JP3940154B2 - 高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
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Description
これらの用途に使用するためにはマグネシウム合金に高強度と高靭性が要求される。高強度高靭性マグネシウム合金の製造のために従来から材料面及び製法面から種々検討されている。
製法面では、ナノ結晶化の促進のために、急冷凝固粉末冶金(RS−P/M)法が開発され、鋳造材の約2倍の400MPa程度の強度のマグネシウム合金が得られるようになった。
これらの高強度及び高靭性を有するマグネシウム合金として、Mg−Zn−RE(希土類元素)系合金が提案されている(例えば特許文献1、2及び3)。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
尚、前記Dy、Ho及びErそれぞれは、マグネシウム合金鋳造物に長周期積層構造相の結晶組織を形成する希土類元素である。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、前記高強度高靭性マグネシウム合金がマグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行ったものであることが好ましい。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記hcp構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも1桁小さいことが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が5%以上であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ECAE、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものであることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工を行った際の総歪量は10以下であることがより好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記MgにYおよび/またはGdを合計でy原子%含有し、yは下記式(4)及び(5)を満たすことが好ましい。
(4)0≦y≦4.8
(5)0.2≦b+y≦5.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記式(4)〜(6)を満たすことが好ましい。
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.2≦b+c+d≦6.0
本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、前記高強度高靭性マグネシウム合金がマグネシウム合金鋳造物を切削した後に塑性加工を行ったものであることが好ましい。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記hcp構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも1桁小さいことが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工物はMgと希土類元素の化合物、MgとZnの化合物、Znと希土類元素の化合物及びMgとZnと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも1種類の析出物を有していることが好ましい。
本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ECAE、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものであることが好ましい。
(4)0≦y≦4.9
(5)0.1≦b+y≦5.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.1≦b+c+d≦6.0
前記マグネシウム合金に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法においては、前記マグネシウム合金鋳造物を作る工程と前記塑性加工物を作る工程の間に、前記マグネシウム合金鋳造物に均質化熱処理を施す工程を追加しても良い。この際の熱処理条件は、温度が400℃〜550℃、処理時間が1分〜1500分であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法においては、前記塑性加工物を作る工程の後に、前記塑性加工物に熱処理を施す工程を追加しても良い。この際の熱処理条件は、温度が150℃〜450℃、処理時間が1分〜1500分であることが好ましい。
前記マグネシウム合金に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記マグネシウム合金鋳造物はhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することが好ましい。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.2≦b+c+d≦6.0
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記マグネシウム合金鋳造物はhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することが好ましい。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.1≦b+c+d≦6.0
本発明者は、基本に立ち返り、2元マグネシウム合金から始めて合金の強度及び靭性を検討し、更にその検討を多元マグネシウム合金まで拡大した。その結果、強度及び靭性とも高いレベルで有するマグネシウム合金はMg−Zn−RE(希土類元素)系であり、希土類元素がY、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素であるマグネシウム合金であり、更に従来技術とは異なり亜鉛の含有量が5.0原子%以下で希土類元素の含有量が5.0原子%以下という低含有量において従来にない高強度及び高靭性が得られることを見出した。
本発明の実施の形態1によるマグネシウム合金は、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む3元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦y≦4.8
(5)0.2≦b+y≦5.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(3)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(3’)を満たすものである。
(1’)0.2≦a≦3.0
(2’)0.2≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
本発明の実施の形態2によるマグネシウム合金は、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む4元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、Yb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(5)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(5’)を満たすものである。
(1’)0.2≦a≦3.0
(2’)0.2≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
(4’)0≦c≦3.0
(5’)0.2≦b+c≦6.0
本発明の実施の形態3によるマグネシウム合金は、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む4元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される1又は2以上の元素である。尚、Mm(ミッシュメタル)とは、Ce及びLaを主成分とする複数の希土類元素の混合物又は合金であり、鉱石から有用な希土類元素であるSmやNdなどを精錬除去した後の残渣であり、その組成は精錬前の鉱石の組成に依存するものである。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(5)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(5’)を満たすものである。
