KR101588076B1 - Magnesium alloy material and engine part - Google Patents

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Abstract

특히 고온 피로 강도가 우수한 Gd-Zn계 마그네슘 합금재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특정 조성의 Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 조직을, SEM상에 의해 식별되는, 밝은 회색의 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 어두운 회색의 라멜라상을 갖는 것으로 한 후에, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 특정한 조대 입자 형상 석출물, 상기 라멜라상의 영역 내에 특정한 조대 판 형상 석출물을 많게 존재시켜, 300℃에서의 고온 피로 강도 특성을 향상시킨다.In particular, the object of the present invention is to provide a Gd-Zn-based magnesium alloy material excellent in high-temperature fatigue strength. The structure of the Gd-Zn-based magnesium alloy material having a specific composition is defined as having a light gray long-period laminated structure image identified by the SEM image, a long-period laminated structure and a dark gray lamellar phase formed of? -Mg , Specific coarse-particle precipitates in the region of the long-period laminated structure, and specific coarse-like precipitates in the region of the lamellar phase are present so as to improve the high-temperature fatigue strength characteristics at 300 ° C.

Description

마그네슘 합금재 및 엔진 부품 {MAGNESIUM ALLOY MATERIAL AND ENGINE PART}[0001] MAGNESIUM ALLOY MATERIAL AND ENGINE PART [0002]

본 발명은, Gd-Zn계(혹은 Zn-Gd계) 마그네슘 합금재, 및, 이 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품에 관한 것이다. 이하, 마그네슘을 Mg라고도 하고, Gd-Zn계 마그네슘 합금을 Mg-Gd-Zn계 합금이라고도 한다. 또한, 본 발명에서 말하는 「마그네슘 합금재」란, 마그네슘 합금의 주조재를, 단조, 압출, 압연 등의 소성 가공함으로써 제조한, 형재, 판재 등의 소정의 단면 형상을 갖는 마그네슘 합금 제품(예를 들어 엔진 부품의 소재)의 의미이다.The present invention relates to a Gd-Zn-based (or Zn-Gd-based) magnesium alloy material and an engine component made of the magnesium alloy material. Hereinafter, magnesium is also referred to as Mg, and the Gd-Zn-based magnesium alloy is also referred to as Mg-Gd-Zn-based alloy. The term " magnesium alloy material " in the present invention means a magnesium alloy product having a predetermined cross-sectional shape such as a shape or a plate, which is produced by forging, extruding, rolling, The material of the engine parts).

마그네슘 합금은 실용화되어 있는 합금 중에서 가장 밀도가 낮고 경량이며 강도도 높다. 마그네슘은 비중이 1.8이고, 기계용 부품 등의 구조재로서 사용할 수 있는 금속 중에서는, 실질적으로 가장 비중이 가볍고(알루미늄의 약 2/3, 철의 약 1/4), 또한, 비강도, 비강성, 열전도성 등에도 우수하다고 하는 특성을 갖고 있다.Magnesium alloys are the least dense, lightweight, and high in strength among the alloys in practical use. Magnesium has a specific gravity of 1.8, and among metals that can be used as structural materials for machine parts and the like, it is practically the most light in weight (about 2/3 of aluminum and about 1/4 of iron) , Thermal conductivity, and the like.

이로 인해, 마그네슘 합금은, 전기 제품의 하우징, 자동차의 휠, 섀시 부품 등의, 자동차 부품 등에의 적용이 진행되고 있다. 특히, 자동차, 자동 이륜차 등의 차량에 적용한 경우는, 경량화에 의한 대폭적인 연비의 향상을 기대할 수 있다. 이로 인해, 최근에는, 자동차, 자동 이륜차, 항공기 등의 엔진 혹은 터보 차저 등의 주변 기기를 포함한 엔진 부품(내열 부품)에의 적용도 검토되고 있다.As a result, the magnesium alloy is being applied to automobile parts such as a housing for an electric product, a wheel of an automobile, and a chassis part. Particularly when applied to vehicles such as automobiles, motorcycles, etc., it is expected to greatly improve fuel economy by reducing the weight. Therefore, in recent years, application to engine parts (heat-resisting parts) including engines such as automobiles, motorcycles, and airplanes, and peripheral devices such as turbochargers has been studied.

종래부터, 높은 기계적 성질이 요구되는 경우(용도)에는, 마그네슘 합금 중에서도, Gd 등의 REM(희토류 원소)이나 Zn을 합금 원소로서 첨가한 Zn-REM계 마그네슘 합금이, 내열성에도 우수한 합금으로서 주목되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 비특허 문헌 1 참조). Conventionally, in the case where high mechanical properties are required (applications), a Zn-REM magnesium alloy in which REM (rare-earth element) such as Gd or Zn is added as an alloying element among the magnesium alloys is attracting attention as an alloy excellent in heat resistance (See, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1).

단, 이들의 문헌에서는, 편 롤법, 급속 응고법 등의 특수한 방법에 의해, 제품 형상의 마그네슘 합금재를 제조하고 있다. 이로 인해, 이와 같은 특수한 제조 방법에서는, 마그네슘 합금이 높은 기계적 성질은 얻어지지만, 특수한 제조 설비가 새롭게 필요하고, 게다가 상법에 비해 생산성도 낮아, 제조할 수 있는 마그네슘 합금재의 형상도 한정된다고 하는 문제도 있다.However, in these documents, a magnesium alloy material of a product shape is manufactured by a special method such as a flat roll method or a rapid solidification method. Thus, in this special manufacturing method, although the magnesium alloy has high mechanical properties, there is a problem that a special manufacturing facility is newly required, the productivity is lower than that of the conventional method, and the shape of the magnesium alloy material that can be manufactured is limited have.

이에 대해, 생산성이 높은, 용해 주조, 소성 가공(압출, 단조, 압연 등)으로 이루어지는 통상의 제조 방법(상법)으로 제조해도, 높은 기계적 성질이 얻어지는 Gd-Zn계 마그네슘 합금이, 예를 들어 특허 문헌 3 내지 6 등에서 제안되어 있다. 이 Gd는, Y 등의 다른 REM(희토류 원소)에 비해, 주조가 용이한 것 등, 상기 생산성이 높은 통상의 제조 방법에 적합하다.On the other hand, the Gd-Zn-based magnesium alloy, which is produced by a conventional production method (commercial method) comprising high yield, melt casting, plastic working (extrusion, forging, It is proposed in documents 3 to 6 and the like. This Gd is suitable for ordinary production methods with high productivity, such as easy casting compared to other REM (rare-earth elements) such as Y and the like.

이들 공지의 Gd-Zn계 마그네슘 합금재는, 공통적으로, 장주기 적층 구조라고 불리우는 조직을 갖고 있고, 이에 의해 높은 기계적 성질이 얻어진다. 이 장주기 적층 구조(Long Period Stacking 0rdered를 약칭하여 LPSO)란, Mg의 육방정 구조에 있어서의 최밀면의 원자 적층 구조가, 통상의 AB형이 아니라, ABACAB형 등 장주기의 구조를 갖는 것을 말한다. 이 LPSO 구조가 존재하면, 마그네슘 합금재의 인장 강도 및 내력, 특히, 고온에서의 인장 강도 및 내력이 향상되는 것이 알려져 있다.These known Gd-Zn-based magnesium alloy materials commonly have a structure called a long-period laminated structure, whereby high mechanical properties can be obtained. The long period stacking structure (LPSO) refers to a structure in which the atomic layer structure of the top surface in the hexagonal structure of Mg has a long period structure such as an ABACAB type, not an ordinary AB type. It is known that the presence of this LPSO structure improves the tensile strength and proof stress, particularly tensile strength and proof stress at high temperature, of the magnesium alloy material.

이들 장주기 적층 구조 조직을 갖고, 용해 주조, 소성 가공(압출)으로 이루어지는 통상의 제조 방법으로 제조된 마그네슘 합금재에 대해서, 또한, 강도나 연신율 등의 기계적 성질을 높이는 수단도 다양하게 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 7 내지 11 참조).Various means for enhancing mechanical properties such as strength and elongation have been proposed for magnesium alloy materials having these long-term laminated structure structures and produced by a common manufacturing method comprising melt casting and plastic working (extrusion) See, for example, Patent Documents 7 to 11).

이들 특허 문헌 7 내지 11에서는, Gd, Zn을 소정량 함유하는 Gd-Zn계 마그네슘 합금을, 용해 주조 후에 열간 압출 가공을 하여, 조직이 이 장주기 적층 구조로 이루어지는 마그네슘 합금재를 제조하고 있다. 또한, 이 장주기 적층 구조의 분단부에 미세화한 α-Mg가 형성되어 있는 조직으로도 하고 있다. 그리고, 이와 같은 조직에 의해, 우수한 인장 강도, 내력, 연신율을 갖는 마그네슘 합금재가 얻어지는 것으로 하고 있다.In these Patent Documents 7 to 11, a Gd-Zn-based magnesium alloy containing a predetermined amount of Gd and Zn is subjected to hot extrusion after melt casting to produce a magnesium alloy material having a structure of this long-term laminated structure. Further, the structure is also a structure in which? -Mg that has been refined is formed in the divided portion of the long-period laminated structure. By such a structure, a magnesium alloy material having excellent tensile strength, proof stress and elongation can be obtained.

이 중, 특허 문헌 7에서는, 고온에서의 사용을 모의하여, 마그네슘 합금 주조재를, 200 내지 300℃에서 20시간 이상(실시예의 도 4에서는 최대 40시간) 유지하는 열처리를 더 실시하고 있다. 그리고, 이 마그네슘 합금 주조재의 조직을 장주기 적층 구조로 하는 동시에, 그 도 1의 TEM 조직 사진으로 나타내고 있는 바와 같이, 이 조직 중에, Mg-Gd 또는 Mg-Gd-Zn 등으로 이루어지는, 긴 직경이 400㎚(0.4㎛) 정도의 미세한 판 형상 결정 석출물을 다수 석출시키고 있다. 단, 이 특허 문헌 7 등에서는, 장주기 적층 구조(LPSO)가 마그네슘 합금재의 입내 및 입계에 석출되는 석출물이며, 특히 입계에는 농도가 높은 LPSO가 라멜라 형상으로 Mg3Gd 화합물과 함께 존재하는 것을 기재하고 있지만, 상기 판 형상 결정 석출물의 존재가, 입내에 있는 것인지 입계에 있는 것인지는 명확하게 기재되어 있지 않다.Among them, in Patent Document 7, the magnesium alloy cast material is further subjected to heat treatment at 200 to 300 占 폚 for 20 hours or more (in Fig. 4, maximum 40 hours in the embodiment), simulating use at a high temperature. The structure of the magnesium alloy casting material is made to have a long-term laminated structure. As shown in the photograph of the TEM structure in Fig. 1, the long diameter of the Mg-Gd or Mg-Gd- A large number of fine plate-shaped precipitates of about 0.4 nm (nm) are precipitated. However, in Patent Document 7 and the like, it is described that a long period laminating structure (LPSO) precipitates in the grain and grain boundaries of the magnesium alloy material, and in particular, LPSO having a high concentration exists in the lamellar form together with the Mg 3 Gd compound However, it is not explicitly stated whether the presence of the plate-like precipitates is in the mouth or in the grain boundaries.

또한, 특허 문헌 10에서는, 마그네슘 합금 주조재를 용체화 처리 후에 열처리함으로써, 침 형상 또는 판 형상의 결정 석출물을 석출시키고 있다. 이 실시예의 도 10의 TEM 사진에서는, 주조재를 300℃에서 60시간 열처리하고, 긴 직경이 1200㎚(1.2㎛) 정도의 미세한 판 형상 결정 석출물을 다수 석출시키고 있다. 그리고, 이에 의해, 단순히, 장주기 적층 구조를 구비하는 마그네슘 합금재보다도, 0.2% 내력이 향상되는 것으로 하고 있다. 그리고, 이 특허 문헌 10에서는, 그 단락 0031에서, 상기 판 형상 결정 석출물의 존재가 결정립계에 있는 것을 기재하고 있다.Further, in Patent Document 10, a magnesium alloy cast material is subjected to a solution treatment and then a heat treatment to precipitate precipitate in the form of a needle or a plate. In the TEM photograph of Fig. 10 of this embodiment, the cast material is heat-treated at 300 DEG C for 60 hours to deposit a large number of fine plate-like precipitates having a long diameter of about 1200 nm (1.2 mu m). This makes it possible to improve the 0.2% proof stress more simply than the magnesium alloy material having the long-period laminated structure. Further, in this patent document 10, it is described that the presence of the plate-like precipitate is present at the crystal grain boundary in the paragraph 0031 thereof.

