JP2022540542A - マグネシウム合金およびその製造方法 - Google Patents

マグネシウム合金およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2022540542A
JP2022540542A JP2021567860A JP2021567860A JP2022540542A JP 2022540542 A JP2022540542 A JP 2022540542A JP 2021567860 A JP2021567860 A JP 2021567860A JP 2021567860 A JP2021567860 A JP 2021567860A JP 2022540542 A JP2022540542 A JP 2022540542A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnesium alloy
magnesium
heat treatment
aluminum
strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021567860A
Other languages
English (en)
Inventor
ネイガー、ステファン
シムソン、クレメンス
フランク、シモン
グロッサルバー、アレクサンダー
ベッツ、アンドレアス
Original Assignee
エーカーエル ライヒトメタルコンピテンツェントラム ランソフェン ゲーエムベーハー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エーカーエル ライヒトメタルコンピテンツェントラム ランソフェン ゲーエムベーハー filed Critical エーカーエル ライヒトメタルコンピテンツェントラム ランソフェン ゲーエムベーハー
Publication of JP2022540542A publication Critical patent/JP2022540542A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C22C23/02—Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C24/00—Alloys based on an alkali or an alkaline earth metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

本発明は、マグネシウム合金に関する。高強度および高変形性を兼ね備えたマグネシウム合金を得るために、本発明によれば、１５．０％～７０．０％のリチウム、０．０％超のアルミニウム、および残余であるマグネシウムと製造に関連する不純物を含み（ａｔ％）、アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６であるマグネシウム合金が提供される。本発明は、マグネシウム合金の製造方法にも関する。

Description

本発明は、マグネシウム合金に関する。
本発明はまた、マグネシウム合金の製造方法に関する。
特に、マグネシウム合金は、密度が低く、機械的特性が優れているため、特に自動車産業および航空機産業の分野で頻繁に使用されている構造用合金または構造用材料を構成する。マグネシウム合金は、リチウム（Ｌｉ）を添加することで延性を向上させることができることが知られており、ここで、リチウム量の増加に伴い、マグネシウム合金の内部には、六方晶結晶系から体心立方晶結晶系への変化が発生することが一般的に知られている。リチウム量の増加に伴って延性が著しく向上することを、滑り面の数の増加と関連することで解釈できる。しかし、この方法に付随して、マグネシウム合金の強度および耐食性が低下してしまうため、これらの欠点を軽減し、通常は少なくとも適度な強度と耐食性を実現するために、例えばアルミニウムまたは亜鉛などの他の合金元素を添加することが多い。
このことは本発明によって対処される。本発明の目的は、高強度、特に高圧縮強度および優れた変形性を有するマグネシウム合金を特定することである。
このようなマグネシウム合金を製造する方法を特定することも本発明の目的である。
本発明によれば、その目的は、１５．０％～７０．０％のリチウムと、０．０％を超えるアルミニウムと、残余であるマグネシウムおよび製造に関連する不純物とを含む（ａｔ％）、具体的には上記成分から作られるマグネシウム合金によって達成され、ここで、アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６である。
