JP2023073751A - Method for producing heat-resistant magnesium alloy and heat-resistant magnesium alloy - Google Patents

Method for producing heat-resistant magnesium alloy and heat-resistant magnesium alloy Download PDF

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才寛 峯田
Toshihiro Mineta
裕之 佐藤
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Abstract

To provide a method for producing a heat-resistant magnesium alloy having excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements.SOLUTION: A method for producing a heat-resistant magnesium alloy includes the steps of: solution-treating a magnesium alloy extrusion material that comprises aluminum of 1-7 mass% and zinc of 0.5-6 mass% with the balance being substantially magnesium; compressing the solution-treated magnesium alloy extrusion material in parallel with an extrusion direction at a compressibility of 0.1-5%; and annealing the compressed magnesium alloy extrusion material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り ウェブサイトの掲載日 令和3年8月31日 ウェブサイトのURL https://confit.atlas.jp/guide/event/jim2021autumn/proceedings/list 開催日 令和3年9月16日 集会名、開催場所 公益財団法人日本金属学会2021年秋期講演(第169回)大会(オンライン開催(N会場))Applied for the application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Date of publication of the website August 31, 2021 URL of the website https://confit. atlas. jp/guide/event/jim2021autumn/proceedings/list Date September 16, 2021 Meeting name, venue The Japan Institute of Metals and Materials 2021 Autumn Lecture (169th) Convention (held online (N venue))

本発明は、耐熱性マグネシウム合金の製造方法及び耐熱性マグネシウム合金に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a heat-resistant magnesium alloy and a heat-resistant magnesium alloy.

マグネシウム合金は、実用に供される構造用金属材料中最軽量であり、自動車や航空機などの輸送機器を軽量化するための材料として種々の検討がなされている。しかしながら、アルミニウム合金に代表される他の軽量金属材料に比べて耐熱性が劣る。 Magnesium alloys are the lightest structural metal materials in practical use, and various studies have been made as materials for reducing the weight of transportation equipment such as automobiles and aircraft. However, it is inferior in heat resistance to other lightweight metal materials represented by aluminum alloys.

そこで、希土類元素(レアアース)を添加することで、マグネシウム合金の耐熱性を向上させる方法が知られている。具体的には、マグネシウム合金として、例えばアルミニウム(Al)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、マンガン(Mn)、ベリリウム(Be)、及び場合により亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ネオジム(Nd)、プラセオジム(Pr)をそれぞれ所定量含み、残余がマグネシウム及び不可避的な不純物であるマグネシウム系合金が知られている(例えば、特許文献1)。 Therefore, a method is known for improving the heat resistance of magnesium alloys by adding rare earth elements (rare earths). Specifically, magnesium alloys such as aluminum (Al), lanthanum (La), cerium (Ce), manganese (Mn), beryllium (Be), and optionally zinc (Zn), tin (Sn), neodymium ( Nd) and praseodymium (Pr) in predetermined amounts, with the balance being magnesium and inevitable impurities (for example, Patent Document 1).

特表2018-521213号公報Japanese Patent Publication No. 2018-521213

しかしながら、希土類元素やミッシュメタルは高価であり、なおかつ日本での自給が困難であることから、国際情勢や経済状態の変化により安定して供給されなくなる虞がある。 However, rare earth elements and misch metals are expensive and it is difficult for Japan to self-suffice, so there is a risk that they will not be stably supplied due to changes in the international situation and economic conditions.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有する、耐熱性マグネシウム合金の製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有する、耐熱性マグネシウム合金を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for producing a heat-resistant magnesium alloy having excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements. Another object of the present invention is to provide a heat-resistant magnesium alloy that has excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements.

本発明の一側面は、アルミニウムを1~7質量%、亜鉛を0.5~6質量%含み、残部が実質的にマグネシウムであるマグネシウム合金押出材を溶体化処理する工程、溶体化処理されたマグネシウム合金押出材を、押出方向と平行に圧縮率0.1~5%で圧縮する工程、及び圧縮されたマグネシウム合金押出材を焼鈍する工程、を備える、耐熱性マグネシウム合金の製造方法を提供する。このような製造方法によれば、マグネシウム合金の内部組織を制御することで、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有するマグネシウム合金を得ることができる。これは、上記製造方法により、マグネシウム合金の内部組織に非常に安定した双晶界面を導入できるためであると推察される。 One aspect of the present invention is the step of solution treating a magnesium alloy extruded material containing 1 to 7% by mass of aluminum, 0.5 to 6% by mass of zinc, and the balance being substantially magnesium, the solution treated Provided is a method for producing a heat-resistant magnesium alloy, comprising a step of compressing a magnesium alloy extruded material parallel to the extrusion direction at a compression rate of 0.1 to 5%, and a step of annealing the compressed magnesium alloy extruded material. . According to such a production method, by controlling the internal structure of the magnesium alloy, it is possible to obtain a magnesium alloy having excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements. This is presumed to be due to the fact that very stable twin interfaces can be introduced into the internal structure of the magnesium alloy by the above production method.

