたが、Mg−Al−Zn系化合物は観察されなかった。   In addition, the phase observed in gray in the composition images of Example 3 and Example 6 is a magnesium-aluminum-zinc compound (hereinafter, this compound is also abbreviated as Mg-Al-Zn compound). It is thought that. The phase indicated by the arrow B in FIGS. 12A and 13A is the compound. The alloy structure of Example 6 has a slightly smaller crystallization phase than the alloy structure of Example 3, but is considered to be basically composed of the same compound as Example 3. Further, most of the phases forming the network observed in the alloy structure of Comparative Example 3 contain a large amount of Cu and Al, and the aluminum-zinc binary compound (that is, the arrow in FIG. 14A). The phase indicated by C) was slightly observed, but the Mg—Al—Zn compound was not observed.

図15の(A)(B)(C)は、それぞれ実施例3、実施例6、比較例3のX線回折図形を示す。同図中の○印は、マグネシウム固溶体(図16の平衡状態図におけるα相に対応し、以下、単にαとも呼ぶ。)の回折ピークを示す。結果的に各合金とも○印で示すαの回折ピークに加えて、2θが20°および40°となる付近に、同図中の△印で示す未知の回折ピークが存在することが明らかになった。当該未知のピークに注目し調べた結果、当該ピークが化合物λによるものであることが判明した。この結果から、実施例3、実施例6、比較例3のいずれも化合物λを晶出することが確認された。尚、実施例3および実施例6の回折図形にQ相のピークが認められないのは、金属組織中におけるQ相の存在量が化合物λに比べて少ないためと考えられる。   15A, 15B, and 15C show X-ray diffraction patterns of Example 3, Example 6, and Comparative Example 3, respectively. The circles in the figure indicate the diffraction peaks of the magnesium solid solution (corresponding to the α phase in the equilibrium diagram of FIG. 16, hereinafter also simply referred to as α). As a result, in addition to the α diffraction peak indicated by ◯ in each alloy, it is clear that an unknown diffraction peak indicated by △ in the same figure exists in the vicinity where 2θ is 20 ° and 40 °. It was. As a result of paying attention to the unknown peak and examining it, it was found that the peak was due to the compound λ. From this result, it was confirmed that all of Example 3, Example 6, and Comparative Example 3 crystallize compound λ. The reason why no Q-phase peak is observed in the diffraction patterns of Example 3 and Example 6 is considered to be because the abundance of the Q-phase in the metal structure is smaller than that of the compound λ.

実施例3および実施例6と、比較例3との間に生じた耐クリープ性の大差は、晶出相の分布形態の差に起因すると考えられる。クリープ特性の劣る比較例3の金属組織においては、ラメラ状に晶出したMg−Al−Cu系化合物が網目状につながった形態になっているのに対し、クリープ特性の優れる実施例3および実施例6の金属組織においては、Mg−Al−Cu系化合物が塊状に(換言すれば島状に)分散していた。従って、母相マグネシウム中にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物λが散在している金属組織が耐クリープ性の向上に寄与している、と考えられる。   The large difference in creep resistance generated between Example 3 and Example 6 and Comparative Example 3 is considered to be due to the difference in the distribution form of the crystallization phase. In the metal structure of Comparative Example 3 with inferior creep characteristics, Mg-Al-Cu compounds crystallized in a lamellar form are connected in a network form, whereas Examples 3 and In the metal structure of Example 6, the Mg—Al—Cu-based compound was dispersed in a lump shape (in other words, in an island shape). Therefore, it is considered that the metal structure in which the magnesium-aluminum-copper compound λ is dispersed in the matrix magnesium contributes to the improvement of creep resistance.

そこで、Mg−Al−Cu系化合物を主に構成している化合物λおよびQ相の晶出形態の違いを図16に示す平衡状態図から検討した。その結果、実施例3,6、比較例3の各組成域においては、平衡状態図上いずれも二元共晶反応を経て、化合物λを晶出することがわかった。そして既述したように、各合金とも化合物λが組織観察およびX線回折により実際に確認された。しかし、二元共晶線上には極大点e(図16参照)があり、これを境に凝固過程が大きく異なることもわかった。そこで、凝固過程を以下の3つに場合分けをして考える。即ち、第1の凝固過程は、初晶αの晶出後、図16に示す平衡状態図のU13点あるいはE点を経るような場合である。第2の凝固過程は、初晶αの晶出後、平衡状態図のe点を経る場合である。第3の凝固過程は、初晶αの晶出後、平衡状態図のE点を経る場合である。 Therefore, the difference in the crystallization form of the compound λ and the Q phase mainly constituting the Mg—Al—Cu-based compound was examined from the equilibrium diagram shown in FIG. As a result, in each composition range of Examples 3 and 6 and Comparative Example 3, it was found that the compound λ was crystallized through a binary eutectic reaction on the equilibrium diagram. As described above, compound λ was actually confirmed in each alloy by structural observation and X-ray diffraction. However, it has also been found that there is a maximum point e 4 (see FIG. 16) on the binary eutectic line, and the solidification process is greatly different at this point. Therefore, the solidification process is divided into the following three cases. That is, the first coagulation process, after crystallization of primary crystal alpha, a case that through the U 13 points or E 6 points of the equilibrium phase diagram shown in Figure 16. Second coagulation process, after crystallization of primary crystal alpha, is a case where through the e 4 points of the equilibrium phase diagram. A third solidification process after crystallization of primary crystal alpha, is a case where through the E 3 points of the equilibrium phase diagram.