本発明の基礎は、特定の前述のアルミニウムとマグネシウムとの比率の範囲で、対応する量のリチウム（Ｌｉ）だけでなく、必須量のアルミニウム（Ａｌ）を有するマグネシウム合金の前述の合金組成では、マグネシウム合金にマイクロスケールの微細構造または微細な、具体的には微細な層状微細構造が形成されるという知見にある。この特性の理論的根拠は、前述のアルミニウムとマグネシウムとの比率で起こるマグネシウム合金の共晶変態と考えられている。この微細な微細構造は、高強度、具体的には高圧縮強度を伴い、マグネシウム合金の優れた変形性が、対応する前述のマグネシウム合金中のリチウムの量で同時に確保されている。この場合、相図の配向組成または配向線は、具体的にはアルミニウムとマグネシウムとの比率（原子％、ａｔ％と略す）が約３：６であり、この比率では特に均質な微細構造または均質な微細層状微細構造または形態が見られるからである。この比率を含む範囲、特にはアルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６の場合、微細な、具体的には微細な層状微細構造または形態が様々な程度で見られ、従って、これは通常、マグネシウム合金の強度、具体的には圧縮強度、変形性または延性の様々な大きさと関連している。このような記載されている組成範囲で特殊な形態的特性により、高強度（具体的には圧縮強度）および優れた変形性を兼ね備えたマグネシウム合金を形成することが可能となる。
有利なことに、マグネシウム合金は、３０．０％～６０．０％、具体的には４０％～５０％のリチウムを含んでいる（ａｔ％）ことが規定されている。その結果、顕著な強度と、特に顕著な変形性を実現することができる。これは具体的には、微細な構造を持った形態と、上記のリチウム範囲で体心立方晶結晶系に変化したこととの組み合わせによるものと思われる。マグネシウム合金が４５％～５０％、具体的には４５％～４８％のリチウムを含んでいる（ａｔ％）と、高強度と高変形性が特に強く現れる。
通常、マグネシウム合金は、０．０５％超、具体的には０．１％超、通常１％超のアルミニウムを含んでいる（ａｔ％）。
マグネシウム合金をマグネシウムベースの合金として具現化すれば、使い勝手の良い構造用合金が実現できる。実際に一般的に使用されている表記法によると、マグネシウムベースの合金は、その合金量を重量パーセント（ｗｔ％）で表したときに、マグネシウムを主成分とするか、または最大の合金量を含むマグネシウム合金のことを示す。特に説明されたリチウムの量、具体的には上記のリチウムの量と組み合わせることで、非常に高い強度特性と顕著な変形性とを持つ実現可能な構造用合金を得ることができる。
アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１．２：６～４：６、具体的には１．４：６～４：６、好ましくは１．５：６～４：６であると、高精細な微細構造、具体的には層状微細構造が得られることが示されている。アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１．８：６～３．５：６、具体的には２：６～３．５：６、好ましくは２．５：６～３．５：６であると、顕著な細さまたは微細な、具体的には層状微細構造を得るには有益である。これにより、特に高強度、具体的には高圧縮強度を得ることができる。特にアルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が２．８：６～３．３：６、好ましくは約３：６の場合、非常に均質な微細形態または微細構造が得られる。この目的のためには、マグネシウム合金が（ａｔ％）３０．０％～６０．０％のリチウムを含み、アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が２．５：６～３．５：６、具体的には２．８：６～３．３：６、好ましくは約３：６であると、特に有利である。また、マグネシウム合金に４０．０％～６０．０％のリチウムが含まれている（ａｔ％）と、特に顕著な均質性が得られる。
述べられているアルミニウムとマグネシウムとの比率は、合金の製造、特に鋳造処理を使用する場合に典型的に見られるような対応した不確実性を伴い、従って、完全に正確な値として解釈することはできなく、むしろ、合金製造の分野、特に鋳造処理を使用する分野で、当業者が対応するマグネシウム合金を製造するために便宜的に適用するような、実際に有用な従来の丸め方をしていることが理解されるべきである。
マグネシウム合金は、０．０超３．０ｗｔ％以下、具体的には０．０超２．０ｗｔ％以下、好ましくは０．０超１．５ｗｔ％以下のカルシウム（Ｃａ）を含むと効果的であることが証明されている。このようにして、マグネシウム合金の耐食性を向上させることができる。一般的には、カルシウムの含有量範囲、特に上述の範囲の下限は、０．０５ｗｔ％より大きい。特に、マグネシウム合金の表面に安定した酸化層が形成されることで、一般的に有利にマグネシウム合金の酸化傾向の低減を実現することができる。さらに、前述の量のカルシウムにより、マグネシウム合金の結晶粒微細化効果を利用または達成して、微細な微細構造の高安定性を実現し、マグネシウム合金の強度をさらに向上させることができる。マグネシウム合金に０．５～１．０ｗｔ％のカルシウムが含まれていると、高耐酸化性に加えて、強度の向上または強度特性の安定化を図ることができる。マグネシウム合金にカルシウムが含まれている場合、上記の効果は特にＣａＯの形成に基づくものである。従って、具体的には、カルシウムが合金量としてマグネシウム合金に添加されているか、またはＣａＯの形で少なくとも部分的に、特に優勢に、好ましくは完全にマグネシウム合金に含まれていることを提供することができる。こうして、マグネシウム合金中のカルシウムまたはＣａＯの均一な分布を促進することができる。従って、マグネシウム合金が、カルシウムについて上記の量のＣａＯを含んでいると、特に有利である。
