TW200402474A

TW200402474A - Creep resistant magnesium alloy

Info

Publication number: TW200402474A
Application number: TW092116800A
Authority: TW
Inventors: Colleen Joyce Bettles; Christopher Thomas Forwood
Original assignee: Cast Centre Pty Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2004-02-16
Also published as: CN1675395A; WO2004001087A1; NZ537741A; UA79971C2; US7048812B2; US20050002821A1; EP1516074A1; MXPA05000083A; AU2003232527A1; RU2005101317A; ATE471393T1; EP1516074B1; KR20110013579A; JP2005530046A; CA2490419A1; AU2003232527B2; EP1516074A4; KR101127090B1; CA2490419C; CN1318632C

Description

200402474

特別是關於高溫抗潛變之鎂合現向強度/重量比之營建鎮合金製之構件之重量可之構件之70%，因此，航者’鎂合金用於現代國防然而’限制鎂合金廣泛應時’基本上，其高溫抗潛【發明所屬之技術領域】本發明係關於鎂合金金0 【先前技術】鎮合金一直被使用於需要展材料中已經許多年了，基表上，預期地約為相同體積的銘合金製太工業一直是鎮合金之重要使用之航空器及太空船之許多構件，用之因素為·當其與銘合金比較性變較差。隨著控制内部燃料消耗及降低有害氣體排放至大氣中之需求逐漸增加，汽車製造廠商在這壓力下才發展更佳燃料效，之汽車，減少汽車總重量是達到這目標之關鍵，汽車重1主要來自引擎本身，引擎最重要之構件為引擎塊，其約佔引擎總重量之2〇〜25%。以往主要重量減輕係引用銘合金塊取代傳統的灰鐵塊，若鎂合金能抵抗引擎運轉時之溫度及其產生之應力，則引擎重量可再減少40%。然而’一個可行的鎂引擎塊製造生產線被考慮之前，一所想要之高溫機械性質且兼具有效成本生產流程的合金發展結，是有必要的。近幾年來，高溫鎂合金之研究大都集中在间麼鑄件（Updc)製程，有幾種合金已經開發出來，高壓鑄件被認為是達到高生產率足以彌補鎂基合金之可能高成本

200402474 五、發明說明（2) 之？佳f擇。然而，高壓鑄件不必然是製造引擎塊之最佳製程，貫際上，大部分的引擎塊仍然是力鑄造等精密鑄造而成的。〆有二種主要的鎂砂模鑄造合金： (A \鎮鋁系二元合金，通常加入少量的鋅用以改善強度及可鑄性，這些合金具有適當的室溫機械性質，但在高溫下，其性質並不很好，當j溫度超過15〇。〇時，其性質很廷些合金並沒有包含昂貴的合金元素，其廣泛使用在南溫情況下而不要求強度的領域之中。 (B )藉由添加鍅而將晶粒細化之合金，這群合金主要 7G素包括辞、釔、銀、钍及稀土元素如钕，由整體規格來看’可了解這表示式”稀土元素”意指原子序從57至71 (即，至镏）之任一元素或元素組合，正確選擇合金添加物，這群θ金即具有良好室溫及高溫機械性質，然而，除了辞之外’這群合金中之添加物（包括微晶劑）非常昂貴，此乃因合金通常限於航空應用。由前蘇聯發展出來而欲用於溫度達25〇 °c之航空器之鑄件零件的鎂合金ML10已經應用許多年了，mli〇是一種鎂敍鋅結系之高強度的鎭合金，而社19合金額外包含記。一篇由 Mukhina et al 在 1 997 年發表在"Science and Heat Treatment"弟39 卷上’名為’’investigati〇n of the

Microstructure and Properties of Castable

Neodymium and Yttrium-Bearing Magnesium Alloys at

Elevated Temperature” 的文章，該文章指出 ML1〇&ML19

第6頁 200402474 五、發明說明 -------— 典型的成分（重量百分比）為： ML10 ML19 鈥 2.2-2.8 1· 6-2· 3 在乙益 1· 4-2· 2 結〇.4-1.〇〇.4-1. 〇鋅〇.1-0. 7 〇 · 1」〇· 6 鎂剩餘部分剩餘部分其不純物標準如下：鐵 < 0 · 0 1 矽 < 0 · 0 3 銅 < 0· 03 鎳 < 0 · 0 0 5 鋁 < 0 · 0 2 鈹 <0· 01 另一些一直在發展中的習知合金如QE22(鎂鋁钕餘系合金）及E Η 21 (鎮鈦錯灶系合金），然而，這些合金製造相當昂貴’因為其分別包含大量的銀及钍。一具有对熱性之微晶鎮合金可藉由τ 6熱處理來強化’ Τ 6 熱處理包括高溫熔解處理、淬火及在一稍高的溫度下進Θ 人工時效（artificial aging)處理等流程，在淬火前ι如熱，其過剩相（excess phases)會變成固溶體，在時姝過

