JPH07122115B2 - ガドリニウム及びサマリウムを含有する高強度マグネシウム合金 - Google Patents

ガドリニウム及びサマリウムを含有する高強度マグネシウム合金

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JPH07122115B2 JP4196482A JP19648292A JPH07122115B2 JP H07122115 B2 JPH07122115 B2 JP H07122115B2 JP 4196482 A JP4196482 A JP 4196482A JP 19648292 A JP19648292 A JP 19648292A JP H07122115 B2 JPH07122115 B2 JP H07122115B2
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隆二 二宮
ナイテ ギュンター
イー シュミット エバハード
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は室温及び高温強度に優れ
たマグネシウム合金に関し、より詳しくは自動車エンジ
ンのピストン回りの部品などの軽量化において要請され
ている573K程度までの高温でも十分な強度を有する
マグネシウム合金に関する。
【0002】
【従来の技術】近年地球環境保全の意識の高まりから、
自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材料の
開発が強く求められようになってきた。
【0003】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、今後の自動車用軽量
材料として強く期待されている。現在、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−M
n系合金(例えば、AZ91合金=Mg−9Al−1Z
n−0.5Mn)であり、この合金の鋳造技術等の周辺
技術は完成段階にあり、自動車軽量化にあたって先ずこ
の合金が検討されている。また、最近、耐熱用マグネシ
ウム合金としてマグネシウムにランタノイド(Ln)を
添加したMg−Y−Ln系合金(例えば、WE54=M
g−5Y−4Nd)等が開発され、自動車用エンジン部
品として検討され始めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Mg−Al−Zn−Mn系合金は393K以上で強度が
低下し、自動車エンジン部品の中でも耐熱性が要求され
る用途には適さない。また、上記の耐熱性Mg−Y−L
n系合金等のLn含有合金においては、Lnは重元素で
あるため溶湯中でLnが下部に偏る傾向があり、また鋳
造組織の微細化のために必須成分として用いられている
Zrは添加歩留りが不安定であり、コスト高になるとい
う問題がある。更に、このようなMg−Y−Nd−Zr
系合金では、高価なYを4重量%以上、Ndを3重量%
以上含有するためコスト的に自動車などの量産用には使
いにくく、更に573Kで若干の強度不足である。
【0005】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、耐熱
性と室温強度の両方が要求される自動車エンジン部品用
材料に適した新規な耐熱性高強度マグネシウム合金を提
供することにある。
【0006】
【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検討を重ねた結果、マグネシウム
に適量のガドリニウムを添加することにより室温及び高
温強度が向上することを見出した。しかしガドリニウム
は高価な金属であり、ガドリニウムを15重量%以上添
加すると極めてコストの高い合金になってしまう。それ
でガドリニウム添加量を低減してもほぼ同等の効果が得
られる合金組成について種々検討した結果、ガドリニウ
ム及びサマリウムを所定の割合で併用することが有効で
あることを見出し、また、ガドリニウム及びサマリウム
に加えて更にカルシウム、イットリウム、スカンジウム
及びランタノイド(ガドリニウム及びサマリウムを除
く)からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を併
用することにより室温及び高温強度が更に向上すること
を見出し、本発明に到達した。
【0007】即ち、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は、ガドリニウム及びサマリウムを含
有し、ガドリニウム:サマリウムの重量比が1:0.3
〜3.5であり、ガドリニウムとサマリウムとの合計量
が4〜25重量%であり、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か、又はこのような
重量比及び合計量で含有されるガドリニウム及びサマリ
