JP6675753B2 - Processing method of magnesium or magnesium alloy - Google Patents

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Description

本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を高強度に加工するための方法に関するものである。   The present invention relates to a method for processing magnesium or a magnesium alloy with high strength.

マグネシウム合金(マグネシウムを含む。以下同じ)は、軽量で比強度が大きいことから、次世代軽量構造材料などの適用が期待されるものである。しかしながら、高強度を実現するために、加工硬化処理を施す場合には、一般的な加工法では、割れや欠陥が生じやすく、高強度加工が難しいとされてきた。   Magnesium alloys (including magnesium; the same applies hereinafter) are expected to be applied to next-generation lightweight structural materials because they are lightweight and have high specific strength. However, when a work hardening treatment is performed to achieve high strength, cracks and defects are easily generated by a general processing method, and it has been considered that high strength processing is difficult.

そのため、マグネシウム合金の強化法について、遷移金属と特定希土類金属とを添加する方法が提案されている(非特許文献1および2参照)。しかし、これらの方法は、合金中に、希土類金属元素を重量比で5%〜7%以上添加する必要があり、高価な希土類金属を使用するため、用途が高級付加価値製品に限られるものとなっていた。   Therefore, as a method of strengthening a magnesium alloy, a method of adding a transition metal and a specific rare earth metal has been proposed (see Non-Patent Documents 1 and 2). However, in these methods, it is necessary to add a rare earth metal element to the alloy in an amount of 5% to 7% or more by weight, and the expensive rare earth metal is used, so that the use is limited to high value-added products. Had become.

そこで、本発明者は、マグネシウム合金を変形が抑制された状態で一軸鍛造処理する方法により高強度のマグネシウム合金を製造する方法を発明した(特許文献1参照)。これは、マグネシウム合金の塑性中に生ずる破壊を避けるため、変形を抑制する金型内に収めたマグネシウム合金を一軸方向へ鍛造加工する(以下、「変形拘束下高負荷プレス加工」または「DRF」をいう場合がある。)ものである。このような加工法により、鍛造中に導入される塑性変形量を可能な限り小さくさせ、同時に加工中に変形双晶の導入と転位密度の上昇を促し、強度を大きくさせるものである。すなわち、双晶変形の高密度が導入されるとともに初期粒組織が分割されることと、多重すべり変形による転位密度の増加と同時に加工硬化をもたらすものであった。さらには、マグネシウムの結晶格子である稠密六方晶の底面を集合させる底面集合組織の発達によって、より高強度化されるものであった。   Therefore, the present inventor has invented a method of manufacturing a high-strength magnesium alloy by a method of performing uniaxial forging while suppressing deformation of the magnesium alloy (see Patent Document 1). This involves forging uniaxially a magnesium alloy contained in a mold that suppresses deformation in order to avoid breakage that occurs during plasticity of the magnesium alloy (hereinafter referred to as “high load pressing under deformation restraint” or “DRF”). In some cases.) By such a working method, the amount of plastic deformation introduced during forging is made as small as possible, and at the same time, the introduction of deformation twins and the increase in dislocation density are promoted during working, thereby increasing the strength. In other words, the high density of twin deformation is introduced, the initial grain structure is divided, and the dislocation density increases due to multiple slip deformation, and at the same time, work hardening is brought about. Further, the strength was further enhanced by the development of a bottom surface texture that aggregates the bottom surfaces of the dense hexagonal crystal, which is the crystal lattice of magnesium.

WO2013/002082号公報WO2013 / 002082

Y. Kawamura, M. Yamasaki, Mater. Trans., vol.48, pp.2986-2992(2007)Y. Kawamura, M. Yamasaki, Mater. Trans., Vol.48, pp.2986-2992 (2007) 河村能人、東田賢二、「長周期積層構造型高強度マグネシウム合金の強化機構」、軽金属奨学会課題研究成果報告書、軽金属奨学会(2010)Nobuto Kawamura, Kenji Higashida, "Strengthening mechanism of high-strength magnesium alloy with long-period stacking structure", Research Report of the Japan Institute of Light Metals, 2010

上記変形拘束下高負荷プレス加工法は、上述のように、高強度なマグネシウム合金を製造することができるものであるが、マグネシウムの結晶格子(稠密六方晶)の底面が変形拘束下高負荷プレス時の鍛造軸に対し、垂直方向に整列するため、棒状の長手方向に対する降伏強度が必ずしも高いものとはならなかった。   As described above, the high-load pressing under deformation constraint method can produce a high-strength magnesium alloy. However, the bottom surface of the crystal lattice (dense hexagonal) of magnesium is subjected to high-load pressing under deformation constraint. Since the rods are aligned in the vertical direction with respect to the forged shaft at the time, the yield strength in the longitudinal direction of the rod shape was not always high.

本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、変形拘束下高負荷プレス加工による強度を維持しつつ長手方向の降伏強度を向上させる加工方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a processing method for improving yield strength in a longitudinal direction while maintaining strength by high-load pressing under deformation constraint. It is.