(1’)0.2≦a≦3.0
(2’)0.2≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
(4’)0≦c≦3.0
(5’)0.2≦b+c≦6.0
本発明の実施の形態4によるマグネシウム合金は、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む5元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、Yb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第5元素は、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.2≦b+c+d≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(6)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(6’)を満たすものである。
(1’)0.2≦a≦3.0
(2’)0.2≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
(4’)0≦c≦3.0
(5’)0≦d≦3.0
(6’)0.2≦b+c+d≦6.0
本発明の実施の形態5によるマグネシウム合金としては、実施の形態1〜4の組成にMeを加えたマグネシウム合金が挙げられる。但し、MeはAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。このMeの含有量は0原子%超2.5原子%以下とする。Meを添加すると、高強度高靭性を維持したまま、他の性質を改善することができる。例えば、耐食性や結晶粒微細化などに効果がある。
本発明の実施の形態6によるマグネシウム合金の製造方法について説明する。
実施の形態1〜5のいずれかの組成からなるマグネシウム合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であり、より好ましくは100K/秒以下である。鋳造プロセスとしては、種々のプロセスを用いることが可能であり、例えば、高圧鋳造、ロールキャスト、傾斜板鋳造、連続鋳造、チクソモールディング、ダイカストなどを用いることが可能である。また、マグネシウム合金鋳造物を所定形状に切り出したものを用いてもよい。
次いで、マグネシウム合金鋳造物に均質化熱処理を施しても良い。この際の熱処理条件は、温度が400℃〜550℃、処理時間が1分〜1500分(又は24時間)とすることが好ましい。
押出しによる塑性加工を行う場合は、押出し温度を250℃以上500℃以下とし、押出しによる断面減少率を5%以上とすることが好ましい。
鍛造による塑性加工を行う場合は、鍛造加工を行う際の温度が250℃以上500℃以下、前記鍛造加工の加工率が5%以上であることが好ましい。
また、押出し加工の歪量は、押出し比が2.5の場合が0.92/回であり、押出し比が4の場合が1.39/回であり、押出し比が10の場合が2.30/回であり、押出し比が20の場合が2.995/回であり、押出し比が50の場合が3.91/回であり、押出し比が100の場合が4.61/回であり、押出し比が1000の場合が6.90/回である。
本発明の実施の形態7によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数mm角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む3元又は4元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦y≦4.9
(5)0.1≦b+y≦5.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(3)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(3’)を満たすものである。
(1’)0.1≦a≦3.0
(2’)0.1≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
本発明の実施の形態8によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数mm角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む4元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、Yb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(3)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(3’)を満たすものである。
(1’)0.1≦a≦3.0
(2’)0.1≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
本発明の実施の形態9によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数mm角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む4元又は5元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(3)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(3’)を満たすものである。
(1’)0.1≦a≦3.0
(2’)0.1≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
本発明の実施の形態10によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数mm角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にMg、Zn及び希土類元素を含む5元以上の合金であり、希土類元素は、Dy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第4元素は、Yb、Tb、Sm、Nd及びGdからなる群から選択される1又は2以上の元素であり、第5元素は、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される1又は2以上の元素である。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.1≦b+c+d≦6.0
また、前記希土類元素がDy、Ho及びErからなる群から選択される1又は2以上の元素である場合のマグネシウム合金の組成範囲を前記式(1)〜(3)を満たすものとしているが、より好ましい組成範囲としては下記式(1’)〜(3’)を満たすものである。
(1’)0.1≦a≦3.0
(2’)0.1≦b≦5.0
(3’)2a−3≦b
本発明の実施の形態11によるマグネシウム合金としては、実施の形態7〜10の組成にMeを加えたマグネシウム合金が挙げられる。但し、MeはAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。このMeの含有量は0原子%超2.5原子%以下とする。Meを添加すると、高強度高靭性を維持したまま、他の性質を改善することができる。例えば、耐食性や結晶粒微細化などに効果がある。
本発明の実施の形態12によるマグネシウム合金の製造方法について説明する。
実施の形態7〜11のいずれかの組成からなるマグネシウム合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であり、より好ましくは100K/秒以下である。このマグネシウム合金鋳造物としては、インゴットから所定形状に切り出したものを用いる。
次いで、このマグネシウム合金鋳造物を切削することによって複数の数mm角以下のチップ形状鋳造物を作製する。
チップ形状の鋳造物は例えばチクソーモールドの原料に一般的に用いられている。
尚、チップ形状鋳造物とセラミック粒子とを混合したものを圧縮又は塑性加工法的手段を用いて予備成形し、均質化熱処理を施しても良い。また、チップ形状鋳造物を予備成形する前に、付加的に強歪加工を施しても良い。
尚、ここでいう総歪量とは、焼鈍しなどの熱処理によってキャンセルされない総歪量であって、チップ形状鋳造物を予備成形した後に塑性加工を行った際の総歪量を意味する。つまり、製造工程の途中で熱処理を行ってキャンセルされた歪については総歪量にカウントされず、また、チップ形状鋳造物を予備成形するまでの歪量については総歪量にカウントされない。