一態様において、圧縮する工程におけるひずみ速度が1.0×10-4~1.0s-1であってよい。 In one aspect, the strain rate in the compressing step may be from 1.0×10 −4 to 1.0 s −1 .

一態様において、焼鈍する工程が、マグネシウム合金押出材を300~500℃で30分間以上加熱した後、急冷する工程であってよい。 In one aspect, the step of annealing may be a step of heating the magnesium alloy extruded material at 300 to 500° C. for 30 minutes or longer and then rapidly cooling it.

本発明の他の側面は、結晶粒径が5μm以上であり、双晶体積率が5~50%であり、アルミニウムを1~7質量%、亜鉛を0.5~6質量%含み、残部が実質的にマグネシウムである、耐熱性マグネシウム合金を提供する。このようなマグネシウム合金は、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有することができる。 Another aspect of the present invention has a grain size of 5 μm or more, a twin crystal volume fraction of 5 to 50%, aluminum of 1 to 7% by mass, zinc of 0.5 to 6% by mass, and the balance being Provided is a heat-resistant magnesium alloy that is substantially magnesium. Such a magnesium alloy can have excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements.

本発明によれば、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有する、耐熱性マグネシウム合金の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有する、耐熱性マグネシウム合金を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the heat-resistant magnesium alloy which has excellent heat resistance without using rare elements, such as a rare-earth element, can be provided. Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a heat-resistant magnesium alloy that has excellent heat resistance without using rare elements such as rare earth elements.

図1は、マグネシウム合金中の双晶領域を可視化した図である。FIG. 1 is a diagram visualizing twin regions in a magnesium alloy. 図2は、マグネシウム合金のクリープ試験結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of a creep test on magnesium alloys. 図3は、マグネシウム合金のクリープ試験結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of a creep test of magnesium alloys.

以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本開示は以下の実施形態に限定されない。 Preferred embodiments of the present disclosure are described in detail below. However, the present disclosure is not limited to the following embodiments.

<耐熱性マグネシウム合金の製造方法>
耐熱性マグネシウム合金の製造方法は、マグネシウム合金押出材を溶体化処理する工程(溶体化処理工程)、溶体化処理されたマグネシウム合金押出材を、押出方向と平行に圧縮する工程(圧縮工程)、及び圧縮されたマグネシウム合金押出材を焼鈍する工程(焼鈍工程)、を備える。当該製造方法は、集合組織を有するマグネシウム合金から熱処理で加工組織を取り除き、結晶方位を考慮した予加工により双晶を導入し、再度の熱処理により双晶を安定化させるプロセスを有するということができる。
<Method for producing heat-resistant magnesium alloy>
A method for producing a heat-resistant magnesium alloy includes a step of solution treating a magnesium alloy extruded material (solution treatment step), a step of compressing the solution treated magnesium alloy extruded material in parallel with the extrusion direction (compression step), and a step of annealing the compressed magnesium alloy extruded material (annealing step). The production method can be said to have a process of removing the worked structure from a magnesium alloy having a texture by heat treatment, introducing twin crystals by pre-processing considering the crystal orientation, and stabilizing the twin crystals by heat treatment again. .

(溶体化処理工程)
マグネシウム合金押出材を、既知の任意の方法により準備する。以下に、マグネシウム合金押出材の製造方法の一例を示す。
(Solution treatment process)
A magnesium alloy extrusion is prepared by any known method. An example of a method for producing a magnesium alloy extruded material is shown below.

例えば、高周波誘導炉等を用いて原料金属を溶解(溶融)し、所定の成分を含む溶湯を得る。これを鋳造することにより、所望の組成のビレットを得る。 For example, a high-frequency induction furnace or the like is used to melt (melt) the raw metal to obtain a molten metal containing predetermined components. By casting this, a billet with a desired composition is obtained.

得られたビレットを200~450℃、好ましくは250~400℃に加熱し、押出加工を行うことで押出材を得る。加熱温度が200℃以上であることで、押出中の破壊を抑制し易く、一方で450℃以下であることで、結晶方位が集合組織化し易い。 The resulting billet is heated to 200 to 450° C., preferably 250 to 400° C., and extruded to obtain an extruded material. When the heating temperature is 200° C. or higher, breakage during extrusion can be easily suppressed, while when the heating temperature is 450° C. or lower, the crystal orientation tends to form a texture.