マグネシウム合金が０．０～３．０ｗｔ％、好ましくは１．０ｗｔ％～２．０ｗｔ％超の希土類金属、特にイットリウム（Ｙ）を含んでいると、酸化傾向の低減に有利である。一般的に、希土類金属、特にイットリウムの含有量範囲、特に上記の範囲の下限は、０．０５ｗｔ％超である。本明細書では特に、マグネシウム合金の中で発生するＹ２Ｏ３の生成が関連している。従って、具体的には、イットリウムが合金量としてマグネシウム合金に添加されているか、またはＹ２Ｏ３の形で少なくとも部分的に、特に優勢に、好ましくは完全にマグネシウム合金に含まれていることを提供することができる。従って、マグネシウム合金が、イットリウムについて上述した量のＹ２Ｏ３を含んでいると有利である。
特に、カルシウム、特にＣａＯの形で、希土類金属、特にイットリウム、好ましくはＹ２Ｏ３の形で、それぞれ前述の含有量範囲でマグネシウム合金に含まれていれば、特に酸化傾向を抑えることができ、特にカルシウムは０．０ｗｔ％超、特に０．０５ｗｔ％～１．５ｗｔ％超、イットリウムは１．０ｗｔ％～２．０ｗｔ％が有効であることが実証されている。
マグネシウム合金がカルシウムと希土類金属、特にイットリウムを含む場合、カルシウムと希土類金属、特にイットリウムの総量が０．０超、特に０．０５ｗｔ％超３．０ｗｔ％以下、好ましくは１．０ｗｔ％超２．５ｗｔ％以下であると、特に顕著な耐食性を得ることができる。
マグネシウム合金の圧縮強度（特に室温）は、少なくとも３００ＭＰａ、具体的には少なくとも３５０ＭＰａ、好ましくは少なくとも３８０ＭＰａ、特に好ましくは少なくとも４００ＭＰａであると有利である。これは、マグネシウム合金の微細構造の結果として、特に鋳造によるマグネシウム合金の製造のために、本発明に従って提供される合金組成物によって達成することができる。好ましくは、前述の値は、マグネシウム合金の最大圧縮強度、具体的には、圧縮降伏点または圧縮降伏強度に適用される。有利には、マグネシウム合金の圧縮強度または最大圧縮強度、或いは圧縮降伏点または圧縮降伏強度は、少なくとも４１０ＭＰａ、具体的には少なくとも４３０ＭＰａとすることができる。これは、一般的には、特に以下に説明するような熱処理によって実現可能である。
マグネシウム合金が優れた経年変化を有することが示されており、マグネシウム合金の強度、特に圧縮強度、及び／又は変形性は、マグネシウム合金の熱処理によってさらに最適化されるか、または好ましくは増大される。従って、有利には、マグネシウム合金の、特に室温での、時効後状態での比圧縮強度、特に最大比圧縮強度が、少なくとも３００Ｎｍ／ｇ、具体的には少なくとも３３０Ｎｍ／ｇ、好ましくは少なくとも３５０Ｎｍ／ｇであることが提供される。これにより、時効後状態とは、マグネシウム合金の熱処理完成後のマグネシウム合金の状態を示す。これに有利な熱処理の境界条件は、特にマグネシウム合金の製造方法の一部として、以下にさらに説明されており、それに従って適用することができる。
マグネシウム合金の上記材料特性、主に圧縮強度または比圧縮強度の値は、特に室温（通常は２０℃より高く２５℃より低く、通常は約２０℃）を基準にしている。
マグネシウム合金が１８．０～２４．０ｗｔ％、具体的には１８．０～２２ｗｔ％のリチウムと、１５．０～３０．０ｗｔ％、具体的には１６．５ｗｔ％～２８．０ｗｔ％のアルミニウムを含む場合、特に高強度、具体的には圧縮強度と有利に高変形性が得られることが示されている。本明細書で、カルシウムの添加量により、マグネシウム合金の硬度、特に実施される熱処理の一部としての硬度を最適化し、または目標とする方法で設定することができることも示されている。この目的のためには、マグネシウム合金が０．０ｗｔ％超、具体的には０．０５ｗｔ％～２．５ｗｔ％超、具体的には０．１ｗｔ％～２．０ｗｔ％、好ましくは０．３ｗｔ％～１．５ｗｔ％のカルシウムを含むと有利である。このように、このリチウムおよびアルミニウムの含有量範囲で、特にカルシウムを用いて耐食性または酸化傾向に影響または改善を与えるだけでなく、マグネシウム合金の硬度にも影響を与える。これは特に、マグネシウム合金が１８．０～２２ｗｔ％のリチウムと、１６．５～２８．０ｗｔ％のアルミニウムと、具体的には０．１～２．０ｗｔ％、具体的には０．３～１．５ｗｔ％のカルシウムとを含んでいる場合に顕著になる。熱処理の間、硬度は一般的に熱処理の持続時間が長くなるにつれて増加するので、マグネシウム合金の硬度を熱処理の持続時間の関数として設定することができる。２００℃より高く４５０℃より低い温度での熱処理の持続時間が１時間超、具体的には３時間超であれば、高硬度を得るには有益である。具体的には、マグネシウム合金が２０ｗｔ％のリチウムと、１５．０ｗｔ％～３０．０ｗｔ％、具体的には１６．５ｗｔ％～２８．０ｗｔ％、特に好ましくは１８．０ｗｔ％～２６．０ｗｔ％のアルミニウムを含んでいれば、管理が容易で加工しやすい組成物またはマグネシウム合金が得られる。これは、上記のようにマグネシウム合金にカルシウムも含まれている場合に特に当てはまる。
