JPH0827533A - 高温クリープ強度に優れたMg合金 - Google Patents

高温クリープ強度に優れたMg合金

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JPH0827533A
JPH0827533A JP16029394A JP16029394A JPH0827533A JP H0827533 A JPH0827533 A JP H0827533A JP 16029394 A JP16029394 A JP 16029394A JP 16029394 A JP16029394 A JP 16029394A JP H0827533 A JPH0827533 A JP H0827533A
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Tomohiko Shintani
智彦 新谷
Hiroyuki Uchida
博幸 内田
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ag等の高価な元素を用いずに、耐力などの
機械的特性に優れ、しかも高温クリープ強度の高いMg
合金を提供する。 【構成】 RE:10.0重量%以下(0%を含まな
い)、Ca: 3.0重量%以下(0%を含まない)を
含有し、残部がMg及び不可避不純物からなると共に、
下記条件式を満足するMg合金である。 [RE]+3[Ca]≦10重量% 但し、[ ]内は各元素の含有量(重量%)であり、さ
らに、上記Mg合金にZnを6.0重量%以下含有させ
れば耐力のより一層の向上が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車等の機械構造用部
品として要求される高温クリープ強度に優れたMg合金
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mg合金は最も軽量な実用合金であり、
自動車産業をはじめとする多くの産業分野では金属部品
の軽量化を目的として、Mg合金を採用することが検討
されている。
【0003】しかしながら、Mg合金は耐力等の機械的
性質が十分でなく、しかも高温クリープ強度が低いこと
から、例えば高温域で使用される部品にMg合金を用い
ると、該部品を取り付けているボルトが使用中に緩んで
しまうことがあった。尚Mg合金の高温クリープ強度を
改善するには希土類元素の添加が有効ではあるが、希土
類元素を含有させるだけでは耐力等の機械的性質を十分
に改善できず、実用に適さないとされていた[例えば M
aterials Science Forum Vol.30 (1988) 第90頁の記
載]。
【0004】そこで英国特許第875929号、特公昭
54−11765号公報、特公昭59−18457号公
報ではMg合金に希土類元素を含有させると共に、合金
元素として例えばAg等を含有させることにより、引張
強さや耐力等の機械的性質を向上させる方法が提案され
ている。
【0005】しかし、これらの方法で得られた合金であ
っても、高温クリープ強度は充分とは言えず、しかもA
g等の高価な元素の添加によるコストの上昇を招くこと
から、例えば自動車部品等の構造材料としては不適当で
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、Ag等の高価な元素は用
いないことを前提とし、他の手段を利用することによっ
て耐力などの機械的特性に優れ、しかも高温クリープ強
度の高いMg合金を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明Mg合金とは、 RE:10.0重量%以下(0%を含まない)、 Ca: 3.0重量%以下(0%を含まない) を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなると共
に、下記条件式を満足するものであることを要旨とする
ものである。 [RE]+3[Ca]≦10重量% 但し、[ ]内は各元素の含有量。
【0008】また、上記Mg合金にZnを6.0重量%
以下含有させれば耐力のより一層の向上が期待できる。
なお上記希土類元素の含有量としては、固溶量の点から
1重量%以上が望ましい。上記希土類元素としては、S
c、Yの他、La系列元素のLa、Ce、Pr、Nd、
Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、T
m、Yb、Lu等が挙げられる。また上記希土類元素は
単独で用いるだけでなく複数の希土類元素を添加しても
