KR101405079B1

KR101405079B1 - 마그네슘 합금

Info

Publication number: KR101405079B1
Application number: KR1020127024201A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 소메카와; 토시지 무카이
Original assignee: 도쿠리츠교세이호징 붓시쯔 자이료 겐큐키코
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2014-06-10
Also published as: CN102933730B; CN102933730A; JP5557121B2; WO2011114931A1; US20130039805A1; KR20120121405A; JPWO2011114931A1

Abstract

마그네슘을 주성분으로 하고, 다른 금속원소가 첨가되어 대경각 입계를 갖고, 이 대경각 입계로 둘러싸인 결정립의 내부가 아결정립으로 형성되어 있는 마그네슘 합금에 있어서, 상기 아결정립의 내부에 미세한 입자가 분산되어 있다.

Description

마그네슘 합금{MAGNESIUM ALLOY}

본 발명은 마그네슘을 주성분으로 하는 마그네슘 합금에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 고강도인 것이 최근 개발되어, 알루미늄 합금으로 바뀐 신소재로서 자동차, 항공기 등의 구성 재료에의 응용이 주목받고 있다.

그러나, 그러한 공업용 재료로서 사용하기 위해서는 마그네슘 합금에는 가공성이 나쁘다고 하는 문제가 있고, 이 문제를 개선하기 위해서 개발이 세력적으로 행하여지고 있지만 아직 충분한 해결은 얻어지고 있지 않다.

예를 들면, 연성을 향상시키기 위한 방책으로서 압출 가공재로 하는 것이 검토되고도 있지만 이 경우 압축 강도를 향상시키는 것이 어렵고, 또한 압축 항복응력과 인장 항복응력의 비인 변형 이방성비가 강해져 경량 구조 재료로서의 이용이 곤란해진다는 문제가 있다.

한편, 본 출원인은 하기 특허문헌 1에서 결정 구조를 제어함으로써 고강도이면서 충분한 가공성을 갖는 마그네슘 합금을 제공할 수 있는 것을 분명히 했지만 실용적으로는 더욱 강도 및 연성의 향상이 요망되고 있다.

WO 2009/044829 A1

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 종래에는 불가능하다고 여겨지고 있었던 강도 및 연성을 실현한 마그네슘 합금을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 마그네슘 합금은 마그네슘을 주성분으로 하고, 다른 금속원소가 첨가되고, 대경각 입계(high angle grain boundary)를 가지며, 이 대경각 입계로 둘러싸인 결정립의 내부가 아결정립으로 형성되어 있는 마그네슘 합금에 있어서, 상기 아결정립의 내부에 미세한 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 마그네슘 합금에 있어서는 결정립의 평균 입경이 5㎛ 이하이고, 아결정립의 평균 입경이 1.5㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 마그네슘 합금에 있어서는 입경이 5㎛ 이하인 결정립이 전체 결정립의 70% 이상을 차지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 마그네슘 합금에 있어서는 미세한 입자의 평균 입경이 10㎚ 이상 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 마그네슘 합금에 있어서는 미세한 입자의 아결정립에 있어서의 밀도가 15% 이하(단, 0%를 포함하지 않는다)인 것이 바람직하다.

(발명의 효과)

본 발명의 마그네슘 합금에 의하면 종래에는 불가능하다고 여겨지고 있었던 강도 및 연성을 실현할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 마그네슘 합금의 투과형 전자현미경에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 2는 마그네슘 합금의 실온 인장 시험에 의해 얻어진 공칭 응력-공칭 변형 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 마그네슘 합금의 투과형 전자현미경에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 4는 실시예 3의 마그네슘 합금의 투과형 전자현미경에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 5는 실시예 6의 마그네슘 합금의 SEM/EBSD에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 6은 비교예 4의 마그네슘 합금의 투과형 전자현미경에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 7은 마그네슘 합금의 제작 중의 외관 사진이다.
도 8은 실시예 8의 마그네슘 합금의 투과형 전자현미경에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.
도 9는 실시예 8의 마그네슘 합금의 SEM/EBSD에 의한 미세 조직 관찰 사진이다.