この熱処理を行った後の塑性加工物については、熱処理を行う前の塑性加工物に比べてビッカース硬度及び降伏強度がともに上昇する。また、熱処理後の塑性加工物にも熱処理前と同様に、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相の結晶組織を有する。この長周期積層構造相の少なくとも一部が湾曲又は屈曲している。
実施例2では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Hoの3元系マグネシウム合金を用いる。
実施例3では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Erの3元系マグネシウム合金を用いる。
実施例5では、96.5原子%Mg−1原子%Zn−1原子%Y−1.5原子%Erの4元系マグネシウム合金を用いる。
実施例4及び5それぞれのマグネシウム合金は、長周期積層構造を形成する希土類元素を複合的に添加したものである。
実施例7では、96.5原子%Mg−1原子%Zn−1.5原子%Y−1原子%Erの4元系マグネシウム合金を用いる。
比較例2では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Ybの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例4では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Prの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例5では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Ndの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例6では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Smの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例7では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Euの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例8では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Tmの3元系マグネシウム合金を用いる。
比較例9では、97原子%Mg−1原子%Zn−2原子%Luの3元系マグネシウム合金を用いる。
まず、Arガス雰囲気中で高周波溶解によって実施例1〜7、比較例1〜9及び参考例それぞれの組成のインゴットを作製し、これらのインゴットからφ10×60mmの形状に切り出す。この切り出した鋳造材の組織観察をSEM、XRDによって行った。これらの結晶組織の写真を図1〜図7に示す。
Mg−Zn−RE3元系鋳造合金では、REがDy、Ho、Erの場合に長周期積層構造が形成されるのに対し、REがLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ybの場合は長周期積層構造が形成されない。Gdは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ybと少し挙動が異なっており、Gdの単独添加(Znは必須)では長周期積層構造は形成されないが、長周期積層構造を形成する元素であるDy、Ho、Erとの複合添加では2.5原子%でも長周期積層構造が形成される。
また、Yb、Tb、Sm、Nd及びGdは、Mg−Zn−RE(RE=Dy、Ho、Er)に添加する場合には、5.0原子%以下なら、長周期積層構造の形成を妨げない。また、La、Ce、Pr、Eu及びMmは、Mg−Zn−RE(RE=Dy、Ho、Er)に添加する場合には、5.0原子%以下なら、長周期積層構造の形成を妨げない。
比較例1及び比較例2それぞれの鋳造材をビッカース硬度試験により評価した。比較例1の鋳造材のビッカース硬度は75Hvであり、比較例2の鋳造材のビッカース硬度は69Hvであった。
上記比較例1、2それぞれの鋳造材に400℃でECAE加工を施した。ECAE加工法は、試料に均一なひずみを導入するためにパス毎に試料長手方向を90度ずつ回転させる方法を用いて、パス回数を4回及び8回で行った。この際の加工速度は2mm/秒の一定である。
ECAE加工を施した試料をビッカース硬度試験により評価した。4回のECAE加工後の試料のビッカース硬度は、比較例1の試料が82Hv、比較例2の試料が76Hvであり、ECAE加工前の鋳造材と比較して10%程度の硬さの向上が見られた。8回のECAE加工をした試料では、4回のECAE加工をした試料とほとんど硬さに変化はなかった。
ECAE加工を施した試料の組織観察をSEM、XRDによって行った。比較例1、2の加工材では粒界に存在していた晶出物が数μmオーダーに分断され、微細に均一分散していた。8回のECAE加工をした試料では、4回のECAE加工をした試料とほとんど組織に変化はなかった。
ECAE加工を施した試料を引張試験により評価した。引張試験は、押出し方向に対して平行に初期ひずみ速度5×10−4/秒の条件で行った。4回のECAE加工をした試料の引張特性については、比較例1、2の試料では200MPa以下の降伏応力と2〜3%の伸びを示した。
表1〜3に示す組成を有する3元系のマグネシウム合金の鋳造材を作製し、その鋳造材に500℃、10時間の熱処理を行った後、その鋳造材に表1〜3に示す押出し温度及び押出し比で押出し加工を行った。この押出し加工後の押出し材を、表1〜3に示す試験温度で引張試験により0.2%耐力(降伏強度)、引張強さ、伸びを測定した。また、押出し材の硬さ(ビッカース硬度)についても測定した。これらの測定結果を表1〜3に示している。
Claims (57)
- Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項1又は2において、前記高強度高靭性マグネシウム合金が前記鋳造物に塑性加工を行ったものであることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行って塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行って塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項4乃至7のいずれか一項において、前記hcp構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも1桁小さいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項4乃至8のいずれか一項において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が5%以上である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項4乃至9のいずれか一項において、前記塑性加工物はMgと希土類元素の化合物、MgとZnの化合物、Znと希土類元素の化合物及びMgとZnと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも1種類の析出物を有していることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項10において、前記少なくとも1種類の析出物の合計体積分率は0%超40%以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項4乃至11のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ECAE、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項4乃至12のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は15以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項4乃至12のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は10以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項1乃至14のいずれか一項において、前記MgにYおよび/またはGdを合計でy原子%含有し、yは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦y≦4.8