200402474

五、發明說明（4) 程（aging process)中，分散之微細顆粒狀的難溶相 (refractory phase)被析出，而產生在高溫下固溶體内晶粒微異質性、擴散阻礙（blocking diffusion)及剪切作用 (shear processes)，這改善了其機械性質，即高溫下合金之長期極限強度及抗潛變性。至今’在合理成本之下，具有想要之高溫（如15〇〜 20 0 °C )性質的砂模鑄造鎂舍金並無法獲得，至少本發明之較佳實施例係關於這種合金，且特別是（但不限於）針對精密鑄造作業之應用。【發明内容】 ^ 點，本發明提供一種鎂基合金，其係由下列所级成（重量百分比）： '、 1· 4-1· 9% ; 除敍之外之稀土元素m 鋅 0.4~〇·7%; 2/〇錯0 · 3〜1 % ; 猛3% ;及氧化抑制元素〇 — 〇. u ; 其餘部分為鎂（雜質除外）。 (重量V分點比)本發明提供-種鎂合金’其係由下列所組成鉞 1. 9% ；

200402474

五、發明說明（5) 除欽之外之稀土元素0· 8-1· 2% ; 鋅 0·4-0· 7% ; 鍅 0· 3-1% ; 錳 0-0·3% ; 氧化抑制元素〇、Ο 1 % ; 鈦 <0· 15% ; 銓 <0· 15% ; > 鋁 < 0 · 1 °/〇 ; 銅 < 0 · 1 % ; 鎳 < 0 · U ; 矽 < 0 · 1 % ; 銀 < 0 · 10/〇 ; 釔 < 0· 1% ; 钍 < 0 · 1 % ; 鐵 < 0 · 0 1 % ; 鳃 <0· 0 0 5% ; 其餘部分為鎂（雜質除外）。依據本發明第二點之合金，最好·· (a) 鈦含量<0.1%;鈦含量<0.05%較佳；人曰 0.0U更佳，不含鈦實質上最佳； _星< (b) 給含量<01%;銓含量<〇05%較佳；銓含量〈〇· 01%更佳；不含铪實質上最佳； (c) 銘含量<〇〇5% ;銘含量<0.02%較佳；銘含量<

第9頁 200402474

五、發明說明（6) 0. 01 %更佳；不含銘實質上最佳；鋼含量〈鎳含量< 矽含量< (d) 銅含量<〇· 05% ;鋼含量<0· 02%較佳 0 · 01 %更佳；不含銅實質上最佳； (e) 鎳含量<〇·05%;鎳含量<0.02%較佳 0· 01 %更佳；不含鎳實質上最佳； (f)矽含量<〇· 05% ;矽含量<0· 〇2%較佳〇 · 0 1 %更佳；不含矽實質上最佳； (g) 銀含量<0.05% ;銀含量<0·02%較佳；銀人旦〇 · 〇 1 %更佳；不含銀實質上最佳；、s量< (h) 釔含量<〇· 05% ;釔含量<〇· 〇2%較佳；紀人旦〇 · 〇 1 %更佳；不含釔實質上最佳； s置< (i) 鉦含量<〇· 05% ;钍含量<〇· 〇2%較佳；鉦人旦〇 · 0 U更佳；不含钍實質上最佳； s里< (j) 鐵<0.005%;不含鐵實質上最佳；及 (k) 錄<〇·〇〇1% ’不含錯實質上最佳；依據本發明的合更佳；大約96· 3%最佳（敍含量最好大於1 5 佳；大約1 7。/ U 大於h 6%較佳；h 6 —L 8%更合物中如铈納人里了來自純鈥、含於稀土元素混除^=; 土或物。佳。除歛之夕卜 ’、含里攻好為0 · 9 -1 · 1 % ;大約1 %更好佔除敛之认稀元素最好為鈽、鑭或其混合物。錦最之外之稀土元素之-半以上的重量ιο-m更