押出加工時の押出比は5~100、好ましくは5~50とすることができる。押出比は、押出加工後の棒材の断面積に対する、ビレット材の断面積(ビレット材の断面積/棒材の断面積)である。押出比が5以上であることで、結晶方位が集合組織化し易く、一方で100以下であることで、結晶粒径が微細化しすぎず、かつ押出中の破壊を抑制し易い。 The extrusion ratio during extrusion can be 5-100, preferably 5-50. The extrusion ratio is the cross-sectional area of the billet relative to the cross-sectional area of the extruded bar (cross-sectional area of billet/cross-sectional area of bar). When the extrusion ratio is 5 or more, the crystal orientation tends to be textured, and when it is 100 or less, the crystal grain size is not made too fine and breakage during extrusion is easily suppressed.

なお、上記では押出材について説明しているが、集合組織を有するように形成された材であれば、本実施形態の製造方法により耐熱性マグネシウム合金を得ることができると推察される。集合組織を有するように形成された材としては、押出材の他に圧延材が挙げられる。 Although the extruded material is described above, it is presumed that the heat-resistant magnesium alloy can be obtained by the manufacturing method of the present embodiment as long as the material is formed to have a texture. Materials formed to have a texture include extruded materials as well as rolled materials.

マグネシウム合金押出材は、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)を含み、かつマグネシウム(Mg)を実質的に残部として含む。残部は、マグネシウム及び不可避的不純物元素であってもよい。マグネシウム合金押出材は、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)を含み、かつマグネシウム(Mg)を実質的に残部として含むマグネシウム合金成分を含むと言うことができる。マグネシウム合金押出材は、マグネシウム合金成分を単相で含むことが好ましく、マグネシウム合金成分からなることが好ましい。マグネシウム合金中の各元素の量は、誘導結合プラズマ(ICP)質量分析法により測定することができる。 The magnesium alloy extruded material contains aluminum (Al), zinc (Zn), and substantially the balance of magnesium (Mg). The balance may be magnesium and unavoidable impurity elements. The magnesium alloy extruded material can be said to contain magnesium alloy components containing aluminum (Al), zinc (Zn), and substantially the balance being magnesium (Mg). The magnesium alloy extruded material preferably contains the magnesium alloy component in a single phase, and preferably consists of the magnesium alloy component. The amount of each element in the magnesium alloy can be measured by inductively coupled plasma (ICP) mass spectrometry.

アルミニウムの含有量は1~7質量%であるが、好ましくは1.5~6質量%、より好ましくは2~5質量%、さらに好ましくは2~4質量%である。アルミニウムの含有量が1質量%以上であることで、純マグネシウムに比べて強度を向上することができ、一方で7質量%以下であることで、金属間化合物の析出を抑制することができる。 The content of aluminum is 1 to 7% by mass, preferably 1.5 to 6% by mass, more preferably 2 to 5% by mass, still more preferably 2 to 4% by mass. When the aluminum content is 1% by mass or more, the strength can be improved compared to pure magnesium, while when it is 7% by mass or less, precipitation of intermetallic compounds can be suppressed.

亜鉛の含有量は0.5~6質量%であるが、好ましくは0.7~4質量%、より好ましくは0.9~2質量%、さらに好ましくは1~1.5質量%である。亜鉛の含有量が0.5質量%以上であることで、純マグネシウムに比べて強度を向上することができ、一方で6質量%以下であることで、金属間化合物の析出を抑制することができる。 The content of zinc is 0.5 to 6% by mass, preferably 0.7 to 4% by mass, more preferably 0.9 to 2% by mass, still more preferably 1 to 1.5% by mass. When the zinc content is 0.5% by mass or more, the strength can be improved compared to pure magnesium, while when it is 6% by mass or less, precipitation of intermetallic compounds can be suppressed. can.

マグネシウムの含有量は、アルミニウム及び亜鉛の含有量により調整されるが、90~97質量%、好ましくは93~97質量%である。マグネシウムの含有量が90質量%以上であることで、金属間化合物の析出を抑制しマグネシウム固溶体相として安定し易く、一方で97質量%以下であることで、強度を向上し易い。 The content of magnesium is adjusted by the content of aluminum and zinc, and is 90 to 97% by mass, preferably 93 to 97% by mass. When the content of magnesium is 90% by mass or more, precipitation of intermetallic compounds is suppressed and the magnesium solid solution phase is easily stabilized.