일본 특허 출원 공개 평06-041701호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-041701 일본 특허 출원 공개 제2002-256370호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-256370 국제 공개 제2005/052204호 팜플릿International Publication WO 2005/052204 Pamphlet 국제 공개 제2005/052203호 팜플릿International Publication No. 2005/052203 pamphlet 국제 공개 제2006/036033호 팜플릿International Publication No. 2006/036033 일본 특허 출원 공개 제2006-97037호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-97037 일본 특허 출원 공개 제2008-127639호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-127639 일본 특허 출원 공개 제2008-138249호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-138249 일본 특허 출원 공개 제2008-150704호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-150704 일본 특허 출원 공개 제2007-284782호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-284782 일본 특허 출원 공개 제2008-75183호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-75183

야마사키 토모아끼, 외 3명, 「고온 열처리법에 의해 장주기 적층 구조가 형성되는 신규 Mg-Gd-Zn 합금」, 경금속 학회 제108회 춘기 대회 강연 개요(2005), 사단 법인 경금속 학회, 2005년, p.43-44Yamasaki Tomoaki, et al., "New Mg-Gd-Zn Alloys with Long-term Laminated Structure by High-Temperature Heat Treatment", Abstract of Lecture at the 108th Spring Meeting of the Japan Institute of Light Metals (2005) p.43-44

상기한 엔진 부품(내열 부품)에서는, 마그네슘 합금재가 200 내지 300℃의 고온 분위기 하에서 사용되게 된다. 이로 인해, 적어도 300℃ 부근까지의 온도 영역에서의 내열성(고온 강도)으로서, 300℃의 온도 영역에서의 고온 피로 강도가 요구된다.In the above engine parts (heat-resisting parts), the magnesium alloy material is used in a high-temperature atmosphere of 200 to 300 캜. As a result, high temperature fatigue strength in a temperature region of 300 DEG C is required as heat resistance (high temperature strength) in a temperature range up to at least 300 DEG C or so.

이에 대해, 주조재를 소성 가공(단조, 압출, 압연)하는 상법으로 제조된, 종래의 Gd-Zn계 마그네슘 합금재는, 특히, 이와 같은 엔진 부품(내열 부품)으로서는, 아직 그 고온 피로 강도에 개량의 여지가 있다.On the other hand, the conventional Gd-Zn-based magnesium alloy material produced by the conventional method of plastic working (forging, extruding, rolling) the casting material is not particularly improved as to the high temperature fatigue strength There is room for.

본 발명은, 이 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 300℃의 온도 영역에서 우수한 고온 피로 강도를 구비한 마그네슘 합금재와, 이 마그네슘 합금재로 이루어지는(이 마그네슘 합금재를 사용하여 제작한) 엔진용 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a magnesium alloy material having an excellent high-temperature fatigue strength in a temperature range of 300 캜 and a magnesium alloy material which is made of this magnesium alloy material (manufactured using this magnesium alloy material) To provide a component.

이 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고온 피로 강도 특성이 우수한 마그네슘 합금재의 요지는, 원자%로, Gd:0.4 내지 5.0%, Zn:0.2 내지 2.5%를 각각 함유하고, 잔량부 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 장주기 적층 구조의 상(相)과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상을 갖는 마그네슘 합금재 조직에 있어서, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에, 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물이 1.0개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재하는 동시에, 상기 라멜라상의 영역 내에, 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물이 0.1개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재하고 있는 것이다.The essential point of the magnesium alloy material excellent in high-temperature fatigue strength characteristics of the present invention for achieving this object is that it contains 0.4 to 5.0% of Gd and 0.2 to 2.5% of Zn, respectively, in atomic%, and the balance Mg and inevitable impurities In a magnesium alloy material structure having a phase of a long-period laminated structure, a laminated phase of a long-term period and a lamellar phase formed of? -Mg, a maximum diameter of not less than 0.1 μm , the particle shape of the precipitate of less than 1.0, more 3㎛ range / ㎛ 2 at the same time present in more than the average number density within the region of the lamella, a long diameter of coarse plate-like precipitate is more than 0.1 pcs / ㎛ 2 or more average 3㎛ It is present in a number density.

여기서, 본 발명의 마그네슘 합금재 조직이, 규정대로, 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상의 양자를 갖는 것은, 후술하는 도 1과 같이, 500배의 SEM에 의한 관찰상에 의해, 규정하는 색채와 같이, 명확하게(용이하게) 식별할 수 있다. 또한, 이 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 규정하는 입자 형상 석출물이 다수 존재하는 것이나, 이 라멜라상의 영역 내에 규정하는 조대한 판 형상 석출물이 다수 존재하는 것도, 이 500배의 SEM에 의한 관찰상으로 알 수 있다.Here, the magnesium alloy material structure of the present invention has a long-term laminated structure, a long-term laminated structure and a lamellar phase formed of? -Mg as specified, as shown in Fig. 1 to be described later, It can be clearly (easily) discriminated by the observing image by the color of the image. In addition, a large number of particulate precipitates to be defined in the area of the phase of this long-period laminated structure and a large number of coarse plate-like precipitates to be defined in the area of the lamellar phase are also observed in this 500- .

단, 본 발명의 규정을 따라서, 이들 특정의 크기와 형상을 갖는 입자 형상 석출물이나 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도를, 보다 정확하게, 또한 재현성 좋게 측정하기 위해서는, 상기 각 영역의, 배율이 더 높은, 5000배의 SEM에 의한 관찰이 필요하다.However, in accordance with the provisions of the present invention, in order to more accurately and reproducibly measure the average number density of the particulate precipitates and the plate-like precipitates having these specific sizes and shapes, Observation by SEM of 5000 times is necessary.

본 발명자들은, Gd-Zn계 마그네슘 합금재를 엔진 부품(내열 부품)에 적용하기 위해 필요한, 고온 피로 강도를 향상시키는 수단에 대해, 예의 검토하였다. 이 결과, Gd-Zn계 마그네슘 합금재가, 전제로서, 상기 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 상기 라멜라상을 갖는 마그네슘 합금재 조직으로 되어 있는 경우는, 이들의 상마다 석출되는 주된 석출물은, 서로, 그 크기나 형상이 크게 다른 것을 발견하였다. 그리고, 이들 각 상마다 크기나 형상이 다른 주된 석출물의, 각각의 개수 밀도가, 고온 피로 강도에 크게 영향을 미치고 있는 것을 발견하였다.Means for improving the high-temperature fatigue strength required for applying the Gd-Zn-based magnesium alloy material to engine parts (heat-resisting parts) have been studied extensively by the present inventors. As a result, when the Gd-Zn-based magnesium alloy material is a magnesium alloy material having a lamellar phase of the above-mentioned long-period laminated structure, a long-term laminated structure and the lamellar phase formed of? -Mg, And the major precipitates that have been precipitated each other are greatly different in size and shape from each other. It has been found that the respective number density of the main precipitates having different sizes and shapes for each of these phases greatly affects the high-temperature fatigue strength.

보다 구체적으로, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에서는, 비교적 조대한 입자 형상 석출물이 주된 석출물로서 다수 존재하고 있고, 이것이 Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를 크게 향상시키고 있는 요인인 것을 발견하였다.More specifically, in the region of the phase of the long-period laminated structure, there are a number of relatively coarse-grained precipitates as main precipitates, and this is a factor that greatly improves the high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn-based magnesium alloy material .

그 한편, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 상기 라멜라상의 영역 내에서는, 비교적 조대한 판 형상 석출물이 주된 석출물로서 다수 존재하고 있고, 이것이 Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를 크게 향상시키고 있는 요인인 것을 발견하였다.On the other hand, in the region of the lamellar phase formed by the long-period laminated structure and α-Mg, there exist a large number of relatively coarse plate-like precipitates as main precipitates, which greatly improves the high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn- .

이들의 각 상의 존재와, 이들의 상마다 석출되는 주된 석출물이 무엇인지를 파악하고, 또한, 이들 주된 석출물의 고온 피로 강도에의 효과(효능)를 파악한 후가 아니면, 본 발명과 같이, 각 상의 각 주된 석출물의 개수 밀도를 규정할 수 없다. 이 점, 본 발명에서는, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 비교적 조대한 입자 형상 석출물을 다수 존재시키는 동시에, 상기 라멜라상의 영역 내에 조대한 판 형상 석출물을 다수 존재시킴으로써, Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를 크게 향상시킨다. 여기서, 석출물이 조대하다라고 함은, 나노 미터 사이즈의 미세한 사이즈(제어)가 아니라, ㎛오더의 비교적 조대한 사이즈로 하는(제어하는) 것이다.It is necessary to grasp the presence of each phase of these phases and the main precipitate precipitated in each of these phases and to grasp the effect (effect) on the high temperature fatigue strength of these main precipitates, The number density of each main precipitate can not be defined. In this respect, in the present invention, a plurality of relatively coarse grain-like precipitates are present in the region of the phase of the long-period laminated structure, and a large number of coarse plate-like precipitates are present in the region of the lamellar phase, Thereby greatly improving the fatigue strength. Here, the fact that the precipitates are coarse means that the coarse size of the order of micrometer is controlled (controlled), not the fine size (control) of the nanometer size.

본 발명에서는, 이와 같이, Gd-Zn계 마그네슘 합금재를, 장주기 적층 구조의 상과 라멜라상의 조직적인 조합과, 조대한 입자 형상 석출물과 판 형상 석출물의 서로 다른 석출물의 조합의, 서로의 상승 효과에 의해, Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를 크게 향상시키고 있다. 바꾸어 말하면, 구조가 서로 상이한 2개의 상에, 형상이 서로 상이한 2개의 조대한 석출물을 각각 석출시키고, 이들의 조합의 상승 효과에 의해, 고온 피로 강도를 크게 향상시키고 있는 점이, 본 발명의 큰 특징이다. In the present invention, the Gd-Zn-based magnesium alloy material can be obtained by a combination of a systematic combination of phases of a long-term laminated structure and a lamellar phase, and combinations of coarse-grained precipitates and different precipitates of a plate- , The high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn-based magnesium alloy material is greatly improved. In other words, the fact that two coarse precipitates having different shapes are precipitated on two phases having different structures from each other, and the high-temperature fatigue strength is greatly improved by the synergistic effect of the combination of the two, to be.

여기서, 고온 피로 강도를 확보하기 위해서는, 마그네슘 합금재가 반복 하중을 받는 중에, 마그네슘 합금에 도입되는 전위 셀의 집적을 방지하여, 균일하게 분산시키는 것이 중요하다. 전위 셀의 집적 사이트는 통상은 결정립계이므로, 결정립의 균일 미세화가, 고온 피로 강도를 확보하기 위해 유효하다고 생각하는 것이 일반적이다. 단, Gd-Zn계 마그네슘 합금재에서는, 압연, 단조 등의 소성 가공에 의해, 결정립을 균일 미세화하기 위해서는 큰 한계가 있고, 현실적으로, 평균 결정립 직경을 5㎛보다 작게 하는 것은 곤란하다. 따라서, 통상의 결정립 미세화 수단에서는, Gd-Zn계 마그네슘 합금재의, 300℃에서의 고온 피로 강도를 충분히 높일 수 없다.Here, in order to secure the high-temperature fatigue strength, it is important to prevent the accumulation of the dislocation cells introduced into the magnesium alloy and uniformly disperse the magnesium alloy while the magnesium alloy material undergoes repeated loads. Since the accumulation site of the dislocation cell is usually a grain boundary system, it is generally considered that uniform finer grain size is effective for ensuring high-temperature fatigue strength. However, in the case of the Gd-Zn-based magnesium alloy material, there is a great limitation in uniformly finer crystal grains by calcining such as rolling or forging, and it is practically difficult to make the average crystal grain diameter smaller than 5 占 퐉. Therefore, the conventional grain refinement means can not sufficiently increase the high-temperature fatigue strength at 300 占 폚 of the Gd-Zn-based magnesium alloy material.

또한, 당업자의 기술 상식으로서 「석출물을 조대화시킨 경우에는, 그곳이 응력 집중 개소로 되어, 특히 고온 강도를 저하시킬 가능성이 높다」라고, 당연히 추측된다. 그러나, 본 발명자들의 지식에 따르면, 이 석출물의 조대화의 관점에서만 보아도, 종래의 기술 상식에 반하여, 고온 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명과 같은, 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 석출되는 입자 형상 석출물을 조대화시켜 다수 존재시키는 한편, 라멜라상의 영역 내에 석출되는 판 형상 석출물을 조대화시켜 다수 존재시키면, 이들의 조대한 석출물이, 고온 하에서 각 상에(마그네슘 합금재에) 도입되는, 전위 셀의 집적을 블록하는, 장벽의 역할을 하는 것으로 추측된다. 이와 같은, 조대 석출물의 장벽 효과에 의해, 고온 하에서 마그네슘 합금재가 반복 하중을 받는 중에도, 도입되는 전위 셀의 집적을 방지하여, 이들의 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 있다.Further, as a technical knowledge of a person skilled in the art, it is naturally supposed that "when a precipitate is coarsened, there is a high possibility that the stress concentration portion becomes a stress concentration, and particularly the high temperature strength is lowered." However, according to the knowledge of the present inventors, high-temperature strength can be improved in comparison with the conventional technical sense only in view of coarsening of the precipitate. That is, when a plurality of particulate precipitates to be precipitated in the region of the phase of the long-term laminated structure are coarsened and a large number of such precipitates are precipitated in the region of the lamellar phase as in the present invention, Is assumed to serve as a barrier to block the accumulation of dislocation cells introduced into each phase (to the magnesium alloy material) under high temperature. By the barrier effect of the coarse precipitates, accumulation of the dislocation cells to be introduced can be prevented even when the magnesium alloy material undergoes repeated loads under high temperature, and these dislocation cells can be uniformly dispersed.

