JP2807400B2 - 高力マグネシウム基合金材およびその製造方法 - Google Patents

高力マグネシウム基合金材およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械的特性に優れた高
強度のマグネシウム基合金材およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネシウム基合金は、Mg−A
l系、Mg−Al−Zn系、Mg−Th−Zr系、Mg
−Th−Zn−Zr系、Mg−Zn−Zr系、Mg−Z
n−Zr−RE(希土類元素)系等の成分系の合金が知
られており、その材料特性に応じて軽量構造部材として
広範囲の用途に供されている。又、急冷凝固法によって
得られる材料としては特開平3−47941号公報記載
の合金が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各種系のマグネシウム基合金は、一般に硬度および
強度が低いのが現状であり、又、特開平3−47941
号公報に示される合金は、硬度、引張り強度においては
優れているものの、熱的安定性、延性の点でさらに改善
の余地を残している。又、上記公報においては、特に本
発明のMg−Nd−Zn合金については特に詳述がな
く、開示されている組成は、Mg量が70〜80at%
のものが中心である。そこで、本発明は、上記に鑑み、
高硬度、高強度、高耐熱性を有し、かつ、軽くて強い材
料(高比強度材料)して有用であるとともに延性に優れ
たマグネシウム基合金材を提供することを目的とするも
のである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、一般
式:MgaNdbZnc(ただし、a,b,cは原子パー
セントで80≦a≦99、1≦b≦12、0≦c≦1
2)で示され、h.c.pのMgマトリックスに少なく
とも非平衡fcc相からなる金属間化合物が均一微細に
分散している複合組織を有する微細結晶質組織を有する
高強度マグネシウム基合金材である。上記において、
a,b,cの範囲をそれぞれ限定したのは、固溶限を越
えた過飽和固溶体を形成するため、および液体急冷法等
を利用した工業的な急冷手段で微細結晶質からなる合金
を得るためである。
【0005】本発明の第二は、一般式:Mga'Ndb'
C'(ただし、a’,b’,c’は原子パーセントで9
5<a’≦99、1≦b’≦3、0≦c≦3)で示さ
、h.c.pのMgマトリックスに少なくとも非平衡
fcc相からなる金属間化合物が均一微細に分散してい
る複合組織を有する微細結晶質組織を有する高強度マグ
ネシウム基合金材である。a’,b’,c’をそれぞれ
上記の如く限定したのは、少ないNd量で大量の化合物
を作るため、上記第一発明の急冷凝固材よりMg量が多
い側で高強度を示し、高比強度材料として有用であると
ともに、溶質元素の節約が行えるためである。
【0006】さらに重要な理由として上記範囲内とする
ことによって、h.c.p.のMgが析出し、この微細
なh.c.p.のMgに対して、さらに微細な少なくと
もMgとNdとが生成する非平衡fcc相からなる金属
間化合物が析出し、これが均一微細に分散するためであ
る。上記h.c.p.のMgのマトリックスに整合性に
優れた少なくともMgとNdとが生成する非平衡fcc
相金属間化合物を均一微細に分散することにより、Mg
マトリックスの強化が行え、合金の強度を飛躍的に向上
させることができる。特にMgが95(at%)以下の
場合、合金全体に占めるマトリックス中の金属間化合物
の量が多くなり延性はMgが95(at%)を超える場
合のようには期待できない。
【0007】本発明のマグネシウム基合金材で、Nd元
素は母相の粒成長を抑えながら、Mg又はNdと微細な
非平衡fcc相からなる金属間化合物を分散させた複合
組織を得ることができるとともに、少ない量で大量の化
合物を作るため、Mgリッチ側で高強度を示す合金が得
られ、高比強度材料が得られる。Zn元素は非平衡相を
より安定なfcc構造の非平衡相に変化させることによ
って、マグネシウムマトリックス(α相)と整合性に優
れた金属間化合物を均一微細に分散させ、合金の硬度と
強度とを向上させ、高温における微細結晶質の粗大化を
制御させ耐熱性を付与する。
【0008】本発明の第三は、一般式:MgaNdbZn
c(ただし、a,b,cは原子パーセントで80≦a≦
99、1≦b≦12、0≦c≦12)で示される金属溶
湯を、急冷凝固して溶質元素を過飽和に固溶し、かつ微
細な母相を得て、これに所定の温度を加え、塑性加工す
ることにより、h.c.pのMgマトリックスに少なく
とも非平衡なfcc相からなる金属間化合物が均一に微
分散している複合組織をることを特徴とする高強度
マグネシウム基合金材の製造方法である。
【0009】上記において、急冷凝固の際の冷却速度は
102〜106K/secが特に有効である。次に得られ
た急冷凝固材に所定の温度を加え塑性加工することによ
り微細な金属間化合物を分散させた複合組織からなるマ