200402474 五、發明說明（7) 佳’特別是大約70%，其餘部分大體上為鑭。除敍之外之稀土元素含量可來自純稀土元素、稀土元素混合物如鈽鑭合金、或其化合物。除鈥之外之稀土元素最好是來自鈽基鈽鑭合金，其包含鈽、鑭、任意量的鈦、適量的 = 的其他稀土元素。 s 鎂鈥鋅合金沉澱相之習慣晶面（habit plane)與量有關，在低鋅含量（其底線需超過1重量％)時，1 形，在可促使兩個習慣晶面結合的鋅含量時，可得到^ 強度，鋅含量最好小於〇.65%，〇.4_〇 6%較佳， j取佳 0·45-0.55%更佳，大約〇·5%最佳。 ::鐵含量可藉由添加鍅來達成，其晶粒會使鐵從熔中：澱出來，因此’此處所指的錘含量即為殘錯含，，然而，要注意的是：鍅可在兩個不同階段力:：的首先是在該合金製造時，其次是在人 ^ 本發明的合金高溫性質盘適去=^ …化後澆鑄前。丨工貝兴過§的晶粒細化有， 22錄t f超過用以去除鐵所需量是必要於2〇〇齡，小於150静更佳。；4:1 粒大小最好小大小之關係與直覺相反，傳統抗潛變與晶粒隨晶粒大小之減小而降低傳；=『”會大小在200齡時抗潛變性最小，且 / 口金頌不晶粒潛變性’對最佳之抗潛變性而言，乂心：粒可改良其抗静，小於大約_更佳= =最好小於_ 友為預期目的而適當晶粒細化所需^ ί達到足以去除鐵而之最小值，基本上，锆 min 第11頁 200402474 五、發明說明（8) 含量要大於0·4%，备极& Λ Α 錳是兮八么士好為0. 4-0. 6/°，大約〇. 5%更佳。錳疋該&金中選擇性的， 1 到之更多的鐵，則鍾可被添加入，尤達低時，如低於〇. 5重量0/〇。 /、疋田鍅含ΐ相對地是選擇性的二分，：：；：：：元素(如鈹及鈣) 保護溶化的情况下，則^元“被添2體控制而適當鑄過程不是一封閉系統時。 + ，尤其是當壓最理想是：不純物含量為零，但的，是可預期的。因此，不蚰铷人Θ # 1、、疋不了月匕於D 1。/釦杜把U此，不純物含夏最好低於0.15¾，低 ;· 。乂，氏於0·01%更佳，低於0.001%最佳。發明提供一鎂基合金，其具有-包括鎂基 ^ 軸晶粒且晶粒邊界被一大致連續之晶粒中間相隔開的顯微組織，該晶粒包含均勻分布的奈米尺度之片狀沉澱物沉澱在不只一個習慣晶面上，該習慣晶面ς有鎂及鈥，晶粒中間相幾乎完全由稀土元素、鎂及少量的鋅所組成，該稀土元素大致上是鈽及/或鑭。該晶粒包含成群的小球狀沉澱物，該球狀群聚物包含微細的桿狀沉澱物，該球狀沉澱物主要為鍅及鋅，其中鍅辞原子比例大約為2 : 1 ;該桿狀沉澱物主要為锆及鋅，其中鍅鋅原子比例大約為2 : 1。本說明書中的這個措詞’’大致連續”是意指至少大部分的晶粒中間相是連績的，但是其他連續部分之間存在一些