또한, 본 발명은, 이와 같은 석출물의 조대화뿐만 아니라, 석출물의 모상과의 관계에서 보아도, 종래의 기술 상식에 반하여, 고온 강도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 입자 형상 석출물은, 그 고온 강도의 향상 효과의 크기는, 후술하는 단락 0045에서 상세하게 기재하는 바와 같이, 석출물 형상이나 크기의 효과만으로는 설명되지 않고, 존재하는 장주기 적층 구조의 모상과의 관계의 영향이 큰 것으로 추측된다. 상기 라멜라상의 조대 판 형상 석출물보다도 상대적으로 큰 의미를 갖는다고 말할 수 있다.Further, the present invention can improve not only the coarsening of the precipitate but also the high temperature strength in comparison with the conventional technical sense in view of the relationship with the parent phase of the precipitate. For example, the magnitude of the effect of improving the high-temperature strength of the above-mentioned particulate precipitate is not explained only by the effect of the shape and size of the precipitate as described in detail in paragraph 0045 to be described later, It is presumed that the influence of the relationship with Can be said to have a relatively larger meaning than the coarse-like precipitates on the lamella.

따라서, 종래와 같이, 미세한 판 형상 석출물이나 입자 형상 석출물을, 예를 들어 각 상에 다수 존재시킬 수 있었다고 해도, 이 모상과의 상관성이나, 상기 장벽 효과가 약한 것 등, 대체적으로 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 없다. 이것이, 미세한 판 형상 석출물이나 입자 형상 석출물을 존재시킨 종래 기술이, 300℃에서의 고온 피로 강도를 충분히 향상시킬 수 없는 이유이기도 하다. 이에 대해, 본 발명에 따르면, Gd-Zn계 마그네슘 합금의 300℃의 온도 영역에서의 고온 피로 강도를, 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, even when a large number of fine plate-like precipitates or particulate precipitates can be present on each phase, as in the conventional method, even when a large number of dislocation cells are uniformly distributed, for example, . This is also the reason why the prior art in which fine plate-like precipitates and particulate precipitates are present can not sufficiently improve the high-temperature fatigue strength at 300 ° C. On the other hand, according to the present invention, the high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn-based magnesium alloy in the temperature region of 300 캜 can be greatly improved.

도 1은 본 발명의 마그네슘 합금재의 조직을 나타내는 500배의 SEM상(도면 대용 사진).
도 2는 도 1의 A부를 부분적으로 확대하여 나타내는 5000배의 SEM상(도면 대용 사진).
도 3은 도 1의 B부를 부분적으로 확대하여 나타내는 5000배의 SEM상(도면 대용 사진).
Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a 500-times SEM image showing a structure of a magnesium alloy material of the present invention
2 is a SEM image of 5,000 times magnification (partially enlarged view of part A of Fig. 1).
Fig. 3 is a SEM image of 5000 times magnification (partially enlarged view of part B in Fig.

(마그네슘 합금재 조직)(Magnesium alloy material structure)

본 발명의 마그네슘 합금재(단조재)의 특징적인 조직을, 도 1:500배의 SEM상, 도 2:도 1의 A부를 부분적으로 확대하여 나타내는 5000배의 SEM상, 도 3:도 1의 B부를 부분적으로 확대하여 나타내는 5000배의 SEM상으로 각각 나타낸다. 이 도 1(도 2, 도 3)은 후술하는 실시예 표 1의 제1 발명예의 SEM상이다.The characteristic structure of the magnesium alloy material (forging material) of the present invention is shown in Fig. 1: SEM image of 500 times, Fig. 2: SEM image of 5000 times magnification partially showing part A of Fig. 1, Fig. 3: And part B is shown in an SEM image of 5000 times magnified in part. Fig. 1 (Figs. 2 and 3) is an SEM image of the first invention example of Table 1 to be described later.

도 1과 같이, 본 발명의 마그네슘 합금재 조직은, SEM상에 있어서(SEM상에 의해) 명확하게 식별되는, 밝은 회색(그레이색)으로 보이는, 흰 빛을 띤 그물코 형상의 장주기 적층 구조의 상과, 어두운 회색(그레이색)으로 보이는, 검은 빛을 띤 섬 형상 내지 비늘 조각 형상의 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상을 갖는다. 본 발명의 조직은, 기본적으로는, 이들 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상으로 이루어지지만, 제조 방법이나 제조 조건에 따라서는, 소량이지만 다른 구조의 상을 포함하는 경우도 있고, 이들을 포함하는 것을 허용한다.As shown in Fig. 1, the magnesium alloy material structure of the present invention is an image of a long-period laminated structure of a whitish-mesh-like shape, which appears to be light gray (gray) clearly identified on an SEM And a lamellar structure consisting of long-lenticular islands or scales in blackish light and dark-gray (gray) and a lamellar phase formed of alpha -Mg. Basically, the structure of the present invention is composed of a phase of these long-period laminated structure, a long-period laminated structure and a lamellar phase formed of? -Mg. However, depending on the manufacturing method and the manufacturing conditions, And may include, but is not limited to.

(조대한 입자 형상 석출물)(Coarse particle type precipitate)

이와 같은 마그네슘 합금재 조직에 있어서, 본 발명에서는, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에, 도 2에 확대하여 나타내는 바와 같이, 백색의, 입자 형상, 막대 형상, 선 형상 등의 다양한 부정형의 형상을 갖는 비교적 조대한 입자 형상 석출물을 다수 존재시킨다. 이들 도 2에 나타내고 있는, 바꾸어 말하면, 도 2의 시야에서 측정하는, 백색 부정형의 비교적 조대한 입자 형상 석출물의 크기의 범위는, 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물이며, 이 입자 형상 석출물을 1.0개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재시킨다. In such a magnesium alloy material structure, in the present invention, as shown in an enlarged scale in FIG. 2, in the region of the phase of the long-term laminated structure, various irregular shapes such as white, particle shape, rod shape, A large number of relatively coarse-grained precipitates are present. 2, in other words, the range of the size of the relatively rough coarse particulate precipitate of white irregularity measured in the field of view of Fig. 2 is a particulate precipitate having a maximum diameter of 0.1 mu m or more and less than 3 mu m , And these particulate precipitates are present at an average number density of 1.0 / 탆 2 or more.

여기서, 입자 형상 석출물의 최대 직경이란, 입자 형상 석출물의 상기 부정형의 형상 중에서, 길이가 최대가 되는 변의 길이이다.Here, the maximum diameter of the particulate precipitate is the length of the side where the length becomes the largest among the irregular shapes of the particulate precipitate.

본 발명에서 규정하는 입자 형상 석출물은, 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 존재하는 다른 석출물, 예를 들어 조대한 판 형상 석출물과는, 그 형상과 크기도 포함하여, 명확하게(용이하게) 구별 및 특정(측정)할 수 있다. 이 입자 형상 석출물은 FCC 구조의 Mg5Gd가 주로 되어 있고, Zn 외에, Zr이나 Al 등의 원소를 함유하고 있는 경우에는, 그들의 원소도, 이 조대 판 형상 석출물의 구성 원소로서 존재할 수 있다.The particulate precipitate specified in the present invention can be clearly (easily) distinguished and specified, including its shape and size, with other precipitates existing in the region of the phase of the long-term laminated structure, for example, coarse plate- (Measured). These particulate precipitates are mainly composed of Mg 5 Gd of the FCC structure, and in the case where they contain elements such as Zr and Al in addition to Zn, their elements may also exist as constituent elements of the coarse-like precipitates.

(조대한 판 형상 석출물)(Coarse plate type precipitate)

또한, 동시에, 본 발명에서는, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상의 영역 내에, 도 3에 확대하여 나타내는 바와 같이, 비교적 균일한 길이(후술하는 긴 직경)를 갖고, 서로를 향하는 방향이 규칙성을 가진 흰 빛을 띤 직선(직선 형상)으로서 보이는, 조대한 판 형상 석출물을 다수 존재시킨다.At the same time, in the present invention, as shown in FIG. 3 in an enlarged scale, the laminated structure of the long period and the lamellar phase region formed of? -Mg have a relatively uniform length (a long diameter described later) A large number of coarse plate-like precipitates appearing as a straight line (straight line) with regularity.

이 조대한 판 형상 석출물을 10000배 정도의 TEM으로 관찰하고, 또한 TEM상의 관찰 각도를, 예를 들어 -40° 경사시켜, 입체적으로 관찰하면, 이 도 3에서는 직선 형상으로 보이는, 이들의 판 형상 석출물이, 도 3의 깊이 방향으로 폭(판 폭 = 짧은 직경)을 가진, 입체적인 판 형상의 형상을 공통적으로 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 3에 도시하는, 흰 빛을 띤 직선을 긴 직경으로 하고, 도 3의 깊이 방향으로 짧은 직경을 갖고, 또한, 두께(도 3에 있어서의 흰 빛을 띤 직선의 평면적인 폭)를 가진, 장방형(직사각형)의 판 형상의 형상으로서 확인할 수 있다. 따라서, 조대 판 형상 석출물의 긴 직경이란, 도 3에서는 하나하나의 흰 빛을 띤 직선으로 보이는, 각 조대 판 형상 석출물의 직선의 길이(도 3에 있어서의 선의 평면적인 길이)이다. 이와 같은 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물을 0.1개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재시킨다.When the coarse plate-like precipitates are observed with a TEM of about 10,000 times, and the observation angle of the TEM image is inclined at, for example, -40 ° and observed in a three-dimensional manner, these plate- It can be confirmed that the precipitates commonly have a three-dimensional plate shape having a width (plate width = short diameter) in the depth direction of FIG. That is, the white straight line shown in Fig. 3 has a long diameter, has a short diameter in the depth direction of Fig. 3, and has a thickness (a planar width of a white straight line in Fig. 3) And can be confirmed as a shape having a rectangular (rectangular) plate shape. Therefore, the long diameter of the coarse-grains precipitates is the length of the straight line of each coarse-like precipitate (the length in the plane of the line in Fig. 3), which is seen as a straight line with white light in Fig. Coarse plate-shaped precipitates having a long diameter of 3 μm or more are present at an average number density of 0.1 / μm 2 or more.

이와 같은 본 발명의 조대 판 형상 석출물은, 그 형상과 크기와 맞추어, 상기 라멜라상의 영역 내에 존재하는, 다른 미세한 판 형상 석출물이나, 입자 형상, 막대 형상, 선 형상 등의 다양한 부정형의 형상을 갖는 입자 형상 석출물과는, 명확하게(용이하게) 구별 및 특정(측정)할 수 있다. 또한, 본 발명의 조대 판 형상 석출물은, 본 발명의 입자 형상 석출물과 마찬가지로, FCC 구조의 Mg5Gd가 주로 되어 있고, Zn 외에, Zr이나 Al 등의 원소를 함유하고 있는 경우는, 그들의 원소도, 이 조대 판 형상 석출물의 구성 원소로서 존재할 수 있다.The coarse-grained precipitate of the present invention can be used in combination with other fine plate-shaped precipitates existing in the region of the lamellar phase and particles having various irregular shapes such as a particle shape, a rod shape, And can be clearly (easily) discriminated and specified (measured) from shape precipitates. In the coarse-grained precipitate of the present invention, Mg 5 Gd having an FCC structure is mainly used as in the case of the particulate precipitate of the present invention. In the case of containing elements such as Zr and Al in addition to Zn, , And may exist as constituent elements of this coarse-like precipitate.

조대 판 형상 석출물의 규정 의의:Specification of coarse-like precipitates:

상기 효과의 란에서 기재한 바와 같이, 고온 피로 강도를 확보하기 위해서는, 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품이 고온 하에서 반복 하중을 받는 중에, 마그네슘 합금에 도입되는 전위 셀의 집적을 균일하게 분산화시키는 것이 중요해진다. 따라서, 마그네슘 합금이 반복 하중을 받는 중에, 전위 셀이 집적하는 사이트로서, 하나는, 상기 라멜라상의 영역 내에 석출되는 주된 석출물에 착안하고, 그 주된 석출물의 존재 형태에 대해서 검토하였다. 그리고, 고온 피로 강도 특성이 우수한 마그네슘 합금재를 얻기 위해서는, 우선, 상기 라멜라상에 특유한 석출물의 존재 형태가 규정되는 조건을 만족하는 것이 유효한 것을 발견하였다.In order to secure high-temperature fatigue strength as described in the column of the above effect, it is important to uniformly disperse the accumulation of the dislocation cells introduced into the magnesium alloy while the engine component made of the magnesium alloy material undergoes repeated loads under high temperature It becomes. Therefore, one of the sites where the dislocation cells accumulate while the magnesium alloy is subjected to the repeated load is focused on the main precipitates that are deposited in the region of the lamellar phase, and the presence of the main precipitates is examined. In order to obtain a magnesium alloy material having excellent high-temperature fatigue strength characteristics, it has been found that it is effective to satisfy the condition that the existence form of the precipitate peculiar to the lamellar phase is defined.