そこで、本発明は、適宜断面と適宜長さを有するマグネシウムまたはマグネシウム合金による被加工体を変形拘束下における高負荷プレス加工を施す第1工程と、前記第1の工程の前または後に、前記被加工体の断面を減縮させるように変形する第2工程とを含み、前記第1工程は、前記被加工体の断面の拡大を抑制した状態で長さ方向に鍛造圧縮するものであって、(1)σp>σf(ただし、σfは前記被加工体の圧縮破断応力(MPa))、(2)塑性変形率10%以下、および、(3)ひずみ速度0.1/sec以下、を満たす条件下で実施されるものであり、前記第2工程は、形状変化を伴う局部的または全体的な塑性流動を惹起させるものであることを特徴とするものである。   Therefore, the present invention provides a first step of subjecting a workpiece made of magnesium or a magnesium alloy having an appropriate cross section and an appropriate length to high-load pressing under deformation restraint, and before or after the first step, A second step of deforming so as to reduce the cross section of the workpiece, wherein the first step comprises forging and compressing the workpiece in a longitudinal direction while suppressing the cross section of the workpiece from expanding. 1) σp> σf (where σf is the compressive rupture stress (MPa) of the workpiece), (2) plastic deformation rate 10% or less, and (3) strain rate 0.1 / sec or less. The second step is to cause a local or total plastic flow with a shape change.

上記構成によれば、第2工程による断面を減縮させる変形加工(以下、「断面減縮加工」という場合がある)により、その断面減縮加工中に結晶回転を生じさせ、稠密六方晶の底面が可能な限り長手方向に平行となるようにすることができる。これにより、長手方向の強度を向上させることが可能となる。また、断面減縮加工により、転位密度の上昇と変形双晶の導入も促進され、さらに高強度なマグネシウム合金を製造することができる。   According to the above configuration, the deformation processing for reducing the cross-section in the second step (hereinafter, sometimes referred to as “cross-section reduction processing”) causes crystal rotation during the cross-section reduction processing, and a dense hexagonal bottom surface is possible. It can be made as parallel as possible to the longitudinal direction. Thereby, the strength in the longitudinal direction can be improved. In addition, the reduction of the cross-section promotes the increase in dislocation density and the introduction of deformation twins, so that a magnesium alloy having higher strength can be manufactured.

上記構成の発明おいて、前記被加工体は棒状部材であり、前記第2工程は、押出加工、引抜加工、線引加工、スウェージング加工、溝ロール圧延加工、圧縮加工、圧延加工、転造加工から選択される少なくとも1種類の加工を実施するものとすることができる。   In the invention having the above configuration, the workpiece is a rod-shaped member, and the second step includes an extrusion process, a drawing process, a wire drawing process, a swaging process, a groove roll rolling process, a compression process, a rolling process, and a rolling process. At least one type of processing selected from the processing may be performed.

上記構成のように、被加工体が棒状部材出ある場合には、スウェージング加工等のような汎用される加工法を採用することができ、被加工体の形状に応じて適宜選択して使用することができる。これらの加工法は、汎用機によって実施可能であるから、安価に加工することができる。   In the case where the workpiece comes out of a rod-shaped member as in the above configuration, a general-purpose processing method such as swaging can be employed, and the method can be appropriately selected and used depending on the shape of the workpiece. can do. Since these processing methods can be performed by a general-purpose machine, they can be processed at low cost.

他方、上記構成の発明おいて、前記第2工程は、前記被加工体の形状が異なる程度の金型により抑制された状態で、(1)σp>σf(ただし、σfは被加工体の圧縮破断応力(MPa))、(2)塑性変形率10%以下、および、(3)ひずみ速度0.1/sec以下、を満たす条件下で実施されるものとしてもよい。   On the other hand, in the invention having the above-described configuration, the second step is performed under the following conditions: (1) σp> σf (where σf is the compression of the workpiece) The stress may be carried out under conditions that satisfy (fracture stress (MPa)), (2) a plastic deformation rate of 10% or less, and (3) a strain rate of 0.1 / sec or less.

上記構成によれば、金型により抑制された状態で断面減縮加工がなされるため、異形状材料のように、スウェージング加工等に馴染まない形状の材料についても、第2工程を実施することができる。そして、被加工体の形状により、局部的な塑性流動を惹起させる場合もあるが、この局所的な塑性流動により、加工硬化と変形双晶の導入が可能となり、マグネシウム合金をより強化できる。   According to the above configuration, since the cross-sectional reduction processing is performed in a state where the cross-section reduction is performed by the mold, the second step can be performed on a material having a shape that is not compatible with swaging processing, such as a deformed material. it can. Depending on the shape of the workpiece, local plastic flow may be caused. However, the local plastic flow enables work hardening and the introduction of deformation twins, thereby further strengthening the magnesium alloy.

上記構成の発明においては、前記第2工程が、前記第1工程の前および後に実施するものであってもよく、その場合、前記第1工程の前後に実施する第2工程は、いずれも断面減縮率を10%以下としてもよい。   In the invention having the above configuration, the second step may be performed before and after the first step. In this case, the second step performed before and after the first step may be performed in a cross-section. The reduction ratio may be 10% or less.

