JP3107267B2 - Heat resistant magnesium alloy - Google Patents
Heat resistant magnesium alloyInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は伸びおよび強度特性に優
れたMg−Al−Zn−R.E.系の耐熱マグネシウム
合金に関する。The present invention relates to a Mg-Al-Zn-R. E. FIG. Related to heat-resistant magnesium alloys.
【0002】[0002]
【従来の技術】マグネシウムの比重は1.74で、工業
用金属材料中最も軽量である上、機械的性質もアルミニ
ウム合金に比較して見劣りしないので、主として航空機
あるいは自動車材料、特に軽量化や低燃費化に対応する
材料として注目されてきた。2. Description of the Related Art Magnesium has a specific gravity of 1.74, which is the lightest among metal materials for industrial use, and its mechanical properties are not inferior to those of aluminum alloys. It has attracted attention as a material for fuel efficiency.
【0003】従来のマグネシウム合金のうちMg−Al
系合金(ASTM規格−AM60B、AM50A、AM
20A等)は、2〜12%のAlを含み、これに少量の
Mnが添加されたもので、Mg側はα−Mg固溶体とβ
−Mg17Al12化合物の共晶系で、熱処理によってMg
17Al12の中間相の析出による時効硬化が生ずる。ま
た、溶体化によって強さと靱性が向上する。[0003] Among the conventional magnesium alloys, Mg-Al
Alloy (ASTM standard-AM60B, AM50A, AM
20A) contains 2 to 12% of Al and a small amount of Mn added thereto. On the Mg side, α-Mg solid solution and β
-A eutectic system of Mg 17 Al 12 compounds,
17 age hardening by the intermediate phase of precipitation of Al 12 occurs. In addition, strength and toughness are improved by solution treatment.
【0004】また、Alを5〜10%、Znを1〜3%
含有するMg−Al−Zn系(ASTM規格−AZ91
D等)では、Mg側に広いα−固溶体領域があり、Mg
−Al−Zn系化合物が晶出する。鋳造のままでも強靱
で耐食性に優れているが、時効熱処理によって機械的性
質が改善され、また焼入れ焼戻しにより粒界に化合物相
がパーライト状に析出する。In addition, 5-10% of Al and 1-3% of Zn
Mg-Al-Zn system (ASTM standard-AZ91
D etc.), there is a wide α-solid solution region on the Mg side,
-An Al-Zn-based compound is crystallized. Although as cast, it is tough and excellent in corrosion resistance, but mechanical properties are improved by aging heat treatment, and a pearlite-like compound phase is precipitated at grain boundaries by quenching and tempering.
【0005】Mg−Zn系合金においては、Mgに2%
のZnを添加した場合に、鋳造のままで最高の強度と伸
びがえられるが、鋳造性を良くし健全な鋳物を得るため
に、さらに多量にZnが添加される。Mg−6%Zn合
金は鋳造のままでは引張強さが17kg/mm2台であ
り、T6処理により改善されるがMg−Al系に比べる
とかなり劣っている。Mg−Zn系としては、例えばZ
CM630A(Mg−6%Zn−3%Cu−0.2M
n)がある。[0005] In a Mg-Zn alloy, 2%
When Zn is added, the highest strength and elongation can be obtained as cast, but a larger amount of Zn is added in order to improve castability and obtain a sound casting. While tensile in strength of Mg-6% Zn alloy casting is two 17 kg / mm, but is improved by the T6 treatment is inferior considerably compared to Mg-Al system. As the Mg-Zn system, for example, Z
CM630A (Mg-6% Zn-3% Cu-0.2M
n).
【0006】一方、耐熱性が優れ高温における使用に適
するマグネシウム合金が探究され、希土類元素(R.
E.)を添加した合金が、常温における機械的性質はア
ルミニウム合金に多少劣るが、250〜300℃までの
高温においてアルミニウム合金に比肩する性質が得られ
ることが見出されている。例えば、R.E.を含む実用
合金として、Znを含まないEK30A合金(2.5〜
4%R.E.−0.2%Zr)、Znを含むものとして
ZE41A合金(1%R.E,−2.0%Zn−0.6
%Zr)などが実用化されている。On the other hand, magnesium alloys having excellent heat resistance and suitable for use at high temperatures have been sought, and rare earth elements (R.
E. FIG. It has been found that the alloys to which (1) is added have mechanical properties at room temperature which are somewhat inferior to those of aluminum alloys, but which are comparable to aluminum alloys at high temperatures up to 250 to 300 ° C. For example, R. E. FIG. As a practical alloy containing Zn, an EK30A alloy containing no Zn (2.5 to
4% R. E. FIG. ZE41A alloy (1% RE, -2.0% Zn-0.6
% Zr) has been put to practical use.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前記マグネシウム合金
のうち、Mg−Al系あるいはMg−Al−Zn系の合
金は、コストも安く、ダイカストが可能であるので、せ
いぜい60℃以下の低温度で使用される部材に採用され
つつあるが、Mg−Al化合物は融点が低く、高温で不
安定であるため、高温での強度低下、耐クリープ性の低
下が大きい。Among the above magnesium alloys, Mg-Al alloys or Mg-Al-Zn alloys are inexpensive and can be die-cast, so they are used at low temperatures of at most 60 ° C. However, since the Mg-Al compound has a low melting point and is unstable at high temperatures, the strength and the creep resistance at high temperatures are greatly reduced.