이 라멜라상의 영역 내에 존재하는 조대한 판 형상 석출물의 경우를 설명하면, 1점째는, 석출물이 구체 형상이 아니라, 판 형상인 것이다. 또한 2점째는, 석출물의 사이즈는, 예를 들어 형상이 판 형상이라도, 종래와 같은 나노 미터 오더와 같은 미세한 사이즈가 아니라, 마이크로 미터(㎛) 오더의 비교적 조대한 사이즈로 하는 것이다. 마지막으로 3점째는, 석출물에 적절한 두께를 갖게 하여, 반복 하중을 받는 중에 균열이 발생하는 경우가 없는 형태로 하는 것이다.In the case of coarse plate-like precipitates existing in the area of the lamellar phase, the precipitate is not a spherical shape but a plate shape. In addition, the size of the precipitate at the second point is not a fine size as in the conventional nanometer order, but a relatively coarse size of micrometer (mu m) order even if the shape is, for example, a plate shape. Finally, the third point is to have a thickness suitable for the precipitate so that no crack is generated during the repeated load.

이 사고 방식에 기초하여, 본 발명에서는, 상기 라멜라상의 영역 내에 다수 존재시키는, 조대한 판 형상 석출물의 크기를 규정하고, 상기 긴 직경이 3㎛ 이상으로 규정한다. 그리고, 동시에, 이 판 형상 석출물이 0.1개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 상기 라멜라상의 영역 내에 다수 존재시키도록 규정하였다.On the basis of this thinking method, in the present invention, the size of the coarse plate-like precipitates to be present in a large number in the area of the lamellar phase is specified, and the long diameter is defined as 3 탆 or more. At the same time, the plate-like precipitates are defined to exist in the lamellar phase region at a number average density of 0.1 / μm 2 or more.

고온 피로 강도를 확보하기 위해서는, 마그네슘 합금재가 반복 하중을 받는 중에, 마그네슘 합금에 도입되는 전위 셀의 집적을 방지하여, 균일하게 분산시키는 것이 중요하다. 본 발명과 같이, 상기 라멜라상의 영역 내에 다수 석출되는 석출물을, 조대한 판 형상의 형상으로 제어할 수 있으면, 마그네슘 합금재가 반복 하중을 받는 중에, 이 조대한 판 형상 석출물이, 마그네슘 합금재에 도입되는 전위 셀의 집적을 블록하는 장벽 효과에 의해, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 있다. 이 결과, Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를, 종래의 미세한 판 형상 석출물을 조직 내에 갖는 것에 비해, 크게 향상시킬 수 있다.In order to secure the high-temperature fatigue strength, it is important to prevent the accumulation of the dislocation cells introduced into the magnesium alloy and uniformly disperse the magnesium alloy while the magnesium alloy material undergoes repeated loads. As in the present invention, it is possible to control precipitates that are precipitated in the region of the lamellar phase in a coarse plate shape, and the coarse plate-like precipitates are introduced into the magnesium alloy material while the magnesium alloy material undergoes repeated loads The dislocation cells can be uniformly dispersed by the barrier effect blocking the integration of the dislocation cells. As a result, the high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn-based magnesium alloy material can be greatly improved as compared with a conventional fine plate-like precipitate having in the structure.

조대 판 형상 석출물의 긴 직경:Long diameter of coarse-like precipitate:

이에 대해, 상기 라멜라상의 영역 내에 다수 존재시키는, 판 형상 석출물의 긴 직경이 3㎛ 미만으로 작게 해서는, 이와 같은 미세한 판 형상 석출물을 예를 들어 상기 라멜라상의 영역 내에, 0.1개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로, 다수 존재시킬 수 있었다고 해도, 이 장벽 효과가 약하여, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 없다. 따라서, 이 판 형상 석출물의 긴 직경은 적어도 3㎛는 필요하다. 이것보다 긴 직경이 짧은 판 형상 석출물은, 장벽 효과가 약하여, 고온 피로 강도 특성의 향상에 기여할 수 없다. 한편, 판 형상 석출물의 긴 직경의 상한에 대해서는 특별히 규정하지 않지만, 이들 판 형상 석출물을 함유하는 상기 라멜라상의 영역의 긴 직경(최대 직경, 최대 길이)보다 길어지는 일은 없다.On the other hand, the presence of multiple, not smaller the long diameter of the plate-like precipitates at less than 3㎛, such a fine plate-like precipitate, for example in the region of the lamella, 0.1 pieces / ㎛ 2 or more of the average number in the region of the lamella Density, the barrier effect is weak, and the dislocation cells can not be uniformly dispersed. Therefore, it is necessary that the plate-shaped precipitate has a long diameter of at least 3 mu m. A short plate-like precipitate having a diameter longer than this is not effective in improving the high-temperature fatigue strength characteristics because of a weak barrier effect. On the other hand, although the upper limit of the long diameter of the plate-like precipitate is not particularly specified, the area of the lamellar phase containing these plate-like precipitates is not longer than the long diameter (maximum diameter, maximum length).

조대 판 형상 석출물의 개수 밀도:Number density of coarse-like precipitates:

또한, 예를 들어 상기 라멜라상의 영역 내에, 규정하는 크기와 형상의 조대한 판 형상 석출물을 존재시킬 수 있었다고 해도, 이 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도가 0.1개/㎛2 미만에서는, 지나치게 적어, 역시, 이 장벽 효과가 약하여, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 없어, 충분한 고온 피로 강도 특성을 확보할 수 없어진다. 따라서, 상기한 긴 직경을 만족하는 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도는 적어도 0.1개/㎛2는 필요하다. 판 형상 석출물을 0.1개/㎛2 이상 분산시킴으로써, 고온 피로 강도 특성의 확보에 유효한 피로 데미지에 의해 도입되는 전위 셀 구조 집적의 장벽을 설치할 수 있다. 또한, 이 개수 밀도의 상한은 제조 한계에 의해 정해지고, 0.5개/㎛2를 초과하는 개수 밀도로 하는 것은 실질적으로 곤란하므로, 0.5개/㎛2를 상한으로 한다.Further, even if coarse plate-like precipitates of a prescribed size and shape are allowed to exist in the region of the lamellar phase, for example, when the average number density of the coarse plate-like precipitates is less than 0.1 pieces / 탆 2 , Also, this barrier effect is weak, so that dislocation cells can not be uniformly dispersed and sufficient high-temperature fatigue strength characteristics can not be ensured. Therefore, the average number density of the plate-like precipitates satisfying the above-mentioned long diameter is required to be at least 0.1 pieces / 탆 2 . By dispersing the plate-shaped precipitates at a ratio of 0.1 / μm 2 or more, it is possible to provide a barriers for accumulation of dislocation cell structures introduced by fatigue damage effective for securing high-temperature fatigue strength characteristics. The upper limit of the number density is determined by the manufacturing limit, and it is practically difficult to make the number density exceeding 0.5 number / 탆 2 , so 0.5 number / 탆 2 is set to the upper limit.

덧붙여서 말하면, 조대 판 형상 석출물의, 상기 긴 직경과, 도 3에서는 하나하나의 흰 빛을 띤 선으로 보이는 각 판 형상 석출물의 선의 평균 폭(도 3에 있어서의 선의 평면적인 폭 = 평균적인 두께)인 「두께」와의 비, 긴 직경/두께는, 바람직하게는 10 이상으로 한다. 판 형상 석출물의 긴 직경이 3㎛ 이상이어도, 이 긴 직경/두께가 10 미만의 형상에서는, 판 형상 석출물이 반복 하중을 받음으로써 파괴되어(균열이 발생되어) 버려, 충분한 고온 피로 강도 특성을 확보하기 위한 형태를 유지할 수 없게 될 가능성이 있다. 한편, 이 긴 직경/두께의 상한에 대해서는 특별히 규정하지 않지만, 판 형상 석출물의 형상을 확보하기 위한 최소 두께는, 결정 구조상 5 내지 15㎚이므로, 실제의 상한은 8000 내지 10000의 범위라고 생각된다.3, the average width of the lines of each plate-like precipitate (width in plane of the line in Fig. 3 = average thickness) as seen by one white light line in Fig. 3, Thickness " and the " long diameter / thickness " are preferably 10 or more. Even if the plate-shaped precipitate has a long diameter of 3 탆 or more, the plate-like precipitate is broken (cracks are generated) by receiving the cyclic load at the long diameter / thickness of less than 10 to secure sufficient high-temperature fatigue strength characteristics There is a possibility that the above-described form can not be maintained. On the other hand, although the upper limit of the long diameter / thickness is not particularly specified, the minimum thickness for securing the shape of the plate-like precipitate is 5 to 15 nm on the crystal structure, and therefore, the upper limit is actually in the range of 8000 to 10000.

입자 형상 석출물의 규정 의의:Specification of Particle Deposits:

상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 존재하는 입자 형상 석출물의 경우도, 고온 피로 강도 특성을 향상시키는 기구는, 조대 판 형상 석출물의 경우와 동일하다. 상기 효과의 란에서 기재한 바와 같이, 고온 피로 강도를 확보하기 위해서는, 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품이 고온 하에서 반복 하중을 받는 중, 마그네슘 합금에 도입되는 전위 셀의 집적을 균일하게 분산화시키는 것이 중요해진다. 따라서, 마그네슘 합금이 반복 하중을 받는 중에, 전위 셀이 집적하는 사이트로서, 또 하나의, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 석출되는 주된 석출물에 착안하고, 그 주된 석출물의 존재 형태에 대해서 검토하였다. 그리고, 고온 피로 강도 특성이 우수한 마그네슘 합금재를 얻기 위해서는, 또 하나, 이 장주기 적층 구조의 상에 특유한 석출물의 존재 형태가 규정되는 조건을 만족하는 것이 유효한 것을 발견하였다.The mechanism for improving the high-temperature fatigue strength characteristics in the case of the particulate precipitates existing in the region of the phase of the long-term laminated structure is the same as that of the coarse-plate precipitates. In order to secure high-temperature fatigue strength as described in the column of the above effect, it is important to uniformly disperse the accumulation of the dislocation cells introduced into the magnesium alloy while the engine component made of the magnesium alloy material undergoes repeated loads under high temperature It becomes. Therefore, while the magnesium alloy is subjected to cyclic loading, a main precipitate which is deposited in another region of the phase of the long-period laminated structure as a site where dislocation cells accumulate has been considered, and the presence of the main precipitate has been examined. Further, in order to obtain a magnesium alloy material excellent in high-temperature fatigue strength characteristics, it has been found that it is also effective to satisfy the condition that the existence form of a precipitate peculiar to the long-period laminated structure is defined.

단, 이 입자 형상 석출물의 경우에는, 조대 판 형상 석출물과 같은 형상이 아니라, 마이크로 미터(㎛) 오더의 비교적 조대한 사이즈의 효과이다. 이와 같이, 종래와 같은 나노 미터 오더와 같은 미세한 사이즈가 아니라, 마이크로 미터(㎛) 오더의 사이즈로 크게 함으로써, 판 형상과 같은 형상 효과는 없지만, 석출물이 적절한 두께를 갖게 하여, 반복 하중을 받는 중에 균열이 발생하는 경우가 없는 형태로 되어 있다.However, in the case of this particulate precipitate, it is not the same shape as the coarse-like precipitate but is a comparatively coarse size effect of micrometer (탆) order. As described above, by increasing the size to a micrometer (mu m) order rather than a minute size such as a conventional nanometer order, there is no such a shape effect as a plate shape, but a precipitate has an appropriate thickness, So that no cracks are generated.

그리고, 이 입자 형상 석출물은, 그 형상이나 크기의 효과뿐만 아니라, 존재하는 이 장주기 적층 구조의 모상과의 관계도, 효과 발휘에의 영향이 큰 것으로 추측된다. 즉, 장주기 적층 구조의 모상에 조대한 입자 형상 석출물이 다수 존재함으로써, 모상으로서의 전위 셀을 균일하게 분산시키는 효과가 높아지는 것으로 추측된다. 이것은, 이 장주기 적층 구조의 상은, 많더라도 전체의 약 2할 정도로, 상기 라멜라상과 비교하여, 그 비율(면적률 등)은 극히 작기 때문이다. 그리고, 예를 들어 Gd의 첨가량(함유량)이 적으면, 그 상의 비율과 함께, 주된 석출물인, 조대한 입자 형상 석출물의 개수도, 더 감소한다. 그러나, 이와 같이, 상의 존재 비율이 작은 것에 비해서는, 그 고온 피로 강도 특성 향상 효과는, 비율이 큰 상기 라멜라상이나, 그 조대한 판 형상 석출물과 동등하게 크다. 즉, 원래, 그 존재 비율이 적은 상의 석출물의 규정이므로, 그 개수 밀도의 범위를 만족하는 의의는, 고온 특성 향상에 관해서는, 오히려, 상기 라멜라상의 조대 판 형상 석출물보다도 상대적으로 큰 의미를 갖는다고도 말할 수 있다. 또한, 장주기 적층 구조의 상은 적어도 전체의 3% 정도는 필요하다.It is presumed that this particulate precipitate not only has an effect on the shape and size but also has a large effect on the effect of the relationship with the parent phase of the existing long-period laminated structure. That is, it is presumed that the presence of a large number of coarse particulate precipitates on the parent phase of the long-period laminated structure increases the effect of uniformly dispersing the potential cells as the parent phase. This is because the ratio of the lamellar structure to that of the lamellar phase is extremely small, about 20% of the total length of the lamellar structure. If the addition amount (content) of Gd is small, for example, the number of coarse-grained precipitates, which are the main precipitates, decreases further in addition to the ratio of the amount of Gd. However, as described above, the effect of improving the high-temperature fatigue strength characteristics is larger than that of the lamellar phase having a large ratio or the coarse plate-like precipitates, as compared with the case where the phase ratio is small. In other words, the meaning of satisfying the range of the number density is relatively larger than that of the coarse-like precipitate on the lamella in terms of improvement in high-temperature characteristics, I can tell. Also, at least about 3% of the total length of the long-period laminated structure is required.