본 발명의 마그네슘 합금의 화학 조성은 지금까지의 일반적인 마그네슘 합금 과 마찬가지로 마그네슘을 주성분으로 하고, 아연이나 알루미늄 등의 금속원소가 1종 또는 2종 이상 첨가된 것이다. 예를 들면, 아연과의 2원계를 비롯해 아연과 기타 금속원소와의 3원계나 다원계 등이 예시된다. 화학 조성을 Mg-Amass% Zn-Bmass% Z(Mg : 마그네슘, Zn : 아연, Z : 다른 금속원소)라고 나타낼 경우 0<A<10, 0<B<10으로 하는 것이 바람직하다. Zn 및 기타 원소를 10mass% 이상 첨가하면 후술하는 미세한 입자의 아결정립에 있어서의 밀도가 15%를 초과하게 되어 마그네슘 합금의 제작이 어렵게 되거나, 연성이 저하되는 요인이 되거나 하기 쉽다. 상기 화학 조성에 있어서, Z에는 Al, Zr, Ca, Sn, Li, Ag 등의 금속원소 이외에 Y, Ho, Gd, Tb, Dy, Er 등의 희토류 원소 등도 예시된다.

한편, 본 발명의 마그네슘 합금은 그 결정 구조에 특히 특징을 갖고 있다. 그 결정 구조는,

1) 대경각 입계를 갖고,

2) 대경각 입계로 둘러싸인 결정립, 즉 대경각립의 내부가 아결정립이며,

3) 아결정립의 내부에 준결정 입자나 제 2 상 석출 입자 등의 미세한 입자가 분산되어 있는 것을 기본으로 하고 있다.

「대경각 입계」는 방위차각이 15도 이상인 입계로 정의된다. 이러한 대경각 입계는 SEM/EBSD(Scanning Electron Microscopy : 주사형 전자현미경/Electron Back-Scattered Diffraction : 전자선 후방산란회절)에 의한 결정 방위 매핑이나 투과형 전자현미경에 의한 방위차 계측 등에 의해 확인된다.

이 대경각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 입경은 바람직하게는 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3㎛ 이하이다. 또한, 입경이 5㎛ 이하인 결정립이 전체 결정립의 70% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 입경이 5㎛ 이하인 결정립이 전체 결정립의 70% 이상을 차지하면 소성 변형시에 쌍정이 형성되기 어려워져 압축 응력이 양호해진다. 이 때문에, 등방 변형능의 양립이 보다 가능하게 된다. 이러한 결정립은 마그네슘 모상으로부터 형성되고, 마그네슘 모상은 구체적으로는 마그네슘과, 마그네슘에 고용되는 원자로 구성되어 있다.

「아결정립」은 방위차각이 5도 이하의 입계를 갖는 것이라고 정의된다. 이 아결정립의 평균 입경은 1.5㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 아결정립도 또한 마그네슘 모상으로부터 형성되는 것이지만 상기 결정립, 즉 대경각립과의 차이는 서로 이웃하는 아결정립과의 방위차가 5도 이하인 것이다.

아결정립의 내부에 분산되어 있는 미세한 입자의 평균 입경은 바람직하게는 10㎚ 이상 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 25㎚ 이상 500㎚ 이하이다. 평균 입경이 10㎚ 미만이면 고강도화에의 기여가 적어지기 쉽고, 평균 입경이 1㎛를 초과하면 소성 변형 중에 입자가 파괴의 기점이 되기 쉬워 마그네슘 합금의 연성이 저감되는 경향이 커진다. 또한, 이 미세한 입자의 아결정립에 있어서의 밀도는 바람직하게는 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하이다(단, 0%는 포함하지 않는다). 밀도가 15%를 초과하면 소성 변형 중에 입자가 파괴의 기점이 되기 쉬워 마그네슘 합금의 연성이 저감되는 경향이 커진다. 미세한 입자의 평균 입경과 밀도가 바람직한 상한을 초과하면, 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같이 마그네슘 합금의 제작 중에 깨짐이나 크랙 등이 발생하여 상기 1), 2)의 특징을 갖는 건전한 마그네슘 합금을 제작하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 이러한 미세한 입자와 마그네슘 모상의 계면은 정합이어도, 비정합이어도 된다. 정합 또는 비정합은 미세한 입자를 구성하는 화학 조성이나 재료 창제법에 의해 결정된다. 미세한 입자는 마그네슘에 대하여 고용되지 않는 원자나 전부 고용되지 않은 원자가 금속 간 화합물 등으로서 석출된 것이다. 또한, 미세한 입자에는 준결정 입자가 포함된다. 준결정 입자란, 마그네슘 모상과 정합의 계면을 형성할 뿐만 아니라 결정 배열이 존재하지 않는 것이다. 그 화학 조성은 Mg-Zn-RE, Mg-Zn-Al 등으로 나타내어진다.

