JPS594497B2 - 常温および高温で高い強度を有するマグネシウム基合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマグネシウム基合金に関するものである。

マグネシウム基合金は、他の金属の合金類と比較して極
めて軽量であり、従って特に重量の軽いことが重要な航
空機工業によく使用されている。

優れた機械的特性、特に高い耐力を有するマグネシウム
基合金が英国特許第８７５，９２９号明細書に記載され
ている。

上記明細書に記載されたようなマグネシウム基合金は、
比較的高い応力を受ける航空機部品、例えば飛行機の圧
縮機ハウジング、ヘリコプタの主歯車箱および着陸装置
部品に使用されている。

適正な機械的特性を得るためには、これらの合金に２段
階の熱処理を施こす必要がある。

即ち、高温で溶体化処理し、次いで急冷および低温で時
効処理し、析出硬化により機械的特性を改善する。

このようにして得られる機械的特性は、２００℃までの
高温にさらされても十分に維持される。

しかし、２００℃以上の温度にさらされると、機械的特
性が著しく劣化し、これがため上記合金を飛行機および
他の機械、特にこのような高い温度範囲で作動するエン
ジンや歯車箱に使用することは著しく制限を受ける。

本発明によれば、常温で満足な引張強さを有し、２５０
℃程度の温度でもその有利な特性を少くともある程度保
持し得るマグネシウム合金が見出された。

本発明によれば、１．２５〜３．０重量％の銀、０．５
〜２．２重量％の希土類金属（このうち少くとも６０重
量％がネオジムである）、０．２〜１．９重量％のトリ
ウム、及び１重量％以下のジルコニウムを含有し、残部
が実質的にマグネシウムであり、且つ常温及び高温で高
い強度を有するマグネシウム基合金が提供される。

更に本発明によれば、２重量％以下のマンガンを含有す
るマグネシウム基合金が提供される。

本発明の好適例においては、希土類金属の割合を０．５
〜２．１％、トリウムの割合を０．３〜１．９係とし、
希土類金属およびトリウムの合計量を１．５〜２．４％
とする。

希土類金属として純粋なネオジムを用いて合金を製造す
ることができるが、純粋なネオジムは極めて高価なので
、少くとも６０係のネオジムを含有する希土類金属混合
物の形態で添加するのが好適である。

希土類金属の混合物はランタンおよびセリウムを合わせ
て２５係以下含有するものが好適である。

イツトリウムは希土類金属に属さないことに注意する必
要がある。

更に、本発明のマグネシウム基合金は、その性質を損わ
ない範囲で、０．５重量製以下の亜鉛、１重量製以下の
カドミウム、６重量製以下のリチウム、０．８重量製以
下のカルシウム、２重量製以下のガリウム、２重量製以
下のインジウム、５重量製以下のタリウム、１重量製以
下の鉛、１重量製以下のビスマス、０．１５重重量取板
下銅、の少なくとも一種を含有することができる。

上記ジルコニウムおよびマンガンの最大許容量が互に他
方の量により限定される。

希土類およびトリウムの合計量が１．５〜２．４重量係
であることが好ましい。

マグネシウム基合金の上記以外の組成は、鉄などの通常
マグネシウムに随伴する不純物である。

本発明の合金の引張特性を十分に発揮させるためには、
合金をまず最初高温で熱処理して合金成分を固溶させ、
次に低温で熱処理して時効処理を行い析出硬化を起させ
ることが必要である。

溶体化処理は、４８５℃から合金の固相線温度までの間
の温度で溶体化を生じさせるのに十分な時間、即ち少く
とも２時間行う必要がある。

次に合金を常温まで急冷し、１００〜２７５℃の間の温
度で少くともイ時間時効処理する。

時効処理では、温度が上記温度範囲の下限に近い温度の
場合に一層長い時間が必要になる。

普通、５２５℃で８時間の溶体化処理が満足なものであ
る。

しかし、銅が０．１％以上の量存在すると固相線が影響
を受け、従って４８５℃未満の温度、例えば４６５℃で
８時間の初期熱処理を高温での熱処理の前に行う必要が
ある。