上記構成の場合、第1工程および第2工程のいずれにおいても転位密度が上昇し、また、変形双晶が導入されることとなるから、マグネシウム金属全体の強度が向上する。そして、後の第2工程により、稠密六方晶の底面が長手方向に平行となるように揃うことによって長手方向の強度を向上させることができる。また、第2工程における断面減縮率を10%以下とすることは、第1工程により稠密六方晶の底面が長手方向に垂直に揃うことによって、断面減縮加工が容易となるため、その加工を抑えることによりマグネシウム合金の塑性中の破壊を防ぐためである。   In the case of the above configuration, the dislocation density increases in both the first step and the second step, and deformation twins are introduced, so that the strength of the entire magnesium metal is improved. Then, in the subsequent second step, the strength in the longitudinal direction can be improved by aligning the bottom surfaces of the dense hexagonal crystals so as to be parallel to the longitudinal direction. In addition, setting the cross-sectional reduction rate in the second step to 10% or less means that the cross-sectional reduction processing is facilitated by aligning the bottom surfaces of the dense hexagonal crystals perpendicular to the longitudinal direction in the first step, thereby suppressing the processing. This is to prevent fracture during plasticity of the magnesium alloy.

また、上記構成の発明においては、前記第1工程および前記第2工程を順次交互に複数回実施されるものであってもよく、その場合、第2工程は、いずれも断面減縮率を10%以下とするものとすることができる。   Further, in the invention having the above structure, the first step and the second step may be sequentially and alternately performed a plurality of times. In this case, the second step may be such that the cross-sectional reduction rate is 10%. It can be as follows.

上記構成の場合は、第1工程および第2工程が複数回実施されることにより、転位密度の上昇と変形双晶の導入が促進され、高強度化が実現される。なお、第2工程における断面減縮率を10%以下とすることは、マグネシウム合金の塑性中の破壊を防ぐためであること前記と同様である。また、被加工体が棒状部材である場合、複数回実施される断面減縮加工は、その全てが、押出加工、引抜加工、線引加工、スウェージング加工、溝ロール圧延加工、圧縮加工、圧延加工、転造加工から選択される単一の加工方法を実施してもよいが、個々の断面減縮加工ごとにことなる加工方法を選択して組み合わせてもよい。   In the case of the above configuration, by performing the first step and the second step a plurality of times, the increase in the dislocation density and the introduction of the deformation twin are promoted, and the high strength is realized. The reason that the cross-sectional reduction rate in the second step is set to 10% or less is to prevent the magnesium alloy from being broken during plasticity, similarly to the above. Further, when the workpiece is a rod-shaped member, all of the cross-sectional reduction processes performed a plurality of times include extrusion, drawing, wire drawing, swaging, groove roll rolling, compression, and rolling. Alternatively, a single processing method selected from rolling processing may be performed, or a different processing method may be selected and combined for each individual cross-sectional reduction processing.

また、上記各構成の発明において、前記第1工程と前記第2工程の中間において、100℃〜200℃の処理温度により時効熱処理を施すものであってもよい。   Further, in the invention of each of the above structures, an aging heat treatment may be performed at a treatment temperature of 100 ° C. to 200 ° C. between the first step and the second step.

上記構成の場合には、時効熱処理により変形双晶の消失を抑制することができる。すなわち、第1工程および第2工程によって導入された変形双晶は、繰り返し高負荷を受ける最中に可逆的に消失することがあり得るため、時効熱処理を施すことによって、析出物を分散させ、可逆的な変形双晶の消失を抑えることができるのである。   In the case of the above configuration, the disappearance of the deformation twin can be suppressed by the aging heat treatment. That is, since the deformation twins introduced in the first step and the second step can be reversibly disappeared during repeated high loads, the precipitates are dispersed by performing aging heat treatment, The loss of reversible deformation twins can be suppressed.

上記各構成の発明において、前記被加工体は、断面形状が円、楕円または多角形であってもよい。本発明は、特別な形状に限るものではなく、棒状部材である場合には、丸棒以外の断面形状の棒状部材を使用することができ、板材や異形状の材料であっても加工することができるものである。   In the inventions having the above configurations, the workpiece may have a circular, elliptical, or polygonal cross-sectional shape. The present invention is not limited to a special shape, and in the case of a bar-shaped member, a bar-shaped member having a cross-sectional shape other than a round bar can be used, and even a plate material or a material having a different shape can be processed. Can be done.

本発明によれば、マグネシウム合金に対して、変形拘束下高負荷プレス加工および断面減縮加工の双方を実施することにより、マグネシウムの結晶回転を生じさせることができ、これにより、結晶格子(稠密六方晶)の底面を長手方向に対して平行または垂直のいずれか一方に揃えることができる。従って、稠密六方晶の底面を長手方向に揃えることによって、長手方向への降伏強度を向上させることができる。なお、最初に変形拘束下高負荷プレス加工を実施することにより、室温下における断面減縮加工を容易にすることができるという効果を奏するものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, crystal rotation of magnesium can be produced | generated by implementing both high load press work and deformation | transduction reduction under deformation constraint with respect to a magnesium alloy, and thereby, a crystal lattice (dense hexagonal Crystal) can be aligned either parallel or perpendicular to the longitudinal direction. Therefore, by aligning the bottom surfaces of the dense hexagonal crystals in the longitudinal direction, the yield strength in the longitudinal direction can be improved. It is to be noted that the first effect of the high-load pressing under the deformation constraint is that the cross-sectional reduction at room temperature can be easily performed.