상기한 바와 같은 결정 구조를 갖는 본 발명의 마그네슘 합금은 330㎫ 이상의 인장강도를 실현한다. 또한, 본 발명의 마그네슘 합금은 300㎫ 이상의 인장 항복응력(A)과, 220㎫ 이상의 압축 항복응력(B)을 실현하고, 0.7 이상의 항복응력 이방성비(B/A)를 실현한다.

이와 같이, 본 발명의 마그네슘 합금은 종래에는 불가능하다고 여겨졌던 강도 및 연성을 실현한다. 이러한 뛰어난 특성은 아결정립의 존재에 의해 결정립 자체의 변형이 가능해지는 한편, 결정립 간의 미끄러짐이 저지됨과 아울러 미세한 입자의 존재에 의해 전위운도가 저해되기 때문이라고 추측된다. 본 발명의 마그네슘 합금에서는 상기한 바와 같은 결정 구조에 의해 고강도화와, 변형 이방성의 저감, 즉 등방 변형능의 양립이 도모되고 있다.

본 발명의 마그네슘 합금을 제조하기 위해서는 가공 변형의 도입이 유효하다.

「가공 변형」은 소정의 온도로 하중을 가하여 영구 변형시키는 것이라고 정의된다. 이러한 가공 변형의 도입은, 예를 들면 홈롤 압연이나 고압출비에 의한 압출 가공, 고압하율에 의한 압연, ECAE(Equal-channel-angular-extrusion : 등단면적 측방 압출 가공)와 같은 고변형 전단 가공 등에 의해 실현된다.

홈롤 압연은 표면에 삼각형 등의 단면 형상을 갖는 홈이 형성된 압연롤을 사용한 압연이고, 삼각형의 단면 형상인 경우 상하의 압연롤을 접촉시켰을 때에 다이아몬드 형상의 구멍이 형성된다고 하는 특징을 갖고 있다. 본 발명의 마그네슘 합금의 제조에 있어서는 이러한 홈롤 압연은 바람직한 방식이다. 압연롤의 홈 형상에 대해서는 상기 다이아몬드 형상 이외에 육각형형상, 타원형상 등의 구멍을 형성할 수 있는 것이 예시된다. 압연시의 압연롤의 주속도는 1~50m/분의 범위가 바람직하게 예시된다. 또한, 홈롤 압연시에는 미리 재료를 100~500℃의 온도 범위에서 5~120분간 열처리해 두는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 홈롤 압연을 비롯한 각종 방식에 의한 가공 변형의 도입시에는 재료가 깨지는 일이 없는 온도에서 재료 전체가 균일해지도록 가열 유지하고, 그 후에 반복 변형을 도입하는 것이 적합하다. 재료의 단면 감소율은 가공 변형의 도입을 위한 제 조건과의 관계에 있어서 적당하게 설정할 수 있다. 즉, 상기 결정 구조가 형성되는 것을 조건으로 해서 단면 감소율을 설정할 수 있다. 예를 들면, 단면 감소율은 92%, 95% 등으로 설정할 수 있다. 90% 이상의 단면 감소율로 가공 변형을 도입함으로써 양호한 연성을 저하시키지 않고 강도를 증가시키는 것이 현저하게 가능해 진다. 변형을 반복 도입할 경우에는 연속해서 행하는 것이 바람직하고, 그때의 단패스에서 도입하는 변형은 총 단면 감소율이 90% 이상이 되도록, 예를 들면 단면 감소율이 10~20% 정도인 것으로 충분하다.

대경각 입계로 둘러싸인 결정립에 대해서는 단면 감소율을 크게 하거나 하는 것에 의해 가공 변형 도입을 크게 할수록 입경이 5㎛ 이하인 것이 차지하는 비율이 증대하고, 단면 감소율이 90% 이상이 되면 입경 5㎛ 이하의 결정립이 차지하는 비율은 90% 이상이 된다. 또한, 단면 감소율이 90 이상이 되면 결정립 내의 아결정립의 평균 입경이 1.5㎛ 이하가 되고, 또한 아결정립의 내부에 평균 입경이 10㎚ 이상 1㎛ 이하의 미세한 입자가 15% 이하(단, 0%를 포함하지 않는다)의 밀도로 분산한다.

이러한 가공 변형의 도입은 단면적이 큰 것이나 복잡한 형상을 갖는 장척재에도 적용이 가능하여 재료의 대형화에도 대응할 수 있기 때문에 실용적이다.