マグネシウム合金は、所望の結晶組織の導入が阻害されない範囲で、上記以外の他の成分を含んでいてよい。他の成分は不可避不純物であってもよい。他の成分としては、鉄、マンガン、錫、鉛、ニッケル、ケイ素、銅、希土類元素(ミッシュメタル)等が挙げられる。本実施形態の製造方法によれば、希土類元素等の希少な元素を用いずとも優れた耐熱性を有するマグネシウム合金を得ることができるが、このことは、マグネシウム合金がそのような希少な元素を含むことを排除しない。他の成分の含有量は、0.01質量%未満とすることができる。 The magnesium alloy may contain components other than the above as long as the introduction of the desired crystal structure is not hindered. Other components may be unavoidable impurities. Other components include iron, manganese, tin, lead, nickel, silicon, copper, rare earth elements (misch metals), and the like. According to the production method of the present embodiment, a magnesium alloy having excellent heat resistance can be obtained without using rare elements such as rare earth elements. do not exclude inclusion. The content of other components can be less than 0.01% by mass.

上記では、Mg-Al-Zn合金(例えばAZ31系合金)について説明しているが、純マグネシウム由来の六方晶単相のマグネシウム合金であれば、本実施形態の製造方法により耐熱性マグネシウム合金を得ることができる。 In the above description, a Mg-Al-Zn alloy (for example, an AZ31-based alloy) is described, but if it is a hexagonal single-phase magnesium alloy derived from pure magnesium, a heat-resistant magnesium alloy is obtained by the manufacturing method of the present embodiment. be able to.

上記のとおり準備をしたマグネシウム合金押出材に溶体化処理をする。溶体化処理は、合金を均一固溶体の範囲の温度まで加熱して十分な時間保持し,急冷して固溶体の状態を室温までもってくる処理である。 The magnesium alloy extruded material prepared as described above is subjected to solution treatment. Solution treatment is a process in which an alloy is heated to a temperature in the range of a homogeneous solid solution, held for a sufficient time, and rapidly cooled to bring it to a state of solid solution down to room temperature.

溶体化処理では、マグネシウム合金押出材を好ましくは300~500℃、より好ましくは400~500℃で加熱する。加熱温度が300℃以上であることで、短い保持時間でも均一な固溶体相が得易く、一方で500℃以下であることで、溶融や発火を抑制し易い。また、上記加熱温度での保持時間(加熱時間)は好ましくは1時間以上である。加熱時間が1時間以上であることで、十分に均一な固溶体相が得易い。加熱後の急冷時における冷却速度は特に制限されないが、例えば100℃/秒以上、好ましくは150℃/秒以上とすることができる。溶体化処理工程の雰囲気は、マグネシウム合金の酸化を抑制するという観点から不活性ガス雰囲気とすることができ、具体的にはアルゴンガス(Ar)雰囲気、窒素ガス(N)雰囲気等が挙げられる。 In the solution treatment, the magnesium alloy extruded material is preferably heated at 300-500°C, more preferably at 400-500°C. When the heating temperature is 300° C. or higher, a uniform solid solution phase can be easily obtained even with a short holding time, while when it is 500° C. or lower, melting and ignition can be easily suppressed. The holding time (heating time) at the above heating temperature is preferably 1 hour or longer. When the heating time is 1 hour or longer, it is easy to obtain a sufficiently uniform solid solution phase. The cooling rate during quenching after heating is not particularly limited, but can be, for example, 100° C./second or more, preferably 150° C./second or more. The atmosphere of the solution treatment step can be an inert gas atmosphere from the viewpoint of suppressing oxidation of the magnesium alloy, and specific examples include an argon gas (Ar) atmosphere, a nitrogen gas (N 2 ) atmosphere, and the like. .

(圧縮工程)
圧縮工程は、マグネシウム合金の内部に双晶界面と呼ばれる整合界面を形成して、双晶組織を導入するための工程である。本工程では、溶体化処理されたマグネシウム合金押出材を押出方向と平行に圧縮する。押出方向と平行に圧縮するとは、例えば略円柱状の押出材であれば円柱の高さ方向(底面同士が対向する方向)に圧縮することを言う。圧縮工程は室温(25~30℃)かつ大気雰囲気で行われる。
(Compression process)
The compression process is a process for forming a coherent interface called a twin crystal interface inside the magnesium alloy and introducing a twin crystal structure. In this step, the solution-treated magnesium alloy extruded material is compressed parallel to the extrusion direction. Compressing in parallel with the extruding direction means compressing in the height direction of the cylinder (the direction in which the bottom surfaces face each other) in the case of a substantially cylindrical extruded material, for example. The compression process is carried out at room temperature (25-30° C.) and in an air atmosphere.