200402474 五、發明說明（9) 間隙第四點，本發明提供一種製造鎂合金物品的方法，其包括T6熱處理，該物品係依據本發明第一、二夕二金所鑄造。一點之否第五點，本發明提供一種製造鎂合金物品包括以下步驟·· ^ 共固化⑷在模中將依據本發明第一二或三點之合金缚件 (b) 將固化鑄件加熱至5〇〇〜55〇〇 (c) 將鑄件淬火；及一段時間； (d) 在20 0〜230 °C時效處理該鑄件維該第一段時間最好為6〜24小時，誃坌苐二段時間。為3〜2 4小時。第—段時間最好第六點，本發明提供一種製造鎂人以下舟腯· 、0复鱗包括以下步驟： (a )將依據本發明第一、件的方法，其點之合金熔化形成一該熔化合 (b)將該熔化合金引入一砂模化；屬拉中使 (c )從模中取出最後的固化鑄件； (d)該鑄件在第一段溫度範圍内半哥苐一段時間，在 200402474 五、發明說明（10) 這段時間内該鑄:件一 i 件在第二段溫度範圍内(:的第曰曰一粒二間相，熔解，隨後該鑄段時間，在這段時間内奈米尺产乾圍為低）維持第二件的晶粒内及晶粒邊界上y。、又狀沉澱物沉積在該鑄時，該第二段時間最夂3"4—Λ時間最好為6〜24小方法所製造之内塊依據本發明“、五或六點之第八點，本發明提供一依鎂合金所形成之内燃機引擎塊本發或三點之前面特別提到引擎塊’ I注意的在其他的高溫及低溫應用。乃之。至了用【實施方式】例一表一之六種合金組成樣品是藉由重力將盆澆鑄到一具梯厚度由5〜25ππ„的階梯狀平板鑄模而形成的銹件如、全件-所示，加入除敍之外之稀土元素作為—飾基飾綱合 2該鈽鋼合金包含鈽、及-些敍；額外的鈦及辞係以素形式加入；加入锆係因其為一專有的鎂錘母合金。整第14頁 200402474 五、發明說明（11) =板件之製備係使用標準溶化操作 ί二之τ!熱處理編號3處理，_試其可提供最好的，二該，谷解熱處理係在一控制的大氣環境中進行，以熱處理過程中表面層氧化。埶處。避免 ::確疋其硬度、抗拉強度、潛變性質、抗腐蝕性性旎及螺栓負載保持行為（bolt 1〇ad retentiQn behavior)，細節如表一及表二所示。以下結論由結果分析獲得：

顯微照相顯示比對組成B在晶粒邊界及三相點且有大量的金屬中間相，這與其具有最高總稀土元素含量一致。比對組成C及發明組成！具有最少量的金屬中間相，這其具有低總稀土元素含量一致。發明組成2之顧微照目α，顯=5具有比任一其他組成更大且更多變的晶粒大 /、’這可能是由於這組成的錘含量稍低。全部六種組成在大、力B曰粒中央處均具有雲狀之沉澱物，其在本說明書中1 他地方稱為錯鋅化合物。八一進行硬度測試，發明組成1及2 —致性地與發明組成3 一樣好或更好’這表示鋅含量0·4〜0.6重量％是可接受

命7人f且成C 致性地具有低硬度值’這表示高含量鋅 =& s里稀土元素之組合是不適當的·，比對組成a及b非 =二於各發明組成，這表示高鋅含量之不利影響可由非局的稀土元素令I办a : 京3里來補償。然而，這並不具商業吸引力因為稀土金屬價格高。

200402474 五、發明說明（12) 抗拉性質在室溫100 °C、150 °c及177 t — 組成：量以便研究其相互影響’以下為所作下二定察二定發明組成1之鈥含量與發明組成3相似發=/3:其機械性質與發明二 …低辞及/或稀土元素含量不必然不利比對組成Α及發明組成r有非常類似之低缺比=組成A有低鈦含量、高其他稀土元她稀土元素含量，在室溫下，發明組成!有較佳之安全：= ’這與額外的鈥提供強化及減少鈽鑭晶粒界，金屬中間相一致。在高溫下，室溫下之趨勢維持不 ::組成1、2及比對組成C之成分除了鋅之外非常相對組成C之鋅含量較高，比對組成C比發明組成 1或2:抽南之鈦及其他稀土元素含量，在室溫及高溫下，，現虽鋅含1增加肖，安全限應力降低，而伸長性增加， =嚴重之安全限應力降低發生在辞含量介於〇 4ι〜〇. π重量％之間。比對組成B及C有非常類似之高辞含量，其中比對组 B比比對組成C有較高之總稀土元素含量（來自高鈦及高鈽爛έ量）。在所有溫度下，比對组成B之安全限應力及伸長 !·生致性地比比對組成C佳，這兩種性質對潛變行為有大影響。里所有組成的潛變測試在定荷載9〇MPa及在溫度15〇它與第16頁 200402474 五、發明說明（13) 1 77 °C下進行，穩態潛變率列在表三。 ^當比較各種抗潛變之鎂合金時，作用1 00小時後潛應 |變為ο·ι%之應力常常被引用，六種組成中沒有一種在15〇 C及9O/Pa作用100小時後有這種級數之潛應變，同樣地，在177 °C下，沒有一種組成在作用1〇〇小時後超過這個值，然而在足夠長的測試時間，其潛應變則會超過這個值。在 150 C下，所有六種組成之潜應變行為是可接受的。在抗拉試驗結果中所覺察到的鋅之影響在丨5〇潛變試驗結果中也是很明顯，特別是初級潛變延長，其中發明，成1比發明組成2佳，發明組成2又比比對組成c佳，而這三種組成之第二級潛變率則报類似。比對組成B不但具有最高辞含量而且有高稀土元素含量也是可接受的，這又表示高辞含量之不利影響可由高稀土元素含量來抵銷。 ,比對組成A比發明組成1具有較高的初級反應及稍高的穩態潛變率’這表示雖然歛含量丨· 4 %可接受，但是1 · 5 %是一較佳之最低值，1 · 6 %甚至更佳。例二實驗方法一種稱為sci之合金樣品（鎂96· 3%、鉉丨· 7%、稀土元素1.0%(鈽：鑭約為70:30 )、鋅〇.5%及锆〇5%)是由重力澆鑄階梯狀平板製備而得，如圖丨所示，加入鈽及鑭作為一鈽基鈽鑭合金，該鈽鑭合金亦包含一些鈥，額外的歛及鋅係以元素形式加入，加入锆係因其為一專有的鎂錘母合