【0008】例えば、AZ91Dは鋳造性、耐食性、室
温〜150℃までの強度に優れるが、100℃以上の耐
クリープ性に劣る。高温クリープ特性が低いと、例えば
ボルト締結部が使用中温度上昇した場合に、締付力(軸
力)が低下するという問題を生ずる。特にダイカスト材
料の場合にこの傾向は顕著となる。For example, AZ91D is excellent in castability, corrosion resistance and strength from room temperature to 150 ° C., but is inferior in creep resistance at 100 ° C. or higher. If the high-temperature creep characteristic is low, there arises a problem that, for example, when the temperature of the bolted portion increases during use, the tightening force (axial force) decreases. This tendency is particularly remarkable in the case of a die-cast material.
【0009】マグネシウム合金の中のアルミニウムはそ
の凝固過程において、Mg17Al12の晶出物を形成する
が、ダイカストのように冷却速度が早い場合、粒界近傍
に晶出物を形成する前の溶質原子のアルミニウム濃度が
高い領域(デントリティクセル)を形成する。この不安
定なアルミニウム原子の存在のため、高温環境下での粒
界拡散が活発となり、クリープ変形が促進されると考え
られる。In the solidification process, aluminum in the magnesium alloy forms a crystallized product of Mg 17 Al 12 , but when the cooling rate is high as in the case of die-casting, aluminum before the crystallized material is formed near the grain boundary. A region where the aluminum concentration of the solute atoms is high (dentricixel) is formed. It is considered that due to the presence of the unstable aluminum atoms, grain boundary diffusion in a high-temperature environment becomes active and creep deformation is promoted.
【0010】本発明は従来のMg−Al系のダイカスト
用合金が耐クリープ特性に劣るという前記のごとき問題
点を解決するためになされたものであって、150℃で
のクリープ特性を向上し、さらに室温〜100℃までの
強度を確保し、鋳造性と耐食性を向上させた耐熱マグネ
シウム合金を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problem that the conventional Mg-Al-based die-casting alloy is inferior in creep resistance, and has improved creep characteristics at 150 ° C. It is another object of the present invention to provide a heat-resistant magnesium alloy that secures strength from room temperature to 100 ° C. and improves castability and corrosion resistance.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】そこで、発明者等はデン
トリティクセルを形成しないアルミニウム濃度について
研究し、アルミニウム濃度を1.0〜3.0%に規制す
ることにより、デントリティクセルの形成が抑止できる
ことを見出した。また、室温〜100℃までの強度およ
び伸びを確保するために0.25〜3.0%の亜鉛を添
加することが有効であることを知見した。さらに、粒界
に高融点の晶出物を形成する希土類金属またはネオジウ
ムを0.5〜4.0を添加して粒界を強化し、また0.
2%のMnを添加して耐食性を向上させることにより本
発明を完成した。Accordingly, the present inventors have studied the concentration of aluminum that does not form a dendritic cell, and by controlling the aluminum concentration to be 1.0 to 3.0%, the formation of a dendritic cell can be reduced. I found that it could be suppressed. In addition, it has been found that it is effective to add 0.25 to 3.0% of zinc to secure strength and elongation from room temperature to 100 ° C. Further, 0.5 to 4.0 of a rare earth metal or neodymium which forms a crystal having a high melting point is added to the grain boundary to strengthen the grain boundary.
The present invention was completed by adding 2% Mn to improve the corrosion resistance.
【0012】本発明の請求項1の耐熱マグネシウム合金
は、一般式、Mg−a%Al−b%Zn−c%R.E.
(但し、R.E.希土類元素)で表されるマグネシウム
合金において、 1.0≦a≦3.0 0.25≦b≦3.0 0.5≦c≦4.0 であって、重量比で、Mn;0.2〜0.3%を含有
し、かつ 0.25≦b≦1.0ではc≦a+1 1.0≦b≦3.0ではc≦a+b≦1/2c+4.0 (但し、a、b、cはいずれも重量%) を満足する伸び、強度特性の優れたことを要旨とする。The heat-resistant magnesium alloy according to claim 1 of the present invention has a general formula: Mg-a% Al-b% Zn-c% R. E. FIG.
(However, in a magnesium alloy represented by RE rare earth element), 1.0 ≦ a ≦ 3.0 0.25 ≦ b ≦ 3.0 0.5 ≦ c ≦ 4.0, and the weight is Contains Mn; 0.2-0.3% by ratio
When 0.25 ≦ b ≦ 1.0, c ≦ a + 1 and when 1.0 ≦ b ≦ 3.0, c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 (where a, b, and c are all by weight). The gist is to have satisfactory elongation and excellent strength properties.
