JP3732600B2

JP3732600B2 - イットリウム含有マグネシウム合金

Info

Publication number: JP3732600B2
Application number: JP30458296A
Authority: JP
Inventors: 信太郎佐藤; 茂弘谷池; 葆夫濱; 陽小島; 重晴鎌土
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH10147830A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマグネシウム合金に関し、特に靱性、成形性に優れたイットリウム含有マグネシウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム合金は現在実用化されている金属材料の中で最も低密度であり、自動車の軽量化材料として強く期待されている。現在、自動車用軽量材料として最も一般的に用いられているマグネシウム合金はＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系合金（例えば、ＡＺ９１合金＝Ｍｇ−９Ａｌ−１Ｚｎ−０．２Ｍｎ）であり、自動車の軽量化にあたって先ずこのマグネシウム合金が検討されている。耐熱用マグネシウム合金として、特公平７−１２２１１５号公報にはランタノイド（Ｌｎ）を添加したＭｇ−Ｇｄ−Ｙ系合金、また特公平７−１２２１１２号公報にはＭｇ−Ｄｙ−Ｎｄ系合金が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＭｇ−Ａ１−Ｚｎ−Ｍｎ系合会は１２０℃以上の使用温度条件下では強度が低下するので、自動車用エンジン部品の中でも耐熱性が要求される部品の用途には適さない。従来実用されている耐熱性マグネシウム合金の２５０℃での引張強さは最高でも２３０ＭＰａ程度であり、それ以上の耐熱性が要望されている。また、上記の耐熱性Ｍｇ−Ｇｄ−Ｙ系合金やＭｇ−Ｄｙ−Ｎｄ系合金は鋳造法で成形されているが、鋳造法で成形された部品には鋳造欠陥等による強度低下の不安がある。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、材料の信頼性が要求される自動車用エンジン部品等への使用が期待できる強度と成形性に優れたイットリウムを含有したマグネシウム合金を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題を解決するために種々のマグネシウム合金について種々検討を重ねた結果、ガドリニウムを低含有量とし、かつイットリウムの含有量を多めにしたマグネシウム合金が、組織が微細となり、強度と成形性に優れることを知見し、本発明に到達した。
【０００６】
即ち、本発明のマグネシウム合金は、ガドリニウム１〜３．５重量％、イットリウム６〜１２重量％を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなることを特徴とする。また、本発明のマグネシウム合金のガドリニウム含有量は、好ましくは２〜３．５重量％であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のマグネシウム合金は、ガドリニウム１〜３．５重量％、好ましくは２〜３．５重量％、イットリウム６〜１２重量％、更にジルコニウムまたはマンガンのうちの少なくとも１元素を２重量％以下を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のマグネシウム合金においては、高温強度を損わずに成形性を付与するためにガドリニウム１〜３．５重量％、好ましくは２〜３．５重量％とする。また、特に優れた成形性を付与するため、本発明のマグネシウム合金のイットリウムの含有量を６〜１２重量％とする。イットリウムの含有量が６重量％未満ではその効果が劣り、１２重量％を越えると化合物が残留し成形性が劣化し、また材料費が高価となるためイットリウムの含有量を６〜１２重量％とする。さらに、組織の微細化と強度を付与するジルコニウムまたはマンガンのうちの少なくとも１元素を２重量％以下を含有させる。
【０００９】
本発明のマグネシウム合金は、４２５〜５００°Ｃで４〜１２時間均質化処理し、約５００°Ｃで熱間鍛造後、１５０〜２５０°Ｃで５〜１２時間時効硬化熱処理することにより自動車用エンジン部品等に適合する引張強さ（ＭＰａ）と硬さを（Ｈ_V）を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本願発明の実施の形態について実施例及び比較例に基づいて説明する。