マグネシウム合金の機械的特性は、他の合金元素を添加することで、特定の用途に合わせて最適化することができる。マグネシウム合金の強度、特に圧縮強度を微調整するためには、マグネシウム合金が３．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％の亜鉛を含むことが有益である。マグネシウム合金が７．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％の亜鉛を含んでいれば、特に変形性を制限することなく、圧縮強度の最適化を図ることができる。亜鉛に代えて、或いは亜鉛と同時に、マグネシウム合金が２．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％、好ましくは３．０ｗｔ％～７．０ｗｔ％のシリコンを含んでいると、有益である。
本発明によるマグネシウム合金を製造する方法は、通常、マグネシウム合金の出発材料を混合し、液体または半液体相の段階から進んで、冷却する。本発明によるマグネシウム合金、またはマグネシウム合金を有する、またはマグネシウム合金から作られるフィードストック、半製品、または素子は、典型的な鋳造処理、例えば、金型鋳造処理、ダイ鋳造処理、連続鋳造処理、または永久金型鋳造処理を用いて容易に製造することができる。本発明によるマグネシウム合金の製造が、強度、特に圧縮強度、または変形性に関して、マグネシウム合金の微細構造または形態を最適化するための熱処理を含む場合、特に有利であることが判明している。
本発明の他の目的は、本発明によるマグネシウム合金を製造する方法であって、マグネシウム合金の強度、特に圧縮強度、及び／又は変形性を最適化または向上させるために、マグネシウム合金の熱処理を行うことによって達成される。マグネシウム合金の熱処理によって、マグネシウム合金の強度、特に圧縮強度、および変形性をさらに最適化または増加させて、その結果特に目標とする方法で設定できるように、好ましくはマグネシウム合金の意図する用途に合わせて調整するようにできることが示されている。
本発明による方法は、本発明によるマグネシウム合金の範囲内で、特に上述のように記載された特徴、利点、実施、および効果に対応して、または類推して具現化することができることを理解すべきである。また、特に後述するように、本発明に係る記載された方法、およびその個々の処理段階または製造段階に関する本発明によるマグネシウム合金についても同様である。
熱処理は、２００℃超、具体的には２００℃より高く４５０℃より低い温度で、２０分超、具体的には１時間超で行うと、強度、具体的には圧縮強度の顕著な向上に有益である。２５０℃より高く４００℃より低く、好ましくは２７０℃より高く３５０℃より低い温度での熱処理が、強度、具体的には圧縮強度の顕著な向上に特に適していることが分かっている。本明細書で、熱処理は１時間（ｈ）より長く、好ましくは１時間より長く１０時間より短く、特に好ましくは１時間より長く６時間より短く行うと、効率的に強度を設定することができて有利である。３００℃より高く３５０℃より低く、好ましくは３２０℃より高く３４０℃より低い温度で、２時間～５時間の熱処理を行うことで、マグネシウム合金の変形性を最適化しつつ、強度を持続的に向上させることに特に有効であることが判明されている。原理的には、熱処理の持続時間を長くすることはまた一般的であり得ることは理解されるべきである。しかし、機械的特性を時間的に効率よく最適化するためには、上記の熱処理持続時間が特に有効であることが示されている。
本発明によるマグネシウム合金を有する、特にそれから作られるフィードストック、半製品、または素子は、本発明によるマグネシウム合金を製造するための本発明による方法を用いて得られるように実現されるのが利点である。本発明によるマグネシウム合金、または本発明による方法を用いて製造されたマグネシウム合金の説明、特徴、および効果によれば、マグネシウム合金で形成されたフィードストック、半製品、または素子は、有利に高い強度、特に圧縮強度、および優れた変形性も有する。
以下に説明される例示的な実施形態から、追加の特徴、利点および効果が分かる。図面において参照される。
本発明に係るマグネシウム合金の組成範囲が示されているＭｇ－Ｌｉ－Ａｌの模式的な相図説明図である。 本発明に係るマグネシウム合金からの複数のマグネシウム合金試験片の降伏応力図である。 本発明に係るマグネシウム合金からのマグネシウム合金試験片の異なる倍率の走査型電子顕微鏡画像である。 本発明に係るマグネシウム合金からのマグネシウム合金試験片の異なる倍率の走査型電子顕微鏡画像である。 本発明に係るマグネシウム合金からのマグネシウム合金試験片の熱処理完成後の降伏応力図である。 本発明に係るさらなるマグネシウム合金からのマグネシウム合金試験片の熱処理完成後の降伏応力図である。 本発明に係るマグネシウム合金からのマグネシウム合金試験片の硬度図である。