【0013】また、さらに耐力を向上させるために必要
に応じて請求項1の本発明の耐熱マグネシウム合金にM
n;0.1〜1.0%を含有することを要旨とする。Further, in order to further improve the proof stress, the heat-resistant magnesium alloy of the present invention according to claim 1 may further include M
n: 0.1 to 1.0%.
【0014】[0014]
【作用】アルミニウム濃度をデントリティクセルを形成
しない濃度範囲の1.0〜3.0%に限定したので、1
00℃以上の耐クリープ性を向上することができた。ま
た、亜鉛を0.25〜3.0%添加したので、室温〜1
00℃までの強度および伸びが確保されると共に鋳造性
が向上した。希土類金属またはネオジウムを0.5〜
4.0%を添加したので、粒界に高融点晶出物が形成さ
れ粒界が強化されて、150℃でのクリープ特性が向上
した。The aluminum concentration is limited to 1.0 to 3.0% of the concentration range in which no dendritic cell is formed.
The creep resistance at a temperature of 00 ° C. or higher could be improved. Moreover, since zinc was added in an amount of 0.25 to 3.0%, room temperature to 1% was added.
The strength and elongation up to 00 ° C. were ensured and the castability was improved. 0.5 to rare earth metal or neodymium
Since 4.0% was added, a high-melting-point crystallized substance was formed at the grain boundary, the grain boundary was strengthened, and the creep characteristics at 150 ° C. were improved.
【0015】また、本発明ではMnを0.1〜1.0%
含有させたので、耐力向上し初期のボルト締結軸力低下
が小さい。Mnは少量の添加で粒内に固溶し、固溶強化
した結果、室温および高温の耐力を向上する。初期軸力
の低下は材料(被締結体)の耐力に依存するため、Mn
添加により改善されたと考えられる。さらに、Mnが
0.2〜0.3%の範囲では耐食性も向上した。In the present invention, Mn is 0.1 to 1.0%
Since it is contained, the proof stress is improved and the initial decrease in bolt fastening axial force is small. Mn is dissolved in the grains with a small amount of addition, and as a result of solid solution strengthening, the proof stress at room temperature and high temperature is improved. Since the decrease in the initial axial force depends on the proof stress of the material (the object to be fastened), Mn
It is considered that the addition was improved. Furthermore, when Mn was in the range of 0.2 to 0.3%, the corrosion resistance was improved.
【0016】本発明において合金元素の添加理由と組成
範囲を限定した理由について説明する。 Al;1.0〜3.0% Alはその含有量の増加と共に軸力保持率は低下する。
図1はZn;2.0%、R.E.;2.9%、Mn;
0.2%合金にAlを0〜4.0%添加した場合の軸力
保持率を測定したものであるが、目標値としては150
℃×300時間で50%を設定しており、これを満足す
る3.0%を上限とした。また、図2は同じ合金系にお
ける鋳造割れ発生割合を測定したものであるが、Al量
が1.0%未満になると鋳造割れが発生し易くなるので
1.0%を下限とした。In the present invention, the reason for adding the alloy element and the reason for limiting the composition range will be described. Al: 1.0 to 3.0% The axial force retention decreases as the content of Al increases.
1 shows Zn; 2.0%; E. FIG. 2.9%, Mn;
The axial force retention was measured when Al was added at 0 to 4.0% to a 0.2% alloy.
50% was set at 300 ° C. × 300 hours, and the upper limit was 3.0% which satisfied this. FIG. 2 shows the measurement of the rate of occurrence of casting cracks in the same alloy system. If the Al content is less than 1.0%, casting cracks are likely to occur, so the lower limit was set to 1.0%.
【0017】Zn;0.25〜3.0% Znは、Al;2.0%、R.E.;2.9%、Mn;
0.2%合金にZnを0〜4.0%添加した場合の室温
における引張強さを示す図4および100℃における引
張伸びを示す図5から明らかなように、0.25%以上
の添加により室温強度が改善され、100℃における引
張伸びも改善される。室温強度の点から言えば10%以
上が好ましい範囲である。しかし、同じ合金系の軸力保
持率を測定した図3に示したように、多過ぎるZnの添
加は、軸力保持率を低下させるため、その上限を目標値
が維持される3.0%とした。Zn: 0.25 to 3.0% Zn: Al; 2.0%; E. FIG. 2.9%, Mn;
As is clear from FIG. 4 showing the tensile strength at room temperature and FIG. 5 showing the tensile elongation at 100 ° C. in the case where Zn is added to the 0.2% alloy in the range of 0 to 4.0%, the addition of 0.25% or more is apparent. Thereby, the room temperature strength is improved, and the tensile elongation at 100 ° C. is also improved. From the viewpoint of room temperature strength, a preferred range is 10% or more. However, as shown in FIG. 3 where the axial force retention of the same alloy system was measured, addition of too much Zn lowers the axial force retention, so that the upper limit is maintained at the target value of 3.0%. And
【0018】なお、Znは少量添加では粒内に固溶かつ
粒界にMg、Al、R.E.と高融点化合物を作り、強
度、伸び、耐クリープ性を向上させるが、多量に入れる
と、R.E.を含まないMg、Al、Znの低融点化合
物も粒界に生じるため、耐クリープ性を悪化させる。When a small amount of Zn is added, it is dissolved in the grains and Mg, Al, R.R. E. FIG. And a high melting point compound to improve strength, elongation, and creep resistance. E. FIG. Since low-melting compounds of Mg, Al, and Zn that do not contain Cr are also generated at grain boundaries, creep resistance is deteriorated.
