WO2006134980A1 - Raw magnesium-alloy powder material, magnesium alloy with high proof stress, process for producing raw magnesium-alloy powder material, and process for producing magnesium alloy with high proof stress - Google Patents

Raw magnesium-alloy powder material, magnesium alloy with high proof stress, process for producing raw magnesium-alloy powder material, and process for producing magnesium alloy with high proof stress Download PDF

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Abstract

A raw magnesium-alloy powder material obtained by subjecting a starting-material powder having a relatively large crystal grain diameter to a plastic working in which the powder is passed through a pair of rolls to cause it to undergo compressive deformation or shear deformation and thereby make the crystal grain diameter relatively small. The starting-material powder is a magnesium alloy powder in which a fine intermetallic compound (21) has been precipitated/dispersed in a base (20) by a heat treatment. In the magnesium alloy powder which has undergone the plastic working, there are work strains (22) around the intermetallic compound (21) precipitated. The magnesium alloy powder which has undergone the plastic working has a maximum size of 10 mm or smaller and a minimum size of 0.1 mm or larger, and the magnesium particles constituting the base (20) have a maximum crystal grain diameter of 20 µm or smaller.

Description

明 細 書  Specification
マグネシウム合金粉体原料、高耐カマグネシウム合金、マグネシウム合金 粉体原料の製造方法および高耐カマグネシウム合金の製造方法  MAGNESIUM ALLOY POWDER RAW MATERIAL, HIGH MAGNETIC RESISTANCE ALLOY, MAGNESIUM ALLOY
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、マグネシウム合金粉体原料およびこの粉体原料を用いて製造したマグ ネシゥム合金並びにそれらの製造方法に関し、特に高い耐力と伸びを両立させるマ グネシゥム合金およびその製造方法に関するものである。  TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a magnesium alloy powder raw material, a magnesium alloy produced using the powder raw material, and a production method thereof, and particularly relates to a magnesium alloy that achieves both high yield strength and elongation and a production method thereof. is there.
背景技術  Background art
[0002] 工業用金属材料の中で最も軽量であるマグネシウム(以下、 Mgとする)合金は、そ の軽量ィ匕効果を活用してスポーツ用品、家電製品、航空'宇宙関連機器、その他の 機械部品などに広く利用されている。一方、 自動車部品などの高い信頼性が求めら れる製品 ·部材に Mg合金を適用するには、更なる強度増加が必要である。特に部品 設計上、重要な耐力の向上が強く求められており、同時に高い伸び (靱性)を実現さ せる必要がある。言い換えると、高い耐力と高い伸びとを実現することにより、現状の 軽量素材であるアルミニウム合金との代替が可能となる。  [0002] Magnesium (hereinafter referred to as Mg) alloy, which is the lightest of industrial metal materials, uses its light weight effect to produce sports equipment, home appliances, aerospace equipment, and other machinery. Widely used for parts. On the other hand, in order to apply Mg alloys to products and parts that require high reliability such as automobile parts, further increase in strength is required. In particular, there is a strong demand for improved proof stress in component design, and at the same time, it is necessary to achieve high elongation (toughness). In other words, by realizing high yield strength and high elongation, it is possible to replace the current lightweight aluminum alloy.
