JP2008075169A - Magnesium alloy extruded member and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネシウム合金押出材に係り、更に詳細には、圧縮特性に優れたマグネシウム合金押出材及びその製造方法に関する。
本発明のマグネシウム合金押出材及びその製造方法は、車輌その他の物品の構造用材料、自動車部品や機械部品等に好適に適用される。
The present invention relates to a magnesium alloy extruded material, and more particularly to a magnesium alloy extruded material excellent in compression characteristics and a method for producing the same.
The magnesium alloy extruded material and the manufacturing method thereof of the present invention are suitably applied to structural materials for automobiles and other articles, automobile parts, machine parts, and the like.
近年、材料の軽量化へのニーズが高まっており、実用されている合金中で最も密度の小さいマグネシウム合金が注目されている。具体的には、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系などのマグネシウム合金押出材は、軽量でしかも適度の強度を有していることから、各種構造用材料として利用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
しかしながら、かかる従来のマグネシウム合金押出材は、一般的に圧縮強度が引張強度と比較して小さいため、設計自由度が低いという問題を呈している。 However, such conventional magnesium alloy extruded materials generally have a problem that the degree of freedom in design is low because the compressive strength is generally smaller than the tensile strength.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮特性に優れたマグネシウム合金押出材及びその製造方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the subject which such a prior art has, and the place made into the objective is to provide the magnesium alloy extrusion material excellent in the compression characteristic, and its manufacturing method.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、マグネシウム合金の結晶方位に着目し、結晶粒の底面がランダムに配向した組織を形成させることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have paid attention to the crystal orientation of the magnesium alloy, and that the above object can be achieved by forming a structure in which the bottom surfaces of the crystal grains are randomly oriented. The headline and the present invention were completed.
即ち、本発明のマグネシウム合金押出材は、マグネシウム合金を押出加工して成るマグネシウム合金押出材において、
結晶粒の（０００１）面がランダムに配向しており、上記結晶粒の結晶方位の傾きを示すシュミット因子の平均値が０．２以上で、且つシュミット因子の値が０〜０．２である上記結晶粒の存在割合が５５％以下であることを特徴とする。
That is, the magnesium alloy extruded material of the present invention is a magnesium alloy extruded material formed by extruding a magnesium alloy.
The (0001) plane of the crystal grains is randomly oriented, the average value of the Schmitt factor indicating the inclination of the crystal orientation of the crystal grains is 0.2 or more, and the value of the Schmitt factor is 0 to 0.2. The existence ratio of the crystal grains is 55% or less.
また、本発明のマグネシウム合金押出材の好適形態は、上記マグネシウム合金がＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金であり、３〜１０質量％のＡｌ、０．１〜１．５質量％のＺｎ、その他不純物合計１質量％、残部Ｍｇから成る組成を有することを特徴とする。 Moreover, the suitable form of the magnesium alloy extruded material of the present invention is such that the magnesium alloy is an Mg—Al—Zn alloy, 3 to 10 mass% Al, 0.1 to 1.5 mass% Zn, and other impurities. It has a composition comprising a total of 1% by mass and the balance Mg.
一方、本発明のマグネシウム合金押出材の製造方法は、上述如きマグネシウム合金押出材を製造するに当たり、
上記マグネシウム合金を１５０〜４００℃で押出加工し、上記結晶粒の結晶方位を制御することを特徴とする。
On the other hand, the production method of the magnesium alloy extruded material of the present invention, in producing the magnesium alloy extruded material as described above,
The magnesium alloy is extruded at 150 to 400 ° C. to control the crystal orientation of the crystal grains.
また、本発明の車体部品は、上述の如きマグネシウム合金押出材を用いて成ることを特徴とする。
更に、本発明の足回り部品は、上述の如きマグネシウム合金押出材を用いて成ることを特徴とする。
The vehicle body component of the present invention is characterized by using the magnesium alloy extruded material as described above.
Further, the undercarriage part of the present invention is characterized by using the magnesium alloy extruded material as described above.
本発明によれば、結晶粒の底面がランダムに配向した組織を形成させることとしたため、圧縮特性に優れたマグネシウム合金押出材及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, since a structure in which the bottom surfaces of crystal grains are randomly oriented is formed, a magnesium alloy extruded material excellent in compression characteristics and a method for producing the same can be provided.