【0019】R.E.;0.5〜4.0 R.E.は、Al;2.0%、Zn;2.0%、Mn;
0.2%合金にR.E.を0〜4.0%添加した場合の
軸力保持率を示す図6から明らかなように、0.5%以
上の添加で軸力保持率を大きく改善することができる。
しかし、同じ合金系の室温における引張強さを示す図7
から明らかなように、R.E.の添加量が4.0%を越
えると室温強度を低下させるので、その上限を4.0%
とした。なお、R.E.としてはセリウムを主成分とす
るミッシュメタルが好ましいが、ミッシュメタルをネオ
ジウムに置換した場合も同等の効果が得られた。R. E. FIG. 0.5-4.0 R .; E. FIG. Is Al; 2.0%, Zn; 2.0%, Mn;
R. 0.2% alloy E. FIG. As is clear from FIG. 6 showing the axial force retention when 0 to 4.0% is added, the addition of 0.5% or more can greatly improve the axial force retention.
However, FIG. 7 shows the tensile strength of the same alloy system at room temperature.
As is apparent from R. E. FIG. If the added amount exceeds 4.0%, the strength at room temperature is reduced, so the upper limit is set to 4.0%.
And In addition, R. E. FIG. Is preferably a misch metal containing cerium as a main component, but the same effect was obtained when the misch metal was replaced with neodymium.
【0020】Mn;0.1〜1.0% Mnは粒内に固溶し、固溶強化した結果、初期軸力低下
の改善の効果が得られる。前記効果を得るためには少な
くとも0.1%以上を添加する必要がある。初期軸力低
下改善の効果は0.4%までで飽和するが、さらにMn
を増やして1.0%を越えると、Mn−Al−R.E.
の晶出物を形成し鋳造割れを生ずるので、上限を1.0
%とした。Mnは0.2%以上の添加でAlと同時に作
用して腐食に影響するFeを除去する。0.3を越えて
添加しても耐食性の効果向上は見られないので、耐食性
向上を望む場合には上限を0.3%とすることが好まし
い。Mn: 0.1 to 1.0% Mn forms a solid solution in the grains, and as a result of solid solution strengthening, the effect of improving the reduction of the initial axial force is obtained. To obtain the above effect, it is necessary to add at least 0.1% or more. The effect of improving the initial axial force reduction is saturated up to 0.4%.
Is increased to exceed 1.0%, Mn-Al-R. E. FIG.
The upper limit is set to 1.0
%. When Mn is added in an amount of 0.2% or more, Mn acts simultaneously with Al to remove Fe which affects corrosion. Even if added in excess of 0.3, no improvement in the corrosion resistance effect is observed, so if it is desired to improve the corrosion resistance, the upper limit is preferably made 0.3%.
【0021】なお、本発明において、Al(a)、Zn
(b)およびR.E.(c)に関してc≦a+1または
c≦a+b≦1/2c+4.0としたのは、R.E.は
AlとZnの合計量より多いと、室温強度を低下させる
からであり、またAlとZnの合計量が(R.E.)×
1/2+4重量%より多いと、高温でのクリープ性を低
下させるからである。In the present invention, Al (a), Zn
(B) and R.I. E. FIG. Regarding (c), c ≦ a + 1 or c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 is described in R. E. FIG. This is because, if the total amount of Al and Zn is larger than the total amount of Al and Zn, the strength at room temperature is reduced, and the total amount of Al and Zn is (RE) ×
If the amount is more than 1/2 + 4% by weight, the creep property at high temperatures is reduced.
【0022】[0022]
【実施例】本発明の実施例を説明し本発明の効果を明ら
かにする。 (実施例1)Zn;1.0%を含有しAl;0〜4.0
%およびR.E.;0〜4.0%を含有する合金系(以
下合金系Aという。)、Zn;2.0%を含有しAl;
0〜4.0%およびR.E.;0〜5.0%を含有する
合金系(以下合金系Bという。)、Zn;3.0%を含
有しAl;0〜4.0%およびR.E.;0〜5.0%
を含有する合金系(以下合金系Cという。)、Zn;
0.25%を含有しAl;0〜4.0%およびR.