本発明の実施形態による加工方法の第1工程を例示する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a first step of the processing method according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による加工方法の第2工程を例示する説明図である。FIG. 4 is an explanatory view illustrating a second step of the processing method according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による加工方法の第1工程の他の例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing another example of the first step of the processing method according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による加工方法の第2工程の他の例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing another example of the second step of the processing method according to the embodiment of the present invention. (a)は棒状部材における第1工程後の稠密六方晶の向きを示し、(b)は第2工程後の稠密六方晶の向きを示す説明図である。(A) is an explanatory view showing the direction of the dense hexagonal crystal after the first step in the rod-shaped member, and (b) is the illustration showing the direction of the dense hexagonal crystal after the second step. (a)は実験例1の結果を示す真応力−公称ひずみ曲線であり、(b)は実験例2の結果を示す真応力−公称ひずみ曲線であり、(c)は実験例3の結果を示す真応力−公称ひずみ曲線である。(A) is a true stress-nominal strain curve showing the result of Experimental Example 1, (b) is a true stress-nominal strain curve showing the result of Experimental Example 2, and (c) is a result of Experimental Example 3. It is a true stress-nominal strain curve shown.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明は、マグネシウム合金に対して、変形拘束下高負荷プレス加工(第1工程)および断面減縮加工(第2工程)を施すものである。そこで、変形拘束下高負荷プレス加工(第1工程)および断面減縮加工(第2工程)の加工方法について説明する。なお、第1工程は、前掲の特許文献1に記載の加工方法を利用するものであるが、板材や多角形材料においても使用するのが本願発明である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. According to the present invention, a magnesium alloy is subjected to high-load pressing under deformation constraint (first step) and cross-sectional reduction processing (second step). Therefore, a description will be given of a processing method of high-load press working under deformation constraint (first step) and cross-sectional reduction processing (second step). The first step utilizes the processing method described in Patent Document 1 mentioned above, but the present invention is also used for a plate material or a polygonal material.

図1は、被加工体Aに対して拘束下高負荷プレス加工を行うための金型1およびプレスマンドレル2を示している。この図に示されるように、金型1は、被加工体Aを遊嵌できる程度に、被加工体Aよりも僅かに大きめの内部空間を有しており、被加工体Aを上部開口部11から金型1の内部に収容したうえ、当該開口部11からプレスマンドレル2を金型1の内部に侵入できる構成となっている。   FIG. 1 shows a mold 1 and a press mandrel 2 for performing high-load press work under constraint on a workpiece A. As shown in this figure, the mold 1 has an internal space slightly larger than the workpiece A so that the workpiece A can be loosely fitted. 11, the press mandrel 2 can be housed in the mold 1 through the opening 11.

金型1に収容される被加工体Aは、金型1の内部空間において、周囲(側面全体)が僅かな間隙Lを有する状態であり、上面が開口部11よりも僅かに内側に位置するようになっている。この状態で、プレスマンドレル2によって高負荷プレス加工を行うと、被加工体Aは、圧縮荷重を受け、断面を拡大させるように変形しようとするが、周囲が金型1によって拘束されているため、僅かな変形に留まるものである。このときの変形率(すなわち間隙Lによって形成される空隙率)は、被加工体Aの全体積の10%以下となるように調整されている。また、プレス加工時のプレスマンドレル2による荷重σpは、被加工体Aの圧縮破断応力を超える高負荷である。なお、その際のひずみ速度は0.1/sec以下としている。ただし、特に軟質なマグネシウム合金では、10数%の加工が可能な場合も限定的な条件下で存在する。   The workpiece A accommodated in the mold 1 is in a state in which the periphery (entire side surface) has a small gap L in the internal space of the mold 1, and the upper surface is located slightly inside the opening 11. It has become. In this state, when high-load press working is performed by the press mandrel 2, the workpiece A receives a compressive load and tends to deform so as to enlarge the cross section, but the periphery is restrained by the mold 1. , Only slight deformation. At this time, the deformation rate (that is, the porosity formed by the gap L) is adjusted to be 10% or less of the entire volume of the workpiece A. Further, the load σp by the press mandrel 2 during the press working is a high load exceeding the compressive rupture stress of the workpiece A. The strain rate at that time is set to 0.1 / sec or less. However, particularly in the case of a soft magnesium alloy, there is a case where processing of 10% or more is possible under limited conditions.

図2は、第2工程として実施する溝ロール圧延の一例をモデル図として示しており、対向する二つの溝ロール3,4の間に被加工体Aが通過することにより、ロール3,4の表面に形成される溝の間隔まで断面が減縮加工されるものである。このとき、塑性変形率(断面減縮率)が10%以下となるように、ロール3,4の両溝の径と間隔が調整されている。   FIG. 2 shows, as a model diagram, an example of groove roll rolling performed as a second step. When the workpiece A passes between two opposed groove rolls 3 and 4, the rolls 3 and 4 are rolled. The cross section is reduced to the interval between the grooves formed on the surface. At this time, the diameter and interval of both grooves of the rolls 3 and 4 are adjusted so that the plastic deformation rate (cross-sectional reduction rate) is 10% or less.