以下、本発明のマグネシウム合金押出材につき詳細に説明する。
上述の如く、本発明のマグネシウム合金押出材は、マグネシウム合金を押出加工して成るマグネシウム合金押出材である。結晶粒の（０００１）面、即ち底面がランダムに配向しており、これら結晶粒の結晶方位の傾きを示すシュミット因子の平均値が０．２以上で、且つシュミット因子の値が０〜０．２である結晶粒の存在割合が５５％以下である。
Hereinafter, the magnesium alloy extruded material of the present invention will be described in detail.
As described above, the magnesium alloy extruded material of the present invention is a magnesium alloy extruded material obtained by extruding a magnesium alloy. The (0001) plane of the crystal grain, that is, the bottom face is randomly oriented, the average value of the Schmitt factor indicating the inclination of the crystal orientation of these crystal grains is 0.2 or more, and the Schmitt factor value is 0 to 0. 2 is 55% or less.
ここで、金属結晶の組成変形は、主としてすべり変形により進行することが知られており、すべり変形が起きるために必要な臨界せん断応力τは、次式（１）
τ＝σｃｏｓφｃｏｓλ…（１）
（式中のφはすべり面の法線と引張軸とのなす角度、λはすべり方向と引張軸とのなす角度を示す。）で表される。
Here, it is known that the composition deformation of the metal crystal proceeds mainly due to the slip deformation, and the critical shear stress τ necessary for the slip deformation is expressed by the following equation (1).
τ = σcosφcosλ (1)
(Φ in the formula represents an angle formed between the normal line of the sliding surface and the tensile axis, and λ represents an angle formed between the sliding direction and the tensile axis.)
本発明において、シュミット因子とは（１）式におけるｃｏｓφｃｏｓλを示している。
各すべり系におけるせん断応力の値はシュミット因子の値によって変化し、外力が加わった場合、シュミット因子が最大のすべり系が最初に動き出す。即ち、このシュミット因子の値は結晶の傾きを示すパラメータであり、シュミット因子の偏りが大きいほど異方性の強い材料と言い得る。
In the present invention, the Schmitt factor represents cos φ cos λ in the equation (1).
The value of the shear stress in each slip system varies depending on the value of the Schmid factor. When an external force is applied, the slip system with the maximum Schmid factor starts moving first. That is, the value of the Schmitt factor is a parameter indicating the tilt of the crystal, and it can be said that the material is more anisotropic as the Schmid factor bias is larger.
以下に、本発明におけるシュミット因子の限定理由について説明する。
本発明において、シュミット因子の平均値が０．２より小さい場合、結晶粒の底面が押出方向に対して平行に集積していることを示している。
また、シュミット因子が０〜０．２を示す結晶粒の存在割合が５５％よりも大きい場合、結晶粒の底面が押出方向に対して平行に集積していることを示している。
Below, the reason for limitation of the Schmitt factor in this invention is demonstrated.
In the present invention, when the average value of the Schmid factor is smaller than 0.2, it indicates that the bottom surfaces of the crystal grains are accumulated in parallel to the extrusion direction.
Further, when the existence ratio of the crystal grains having a Schmitt factor of 0 to 0.2 is larger than 55%, it indicates that the bottom surfaces of the crystal grains are accumulated in parallel to the extrusion direction.
即ち、本発明のマグネシウム合金押出材の如く、シュミット因子の平均値が０．２以上で、且つシュミット因子が０〜０．２を示す結晶粒の存在割合が５５％以下であるとき、金属結晶粒の結晶方位はランダム化していると言え、圧縮強度も引張強度と同等まで強度が向上する。 That is, when the average value of the Schmid factor is 0.2 or more and the ratio of the crystal grains having the Schmid factor of 0 to 0.2 is 55% or less, as in the magnesium alloy extruded material of the present invention, the metal crystal It can be said that the crystal orientation of the grains is randomized, and the compressive strength is improved to the same level as the tensile strength.
また、本発明のマグネシウム合金押出材において、平均結晶粒径が５０μｍ以下であるのが好ましいのは、これにより優れた強度が得られるからである。
平均結晶粒径が５０μｍを超えると、結晶粒が粗大化して強度が低下することがある。以上のことから、強度を考慮して、この結晶粒径は５０μｍ以下とすることが好ましいが、更に２０μｍ以下とすることが望ましい。
Moreover, in the magnesium alloy extruded material of the present invention, the average crystal grain size is preferably 50 μm or less because this provides excellent strength.
If the average crystal grain size exceeds 50 μm, the crystal grains may become coarse and the strength may decrease. From the above, considering the strength, the crystal grain size is preferably 50 μm or less, but more preferably 20 μm or less.