マグネシウム合金押出材は、押出方向と平行に圧縮率0.1~5.0%で、好ましくは1.0~5.0%で、より好ましくは2.0~4.0%で圧縮される。圧縮率が0.1%以上であることで、十分に双晶を導入することができ、一方で5%以下であることで、双晶の肥大化による双晶界面の消失を抑制することができる。圧縮率とは、押出材の圧縮方向における圧縮前の押出材の長さに対する圧縮長さの割合であり、以下の式で表される。
圧縮率(%)=(圧縮長さ/圧縮前の押出材の長さ)×100
The magnesium alloy extruded material is compressed parallel to the extrusion direction at a compression ratio of 0.1 to 5.0%, preferably 1.0 to 5.0%, more preferably 2.0 to 4.0%. . When the compressibility is 0.1% or more, it is possible to sufficiently introduce twin crystals. can. The compressibility is the ratio of the compressed length to the length of the extruded material before compression in the compression direction of the extruded material, and is expressed by the following formula.
Compression rate (%) = (compressed length / length of extruded material before compression) x 100

ひずみ速度は、好ましくは1.0×10-4~1.0s-1、より好ましくは1.0×10-3~1.0s-1とすることができる。ひずみ速度が1.0×10-4-1以上であることで、双晶を効率的に導入し易く、一方で1.0s-1以下であることで、圧縮量を制御し易い。 The strain rate can be preferably 1.0×10 −4 to 1.0 s −1 , more preferably 1.0×10 −3 to 1.0 s −1 . When the strain rate is 1.0×10 −4 s −1 or more, it is easy to efficiently introduce twin crystals, and when it is 1.0 s −1 or less, it is easy to control the amount of compression.

(焼鈍工程)
焼鈍工程は、マグネシウム合金内の金属組織における転位等の圧縮変形に起因する格子欠陥を減少させ、回復を促進して組織の均質化を行うことで、導入した双晶を安定化させる工程である。
(annealing process)
The annealing process is a process for stabilizing the introduced twins by reducing lattice defects caused by compressive deformation such as dislocations in the metal structure in the magnesium alloy, promoting recovery and homogenizing the structure. .

本工程では、圧縮工程を経たマグネシウム合金押出材を好ましくは300~500℃、より好ましくは400~500℃で加熱する。加熱温度が300℃以上であることで、加工組織を十分に回復し易く、一方で500℃以下であることで、溶融や発火を抑制し易い。また、上記加熱温度での保持時間(加熱時間)は好ましくは30分間以上、より好ましくは1時間以上である。加熱時間が30分間以上であることで、加工組織を十分に回復し易い。加熱後は急冷することが好ましく、その冷却速度は特に制限されないが、例えば100℃/秒以上、好ましくは150℃/秒以上とすることができる。焼鈍工程の雰囲気は、マグネシウム合金の酸化を抑制するという観点から不活性ガス雰囲気とすることができ、具体的にはアルゴンガス(Ar)雰囲気、窒素ガス(N)雰囲気等が挙げられる。 In this step, the magnesium alloy extruded material that has undergone the compression step is preferably heated at 300 to 500°C, more preferably at 400 to 500°C. When the heating temperature is 300° C. or higher, it is easy to sufficiently recover the processed structure, while when it is 500° C. or lower, it is easy to suppress melting and ignition. The holding time (heating time) at the above heating temperature is preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer. When the heating time is 30 minutes or longer, it is easy to sufficiently recover the processed structure. Rapid cooling is preferred after heating, and the cooling rate is not particularly limited, but can be, for example, 100° C./second or more, preferably 150° C./second or more. The atmosphere in the annealing step can be an inert gas atmosphere from the viewpoint of suppressing oxidation of the magnesium alloy, and specific examples include an argon gas (Ar) atmosphere, a nitrogen gas (N 2 ) atmosphere, and the like.

<耐熱性マグネシウム合金>
耐熱性マグネシウム合金は、その結晶粒径が5μm以上であり、その双晶体積率が5~50%であり、かつアルミニウムを1~7質量%、亜鉛を0.5~6質量%含み、残部として実質的にマグネシウムを含む。このような耐熱性マグネシウム合金は、上記の製造方法により得ることができる。
<Heat-resistant magnesium alloy>
The heat-resistant magnesium alloy has a crystal grain size of 5 μm or more, a twin crystal volume ratio of 5 to 50%, and contains 1 to 7% by mass of aluminum, 0.5 to 6% by mass of zinc, and the balance substantially contains magnesium as Such a heat-resistant magnesium alloy can be obtained by the manufacturing method described above.