また、多角形断面または板状の被加工体Bについては、図3に示すように、四角形状の内部空間を有する金型1を使用し、被加工体Aの縦方向および横方向にそれぞれ間隙を設けて、当該被加工体Aを収容している。プレスマンドレル2は、被加工体Bの形状および金型1の開口部11の形状に合わせて四角形としている。このような金型1およびプレスマンドレル2を使用することにより、四角形や板状の被加工体Bに対しても拘束下高負荷プレス加工を行うことができる。多角形の場合には、その形状に応じて金型1およびプレスマンドレル2の形状を変更することとなる。   For the workpiece B having a polygonal cross section or a plate shape, as shown in FIG. 3, a mold 1 having a quadrangular internal space is used, and gaps are formed in the longitudinal and lateral directions of the workpiece A, respectively. Is provided to accommodate the workpiece A. The press mandrel 2 has a quadrangular shape according to the shape of the workpiece B and the shape of the opening 11 of the mold 1. By using the mold 1 and the press mandrel 2 as described above, it is possible to perform a high-load press working under constraint also on a square or plate-shaped workpiece B. In the case of a polygon, the shapes of the mold 1 and the press mandrel 2 are changed according to the shape.

他方、板状の被加工体Bに対して、断面減縮加工を行う場合は、ロール圧延によることも可能であるが、図4に示すような拘束下高負荷プレス加工機を使用する方法もあり得る。これは、第2工程であるから、第1工程を図3に示す加工機によって施す前または後に使用されるものである。この図4に示されるような拘束下高負荷プレス加工機を使用する場合には、塑性変形を全体的に与えることは難しく、そのため、長手方向にのみ間隙Mを有する金型5が使用される。なお、当該長手方向以外の周辺においても極めて微小の間隙を有することにより、内部空間への収容を可能にするが、これら他の間隙は、前記長手方向の間隙Mよりも極めて微小としている。そして、上部開口部からプレスマンドレル6によって高負荷プレス加工を行うことにより、板状の被加工体Bに対して、局部的な塑性流動を生じさせることができる。   On the other hand, when the cross-sectional reduction processing is performed on the plate-shaped workpiece B, it is also possible to use roll rolling, but there is also a method using a high-load press machine under constraint as shown in FIG. obtain. Since this is the second step, it is used before or after the first step is performed by the processing machine shown in FIG. When a high-load press machine under constraint as shown in FIG. 4 is used, it is difficult to give plastic deformation as a whole, and therefore, a mold 5 having a gap M only in the longitudinal direction is used. . It is to be noted that the extremely small gaps in the periphery other than the longitudinal direction allow accommodation in the internal space, but these other gaps are much smaller than the longitudinal gap M. Then, by performing high-load press working from the upper opening by the press mandrel 6, a local plastic flow can be generated in the plate-shaped workpiece B.

上記のような加工法は一例であり、全ての加工方法を個別に列挙することは省略するが、要諦は、被加工体Aの塑性変形を拘束することができる金型1と、所定の高負荷圧縮荷重を生じさせるプレスマンドレル2とを使用すれば、長手方向への拘束下高負荷プレス加工が可能となる。また、断面減縮加工は、スウェージング加工機や転造加工機などによっても同様の加工が可能である。   The processing method as described above is an example, and it is not necessary to individually enumerate all the processing methods. However, the key is that the mold 1 capable of restraining the plastic deformation of the workpiece A and the predetermined height are required. The use of the press mandrel 2 which generates a load compressive load makes it possible to perform high-load press working under constraint in the longitudinal direction. Further, the cross-sectional reduction processing can be performed by a swaging machine or a rolling machine.

ここで、上記二種類の加工によるマグネシウムの結晶格子(稠密六方晶)の向きの変化(結晶回転)について説明する。図5は、被加工体の向きと結晶格子の向きを示す概念図である。図中の六角柱部分Pによって稠密六方晶を示し、その六角形の平面Paが底面として定義される。なお、底面Paは、六角柱部分(稠密六方晶)Pの上面と下面とに形成されるが、いずれも底面と称することとする。   Here, the change (crystal rotation) of the orientation of the magnesium crystal lattice (dense hexagonal crystal) by the above two types of processing will be described. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the orientation of the workpiece and the orientation of the crystal lattice. A hexagonal column portion P in the figure indicates a dense hexagonal crystal, and the hexagonal plane Pa is defined as a bottom surface. In addition, the bottom surface Pa is formed on the upper surface and the lower surface of the hexagonal prism portion (dense hexagonal crystal) P, and both are referred to as the bottom surface.