本発明のマグネシウム合金押出材に用いるマグネシウム合金は、Ａｌ：３〜１０質量％、Ｚｎ：０．１〜１．０質量％、Ｃａ０．０５〜１．０質量％、ミッシュメタル：０．０５〜１．０質量％、Ｌａ：０．０５〜１．０質量％を含有することが好ましい。
以下、この組成の限定理由について説明する。
The magnesium alloy used for the magnesium alloy extruded material of the present invention is Al: 3 to 10% by mass, Zn: 0.1 to 1.0% by mass, Ca 0.05 to 1.0% by mass, Misch metal: 0.05 to It is preferable to contain 1.0 mass% and La: 0.05-1.0 mass%.
Hereinafter, the reasons for limiting the composition will be described.
Ａｌ：３〜１０質量％
Ａｌ（アルミニウム）は、合金の強化に寄与し機械的性質を向上させるが、過剰であると押出圧力が上昇して押出性が悪化する傾向があり、過少であると強度が低下する傾向がある。これらの事情を考慮し、Ａｌは３〜１０質量％とした。
Al: 3 to 10% by mass
Al (aluminum) contributes to strengthening of the alloy and improves mechanical properties, but if it is excessive, the extrusion pressure tends to increase and the extrudability tends to deteriorate, and if it is too small, the strength tends to decrease. . Considering these circumstances, Al is made 3 to 10% by mass.
Ｚｎ：０．１〜１．５質量％
Ｚｎ（亜鉛）は、固溶強化によって耐力、伸びを向上させるとともに、時効硬化を誘起し熱処理の硬化を大きくする元素である。
亜鉛の含有量が増加するに従って室温での引張強さや耐力は大きくなるが、Ｚｎの含有量が過剰であると靱性及び強度が低下する傾向がある。これらの事情を考慮し、Ｚｎは０．１〜１．５質量％とした。
Zn: 0.1 to 1.5% by mass
Zn (zinc) is an element that improves yield strength and elongation by solid solution strengthening, and induces age hardening to increase heat treatment hardening.
As the zinc content increases, the tensile strength and proof stress at room temperature increase, but if the Zn content is excessive, the toughness and strength tend to decrease. Considering these circumstances, Zn is set to 0.1 to 1.5% by mass.
Ｃａ：０．０５〜１．０質量％
Ｃａ（カルシウム）は、難燃性の向上に寄与するが、過剰であると晶出物を形成して靱性を低下させる傾向があり、過少であるとその効果は小さい。これらの事情を考慮し、Ｃａは０．０５〜１．０質量％とした。
Ca: 0.05-1.0 mass%
Ca (calcium) contributes to improvement of flame retardancy, but if it is excessive, it tends to form a crystallized product and lower toughness, and if it is too small, its effect is small. Considering these circumstances, Ca is set to 0.05 to 1.0% by mass.
ミッシュメタル：０．０５〜１．０質量％
ミッシュメタルの主成分はセリウム（Ｃｅ）であり、固溶強化により強度の向上に寄与するが、過剰であると晶出物を形成して靱性を低下させる傾向があり、過少であるとその効果は小さい。これらの事情を考慮し、ミッシュメタルは０．０５〜１．０質量％とした。
Misch metal: 0.05-1.0 mass%
The main component of misch metal is cerium (Ce), which contributes to improvement of strength by solid solution strengthening. Is small. Considering these circumstances, the misch metal is set to 0.05 to 1.0 mass%.
Ｌａ：０．０５〜１．０質量％
Ｌａ（ランタン）は、強度の向上に寄与するが、過剰であると晶出物を形成して靱性を低下させる傾向があり、過少であるとその効果は小さい。これらの事情を考慮し、Ｌａは０．０５〜１．０質量％とした。
La: 0.05-1.0 mass%
La (lanthanum) contributes to the improvement of strength, but if it is excessive, it tends to form a crystallized product and lower toughness, and if it is too small, its effect is small. Considering these circumstances, La is set to 0.05 to 1.0 mass%.
以上に説明した本発明のマグネシウム合金押出材は、優れた圧縮特性を有し、代表的には、圧縮耐力／引張耐力が０．７〜１．２である。
この圧縮耐力／引張耐力が０．７未満でも１．２を超えても、ともに材料の異方性が高くなって設計自由度を損なうことがある。
The magnesium alloy extruded material of the present invention described above has excellent compression properties, and typically has a compression strength / tensile strength of 0.7 to 1.2.
Even if this compressive strength / tensile strength is less than 0.7 or more than 1.2, both materials have high anisotropy and may impair design freedom.