よく、例えばミッシュメタル等を希土類元素源として用
いてもよい。
【0009】
【作用】本発明者らは高温クリープ強度に優れたMg合
金を開発することを目的として、マグネシウム−希土類
元素系合金(以下Mg−RE系合金と略すことがある)
について種々調査した。
【0010】例えば図2は希土類元素を2重量%含有さ
せたMg−2RE合金の高温クリ−プ強度を示すグラフ
であり、応力10kgf/mm2 、温度150℃という
条件下で調べたものである。Mg−2RE合金は耐力が
6.5kgf/mm2 以下と低いことから、図2のグラ
フより明らかな様に、荷重を負荷した瞬間の変形量、即
ち瞬間歪みは大きい。しかし意外にも、その直後からの
変形(クリープ歪み)をほとんど起こしていないという
非常に優れたクリープ特性を示す。
【0011】尚調査の結果、Mg−RE系合金がクリー
プ変形を起こさない理由は、合金中に固溶している希土
類元素が0.1μm以下の非常に微細なMg−RE系金
属間化合物として析出する為であることが分かった。こ
の微細な析出物による効果は、瞬間歪により導入された
転位を析出サイトとするMg−RE系金属間化合物に特
有のものであり、Mg−RE系金属間化合物の析出を時
効熱処理により行わせようとすれば、析出物が粗大に成
長し易く、十分なクリープ強度は得られない。また合金
中に固溶している希土類元素の含有量が上記金属間化合
物の析出量を左右しており、希土類元素の固溶量が低過
ぎると十分な析出物が得られない。
【0012】そこで本発明者らは上記の知見をもとにM
g−RE系合金の耐力を向上することを目的として、M
g−RE系合金中における希土類元素の固溶量を減少さ
せることなく合金中に固溶し、しかも高価ではない新た
な添加元素を検索した。その結果、特定の条件下でCa
を合金元素として添加すると、Mg−RE系合金の優れ
たクリープ特性を損なわずに耐力を向上できるとの知見
を得た。但し、Ca含有量がRE含有量との関係におい
て特定の範囲外であると、延性に悪影響を及ぼすことを
見出した。そこで更に研究を重ねた結果、Ca含有量と
RE含有量の関係を条件式として設定することにより本
発明を完成させた。
【0013】本発明に係るMg合金において、希土類元
素は高温クリープ強度の向上を目的として添加される。
但し多過ぎると延性に悪影響を及ぼす。表1はMg−R
E系合金におけるRE含有量と伸びの関係を示したもの
である。
【0014】
【表1】
【0015】RE含有量が10.0重量%を超えると、
伸びが極めて小さくなる。これは合金中の晶出物が多く
なり過ぎ、合金が脆化するからである。このことは本発
明に係るMg合金でも同様であることから、RE含有量
は10.0重量%以下に設定した。なおRE含有量の好
ましい上限値は、6重量%以下であり、5重量%以下で
あればより好ましい、一方下限値としては1重量%以上
が好ましい。
【0016】また本発明において、Caは耐力などの機
械的特性の向上を目的として添加されるが、多過ぎると
延性に悪影響を及ぼす。表2はMg−RE−Ca系合金
におけるCa含有量と伸びの関係を示したものである。
【0017】
【表2】
【0018】Ca含有量の増加につれて伸びは小さくな
っている。これも合金中に晶出物が多くなり過ぎ、合金
が脆化するからである。従って本発明ではCa含有量の
上限値を3重量%に設定した。なおCa含有量の好まし
い上限値は、1.5重量%であり、1重量%以下がより
好ましい。一方下限値としては0.1重量%以上が好ま
しい。
【0019】但しRE含有量が10重量%以下であり、
Ca含有量が3重量%以下であっても延性に乏しいこと
がある。そこで、RE含有量とCa含有量の組合わせ
と、延性との関係を調べ、図1にグラフ化した。このグ
ラフより、前記[RE]+3[Ca]≦10という条件
式が設定された。即ち、図1より明らかな様に、上記条
件式を満足しないものは延性に乏しく、実用に適さな
い。さらに本発明者らは、上記Mg−RE−Ca系合金
に第4の元素としてZnを添加することによって耐力が
より一層改善できることを見出した。
【0020】ところでMg−RE−Ca系合金がクリー
プ変形をほとんど起こさなくなる理由は、Mg−RE系
合金と同じであって、合金中に固溶している希土類元素
が、瞬間変形によって導入された転位を析出サイトとし
て、非常に微細な、0.1μm以下のMg−RE系化合
物として析出するからである。この化合物の析出量は合
金中に固溶しているRE含有量に左右され、RE固溶量
が低下すると析出を生じないので上記効果が現れない。
従って、第4の元素であるZnを含有させるにあたって
は、合金中のRE固溶量をできるだけ減少させずに耐力