上記量の希土類金属およびトリウムを含有する合金が常
温でも高温（例えば２５０℃）でも有利７．１′特性を
呈することを確かめた。

希土類金属およヒトリウムの合計量が２．４％を越える
と、常温での破断点伸びの低下か見やれ、逆に１．５％
を下まわると鋳造性に乏しくなる。

希土類金属含有量が０．５％以下になると常温での０．
２％耐力が低下し、トリウム含有量が０．２％以下にな
ると高温での機械的特性が劣化することを確かめた。

本発明の特に好適な合金は、２〜２．５％の銀、０．９
〜１，４％の希土類金属、０．６〜１．１％のトリウム
および少くとも０．４％のジルコニウムを含有し、残部
がマグネシウムである。

所望量のトリウムをマグネシウム−トリウム硬化合金の
形態で添加するのが好都合である。

銀含有量は合金の特性に重大な影響を及ぼす。

銀含有量が減少すると、引張特性は劣化するが、破断点
伸びは増加する。

合金に少くとも１．２５％の銀を含有させなければなら
ず、銀の含有量の好適範囲は１．５〜３．０％である。

合金中に１％までのジルコニウムを存在させることが、
満足な細粒化を得るのに普通望ましい。

満足な鋳造品を得るためには、少くとも０．４％のジル
コニウムを導入するのが好適である。

マンガンの添加も望ましいが、マンガンの含有量はジル
コニウムとの相互溶解度によって限定される。

ジルコニウムの望ましい最小値０．４％の部分をマンガ
ンと置換することができる。

本発明の合金の好適例を以下の実施例に示す。

実施例 下記の組成の合金を通常の方法に従って製造した。

銀を純粋な銀として、または２．５％のＡｇ 。１．８
８％の希土類金属、０．３６％のＺｒおよび残部Ｍｇよ
りなるインゴットから添加した。

希土類金属をマグネシウム／ネオジム硬化合金として添
加した。

トリウムをマグネシウム／トリウム硬化合金として添加
した。

得られた合金にＴ６熱処理を施こした。

即ち、最初高温で処理して溶体化し、次いで急冷し、低
温で時効処理した。

最初の溶体化処理を５２５℃で８時間行った。

比較的多量の銅を含有する合金の場合には、上記溶体化
処理をまず４６５℃で８時間、次いで５２５℃で８時間
行った。

次に試料を温水中で急冷し、２００℃で１６時間時効処
理した。

かくして得た試料の機械的特性（０，２％耐力、終局引
張強さおよび伸び率）を常温で英国標準規格１８に従っ
て、２５０℃で英国標準規格３６８８に従って測定した
。

２５０℃では１５分間の均熱時間をとった。

合金の耐過時効性を検査するために、均熱時間を１５〜
１２０分の範囲で変えて同じ機械的試験を行った。

標準ウエーラーＵ形ノツチ付およびノツチなし疲労試験
を用いて試料の耐疲労性を測定した。

また英国標準規格３６００に係わる方法を用いて２００
℃および２５０℃での０．２ ％クリープひずみに関す
る応力一時間関係をプロットすることによりクリープ性
能を測定した。

第１ａ−ｆ図に、２．５％の銀および０．６％のジルコ
ニウムを含有する合金についての引張特性試験の結果を
示す。

第１ａ図は室温における０、２％耐力（Ｎ／ｍｉ）、第
１ｂ図は室温における終局引張強さくＮ／−）、第１ｃ
図は室温における伸び率帆第１ｄ図は２５０℃における
０、２％耐力（Ｎ／ｍ＋ｔ）、第１ｅ図は２５０℃にお
ける終局引張強さくＮ／ｉｎ）、第１ｆ図は２５０℃に
おける伸び率（イ）を、それぞれ示すグラフである。