先ず、第1の凝固過程について説明する。実施例3および実施例6は、この場合に相当すると考えられる。この場合、液体L(液相、即ち合金融液)から先ず初晶αが晶出し、温度低下とともに二元共晶線上(e−U13線)に達すると考えられる。そして、二元共晶線上で数式1に示す共晶反応(560℃〜435℃)を生じ、U13点で数式2に示す包共晶反応(435℃)を生じると考えられる。 First, the first solidification process will be described. Examples 3 and 6 are considered to correspond to this case. In this case, it is considered that the primary crystal α first crystallizes from the liquid L (liquid phase, that is, the combined financial liquid), and reaches the binary eutectic line (e 4 -U 13 line) as the temperature decreases. The resulting eutectic reaction shown in Equation 1 (560 ℃ ~435 ℃) in binary eutectic line, is believed to result Tsutsumitomo crystals reaction shown in Equation 2 by U 13 points (435 ° C.).

<数式1>
L → α + λ
<数式2>
L + λ → α + Q
<Formula 1>
L → α + λ
<Formula 2>
L + λ → α + Q

ここで、数式2中のQは図16に示す平衡状態図のQ相を示し、AlCuMgである。平衡凝固の場合は、これで凝固を完了するが、例えば金型鋳造のような急冷凝固では、固体内の拡散を伴う数式2の包共晶反応は進まず、結果的にE点(三元共晶点)までLが残り、このE点で数式3に示す三元共晶反応(423℃)を生じ、凝固を完了すると考えられる。 Here, Q in Equation 2 represents the Q phase in the equilibrium diagram shown in FIG. 16 and is Al 7 Cu 3 Mg 6 . In the case of equilibrium solidification, this completes solidification. However, in rapid solidification such as die casting, the envelop eutectic reaction of Formula 2 accompanied by diffusion in the solid does not proceed, and as a result, E 6 points (three terpolymer eutectic point) L remains until, resulting ternary eutectic reaction (423 ° C.) as shown in equation 3 in this E 6 points, is believed to complete the coagulation.

<数式3>
L → Q + α + Al12Mg17
<Formula 3>
L → Q + α + Al 12 Mg 17

以上の凝固過程の結果、化合物λは数式2の反応で消失することはなく、その結果、常温における金属組織中に化合物λが島状に分散して存在することとなると考えられる。尚、Znを含む場合は、Al12Mg17がMg−Al−Zn系化合物として晶出することになると考えられる。 As a result of the above solidification process, the compound λ is not lost by the reaction of Formula 2, and as a result, it is considered that the compound λ is dispersed in the form of islands in the metal structure at room temperature. In addition, when Zn is included, it is considered that Al 12 Mg 17 crystallizes as an Mg—Al—Zn compound.

一方、第2の凝固過程の場合は、まずLから初晶αが晶出し、温度低下とともに極大点eに達し、ここで数式1の反応(560℃)を生じて凝固を完了すると考えられる。他方、第3の凝固過程の場合は、まずLから初晶αが晶出し、温度低下とともに二元共晶線上(e−U13線)に達し、ここで数式1に示す共晶反応(560℃〜483℃)を生じ、E点において数式4に示す三元共晶反応(483℃)を生じ、凝固を完了すると考えられる。 On the other hand, in the case of the second solidification process, the primary crystal α is first crystallized from L and reaches the maximum point e 4 as the temperature decreases, where it is considered that the reaction of Formula 1 (560 ° C.) occurs to complete the solidification. . On the other hand, in the case of the third solidification process, the primary crystal α is first crystallized from L and reaches the binary eutectic line (e 4 -U 13 line) as the temperature decreases. 560 ° C. to 483 ° C.), the ternary eutectic reaction (483 ° C.) shown in Formula 4 is generated at the E 3 point, and solidification is considered to be completed.

<数式4>
L → α + λ + CuMg
<Formula 4>
L → α + λ + CuMg 2

比較例3は、実施例3,6に比較してAl量が少なく、且つ最後に晶出すると考えられるAl12Mg17或いはMg−Al−Zn系化合物が観察されなかったことから、第2または第3の凝固過程を経たものと推測される。この結果、化合物λがラメラ状に晶出し且つ網目状につながった形態となったと考えられる。 In Comparative Example 3, the amount of Al was small compared to Examples 3 and 6, and Al 12 Mg 17 or Mg—Al—Zn-based compounds that were thought to crystallize last were not observed. It is presumed that the third solidification process has been performed. As a result, it is considered that the compound λ was crystallized into a lamellar shape and connected in a network shape.

以上をまとめると、実施例1〜6の各合金における良好な耐クリープ性は、Cu、AlおよびZnによる固溶強化と、Mg−Al−Cu系化合物による分散強化に起因していると考えられる。従って、母相マグネシウム中にMg−Al−Cu系化合物が散在している金属組織が得られる合金設計(例えばCuやAlの配合量の設定や、上述した第1の凝固過程を経るための鋳造条件や鋳物サイズの設定など)を行なうことにより、耐クリープ性の優れたマグネシウム合金を開発することができる。   In summary, the good creep resistance in each of the alloys of Examples 1 to 6 is considered to be due to the solid solution strengthening by Cu, Al and Zn and the dispersion strengthening by the Mg—Al—Cu based compound. . Therefore, an alloy design that can obtain a metal structure in which Mg—Al—Cu-based compounds are dispersed in the matrix magnesium (for example, setting of the amount of Cu and Al, and casting for undergoing the first solidification process described above) By setting the conditions and casting size, etc., a magnesium alloy having excellent creep resistance can be developed.