(結晶粒径)
結晶粒径は5μm以上であるが、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上である。結晶粒径が5μm以上であることで結晶粒内に双晶を導入することができる。また、結晶粒径の上限は特に制限されないが、合金元素の存在による結晶粒成長抑制の観点から、1000μm以下とすることができ、500μm以下、250μm以下、100μm以下、又は50μm以下であってもよい。結晶粒径は、押出や圧延といった集合組織形成のための加工、熱処理温度及び熱処理時間の調整などにより制御することができる。結晶粒径は、電子後方散乱回折(Electron Back Scatter Diffraction:EBSD)法により得られる逆極点図マップやエッチングを施した試料の顕微鏡観察像を用いた切片法により測定される。
(Crystal grain size)
The grain size is 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more. When the crystal grain size is 5 μm or more, twin crystals can be introduced into the crystal grains. In addition, the upper limit of the grain size is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing grain growth due to the presence of alloying elements, it can be 1000 μm or less. good. The grain size can be controlled by processing for texture formation such as extrusion or rolling, adjustment of heat treatment temperature and heat treatment time, and the like. The crystal grain size is measured by a section method using an inverse pole figure map obtained by an electron back scatter diffraction (EBSD) method or a microscope observation image of an etched sample.

(双晶体積率)
双晶体積率は5~50%であるが、好ましくは8~50%、より好ましくは10~40%、さらに好ましくは15~40%である。双晶体積率が5%以上であることで耐熱性を十分に向上することができ、一方で50%以下であることで、双晶の肥大化による双晶界面の消失を抑制することができる。双晶体積率は、焼鈍前の圧縮工程における圧縮量などにより調整することができる。双晶体積率は、EBSD法により得られる逆極点図マップを用いた画像解析から算出される。
(Twin volume fraction)
The twin volume ratio is 5 to 50%, preferably 8 to 50%, more preferably 10 to 40%, still more preferably 15 to 40%. When the twin crystal volume ratio is 5% or more, the heat resistance can be sufficiently improved. . The twin crystal volume fraction can be adjusted by the amount of compression in the compression step before annealing. The twin crystal volume fraction is calculated from image analysis using an inverse pole figure map obtained by the EBSD method.

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail by the following examples, but the invention is not limited to these examples.

<マグネシウム合金の作製>
(マグネシウム合金押出材の準備)
マグネシウム合金押出材として、AZ31合金押出丸棒(AZ31B(V14001)、89mmΦ×1625mm、株式会社ソルテック製)を準備した。これは、アルミニウムを3質量%、亜鉛を1質量%含み、残部として実質的にマグネシウムを含むビレットを加熱し、押出加工を行うことで得られた円柱状の材である。
加工条件:加熱温度350℃、押出比13.4(330mmφ→89mmφ)
<Production of magnesium alloy>
(Preparation of magnesium alloy extruded material)
As a magnesium alloy extruded material, an AZ31 alloy extruded round bar (AZ31B (V14001), 89 mmΦ×1625 mm, manufactured by Soltec Co., Ltd.) was prepared. This is a columnar material obtained by heating and extruding a billet containing 3% by mass of aluminum, 1% by mass of zinc, and the balance being substantially magnesium.
Processing conditions: heating temperature 350°C, extrusion ratio 13.4 (330mmφ → 89mmφ)

(溶体化処理工程)
上記のとおり準備をしたマグネシウム合金押出材を、アルゴンガス(Ar)雰囲気にて400℃で1時間熱処理した。熱処理にはマッフル炉(アズワン株式会社製、HPM-0G)を用いた。その後、氷水に入れて急冷した(冷却速度は概ね200℃/秒)。なお、溶体化処理工程を終えたマグネシウム合金押出材を、対照サンプル(ST)とした。対照サンプルはいわゆる従来のAZ31合金と言える。
(Solution treatment process)
The magnesium alloy extruded material prepared as described above was heat-treated at 400° C. for 1 hour in an argon gas (Ar) atmosphere. A muffle furnace (HPM-0G manufactured by AS ONE Corporation) was used for the heat treatment. After that, it was quenched by putting it in ice water (cooling rate is approximately 200° C./sec). A control sample (ST) was a magnesium alloy extruded material that had undergone the solution treatment process. The control sample can be referred to as the so-called conventional AZ31 alloy.