이하, 실시예를 나타내어 본 발명의 마그네슘 합금에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 7.5질량%의 아연과 1.7질량%의 이트륨을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 이 모합금을 용체화 처리한 후 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 이 압연용 빌렛트를 350℃로 승온시킨 로(爐) 내에서 시간 유지한 후 홈롤 압연을 행했다. 압연롤의 표면 온도는 실온으로 하고, 압연롤의 롤 주속도는 30m/분으로 했다. 또한, 단면 감소율을 1패스당 18%로 하고, 19회 반복해 홈롤 압연을 행했다. 총 단면 감소율은 95%이었다.

얻어진 압연재의 미세 조직을 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여 관찰했다. 관찰 부위는 압연 방향에 대하여 평행한 단면으로 했다. 도 1은 대경각립 내부의 미세 조직의 예이다. 결정 입계가 선명하지 않고, 방위차각이 작은 아결정립으로부터 미세 조직이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 도 1 도면 중의 부호 S는 아결정립을 나타내고 있다. 마찬가지의 모양과 콘트라스트로 나타내어진 영역도 아결정립이다. 또한, 아결정립의 평균 입경이 약 1㎛인 것을 알 수 있다. 도 1 도면 중의 부호 I는 준결정 입자를 나타내고, 아결정립의 내부에 입경 100㎚의 미세한 입자가 분산되어 있는 것이 확인된다.

이러한 압연재로부터 평행부의 직경이 3㎜, 길이 15㎜인 인장 시험편을, 또한 직경 4㎜, 높이 8㎜인 압축 시험편을 각각 채취했다. 어느 시험편의 채취 방향이나 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 했다. 초기 인장·압축 변형 속도는 1×10^-3 s^-1로 했다. 도 2에 실온 인장에 의해 얻어진 공칭 응력-공칭 변형 곡선을 나타냈다. 또한, 표 1에 기계적 특성을 나타냈다. 또한, 항복응력에는 0.2% 변형의 오프셋치를 사용했다. 항복 이방성비가 1에 가까운 값을 나타내고, 등방 변형하는 것이 가능한 마그네슘 합금이 얻어졌다. 후술의 비교예 1과 비교하면 거의 같은 단면 감소율의 변형 가공을 행하고 있지만 실시예 1의 마그네슘 합금은 34% 높은 인장강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 아결정립 조직을 갖지만 미세한 입자가 존재하지 않는 후술의 비교예 4와 비교하면 항복 이방성의 개선이 확인된다. 비교예 4의 상용 마그네슘 합금 압출재는 아연 및 알루미늄이 전부 마그네슘에 고용되어 있다고 생각되기 때문에 미세한 입자가 석출되기 어려운 것이라고 추정된다.

실시예 2

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 8질량%의 아연과 4질량%의 알루미늄을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 이 모합금을 용체화 처리한 후 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 그 후, 가공 온도를 200℃로 한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 도 3은 TEM을 사용한 미세 조직의 관찰예이다. 도 1과 마찬가지의 미세 조직, 즉 아결정립(S)으로부터 형성된 미세 조직이 확인된다. 또한, 아결정립의 평균 결정 입경은 약 0.5㎛이고, 아결정립의 내부에 평균 입경이 약 50㎚ 정도의 미세한 입자로서 준결정 입자(I)의 분산이 확인된다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 도 2와 표 1에 나타냈다. 실시예 2의 마그네슘 합금은 후술의 비교예 2와 비교하여 37% 높은 인장강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 비교예 2에서는 온간 압출 가공을 행하고 있으므로 아결정립이 형성되기 어려워 아결정립의 존재 비율이 적었던 것이라고 추정된다. 또한, 아결정립 조직을 갖지만 미세한 입자가 존재하지 않는 비교예 4와 비교하면 6% 높은 인장강도를 나타내어 미세한 입자의 존재가 보다 고강도화에 기여하는 것을 알 수 있다.

실시예 3

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 6질량%의 아연과 3질량%의 알루미늄을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 이 모합금을 용체화 처리한 후 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 그 후, 가공 온도를 200℃로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 도 4는 TEM을 사용한 미세 조직의 관찰예이다. 도 1과 마찬가지의 미세 조직, 즉 아결정립으로부터 형성된 미세 조직이 확인된다. 또한, 아결정립의 평균 결정 입경은 약 0.5㎛이고, 아결정립의 내부에 평균 입경이 약 50㎚ 정도의 미세한 입자로서 준결정 입자의 분산이 확인된다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 도 2와 표 1에 나타냈다. 실시예 3의 마그네슘 합금은 후술의 비교예 3과 비교하여 59% 높은 인장강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 아결정립 조직을 갖지만 미세한 입자가 존재하지 않는 비교예 4와 비교하면 7% 높은 인장강도를 나타내어 미세 입자의 존재가 보다 고강도화에 기여하는 것을 알 수 있다.