図１は、典型的な三元系の相図設計によるマグネシウム－リチウム－アルミニウム（Ｍｇ－Ｌｉ－Ａｌ）の模式的な相図説明図（ａｔ％）であり、本発明によるマグネシウム合金の組成範囲または合金量の含有量範囲が示されている。相図図例では、アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が約３：６のＭｇ－Ｌｉ－Ａｌ合金の配向組成が点線Ａで描かれているが、これは、本発明の根拠となる知見によれば、アルミニウムとマグネシウムのこの比率でのリチウムの含有量範囲が１５．０ａｔ％～７０．０ａｔ％の範囲で、特に均質で微細な、特に微細な層状の微細構造または形態が見られるからである。アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６で示されるこの比率を包含する範囲では、さらに、この微細なスケールまたは微細な構造化された微細構造が様々な程度で見られ、この範囲でのマグネシウム合金の有利に高い強度、特に圧縮強度、および優れた変形性を説明している。図１では、リチウムの組成範囲（ａｔ％）が１５．０％～７０．０％、アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６の範囲を、実線で描かれた四角形（参照番号１で示される）で分かりやすく示している。特に、リチウムが３０．０％～６０．０％（ａｔ％）、アルミニウムとマグネシウムとの比率が１：６～４：６の組成範囲（ａｔ％）で、顕著な強度と特に顕著な変形性が見られる。この組成範囲は、図１に点線で描かれた四角形で示されており、参照番号２で示されている。
本発明によるマグネシウム合金を開発する過程で、マグネシウム合金の異なる合金組成、特に本発明で定義された対応する合金組成を用いて一連の試験が行われた。以下に、前述の組成範囲を代表するものとして、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－１５％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）およびＭｇ－２０％Ｌｉ－２４％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）から作製したマグネシウム合金試験片の特性を示す。マグネシウム合金試験片は、永久金型鋳造によって製造され、特に、直径５ｍｍおよび長さ１０ｍｍの円筒形のマグネシウム合金試験片が製造された。マグネシウム合金試験片は、室温（約２０℃）で圧縮試験を行い、その結果、変形度（％）の関数として、降伏応力（ＭＰａ）を表す降伏曲線を算出した。
図２は、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－１５％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）で作られたマグネシウム合金試験片を用いて、室温で圧縮試験を行った結果の降伏曲線を含む降伏応力図である。マグネシウム合金試験片の製造直後（鋳造時）のマグネシウム合金試験片の降伏曲線を、図２に実線で示すように、参照番号３で示して説明する。さらに、マグネシウム合金試験片の熱処理完成（時効後）後のマグネシウム合金試験片の降伏曲線を図２に点線で示すように、参照番号４で示して説明する。この目的のために、マグネシウム合金試験片に３３０℃で３時間の熱処理を行い、次いで圧縮試験によって降伏曲線を算出した。マグネシウム合金試験片の圧縮強度および変形性に及ぼす熱処理の影響は明らかであり、その結果、特に最終的な意図する用途に合わせて、熱処理を用いて圧縮強度と変形性を最適に設定する可能性がある。
図３および図４は、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－１５％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）から作製したマグネシウム合金試験片の走査型電子顕微鏡画像を、異なる倍率で示したものである。一方で、Ａｌ－Ｃａと同定された軽い粒界相（白っぽい灰色）があり、他方で、粒界相に囲まれた領域、特にその領域の中央部、或いは混晶相の内部に顕著な微細な結晶構造または形態が見られ、特に図４に明らかに示されている。また、特に粒界相付近の微細構造が著しく異なっていることも確認できる。
図５は、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－１５％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）で作られたマグネシウム合金試験片を用いて室温で圧縮試験を行い、異なる熱処理温度で熱処理完成後のマグネシウム合金試験片を調べた結果の降伏曲線を示した降伏応力図である。２７０℃で４時間熱処理したときのマグネシウム合金試験片の降伏曲線を図５に点線で示し、参照番号５で示し、３３０℃で４時間熱処理したときのマグネシウム合金試験片の降伏曲線を図５に実線で示し、参照番号６で示した。熱処理温度がマグネシウム合金試験片の機械的特性に顕著な影響を与えていることは明らかであり、熱処理温度が３３０℃の場合、それよりも低い熱処理温度２７０℃の場合と比較して、圧縮強度が顕著に向上し、同時にマグネシウム合金試験片の優れた変形性も得られる。