이에 기초하여, 본 발명에서는, 비교적 조대한, 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물을 1.0개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 존재시키도록 규정하였다. 본 발명과 같이, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 다수 석출되는 석출물을, 이와 같은 비교적 조대한 입자 형상 석출물로 제어할 수 있으면, 마그네슘 합금재가 반복 하중을 받는 중에, 이 조대한 입자 형상 석출물이, 마그네슘 합금재에 도입되는 전위 셀의 집적을 블록하는 장벽 효과에 의해, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 있다. 이 결과, Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 고온 피로 강도를, 종래의 미세한 석출물을 조직 내에 갖는 것에 비해, 크게 향상시킬 수 있다.Based on this, so as to present in the present invention, relatively coarse, the maximum diameter of 0.1㎛ above, the region on the long-period layered structure of the particulate precipitate is less than 1.0 in the range 3㎛ dog / ㎛ 2 average number density of Respectively. As in the present invention, it is possible to control precipitates that are precipitated in the region of the phase of the long-period laminated structure with such relatively coarse-grained precipitates. When the magnesium alloy material undergoes repeated loads, The dislocation cells can be uniformly dispersed by the barrier effect blocking the integration of the dislocation cells introduced into the magnesium alloy material. As a result, the high-temperature fatigue strength of the Gd-Zn-based magnesium alloy material can be greatly improved as compared with a conventional fine precipitate having in the structure.

이에 대해, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 다수 존재시키는, 입자 형상 석출물의 최대 직경이 0.1㎛ 미만으로 작게 해서는, 이와 같은 미세한 판 형상 석출물을 예를 들어 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에, 1.0개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로, 다수 존재시킬 수 있었다고 해도, 이 장벽 효과가 약하여, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 없다. 또한, 예를 들어 결정 입내에, 규정하는 크기의 조대한 입자 형상 석출물을 존재시킬 수 있었다고 해도, 이 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도가 1.0개/㎛2 미만에서는, 지나치게 적어, 역시, 이 장벽 효과가 약하여, 전위 셀을 균일하게 분산시킬 수 없다. 또한, 이 평균 개수 밀도의 상한도, 제조 한계에 의해 정해지고, 10개/㎛2를 초과하는 개수 밀도로 하는 것은 실질적으로 곤란하므로, 상한값은 10개/㎛2로 한다.On the other hand, if the maximum diameter of the particulate precipitates to be present in a large number in the area of the phase of the long-period laminated structure is smaller than 0.1 占 퐉, such fine plate- Even if a large number of such cells can be present at an average number density of at least 2 / 탆, this barrier effect is weak and the dislocation cells can not be uniformly dispersed. Furthermore, even if a coarse grain shaped precipitate of a prescribed size can exist in a crystal grain, for example, the coarse grain shaped precipitate is too small when the average number density of the coarse grain shaped precipitates is less than 1.0 / μm 2 , The effect is weak and the dislocation cell can not be uniformly dispersed. Further, the upper limit of the average number density is determined by the manufacturing limit, and it is practically difficult to set the number density to exceed 10 / m 2. Therefore, the upper limit value is 10 / m 2 .

한편, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에는, 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물도 존재한다. 이와 같은 조대한 판 형상 석출물에도 효과가 없다고는 말할 수 없지만, 그 개수 밀도가 적기 때문에, 고온 피로 강도에의 기여는, 입자 형상 석출물에 비해 작다. 이로 인해, 이 조대한 판 형상 석출물과 구별하여, 입자 형상 석출물의 개수 밀도를 정확하게 파악하기 위해, 입자 형상 석출물의 최대 직경은, 3㎛ 미만을 상한으로 한다.On the other hand, coarse plate-like precipitates having a long diameter of 3 mu m or more exist in the area of the phase of the long-period laminated structure. Such a coarse plate-like precipitate can not be said to be effective, but its contribution to the high-temperature fatigue strength is smaller than that of the particulate precipitate because of its small number density. For this reason, in order to accurately grasp the number density of the particulate precipitates separately from the rough plate-like precipitates, the maximum diameter of the particulate precipitates has an upper limit of less than 3 mu m.

조대 석출물의 제조 방법:Process for preparing coarse precipitates:

본 발명에서 규정하는 각 조대 석출물은, 그 생성 이력으로부터도, 종래와 같은 석출물과는 구별된다. 본 발명의 조직과, 이들의 조직에 관계되는 조대 석출물은, 후술하는 바와 같이, Gd-Zn계 마그네슘 합금 주조재(잉곳)를, 고온과 저온에서의 2회(2단계)의 열처리와, 열간 단조나 열간 압출 등의 열간에서의 소성 가공 후의, 장시간의 인공 시효 처리에 의해 생성시킨다. 따라서, 종래와 같은, 주조시에 정출되는 정출물이나, 혹은 주조재의 용체화 처리 후의 인공 시효 처리에 의해 석출되는 석출물, 나아가서는, 종래와 같은, 주조재를 용체화 처리 및 인공 시효 처리 후에 압출 등의 열간에서의 소성 가공에 의해 석출되는 석출물은 아니다. 즉, 주조재를 2단계로 열처리 후에, 열간에서의 소성 가공을 개재하여, 다시 인공 시효 처리를 행하고, 새롭게 석출, 성장시킨, 종래에는 없는, 신규한 석출물이며, 이 점에서도, 종래의 석출물과는 명확하게 구별된다. 상기 종래 기술에서는, 주조재를 용체화 처리 후에 인공 시효 처리하거나, 혹은, 이 후에 열간 압출 등의 소성 가공하여, 판 형상 석출물을 생성시킨 것이 기재되어 있다. 그러나, 이와 같은 제조 방법(제조 이력)에서는, 단적으로는, 판 형상이나 입자 형상의 석출물을, 본 발명과 같은 형상으로 조대화시킬 수 없다.Each of the coarse precipitates specified in the present invention is distinguished from the conventional precipitates even from the generation history thereof. The structure of the present invention and the coarse precipitates related to these structures can be obtained by subjecting a Gd-Zn-based magnesium alloy cast material (ingot) to heat treatment two times (two stages) at a high temperature and a low temperature, Is produced by artificial aging treatment for a long time after plastic working in hot such as forging or hot extrusion. Therefore, there is a problem in that, as in the prior art, there is a problem in that it is difficult to obtain a sintered product to be cast during casting or a precipitate to be precipitated by artificial aging treatment after solution treatment of the cast product, And is not a precipitate precipitated by plastic working in the hot state. That is, the present invention is a novel precipitate which is not conventionally obtained and which has been subjected to the artificial aging treatment again after the heat treatment of the casting material in two steps, followed by the plastic working in the hot state. Are clearly distinguished. In the above-mentioned prior art, it is described that the cast material is subjected to artificially aging treatment after the solution treatment, or thereafter, subjected to a calcining process such as hot extrusion to produce a plate-like precipitate. However, in such a manufacturing method (manufacturing history), the plate-like or particulate precipitate can not be coarsened in the same manner as in the present invention.

이것은, 석출(생성)되는 판 형상이나 입자 형상의 석출물의 형상이나 조대화는, 그 생성하는 모체가 되는 상의 구조나 조성과 깊게 관계되어 있다. 장주기 적층 구조의 상으로부터의 대부분은 입자 형상의 석출물로서, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상으로부터의 대부분은 판 형상의 석출물로서, 각각 생성되기 때문이다. 게다가, 이들 석출(생성)된 판 형상이나 입자 형상의 석출물의 형상이나 조대화는, 제조 조건에도 크게 좌우된다. 예를 들어, 인공 시효 처리의 온도가 적절하고, 처리 시간이 길지 않으면, 판 형상이나 입자 형상의 석출물은 조대화하지 않는다. 또한, 상기 종래 기술과 같이, 주조재를 용체화 처리 후에 인공 시효 처리 후에, 열간 압출 등의 소성 가공한 경우, 인공 시효 처리에서 생성된 석출물이, 마치, 고온 사용 하에서 마그네슘 합금재가 반복하여 받는 하중과 같이, 열간에서의 소성 가공에 의한 하중에 의해 파괴되고, 미세화되어, 조대화하지 않는다. 따라서, 본 발명과 같이, Mg-Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 조직을, 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상으로 이루어지는 것으로 한 후에, 이 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에 조대한 입자 형상 석출물을 다수 존재시키는 한편, 이 라멜라상의 영역 내에 조대한 판 형상 석출물을 다수 존재시킬 수 없다.This is because the shape and coarseness of the plate-like or particulate precipitate to be precipitated (generated) is deeply related to the structure and composition of the image forming the matrix. Most of the precipitates from the phase of the long-period laminated structure are particulate precipitates, and most of them from the lamellar structure of the long-period and the lamellar phase formed of -Mg are respectively produced as plate-like precipitates. In addition, the shape and coarseness of the precipitate in the form of a plate or a particle precipitated (formed) depend greatly on the production conditions. For example, if the temperature of the artificial aging treatment is appropriate and the treatment time is not long, the plate-like or particulate precipitate does not coarsen. Further, as in the case of the prior art, when the casting material is subjected to the plasticizing treatment such as the hot extrusion after the artificially aging treatment after the solution treatment, the precipitate produced in the artificial aging treatment is as if the load which the magnesium alloy material repeatedly receives , It is destroyed by the load caused by the plastic working in the hot state, becomes fine, and does not coarsen. Therefore, after the structure of the Mg-Gd-Zn-based magnesium alloy material is made up of the phase of the long-period laminated structure, the laminate structure of the long-period period and the lamellar phase formed of? -Mg as in the present invention, A large number of coarse granular precipitates are present in the region, and a large number of coarse plate-like precipitates can not be present in the region of the lamellar phase.

(마그네슘 합금 성분 조성)(Magnesium alloy component composition)

본 발명에서는, 전제로 되는 마그네슘 합금의 성분 조성을, 우수한 기계적 성질을 얻기 위한 기본으로서, 원자%로, Gd:0.4 내지 5.0%, Zn:0.2 내지 2.5%를 각각 함유하고, 잔량부 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Gd-Zn계 마그네슘 합금 조성으로 한다. 이하에 각 성분 원소에 대해서 설명한다. 단, 각 원소의 함유량의 % 표시는 모두 원자%의 의미이다.In the present invention, the composition of the magnesium alloy to be used as a base contains 0.4 to 5.0% of Gd and 0.2 to 2.5% of Zn, respectively, in terms of atomic% as a basis for obtaining excellent mechanical properties, And a Gd-Zn-based magnesium alloy composition composed of an impurity. Each component element will be described below. Note that the percentages of the content of each element are all atomic%.

Gd:Gd:

Gd(가돌리늄)는, 동일한 효과를 갖는 Y, Dy, Ho, Er, Tm 등 다른 희토류 원소(REM:Rare-Earth-Metal)에 비해, 주조하기 쉬워 상법으로 제조하기 쉽다고 하는, 큰 이점이 있다. Gd는, Zn과 함께 특정한 양을 함유함으로써, Mg-Gd-Zn계 합금의 합금 조직 중에 장주기 적층(LPSO) 구조를 형성시키기 쉬워진다. 또한, 고온 피로 강도를 확보하기 위해 필요한, 본 발명에서 규정하는, 결정 입내의 조대한 판 형상 석출물을 구성하는 원소이다.Gd (gadolinium) has a great advantage in that it is easier to cast by the conventional method than other rare earth elements (REM: Rare-Earth-Metal) such as Y, Dy, Ho, Er and Tm having the same effect. Gd contains a specific amount together with Zn, so that it is easy to form a long-period stacking (LPSO) structure in the alloy structure of Mg-Gd-Zn alloy. It is also an element constituting a coarse plate-like precipitate in the crystal mouth, which is required in the present invention, for ensuring high-temperature fatigue strength.

Gd 함유량이 지나치게 적으면, 장주기 적층 구조나 판 형상 석출물을 형성시킬 수 없다. 한편, Gd 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 Mg-Gd계 금속간 화합물이 입계측으로 분산하게 되어, 마그네슘 합금 단조재의 연신율이 크게 저하된다(취화됨). 따라서, Gd는 0.4 내지 5.0 원자%의 범위로 함유시킨다.When the Gd content is excessively small, it is impossible to form a long-term laminate structure or a plate-like precipitate. On the other hand, if the Gd content is excessively large, the coarse Mg-Gd intermetallic compound is dispersed in the grain boundaries, and the elongation of the magnesium alloy forging material is greatly lowered (brittle). Therefore, Gd is contained in the range of 0.4 to 5.0 at%.

