JPH0823058B2 - Superplastic magnesium alloy - Google Patents

Superplastic magnesium alloy

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JPH0823058B2
JPH0823058B2 JP18473092A JP18473092A JPH0823058B2 JP H0823058 B2 JPH0823058 B2 JP H0823058B2 JP 18473092 A JP18473092 A JP 18473092A JP 18473092 A JP18473092 A JP 18473092A JP H0823058 B2 JPH0823058 B2 JP H0823058B2
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superplastic
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健司 東
耕平 久保田
隆二 二宮
ナイテ ギュンター
ルドルフ ギュンター
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は軽量高強度で超塑性を有
するマグネシウム合金に関し、より詳しくは超塑性特性
における伸び、塑性変形速度を改善し、且つ室温での強
度を向上させた加工用マグネシウム合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnesium alloy which is lightweight and has high strength and superplasticity, and more specifically, magnesium for working which has improved elongation and plastic deformation rate in superplastic properties and improved strength at room temperature. Regarding alloys.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の自動車、家電、OA産業における
軽量化の流れの中でMg合金が注目されている。しか
し、一般のMg合金の欠点として塑性加工が困難である
ことが挙げられる。そのような合金の中でMg−Li共
晶合金は超塑性特性を有することで知られている。も
し、超塑性特性を利用して複合材料の製造やブロー成形
が可能になればMg合金の新しい加工技術として有用で
ある。
2. Description of the Related Art In the recent trend of weight reduction in automobiles, home appliances and OA industries, Mg alloys are attracting attention. However, a drawback of general Mg alloys is that plastic working is difficult. Among such alloys, the Mg-Li eutectic alloy is known to have superplastic properties. If it becomes possible to manufacture a composite material or blow mold it by utilizing superplasticity, it will be useful as a new processing technique for Mg alloy.

【0003】また、SU−455161明細書には、M
g−Li合金にYを添加すると高温強度や塑性変形が改
善されることが開示されている。
Further, in the specification of SU-455161, M
It is disclosed that addition of Y to a g-Li alloy improves high temperature strength and plastic deformation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Mg−
Li合金の超塑性は一般に歪み速度の遅い領域で発現す
るので実用面で問題がある。また、Mg−Li合金は室
温での強度の安定性がないことも実用化を阻害してい
る。上記SU−455161明細書には高温強度や一般
的な変形性能について記載されているが、超塑性合金と
してのMg−Li合金の特性改善には触れられていな
い。
However, Mg-
Since the superplasticity of Li alloy generally develops in the region where the strain rate is low, there is a problem in practical use. In addition, the fact that the Mg-Li alloy does not have strength stability at room temperature also impedes its practical application. Although the SU-455161 specification describes high-temperature strength and general deformation performance, it does not mention the improvement of the characteristics of Mg-Li alloy as a superplastic alloy.

【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、Mg
−Li合金の特徴である低密度という特性を維持しつ
つ、その超塑性特性を実用化させるために歪み速度の速
い領域でも超塑性が発現し、且つ室温での強度の向上及
び強度安定性の改善を図ったMg−Li−Y合金を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide Mg.
-While maintaining the characteristic of low density, which is a characteristic of the Li alloy, superplasticity is exhibited even in a region with a high strain rate in order to put the superplasticity characteristics into practical use, and the strength at room temperature is improved and the strength stability is improved. An object is to provide an improved Mg-Li-Y alloy.