希土類金属含有量を縦軸に、トリウム含有量を横軸にと
った。

本発明の範囲内の合金はグラフの台形区域内にある。

プロットした点に付した数字から明らかなように、台形
区域内の合金は優れた機械的特性を有するが、台形区域
外のものは普通左程優れていない。

希土類金属およびトリウムの合計含有量が比較的多い合
金（区域Ａ）は常温での伸びが低く（グラフＣ）、希土
類含有量が０．５％以下の合金は耐力および最終引張強
さが低い（グラフａ＝ｂｖｄおよびｅ）。

０．２％以下のトリウムを含有する合金は高温特性が劣
り、希土類およびトリウムの合計量が１，５％以下であ
る合金は鋳造性が劣る（多孔性である）ことを確かめた
。

トリウム含有量が耐過時効性に与える影響を下記の表に
示す。

所定の時効度に対する高温特性がトリウムの添加によっ
て改善され、これらの特性が過時効となっても実質的に
維持されることを確かめた。

ノツチ付試料およびノツチハし試料に関するつ工−ラー
疲労試験（機械速度２９６０ Ｃ，Ｐ、Ｍ、 ）の結果
を第２および３図に示す。

この場合の合金は次の通りである。

上記分析値の成分の残部はＭｇ及び不純物であった。

第２および３図から明らかなように、トリウム含有合金
の示す最大応力値は、特にノツチなし試料の場合、トリ
ウムを含有せぬ合金の値より良好かまたは少くとも同等
である。

試料のクリープ特性を２００℃および２５０°Ｃで測定
した。

結果は次の通りである。上記データから明らかなように
、高温でのトリウム含有合金のクリープ特性は既知の合
金の場合より著しく良好である。

マンガンの添加が合金の引張およびクリープ特性に悪影
響を及ぼさないことを次の実験例により確かめた。

本発明の実施の態様は次の通りである。

（１）少くとも０．３重量％のトリウムを含有するマグ
ネシウム基合金。

（２）少くとも０．４重量％のジルコニウムを含有する
マグネシウム基合金。

（３）ジルコニウムおよびマンガンを合わせて少くとも
０．４重量％を含有するマグネシウム基合金。

（４）少くとも１．５重量％の銀を含有するマグネシウ
ム基合金。

（５）２〜２．５重量％の銀、０．９〜１．４重量％の
希＋類金属、０．６〜１．１重量％のナトリウムおよび
少くとも０．４重量％のジルコニウムを含有するマグネ
シウム基合金。

（６）約５２５℃の温度で８時間溶体化処理してなるマ
グネシウム基合金。

（７）合金が少くとも０．１重量％の銅を含有し、この
合金をまず４８５℃以下の温度で、次いでこれより高い
温度で溶体化処理してなるマグネシウム基合金。

（８） 合金を約２００℃の温度で約１６時間時効処
理してなるマグネシウム基合金。

【図面の簡単な説明】

第１ａ−ｆ図はＮＤおよびＴｈ含有量が合金の機械的特
性（０，２％耐力、終局引張強さおよび伸び率）に与え
る影響をＮｄおよびＴｈ含有量の関係として示すグラフ
、第２図および第３図はそれぞれ合金のノツチ付および
ノツチなし試料について行ったウエーラー疲労試験の結
果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０．２５〜３．０重量％の銀、０．５〜２．２重量％
   の希土類金属（このうち少くとも６０重量％がネオジム
   である）、０．２〜１．９重量％のトリウム、及び１重
   量％以下のジルコニウムを含有し、残部が実質的にマグ
   ネシウムであり且つ常温及び高温で高い強度を有するマ
   グネシウム基合金。 ２２重量％以下のマンガンをさらに含有することを特徴
   とし、耐クリープ性が高い特許請求の範囲第１項記載の
   マグネシウム基合金。