ウムに加えて更にカルシウム、イットリウム、スカンジ
ウム及びランタノイド(ガドリニウム及びサマリウムを
除く)からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素
0.8〜5重量%を含有することを特徴とする。
【0008】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金は、所望により、更に、ジルコニウム及びマ
ンガンからなる群から選ばれた少なくとも1種の元素2
重量%以下を含有することができる。
【0009】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金は鋳造及びダイカスト部品の製造に用いるこ
とができる。
【0010】本発明のマグネシウム合金においてガドリ
ニウム及びサマリウムはいずれも室温及び高温強度の向
上に有効な元素であり、それらの添加量の増加につれて
合金の室温及び高温強度が増大する。本発明のマグネシ
ウム合金においてガドリニウムとサマリウムとは添加効
果が畳重し、相乗効果を達成し、また必要な元素添加量
そのものを相互に抑制しあう効果を達成するものと思わ
れ、それでガドリニウム単独を添加する場合よりもかな
り少ないガドリニウムとサマリウムとの合計添加量で、
即ちそれらの合計添加量4重量%以上で573K程度ま
での高温でも十分な強度を有するようになる。しかし、
それらの合計添加量が25重量%を越えると効果が飽和
し、即ちそれらを合計で25重量%を越えて添加しても
添加量の増加に対応した強度の増大は得られなくなり、
コスト高となり、従って技術的にあまり意味がない。従
って、本発明のマグネシウム合金においてはガドリニウ
ム及びサマリウムの合計添加量は4〜25重量%、好ま
しくは6〜12重量%である。
【0011】本発明のマグネシウム合金において[ガド
リニウム/サマリウム]の重量比が[1/0.3]より
も大きい場合には、ガドリニウムの量が相対的に多くな
り、高価なガドリニウムの添加量を減少させようとする
本発明の主題から外れることになり、経済的メリットが
小さくなる。また[ガドリニウム/サマリウム]の重量
比が[1/3.5]よりも小さい場合には、ガドリニウ
ムの量が相対的に少なくなり、ガドリニウムの単独添加
で得られるような室温及び高温強度の画期的な向上は達
成されない。従って、本発明のマグネシウム合金におい
てはガドリニウム:サマリウムの重量比は1:0.3〜
3.5、好ましくは1:0.7〜1.3である。
【0012】尚、希土類金属の製錬の過程で中重希土類
の原料から需要の多いユウロピウムを取り出した残りの
形でガドリニウムとサマリウムとの混合物を得ることが
できる。この混合物はガドリニウム及びサマリウム以外
の希土類金属も含有しているが、この混合物中でのガド
リニウム:サマリウムの重量比は本発明で規定している
ガドリニウム:サマリウムの重量比にほぼ類似してお
り、従って、この混合物をそのままで、又はこの混合物
にガドリニウム又はサマリウムのいずれか一方を添加し
てガドリニウム:サマリウムの重量比を所望の値に調整
して用いることができる。この混合物を用いることによ
り本発明のマグネシウム合金の製造コストを更に低下さ
せることができる。
【0013】本発明のマグネシウム合金においては、カ
ルシウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイ
ド(ガドリニウム及びサマリウムを除く)(例えば、ネ
オジム、ランタン、セリウム、ミッシュメタル)からな
る群から選ばれた少なくとも1種の元素を添加すること
により合金の室温及び高温強度を更に向上させることが
でき、その効果は添加量が0.8重量%以上の時に有意
義になる。しかし添加量が5重量%を越えると合金が脆
化し始めるので好ましくない。従って、本発明のマグネ
シウム合金においてはカルシウム、イットリウム、スカ
ンジウム及びランタノイド(ガドリニウム及びサマリウ
ムを除く)からなる群から選ばれた少なくとも1種の元
素の添加量は0.8〜5重量%、好ましくは1〜3重量
%である。
【0014】マグネシウム合金に一般に2重量%以下の
量で添加されているジルコニウム及び/又はマンガンも
本発明のマグネシウム合金に有効に用いることができ、
それらは組織の微細化に有効であり、強度を向上させる
効果がある。
【0015】
【実施例】
実施例1〜11、参考例1〜2及び比較例1〜4 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表1に示す組成の合金
となるように原材料を装入し、溶解させた。尚、ランタ
ノイド(ガドリニウム及びサマリウムを除く)としてミ
ッシュメタルを用い、坩堝としてSUS304材を使用
し、フラックス等は使用しなかった。その溶湯を25mm
×50mm×300mmの金型中に鋳込んで試験用鋳物を作
成した。このようにして得た試験用鋳物からJIS4号
試験片を作成した。なお、熱処理はいずれも500K、