図６は、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－２４％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）で作られたマグネシウム合金試験片を用いて室温で圧縮試験を行い、異なる熱処理温度で熱処理完成後のマグネシウム合金試験片を調べた結果の降伏曲線を示した降伏応力図である。２７０℃で４時間の熱処理を行ったマグネシウム合金試験片の降伏曲線を図６に点線で示し、参照番号７で示し、３３０℃で４時間の熱処理を行ったマグネシウム合金試験片の降伏曲線を図６に実線で示し、参照番号８で示して説明した。本明細書では、図５に示した結果と同様に、熱処理温度がマグネシウム合金試験片の機械的特性に顕著な影響を与えることが再び判明した。熱処理温度が３３０℃の場合、より低い熱処理温度である２７０℃と比較して、圧縮強度が向上し、同時にマグネシウム合金試験片の優れた変形性も得られる。
図７は、Ｍｇ－２０％Ｌｉ－１５％Ａｌ－１％Ｃａ－０．５％Ｙ（ｗｔ％）で作られたマグネシウム合金試験片を用いて、室温（約２０℃）でビッカース硬度試験を行った結果を示す硬度図で、マグネシウム合金試験片は、熱処理の持続時間を変えて熱処理完成後に検査されている。熱処理温度として、３３０°Ｃが使われた。硬度図では、複数回の測定によるビッカース硬度（ＨＶ ０．１）の平均値を、マグネシウム合金試験片の０分間（ｍｉｎ）～３００分間の異なる熱処理の持続時間ｔの関数としてそれぞれ示している。明らかに、熱処理の持続時間に応じて硬度が連続的に上昇し、特に６０分間より長い熱処理の持続時間で高硬度が得られる。図３および図４に示している画像については、これらの特徴は、混晶相の内側の領域にカルシウムが拡散したことによって説明できる可能性がある。
このように、本発明によるマグネシウム合金は、高強度と優れた変形性の両方を有利に示し、これらの両方は、特に熱処理によって最適化されるか、または好ましくは増加させることができる。具体的には、マグネシウム合金の硬度を最適化し、または決められた方法で設定することも可能である。本発明によるマグネシウム合金、或いは本発明によるマグネシウム合金を有する、或いは本発明によるマグネシウム合金から製造される素子は、従って、好ましくは目的に適うように、特に自動車産業、航空機産業、及び／又は宇宙産業において、堅牢で弾力性のある部品、特に構造部品を実現する可能性を提供する。
［他の考えられる項目］
［項目１］
１５．０％～７０．０％のリチウムと、
０．０％を超えるアルミニウムと、
残余であるマグネシウムおよび製造に関連する不純物と
を含み（ａｔ％）、
アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１：６～４：６である
マグネシウム合金。
［項目２］
上記マグネシウム合金は、３０．０％～６０．０％、具体的には４０％～５０％のリチウムを含む（ａｔ％）、項目１に記載のマグネシウム合金。
［項目３］
アルミニウムとマグネシウムとの上記比率は、２：６から３．５：６（ａｔ％）である、項目１または２に記載のマグネシウム合金。
［項目４］
上記マグネシウム合金は、０．０～３．０ｗｔ％を超えるカルシウムを含む、項目１から３のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
［項目５］
上記マグネシウム合金は、０．０～３．０ｗｔ％を超える希土類金属、具体的にはイットリウムを含む、項目１から４のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
［項目６］
前記マグネシウム合金は、カルシウムおよび希土類金属、具体的にはイットリウムを含み、前記カルシウムおよび希土類金属、具体的にはイットリウムの総量は、０．０～３．０ｗｔ％を超える、項目１から５のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
［項目７］
上記マグネシウム合金の圧縮強度は、少なくとも３００ＭＰａであり、具体的には少なくとも３５０ＭＰａである、項目１から６のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
［項目８］
時効後状態での上記マグネシウム合金の比圧縮強度は、少なくとも３００Ｎｍ／ｇである、項目１から７のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
［項目９］
マグネシウム合金の強度及び／又は変形性を最適化するため、前記マグネシウム合金に対して熱処理を行う、項目１から８のいずれか一項に記載のマグネシウム合金の製造方法。
［項目１０］
前記熱処理を２００℃より高い、具体的には２００℃より高く４００℃より低い温度で、２０分より長く、具体的には１時間より長く行う、項目９に記載の方法。
［項目１１］
項目１から８のいずれか一項に記載のマグネシウム合金を含む、または項目９または１０に記載の方法で得られる、フィードストック、半製品または素子。

Claims (7)

  1. １５．０％～７０．０％のリチウムと、
    ０．０％を超えるアルミニウムと、
    必要に応じて、０．０～３．０ｗｔ％を超えるカルシウムと、