また、本発明のマグネシウム合金押出材は、後述する押出加工によって製造されるものである。
なお、冷間加工のみならず、上記押出加工後に熱処理（加熱処理）、例えば２００℃、１０時間の時効処理などを施すことも可能であり、これによっても更なる高強度化を実現することができる。
Moreover, the magnesium alloy extruded material of the present invention is manufactured by an extrusion process to be described later.
It is possible to perform not only cold working but also heat treatment (heating treatment) after the above-described extrusion, for example, aging treatment at 200 ° C. for 10 hours, etc., which can further increase the strength. it can.
次に、本発明のマグネシウム合金押出材の製造方法について説明する。
上述の如く、本発明の製造方法は、マグネシウム合金、好ましくは上述した所定組成のマグネシウム合金を１５０〜４００℃で押出加工し、これにより、金属結晶粒の結晶方位を制御するものである。
Next, the manufacturing method of the magnesium alloy extrusion material of this invention is demonstrated.
As described above, the production method of the present invention involves extruding a magnesium alloy, preferably a magnesium alloy having a predetermined composition as described above, at 150 to 400 ° C., thereby controlling the crystal orientation of the metal crystal grains.
ここで、押出温度を１５０〜４００℃としたのは、これにより優れた押出性及び圧縮特性が得られるからである。
押出温度が１５０℃未満では、マグネシウム合金は冷間加工性があまり良好ではなく、押出材を製造するのが困難なことがある。また、押出温度が４００℃を超えると、結晶粒の回転が促進され、異方性を有する材料となって圧縮特性が低下することがある。更に加工中の発熱によって部分的に溶解することもある。
以上のことから、押出性及び圧縮特性を考慮して、この押出温度は１５０〜４００℃とすることが好ましいが、更に２００〜３５０℃であることが望ましい。
Here, the reason why the extrusion temperature is set to 150 to 400 ° C. is that excellent extrudability and compression characteristics can be obtained thereby.
If the extrusion temperature is less than 150 ° C., the magnesium alloy is not very good in cold workability, and it may be difficult to produce an extruded material. On the other hand, when the extrusion temperature exceeds 400 ° C., the rotation of crystal grains is promoted, and the material may have anisotropy and the compression characteristics may deteriorate. Furthermore, it may be partially dissolved by heat generated during processing.
From the above, in consideration of extrudability and compression characteristics, the extrusion temperature is preferably 150 to 400 ° C, but more preferably 200 to 350 ° C.
また、上記押出加工において、押出比を４０以上にしたのは、これにより優れた強度特性が得られるからである。
押出比が４０未満では、加工量が小さいため得られる押出材の強度が低くなることがある。以上のことから、強度を考慮して、押出比は４０以上とすることが好ましいが、更に５０以上とすることが望ましい。
In the extrusion process, the extrusion ratio is set to 40 or more because excellent strength characteristics can be obtained.
When the extrusion ratio is less than 40, the strength of the obtained extruded material may be low because the processing amount is small. From the above, considering the strength, the extrusion ratio is preferably 40 or more, but more preferably 50 or more.
以上に説明した本発明のマグネシウム合金押出材は、圧縮特性に優れており、典型的には高強度で高靱性であり、鍛造性にも優れるものである。
よって、本発明のマグネシウム合金押出材を自動車部品に適用すれば、設計自由度に優れた高強度な部品を製造可能で、また形状自由度の高い部品を製造可能であり、軽量化に多大な貢献をなし得る。
The magnesium alloy extruded material of the present invention described above has excellent compression characteristics, typically has high strength and high toughness, and is excellent in forgeability.
Therefore, if the magnesium alloy extruded material of the present invention is applied to an automobile part, it is possible to produce a high-strength part with excellent design freedom and a part with a high degree of freedom in shape. Can make a contribution.
かかる自動車部品としては、特に限定されるものではないが、バンパーレインフォース、ドアガードバー、ドアサッシュ、フレーム及びサイドメンバーなどの車体部品や、サスペンションメンバー、エンジンクレードルなどの足回り部品に好適に用いることができる。 Such automobile parts are not particularly limited, but are preferably used for vehicle parts such as bumper reinforcements, door guard bars, door sashes, frames and side members, and suspension parts such as suspension members and engine cradle. Can do.
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
（１）マグネシウム合金の組成
下記の表１に示す公称組成の材料を使用し、以下の評価を行った。
(1) Composition of magnesium alloy The following evaluation was performed using materials having the nominal composition shown in Table 1 below.