실시예 4

상용 마그네슘 합금 압출재(ZK60 : 6질량%의 아연과 0.5질량%의 지르코늄을 첨가)를 사용하고, 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 그 후, 가공 온도를 200℃로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 실시예 4의 마그네슘 합금은 항복 이방성비가 1에 가까운 값을 나타내고, 등방 변형하는 것이 가능한 마그네슘 합금이 얻어졌다. 또한, 비교예 4와 비교하면 5% 높은 인장강도를 나타내어 미세한 입자의 존재가 보다 고강도화에 기여하는 것을 알 수 있다. 또한, 미세한 입자는 마그네슘 모상과 비정합 계면을 형성하고, Mg₂Zn으로 이루어지는 제 2 상 석출 입자이다.

실시예 5

실시예 2와 같은 재료를 사용하고, 가공 온도를 300℃로 한 것과, 홈롤 압연을 15회 반복하고, 총 단면 감소율을 92%로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 얻어진 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 총 단면 감소율이 같지만 미세한 입자가 존재하지 않는 비교예 5와 비교하면 미세한 입자인 준결정 입자가 아결정립의 내부에 분산되어 있는 실시예 5의 마그네슘 합금은 항복 이방성의 개선이 확인된다. 비교예 5의 상용 마그네슘 합금 압출재는 아연 및 알루미늄이 전부 마그네슘에 고용되어 있다고 생각되기 때문에 미세한 입자가 석출되기 어려운 것이라고 추정된다.

실시예 6

실시예 3과 같은 재료를 사용하고, 가공 온도가 300℃로 한 것과, 홈롤 압연을 15회 반복하고, 총 단면 감소율을 92%로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 도 5는 SEM/EBSD에 의한 미세 조직의 관찰예이다. 도 5 도면 중의 부호 RD가 홈롤 압연에 평행한 방향이고, 부호 TD가 홈롤 압연에 수직인 방향이다. 도 5 도면 중에는 EBSD에 의한 결정 방위 해석에 의한 방위차각이 15도 이상인 대경각 입계를 흑색의 곡선군으로 나타내고 있다. 도 5 도면 중에 부호 G로 나타낸 것이 대경각 입계로 둘러싸인 결정립, 즉 대경각립의 하나이고, 이러한 결정립의 평균 입경은 1.7㎛이었다. 결정립은 전체적으로 균일한 사이즈로 분포되어 있는 것이 확인된다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 총 단면 감소율이 같지만 미세한 입자가 존재하지 않는 비교예 5와 비교하면 미세한 입자인 준결정 입자가 아결정립의 내부에 분산되어 있는 실시예 6의 마그네슘 합금은 항복 이방성의 개선이 확인된다. 준결정립이 아결정립의 내부에 분산되어 있는 것은 TEM 관찰에 의해 확인했다.

실시예 7

실시예 4와 같은 재료를 사용하고, 가공 온도를 200℃로 한 것과, 홈롤 압연을 15회 반복하고, 총 단면 감소율을 92%로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 총 단면 감소율이 같지만 미세한 입자가 존재하지 않는 비교예 5와 비교하면 미세한 입자가 아결정립의 내부에 분산되어 있는 실시예 7의 마그네슘 합금은 6% 높은 인장강도를 나타냄과 아울러 항복 이방성의 개선이 확인된다. 또한, 미세한 입자는 마그네슘 모상과 비정합 계면을 형성하고, Mg₂Zn으로 이루어지는 제 2 상 석출 입자이다.

실시예 8

상용 마그네슘 합금 압출재(AZ61 : 1질량%의 아연과 6질량%의 알루미늄을 첨가)를 사용하여 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 그 후, 가공 온도를 200℃로 한 것과, 홈롤 압연을 15회 반복하고, 총 단면 감소율을 92%로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 조건으로 압연재를 제작했다. 이 압연재에 대해서 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 항복 이방성비가 1에 가까운 값을 나타내고, 등방 변형하는 것이 가능한 마그네슘 합금이 얻어졌다. 도 8 및 도 9는 각각 실시예 8의 마그네슘 합금의 TEM, SEM/EBSD에 의한 미세 조직의 관찰예이다. 도 8에 있어서, 부호 P로 나타낸 약 100㎚ 정도의 미세한 입자의 분산이 확인된다. 이 미세한 입자는 마그네슘 모상과 비정합 계면을 형성하고, Mg₁₇Al₁₂로 이루어지는 제 2 상 석출 입자이다. 또한, 도 9에 있어서 부호 G로 대표되는 대경각 입계로 둘러싸인 결정립의 평균 입경은 2.2㎛이고, 전체적으로 균일한 사이즈로 분포되어 있는 것이 확인된다. 또한, 비교예 5와 비교하면 실시예 8에 나타낸 마그네슘 합금은 15% 높은 인장강도 및 30% 이상 높은 압축강도를 나타내어 미세한 입자의 존재가 보다 고강도화에 기여하는 것을 알 수 있다.