E.;0〜5.0%を含有する合金系(以下合金系Dと
いう。)を溶製し、それぞれの合金系について、室温に
おける引張強さおよび150℃×300時間の軸力保持
率を測定した。得られた結果は、合金系Aについては図
8に、合金系Bについては図9に、合金系Cについては
図10に、合金系Dについては図11に示したが、それ
ぞれの図において、軸力保持率が50%以下であるもの
については×印で、引張強さが200MPa以下のもの
は黒三角印で、軸力保持率が50%以上でかつ引張強さ
が200MPa以上のものについては●印として示し
た。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described to clarify the effects of the present invention. (Example 1) Zn; 1.0% containing Al; 0 to 4.0
% And R.C. E. FIG. An alloy containing 0 to 4.0% (hereinafter referred to as alloy system A); Zn; Al containing 2.0%;
0-4.0% and R.I. E. FIG. Alloy containing 0 to 5.0% (hereinafter referred to as alloy system B); Zn containing 3.0% and Al; 0 to 4.0% and R.C. E. FIG. ; 0 to 5.0%
(Hereinafter referred to as alloy system C), Zn;
Al containing 0.25%; 0-4.0% and R.I.
E. FIG. An alloy containing 0 to 5.0% (hereinafter referred to as alloy D) was melted, and the tensile strength at room temperature and the axial force retention at 150 ° C. for 300 hours were measured for each alloy. . The obtained results are shown in FIG. 8 for the alloy system A, FIG. 9 for the alloy system B, FIG. 10 for the alloy system C, and FIG. 11 for the alloy system D. Those with an axial force retention of 50% or less are marked with a cross, those with a tensile strength of 200 MPa or less are marked with black triangles, and those with an axial force retention of 50% or more and a tensile strength of 200 MPa or more. Is shown as ●.
【0023】図8の合金系Aにおいて、一般式、Mg−
a%Al−b%Zn−c%R.E.において、1.0≦
a≦3.0、1.0≦b≦3.0、0.5≦c≦4.
0、c≦a+b≦1/2c+4.0を満足する範囲は、
図8の四角形abcdで囲まれる範囲であるが、この範
囲外の組成のものは、×か黒三角であっで、軸力保持率
が50%以下か引張強さが200MPa以下であった。
これに対して図8の四角形abcdで囲まれる範囲の組
成のものは全て●であって、軸力保持率が50%以上で
かつ引張強さが200MPa以上であって、本発明の効
果が確認された。In the alloy system A shown in FIG.
a% Al-b% Zn-c% R. E. FIG. In 1.0 ≦
a ≦ 3.0, 1.0 ≦ b ≦ 3.0, 0.5 ≦ c ≦ 4.
0, the range satisfying c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 is as follows:
Although the range surrounded by the square abcd in FIG. 8 was outside the range, the composition was x or black triangle, and the axial force retention was 50% or less or the tensile strength was 200 MPa or less.
On the other hand, the compositions in the range surrounded by the square abcd in FIG. 8 are all ●, and the axial force retention is 50% or more and the tensile strength is 200 MPa or more, confirming the effect of the present invention. Was done.
【0024】図9の合金系Bにおいて、一般式、Mg−
a%Al−b%Zn−c%R.E.において、1.0≦
a≦3.0、1.0≦b≦3.0、0.5≦c≦4.
0、c≦a+b≦1/2c+4.0を満足する範囲は、
図9の六角形abcdefで囲まれる範囲であるが、こ
の範囲外の組成のものは、×か黒三角であっで、軸力保
持率が50%以下か引張強さが200MPa以下であっ
た。これに対して図8の6角形abcdefで囲まれる
範囲の組成のものは全て●であって、軸力保持率が50
%以上でかつ引張強さが200MPa以上であって、本
発明の効果が確認された。In the alloy system B shown in FIG.
a% Al-b% Zn-c% R. E. FIG. In 1.0 ≦
a ≦ 3.0, 1.0 ≦ b ≦ 3.0, 0.5 ≦ c ≦ 4.
0, the range satisfying c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 is as follows:
The range surrounded by the hexagonal abcdef in FIG. 9 is a cross or a black triangle with a composition outside this range, and the axial force retention was 50% or less or the tensile strength was 200 MPa or less. On the other hand, the compositions in the range surrounded by the hexagonal abcdef in FIG.
% And the tensile strength was 200 MPa or more, confirming the effect of the present invention.
【0025】図10の合金系Cにおいて、一般式、Mg
−a%Al−b%Zn−c%R.E.において、1.0
≦a≦3.0、1.0≦b≦3.0、0.5≦c≦4.
0、c≦a+b≦1/2c+4.0を満足する範囲は、
図10の四角形abcdで囲まれる範囲であるが、この
範囲外の組成のものは、×か黒三角であっで、軸力保持
率が50%以下か引張強さが200MPa以下であっ
た。これに対して図10の四角形abcdで囲まれる範
囲の組成のものは全て●であって、軸力保持率が50%
以上でかつ引張強さが200MPa以上であって、本発
明の効果が確認された。In the alloy system C shown in FIG.
-A% Al-b% Zn-c% R. E. FIG. At 1.0
≦ a ≦ 3.0, 1.0 ≦ b ≦ 3.0, 0.5 ≦ c ≦ 4.