Zn :Zn:

Zn(아연)은, Gd와 함께 특정한 양을 함유함으로써, Mg-Gd-Zn계 합금의 합금 조직 중에 장주기 적층 구조를 형성시킨다. Zn 함유량이 지나치게 적으면, 장주기 적층 구조를 형성시킬 수 없다. 한편, Zn 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 Mg-Zn계 금속간 화합물이 입계에 분산하여, 마그네슘 합금 단조재의 연신율이 저하된다(취화됨). 따라서, Zn은 0.2 내지 2.5 원자%의 범위로 함유시킨다.Zn (zinc) contains a specific amount together with Gd, thereby forming a long-term laminated structure in the alloy structure of the Mg-Gd-Zn alloy. If the Zn content is too small, it is impossible to form a laminate structure for a long period. On the other hand, if the Zn content is too large, the coarse Mg-Zn intermetallic compound is dispersed in the grain boundaries, and the elongation of the magnesium alloy forging material is lowered (brittle). Therefore, Zn is contained in the range of 0.2 to 2.5 atomic%.

Zr, Mn:Zr, Mn:

Zr(지르코늄), Mn(망간)은 결정립을 미세화하는 효과가 있는 원소이며, 필요가 있는 경우에는, 선택적으로 0.05 내지 1.0 원자%의 범위로 함유시킨다.Zr (zirconium) and Mn (manganese) are elements having an effect of refining the crystal grains. If necessary, they are contained in the range of 0.05 to 1.0 atomic percent.

Al, Ni, Cu, Ca:Al, Ni, Cu, Ca:

Al(알루미늄), Ni(니켈), Cu(구리), Ca(칼슘)은, 고용 강화 또는 분산 강화의 작용으로 마그네슘 합금의 고온 강도를 높이는 원소이며, 판 형상 석출물을 분산 제어하는 것에 조합함으로써, 고온에서의 내피로 강도를 끌어올리는 효과를 발휘한다. 이들의 원소를 선택적으로 함유시키는 경우에는, 이들의 합계의 함유량으로 0.05 내지 6.0 원자%로 한다.Al (aluminum), Ni (nickel), Cu (copper), and Ca (calcium) are elements that enhance the high temperature strength of a magnesium alloy by the action of solid solution strengthening or dispersion strengthening, The effect of raising the strength to the endothelium at a high temperature is exhibited. When these elements are selectively contained, the total content thereof is set to 0.05 to 6.0 atomic%.

불가피적 불순물:Inevitable impurities:

또한, Mg-Gd-Zn계 합금은, Mg 메탈뿐만 아니라, Mg 스크랩을 용해 원료로서 사용하는 등, 상기한 성분 이외의 원소가 필연적으로 포함될 가능성이 있다. 이 점, 상기 첨가 원소 이외에도, 본 발명에 관한 마그네슘 합금 단조재의 효과에 악영향을 주지 않는 범위 내이면, 불가피적 불순물의 범위에서, 다른 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, Fe(철), Si(실리콘) 등을, 허용량으로서, 각각 0.2 원자% 이하만 포함하고 있어도 상관없다.In addition, the Mg-Gd-Zn based alloy may inevitably include elements other than the above-mentioned components, such as Mg metal as well as Mg scrap as a dissolving raw material. In this respect, in addition to the above-mentioned additive elements, other ingredients may be contained in the range of unavoidable impurities as far as they do not adversely affect the effect of the magnesium alloy forging material of the present invention. For example, Fe (iron) and Si (silicon) may be contained in an amount of 0.2 atomic% or less, respectively.

(제조 방법)(Manufacturing method)

본 발명의 마그네슘 합금재 및, 이 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품을 얻기 위한 바람직한 제조 방법, 제조 조건에 대해서 이하에 설명한다.A preferable manufacturing method and manufacturing conditions for obtaining the magnesium alloy material of the present invention and the engine component made of this magnesium alloy material will be described below.

본 발명의 마그네슘 합금은, 용해 주조된 주조재(잉곳)를 2단계로 열처리 후에, 열간에서의 소성 가공을 개재하여, 다시 인공 시효 처리를 행하여, 새롭게 석출, 성장시켜 제조한다.The magnesium alloy of the present invention is produced by subjecting a cast material (ingot) which has been melt-cast to heat treatment in two steps, then performing artificial aging treatment again through plastic working in hot, and newly precipitating and growing.

열처리:Heat treatment:

열처리는, 장주기 적층 구조나, 장주기 적층 구조의 상에 조대 입자 형상 석출물을 형성시키기 위해 필요하다. 이 열처리는, 1회째의 열처리인, 480 내지 550℃, 보다 바람직하게는 500 내지 530℃의 온도에서 1 내지 20시간의 유지와, 2회째의 열처리인, 360 내지 500℃, 보다 바람직하게는 380 내지 480℃의 온도에서 1 내지 20시간의 유지를 행하는, 2단계(2회)의 열처리의 조합으로 행한다.The heat treatment is necessary to form coarse-grained precipitates on the long-period laminating structure or the long-period laminating structure. This heat treatment is carried out at a temperature of 480 to 550 占 폚, more preferably 500 to 530 占 폚, which is the first heat treatment, for 1 to 20 hours and a second heat treatment at 360 to 500 占 폚, more preferably 380 (2) heat treatment in which the substrate is held at a temperature of 480 DEG C to 480 DEG C for 1 to 20 hours.

이 중, 1회째의 열처리 온도가 2회째의 온도보다도 높아지도록 하여, 이 1회째의 열처리에 의해, Gd나 Zn을 충분히 고용시키는 처리(용체화 처리)를 행한다. 이 열처리 온도가 너무 낮거나, 혹은 처리 시간이 지나치게 짧으면, Gd, Zn 등의 합금 원소의 고용량이 부족할 가능성이 있다. 한편, 이 열처리 온도가 지나치게 높거나, 혹은 시간이 너무 길면, 결정립이 조대화될 가능성이 있다. 이 1회째의 열처리(용체화 처리)의 직후는, 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 200℃ 이하까지 급냉한다. 이 냉각 속도가 10℃/s 미만의 경우는, 계속되는 2회째의 열처리에 의해 생성되는 입자 형상 석출물의 분산 상태가 본 발명에서 규정하는 상태로 되지 않는다. 또한, 냉각은, 공냉, 가스 냉각, 수냉 중 어느 것에 의해 실시해도 상관없지만, 부재의 중심까지 확실하게 냉각하기 위해서는, 냉수 또는 수10℃의 온수 내에 투입하는 것이 바람직하다.Among them, the first heat treatment is performed so that the temperature of the first heat treatment is higher than the second temperature, and the treatment (solubilization treatment) of sufficiently solving Gd or Zn is performed by this first heat treatment. If the heat treatment temperature is too low or the treatment time is too short, there is a possibility that the high dose of alloying elements such as Gd and Zn is insufficient. On the other hand, if the heat treatment temperature is excessively high or the time is too long, the crystal grains may be coarsened. Immediately after this first heat treatment (solution treatment), it is quenched to 200 ° C or lower at an average cooling rate of 10 ° C / s or higher. When the cooling rate is less than 10 DEG C / s, the dispersed state of the particulate precipitates produced by the subsequent second heat treatment does not become the state specified in the present invention. Cooling may be performed by air cooling, gas cooling, or water cooling. However, in order to reliably cool the member to the center thereof, it is preferable to put it in cold water or warm water of several tens of degrees Celsius.

이 1회째의 열처리에 계속되는, 2회째의 열처리에 의해, 장주기 적층 구조나, 장주기 적층 구조의 상에 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물을 형성시킨다. 이 2회째의 열처리 온도가 360 내지 500℃의 범위를 상하로 벗어나거나, 처리 시간이 지나치게 짧거나 하면, 입자 형상 석출물의 형성량이 적어져, 그 개수 밀도가 작아진다. 또한, 처리 시간이 너무 길면, 결정립이 조대화될 가능성이 있다.By the second heat treatment subsequent to the first heat treatment, a particulate precipitate having a maximum diameter of 0.1 mu m or more and less than 3 mu m is formed on the long-period laminating structure or the long-period laminating structure. If the second heat treatment temperature deviates from the range of 360 to 500 占 폚 in the up and down direction or if the treatment time is too short, the amount of the particulate precipitates to be formed becomes small and the number density thereof becomes small. Further, if the treatment time is too long, there is a possibility that crystal grains are coarsened.

소성 가공:Plastic working:

소성 가공은, 제품 형상에 맞추어, 열간에서의 단조, 압출, 압연 등의 주지의 가공이 적절하게 선택되고, 계속해서, 냉간에서 단조, 인발, 압연 등의 주지의 가공이 적절하게 선택되어도 좋다. 이하는, 열간 단조를 예로 들어 설명한다(이하의 문장은 열간 압출이나 열간 압연에도 적용할 수 있고, 그대로 적용됨). 상기 열처리한 마그네슘 합금 주괴를, 상기 2회째의 열처리 후에 일단 냉각하고 재가열하거나, 혹은 상기 2회째의 열처리 후에, 열간에서의 소성 가공(단조 등의) 개시 온도까지 냉각하여, 소성 가공을 실시한다. 열간 단조에서는, 상기한 주조, 열처리 공정에 의해 발생한 라멜라상을 미세화하는 동시에, 킹크대를 형성시켜, 고온 피로 강도를 향상시킨다. 따라서, 가능한 한 저온에서 소성 가공하고, 필요 충분한 변형을 부여하는 것이 바람직하다.In the plastic working, well-known processing such as forging in hot, extrusion, rolling and the like are appropriately selected in accordance with the product shape, and then well-known processing such as forging, drawing and rolling in cold may be appropriately selected. Hereinafter, the hot forging is taken as an example (the following sentence can be applied to hot extrusion or hot rolling, and is applied as it is). The magnesium alloy ingot subjected to the heat treatment is once cooled and reheated after the second heat treatment, or after the second heat treatment, cooled to the start temperature for plastic working (forging, etc.) in the hot, and subjected to plastic working. In the hot forging, the lamellar phase generated by the above-described casting and heat-treating steps is made finer and a kink is formed to improve the high-temperature fatigue strength. Therefore, it is preferable to carry out plastic working at a low temperature as possible, and to give necessary and sufficient deformation.

이로 인해, 상기 성분 조성의 Gd-Zn계 마그네슘 합금 주조재를 열간 단조하는 데 있어서는, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 금형을 사용하여 열간 단조한다. 열간 단조시의 잉곳의 가열 온도(단조 온도)의 상한은 400℃ 이하, 바람직하게는 380℃ 이하로 하고, 하한은, 가공 한계인 300℃ 이상, 바람직하게는 340℃ 이상으로 한다. 잉곳의 가열 온도(단조 온도)가 300℃ 미만에서는, 균열이 발생하거나, 프레스 능력이 부족하다.For this reason, in hot forging the Gd-Zn-based magnesium alloy cast material having the above-mentioned composition, the hot forging is performed using a mold at a temperature range of 300 to 400 ° C. The upper limit of the heating temperature (monotonous temperature) of the ingot at the time of hot forging is 400 占 폚 or lower, preferably 380 占 폚 or lower, and the lower limit is 300 占 폚 or higher, preferably 340 占 폚 or higher. When the heating temperature (forging temperature) of the ingot is less than 300 캜, cracking occurs or the pressing ability is insufficient.

인공 시효 처리:Artificial aging:

본 발명의 Gd-Zn계 마그네슘 합금재의 제조 방법에서는, 우수한 고온 피로 강도 특성을 부여하기 위해, 상기 열간 단조를 행한 후에, 인공 시효 처리를 행한다. 구체적으로는, 270 내지 330℃의 범위에서 50시간 이상의 시효 처리를 실시하고, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상의 영역 내에, 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물을 형성시킨다. 인공 시효 처리의 온도가 270℃ 미만의 경우는, 석출물이 성장할 수 없기 때문에, 조대한 판 형상 석출물이 본 발명에서 규정하는 형태로 되지 않고, 그 결과, 고온 피로 강도 특성을 확보할 수 없게 된다. 한편, 인공 시효 처리의 온도가 330℃를 상회하면, 석출물의 주요 원소인 Gd의 고용 온도에 가까워져, 조대한 판 형상 석출물이 본 발명에서 규정하는 형태로 되지 않는다.In the method for producing the Gd-Zn-based magnesium alloy material of the present invention, the artificial aging treatment is performed after the hot forging is performed in order to impart excellent high-temperature fatigue strength characteristics. Concretely, aging treatment is performed for 50 hours or more in the range of 270 to 330 占 폚 to form coarse plate-like precipitates having a long diameter of 3 占 퐉 or more in the lamellar phase region formed by? -Mgr and the long-term laminated structure. If the temperature of the artificial aging treatment is less than 270 캜, the precipitates can not grow, so that the coarse plate-like precipitates do not take the form prescribed in the present invention, and as a result, the high-temperature fatigue strength characteristics can not be secured. On the other hand, if the temperature of the artificial aging treatment is higher than 330 ° C, the solidification temperature becomes close to the solid-solution temperature of Gd which is the main element of the precipitate, and the coarse plate-like precipitates do not take the form prescribed in the present invention.