また、比較例1〜3の結果から、アルミニウムの量が2質量%未満であると充分な耐クリープ性を示さないことが確認できる。従って、アルミニウムの量は3質量%以上とすることが望ましい。また、良好な耐クリープ性を示した実施例1〜6の結果からは、アルミニウムの量は4〜9質量%程度がより好ましく、8質量%程度が最も好ましいと考えられる。   Moreover, from the results of Comparative Examples 1 to 3, it can be confirmed that sufficient creep resistance is not exhibited when the amount of aluminum is less than 2% by mass. Therefore, the amount of aluminum is desirably 3% by mass or more. Moreover, from the results of Examples 1 to 6 showing good creep resistance, the amount of aluminum is more preferably about 4 to 9% by mass, and most preferably about 8% by mass.

ここで、化合物λやQ相が生成されるのは凝固過程の末期であるため、金属組織中でMg−Al−Cu系化合物が存在する場所としては、結晶粒界付近、デンドライトセル間、デンドライトアーム間などが考えられる。即ち、デンドライト状に成長した初晶αの枝(デンドライトアーム)の間または花弁部(デンドライトセル)の間に捕捉された液体Lから化合物λやQ相が生成される、或いは初晶α同士が衝突する凝固終端部(即ち結晶粒界付近)に化合物λやQ相が晶出する、等が考えられる。これらの結果、化合物λやQ相すなわちMg−Al−Cu系化合物が金属組織中に散在することになると考えられる。   Here, since the compound λ and the Q phase are generated at the end of the solidification process, the locations where the Mg—Al—Cu compound exists in the metal structure are near the crystal grain boundary, between the dendrite cells, and the dendrite. It can be considered between arms. That is, a compound λ or Q phase is generated from the liquid L trapped between the branches of the primary crystal α (dendritic arm) or the petal portion (dendritic cell) grown in a dendritic form, or the primary crystals α are It is conceivable that the compound λ or Q phase is crystallized at the colliding solidification terminal part (that is, near the grain boundary). As a result, it is considered that the compound λ and the Q phase, that is, the Mg—Al—Cu compound are scattered in the metal structure.

ところで、比較例4もAS21(従来例2)に匹敵する優れた耐クリープ性を示した(図10参照)。これは、比較例4では組成的に化合物λが形成されないものの、そのかわりにSiに起因する化合物(MgSi等)を晶出するために、この化合物の分散強化に起因して優れたクリープ特性が得られたと考えられる。 By the way, Comparative Example 4 also showed excellent creep resistance comparable to AS21 (Conventional Example 2) (see FIG. 10). This is because, in Comparative Example 4, the compound λ is not formed in terms of composition, but in order to crystallize a compound (Mg 2 Si or the like) derived from Si, excellent creep is caused by the dispersion strengthening of this compound. It is thought that the characteristics were obtained.

<塩水噴霧試験>
実施例1〜6、比較例1〜4、従来例2の各合金を、切断および研磨して表面積約1000mmに揃えた試料(直方体)を作製し、JISZ2371に準拠して、塩水噴霧試験を行なった。各試料を試料面が水平とならないように塩水噴霧試験機にセットし、35℃の雰囲気下で、5質量%のNaClを含む水溶液を用いて、24時間試験を行なった。
<Salt spray test>
Samples (cuboids) having a surface area of about 1000 mm 2 were prepared by cutting and polishing the alloys of Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4, and Conventional Example 2, and a salt spray test was conducted in accordance with JISZ2371. I did it. Each sample was set in a salt spray tester so that the sample surface was not horizontal, and the test was performed for 24 hours using an aqueous solution containing 5 mass% NaCl under an atmosphere of 35 ° C.

図17に塩水噴霧試験結果を示す。実施例1,3,6および比較例3,4が、AS21(従来例2)に匹敵する耐食性を有することが確認できた。尚、AZ91D(従来例1)については、試験後の試料表面に腐食生成物が固着し、充分な測定ができなかったため、図17には示していない。図18および図19に、それぞれZn量とAl量が耐食性に及ぼす関係を示す。   FIG. 17 shows the result of the salt spray test. It was confirmed that Examples 1, 3, 6 and Comparative Examples 3, 4 had corrosion resistance comparable to AS21 (Conventional Example 2). In addition, about AZ91D (conventional example 1), since the corrosion product adhered to the sample surface after the test and sufficient measurement could not be performed, it is not shown in FIG. 18 and 19 show the relationship between the Zn content and the Al content on the corrosion resistance, respectively.