0, the range satisfying c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 is as follows:
Although the range surrounded by the square abcd in FIG. 10 was outside the range, the composition was x or black triangle, and the axial force retention was 50% or less or the tensile strength was 200 MPa or less. On the other hand, the compositions in the range enclosed by the square abcd in FIG. 10 are all ●, and the axial force retention is 50%.
As described above, the tensile strength was 200 MPa or more, and the effect of the present invention was confirmed.
【0026】図11の合金系Dにおいて、一般式、Mg
−a%Al−b%Zn−c%R.E.において、1.0
≦a≦3.0、0.25≦b≦1.0、0.5≦c≦
4.0、c≦a+1を満足する範囲は、図11の四角形
abcdで囲まれる範囲であるが、この範囲外の組成の
ものは、×か黒三角であっで、軸力保持率が50%以下
か引張強さが200MPa以下であった。これに対して
図11の四角形abcdで囲まれる範囲の組成のものは
全て●であって、軸力保持率が50%以上でかつ引張強
さが200MPa以上であって、本発明の効果が確認さ
れた。In the alloy system D shown in FIG.
-A% Al-b% Zn-c% R. E. FIG. At 1.0
≦ a ≦ 3.0, 0.25 ≦ b ≦ 1.0, 0.5 ≦ c ≦
The range that satisfies 4.0 and c ≦ a + 1 is the range surrounded by the square abcd in FIG. 11, but the composition outside this range is × or a black triangle, and the axial force retention is 50%. Or a tensile strength of 200 MPa or less. On the other hand, the compositions in the range surrounded by the square abcd in FIG. 11 are all ●, the axial force retention is 50% or more, and the tensile strength is 200 MPa or more, confirming the effect of the present invention. Was done.
【0027】(実施例2)表1に示す化学成分のマグネ
シウム合金を溶製し、コールドチャンバダイカストによ
り、テストピースを鋳造した。なお、No.1合金は本
発明合金であるが、No.2合金はAlおよびZnを本
発明の組成範囲より多量に含有する比較合金、No.3
合金はAZ91D相当の従来合金である。Example 2 A magnesium alloy having the chemical composition shown in Table 1 was melted, and a test piece was cast by cold chamber die casting. In addition, No. Alloy No. 1 is the alloy of the present invention. Alloy No. 2 is a comparative alloy containing Al and Zn in a larger amount than the composition range of the present invention. 3
The alloy is a conventional alloy corresponding to AZ91D.
【0028】図12および図13は本発明合金および比
較合金の光学顕微鏡組織を模写した図である。比較合金
は図12に示すように、冷却速度が大きいために、粒界
近傍に晶出物を形成しない溶質原子の濃度の高い領域が
存在する。このような領域が存在すると粒界近傍での拡
散が促進され、高温クリープに悪影響が及ぶと考えられ
る。本発明合金では図13に示すように、AlおよびZ
nの濃度が低いために、このような領域が存在しないの
で、高温クリープ特性に優れる。FIG. 1 2 and 1 3 is a diagram obtained by replicating the optical microscope structure of the present invention alloys and comparative alloys. Comparative alloy, as shown in FIG. 1 2, because the cooling rate is large, there is a high concentration of solute atoms do not form a crystallized substances in the vicinity of the grain boundary region. It is considered that the presence of such a region promotes diffusion in the vicinity of the grain boundary and adversely affects high-temperature creep. In the present invention the alloy as shown in FIG. 1 3, Al and Z
Since such a region does not exist because the concentration of n is low, the high temperature creep characteristics are excellent.
【0029】得られたテストピースについて、室温にお
ける引張強さを測定し、150℃×300時間のボルト
ゆるみ試験を行った。得られた結果は、表1および図1
4に示した。The obtained test pieces were measured for tensile strength at room temperature, and subjected to a bolt loosening test at 150 ° C. for 300 hours. The results obtained are shown in Table 1 and FIG.
The results are shown in FIG.
【0030】[0030]
【表1】 [Table 1]
【0031】表1および図14に示したように、比較合
金は引張強さは従来合金なみの220MPaであった
が、高温クリープに起因するボルトゆるみは劣り、軸力
保持率は30%であった。また、従来合金であるAZ9
1Dも、ダイキャストで製造したので、粒界近傍に晶出
物を形成しない溶質原子の濃度の高い領域が存在したた
め、軸力保持率は30%であった。As shown in Table 1 and FIG. 14, the comparative alloy had a tensile strength of 220 MPa, which is equivalent to that of the conventional alloy, but the bolt loosening caused by high-temperature creep was inferior, and the axial force retention was 30%. Was. AZ9 which is a conventional alloy
Since 1D was also manufactured by die casting, an axial force retention was 30% because there was a region near the grain boundaries where the concentration of solute atoms did not form a crystallized substance.
【0032】これに対して、本発明合金は室温における
引張強さが220MPaであって、ほぼAZ91Dに匹
敵し、150℃×300時間の軸力保持率は70%であ
って引張特性を損なうことなく高温クリープ特性を向上
させることができた。On the other hand, the alloy of the present invention has a tensile strength at room temperature of 220 MPa, which is almost equal to that of AZ91D, and the axial force retention at 150 ° C. for 300 hours is 70%, impairing the tensile properties. And high temperature creep characteristics could be improved.