10時間である。これらの試験片を用いて以下の試験を
実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度300K及び573K、引張
強度の測定単位=MPa。測定結果は表1に示す通りで
あった。
【0016】
【表1】 合 金 組 成 300K 573K 例番号 Gd Sm Zr Mn Mg その他 引張強度 引張強度 実施例1 5 5 0.5 − 残 − 280 200 実施例2 7 3 0.5 − 残 − 280 220 実施例3 3 7 0.5 − 残 − 280 180 実施例4 3 3 0.5 − 残 − 260 180 実施例5 12 12 0.5 − 残 − 350 250 実施例6 5 5 − 0.5 残 − 280 210 実施例7 5 5 − − 残 Y:2 300 220 実施例8 5 5 − − 残 Sc:2 295 210 実施例9 5 5 − − 残 Mm:2 290 215 実施例10 5 5 − − 残 Ca:1 290 215 実施例11 5 5 − − 残 − 280 190 比較例1 2 8 0.5 − 残 − 280 170 比較例2 1.5 1.5 − − 残 − 250 120 比較例3 15 15 0.5 − 残 − 340 240 比較例4 5 5 − − 残 Y:6 310 210 比較例5 − − − − 残 − 275 90 (AZ91=Mg−9Al−1Zn−0.6Mn) 比較例6 − − − − 残 − 255 176 (WE54=Mg−5Y−4Nd−0.4Zr)
【0017】上記の実施例1〜11及び比較例1〜6か
ら明らかなように、マグネシウムにガドリニウム及びサ
マリウムを合計で4重量%以上添加することにより室温
強度及び高温強度の両方について著しい向上が見られる
が(実施例1〜11と比較例2との比較)、合計で25
重量%を越えて添加しても効果が飽和していて添加量の
増加に対応した強度の増大は得られず(実施例5と比較
例3との比較)、またガドリニウム:サマリウムの重量
比が1:3.5よりも小さい場合にはWE54よりも優
れた高温強度が達成されず(比較例1)、更にカルシウ
ム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイド(ガ
ドリニウム及びサマリウムを除く)からなる群から選ば
れた少なくとも1種の元素0.8〜5重量%を添加する
ことにより室温強度及び高温強度の両方について向上が
見られる(実施例7〜10と実施例11との比較)。ま
た、ジルコニウム及びマンガンは同等に作用し、組織の
微細化に有効であり、強度を向上させる効果がある。
尚、比較例4においては室温及び高温強度の両方に優れ
ているが、イットリウム添加量が5重量%を越えている
ため脆化している。
【0018】
【発明の効果】本発明のマグネシウム合金は、従来実用
されている汎用のMg−Al−Zn−Mn系合金や高温
用の各種のランタノイド含有マグネシウム合金よりも室
温及び高温強度に優れており、軽量且つ耐熱性が要求さ
れる自動車エンジン部品に適した汎用の新しい耐熱性軽
量マグネシウム合金である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 隆二 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 (72)発明者 ギュンター ナイテ ドイツ連邦共和国 D−6350 バッド ナ ウハイム マイヌスストラッセ 9 (72)発明者 エバハード イー シュミット ドイツ連邦共和国 D−8755 アルゼナウ アイウンターフランクフルト イグラウ ワー ストラッセ 2E

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガドリニウム及びサマリウムを含有し、
    ガドリニウム:サマリウムの重量比が1:0.3〜3.
    5であり、ガドリニウムとサマリウムとの合計量が4〜
    25重量%であり、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室温及び高温強度に優れた
    マグネシウム合金。
  2. 【請求項2】 カルシウム、イットリウム、スカンジウ
    ム及びランタノイド(ガドリニウム及びサマリウムを除
    く)からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素0.
    8〜5重量%を更に含有することを特徴とする請求項1
    記載の室温及び高温強度に優れたマグネシウム合金。
  3. 【請求項3】 ジルコニウム及びマンガンからなる群か
    ら選ばれた少なくとも1種の元素2重量%以下を更に含
    有することを特徴とする請求項1又は2記載の室温及び
    高温強度に優れたマグネシウム合金。
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