(圧縮工程)
溶体化処理されたマグネシウム合金押出材を、圧縮装置(Instron社製、Instron5584)を用いて、押出方向と平行に所定の圧縮率(1.0%、1.6%、2.1%、2.6%又は3.6%)にて圧縮した。ひずみ速度は1.0×10-3-1とし、室温(25~30℃)かつ大気雰囲気にて本工程を実施した。なお、圧縮率X%にて圧縮したマグネシウム合金をPCAXと表記する。
(Compression process)
The solution-treated magnesium alloy extruded material is subjected to a predetermined compression rate (1.0%, 1.6%, 2.1%, 2 .6% or 3.6%). The strain rate was set to 1.0×10 −3 s −1 , and this step was performed at room temperature (25 to 30° C.) in an air atmosphere. A magnesium alloy compressed at a compression rate of X% is denoted as PCAX.

(焼鈍工程)
圧縮されたマグネシウム合金押出材を、アルゴンガス(Ar)雰囲気にて400℃で1時間熱処理した。熱処理にはマッフル炉(アズワン株式会社製、HPM-0G)を用いた。その後、氷水に入れて急冷した(冷却速度は概ね200℃/秒)。これにより、マグネシウム合金を得た。
(annealing process)
The compressed magnesium alloy extruded material was heat-treated at 400° C. for 1 hour in an argon gas (Ar) atmosphere. A muffle furnace (HPM-0G manufactured by AS ONE Corporation) was used for the heat treatment. After that, it was quenched by putting it in ice water (cooling rate is approximately 200° C./sec). A magnesium alloy was thus obtained.

<耐熱性マグネシウム合金の評価>
(EBSD用評価サンプルの準備)
得られたマグネシウム合金の底面に対し、エメリー紙(#2000)での研磨、バフ研磨、電解研磨を順に施すことで、EBSD用の評価サンプルを準備した。
<Evaluation of heat-resistant magnesium alloy>
(Preparation of evaluation sample for EBSD)
An evaluation sample for EBSD was prepared by sequentially subjecting the bottom surface of the obtained magnesium alloy to polishing with emery paper (#2000), buffing, and electrolytic polishing.

(組織観察)
得られたマグネシウム合金に導入された双晶組織をEBSD法にて観察した。観察には、EBSDカメラ(TSL製、MSC-2200)が装着された電界放出型走査電子顕微鏡(日本電子社製、JSM-7000F)を用いた。EBSDデータの解析には、TSL OIM Analysis 7を用いた。具体的には、EBSD法により得られる逆極点図マップに対し、六方晶マグネシウム相の

Figure 2023073751000002


Figure 2023073751000003

を回転軸として約86°回転している界面を双晶界面と定義することにより、双晶領域を可視化した。図1は、マグネシウム合金中の双晶領域を可視化した図である。同図には、(a)ST、(b)PCA1.6、及び(c)PCA2.6の例が示されており、(b)PCA1.6、及び(c)PCA2.6には双晶が導入されていることが分かる。なお、図1の(a)にも含まれる黒い領域は、研磨時等の表面不良に起因する、データが得られなかった領域である。 (Organization observation)
The twin structure introduced into the obtained magnesium alloy was observed by the EBSD method. For observation, a field emission scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., JSM-7000F) equipped with an EBSD camera (manufactured by TSL, MSC-2200) was used. TSL OIM Analysis 7 was used for analysis of EBSD data. Specifically, for the inverse pole figure map obtained by the EBSD method, the hexagonal magnesium phase
Figure 2023073751000002

but
Figure 2023073751000003

The twin region was visualized by defining the interface rotated about 86° about the axis of rotation as the twin interface. FIG. 1 is a diagram visualizing twin regions in a magnesium alloy. The figure shows examples of (a) ST, (b) PCA1.6, and (c) PCA2.6. is found to have been introduced. The black area also included in FIG. 1(a) is an area for which no data was obtained due to surface defects during polishing or the like.

(結晶粒径測定)
結晶粒径は、EBSD法により得られる逆極点図マップを用いた切片法により測定した。EBSD解析時のステップサイズは0.5μmとした。結果を表1に示す。
(Crystal grain size measurement)
The grain size was measured by the intercept method using an inverse pole figure map obtained by the EBSD method. The step size during EBSD analysis was set to 0.5 μm. Table 1 shows the results.

(双晶体積率算出)
組織観察に用いた図から、得られたマグネシウム合金の双晶体積率を算出した。算出ソフトにはImageJ 1.53を用いた。結果を表1に示す。
(Calculation of twin crystal volume ratio)
The twin crystal volume fraction of the obtained magnesium alloy was calculated from the diagram used for structure observation. ImageJ 1.53 was used as calculation software. Table 1 shows the results.