【0033】(実施例3)Mg−2%Al−2%Zn−
3%R.E.合金に対してMn量を0〜1.0%の範囲
で変化させた化学成分のマグネシウム合金を溶製し、コ
ールドチャンバダイカストにより、テストピースを鋳造
した。得られたテストピースについて150℃1時間炉
内放置のボルトゆるみ試験を行い、初期軸力保持率を測
定した。得られた結果はMn含有量との関係図として図
15に示した。Example 3 Mg-2% Al-2% Zn-
3% R. E. FIG. A magnesium alloy having a chemical composition in which the Mn content was changed in the range of 0 to 1.0% with respect to the alloy was melted, and a test piece was cast by cold chamber die casting. The obtained test piece was subjected to a bolt loosening test left in a furnace at 150 ° C. for 1 hour, and an initial axial force retention was measured. The obtained results are shown in FIG. 15 as a relationship diagram with the Mn content.
【0034】次に、Mg−2%Al−2%Zn−3%
R.E.合金およびMg−3%Al−2%Zn−3%
R.E.合金に対してMn量を0〜1.6%の範囲で変
化させた化学成分のマグネシウム合金を溶製し、r=
1.0における鋳造割れ試験を行い、鋳造割れ発生率を
測定した。得られた結果はMn含有量との関係図として
図16に示した。Next, Mg-2% Al-2% Zn-3%
R. E. FIG. Alloy and Mg-3% Al-2% Zn-3%
R. E. FIG. A magnesium alloy having a chemical composition in which the Mn content is changed in the range of 0 to 1.6% with respect to the alloy is melted, and r =
A casting crack test at 1.0 was performed to measure a casting crack occurrence rate. The obtained results are shown in FIG. 16 as a relationship diagram with the Mn content.
【0035】図15の結果より明らかなように、Mn含
有量が0.1%以上の添加で、初期軸力低下改善の効果
が見られる。また、初期軸力低下改善の効果は、0.4
%の添加までで飽和するが、図16より明らかなよう
に、さらにMn含有量が増加すると、1.0%を越える
含有量で、Mn−Al−R.E.の晶出物を形成し、鋳
造割れを生じることが判明した。以上の結果よりMn含
有量0.1〜1.0%の組成範囲で良好な結果が得られ
ることが確認された。As is clear from the results shown in FIG. 15, the effect of improving the initial axial force reduction can be seen when the Mn content is 0.1% or more. The effect of improving the initial axial force reduction is 0.4%.
%, But as is clear from FIG. 16, when the Mn content further increases, the Mn-Al-R. E. FIG. It was found that a crystallized product was formed and a casting crack occurred. From the above results, it was confirmed that good results were obtained in the composition range of the Mn content of 0.1 to 1.0%.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明の耐熱マグネシウム合金は以上説
明したように、一般式、Mg−a%Al−b%Zn−c
%R.E.において、1.0≦a≦3.0、0.25≦
b≦3.0、0.5≦c≦4.0でかつ0.25≦b≦
1.0においてc≦a+1を満足し、0.1≦b≦3.
0においてc≦a+b≦1/2c+4.0を満足するA
l、ZnおよびR.E.を含有する耐熱マグネシウム合
金であって、アルミニウム濃度をデントリティクセルを
形成しない濃度範囲の1.0〜3.0%に限定したの
で、100℃以上の耐クリープ性を向上することができ
た。また、亜鉛を0.25〜3.0%添加したので、室
温〜100℃までの強度および引張伸びが確保されると
共に鋳造性が向上した。希土類金属またはネオジウムを
0.5〜4.0%を添加したので、粒界に高融点晶出物
が形成され粒界が強化されて、150℃でのクリープ特
性が向上した。さらに、Mnを0.1〜1.0%添加し
たので初期軸力低下が改善され、Mnを0.2〜0.3
%添加では耐食性も向上した。As described above, the heat-resistant magnesium alloy of the present invention has the general formula: Mg-a% Al-b% Zn-c
% R. E. FIG. Where 1.0 ≦ a ≦ 3.0, 0.25 ≦
b ≦ 3.0, 0.5 ≦ c ≦ 4.0 and 0.25 ≦ b ≦
1.0 satisfies c ≦ a + 1, and 0.1 ≦ b ≦ 3.
A satisfying c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 at 0
l, Zn and R.I. E. FIG. The aluminum concentration was limited to 1.0 to 3.0%, which is a concentration range in which no dendritic cell was formed, so that the creep resistance at 100 ° C. or higher could be improved. In addition, since 0.25 to 3.0% of zinc was added, the strength and tensile elongation from room temperature to 100 ° C. were ensured, and the castability was improved. Since 0.5 to 4.0% of the rare earth metal or neodymium was added, a high melting point crystallized substance was formed at the grain boundary, the grain boundary was strengthened, and the creep characteristics at 150 ° C. were improved. Furthermore, since 0.1 to 1.0% of Mn was added, the decrease in initial axial force was improved, and Mn was added to 0.2 to 0.3%.