図18には、2質量%程度のZnを含有することによってマグネシウム合金の耐食性が改善されることが示されている。特に2質量%程度のAlを含む合金(比較例1〜3)の場合は、その効果が顕著であり、Zn量が0.5質量%程度の場合(即ち比較例1)では、腐食減量が約80(mg/cm day)であるのに対し、Zn量が2質量%程度の場合(即ち比較例3)では、腐食減量が約30(mg/cm day)にまで減少している。また、図17に示すようにZnを5質量%程度含む比較例4で良好な耐食性が得られたことから、含有Zn量を2質量%以上とすることは、更なる耐食性改善をもたらすものと予想される。このようにZnは耐食性改善への寄与が大きい元素である。一方、図19はAl量の増加が耐食性を向上させることを示している。ただし、含有Zn量が2質量%以上の合金ではAl量増加の効果は認められない。即ち、マグネシウム合金の耐食性を支配するのはZn量であると考えられる。マグネシウム合金の耐食性は一般に結晶粒が微細なほど良好であると報告されている。ダイカストの場合は、本実施例で用いた金型鋳造材に比べ桁違いに結晶粒が小さくなるため、表1に示すいずれの合金もダイカストによれば耐食性はさらに良好になると考えられる。 FIG. 18 shows that the corrosion resistance of the magnesium alloy is improved by containing about 2% by mass of Zn. In particular, in the case of an alloy containing about 2% by mass of Al (Comparative Examples 1 to 3), the effect is remarkable, and in the case where the Zn content is about 0.5% by mass (that is, Comparative Example 1), the corrosion weight loss is reduced. Whereas it is about 80 (mg / cm 2 day), the corrosion weight loss is reduced to about 30 (mg / cm 2 day) when the Zn amount is about 2% by mass (ie, Comparative Example 3). . Moreover, as shown in FIG. 17, since good corrosion resistance was obtained in Comparative Example 4 containing about 5% by mass of Zn, setting the content of Zn to 2% by mass or more would bring about further improvement in corrosion resistance. is expected. Thus, Zn is an element that greatly contributes to improving corrosion resistance. On the other hand, FIG. 19 shows that an increase in the amount of Al improves the corrosion resistance. However, the effect of increasing the amount of Al is not recognized in an alloy having a Zn content of 2% by mass or more. That is, it is considered that the amount of Zn dominates the corrosion resistance of the magnesium alloy. It has been reported that the corrosion resistance of magnesium alloys is generally better as the crystal grains are finer. In the case of die casting, since the crystal grains are orders of magnitude smaller than that of the die casting material used in this example, it is considered that the corrosion resistance of any alloy shown in Table 1 is further improved by die casting.

<温度条件を変えたクリープ試験>
クリープ特性および耐食性ともに比較的バランスのとれている表1に示した実施例2と実施例3について、175℃、200℃と試験温度を上げた場合のクリープ特性を調べた。尚、試験温度以外の条件は、上述した実施例1と同様とした。
<Creep test with different temperature conditions>
For Example 2 and Example 3 shown in Table 1 in which both the creep characteristics and the corrosion resistance are relatively balanced, the creep characteristics when the test temperature was increased to 175 ° C. and 200 ° C. were examined. The conditions other than the test temperature were the same as in Example 1 described above.

図20と図21は、それぞれ実施例2と実施例3のクリープ曲線を示す。これらのクリープ曲線を比較すると、時間経過および試験温度の上昇に伴いクリープひずみが増加していく傾向は、実施例2、実施例3ともにほぼ同じであることがわかる。また、100時間試験後におけるクリープひずみも、実施例2では、0.180%(150℃)、 0.623%(175℃)、 2.25%(200℃)であり、実施例3では、0.227%(150℃)、 0.703%(175℃)、 2.35%(200℃)であり、実施例2と実施例3の間に大差は見られない。 即ち、実施例2、実施例3とも温度の上昇に従って耐クリープ性は低下するが、低下する程度はほぼ同じであり、従ってクリープ曲線もほぼ重なり、本試験条件下における耐クリープ性は実施例2、実施例3とも同様であった。   20 and 21 show the creep curves of Example 2 and Example 3, respectively. Comparing these creep curves, it can be seen that the tendency of the creep strain to increase with the passage of time and the test temperature is substantially the same in both Example 2 and Example 3. In addition, the creep strain after the 100-hour test is 0.180% (150 ° C.), 0.623% (175 ° C.), and 2.25% (200 ° C.) in Example 2, and in Example 3, They are 0.227% (150 ° C.), 0.703% (175 ° C.), and 2.35% (200 ° C.), and there is no significant difference between Example 2 and Example 3. That is, in both Example 2 and Example 3, the creep resistance decreases as the temperature increases, but the degree of decrease is almost the same. Therefore, the creep curves almost overlap, and the creep resistance under the test conditions is the same as in Example 2. This was the same as in Example 3.