を改善することが重要である。表3はMg−RE系合金
におけるRE含有量と、合金中のRE固溶量との関係を
示したものである。
【0021】
【表3】
【0022】RE含有量の増加と共にRE固溶量は増加
するが、RE含有量が約4重量%で固溶量がほぼ飽和し
ていることが分かる。また表4にMg−4RE−Zn系
合金におけるZn含有量とRE固溶量との関係を示し、
耐力を併記した。
【0023】
【表4】
【0024】Zn含有量が増加するに従って耐力が向上
することが分かる。但し、Zn含有量が増加するに従っ
てRE固溶量は減少している。微細なMg−RE系化合
物が析出して優れたクリープ強度を発揮する為には、R
E固溶量が約0.2重量%以上必要であるが、Zn含有
量が6.0重量%を超えるとRE固溶量が0.2重量%
以下となっている。従ってZn含有量の上限値は6.0
重量%に設定した。なおZn含有量の好ましい上限値
は、4重量%であり、3重量%以下がより好ましい。一
方下限値は0.5重量%以上が好ましく、1重量%以上
がより好ましい。以下、実施例に基づいて本発明を説明
する。
【0025】
【実施例】実施例1 表5に合金組成を示す各種Mg合金を以下の方法により
作製した。即ちるつぼ中に純Mg、2重量%の希土類元
素、及び組成に応じたCaを入れ、700〜750℃の
温度で撹拌及び精練を行い、約750℃の温度で鋳込み
を行った。応力10kgf/mm2 におけるMg−2RE−C
a系合金の耐力と瞬間歪みを表5に示すと共に、表2で
示した伸びを併記する。
【0026】
【表5】
【0027】表5の結果から、Ca含有量が増すにつれ
て耐力が増大すると共に瞬間歪みが小さくなっているこ
とが分かる。但し、Ca含有量が本発明範囲の3重量%
を超えると、伸びが低くなり、脆化する。
【0028】図3に本発明材であるMg−2RE−1.
6Ca合金のクリープ曲線と、比較材であるMg−2R
E合金のクリープ曲線を示す。応力10kgf/mm2 、温度
150℃で測定したものである。Caの添加により、M
g−RE系合金が有する優れたクリープ特性を損なうこ
となく、瞬間歪みを非常に小さくできることが分かる。
【0029】実施例2 表6に合金組成を示す各種Mg合金を、実施例1と同様
に作製し、耐力及び伸びを測定した。結果は表6に示
す。
【0030】
【表6】
【0031】表6の結果から、Zn含有量が増すにつれ
て耐力が増大することが分かる。但し、Zn含有量が6
重量%を超えると、伸びが低くなり好ましくない。また
Mg−2RE−0.5Ca−3Zn合金を実施例と同様
にして作製し、クリープ強度を測定した。結果は図4に
示す。Znの添加により、耐力が向上して瞬間歪みが非
常に小さくなり、しかも優れたクリープ特性を示すこと
が分かる。
【0032】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、Ag等の高価な元素を用いずに、耐力などの機械的
特性に優れ、しかも高温域でのクリープ強度の高いMg
合金が提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mg−RE−Ca系合金の伸びに対するRE量
とCa量の関係を示すグラフである。
【図2】Mg−2RE合金のクリープ曲線を示すグラフ
である。
【図3】Mg−2RE合金及びMg−2RE−1.6C
a合金のクリープ曲線を表すグラフである。
【図4】Mg−2RE−0.5Ca−3Zn合金及びM
g−2RE−1.6Ca合金のクリープ曲線を表すグラ
フである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RE:10.0重量%以下(0%を含まない)、 Ca: 3.0重量%以下(0%を含まない) を含有し(但しREは希土類元素)、 残部がMg及び不可避不純物からなると共に、 下記条件式を満足するものであることを特徴とする高温
    クリープ強度に優れたMg合金。 [RE]+3[Ca]≦10重量% 但し、[ ]内は各元素の含有量(重量%)
  2. 【請求項2】 RE:10.0重量%以下(0%を含まない)、 Ca: 3.0重量%以下(0%を含まない)、 Zn: 6.0重量%以下(0%を含まない) を含有し(但しREは希土類元素)、 残部がMg及び不可避不純物からなると共に、 下記条件式を満足するものであることを特徴とする高温
    クリープ強度に優れたMg合金。 [RE]+3[Ca]≦10重量% 但し、[ ]内は各元素の含有量(重量%)
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