図5(a)に示すように、被加工体Aに対し長手方向に圧縮荷重を作用させると、稠密六方晶Pの底面Paは、その荷重方向(すなわち被加工体Aの長手方向)に垂直な方向に揃うこととなる。厳密には、全ての結晶格子が同じ向きに一致するものではないが、相当程度の割合が上記の向きに揃うこととなる。このような集合組織の変化は、大きな塑性変形によってもたらされるが、塑性変形が起こらない拘束下高負荷プレス加工によっても、プレス面に強い底面集合組織が形成され、結晶回転が起こり得る。これは、僅かながら周辺方向に向かって拡大する塑性変形を伴うことにより、すべり面である結晶格子底面Paが塑性変形方向に配列するためである。そして、稠密六方晶Pの底面Pが、圧縮荷重方向(被加工体Aの長手方向)に直交する方向に揃う場合、被加工体Aは、長手方向に対する延性をもたらすが、そのため、降伏強度は低くなる。その一方で、スウェージングのような断面減縮加工が容易となる。   As shown in FIG. 5A, when a compressive load is applied to the workpiece A in the longitudinal direction, the bottom surface Pa of the dense hexagonal crystal P is perpendicular to the load direction (that is, the longitudinal direction of the workpiece A). Will be aligned in different directions. Strictly, not all crystal lattices coincide in the same direction, but a considerable proportion will be in the above orientation. Such a change in texture is brought about by large plastic deformation. However, even under high-constrained press working under constraint where plastic deformation does not occur, a strong bottom surface texture can be formed on the pressed surface, and crystal rotation can occur. This is because the crystal lattice bottom surface Pa, which is a slip surface, is arranged in the direction of plastic deformation due to plastic deformation that slightly expands in the peripheral direction. When the bottom surface P of the dense hexagonal crystal P is aligned in the direction orthogonal to the compressive load direction (longitudinal direction of the workpiece A), the workpiece A provides ductility in the longitudinal direction. Lower. On the other hand, cross-section reduction such as swaging is facilitated.

他方、図5(b)に示すように、断面減縮加工により被加工体Aの周辺から軸心に向かって圧縮荷重を作用させると、稠密六方晶Pの底面Paは、やはり圧縮方向に垂直な方向となるため、結果的には、被加工体Aの長手方向に平行な方向に揃うこととなる。この場合においても厳密には、全ての結晶格子の向きが一致するものではなく、相当程度の割合で同じ向きに揃った状態となる。そして、このような方向に結晶格子底面Paが揃うことにより、長手方向への引張強度が大きくなり降伏強度が向上する。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, when a compressive load is applied from the periphery of the workpiece A toward the axis by the cross-sectional reduction processing, the bottom surface Pa of the dense hexagonal crystal P is also perpendicular to the compression direction. As a result, they are aligned in a direction parallel to the longitudinal direction of the workpiece A. Strictly, even in this case, the directions of all the crystal lattices do not coincide with each other, and the crystal lattices are aligned in the same direction at a considerable ratio. By aligning the crystal lattice bottoms Pa in such a direction, the tensile strength in the longitudinal direction is increased, and the yield strength is improved.

なお、拘束下高負荷プレス加工および断面減縮加工のいずれにおいても、変形双晶が導入され、転位密度が上昇することから、全体としての強度は増加することとなる。従って、拘束下高負荷プレス加工および断面減縮加工を繰り返すことにより、上述の変形双晶の導入および転位密度の上昇に加え、結晶格子底面Paの集合組織の発達によって強度を上昇させることができるのである。そして、最終工程が、断面減縮加工(第2工程)である場合には、結晶格子底面Paが長手方向に直交する状態となり降伏強度を増加させた金属材料を得ることができるのである。   In both the high-load pressing under constraint and the cross-section reduction, deformation twins are introduced and the dislocation density increases, so that the overall strength increases. Therefore, by repeating the high-load press working under constraint and the cross-section reduction working, in addition to the introduction of the deformation twins and the increase of the dislocation density described above, the strength can be increased by the development of the texture of the crystal lattice bottom surface Pa. is there. When the final step is the cross-sectional reduction processing (second step), the crystal lattice bottom surface Pa is orthogonal to the longitudinal direction, and a metal material having an increased yield strength can be obtained.

拘束下高負荷プレス加工と、断面減縮加工とを組み合わせ、マグネシウム合金を加工した場合の強度実験を行ったので、以下に説明する。   A strength experiment was conducted in the case of processing a magnesium alloy by combining the high-load pressing under constraint and the cross-section reduction, and will be described below.

<実験例1>
使用するマグネシウム合金は、市販のAZ80(アルミニウム約8%、亜鉛1%未満を含有するマグネシウム合金)を使用し、熱間押出材を初期材として、溶体化処理後に所定の加工プロセスによる加工を行った。加工プロセスとしては、(1)拘束下高負荷プレス加工(DRF)+押出加工(断面減縮加工)、(2)押出加工+DRF+押出加工、(3)DRF+押出加工+DRF+押出加工とし、引張試験を行った。なお、比較のために、(A)DRFのみおよび(B)押出加工のみの二種類の加工材と、溶体化処理材についても、同様の引張試験を行った。その実験結果を図6(a)に示す。
<Experimental example 1>
The magnesium alloy to be used is a commercially available AZ80 (a magnesium alloy containing about 8% of aluminum and less than 1% of zinc). The hot extruded material is used as an initial material, and is processed by a predetermined processing process after a solution treatment. Was. As the processing process, (1) high-load press working under constraint (DRF) + extrusion processing (cross-section reduction processing), (2) extrusion processing + DRF + extrusion processing, (3) DRF + extrusion processing + DRF + extrusion processing, and a tensile test was performed. Was. For comparison, a similar tensile test was performed on two types of processed materials (A) only with DRF and (B) only with extrusion, and on a solution-treated material. FIG. 6A shows the experimental results.