    必要に応じて、０．０～３．０ｗｔ％を超える希土類金属、特にイットリウムと、
    必要に応じて、３．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％の亜鉛と、
    必要に応じて、２．０ｗｔ％～１０．０ｗｔ％のシリコンと、
    残余であるマグネシウムおよび製造に関連する不純物と
    を含み（ａｔ％）、
    アルミニウムとマグネシウムとの比率（ａｔ％）が１．２：６～４：６である
    マグネシウム合金。
  2. 前記マグネシウム合金は、３０．０％～６０．０％、具体的には４０％～５０％のリチウムを含む（ａｔ％）、請求項１に記載のマグネシウム合金。
  3. アルミニウムとマグネシウムとの前記比率は、２：６から３．５：６（ａｔ％）である、請求項１または２に記載のマグネシウム合金。
  4. 前記マグネシウム合金は、カルシウムおよび希土類金属、具体的にはイットリウムを含み、前記カルシウムおよび希土類金属、具体的にはイットリウムの総量は、０．０～３．０ｗｔ％を超える、請求項１から３のいずれか一項に記載のマグネシウム合金。
  5. マグネシウム合金の強度及び／又は変形性を最適化するため、前記マグネシウム合金に対して熱処理を行う、請求項１から４のいずれか一項に記載のマグネシウム合金の製造方法。
  6. 前記熱処理を２００℃より高い、具体的には２００℃より高く４００℃より低い温度で、２０分より長く、具体的には１時間より長く行う、請求項５に記載の方法。
  7. 請求項１から４のいずれか一項に記載のマグネシウム合金を含む、または請求項５または６に記載の方法で得られる、フィードストック、半製品または素子。
JP2021567860A 2019-07-08 2020-03-25 マグネシウム合金およびその製造方法 Pending JP2022540542A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19184999.1A EP3763845B1 (de) 2019-07-08 2019-07-08 Magnesiumlegierung und verfahren zur herstellung derselben
EP19184999.1 2019-07-08
PCT/EP2020/058280 WO2021004662A1 (de) 2019-07-08 2020-03-25 Magnesiumlegierung und verfahren zur herstellung derselben

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022540542A true JP2022540542A (ja) 2022-09-16

Family

ID=67211617

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021567860A Pending JP2022540542A (ja) 2019-07-08 2020-03-25 マグネシウム合金およびその製造方法
JP2021568980A Pending JP2022540544A (ja) 2019-07-08 2020-07-07 微細スケールの共晶組織、具体的にはナノ共晶組織を有する合金、およびそのような合金の製造

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021568980A Pending JP2022540544A (ja) 2019-07-08 2020-07-07 微細スケールの共晶組織、具体的にはナノ共晶組織を有する合金、およびそのような合金の製造

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20220259705A1 (ja)
EP (2) EP3763845B1 (ja)
JP (2) JP2022540542A (ja)
KR (2) KR20220030244A (ja)
CN (2) CN114026260B (ja)
CA (2) CA3137604A1 (ja)
WO (2) WO2021004662A1 (ja)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB683813A (en) * 1949-09-29 1952-12-03 Magnesium Elektron Ltd Improvements in or relating to magnesium base alloys
DE1255928B (de) * 1966-01-13 1967-12-07 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Erzielung eines langanhaltenden Veredelungseffektes in Aluminium-Silicium-Legierungen
CN104060137A (zh) * 2014-06-29 2014-09-24 应丽红 一种耐磨硅铝合金