또한, 이 인공 시효 처리는 50시간 이상 실시하는 것이 필요하다. 이 인공 시효 처리 시간이 50시간 미만의 경우는, 필요한 조대한 판 형상 석출물의 개수 밀도를 확보할 수 없어져, 고온 피로 강도 특성을 얻을 수 없어진다. 보다 안정적으로 조대한 판 형상 석출물의 개수 밀도를 확보한다고 하는 관점에서는, 100시간 이상의 인공 시효 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 이 인공 시효 처리 시간의 상한은 특별히 정하지 않지만, 공업적 합리성, 석출 형태의 변화 거동에서 생각해 보면, 200시간 이상의 인공 시효 처리를 행해도 그 이상 고온 피로 강도 특성의 향상은 도모되지 않는다.The artificial aging treatment is required to be carried out for 50 hours or more. When the artificial aging treatment time is less than 50 hours, the required number density of coarse plate-like precipitates can not be ensured and high-temperature fatigue strength characteristics can not be obtained. From the viewpoint of securing the number density of the rough plate-like precipitates more stably, it is preferable to carry out the artificial aging treatment for 100 hours or more. In the present invention, although the upper limit of the artificial aging treatment time is not particularly defined, when considering the industrial rationality and the change behavior of the precipitation form, improvement of the high-temperature fatigue strength property is not achieved even if artificial aging treatment for 200 hours or more is carried out .

이상과 같이 제조된 마그네슘 합금재는, 용도 형상이나 구조에 맞추어 또한, 절삭, 연마, 펀칭 등의 냉간 가공이 실시된 후에, 부속 부품이나 지그가 장착되고, 필요에 따라서 표면 처리 등도 실시되어, 엔진 부품 등으로 한다.The magnesium alloy material produced as described above is subjected to cold working such as cutting, grinding, punching, etc. in accordance with the application shape and structure, and then attached parts and jigs are mounted, And so on.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 원래부터 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 추가하여 실시하는 경우도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. Are also possible, and they are all included in the technical scope of the present invention.

<실시예><Examples>

이하에, 본 발명의 실시예를 설명한다. 표 1에 나타내는 조성에서, 표 2에 나타내는 열간 단조 온도와, 이 열간 단조 전후의 열처리 조건을 바꾸어, 조직 중의 규정 석출물의 평균 개수 밀도가 다른, Gd-Zn계 마그네슘 합금 단조재를 다양하게 제조하였다. 그리고, 이들 얻어진 마그네슘 합금 단조재의 300℃에서의 고온 피로 강도 특성을 측정, 평가하였다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the compositions shown in Table 1, the hot forging temperature shown in Table 2 and the heat treatment conditions before and after the hot forging were changed to variously produce Gd-Zn-based magnesium alloy forgings having different average number densities of prescribed precipitates in the structure . Then, the obtained high-temperature fatigue strength characteristics of the magnesium alloy forging material at 300 캜 were measured and evaluated. The results are shown in Table 2.

보다 구체적으로는, 표 1에 나타내는 화학 성분 조성의 마그네슘 합금을, 각각 아르곤 불활성 분위기 하의 전기 용해로에 있어서 용해하고, 주철제 북 몰드로 750℃의 온도에서 주조하여, 95㎜ø×180㎜ 길이의 마그네슘 합금 주괴를 얻었다. 그리고, 이들의 주괴의 표면을 기계 가공에 의해 면삭하여, 각각 90㎜ø×35㎜의 마그네슘 합금 빌렛으로 하였다.More specifically, the magnesium alloy having the chemical composition shown in Table 1 was melted in an electric melting furnace under an inert atmosphere of argon, cast at a temperature of 750 DEG C with a cast iron base mold, and magnesium Alloy ingot. The surfaces of these ingots were then machined to form magnesium alloy billets each having a size of 90 mm? 35 mm.

이 각 빌렛을, 각 예 모두 공통적으로 520℃에서 4시간 가열하는 1회째의 열처리를 행하고, 이 열처리 후에, 표 2에 나타내는 각 냉각 속도로, 공통적으로 80℃까지 냉각하였다. 계속해서, 표 2에 나타내는 각 가열 온도에서, 공통적으로 4시간의 2회째 열처리를 행하였다. 그 후, 공통적으로, 실온까지 방냉하고, 표 2에 나타내는, 각 단조 개시 온도(단조 온도)로 재가열하고, 열간 단조 가공을 행하여, 원반 형상의 시험재를 성형하였다.Each of the billets was subjected to a first heat treatment in which each of the examples was heated at 520 캜 for 4 hours in common. After this heat treatment, the billets were cooled to 80 캜 at each cooling rate shown in Table 2. Subsequently, at the heating temperatures shown in Table 2, a second heat treatment for 4 hours was commonly performed. Thereafter, they were commonly cooled to room temperature, reheated at respective forging start temperatures (forging temperatures) shown in Table 2, and subjected to hot forging to mold disc-shaped test materials.

이 시험재를, 표 2에 나타내는 각 온도, 각 시간 조건에서, 인공 시효 처리를 각각 실시하였다.The test materials were subjected to artificial aging treatment at the respective temperatures and time conditions shown in Table 2.

각 예 모두, 상기 인공 시효 처리 후의 시험재로부터 잘라낸 시료를 사용하여, 마그네슘 합금 조직의, 장주기 적층 구조(LPSO)의 상의 영역의 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 조대한 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도와, 라멜라상의 영역 내의 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도를 측정하고, 300℃에서의 고온 피로 강도 특성을, 측정, 평가하였다.In each of the examples, the samples cut out from the test material after the artificial aging treatment were used to measure the roughness of the surface of the long grain laminate structure (LPSO) of the magnesium alloy structure in the range of 0.1 μm or more and less than 3 μm The average number density of precipitates and the average number density of coarse plate-like precipitates having a long diameter of 3 mu m or more in the region of the lamellar phase were measured and the high temperature fatigue strength characteristics at 300 DEG C were measured and evaluated.

여기서, 표 1에 나타내는 Gd-Zn계 마그네슘 합금은, 기재된 원소 함유량을 제외한 잔량부 조성은, 산소, 수소, 질소 등의 극미량 불순물 성분을 제외하고, 마그네슘이다. 또한, 표 1의 각 원소 함유량에 있어서 나타내는 「-」는, 원소 함유량이 검출 한계 이하인 것을 나타낸다.Here, in the Gd-Zn-based magnesium alloy shown in Table 1, the remaining part composition excluding the content of the elements described is magnesium except for the trace impurity components such as oxygen, hydrogen, and nitrogen. The symbol "-" in the content of each element in Table 1 indicates that the element content is below the detection limit.

석출물의 평균 개수 밀도:Average number of precipitates Density:

석출물의 평균 개수 밀도는, 인공 시효 처리 후의 상기 시험재를 절단하여, 수지에 매립하고, 그 표면을 경면 연마하여 평활하게 마무리한 후, FE-SEM(니혼 덴시제, JSM-7001F)에 의해 반사 전자상을 관찰함으로써 구하였다. FE-SEM의 배율은 5000배, 가속 전압은 8㎸로 하였다.The average number density of the precipitates was measured by cutting the test material after the artificial aging treatment and burying the test materials in a resin and mirror-polished the surface of the test material and finishing it smoothly. The surface was polished by FE-SEM (JSM-7001F, JSM- And the electron image was observed. The magnification of the FE-SEM was 5000 times and the acceleration voltage was 8 kV.

라멜라상의 영역 내의 조대 판 형상 석출물은, 마그네슘 매트릭스와 일정한 방위 관계를 갖고 석출된다. 이로 인해, 관찰 시야 내에서 석출물이 판 형상인 것이 명료하게 관찰되는 결정립([0001]면을 대략 관찰할 수 있는 결정립)을 선택하여 라멜라상을 관찰, 측정하고, 복수의 라멜라상의 개수 밀도를 평균화하여, 평균 개수 밀도를 구하였다.The coarse-like precipitates in the region of the lamellar phase have a certain orientation relationship with the magnesium matrix and precipitate. As a result, the crystal grain (crystal grains capable of observing the [0001] plane) clearly observed in which the precipitate is clearly observed in the observation field is selected, and the lamellar phase is observed and measured to average the number density of the lamellar phases , And the average number density was obtained.

또한, 장주기 적층 구조(LPSO)의 상의 영역의 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도도, 복수의 장주기 적층 구조의 상을 선택하여, 관찰, 측정하고, 각 장주기 적층 구조의 상의 개수 밀도 측정 결과를 평균화하여, 평균 개수 밀도를 구하였다. 상기 도 2, 도 3은, 표의 제1 발명예의, 이 FE-SEM에 의해 관찰한 반사 전자상 사례를 나타낸다.Also, the average number density of the coarse grained precipitates in the area of the phase of the long period laminating structure (LPSO) can be obtained by selecting, observing and measuring phases of a plurality of long period laminating structures and averaging the results of the number density measurement of the phases of the respective long- , And the average number density was obtained. Figs. 2 and 3 show examples of the reflection electron image observed by this FE-SEM in the first invention example of the table.

고온 피로 강도 시험:High temperature fatigue strength test:

고온 피로 강도(고온 파단 수명)에 대해서는, 오노식(小野式) 회전 굽힘 피로 시험기를 사용하고, 회전 굽힘 피로 시험을 실시함으로써 확인, 평가하였다. 시험편은, 상기 시험재로부터 잘라낸, 직경(D0):12.0㎜, 길이(L):90㎜, 가장 가느다란 부분 직경(d):8.0㎜, 평활부 곡률 반경(R):48.0㎜의, JIS Z2274의 2호 시험편으로 하고, 적외선 히터로 가열하여 그 시험편의 온도를 300℃로 유지한 상태에서, 회전수:3000rpm의 조건에서 피로 시험을 실시하였다. 107회 피로 시험을 반복하고, 시험편의 107회 피로 강도를 측정하였다. 그리고, 이 피로 시험에서, 107회 피로 강도가 45㎫를 초과한 것을, 고온 피로 강도 특성이 우수한 내열 마그네슘 합금재라고 판단하였다.The high-temperature fatigue strength (high-temperature fracture life) was confirmed and evaluated by using a rotary bending fatigue tester of the Ono type and performing a rotational bending fatigue test. The specimen was cut from the test material and subjected to JIS (DIN) measurement with a diameter (D0) of 12.0 mm, a length (L) of 90 mm, a narrowest part diameter (d) of 8.0 mm and a smooth radius of curvature Z2274 No. 2 test specimen was heated with an infrared heater and the fatigue test was carried out under the condition of the number of revolutions of 3000 rpm while the temperature of the test piece was maintained at 300 캜. 10 Seven times fatigue test was repeated, and the fatigue strength of the test piece was measured at 10 7 times. In this fatigue test, when the fatigue strength at 10 7 times exceeds 45 MPa, it was judged to be a heat-resistant magnesium alloy material having excellent high-temperature fatigue strength characteristics.

조직의 확인:Identification of organizations:

덧붙여서 말하면, 표 1의 발명예, 비교예의 각 예 모두, 상기 원반 형상의 시험재의 조직은, 상기 도 1에 도시한, 밝은 회색의 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 어두운 회색의 라멜라상을 갖는 마그네슘 합금재 조직이었다. 발명예의 장주기 적층 구조의 상은, 전체의 2할 이하이었다.Incidentally, in all the examples of the inventive example and the comparative example of Table 1, the disc-shaped test sample has the structure of the light gray long-period laminated structure shown in Fig. 1, the long- &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; lamellar &lt; / RTI &gt; The phase of the long-period laminated structure of the inventive example was less than 20% of the total.

기계적인 특성의 확인:Confirmation of mechanical properties:

또한, 상기 원반 형상의 시험재로부터 JIS 4호 시험편을 잘라내고, JIS 규정의 인장 시험에 준하여, 인장 강도, 내력(0.2%), 연신율(%)을 측정하였다. 이 결과, 표에 개별로는 나타내지 않지만, 표의 발명예, 비교예의 각 예 모두, TS가 250 내지 350㎫, YS가 200 내지 300㎫의 범위에 있는, 내열재로서 필요한 기계적인 특성을 각각 만족하고 있는 것을 확인하였다.In addition, JIS No. 4 test pieces were cut out from the disk-like test material and tensile strength, proof stress (0.2%) and elongation (%) were measured according to the tensile test prescribed in JIS. As a result, although not individually shown in the table, the examples of the inventive examples and the comparative examples of the table all satisfied the mechanical properties required for the heat resistant material having a TS of 250 to 350 MPa and a YS of 200 to 300 MPa Respectively.