（２）合金溶製
合金溶製は電気抵抗炉を用いて大気中にて行った。溶湯の酸化防止には、ＳＦ６とＣＯ２の混合ガスを用いた。また、不純物を除去するために、フラックスを全溶湯量に対して１質量％の割合で投入し攪拌した。沈静後、溶湯を２００〜２５０℃に予熱したφ７０ｍｍ×３００ｍｍの金型に鋳込んだ。
(2) Alloy melting Alloy melting was performed in the atmosphere using an electric resistance furnace. A mixed gas of SF 6 and CO 2 was used for preventing oxidation of the molten metal. Further, in order to remove impurities, the flux was added at a rate of 1% by mass with respect to the total amount of molten metal and stirred. After calming down, the molten metal was cast into a φ70 mm × 300 mm mold preheated to 200 to 250 ° C.
（３）均質化熱処理
鋳造まま材では、比較的低融点で溶解する化合物（β相）が存在するために均質加熱処理を施した。ＤＳＣ分析結果より均質化処理条件を決定し、４１０℃で２４時間とした。
(3) Homogenizing heat treatment As the as-cast material contains a compound (β phase) that dissolves at a relatively low melting point, it was subjected to a homogeneous heat treatment. The homogenization treatment conditions were determined from the DSC analysis results, and the temperature was set at 410 ° C. for 24 hours.
［引張試験結果］
図１に、各合金の各押出温度における圧縮耐力／引張耐力の値を示す。
押出温度の低下に伴い、圧縮耐力／引張耐力の値が１に近づいており、即ち圧縮耐力が向上していることが分かる。
[Tensile test results]
FIG. 1 shows the values of compression strength / tensile strength at each extrusion temperature of each alloy.
It can be seen that the compression strength / tensile strength value approaches 1 as the extrusion temperature decreases, that is, the compression strength is improved.
［ＥＢＳＰ（Electron Back Scatter Diffraction Pattern）解析結果］
観察試料を研磨した後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）室内に試料を入れ、高感度ＳＳ−ＣＣＤカメラにより菊池パターンを取り込んだ。画像収集システムにより方位マッピング（シュミット因子）のデータを収集した。図２にＥＢＳＰ解析結果を示す。
押出温度３００℃の方が４００℃よりも結晶粒が小さく、結晶粒はランダムな方向を向いていることが分かる。
[EBSP (Electron Back Scatter Diffraction Pattern) analysis results]
After the observation sample was polished, the sample was placed in a SEM (scanning electron microscope) chamber, and the Kikuchi pattern was captured by a high-sensitivity SS-CCD camera. Orientation mapping (Schmidt factor) data was collected by an image acquisition system. FIG. 2 shows the EBSP analysis results.
It can be seen that the extrusion temperature of 300 ° C. has smaller crystal grains than the 400 ° C., and the crystal grains are oriented in random directions.
図３にシュミット因子の解析結果を示す。
シュミット因子の平均値は、押出温度３００℃のとき０．２２、押出温度４００℃のときに０．１５であった。また、シュミット因子の０から０．２までの割合は、押出温度３００℃のとき５０％、押出温度４００℃のとき７１％であった。
以上のことから、押出温度３００℃の方がランダムな結晶配向をしていると判断できる。
FIG. 3 shows the analysis results of the Schmid factor.
The average value of the Schmid factor was 0.22 at an extrusion temperature of 300 ° C. and 0.15 at an extrusion temperature of 400 ° C. Further, the ratio of Schmid factor from 0 to 0.2 was 50% when the extrusion temperature was 300 ° C. and 71% when the extrusion temperature was 400 ° C.
From the above, it can be determined that the extrusion temperature of 300 ° C. has a random crystal orientation.
Claims (13)
結晶粒の（０００１）面がランダムに配向しており、上記結晶粒の結晶方位の傾きを示すシュミット因子の平均値が０．２以上で、且つシュミット因子の値が０〜０．２である上記結晶粒の存在割合が５５％以下であることを特徴とするマグネシウム合金押出材。 In magnesium alloy extruded material formed by extruding magnesium alloy,
The (0001) plane of the crystal grains is randomly oriented, the average value of the Schmitt factor indicating the inclination of the crystal orientation of the crystal grains is 0.2 or more, and the value of the Schmitt factor is 0 to 0.2. The magnesium alloy extruded material, wherein the crystal grain content is 55% or less.
上記マグネシウム合金を１５０〜４００℃で押出加工し、上記結晶粒の結晶方位を制御することを特徴とするマグネシウム合金押出材の製造方法。 In producing the magnesium alloy extruded material according to any one of claims 1 to 8,
A method for producing a magnesium alloy extruded material, comprising extruding the magnesium alloy at 150 to 400 ° C. to control the crystal orientation of the crystal grains.
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