【0006】本発明者等はこのような課題を解決するた
めに種々検討を重ねた結果、リチウム添加量を合金に超
塑性特性をもたらす7重量%超10.5重量%未満と
し、且つ0.3〜3重量%のイットリウムを添加するこ
とにより歪み速度を10倍にした領域でも超塑性が発現
し、室温での強度が向上し、且つ時間経過による強度の
劣化が抑制される即ち強度の安定性が改善されることを
見出し、先に特許出願した。
As a result of various studies conducted by the present inventors in order to solve such problems, as a result, the amount of lithium added was set to more than 7% by weight and less than 10.5% by weight to bring superplastic characteristics to the alloy, and less than 0. By adding 3 to 3% by weight of yttrium, superplasticity is developed even in the region where the strain rate is increased by 10 times, the strength at room temperature is improved, and the deterioration of strength over time is suppressed, that is, the strength is stable. We found that the property was improved, and filed a patent application earlier.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】Mg−Li合金において
リチウム添加量が7重量%以下では一般に超塑性特性を
示さないとされているが、本発明者等は更に検討を重ね
た結果、3重量%超7重量%以下のイットリウムを添加
することによりリチウム添加量5〜10.5重量%の範
囲の合金について歪み速度を100倍(先の出願の場合
の10倍)にした領域でも超塑性が発現し、室温での強
度が向上し、且つ時間経過による強度の劣化が抑制され
る即ち強度の安定性が改善されることを見出し、本発明
に到達した。
[Means for Solving the Problems] It is generally said that when the amount of lithium added in the Mg-Li alloy is 7% by weight or less, superplastic characteristics are not exhibited, but as a result of further studies by the present inventors, 3% by weight was obtained. % Yttrium in an amount of 5 to 10.5% by weight, the superplasticity is increased even in the region where the strain rate is 100 times (10 times that in the previous application). The present invention has been accomplished by discovering that it develops, the strength at room temperature is improved, and the deterioration of strength over time is suppressed, that is, the stability of strength is improved.

【0008】即ち、本発明の超塑性マグネシウム合金は
リチウム5〜10.5重量%及びイットリウム3重量%
超7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。
That is, the superplastic magnesium alloy of the present invention contains 5 to 10.5% by weight of lithium and 3% by weight of yttrium.
It is characterized by containing more than 7% by weight and the balance consisting of magnesium and inevitable impurities.

【0009】本発明の超塑性マグネシウム合金は、所望
により、更にそれぞれ4重量%以下のアルミニウム及び
亜鉛、それぞれ2重量%以下の銀、マンガン、ケイ素及
びランタノイドからなる群から選ばれた少なくとも1種
の元素を含有することができる。
If desired, the superplastic magnesium alloy of the present invention further comprises at least one selected from the group consisting of 4% by weight or less of aluminum and zinc, and 2% by weight or less of silver, manganese, silicon and lanthanoid, respectively. It can contain elements.

【0010】リチウムは比重が0.53であり、リチウ
ム添加量を増加させることにより本発明の超塑性マグネ
シウム合金を更に低比重とすることができる。上記した
ように、Mg−Li−Y合金においてイットリウム添加
量が3重量%超7重量%以下の場合に、リチウム添加量
が5〜10.5重量%の範囲内で超塑性特性有する。本
発明の超塑性マグネシウム合金において、超塑性特性を
示すリチウム添加量範囲が7重量%超10.5重量%未
満から5〜10.5重量%に拡大する理由は、3重量%
超7重量%以下のイットリウムの添加によってMg24
5 が形成され、Mgが消耗されるために残部が相対的に
高Li側にシフトし、5重量%以上のリチウム添加量で
超塑性特性を示すようになるからである。従って、本発
明の超塑性マグネシウム合金においてはリチウム添加量
を5〜10.5重量%、好ましくは6〜9重量%とす
る。
Lithium has a specific gravity of 0.53, and the superplastic magnesium alloy of the present invention can have a lower specific gravity by increasing the amount of lithium added. As described above, in the Mg-Li-Y alloy, when the yttrium addition amount is more than 3% by weight and 7% by weight or less, the lithium addition amount has superplasticity characteristics within the range of 5 to 10.5% by weight. In the superplastic magnesium alloy of the present invention, the reason why the range of the amount of added lithium showing superplasticity is more than 7% by weight and less than 10.5% by weight to 5 to 10.5% by weight is 3% by weight.
Mg 24 Y by addition of yttrium in an amount of less than 7% by weight
This is because 5 is formed and Mg is consumed, so that the balance is relatively shifted to the high Li side and superplasticity is exhibited when the amount of lithium added is 5 wt% or more. Therefore, in the superplastic magnesium alloy of the present invention, the amount of lithium added is 5 to 10.5% by weight, preferably 6 to 9% by weight.

