JPH073375A - 高強度マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
高強度マグネシウム合金及びその製造方法Info
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Abstract
く、靭性が高く、バルク形態のマグネシウム合金を提供
する。 【構成】 一般式でMga Znb Xc (ただし、Xは
Y,Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミッシュメ
タル)からなる群から選ばれる1種または2種以上の元
素、87原子%≦a≦98%,b及びcは図1のA,
B,C,D,E,F点を結ぶ線上及びこれらの点で囲ま
れた範囲であり、かつ0≦Y(イットリウム)≦4.5
原子%、0≦Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm≦3
原子%で表される組成を有し、微結晶からなる母相にM
g−Zn系及びMg−X系金属間化合物が分散したマグ
ネシウム合金。
Description
及びその製造法に関するものであり、さらに詳しく述べ
るならば微結晶マグネシウム合金の強度及び靭性を高め
る技術に関するものである。
(平成3年3月14日出願)及び欧州公開特許公報05
03880号において、Mga Mb Alc Xd Ze (た
だし、MはLa,Ce,及び/又はMm(ミッシュメタ
ル)、XはNi及び/Cu,ZはMn,Zn,Zr及び
/又はTi,a=70〜90at%,b=2〜15at
%,d=2〜15at%,e=0.1〜8at%、a+
b+c+d+e=100at%)からなる組成の高強度
耐熱性非晶質マグネシウム合金を提案した。この合金の
引張強度は実施例では約80〜100kg/mm2 であ
り、従来のマグネシウム合金よりも遥かに高い強度をも
っている。
マグネシウム合金は組織が非晶質であるために、形態が
箔などに限定されており、各種部品として実用する面で
は問題がある。したがって、本発明は強度が高く、靭性
にすぐれかつ各種形状に加工できるマグネシウム合金及
びその加工方法を提供することを目的とする。
本発明の第一は、一般式でMga Znb Xc (ただし、
XはY,Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミッシ
ュメタル)からなる群から選ばれる1種または2種以上
の元素、87原子%≦a≦98%,b及びcは図1の
A,B,C,D,E,F点を結ぶ線上及びこれらの点で
囲まれた範囲であり、かつ0≦Y(イットリウム)≦
4.5原子%、0≦Ce,La,Nd,Pr,Sm,M
m≦3原子%で表される組成を有し、微結晶からなる母
相にMg−Zn系及びMg−X系金属間化合物が分散し
たことを特徴とする高強度マグネシウム合金であり、ま
た本発明の第二は、一般式でMga Znb Xc (ただ
し、XはY,Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミ
ッシュメタル)からなる群から選ばれる1種または2種
以上の元素、87原子%≦a≦98%,b及びcは図1
のA,B,C,D,E,F点を結ぶ線上及びこれらの点
で囲まれた範囲であり、かつ0≦Y(イットリウム)≦
4.5原子%、0≦Ce,La,Nd,Pr,Sm,M
m≦3原子%で表される組成を有するMg合金溶湯を急
冷凝固し、該急冷凝固合金に450℃以下の温度で熱間
加工を施すことを特徴とする高強度マグネシウム合金の
製造方法である。以下本発明の構成を説明する。
おいて、Mgは母相となる微結晶をつくる元素である。
Mgの量が87原子%未満であると、軽量であるという
マグネシウム合金の特長が失われ、母相の結晶が粗大化
し、また靭性の低下などが招かれる。一方Mgの量が9
8原子%を越えると母相中に析出する金属間化合物の量
が不足して強度の低下を招く。
の金属間化合物が微細なMg母相中に微細に分散して靭
性を損なうことなく強度を高める。また、XはY,C
e,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミッシュメタル)
からなる群から選ばれる1種または2種以上の元素はM
gの母相を微細化するとともに、Mgとの金属間化合物
を形成し、この金属間化合物が微細なMg母相中に微細
に分散して靭性を損なうことなく強度を高める。これら
の元素の量は図1に示された範囲とすることが必要であ
る。すなわち、AFE線より上側、ED線より右側及び
BCD線より下側では分散する金属間化合物が粗大化し
て材料が脆くなるので、これらの線上あるいは線で囲ま
れた範囲内とする必要がある。
合は本発明の合金で析出するY(イットリウム)とMg
の金属間化合物は、Ce,La,Nd,Pr,Sm,M
mとMgの金属間化合物に比べ、X元素の原子%が高
い。このためY(イットリウム)を添加する場合は4.