%, The corrosion resistance was also improved.
【図1】本発明合金系におけるAl含有量と軸力保持率
の関係を示す線図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Al content and the axial force retention in the alloy system of the present invention.
【図2】本発明合金系におけるAl含有量と鋳造割れ発
生割合の関係を示す線図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Al content and the rate of occurrence of casting cracks in the alloy system of the present invention.
【図3】本発明合金系におけるZn含有量と軸力保持率
の関係を示す線図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Zn content and the axial force retention in the alloy system of the present invention.
【図4】本発明合金系におけるZn含有量と引張強さの
室温における関係を示す線図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between Zn content and tensile strength at room temperature in the alloy system of the present invention.
【図5】本発明合金系におけるZn含有量と引張強さの
100℃における関係を示す線図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Zn content and the tensile strength at 100 ° C. in the alloy system of the present invention.
【図6】本発明合金系におけるR.E.含有量と軸力保
持率の関係を示す線図である。FIG. 6 is a graph showing R.F. E. FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the content and the axial force retention.
【図7】本発明合金系におけるR.E.含有量と引張強
さの関係を示す線図である。FIG. 7 is a graph showing R.F. E. FIG. It is a diagram which shows the relationship between content and tensile strength.
【図8】Znを1.0%含有する本発明合金系の引張強
さおよび軸力保持力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the tensile strength and the axial force holding force of the alloy system of the present invention containing 1.0% Zn.
【図9】Znを2.0%含有する本発明合金系の引張強
さおよび軸力保持力を示す図である。FIG. 9 is a graph showing the tensile strength and the axial force holding force of the alloy system of the present invention containing 2.0% Zn.
【図10】Znを3.0%含有する本発明合金系の引張
強さおよび軸力保持力を示す図である。FIG. 10 is a view showing the tensile strength and the axial force holding force of the alloy system of the present invention containing 3.0% of Zn.
【図11】Znを0.25%含有する本発明合金系の引
張強さおよび軸力保持力を示す図である。FIG. 11 is a view showing the tensile strength and the axial force holding force of the alloy system of the present invention containing 0.25% of Zn.
【図12】AlおよびZnを本発明の組成範囲より多量
に含有する比較合金の光学顕微鏡写真の模写図である。FIG. 12 is a photomicrograph of a comparative alloy containing Al and Zn in a larger amount than the composition range of the present invention.
【図13】本発明合金の光学顕微鏡写真の模写図であ
る。FIG. 13 is a simulated view of an optical microscope photograph of the alloy of the present invention.
【図14】本発明合金、比較合金および従来合金の引張
クリープ試験の結果を示す線図である。FIG. 14 is a diagram showing the results of tensile creep tests of the alloys of the present invention, comparative alloys and conventional alloys.
【図15】本発明合金系におけるMn含有量と軸力保持
率の関係を示す線図である。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the Mn content and the axial force retention in the alloy system of the present invention.
【図16】本発明合金系におけるMn含有量と鋳造割れ
発生割合の関係を示す線図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the Mn content and the rate of occurrence of casting cracks in the alloy system of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−33096(JP,A) 特開 平6−172948(JP,A) 特開 昭62−83446(JP,A) 特開 平5−171333(JP,A) 国際公開91/13181(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 23/00 - 23/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-33096 (JP, A) JP-A-6-172948 (JP, A) JP-A-62-283446 (JP, A) JP-A-5-83446 171333 (JP, A) WO 91/13181 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 23/00-23/04
Claims (2)
%R.E.(但し、R.E.は希土類元素)で表される
マグネシウム合金において、 1.0≦a≦3.0 0.25≦b≦3.0 0.5≦c≦4.0 であって、重量比で、Mn;0.2〜0.3%を含有
し、かつ 0.25≦b≦1.0ではc≦a+1 1.0≦b≦3.0ではc≦a+b≦1/2c+4.0 (但し、a、b、cはいずれも重量%) を満足する伸び、強度特性の優れたことを特徴とする耐
熱マグネシウム合金。1. General formula, Mg-a% Al-b% Zn-c
% R. E. FIG. (Where RE is a rare earth element): 1.0 ≦ a ≦ 3.0 0.25 ≦ b ≦ 3.0 0.5 ≦ c ≦ 4.0, and Mn; 0.2-0.3% by weight
When 0.25 ≦ b ≦ 1.0, c ≦ a + 1 and when 1.0 ≦ b ≦ 3.0, c ≦ a + b ≦ 1 / 2c + 4.0 (where a, b, and c are all by weight). A heat-resistant magnesium alloy characterized by excellent elongation and excellent strength properties.
有することを特徴とする請求項1に記載の耐熱マグネシ
ウム合金。2. The heat-resistant magnesium alloy according to claim 1, wherein the heat-resistant magnesium alloy contains 0.1 to 1.0% by weight of Mn.
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- 1993-12-03 JP JP05304031A patent/JP3107267B2/en not_active Expired - Fee Related
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