【0011】本発明の超塑性マグネシウム合金において
は、イットリウムは凝固段階で微細なMg−Y系化合物
として晶出し、凝固組織を微細化する効果を有する。こ
の組織の微細化は言うまでもなく超塑性特性を改善す
る。また、このような晶出に費やされたイットリウム以
外は主にBCC相に固溶し、合金を固溶硬化すると共に
合金の加工組織の回復など経時変化を抑制するので、室
温強度の向上と強度の安定化に寄与する。イットリウム
の添加量が3重量%以下の場合及び7重量%を越える場
合には超塑性特性の改善は不十分である。従って、本発
明の超塑性マグネシウム合金においてはイットリウム添
加量を3〜7重量%、好ましくは3.5〜5重量%とす
る。
In the superplastic magnesium alloy of the present invention, yttrium is crystallized as a fine Mg-Y compound in the solidification stage, and has the effect of refining the solidification structure. Needless to say, this refinement of the structure improves superplastic properties. Further, except for the yttrium spent for such crystallization, it mainly forms a solid solution in the BCC phase to solid-solution harden the alloy and suppresses aging such as recovery of the work structure of the alloy, thus improving room temperature strength. Contributes to the stabilization of strength. When the amount of yttrium added is 3% by weight or less and when it exceeds 7% by weight, the improvement of superplastic properties is insufficient. Therefore, in the superplastic magnesium alloy of the present invention, the amount of yttrium added is 3 to 7% by weight, preferably 3.5 to 5% by weight.

【0012】Mg−Li合金においては、アルミニウ
ム、亜鉛、銀、マンガン、ケイ素及びランタノイド(例
えば、La、Ce、ミッシュメタル等)はいずれも合金
の強度向上に寄与することが知られており、この効果は
イットリウムとの共存によっても相殺されるものではな
い。これらの合金元素の添加量の増加と共に合金の強度
が増大するが、アルミニウム及び亜鉛については4重量
%で、また銀、マンガン、ケイ素及びランタノイドにつ
いては2重量%で合金強度の増大に対する効果が飽和
し、それ以上添加してもそれ以上の合金強度の増大は認
められない。一方、アルミニウム及び亜鉛については4
重量%を越えて、また銀、マンガン及びランタノイドに
ついては2重量%を越えて添加すると、合金は脆くなる
こともあり、合金の比重が大きくなり、また加工性も低
下することになる。従って、本発明の超塑性マグネシウ
ム合金においては、アルミニウム及び亜鉛の添加量につ
いては4重量%以下、好ましくは1〜3重量%、また
銀、マンガン、ケイ素及びランタノイドの添加量につい
ては2重量%以下、好ましくは0.5〜1.5重量%と
する。
In Mg-Li alloys, aluminum, zinc, silver, manganese, silicon and lanthanoids (eg, La, Ce, Misch metal, etc.) are all known to contribute to the strength improvement of the alloy. The effect is not offset by coexistence with yttrium. The strength of the alloy increases with the increase of the addition amount of these alloying elements, but the effect of increasing the alloy strength is saturated at 4% by weight for aluminum and zinc and 2% by weight for silver, manganese, silicon and lanthanoid. However, no further increase in alloy strength is observed even if added more. On the other hand, 4 for aluminum and zinc
If the amount of silver, manganese, and lanthanoid is more than 2% by weight, the alloy may become brittle, the specific gravity of the alloy becomes large, and the workability also deteriorates. Therefore, in the superplastic magnesium alloy of the present invention, the addition amount of aluminum and zinc is 4% by weight or less, preferably 1 to 3% by weight, and the addition amount of silver, manganese, silicon and lanthanoid is 2% by weight or less. , Preferably 0.5 to 1.5% by weight.

【0013】[0013]

【実施例】実施例1〜10、比較例1〜4及び参考例1 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を装入し、溶解させた。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50mm×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
験用鋳物を573Kで1時間熱処理した後、573Kで
5mmから0.8mmに圧延して引張試験片を作成し、以下
の試験を実施した。試験はいずれも圧延方向である: 引張試験:インストロン引張試験機による、 試験片:厚さ0.8mm、長さ20mm、幅20mm、標点間
距離10mm、標点間幅5mm、鋳造後298Kで測定(引
張強度)及び333Kで1週間保持した後に298Kで
測定(333K保持後の引張強度)、 歪み速度=4×10-4/s、測定単位=MPa; 比重:アルキメデス法; 超塑性特性試験:温度623K、標点間距離10mm、 歪み速度=4×10-5〜4×10-2/s; 測定結果は表1及び図1に示す通りであった。図1にお
いてピークの位置が超塑性特性を示す。
EXAMPLES Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 4 and Reference Example 1 Raw materials were charged and melted in a vacuum melting furnace in an argon atmosphere so that alloys having the compositions shown in Table 1 were obtained. SUS304 material was used as the crucible, and no flux or the like was used. The molten metal was cast into a mold of 50 mm × 50 mm × 300 mm to prepare a test casting. The test castings thus obtained were heat-treated at 573K for 1 hour and then rolled at 573K from 5 mm to 0.8 mm to prepare tensile test pieces, and the following tests were carried out. All tests are in the rolling direction: Tensile test: by Instron tensile tester, test piece: thickness 0.8 mm, length 20 mm, width 20 mm, gauge length 10 mm, gauge width 5 mm, 298 K after casting (Tensile strength) and after holding at 333K for 1 week, measured at 298K (tensile strength after holding at 333K), strain rate = 4 × 10 −4 / s, measurement unit = MPa; specific gravity: Archimedes method; superplastic property Test: Temperature 623 K, gauge length 10 mm, strain rate = 4 × 10 −5 to 4 × 10 −2 / s; The measurement results are as shown in Table 1 and FIG. In FIG. 1, the position of the peak shows superplasticity characteristics.