上記実験例1からわかるとおり、前記の加工プロセス(1)、(2)および(3)は、いずれもDRFのみ(A)、押出加工のみ(B)および容体化処理材に比較して降伏強度および引張強度に優れており、特に、前記の加工プロセス(2)および(3)において、比較的高い降伏強度および引張強度が達成されるものとなった。
As can be seen from the above experimental example 1, the above-mentioned processing processes (1), (2) and (3) all have a yield strength as compared with the DRF only (A), the extrusion processing only (B) and the material subjected to the embodying treatment. And excellent tensile strength. In particular, in the above-mentioned working processes (2) and (3), relatively high yield strength and tensile strength were achieved.

<実験例2>
さらに、実験例1と同じ材料を使用し、DRF+スウェージング加工の組合せプロセスによる加工を行った。その際、DRFにおける圧縮荷重を変更した場合の引張強度および降伏強度を測定した。その結果を図6(b)に示す。なお、図中の「MPa」はDRF時の圧縮荷重の大きさを示し、単に「0MPa」とあるのは、熱間押出材であり、「0MPa+Swaging」とあるのは、拘束下高負荷プレス加工を行わずにスウェージング加工のみを行ったものを示す。
<Experimental example 2>
Further, using the same material as in Experimental Example 1, processing was performed by a combined process of DRF and swaging processing. At that time, the tensile strength and the yield strength when the compression load in the DRF was changed were measured. The result is shown in FIG. Note that “MPa” in the figure indicates the magnitude of the compressive load at the time of DRF, and “0 MPa” is simply a hot extruded material, and “0 MPa + Swinging” is a high-pressure press working under constraint. This shows a case where only swaging processing is performed without performing the above.

上記実験例2の結果から、417MPaの引張強度と、365MPaの降伏強度を得ることができ、熱間押出材と比較して、明らかに降伏強度を増加させることができるものである。   From the results of Experimental Example 2, a tensile strength of 417 MPa and a yield strength of 365 MPa can be obtained, and the yield strength can be clearly increased as compared with a hot extruded material.

<実験例3>
次に、DRF+スウェージング加工を2回繰り返す組合せプロセスによる加工を行った。使用するマグネシウム合金は実験例1と同じである。なお、DRFでは圧縮荷重を673MPaとし、一方は、最後に楕円状のスウェージングダイスを使用したもので、再度スウェージング加工を行った。その結果を図6(c)に示す。なお、図中の「e」は楕円状のスウェージングダイスを使用したことを示し、「p」は真円状のスウェージングダイスを使用したことを示す。
<Experimental example 3>
Next, processing was performed by a combination process in which DRF + swaging processing was repeated twice. The magnesium alloy to be used is the same as that in Experimental Example 1. In the DRF, the compressive load was set to 673 MPa, and one of the two was finally used with an elliptical swaging die, and was subjected to swaging again. The result is shown in FIG. Note that “e” in the drawing indicates that an elliptical swaging dice was used, and “p” indicates that a perfect circular swaging dice was used.

上記実験例3の結果から、引張強度495MPa、降伏強度480MPa、組成伸び率約4%のマグネシウム合金を得ることができた。この加工による材料は、一般的な希土類添加型マグネシウム合金の機械的特性を凌ぐものであり、このような加工方法は、容易な方法でありながら、高強度のマグネシウム合金を得ることができる加工方法である。なお、希土類添加型マグネシウム合金およびDRFのみによる場合との比較をまとめると、下表のとおりとなる。
From the results of Experimental Example 3, it was possible to obtain a magnesium alloy having a tensile strength of 495 MPa, a yield strength of 480 MPa, and a composition elongation of about 4%. The material obtained by this processing is superior to the mechanical properties of general rare earth-added magnesium alloys. Such a processing method is an easy method, but a processing method capable of obtaining a high-strength magnesium alloy. It is. The following table summarizes a comparison with the case of using only the rare earth-added magnesium alloy and DRF.

上記表からも明らかなとおり、上記手法による場合には、引張強度は、これまでの希土類添加型マグネシウム合金やDRFによる高強度マグネシウム合金に匹敵する強度を得ることができるうえ、降伏強度においては、これらの従来法によるマグネシウム合金を上回る結果となった。   As is clear from the above table, in the case of the above-mentioned method, the tensile strength can obtain a strength comparable to conventional rare earth-added magnesium alloys and high-strength magnesium alloys by DRF, and in terms of yield strength, The results exceeded those of these conventional magnesium alloys.