WO2016121722A1 (ja) * 2015-01-27 2016-08-04 株式会社三徳 マグネシウム－リチウム合金、圧延材及び成型品
JP6768637B2 (ja) * 2015-03-25 2020-10-14 株式会社Ｓｕｂａｒｕ マグネシウム−リチウム合金、マグネシウム−リチウム合金からなる圧延材及びマグネシウム−リチウム合金を素材として含む被加工品
MY173412A (en) * 2015-11-10 2020-01-22 Nissan Motor Negative electrode active material for electric device and electric device using the same
WO2018021360A1 (ja) * 2016-07-26 2018-02-01 株式会社三徳 マグネシウム－リチウム合金及びマグネシウム空気電池
CN106148786B (zh) * 2016-08-22 2018-12-18 上海交通大学 高强度铸造镁锂合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220030244A (ko) 2022-03-10
US20220259705A1 (en) 2022-08-18
CN114096690A (zh) 2022-02-25
CA3137604A1 (en) 2021-01-14
US20220267881A1 (en) 2022-08-25
KR20220030243A (ko) 2022-03-10
WO2021004662A1 (de) 2021-01-14
CN114026260A (zh) 2022-02-08
CA3138658A1 (en) 2021-01-14
JP2022540544A (ja) 2022-09-16
EP3763845A1 (de) 2021-01-13
CN114026260B (zh) 2023-06-20
WO2021005062A1 (de) 2021-01-14
EP3763845B1 (de) 2021-08-18
EP3997251A1 (de) 2022-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4189687B2 (ja) マグネシウム合金材
JP2017122279A (ja) チタン−アルミニウム基合金から成る部材の製造方法及び部材
US10851442B2 (en) Magnesium-lithium alloy, rolled stock made of magnesium-lithium alloy, and processed product including magnesium-lithium alloy as material
JP6119937B1 (ja) 陽極酸化皮膜を有する外観品質に優れたアルミニウム合金押出材及びその製造方法
KR101950578B1 (ko) Al 첨가 고엔트로피 합금의 가공성 향상 방법
JP6794264B2 (ja) マグネシウム−リチウム合金、圧延材及び成型品
WO2015156040A1 (ja) 円筒型スパッタリングターゲット用素材の製造方法
JP2008138249A (ja) マグネシウム合金材およびその製造方法
US10900108B2 (en) Method for manufacturing bent article using aluminum alloy
JP2021123798A (ja) 高強度アルミニウム合金押出材の製造方法
JP2009046760A (ja) 熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法
WO2019049979A1 (ja) 機械部品及び機械部品の製造方法
JP2019151930A (ja) マグネシウム合金時効処理材とその製造方法
JP4828206B2 (ja) 高強度マグネシウム合金押出し材
JP2017150015A (ja) スパッタリングターゲット、およびスパッタリングターゲットの製造方法
JP2022540542A (ja) マグネシウム合金およびその製造方法
JP2016138317A (ja) 耐衝撃性に優れる高強度アルミニウム合金押出材及びその製造方法
CN109477169B (zh) 铝合金塑性加工材料及其制造方法
JP6673121B2 (ja) α＋β型チタン合金棒およびその製造方法
JP2019143206A (ja) マグネシウム合金及びマグネシウム合金の製造方法
JP2010248610A (ja) 高強度マグネシウム合金
KR20140118304A (ko) Ａｌ-Ｍｇ-Ｓｉ계 합금의 전위밀도 저감 방법 및 이를 이용한 Ａｌ-Ｍｇ-Ｓｉ계 합금 제조 방법
JP5348624B2 (ja) マグネシウム合金ねじ
RU2692539C1 (ru) Способ получения объемных заготовок высокомарганцевой стали с рекристаллизованной мелкозернистой структурой
JP2011225972A (ja) マグネシウム合金