【0014】[0014]

【表1】 333K 623Kで 合 金 組 成 引張 保持後の の超塑性伸例番号 Li Mg その他 強度 引張強度 比重 び率、% 比較例1 8.5 − 残 − 180 140 1.53 600% 参考例1 8.5 1.0 残 − 210 205 1.55 400% 実施例1 8.5 4.0 残 − 255 210 1.61 600% 実施例2 8.5 3.5 残 − 250 210 1.60 600% 実施例3 5.5 3.5 残 − 270 235 1.65 480% 実施例4 5.5 7.0 残 − 285 240 1.67 400% 実施例5 10.0 7.0 残 − 265 240 1.62 400% 実施例6 10.0 3.5 残 − 220 205 1.50 550% 比較例2 4.5 3.0 残 − 250 220 1.63 ※ 比較例3 11.0 8.0 残 − 250 235 1.49 ※ 実施例7 8.5 4.0 残 Al:2.0 270 215 1.63 580% 実施例8 8.5 4.0 残 Zn:2.0 265 215 1.64 575% 実施例9 8.5 4.0 残 Ag:1.0 260 220 1.62 560% 実施例10 8.5 4.0 残 Mm:1.0 255 225 1.63 545% 実施例11 8.5 4.0 残 Mn:1.0 255 220 1.63 563% 比較例4 8.5 4.0 残 Al:6.0 285 220 1.66 ※ ※:超塑性は示さない。TABLE 1 333K superplastic Shin Example No. Li Y Mg other strength tensile strength gravity beauty rate of post-alloy assembly formed tensile held at 623 K,% Comparative Example 1 8.5 - residue - 180 140 1.53 600% Example 1 8.5 1.0 Remaining − 210 205 1.55 400% Example 1 8.5 4.0 Remaining − 255 210 1.61 600% Example 2 8.5 3.5 Remaining − 250 210 1.60 600% Example 3 5.5 3.5 Remaining − 270 235 1.65 480% Example 4 5.5 7.0 Remaining − 285 240 1.67 400% Example 5 10.0 7.0 Remaining − 265 240 1.62 400% Example 6 10.0 3.5 Remaining − 220 205 1.50 550% Comparative Example 2 4.5 3.0 Remaining − 250 220 1.63 * Comparative Example 3 11.0 8.0 Remaining − 250 235 1.49 * Example 7 8.5 4.0 Remaining Al: 2.0 270 215 1.63 580% Example 8 8.5 4.0 Remaining Zn: 2.0 265 215 1.64 575% Example 9 8.5 4.0 Remaining Ag: 1.0 260 220 1.62 560% Example 10 8.5 4.0 Remaining Mm : 1.0 255 225 1.63 545% Example 11 8.5 4.0 Remaining Mn: 1.0 255 220 1.63 563% Comparative Example 4 8.5 4.0 Remaining Al: 6.0 285 220 1.66 * *: Superplasticity is not shown.