5原子%まで脆化することがない。他方Ce,La,N
d,Pr,Sm,Mmの場合は上限を3原子%とする必
要がある。
説明する。この合金はMg母相(Mgの結晶構造をもつ
相)とMg−Zn系及びMg−X系金属間化合物の分散
相とから構成されており、分散相は母相中に微細に分散
している。Mg母相はサブミクロンの微結晶であり、こ
のなかにさらに微細な金属間化合物相が分散している。
ム合金の加工方法について説明する。この方法では上記
組成を有するMg合金溶湯を急冷凝固する。得られた合
金は、X線回折法により特有のハローパターを示す非晶
質組織、結晶特有の回折ピークを示す微細結晶質あるい
はハローパターンと回折ピークが混在する非結晶と結晶
質の混合組織のいずれかである。
う。この加工により上記した組織の内非晶質組織は金属
間化合物が分散した微結晶組織に変わり、所望の組織が
得られる。また微細結晶質では若干の粒成長は起こる
が、再結晶による粗大化は起こらず所望の組織が得られ
る。加工は引抜、圧延、鍛造、押出などの塑性加工法に
よることができ、得られるバルク材は円柱、板、異形な
どの種々の形状である。以下、さらに本発明の実施態様
につき説明する。
凝固法として知られているガン法、ピストン・アンビル
法、あるいは連続的な薄帯を作製する遠心法、単ロール
法、双ロール法、あるいは粉末を作製するスプレー法、
細線を作製する回転液中紡糸法などによることができ
る。これらの方法の中でも、102 〜106 K/sの冷
却速度が容易に得られる単ロール法、双ロール法または
高圧ガス噴射法が特に適している。
帯を作製するためには300〜10000rpmで回転
する直径30〜300mmの銅製又は鋼製ノズルに合金
溶湯を噴射する。これにより幅が1〜300mm,厚さ
が5〜500μmの薄帯が得られる。
を得るには、溶湯ノズルから流下させた合金溶湯に4〜
15MPaの高圧窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガ
スなどを吹きつけ、溶湯を微細に分断し同時に急冷凝固
させる。
のまま塑性加工することも可能であるが、薄帯あるいは
細線の場合は粉砕した後銅、アルミニウム又はそれらの
合金製の缶に充填して塑性加工することが好ましい。こ
の際急冷凝固してから金属缶に充填するまでの急冷凝固
材の酸化を抑制するため酸素量1ppm以下の高清浄度
の雰囲気中で急冷凝固粉末を取り扱うことが好ましい。
また金属缶に充填された粉末には塑性加工するに先立っ
て真空脱ガスを施すことが好ましい。加工温度は200
℃以上であることが好ましい。200℃未満の加工温度
では粉末の固化とバルク化が困難になる。
を母相に分散させたMga Znb Xc 合金は強度と靭性
を兼備している。上記した組成では加工により組織の粗
大化が起こり難いので、高強度と高靭性を保ちつつ部品
に近い形状のバルク材を得ることができる。以下、実施
例により本発明をさらに詳しく説明する。
溶解して、母合金を溶製した。この母合金をAr雰囲気
中で高周波炉で775℃で溶解した後、9.8MPaの
Arガスで高圧ガス噴射法により微細な結晶質金属から
なる粉末とした。
ものはより急冷されており、析出粒子が小さく、また添
加元素の固溶量も大きい。そこで、得られた粉末を分級
し、25μm以下の粉末を温度300〜400℃、加圧
力400〜1000MPa押出比60で押出を行い、直
径6mm,長さ270mm,密度100%の円柱材を得
た。なお粉末作製から押出までの段階で粉末が暴露され
た雰囲気は酸素分圧、水蒸気分圧がともに1ppm以下
の高清浄度雰囲気であった。
金属間化合物がMg相と共に観察された。またMg母相
の平均粒径は約0.5nm,金属間化合物の平均粒径は
約50nmであり、微細な母相中に微細な金属間化合物
が分散していることがTEMで観察された。
よる引張試験に供した。この結果も表1に示す。本発明
のMg合金の引張強度は600〜700MPaであって
極めて高い値であることがわかる。
により溶解し、同様の条件で急冷凝固して微細結晶質の
合金を作製した。この粉末を実施例1と同様の条件で熱
間押出成形して円柱材を作製した。この円柱材のビッカ
ース硬度を測定した結果を表2に示す。
ボン材に作製し、これを熱間押出温度に相当する温度に
加熱して押出材と同じ組織にした後、密着曲げにより靭
性を評価した。密着曲げ試験ではリボン材が破壊するこ
となく密着曲げ可能かどうかを調べた。密着曲げ可能な
材料は靭性をもつductile材料であり、不可能な
材料は脆い材料である。この結果も表2に示す。
いて行った。結果を表3に示す。
あることがわかった。
は高い強度と靭性を兼備し、かつ円柱材などのバルク材
料として提供されるから高い比強度が要求される部品に
好適に適用できるものである。
る。
ものはより急冷されており、析出粒子が小さく、また添
加元素の固溶量も大きい。そこで、得られた粉末を分級
し、25μm以下の粉末を温度300〜400℃、加圧
力400〜1000MPa押出比10:1で押出を行
い、直径6mm,長さ270mm,密度100%の円柱
材を得た。なお粉末作製から押出までの段階で粉末が暴
露された雰囲気は酸素分圧、水蒸気分圧がともに1pp
m以下の高清浄度雰囲気であった。
金属間化合物がMg相と共に観察された。またMg母相
の平均粒径は約0.3μm,金属間化合物の平均粒径は
約50nmであり、微細な母相中に微細な金属間化合物
が分散していることがTEMで観察された。
Claims (2)
- 【請求項1】 一般式でMga Znb Xc (ただし、X
はY,Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミッシュ
メタル)からなる群から選ばれる1種または2種以上の
元素、87原子%≦a≦98%,b及びcは図1のA,
B,C,D,E,F点を結ぶ線上及びこれらの点で囲ま
れた範囲であり、かつ0≦Y(イットリウム)≦4.5
原子%、0≦Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm≦3
原子%で表される組成を有し、微結晶からなる母相にM
g−Zn系及びMg−X系金属間化合物が分散したこと
を特徴とする高強度マグネシウム合金。 - 【請求項2】 一般式でMga Znb Xc (ただし、X
はY,Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm(ミッシュ
メタル)からなる群から選ばれる1種または2種以上の
元素、87原子%≦a≦98%,b及びcは図1のA,
B,C,D,E,F点を結ぶ線上及びこれらの点で囲ま
れた範囲であり、かつ0≦Y(イットリウム)≦4.5
原子%、0≦Ce,La,Nd,Pr,Sm,Mm≦3
原子%で表される組成を有する合金溶湯を急冷凝固し、
その後該急冷凝固合金に450℃以下の温度で塑性加工
を施すことを特徴とする高強度マグネシウム合金の製造
方法。
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