図22と図23は、それぞれ実施例2と実施例3の時間とクリープひずみ速度の関係を示している。尚、図20および図21では、クリープひずみ速度の微小変化を明瞭にするため、縦軸(クリープひずみ速度[%/h])および横軸(時間[h])ともに対数目盛としている。150℃および200℃でのクリープ試験においては、実施例2と実施例3とも10時間経過後にクリープひずみ速度がほぼ一定となっており、定常クリープに達していると考えられる。一方、175℃でのクリープ試験においては、実施例2と実施例3とも、クリープひずみ速度が一定になっている区間がグラフ上はっきりと認められず、一次クリープが完全に終了していないように見える。しかし、175℃のデータにおいて、実施例2においては68時間経過後に0.0035%/h〜0.00275%/hの間でクリープひずみ速度が推移しており、実施例3においては60時間経過後に0.00550%/h〜0.00358%/hの間でクリープひずみ速度が推移している。したがって、175℃でのクリープ試験においても実施例2においては68時間経過後に、実施例3においては60時間経過後に、定常クリープに達していると見なすこととした。そして、定常クリープに達したと考えられる時間経過後のクリープひずみ速度の平均値を最小クリープ速度とし、表2の通りまとめた。   22 and 23 show the relationship between time and creep strain rate in Example 2 and Example 3, respectively. In FIGS. 20 and 21, the vertical axis (creep strain rate [% / h]) and the horizontal axis (time [h]) are both logarithmic scales in order to clarify minute changes in the creep strain rate. In the creep test at 150 ° C. and 200 ° C., the creep strain rate is almost constant after 10 hours in both Example 2 and Example 3, and it is considered that steady creep has been reached. On the other hand, in the creep test at 175 ° C., in both Example 2 and Example 3, the section where the creep strain rate is constant is not clearly recognized on the graph so that the primary creep is not completely completed. appear. However, in the data at 175 ° C., the creep strain rate changed between 0.0035% / h to 0.00275% / h after 68 hours in Example 2, and 60 hours passed in Example 3. Later, the creep strain rate changes between 0.00550% / h and 0.00358% / h. Therefore, in the creep test at 175 ° C., it was considered that steady creep was reached after 68 hours in Example 2 and after 60 hours in Example 3. The average creep strain rate after the lapse of time considered to have reached steady creep was defined as the minimum creep rate, and the results were summarized in Table 2.

クリープの素過程が簡単な熱活性化過程によるものと仮定すると、クリープ速度ε’と温度Tの間には、数式5に示すアレニウスの式が成立する。さらに数式5の両辺を自然対数とすると数式6となり、さらに数式6を常用対数とすると数式7となる。   Assuming that the elementary process of creep is due to a simple thermal activation process, the Arrhenius equation shown in Equation 5 holds between the creep rate ε ′ and the temperature T. Further, if both sides of Formula 5 are natural logarithms, Formula 6 is obtained, and if Formula 6 is a common logarithm, Formula 7 is obtained.

<数式5>
ε’=Aexp{−Q/(RT)}
<数式6>
lnε’=lnA−Q/(RT)
<数式7>
logε’=logA−Q/(2.3RT)
但し、
Q:見かけの活性化エネルギー
R:気体定数(8.314[J/mol・K])
<Formula 5>
ε ′ = Aexp {−Q / (RT)}
<Formula 6>
lnε ′ = lnA−Q / (RT)
<Formula 7>
log ε ′ = log A−Q / (2.3RT)
However,
Q: Apparent activation energy R: Gas constant (8.314 [J / mol · K])

次に、表2の値を用いて実施例2と実施例3に関するアレニウスプロットを行った。図24は実施例2に関するアレニウスプロットの結果を示し、図25は実施例3に関するアレニウスプロットの結果を示す。図24および図25は、実施例2および実施例3における最小クリープ速度の温度依存性を表している。尚、図24および図25では、横軸が温度の逆数(K−1)を表し、縦軸は最小クリープ速度(s−1)を表しており、且つ縦軸は対数目盛としている。解析の結果、図24および図25の各点は、それぞれ図中に示す直線に回帰することができた。ここで、図24および図25の横軸の値は数式3における(1/T)に対応し、回帰直線の勾配は数式3における(Q/2.3R)に対応する。従って、実施例2および実施例3の定常クリープにおける見かけの活性化エネルギーQは、各直線の勾配から導くことができ、それぞれ89.8kJ/molおよび86.5kJ/molであった。ちなみにマグネシウムの自己拡散の活性化エネルギーは140kJ/molである。 Next, Arrhenius plots for Example 2 and Example 3 were performed using the values in Table 2. FIG. 24 shows the Arrhenius plot results for Example 2, and FIG. 25 shows the Arrhenius plot results for Example 3. 24 and 25 show the temperature dependence of the minimum creep rate in Example 2 and Example 3. FIG. In FIGS. 24 and 25, the horizontal axis represents the reciprocal temperature (K −1 ), the vertical axis represents the minimum creep rate (s −1 ), and the vertical axis represents a logarithmic scale. As a result of the analysis, each point in FIG. 24 and FIG. 25 was able to return to the straight line shown in the figure. Here, the value on the horizontal axis in FIGS. 24 and 25 corresponds to (1 / T) in Equation 3, and the slope of the regression line corresponds to (Q / 2.3R) in Equation 3. Therefore, the apparent activation energy Q in the steady creep of Example 2 and Example 3 can be derived from the slope of each straight line and was 89.8 kJ / mol and 86.5 kJ / mol, respectively. Incidentally, the activation energy of self-diffusion of magnesium is 140 kJ / mol.

以上のように、実施例2および実施例3の定常クリープにおける見かけの活性化エネルギーQはほぼ等しいことがわかった。したがって、実施例2と実施例3では、クリープ変形の支配因子は同じと考えられる。   As described above, it was found that the apparent activation energy Q in the steady creep of Example 2 and Example 3 was almost equal. Therefore, in Example 2 and Example 3, the governing factors of creep deformation are considered to be the same.