【0015】上記の実施例,比較例及び参考例のデータ
及び図1のグラフから次のことが明らかである:比較例
1と参考例1と実施例1との比較から明らかなようにイ
ットリウムは室温での強度向上及び強度の安定性に有効
である。図1から明らかなように超塑性の伸び率自体は
イットリウムの添加量が1重量%の場合(参考例1)に
は低下するが、4重量%の場合には同等であり、超塑性
特性を利用する加工技術の実用化において一層有意義な
超塑性を発現する歪み速度は参考例の場合には10倍で
あるが、本発明の場合には100倍になることが分か
る。比較例2〜3から明らかなようにリチウム添加量が
共晶組成から外れる場合及びイットリウム添加量が多す
ぎる場合には超塑性特性を示さない。アルミニウム、亜
鉛、銀、マンガン及びランタノイドの添加はMg−Li
合金の強度の向上に寄与し、且つ所定の添加量では超塑
性特性を損なうことはない。しかし多すぎる場合には超
塑性特性を示さない。
From the data of the above examples, comparative examples and reference examples and the graph of FIG. 1, it is clear that: yttrium is not found as evident from the comparison of comparative example 1 and reference example 1 and example 1. It is effective for improving strength and stability of strength at room temperature. As is clear from FIG. 1, the superplastic elongation itself decreases when the amount of yttrium added is 1% by weight (Reference Example 1), but it is equivalent when the amount of yttrium added is 4% by weight. It can be seen that the strain rate at which superplasticity is more significant in the practical use of the processing technology used is 10 times in the case of the reference example, but 100 times in the case of the present invention. As is clear from Comparative Examples 2 to 3, when the lithium addition amount deviates from the eutectic composition and when the yttrium addition amount is too large, superplastic characteristics are not exhibited. Additions of aluminum, zinc, silver, manganese and lanthanides are Mg-Li
It contributes to the improvement of the strength of the alloy and does not impair the superplastic properties with a predetermined addition amount. However, if it is too large, it does not exhibit superplastic properties.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明の超塑性マグネシウム合金は、超
塑性を有するとされながら実用化されなかった従来のM
g−Li合金の超塑性特性を改善しており、また室温強
度の向上及び強度の安定性に優れている。
EFFECT OF THE INVENTION The superplastic magnesium alloy of the present invention has a conventional M value which is said to have superplasticity but has not been put to practical use.
It improves the superplasticity of the g-Li alloy and is excellent in room temperature strength and strength stability.

【0017】本発明の超塑性マグネシウム合金は、超塑
性特性を利用した加工、例えばブロー成形が可能とな
り、航空・宇宙関連はもとより、自動車・車両、家電・
OA関係に活用することができる。
The superplastic magnesium alloy of the present invention can be processed by utilizing superplastic properties, for example, blow molding.
It can be used for OA relations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】超塑性マグネシウム合金の超塑性特性(歪み速
度と伸びとの関係)を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing superplasticity characteristics (relationship between strain rate and elongation) of superplastic magnesium alloys.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 耕平 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 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 ギュンター ルドルフ ドイツ連邦共和国 D−6451 ナウベルグ アルバート シュワイツァー ストラッ セ 5 (56)参考文献 特開 平6−65668(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kohei Kubota 1333-2, Ageo-shi, Saitama Prefecture Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (72) Inventor Ryuji Ninomiya 1333-2 Ageo-shi, Saitama Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (72) Inventor Gunter Naite Germany Federal Republic of Germany D-6350 Bad Nauheim Mainus Strasse 9 (72) Inventor Gunter Rudolf Federal Republic of Germany D-6451 Nauberg Albert Schweitzer Strasse 5 (56) References Flat 6-65668 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウム5〜10.5重量%及びイット
リウム3重量%超7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超塑
性マグネシウム合金。
1. A superplastic magnesium alloy containing 5 to 10.5% by weight of lithium and more than 3% by weight of yttrium and 7% by weight or less, and the balance being magnesium and inevitable impurities.
【請求項2】 リチウム5〜10.5重量%及びイット
リウム3重量%超7重量%以下を含有し、更にそれぞれ
4重量%以下のアルミニウム及び亜鉛、それぞれ2重量
%以下の銀、マンガン、ケイ素及びランタノイドからな
る群から選ばれた少なくとも1種の元素を含有し、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
する超塑性マグネシウム合金。
2. Lithium 5 to 10.5% by weight and yttrium more than 3% by weight and 7% by weight or less, further 4% by weight or less of aluminum and zinc, respectively, 2% by weight or less of silver, manganese, silicon and A superplastic magnesium alloy containing at least one element selected from the group consisting of lanthanoids and the balance being magnesium and inevitable impurities.
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