200402474

金。此處所呈現之機械性質係由切取自階梯厚度丨5襲之樣品所測定的，其晶粒大小可達約為4 〇髀，整個鑄板件之製備係使用標準溶化操作程序及在一控制的熱處理環境中進行。顯微組織用於金相檢驗之樣品先*以鑽石糊狀物（d i a m 0 n d pastes)拋光至1髀，接著再以膠態矽石（c〇H〇idal silica)拋光至0.05髀，在乙烯、乙二醇及水之硝酸溶液中進行浸蝕大約1 2秒。拉伸及抗壓試驗抗拉性質係依據ASTM E8於空氣中在20、100、150及 177 °C下，使用Instron試驗機量測，在試驗之前，樣品先在量測溫度下保持1 〇分鐘，測試片係一矩形截面（6mm X 3mm)，其標點距離27mm(請參考圖2a)，抗壓降伏強度係依據ASTM E9在相同溫度下，使用圓柱形樣品直徑15_長 3Omm來測定，該合金之彈性模數係在常溫及高溫下使用壓電超音波複合震盪技術（PUC0T)來測定（Robinson，WH and Edgar A, IEEE Transactions on Sonics and

Ultrasonics， SU-21(2)， 1974， 98-105)。潛變試驗潛變行為在溫度150 °C及177 °C及應力46、60、75及

200402474 五、發明說明（15) 9〇MPa下，於溫度控制之矽氧樹脂油浴（silicon oil baths)中定負載機上測定，測試樣品與抗拉試驗所用之樣口=口之幾何形狀相同，潛變中之伸長直接由樣品之標點距離量測。疲勞試驗 —在\06及107週次之疲勞強度於24 〇c及12〇〇c下之空氣中 =疋^试片為圓形截面，其直徑為，其標點距離為一 mm(印參考=圖2b)，其表面拋光加工至^，大約相當於 .‘引擎塊之最南應力部位（主軸承）之表面光製，該試片賦 $ ^軸向完全相反之拉伸—壓縮負載（即平均應力為零），二試，頻率為60Hz，相當於正常使用條件。在一給定之壽 P 平估疲勞強度包括幾個步驟，這裡使用階梯法 (staircase method)(BS 3518 Part 5) 〇螺栓負載保持（bolt load retention)試驗 —螺栓負載保持試驗可用於模擬鬆弛，鬆弛會發生在一 ς 載作用下，試驗方法（Pettersen K and Fairchild 卢；JLleChniCal PaPer 970326 )係作用一初始負載（此 ^為s N)於一組件，該組件包括兩個相同的圓形突出物八厚度、為15mm，外徑為16mm，其係由試驗材料製成）、以 1個高強度M8螺栓，以應變計進行量測（請參考圖3)，變化。7硬之高溫下，連續量測1 00小時以上之負載 I疋螺拴負載保持行為的兩個重要負載是··在環境第19頁 200402474 五、發明說明（16) " 溫度下之初始負載，P I，及在測試終了回復至環境條件時之負載，PF，這兩個值之比值PF/PI係一合金之螺栓負載保持行為之度量，當該螺固組件被加熱至測試溫度時，開始時常有負載增加之情形，這是因該螺固組件之熱膨脹與該合金圓形突出物之降伏變形之組合結果。 "" 熱傳導率 ^ 量測直徑3 0mm、長3 0mm之樣品之熱傳導率。