표 1로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명 조성 내의 Gd-Zn계 마그네슘 합금인 제1 발명예 내지 제6 발명예의 단조재는, 상기 바람직한, 단조, 열처리의 제조 조건에서 제조되어 있다. 이에 의해, 제1 발명예 내지 제6 발명예의 단조재 조직은, 우선, 전제로서, 상기 도 1에 도시한 바와 같은, 밝은 회색의 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 어두운 회색의 라멜라상을 갖는 마그네슘 합금재 조직으로 되어 있다.As apparent from Table 1, the forgings of the first to sixth inventions, which are Gd-Zn-based magnesium alloys in the composition of the present invention, are produced under the above-described preferable conditions for forging and heat-treating. Thus, the forging material structures of the first to sixth inventions are formed by first forming, as a premise, a phase of a light gray long-period laminating structure as shown in Fig. 1, a long-period laminating structure and a- A magnesium alloy material structure having a dark gray lamellar phase.

게다가, 제1 발명예 내지 제6 발명예의 단조재는, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에, 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물이 1.0개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재하는 동시에, 상기 라멜라상의 영역 내에, 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물이 0.1개/㎛2 이상의 평균 개수 밀도로 존재하고 있다. 이 결과, 제1 발명예 내지 제6 발명예의 단조재는, 필요한 기계적 특성을 갖고, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 50㎫ 이상이며, 고온 피로 강도 특성이 우수하다.In addition, the first to the sixth invention in honor to example forged material, and the average number density within the area, the maximum diameter of more than 0.1㎛, the particle shape of the precipitate of less than 1.0, more 3㎛ range / ㎛ 2 or more on the long-period layered structure Coarse plate-like precipitates having a long diameter of 3 mu m or more exist in an area of the lamellar phase at an average number density of 0.1 / mu m 2 or more. As a result, the forgings of the first through sixth inventions have the necessary mechanical properties, the fatigue strength at the 10 7 times in the fatigue test is 50 MPa or higher, and the high-temperature fatigue strength characteristics are excellent.

덧붙여서 말하면, 이들 발명예는, 모두 열간 단조 공정에 있어서, 균열이 발생하는 일 없이 단조되어, 열간 단조 등의 소성 가공에서의 생산성이 높은 것도 확인할 수 있었다.Incidentally, all of these examples were forged without cracking in the hot forging process, and it was confirmed that the productivity in the plastic working such as hot forging was high.

이에 대해, 제7 비교예는, Gd의 합금 원소의 함유량이 지나치게 적어, 제조 조건은 바람직한 범위 내임에도 불구하고, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내의 상기 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도도, 상기 라멜라상의 영역 내의 상기 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도도, 모두 지나치게 적다. 이로 인해, 필요한 기계적 특성은 갖고 있지만, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 30㎫밖에 없어, 고온 피로 강도 특성이 발명예에 비해 현저하게 떨어진다.On the other hand, the seventh comparative example shows that the average number density of the coarse grained precipitates in the region of the phase of the long-term laminated structure is not too high even though the content of the alloying element of Gd is too small and the manufacturing conditions are within the preferable range, The average number density of the coarse-grained precipitates in the region on the surface of the support is also excessively small. This has the necessary mechanical properties, but the fatigue strength at 10 7 times is only 30 MPa, and the high-temperature fatigue strength characteristics are remarkably lower than those in the prior art.

제8 비교예는, 본 발명 조성 내의 마그네슘 합금이지만, 상기 1회째의 열처리 후의 냉각 속도가 지나치게 느리다. 이로 인해, 상기 라멜라상의 영역 내의 상기 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도는 만족하지만, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내의 상기 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도가 지나치게 적다. 이 결과, 필요한 기계적 특성은 갖고 있지만, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 45㎫밖에 없어, 고온 피로 강도 특성이 발명예에 비해 떨어진다.The eighth comparative example is a magnesium alloy in the composition of the present invention, but the cooling rate after the first heat treatment is too slow. As a result, the average number density of the coarse-grained precipitates in the area of the lamellar phase is satisfied, but the average number density of the coarse-grained precipitates in the area of the phase of the long-term laminated structure is excessively small. As a result, although it has the necessary mechanical properties, the fatigue strength at the 10 7 fatigue strength is only 45 MPa, and the high-temperature fatigue strength characteristics are lower than those of the conventional art.

제9 비교예는, 본 발명 조성 내의 마그네슘 합금이지만, 상기 2회째의 열처리 온도가 지나치게 높다. 또한, 상기 인공 시효 처리 시간도 지나치게 짧다. 이로 인해, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내의 상기 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도도, 상기 라멜라상의 영역 내의 상기 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도도, 모두 지나치게 적다. 이 결과, 필요한 기계적 특성은 갖고 있지만, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 35㎫밖에 없어, 고온 피로 강도 특성이 발명예에 비해 현저하게 떨어진다.The ninth comparative example is a magnesium alloy in the composition of the present invention, but the second heat treatment temperature is too high. In addition, the artificial aging treatment time is too short. As a result, both the average number density of the coarse grained precipitates in the area of the phase of the long-period laminated structure and the average number density of the coarse-grained precipitates in the area of the lamellar phase are all excessively small. As a result, although the required mechanical characteristics are obtained, the fatigue strength at the 10 7 fatigue test is only 35 MPa, and the high-temperature fatigue strength characteristics are remarkably lower than those in the conventional art.

비교예 10은, 본 발명 조성 내의 마그네슘 합금이지만, 상기 인공 시효 처리 시간을 실시하지 않는다. 이로 인해, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내의 상기 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도는 만족하지만, 상기 라멜라상의 영역 내의 상기 조대 판 형상 석출물이 석출되어 있지 않다. 이 결과, 필요한 기계적 특성은 갖고 있지만, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 40㎫밖에 없어, 고온 피로 강도 특성이 발명예에 비해 현저하게 떨어진다.Comparative Example 10 is a magnesium alloy in the composition of the present invention, but the artificial aging treatment time is not performed. As a result, the average number density of the coarse-grained precipitates in the area of the phase of the long-period laminated structure is satisfied, but the coarse-like precipitates in the lamellar phase region are not precipitated. As a result, although the required mechanical characteristics are obtained, the fatigue strength at the 10 7 times is only 40 MPa, and the high-temperature fatigue strength characteristics are remarkably lower than those in the prior art.

제11 비교예는, 본 발명 조성 내의 마그네슘 합금이지만, 열간 단조 온도가 지나치게 낮아, 균열이 발생하여, 단조재 자체를 제조할 수 없었다. The 11th comparative example was a magnesium alloy in the composition of the present invention, but the hot forging temperature was too low to cause cracking, and thus the forging material itself could not be produced.

제12 비교예, 제13 비교예는, 본 발명 조성 내의 마그네슘 합금이지만, 상기 인공 시효 처리의 온도가 지나치게 낮거나, 시간이 지나치게 짧다. 이로 인해, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내의 상기 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도는 만족하지만, 상기 라멜라상의 영역 내의 상기 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도가 지나치게 적다. 이 결과, 필요한 기계적 특성은 갖고 있지만, 피로 시험에서의 107회 피로 강도가 45㎫ 정도밖에 없어, 고온 피로 강도 특성이 발명예에 비해 떨어진다.Comparative Examples 12 and 13 are magnesium alloys within the composition of the present invention, but the temperature of the artificial aging treatment is excessively low or too short. Therefore, the average number density of the coarse grained precipitates in the area of the phase of the long-period laminated structure is satisfied, but the average number density of the coarse-grained precipitates in the region of the lamella is excessively small. As a result, although the mechanical characteristics are required, the fatigue strength at the 10 7 times is only 45 MPa in the fatigue test, and the high-temperature fatigue strength characteristics are lower than those in the conventional art.

여기서, 상기 장주기 적층 구조의 상의 조대 입자 형상 석출물의 쪽의 평균 개수 밀도가 지나치게 적은 제8 비교예는, 상기 라멜라상의 조대 판 형상 석출물의 쪽의 평균 개수 밀도가 지나치게 적은 제12 비교예, 제13 비교예에 비해, 고온 피로 강도 특성이 떨어진다. 따라서, 이 사실로부터, 고온 특성 향상에 관하여, 조대한 입자 형상 석출물의 개수의 쪽이, 그 개수 밀도의 범위를 만족하는 의의가, 상기 라멜라상의 조대 판 형상 석출물보다도 상대적으로 크다고 한, 상기 단락 0045의 기재가 뒷받침된다.Here, the eighth comparative example in which the average number density of the coarse grained precipitates on the long-term laminated structure is excessively small is the twelfth comparative example in which the average number density of the coarse-grained precipitates on the lamellae is excessively small, Compared with the comparative example, the high-temperature fatigue strength characteristics are poor. Therefore, from this fact, it can be concluded that the number of coarse-grained precipitates in the high-temperature characteristic improvement is larger than the coarse-like precipitate on the lamellar in the range of the number density, Is supported.

이상의 결과로부터, 생산성 좋게 제조할 수 있고, 강도 등의 필요한 기계적 특성을 갖는데 더하여, 고온 피로 강도 특성을 만족시키기 위한, 본 발명의 마그네슘 합금 단조재의 조성, 조직과, 바람직한 단조 조건의 임계적인 의의를 알 수 있다. 그리고, 이들 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품이, 우수한 고온 피로 강도 특성을 얻기 위해, 특히, 상기 장주기 적층 구조 조건의 조대 입자 형상 석출물의 평균 개수 밀도와, 상기 라멜라상 내의 조대 판 형상 석출물의 평균 개수 밀도의, 양쪽 모두 만족할 필요가 있는 것(기술적인 의의)이 뒷받침된다.From the above results, it can be seen that the critical composition of the magnesium alloy forging material of the present invention, the structure thereof, and the preferable forging conditions, which satisfy the high temperature fatigue strength characteristics, Able to know. In order to obtain excellent high-temperature fatigue strength characteristics, the engine parts made of these magnesium alloy materials are required to have, in particular, an average number density of coarse grained precipitates in the long-term laminated structure condition and an average number density of coarse- Density, both of which need to be satisfied (technical significance).

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Figure 112012021959519-pat00002
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이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기계적인 특성과 함께 고온 피로 강도가 우수하고, 또한 생산성 높게 제조할 수 있는, Gd-Zn계 마그네슘 합금재를 제공할 수 있다. 이 결과, 전기 제품의 하우징, 자동차의 휠, 섀시 부품 등의, 자동차 부품 등은 물론, 내열성이 요구되는, 자동차, 자동 이륜차, 항공기 등의 엔진 혹은 터보 차저 등의 주변 기기를 포함하고, 마그네슘 합금재로 이루어지는 엔진 부품(내열 부품)에 적합하다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to provide a Gd-Zn-based magnesium alloy material which can be produced with excellent mechanical strength, high-temperature fatigue strength and high productivity. As a result, the present invention can be applied to an automobile, a motorcycle, an aircraft, and other peripheral devices such as a turbocharger, which are required to have heat resistance as well as automobile parts such as a housing of an electric product, a wheel of an automobile, It is suitable for engine parts (heat-resistant parts) made of ash.

Claims (5)

원자%로, Gd:0.4 내지 5.0%, Zn:0.2 내지 2.5%를 각각 함유하고, 잔량부 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 장주기 적층 구조의 상과, 장주기 적층 구조와 α-Mg로 형성되는 라멜라상을 갖는 마그네슘 합금재 조직에 있어서, 상기 장주기 적층 구조의 상의 영역 내에, 최대 직경이 0.1㎛ 이상, 3㎛ 미만의 범위의 입자 형상 석출물이 1.0개/㎛2 이상 10개/㎛2 이하의 평균 개수 밀도로 존재하는 동시에, 상기 라멜라상의 영역 내에, 긴 직경이 3㎛ 이상의 조대한 판 형상 석출물이 0.1개/㎛2 이상 0.5개/㎛2 이하의 평균 개수 밀도로 존재하고 있고,
상기 마그네슘 합금재가, Zr, Mn 중 어느 1종 또는 2종을 합계로 0.05 내지 1.0 원자% 더 포함하는, 마그네슘 합금재.
And the balance Mg and inevitable impurities, and is composed of a phase of a long-period laminating structure, a long-period laminating structure and a-Mg in the magnesium alloy material structure having a lamellar phase, in a region on the long-period layered structure, a maximum diameter of more than 0.1㎛, the particle shape of the precipitate of less than 3㎛ range of not more than 1.0 pieces / ㎛ 2 10 or more / ㎛ 2 And coarse plate-like precipitates having a long diameter of 3 mu m or more exist in an average number density of 0.1 / mu m 2 or more and 0.5 / mu m 2 or less in the region of the lamellar phase,
Wherein the magnesium alloy material further contains 0.05 to 1.0 at% in total of one or both of Zr and Mn.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 합금재가, Al, Ni, Cu, Ca 중 어느 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.05 내지 6.0 원자% 더 포함하는, 마그네슘 합금재.The magnesium alloy material according to claim 1, wherein the magnesium alloy material further contains 0.05 to 6.0 at% of at least one of Al, Ni, Cu and Ca in total. 제1항에 기재된 마그네슘 합금재로 이루어지는, 엔진 부품.An engine part comprising the magnesium alloy material according to claim 1. 제3항에 기재된 마그네슘 합금재로 이루어지는, 엔진 부품.An engine component comprising the magnesium alloy material according to claim 3.
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