Figure 2023073751000004
Figure 2023073751000004

(クリープ試験)
得られたマグネシウム合金から、切削加工にてクリープ試験用の円柱型引張試験片を作製した。マグネシウム合金としては、ST、PCA1.0、PCA2.1及びPCA3.6を用いた。試験片のゲージ長さは20mm、ゲージ部直径は4mmとした。
クリープ試験は、管状電気炉を備えるクリープ試験装置により行った。電気炉内に試験片を設置し、電気炉内の温度を200℃まで昇温させて1.5時間保持し、温度を十分に安定させた。
その後、試験片に荷重(50MPa)を負荷してクリープ試験を開始した。荷重は、ロードセルにより測定した荷重と試験片断面積から所定の応力になるように調整した。
その後、試験片が破断するまで試験を行った。試験結果を表2、図2及び図3に示す。図2及び図3は、マグネシウム合金のクリープ試験結果を示す図である。
(creep test)
A cylindrical tensile test piece for a creep test was produced from the obtained magnesium alloy by cutting. As magnesium alloys, ST, PCA1.0, PCA2.1 and PCA3.6 were used. The gauge length of the test piece was 20 mm, and the diameter of the gauge portion was 4 mm.
Creep tests were performed with a creep test apparatus equipped with a tubular electric furnace. A test piece was placed in an electric furnace, and the temperature in the electric furnace was raised to 200° C. and held for 1.5 hours to sufficiently stabilize the temperature.
After that, a load (50 MPa) was applied to the test piece to start the creep test. The load was adjusted to a predetermined stress from the load measured by the load cell and the cross-sectional area of the test piece.
After that, the test was performed until the test piece broke. The test results are shown in Table 2, Figures 2 and 3. 2 and 3 are diagrams showing the results of creep tests of magnesium alloys.

Figure 2023073751000005
Figure 2023073751000005

本実施例により得られるマグネシウム合金では、従来のAZ31合金に比してクリープ寿命が延び、クリープ速度が低下した。 The magnesium alloy obtained according to this example had a longer creep life and a lower creep rate than the conventional AZ31 alloy.

本発明の耐熱性マグネシウム合金は、軽量性と耐熱性の両立が求められる産業分野での需要が見込まれる。具体的には、本発明の耐熱性マグネシウム合金は、自動車や航空機といった輸送機器の分野において好適に利用することができる。 The heat-resistant magnesium alloy of the present invention is expected to find demand in industrial fields where both lightness and heat resistance are required. Specifically, the heat-resistant magnesium alloy of the present invention can be suitably used in the field of transportation equipment such as automobiles and aircraft.

Claims (4)

アルミニウムを1~7質量%、亜鉛を0.5~6質量%含み、残部が実質的にマグネシウムであるマグネシウム合金押出材を溶体化処理する工程、
溶体化処理された前記マグネシウム合金押出材を、押出方向と平行に圧縮率0.1~5%で圧縮する工程、及び
圧縮された前記マグネシウム合金押出材を焼鈍する工程、
を備える、耐熱性マグネシウム合金の製造方法。
A step of solution treating a magnesium alloy extruded material containing 1 to 7% by mass of aluminum, 0.5 to 6% by mass of zinc, and the balance being substantially magnesium;
compressing the solution-treated magnesium alloy extruded material parallel to the extrusion direction at a compression rate of 0.1 to 5%; and annealing the compressed magnesium alloy extruded material;
A method for producing a heat-resistant magnesium alloy, comprising:
前記圧縮する工程におけるひずみ速度が1.0×10-4~1.0s-1である、請求項1に記載の製造方法。 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the strain rate in said compressing step is 1.0×10 −4 to 1.0 s −1 . 前記焼鈍する工程が、前記マグネシウム合金押出材を300~500℃で30分間以上加熱した後、急冷する工程である、請求項1又は2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the step of annealing is a step of heating the magnesium alloy extruded material at 300 to 500°C for 30 minutes or more and then rapidly cooling it. 結晶粒径が5μm以上であり、
双晶体積率が5~50%であり、
アルミニウムを1~7質量%、亜鉛を0.5~6質量%含み、残部が実質的にマグネシウムである、耐熱性マグネシウム合金。
The crystal grain size is 5 μm or more,
The twin crystal volume fraction is 5 to 50%,
A heat-resistant magnesium alloy containing 1 to 7% by mass of aluminum, 0.5 to 6% by mass of zinc, and the balance being substantially magnesium.
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