杬腐蝕性在室溫下使用標準浸鹽試驗法（standard saline immersion test)，比較SCI與AZ91之抗腐蝕性，這些試驗在一含鹽分的環境中（3 · 5 %氣化納溶液）進行七天以上，並使用1M氫氧化鈉溶液使其PH值維持穩定於丨丨。附體試片之腐敍產物先使用鉻酸酸洗再以乙醇沖洗去除。結果與討論顯微組織

一砂模鑄造合金SCI需要T6熱處理（在控制環境中溶解熱處理、冷水或溫水淬火及稍高溫度下退火）至完全發展其機械性質，建議之熱處理機制是取得機械性質需求與鑄造後商業上可接受之保持時間之間的平衡。如圖4所示， SCI之T6顯微組織由α鎂相（A)之晶粒所構成，該晶粒被晶粒邊界之鎂-稀土 το素金屬中間相及三相點包圍，成群

第20頁 200402474 五、發明說明（17) 的桿狀沉澱物（C)出現在大部分晶粒之中央區間相（B)具有一近似之化學式Mgi2(LaQ43Ce“7)。、’ 抗拉及抗壓強度二圖5a顯示溫度函數之抗拉性質（〇· 2%安全強声阳 =強度)及抗壓降伏強度，圖5b顯示溫度函數：拉伸伸、 ί:，Sn:二】；間之拉伸及抗壓安全強度並無相對 i-樣好與大部分之其他鎮砂模鎮造合〇r 、’‘、、、差/、，但其這些性質可穩定維持至i 77 C ’使其於引擎塊之應用更具吸引力。寸数在177 C比在室溫低10%以下。潛變與螺栓負載保持行為曰SCI之顯微組織在室溫與177<t之間極為穩定，其具有 ^ ί界金屬中間相之形態與分#’這是—個達到所需之曰之重要因素，使用潛變應力作為抗潛變之度量是一 =斷的方法，但是其仍然是一種用以比較合金行為之有法，其中潛變應力係在一溫度下負載1 00小時後產生之」之潛變應變之應力。使用這種觀念，比較SCI與A3 1 9 =仃為（詳圖6)，在15〇〜177 〇c之溫度範圍内，很明顯地 llo 兩。種合金之潛變反應非常類似，然而，更重要的是在 C及177 °c之溫度下負載100小時後，SC1欲產生〇· 1%之

Η

第21頁 200402474 五、發明說明（18) =變應變之應力接近於該材料之抗拉降伏強度(〇· 2% offset) 〇，在，度15(TC及負載8KN下，sn、八319及“42之典型的”枚、載保持曲線如圖7a所示，纟中％ Η系以T6熱處，，係砂模鑄造，ΑΕ42係高壓鑄造，這三種合金均在 "正“喿作條件’測試開始時，負載增加之情形係因該螺口、、且件之熱膨脹與該合金圓形突出物之降伏變形之合成結個重，負載為：在環境溫度下之初始負載，ΡΙ(此處為8ΚΝ)，及在測試終了回復至環境條件時之負載，ρρ，這兩個值之比值作為一合金之螺栓負載保持行為之度量，其被用於比車乂>在150 C及177 C溫度下SCI及壓鑄件AE42(詳圖 7 b )<在冋/皿下之螺栓負載保持行為再度反映這合金之高溫穩定性，且报清楚地SC1與鋁合金A319同樣好，且比 AE42更佳。疲勞性質引擎塊在運轉期間連續受週期性應力作用，因此需確保引擎塊之材料能抵抗這種疲勞負載，sc丨之疲勞強度在 1〇6及10?週次於24 t及120 t下被測定，表六中之數據是破裂機率為50%之應力，其上、下限表示破裂機率為9〇%及 1 〇 %之應力，要注意的疋·這些結果在設計準則中是指其在1〇7週次之最大值而不是5 X 107週次，然而，對合金而吕’這種強度是足夠高而被認為符合目標。

第22頁 200402474

腐蝕合金的内部及外部廒n , 可利用一藉、ni腐蝕订為相當重要，内表面之腐蝕破保盘兮、人i田、擎冷卻劑配合小心的設計來控制，以確保與該冷卻劑接觸的所有品+ > 1· , 1 3隻屬；件均能互相匹配，外矣面之抗钱性與合金本身卜表驗此在所有裱境中測定合鹽試驗法，比較scliA7ql々眭因此，使用標準浸

