JP2016089228A - マグネシウム基合金伸展材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献8では、0.35原子%以下のZrを含有する二元Mg合金が記載されているが、用途が医療用生分解性マグネシウム材であり、本願発明の対象とする構造用材料とは用途が全く異なり、その物理的・機械的な性状も記載がない。
更に好ましくは、Zrは0.13mass%以上、1.5mass%以下であるとよく、更なる好適範囲は0.15mass%以上、1mass%以下であるとよい。また、母材の平均結晶粒径は、7μm以下であるとよく、更なる好適範囲は5μm以下であるとよい。結晶粒サイズは、微細であるほど良いため、実質的に結晶粒サイズの下限値は物理的に存在しうる値で足り、結晶粒サイズが1nmというような極端な場合でもよい。
本発明の第3は、発明1又は2のMg基合金伸展材であって、伸展材の室温引張または圧縮試験において、粒界すべりの発現の指標となるひずみ速度感受性指数(m値)が0.1以上を示す室温延性に優れたMg基合金伸展材を提供する。
本発明の第4は、発明1ないし3のいずれかのMg基合金伸展材の金属組織中のMg母相及び結晶粒界に、直径500nm以下のMg‐Zr金属間化合物が1.95μm以下の間隔で分散している室温延性に優れたMg基合金伸展材を提供する。
(1)優れた室温延性を示すことから、二次加工性に富み、板形状をはじめとする複雑形状への成形が容易である。
(2)大きなひずみを付与しても破断が起こらないことから、自動車などをはじめとする衝撃吸収材や構造材に適応できる。
(3)粒界すべりが発現することから、内部摩擦特性に優れ、振動やノイズを課題とする部位に適応できる。
(4)希土類元素を用いていないため、従来の希土類添加Mg合金と比較して素材の価格を低減できる。
ここで、
はひずみ速度、Aは定数、σは流動応力である。m値が大きいほど、粒界すべりの発現が大きく、変形への寄与が大きい。一般的なMg合金の室温塑性変形条件では、転位運動が全変形を担うため、m値が0.05以下である。そのため、発明の効果をえる、すなわち粒界すべりが変形に寄与するためには、m値が0.1以上であることが好ましい。
比較例1では、実施例1と2のMg‐0.75mass%Zr合金押出材とMg‐0.40mass%Zr合金押出材を用い、それぞれ300℃、24時間、マッフル炉内にて熱処理を行うことにより、平均結晶粒サイズが10μmより大きな試料を作成し、これらを比較例とした。熱処理した各Mg‐Zr合金の微細組織観察を行った。図5にMg‐0.75mass%Zr合金の典型的な微細組織例を示す。黒色線で囲まれた領域が一つの結晶粒であり(図中、典型例を斜線で囲みGと表記)、切片法から算出した平均結晶粒サイズは17.1μmであった。これらの合金を用い、実施例と同じ試験片形状・試験条件にて引張試験を行った。図3(b)に比較例の公称応力‐公称ひずみ曲線を示し、得られた結果を表3にまとめている。実施例と比べて、比較例では、破断伸び、m値が共に減少していることが分かる。同一成分組成であっても、平均結晶粒サイズが10μmより大きいことで室温における高延性化が阻害されている。
比較例2では、0.07〜2mass%のMnを含有し、室温延性に優れたMg合金を特願2014‐138560明細書で開示したものである。具体的には、市販の純Mn(99.9%)と市販の純Mg(99.96%)を、鉄製るつぼを用いて、Ar雰囲気にて完全に溶解し、溶解温度800℃にて120分間以上保持した後、鉄製鋳型に鋳込み、Mg?Mn母合金(Mn=4.8mass%)を作製した。その後、Mn目標含有量が、0.1mass%、0.25mass%、0.7mass%、1.35mass%となるようにMg‐Mn母合金とMgを調整し、鉄製るつぼを用いて4種類のMg‐Mn合金鋳造材を溶製した。なお、溶解温度は700℃、溶解保持時間を5分とし、直径90mm、高さ200mmの鉄製鋳型を用いて鋳造した。鋳造材を500℃、2時間にて溶体化処理した後、Mnやその他の元素組成濃度をICP発光分光分析法により分析評価した。組成分析の結果を表4に示す。
σbk 破断時応力
BK 応力が20%以上低下した公称ひずみの値
FS 公称ひずみ0.1の時の公称応力の値、別称:流動応力
m ひずみ速度感受性指数
ED 押出加工に対して平行方向
TD 押出加工に対して垂直方向
G 結晶粒
Claims (6)
- Mg基合金伸展材であって、0.11mass%以上、2mass%以下のZrを含み、残部がMgと不可避的成分からなり、前記伸展材の平均結晶粒径が10μm以下であることを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材。
- 請求項1に記載のMg基合金伸展材であって、前記伸展材の室温引張試験によって得られた応力‐ひずみ曲線図において、最大負荷応力(σmax)と破断時応力(σbk)の関係、(σmax―σbk)/σmaxが0.3以上であることを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材。
- 請求項1又は2に記載のMg基合金伸展材であって、前記伸展材の室温引張又は圧縮試験において、粒界すべりの発現の指標となるひずみ速度感受性指数(m値)が0.1以上であることを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載のMg基合金伸展材であって、前記Mg基合金伸展材の金属組織中のMg母相及び結晶粒界に、直径500nm以下のMg−Zr金属間化合物が1.95μm以下の間隔で分散していることを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載のMg基合金伸展材を製造する方法であって、溶解、鋳造の工程を経たMg基合金鋳造材を400℃以上、650℃以下の温度で溶体化処理した後、塑性ひずみ付与として、100℃以上、550℃以下の温度で断面減少率70%以上の熱間塑性加工を施すことを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材の製造方法。
- 請求項5に記載のMg基合金伸展材の製造方法において、熱間塑性加工法が、押出加工、鍛造加工、圧延加工、引抜加工のうちのいずれかの加工法であることを特徴とする室温延性に優れたMg基合金伸展材の製造方法。
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