(5)0.2≦b+y≦5.0 - 請求項1乃至15のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0 - 請求項1乃至15のいずれか一項において、前記MgにLa、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0 - 請求項1乃至15のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.2≦b+c+d≦6.0 - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項19又は20において、前記高強度高靭性マグネシウム合金が前記鋳造物を切削した後に塑性加工を行ったものであることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてhcp構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項22乃至25のいずれか一項において、前記hcp構造マグネシウム相の平均粒径は0.1μm以上であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至26のいずれか一項において、前記hcp構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも1桁小さいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至27のいずれか一項において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が5%以上である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至28のいずれか一項において、前記塑性加工物はMgと希土類元素の化合物、MgとZnの化合物、Znと希土類元素の化合物及びMgとZnと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも1種類の析出物を有していることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項29において、前記少なくとも1種類の析出物の合計体積分率は0%超40%以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至30のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ECAE、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至31のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は15以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項22乃至31のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は10以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項19乃至33のいずれか一項において、前記MgにYおよび/またはGdを合計でy原子%含有し、yは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦y≦4.9
(5)0.1≦b+y≦5.0 - 請求項19乃至34のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0 - 請求項19乃至34のいずれか一項において、前記MgにLa、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0 - 請求項19乃至34のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.1≦b+c+d≦6.0 - 請求項1乃至37のいずれか一項において、前記MgにAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超2.5原子%以下含有する高強度高靭性マグネシウム合金。
- Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.2≦a≦5.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.2≦a≦3.0
(2)0.2≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項39又は40において、前記マグネシウム合金鋳造物はhcp構造マグネシウム相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項39乃至41のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0 - 請求項39乃至41のいずれか一項において、前記MgにLa、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.2≦b+c≦6.0 - 請求項39乃至41のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.2≦b+c+d≦6.0 - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.1≦a≦5.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)0.5a−0.5≦b - Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMgから成り、aとbは下記式(1)〜(3)を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(1)0.1≦a≦3.0
(2)0.1≦b≦5.0
(3)2a−3≦b - 請求項45又は46において、前記マグネシウム合金鋳造物はhcp構造マグネシウム相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項45乃至47のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0 - 請求項45乃至47のいずれか一項において、前記MgにLa、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記式(4)及び(5)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0.1≦b+c≦6.0 - 請求項45乃至47のいずれか一項において、前記MgにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
(4)0≦c≦3.0
(5)0≦d≦3.0
(6)0.1≦b+c+d≦6.0 - 請求項39乃至50のいずれか一項において、前記MgにAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超2.5原子%以下含有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項39乃至51のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ECAE、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項39乃至52のいずれか一項において、前記塑性加工を行う際の総歪量は15以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項39乃至52のいずれか一項において、前記塑性加工を行う際の総歪量は10以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
- 請求項39乃至54のいずれか一項において、前記塑性加工物を作る工程の後に、前記塑性加工物に熱処理を行う工程をさらに具備する高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項55において、前記熱処理の条件は、200℃以上500℃未満で10分以上24時間未満であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
- 請求項39乃至56のいずれか一項において、前記塑性加工を行った後のマグネシウム合金におけるhcp構造マグネシウム相の転移密度は長周期積層構造相の転位密度に比べて1桁以上大きいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
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