本発明の実施形態および実験例は上記のとおりであるが、実験例において断面減縮加工としては、押出加工またはスウェージング加工のみを採用したが、マグネシウム合金の強度を増大させるための工程である趣旨を考慮すれば、これらに限定されず、他の方法によっても同様の効果を得ることができるものである。   Although the embodiment and the experimental example of the present invention are as described above, in the experimental example, only the extrusion process or the swaging process is employed as the cross-sectional reduction process, but this is a process for increasing the strength of the magnesium alloy. In consideration of the above, the present invention is not limited to these, and similar effects can be obtained by other methods.

1,5 金型
2,6 プレスマンドレル
3,4 溝ロール
A,B 被加工体
L,M 金型と被加工体との間隙
P 結晶格子(稠密六方晶)
Pa 結晶格子(稠密六方晶)の底面
1,5 Mold 2,6 Press mandrel 3,4 Groove roll A, B Workpiece L, M Gap P between mold and workpiece Crystal lattice (dense hexagonal)
Pa Bottom of crystal lattice (dense hexagonal)

Claims (7)

適宜断面と適宜長さを有するマグネシウムまたはマグネシウム合金による被加工体を変形拘束下における高負荷プレス加工を施す第1工程と、
前記第1の工程の前または後に、前記被加工体の断面を室温において減縮させるように変形する第2工程と
を含み、
前記第1工程は、前記被加工体の断面の拡大を抑制した状態で長さ方向に鍛造圧縮するものであって、(1)σp>σf(ただし、σfは前記被加工体の圧縮破断応力(MPa))、(2)塑性変形率10%以下、および、(3)ひずみ速度0.1/sec以下、を満たす条件下で室温において実施されるものであり、
前記第2工程は、形状変化を伴う局部的または全体的な塑性流動を惹起させるものであることを特徴とするマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。
A first step of subjecting a workpiece made of magnesium or a magnesium alloy having an appropriate cross-section and an appropriate length to high-load pressing under deformation restraint;
Before or after the first step, a second step of deforming the cross section of the workpiece to be reduced at room temperature ,
In the first step, forging compression is performed in the length direction in a state where the cross section of the workpiece is suppressed from expanding. (1) σp> σf (where σf is the compressive rupture stress of the workpiece) (MPa)), (2) the plastic deformation ratio of 10% or less, and, (3) strain rate 0.1 / sec or less, which is carried out at room temperature under conditions satisfying,
The method for processing magnesium or a magnesium alloy, wherein the second step causes a local or total plastic flow accompanied by a shape change.
前記被加工体は棒状部材であり、前記第2工程は、押出加工、引抜加工、線引加工、スウェージング加工、溝ロール圧延加工、圧縮加工、圧延加工、転造加工から選択される少なくとも1種類の加工を実施するものである請求項1に記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。   The workpiece is a rod-shaped member, and the second step includes at least one selected from extrusion, drawing, drawing, swaging, groove roll rolling, compression, rolling, and rolling. The method for processing magnesium or a magnesium alloy according to claim 1, wherein the method is for performing various types of processing. 前記第2工程は、前記被加工体の形状が異なる程度の金型により抑制された状態で、(1)σp>σf(ただし、σfは被加工体の圧縮破断応力(MPa))、(2)塑性変形率10%以下、および、(3)ひずみ速度0.1/sec以下、を満たす条件下で実施されるものである請求項1に記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。   In the second step, (1) σp> σf (where σf is the compressive rupture stress (MPa) of the workpiece) in a state where the shape of the workpiece is suppressed by a mold having a different degree. 2. The method for processing a magnesium or magnesium alloy according to claim 1, wherein the method is carried out under a condition that a plastic deformation rate is 10% or less and (3) a strain rate is 0.1 / sec or less. 前記第2工程は、前記第1工程の前および後に実施するものであり、
前記第1工程の前後に実施する第2工程は、いずれも断面減縮率を10%以下とするものである請求項1ないし3のいずれかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。
The second step is performed before and after the first step,
The method for processing magnesium or a magnesium alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the second steps performed before and after the first step has a cross-sectional reduction rate of 10% or less.
前記第1工程および前記第2工程を順次交互に複数回実施されるものであり、第2工程は、いずれも断面減縮率を10%以下とするものである請求項1ないし3のいずれかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。   The method according to claim 1, wherein the first step and the second step are sequentially and alternately performed a plurality of times, and each of the second steps has a cross-sectional reduction rate of 10% or less. A method for processing the magnesium or magnesium alloy according to the above. 前記第1工程と前記第2工程の中間において、100℃〜200℃の処理温度により時効熱処理を施すものである請求項1ないし5のいずれかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。   The method for processing magnesium or a magnesium alloy according to claim 1, wherein an aging heat treatment is performed at a processing temperature of 100 ° C. to 200 ° C. between the first step and the second step. 前記被加工体は、断面形状が円、楕円または多角形である請求項1ないし6のいずれかに記載のマグネシウムまたはマグネシウム合金の加工方法。   The method for processing magnesium or a magnesium alloy according to any one of claims 1 to 6, wherein the workpiece has a cross-sectional shape of a circle, an ellipse, or a polygon.
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