[비교예 1]

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 7.5질량%의 아연과 1.7질량% 이트륨을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 이 모합금을 용체화 처리한 후 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압출 빌렛트를 제작했다. 이 압출 빌렛트를 약 230℃로 승온시킨 압출 컨테이너에 투입하고, 30분 정도 유지한 후 단면 감소율이 94%가 되는 압출비 25:1로 승간 압출 가공을 행하여 직경 8㎜의 압출재를 얻었다. 이 압출재에 대해서 실시예 1과 같은 조건으로 인장 시험을 행했다. 그 결과를 도 2와 표 1에 나타냈다.

[비교예 2]

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 8질량%의 아연과 4질량%의 알루미늄을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 그 후의 가공은 비교예 1과 동일하게 했다. 얻어진 압출재에 대해서 실시예 1과 같은 조건으로 인장 시험을 행했다. 그 결과를 도 2와 표 1에 나타냈다.

[비교예 3]

상용 순마그네슘(순도 99.95%)에 6질량%의 아연과 3질량%의 알루미늄을 용해하고, 주조해서 모합금을 제작했다. 그 후의 가공은 비교예 1과 동일하게 했다. 얻어진 압출재에 대해서 실시예 1과 동일 조건으로 인장 시험을 행했다. 그 결과를 도 2와 표 1에 나타냈다.

[비교예 4]

상용 마그네슘 합금 압출재(AZ31 : 1질량%의 아연과 3질량%의 알루미늄을 첨가)를 사용하고, 기계 가공에 의해 직경 40㎜의 압연용 빌렛트를 제작했다. 그 후, 가공 온도를 200℃로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 압연재를 제작했다. 도 6은 이 압연재의 TEM에 의한 미세 조직의 관찰예이다. 실시예 1의 마그네슘 합금과 마찬가지로 아결정립으로부터 미세 조직이 형성되어 있지만 아결정립의 내부에 미세한 입자는 존재하고 있지 않다. 비교예 4의 압연재에 대해서도 실시예 1과 같은 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[비교예 5]

비교예 4와 같은 재료를 사용하고, 가공 온도를 200℃로 한 것, 홈롤 압연을 15회 반복하고, 총 단면 감소율을 92%로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 조건으로 압연재를 제작했다. 이 압연재에 대해서도 실시예 1과 동일 조건으로 인장·압축 시험을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 마그네슘 합금은 강도 및 연성의 향상이 도모되어 보다 실용적인 마그네슘 합금이고, 공업용 재료로서의 사용이 예상된다.

Claims

화학 조성이 Mg-Amass% Zn-Bmass% Z(Mg : 마그네슘, Zn : 아연, Z : 다른 금속원소)로 나타내어지고, 불가피적 불순물을 함유하는 마그네슘 합금으로서:
6≤A<10일 때 Z는 Al, Zr, Ca, Sn, Li, Ag 또는 희토류 원소 중 어느 1종이고, 0<B<10이고,
0<A<6일 때 Z는 Al이고, 6≤B<10이고,
홈롤 압연에 의해 단면 감소율이 90% 이상인 가공 변형이 도입되고, 대경각 입계를 갖고, 이 대경각 입계로 둘러싸인 결정립의 내부가 아결정립으로 형성되고, 상기 아결정립의 내부에 평균 입경이 10㎚ 이상 1㎛ 이하인 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.
제 1 항에 있어서,
상기 결정립의 평균 입경은 1.5㎛ 이상 5㎛ 이하이고, 상기 아결정립의 평균 입경은 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.
제 2 항에 있어서,
평균 입경이 1.5㎛ 이상 5㎛ 이하인 상기 결정립이 전체 결정립의 70% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 입자의 상기 아결정립에 있어서의 밀도는 15% 이하(단, 0%를 포함하지 않는다)인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금.