Tfi敍考《 . /、Z91之抗腐蝕性，這兩種合金均以 1 b熱處理，在測試划pq 〇 p 1 mfy/r 2/,隹劂忒期間’ SC1之平均重量損失率為0.846 g /day，而AZ91 則為0.443 mg/cmVday。熱傳導率略低於設計準則原始指修正引擎塊之設計以符 SCI之熱傳導率為1〇2 w/mK，定值，然而，藉由這可用的資訊合這熱傳導值是毫無困難的。

SCI能符合以下規袼： ♦在室溫下120 MPa及177艺下11〇，3之〇2%安全強度。 •在150 C及177 °C下，其抗潛變可與A319媲美。 _在室溫下，其疲勞限度超過5〇 Mpa。、、SCI優越之高溫機械性質及預估成本有效之結合使其成為引擎塊材料之商業可行之選擇。本發明下列之申請專利範圍及前述說明，除上下文需要之外’在其他地方，因表示語言或必然之含意，這個字 200402474 五、發明說明（20) 包括0 ΐ鲛形如’’包含Π係指包含一切之意涵，亦即具體才曰明々徵之存在但不排除本發明各實施例更進一步特徵之存在或附加。要/胃楚了解的疋：於此雖然提及已發表之先前技術文獻，但在澳大利^或任何其他國家，並不承認任任一這些文獻形成這個領域之一般知識的一部份。一

第24頁 200402474 圖式簡單說明圖1顯示一具有P皆姓 ^ . 白梯尽度由5〜2 5mm的階梯壯亚力士成的鑄件。自鄉狀千板鑄模而形圖23顯不-矩形戴面之測試片；圖2b顯示一圓形戴面之測試片；圖3顯示螺检負载保圖4顯示SCI之顯微組織。圖5a顯示溫度函數之抗拉皮抗壓降伏強度；圖5b顯示溫度函數之拉伸伸長率；圖6比較S C1與A 3 1 9之潛變行為；圖7a顯不在溫度“οι及負載8〇下，SCi、AS19及AE42之典型的螺栓負載保持曲線；及圖7b比較在l5〇°c及177°C溫度下SCI、鋁合金A319及壓鑄件AE42之螺栓負載保持行為。【表】表一組成估算表二T 6熱處理評估表三各組成之穩態潛變率表四利用PUCOT技術測定之SCI的彈性模數表五在'一種溫度下SCI的疲勞強度（R = -l)

200402474 表一組成估算組成編號鋅重量％鈦重量％除鈥之外之稀土元素重量％锆重量％總稀土元素重量％比對組成A 0.42 1.40 1.33 0.47 2.73 比對組成B 0.85 2.04 1.13 0.503 3.17 比對組成C 0.88 1.68 0.82 0.519 2.50 發明組成1 0.41 1.63 0.8 0.495 2.43 發明組成2 0.67 1.64 0.81 0.459 2.45 發明組成3 0.55 1.70 0.94 0.55 2.64 表二T6熱處理評估熱處理編號溶化處理淬火型式時效 0 525〇C 8小時 80°C 水 215〇C 16小時 1 525〇C 8小時 80°C水 215〇C 4小時 2 525〇C 4小時 80°C 水 215〇C 150分鐘 3 525〇C 8小時 80°C水+水淬 215〇C 4小時 4 525〇C 8小時空氣 215〇C 4小時 5 525〇C 8小時 80°C水+水淬 215〇C 8小時 6 525〇C 8小時 80°C水+水淬 215〇C 150分鐘 7 525〇C 4小時 80°C水+水淬 215〇C 4小時 200402474 表三各組成之穩態潛變率穩態潛變率K1) 90MPa 150°C 90MPa 177〇C 比對組成A 7.05X10-11 3.6xl〇·10 比對組成B 2.66χ1〇·η 1·67χ10_1ϋ 比對組成C 4.07Χ10'11 2·5χ10·1ϋ 發明組成1 5.56Χ10·11 5.31χ10'1ϋ 發明組成2 2.59χ10'η 3·6χ10·1ϋ 發明組成3 2.80χ10*π 1.40χ1〇·1ϋ 表四利用PUCOT技術測定之SCI的彈性模數揚氏彈性模數(GPa) 25〇C 100°C arc 45·8±0·3 43·9±0·3 41·9±0·3 表五在二種溫度下SCI的疲勞強度(R=-l) }孤度疲勞強度(MPa) 106週 107週 24〇C 〜80 75±18 120°C 74±9 71±7 〜表示只有測試1 2個樣品，而非標準要求的1 5個樣品。