グネシウム基合金材を得ることができる。この際の温度
は50〜500℃であることが良い。50℃未満の場合
は、変形抵抗が大きいため、健全な加工材が得られず、
又、500℃を越えると著しく粒成長が起り、強度の低
下をきたすためである。上記の製造方法によって得られ
るマグネシウムマトリックスの大きさは、200nmな
いし600nmであり、金属間化合物の大きさは10n
mないし400nmである。なお、本発明の合金の結晶
粒径及び金属間化合物の大きさを上記のように制御する
ことにより、優れた超塑性加工材としての性質も付与で
きる。
【0010】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。高周波溶解炉により所定成分を有する溶融金属を
つくり、これを単ロール法(急冷凝固法)で、冷却速度
102〜106K/secにて、溶質元素を過飽和に固溶
し、かつ、微細な母相からなる急冷凝固材を得た。得ら
れた急冷凝固材を温間押出法を用いて、320℃の温度
1240〜1628MPaの面圧で押出すことによっ
て、母相の粒成長を抑えながら、微細な金属間化合物を
分散させた複合組織からなる押出材を得た。上記製造条
件により表1に示す組成(at%)を有する供試材(押
出材)を得た。又、上記と同様の製造条件により、本発
明の組成と異なる組成を有する押出材を比較材として作
成した(これは前記特開平3−47941号に開示され
た材料である)。
【0011】上記各供試材および比較材につき、それぞ
れX線回折に付した結果、引張り強度(σB)、塑性伸
び(εf)、ヤング率(E)、比強度(σB/ρ)の機
械的特性を測定した結果を表1の右欄に示す。なお、比
強度は、引張り強度を密度で割ったものである。又、上
記記載の合金材について、TEM観察を行った結果、M
97Nd3では、結晶粒が200nm〜600nmで、
h.c.pのMgマトリックスに粒径が250nm〜4
00nmのMgとNd又はZnとの金属間化合物Mg12
Nd、又は非平衡fcc相が均一に分散したものであっ
た。Mg96Nd3Zn1ではh.c.p.Mgの粒径は2
00〜300nmと、10〜200nmのMgとNd又
はZnからなる非平衡fcc相金属間化合物が均一に分
散したものであった。
【0012】
【表1】
【0013】表1に示すとおり、本発明の供試材は、い
ずれも引張り強度は280MPa以上、塑性伸びは0.
4%以上、ヤング率は37GPa以上、比強度は280
以上と優れた機械的特性を示す。特に、本発明の合金に
あっては比較材に比べ優れた塑性伸びを示すため、種々
の加工を施すことができるとともに、大きな加工(塑性
加工)にも耐え得る材料を提供することができる。な
お、Mg−Nd−Zn合金で、Mg量が95(at%)
を超えた場合、引張り強度、ヤング率、比強度はほとん
ど変らず塑性伸びはより顕著に大きくなっている。
【0014】
【発明の効果】本発明で得られるマグネシウム基合金
は、強度および耐熱性が高く、高力材料、高耐熱材料と
して有用であり、かつ比強度も高く、高比強度材料とし
ても有用であり、室温での伸びおよびヤング率の点でも
優れているため、種々の加工を施すことができると共
に、大きな加工(塑性加工)にも耐え得る材料が得られ
る。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式:MgaNdbZnc(ただし、
    a,b,cは原子パーセントで80≦a≦99、1≦b
    ≦12、0≦c≦12)で示され、h.c.pのMgマ
    トリックスに少なくとも非平衡fcc相からなる金属間
    化合物が均一微細に分散している複合組織を有する微細
    結晶質組織を有する高強度マグネシウム基合金材。
  2. 【請求項2】 一般式:Mga'Ndb'Znc'(ただし、
    a’,b’,c’は原子パーセントで95<a’≦9
    9、1≦b’≦3、0≦c’≦3)で示され、h.c.
    pのMgマトリックスに少なくとも非平衡fcc相から
    なる金属間化合物が均一微細に分散している複合組織を
    有する微細結晶質組織を有する高強度マグネシウム基合
    金材。
  3. 【請求項3】 一般式:MgaNdbZnc(ただし、
    a,b,cは原子パーセントで80≦a≦99、1≦b
    ≦12、0≦c≦12)で示される金属溶湯を、急冷凝
    固して溶質元素を過飽和に固溶し、かつ微細な母相を得
    て、これに所定の温度を加え、塑性加工することによ
    り、h.c.pのMgマトリックスに少なくとも非平衡
    なfcc相からなる金属間化合物が均一に微細分散して
    いる複合組織を得ることを特徴とする高強度マグネシウ
    ム基合金材の製造方法。
  4. 【請求項4】 塑性加工時の所定温度が50〜500℃
    である請求項4記載の高強度マグネシウム基合金材の製
    造方法。
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