（実施例１及び比較例）表１に示す本発明材であるＧＹＫ合金（ＧＹ３８Ｋ合金、ＧＹ２１２Ｋ合金）および比較材であるＧＮ９３Ｋ合金とＤＮ７３Ｋ合金を溶製した。溶製した材料から圧縮試験片（直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍ）を採取し、４７５°Ｃの温度で６時間の均質化処理を施した。圧縮試験片は金型温度３００°Ｃ、荷重６トンで鍛造温度４５０°Ｃ、４７５°Ｃおよび５００°Ｃ、ひずみ速度６．６７ｓ^-1、１０．０ｓ^-1、１３．３ｓ^-1の条件で圧下率５０％まで行った。さらに、圧下率８０％まで圧縮し、成形性を評価し、試料のミクロ組織を観察した。ＧＹ３８Ｋ合金（Ｍｇ−３％Ｇｄ−８％Ｙ−０．５％Ｚｒ）では、ひずみ速度が１３．３ｓ^-1の条件でも良好な成形性が得られた。
【００１１】
高温圧縮試験結果は、各合金ともに、ひずみ速度が高くなるにしたがって割れの数が多くなっていた。また、ＧＹＫ合金はＤＮ７３Ｋ合金、ＧＮ９３Ｋ合金に比べ全てのひずみ速度において割れが少なかった。ＧＹＫ合金のなかでもＧＹ３８Ｋ合金は全ての鍛造温度、ひずみ速度において割れが発生しなかった。ＧＹ３８Ｋ合金では、均質化処理後のミクロ組織が微細化し、かつ化合物のほとんどは、結晶粒内に固溶するか、残留した場合でも、化合物は粒状分散化していた。
このため、破壊の起点となりにくいことが、鍛造においても割れが発生せず、良好な成形性を示すものと思われる。
【００１２】
【表１】
合金の種類合金組成
ＧＹ３８Ｋ合金（本発明材）Ｍｇ−３％Ｇｄ−８％Ｙ−０．５％Ｚｒ
ＧＹ６６Ｋ合金（参考材）Ｍｇ−６％Ｇｄ−６％Ｙ−０．５％Ｚｒ
ＧＹ４１０Ｋ合金（参考材）Ｍｇ−４％Ｇｄ−１０％Ｙ−０．６％Ｚｒ
ＧＹ２１２Ｋ合金（本発明材）Ｍｇ−２％Ｇｄ−１２％Ｙ−０．５％Ｚｒ
ＧＹ１０４Ｋ合金（比較材）Ｍｇ−１０％Ｇｄ−４％Ｙ−０．６％Ｚｒ
ＧＮ９３Ｋ合金（比較材）Ｍｇ−９％Ｇｄ−３％Ｎｄ
ＤＮ７３Ｋ合金（比較材）Ｍｇ−７％Ｄｙ−３％Ｎｄ
【００１３】
（実施例２）
本発明のマグネシウム合金の一例ＧＹ３８Ｋ合金（Ｍｇ−３％Ｇｄ−８％Ｙ−０．５％Ｚｒ）の鋳造品から直径７９ｍｍ×厚さ３４ｍｍのテストピースを採取し、４７５°Ｃで６時間均質化処理を施した。次いで、５００°Ｃで熱間鍛造を行い、続いて２２５°Ｃ（一定温度）で時効処理を行って得た試料より、引張り試験片を作成した。この試験片について温度と引張強さとの関係を求めたところ、図１に実線番号１で示す通りであった。なお、点線番号３で示す従来材料のＷＥ５４合金（Ｎｄ４．０重量％、Ｙ５．０重量％、Ｚｒ０．６重量％、残部はＭｇ）、及び二点鎖線番号４で示す従来材のＡＺ９１Ｃ合金（Ａｌ９．０重量％、Ｚｎ０．７重量％、Ｍｎ０．２重量％、残部はＭｇ）の結果も示す。図１から明らかなように、引張強さについて、本発明によるイットリウム含有マグネシウム合金は室温から３００°Ｃの範囲で従来材よりも優れており、２００℃においては３３０ＭＰａを越える引張強さを持っており、耐熱性にも優れている。
【００１４】
（実施例３）
実施例２と同様の本発明のマグネシウム合金の一例ＧＹ３８Ｋ合金（Ｍｇ−３％Ｇｄ−８％Ｙ−０．５％Ｚｒ）の鋳造品から２５ｍｍ×５０ｍｍ×３００ｍｍのテストピースを採取し、４７５°Ｃで６時間均質化処理を施した。次いで、５００°Ｃで熱間鍛造を行ない、続いて２２５°Ｃ（一定温度）で時効時間を種々変えて時効処理を行った。この時の時効時間（時）と硬さ（ＨＶ）との関係を図２に示す。時効時間が１６時間のときに、硬さ（ＨＶ）１３０の最高値が得られた。なお、硬さ測定はマイクロビッカース、試験荷重３００ｇ、荷重保持時間３０秒、ｎ＝５で測定した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のイットリウム含有マグネシウム合金は強度とともに優れた成形性を有するので、材料の信頼性が要求される例えば自動車用エンジン部品等への適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係り、引張り試験温度と引張強さとの関係を従来材と比較して示した図である。
【図２】本発明に係り、時効熱処理時間と硬さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１本発明のＧＹ３８Ｋ合金（Ｍｇ−３％Ｇｄ−８％Ｙ−０．５％Ｚｒ）
２本発明のＧＹ６６Ｋ合金（Ｍｇ−６％Ｇｄ−６％Ｙ−０．５％Ｚｒ）
３従来材のＷＥ５４材
４従来材のＡＺ９１Ｃ材

Claims

ガドリニウム１〜３．５重量％、イットリウム６〜１２重量％を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなることを特徴とするマグネシウム合金。
好ましくはガドリニウム２〜３．５重量％を含有することを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金。
ジルコニウムまたはマンガンのうちの少なくとも１元素を２重量％以下更に含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネシウム合金。