Claims

200402474 六、申請專利範圍 1. 一種鎂基合金，其係由下列所組成（重量百分比）：鈥 1· 4 〜1· 9% ; 除鈦之外之稀土元素0.8〜1.2% ; 鋅0·4 〜0· 7% ; 锆0· 3〜1% ; 錳0〜0. 3% ;及氧化抑制元素0〜0. 1%〆其餘部分為鎂（雜質除外）。 2. —種鎂合金，其係由下列所組成（重量百分比）：鈥1.4 〜1. 9% ；除鈥之外之稀土元素0.8〜1.2 % ; 鋅0· 4 〜0· 7% ; 锆0· 3〜1% ; 錳0〜0·3% ; 氧化抑制元素0〜0. 1 % ; 鈦 <0· 15% ; 铪 <0· 15% ; 鋁 <0· 1% ; 銅 < 0 · 1 % ; 鎳 < 0 · 1 % ; 矽 < 0 · 1 % ; 銀 < 0 · 1 % ; 釔 < 0 · 1 % ; 銼 <0· 10/〇 ;

第26頁 200402474 六、申請專利範圍鐵 < 0 · 0 1 % ; 锶 <〇· 00 5% ; 其餘部分為鎂（雜質除外）。 3·如申請專利範圍第1項或第2項所述之合金，其中鎂含量為95·5〜97重量％。 4·如申請專利範圍第【項或第2項所述之合金，其中鈥含量為1 · 6〜1 · 8重量％。 - 5·如申請專利範圍第丨項或第2項所述之合金，其中除敍之外之稀土元素含量為0·9〜1·ι重量％。 6·如申，專利範圍第1項或第2項所述之合金，其包含除鈦之外、之複數種稀土元素，其中鈽佔除鉉之外之稀土元素重量之一半以上。、 7·如申請專利範圍第丨項或第2項所述之合金，其中锆含大於0. 4重量％。 8·如申請專利範圍第丨項或第2項所述之合金，其中鋅含為0· 4〜0· 6重量％。 9· 一種鎮基合金，其具有一包括鎂基固溶體之等軸晶粒且晶粒邊界被一大致連續之晶粒中間相隔開的顯微組織，該晶粒^含均勻分布的奈米尺度之片狀沉澱物沉澱在不只一個習慣晶面上，該習慣晶面含有鎂及鈥，晶粒中間相幾乎完全由稀土元素、鎂及少量的辞所組成，該稀土元上是鈽及/或鑭。人致 10'—種製造鎂合金物品的方法，其包括冗熱處理，該物品係依據申請專利範圍第丨項至第9項之任一項所述之合金

200402474

所每造。匕括以下步驟：項至第9項之任一項 11 · 一種製造鎂合金物品的方法，其 (a)在模中將依據申請專利範圍第工所述之合金鑄件固化； (b) 將固化鑄件加熱至5 〇〇〜5 5 〇維 (c) 將鑄件淬火；及、、夺第一段時間； U)在200〜230 °C進行時效處理該鏟間。 / ~件維持第二段時 12· —種製造鎂合金鑄件的方法，其 • (a)將依據申請專利範圍第}項至第9以下步驟：合金熔化形成一熔化合金；谓之任一項所述之使該熔化合金 (b )將該溶化合金引固化；入一砂模或金屬模中 (c )從模中取出最後的固化鑄件；及 /ΓΛ鑄段溫度範圍内維持第—段時間，在這 =間^料-部份的晶粒中間相被㈣，㈣該禱件在第一奴溫度範圍内（比第一段溫度範圍為低）維持第二严時間，在這段時間内奈米尺度之片狀沉澱物沉積在該2 的晶粒内及晶粒邊界上。、 1 3·如申請專利範圍第i 2項所述之方法，其中該第一段溫度範圍為500〜550 °C，該第二段溫度範圍為200〜2 3〇 °c，該第一段時間為6〜24小時，該第二段時間為3〜24小時。 1 4· 一種内燃機引擎塊，其係依據申請專利範圍第丨〇項至第13項之任一項所述之方法所製造者。

200402474

第29頁