<実施例7〜9>
表3に示す組成の合金(実施例7〜9)のクリープ試験片を、実施例1〜6と同様の方法で作製し、且つ実施例1〜6と同様の条件でクリープ試験を行なった。表3に示す実施例7〜9は、上述した実施例1〜6よりも亜鉛含有量を増やした組成となっている。
<Examples 7 to 9>
Creep test pieces of alloys having compositions shown in Table 3 (Examples 7 to 9) were produced by the same method as in Examples 1 to 6, and a creep test was performed under the same conditions as in Examples 1 to 6. Examples 7 to 9 shown in Table 3 have compositions in which the zinc content is increased as compared with Examples 1 to 6 described above.

図26〜図28にクリープ試験の結果から得られた各合金のクリープ曲線を示す。これらの図中で、符号S7〜S9が夫々実施例7〜9を示す。これらの図に示すとおり、実施例7〜9のクリープ特性は実施例2,3とほぼ同じであり、亜鉛含有量の増加による効果は特に見られない。即ち、2質量%を超える亜鉛の添加は耐クリープ性向上にはつながらず、強度という観点からは、金属間化合物相の増加よる脆化を懸念させるだけで、プラスの効果をもたらさないと考えられる。   26 to 28 show the creep curves of the respective alloys obtained from the results of the creep test. In these drawings, reference numerals S7 to S9 denote Examples 7 to 9, respectively. As shown in these figures, the creep characteristics of Examples 7 to 9 are almost the same as those of Examples 2 and 3, and the effect of increasing the zinc content is not particularly observed. That is, the addition of zinc exceeding 2% by mass does not lead to an improvement in creep resistance, and from the viewpoint of strength, it is considered that only the concern of embrittlement due to an increase in the intermetallic compound phase causes no positive effect. .

<実施例10〜12>
表4に示す組成の合金(実施例10〜12)のクリープ試験片を、実施例1〜6と同様の方法で作製し、且つ実施例1〜6と同様の条件でクリープ試験を行なった。表4に示す実施例10は、上述した実施例3よりも銅含有量を減らした組成となっており、実施例11,12は上述した実施例3よりも銅含有量を増やした組成となっている。
<Examples 10 to 12>
Creep test pieces of alloys having compositions shown in Table 4 (Examples 10 to 12) were produced by the same method as in Examples 1 to 6, and a creep test was performed under the same conditions as in Examples 1 to 6. Example 10 shown in Table 4 has a composition in which the copper content is reduced as compared with Example 3 described above, and Examples 11 and 12 have compositions with an increased copper content as compared with Example 3 described above. ing.

図29〜図31にクリープ試験の結果から得られた各合金のクリープ曲線を示す。これらの図中で、符号S10〜S12が夫々実施例10〜12を示す。これらの図に示すとおり、実施例10〜12のクリープ特性は実施例3とほぼ同じである。また、いずれの実施例10〜12も実施例3と近い金属組織になっていることが確認された。即ち、母相マグネシウム中にMg−Al−Cu系化合物が片状または疑似片状に分散して晶出している金属組織となっている。   29 to 31 show the creep curves of the respective alloys obtained from the results of the creep test. In these drawings, reference numerals S10 to S12 denote Examples 10 to 12, respectively. As shown in these figures, the creep characteristics of Examples 10 to 12 are almost the same as those of Example 3. In addition, it was confirmed that any of Examples 10 to 12 had a metal structure close to that of Example 3. That is, it has a metal structure in which Mg—Al—Cu-based compound is dispersed in a matrix or pseudo-flaky in the matrix magnesium and crystallized.

実施例10は含有銅量が少ないため、実施例11,12に比べ、金属組織中に占めるMg−Al−Cu系化合物の体積率は小さくなっているが、その代わりにこれらが微細かつ均一に分散する傾向が認められた。また、銅の存在によってMg−Al−Zn系化合物が粒状化し、かつ微細に分散することが明らかとなった。従って、実施例10に関しては、Mg−Al−Cu系化合物の分散強化に加えてMg−Al−Zn系化合物の分散強化が、耐クリープ性向上に寄与していると考えられる。尚、この場合の凝固過程で図16に示すE点を経ると考えられる。さらに、実施例10の組成において銅の量を0.1質量%とした場合でも、実施例10と同様の金属組織が得られた。したがって、耐クリープ性向上の観点からは、0.1質量%以上の銅を含むことが望ましい。 In Example 10, since the amount of copper contained is small, the volume ratio of the Mg—Al—Cu-based compound in the metal structure is smaller than in Examples 11 and 12, but these are fine and uniform instead. A tendency to disperse was observed. In addition, it has been clarified that Mg—Al—Zn-based compounds are granulated and finely dispersed due to the presence of copper. Therefore, in Example 10, it is considered that the dispersion strengthening of the Mg—Al—Zn compound in addition to the dispersion strengthening of the Mg—Al—Cu compound contributes to the improvement of creep resistance. Incidentally, it believed to undergo E 6 points shown in FIG. 16 in the solidification process of this case. Furthermore, even when the amount of copper was 0.1 mass% in the composition of Example 10, the same metal structure as Example 10 was obtained. Therefore, from the viewpoint of improving creep resistance, it is desirable to contain 0.1% by mass or more of copper.

一方、実施例11,12の結果から、3質量%を超えて銅を添加しても更なる耐クリープ性向上は見られないことが確認された。多量の銅の添加は金属間化合物相の増加による脆化を懸念させる一方、銅含有量が少ないために室温あるいは高温における耐力および引張強さが低下することが懸念される。即ち、銅の含有量の増加は湯回りを良好にする等の利点がある一方で合金を脆化させる虞があり、他方、銅の含有量の減少は合金脆化の危険を減らす一方で耐力や引張強さの低下の虞がある。以上を鑑みると、銅の含有量は1〜5質量%の範囲がより好ましく、3質量%程度とすることが最も好ましいと考えられる。   On the other hand, from the results of Examples 11 and 12, it was confirmed that no further improvement in creep resistance was observed even when copper was added in excess of 3% by mass. While the addition of a large amount of copper is concerned about embrittlement due to an increase in intermetallic compound phase, since the copper content is low, there is a concern that the yield strength and tensile strength at room temperature or high temperature are lowered. That is, an increase in the copper content has the advantage of improving the temperature of the hot water whilst there is a risk of embrittlement of the alloy. On the other hand, a decrease in the copper content reduces the risk of alloy embrittlement while maintaining the yield strength. And there is a risk of a decrease in tensile strength. In view of the above, the copper content is more preferably in the range of 1 to 5 mass%, and most preferably about 3 mass%.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、耐熱マグネシウム合金には上述したように亜鉛およびベリリウムが含まれることが好ましいが、場合によってはこれらの一方または双方を含まなくても良い。また、本発明に係る耐熱マグネシウム合金には、場合によってはMg,Al,Cu,Zn,Be以外の元素が含まれていても良い。例えば、「母相マグネシウム中にMg−Al−Cu系化合物が散在している金属組織」に影響を与えない不純物元素が含まれていても良い。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the heat-resistant magnesium alloy preferably contains zinc and beryllium as described above, but in some cases, one or both of these may not be contained. In addition, the heat-resistant magnesium alloy according to the present invention may contain elements other than Mg, Al, Cu, Zn, and Be in some cases. For example, an impurity element that does not affect the “metal structure in which the Mg—Al—Cu compound is interspersed in the matrix magnesium” may be included.

以上のように、本発明にかかる耐熱マグネシウム合金は、一般に広く実用に供されているMg−Al−Zn−Mn系合金よりも著しく高温クリープ特性に優れる。しかも、希土類元素が添加された従来の耐熱性マグネシウム合金に比べて安価に製造することができる。即ち、希土類元素を含まずとも、比較的安価なAlとCuの相互作用により、150℃付近での耐クリープ性が希土類元素を含む耐熱マグネシウム合金並に優れ、尚かつ希土類元素を含む耐熱マグネシウム合金よりも流動性に優れて鋳造にも適していることから、例えば自動車用エンジンのエンジンブロックやトランスミッションケースなどの150℃付近の高温に達する部品を構成するのに有用である。したがって、自動車などの一層の軽量化が可能となり、燃費の向上による輸送コストの軽減は言うに及ばず、省エネルギ並びに環境への悪影響を低減できると共に、リサイクルが容易であることから樹脂などの代替品としての利用も可能となる。   As described above, the heat-resistant magnesium alloy according to the present invention is remarkably superior in high-temperature creep characteristics as compared with Mg-Al-Zn-Mn alloys that are generally widely used in practice. Moreover, it can be manufactured at a lower cost than conventional heat-resistant magnesium alloys to which rare earth elements are added. That is, even if it does not contain a rare earth element, the creep resistance at around 150 ° C. is superior to that of a heat resistant magnesium alloy containing a rare earth element due to the relatively inexpensive interaction between Al and Cu, and the heat resistant magnesium alloy contains a rare earth element. Since it is more fluid and suitable for casting, it is useful for constructing parts that reach a high temperature around 150 ° C., such as engine blocks and transmission cases of automobile engines. Therefore, it is possible to further reduce the weight of automobiles and the like, and not only to reduce transportation costs by improving fuel efficiency, but also to reduce energy consumption and adverse effects on the environment. It can also be used as a product.

本発明の耐熱マグネシウム合金の一実施例(実施例1)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of one Example (Example 1) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例2)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 2) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例3)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 3) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例4)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 4) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例5)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 5) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例6)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 6) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 第1の比較例のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of a 1st comparative example. 第2の比較例のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the 2nd comparative example. 第3の比較例のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the 3rd comparative example. 第4の比較例のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the 4th comparative example. (A)は本発明の耐熱マグネシウム合金の一実施例(実施例3)の合金組織の組成像を示し、(B)は本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例6)の合金組織の組成像を示し、(C)は比較例の合金組織の組成像を示す。(A) shows the composition image of the alloy structure of one example (Example 3) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention, and (B) shows the alloy of another example (Example 6) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention. The composition image of a structure is shown, (C) shows the composition image of the alloy structure of a comparative example. (A)は本発明の耐熱マグネシウム合金の一実施例(実施例3)の合金組織のX線像を示し、(B)は同図(A)に対応したアルミニウム元素の分布を示し、(C)は同図(A)に対応した銅元素の分布を示し、(D)は同図(A)に対応した亜鉛元素の分布を示す。(A) shows an X-ray image of the alloy structure of one embodiment (Example 3) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention, (B) shows the distribution of aluminum elements corresponding to FIG. ) Shows the distribution of the copper element corresponding to (A) in the figure, and (D) shows the distribution of the zinc element corresponding to (A) in the figure. (A)は本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例6)の合金組織のX線像を示し、(B)は同図(A)に対応したアルミニウム元素の分布を示し、(C)は同図(A)に対応した銅元素の分布を示し、(D)は同図(A)に対応した亜鉛元素の分布を示す。(A) shows the X-ray image of the alloy structure of another example (Example 6) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention, (B) shows the distribution of aluminum elements corresponding to FIG. (C) shows the distribution of the copper element corresponding to (A) in the figure, and (D) shows the distribution of the zinc element corresponding to (A) in the figure. 比較例の合金組織のX線像を示し、(B)は同図(A)に対応したアルミニウム元素の分布を示し、(C)は同図(A)に対応した銅元素の分布を示し、(D)は同図(A)に対応した亜鉛元素の分布を示す。An X-ray image of an alloy structure of a comparative example is shown, (B) shows the distribution of aluminum element corresponding to FIG. (A), (C) shows the distribution of copper element corresponding to FIG. (D) shows the distribution of zinc element corresponding to FIG. (A)は本発明の耐熱マグネシウム合金の一実施例(実施例3)のX線回折図形を示し、(B)は本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例6)のX線回折図形を示し、(C)は比較例のX線回折図形を示す。(A) shows the X-ray diffraction pattern of one example (Example 3) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention, and (B) shows the X-ray of another example (Example 6) of the heat-resistant magnesium alloy of the present invention. A diffraction pattern is shown, and (C) shows an X-ray diffraction pattern of a comparative example. マグネシウム、アルミニウム、銅の平衡状態図の一例を示す。An example of an equilibrium diagram of magnesium, aluminum, and copper is shown. マグネシウム合金の塩水噴霧試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the salt spray test result of a magnesium alloy. マグネシウム合金における含有亜鉛量と耐食性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the zinc content in a magnesium alloy, and corrosion resistance. マグネシウム合金における含有アルミニウム量と耐食性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the aluminum content in a magnesium alloy, and corrosion resistance. 本発明の耐熱マグネシウム合金の一実施例(実施例2)のクリープ特性(試験温度150℃、175℃、200℃の各場合)を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic (each case of test temperature 150 degreeC, 175 degreeC, and 200 degreeC) of one Example (Example 2) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例3)のクリープ特性(試験温度150℃、175℃、200℃の各場合)を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic (each case of test temperature 150 degreeC, 175 degreeC, and 200 degreeC) of the other Example (Example 3) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 図20に対応し、時間[h]とクリープひずみ速度[%/h]の関係を示す図である。FIG. 21 is a diagram corresponding to FIG. 20 and showing the relationship between time [h] and creep strain rate [% / h]. 図21に対応し、時間[h]とクリープひずみ速度[%/h]の関係を示す図である。FIG. 22 is a diagram corresponding to FIG. 21 and showing the relationship between time [h] and creep strain rate [% / h]. 図22に対応し、最小クリープ速度の温度依存性を表す図である。FIG. 23 corresponds to FIG. 22 and represents the temperature dependence of the minimum creep rate. 図23に対応し、最小クリープ速度の温度依存性を表す図である。FIG. 24 corresponds to FIG. 23 and represents the temperature dependence of the minimum creep rate. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例7)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 7) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例8)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 8) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例9)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 9) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例10)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 10) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例11)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 11) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention. 本発明の耐熱マグネシウム合金の他の実施例(実施例12)のクリープ特性を示す図である。It is a figure which shows the creep characteristic of the other Example (Example 12) of the heat-resistant magnesium alloy of this invention.

Claims (6)

3質量%以上のアルミニウムと0.1質量%以上の銅を少なくとも含む添加合金元素群(但し希土類元素は除く)と、残部マグネシウムよりなる耐熱マグネシウム合金。   A heat-resistant magnesium alloy comprising an additive alloy element group (excluding rare earth elements) containing at least 3% by mass of aluminum and 0.1% by mass of copper, and the balance magnesium. 前記アルミニウムの含有量が4〜9質量%であることを特徴とする請求項1記載の耐熱マグネシウム合金。   The heat-resistant magnesium alloy according to claim 1, wherein the aluminum content is 4 to 9 mass%. 前記銅の含有量が1〜5質量%であることを特徴とする請求項1または2記載の耐熱マグネシウム合金。   The heat-resistant magnesium alloy according to claim 1 or 2, wherein the copper content is 1 to 5 mass%. 前記添加合金元素群に4質量%以下の亜鉛を含むものである請求項1から3のいずれかに記載の耐熱マグネシウム合金。   The heat-resistant magnesium alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein the additive alloy element group contains 4 mass% or less of zinc. 前記添加合金元素群に0.001〜0.01質量%のベリリウムを含むものである請求項1から4のいずれかに記載の耐熱マグネシウム合金。   The heat-resistant magnesium alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the additive alloy element group contains 0.001 to 0.01% by mass of beryllium. 母相マグネシウム中にマグネシウム−アルミニウム−銅系の化合物が片状または疑似片状に分散して晶出している金属組織を有する耐熱マグネシウム合金。   A heat-resistant magnesium alloy having a metal structure in which a magnesium-aluminum-copper-based compound is dispersed in the form of magnesium or aluminum in the matrix magnesium and crystallized.
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