[0003] Mg合金の強度向上において、結晶粒の微細化や微細な金属間化合物の分散強 化が有効であることは既に知られている。特に、 Mg合金粉体を出発原料とし、それを 圧粉 ·固化する製造方法は、溶解 ·铸造法に比べて微細な組織を形成することが可 能であり、高強度化においてはより有効な製造プロセスということができる。  [0003] It is already known that refinement of crystal grains and dispersion strengthening of fine intermetallic compounds are effective in improving the strength of Mg alloys. In particular, the manufacturing method that uses Mg alloy powder as the starting material and compacts and solidifies it can form a finer structure than the melting and forging method, and is more effective in increasing strength. It can be called a manufacturing process.
[0004] 例えば、急冷凝固プロセスを利用した高強度 Mg合金の製造方法が提案されてい る力 この方法は、以下の理由により、実用的なものではない。  [0004] For example, a force for producing a high-strength Mg alloy using a rapid solidification process has been proposed. This method is not practical for the following reasons.
[0005] (A)高い強度は得られる力 伸びが数%程度と低い。  [0005] (A) High strength results in low elongation of several percent.
[0006] (B)出発原料粉体の粒径が数十〜百ミクロン程度と小さいために、取り扱い過程で の安全性の問題や、低歩留まりの問題があり、さらに高価な元素を添加することでコ ストアップを誘発するといつた経済性の問題などがある。  [0006] (B) Since the starting material powder has a particle size as small as several tens to hundreds of microns, there is a problem of safety in the handling process, a problem of low yield, and addition of an expensive element. However, there is a problem of economic efficiency when the cost increase is induced.
[0007] 一方、 Mg合金素材を切削加工した際に排出される切削粉体を出発原料とし、これ を圧粉'固化して Mg合金を製造する方法が種々、検討'提案されている。例えば、 特開平 2— 182806号公報には、 Mg合金切削粉体をホットプレスによって固化した 後に押出加工する方法が記載され、特開平 5— 320715号公報には、 Mg合金切削 粉体を成形 ·押出加工する方法が記載されてレ、る。 [0007] On the other hand, various investigations have been proposed that use cutting powder discharged when cutting an Mg alloy material as a starting material, and compact this powder into a solid to produce an Mg alloy. For example, JP-A-2-182806 describes a method of extruding after solidifying the Mg alloy powder by hot pressing, and JP-A-5-320715 discloses forming and extruding the Mg alloy powder. How to do is described.
[0008] また、特開平 5— 306404号公報に記載の「マグネシウム合金製部材の製造方法」 におレ、ては、 T6熱処理(溶体化熱処理 +時効熱処理)されたアルミニウム含有 Mg 合金粉体を圧粉成形した後に、押出加工する方法が提案されている。ここに開示さ れた製法においては、適切量のアルミニウム (A1)を含む Mg合金切削粉体を固化す る際に、 T6熱処理と押出加工の双方の効果を引き出すことで機械的特性に優れた Mg合金製部材を創製することを特徴としている。 T6熱処理の効果は、押出成形さ れた Mg合金の素地中に微細な金属間化合物 Mg A1 を均一に分散することであり [0008] In addition, in the "Method for producing a magnesium alloy member" described in JP-A-5-306404, an aluminum-containing Mg alloy powder that has been subjected to T6 heat treatment (solution heat treatment + aging heat treatment) is used. A method of extruding after compacting has been proposed. In the manufacturing method disclosed here, when solidifying an Mg alloy cutting powder containing an appropriate amount of aluminum (A1), it has excellent mechanical properties by extracting the effects of both T6 heat treatment and extrusion. It is characterized by the creation of Mg alloy members. The effect of T6 heat treatment is to uniformly disperse the fine intermetallic compound Mg A1 in the base of the extruded Mg alloy.
17 12  17 12
、押出加工の効果は、押出された Mg合金の素地を構成する結晶粒を微細化するこ とである。その結果、例えば、 ASTM規格で記載されている、 Al : 7. 8〜9. 2重量% 、マンガン(Mn) : 0. 12〜0. 35重量%、亜鉛(Zn) : 0. 2〜0· 8重量%、 Mg :残部 、とレ、つた組成を有する AZ80マグネシウム合金を T6熱処理した後に作製した切削 粉体を用いて、成形 ·押出加工を施して得られた Mg合金は、常温での引張強さは 3 82MPa、伸びは 27%であり、他方、 T6熱処理を施さない場合には引張強さは 330 MPa、伸びは 15%と報告されており、引張強さの向上効果が見られる。  The effect of the extrusion process is to refine the crystal grains constituting the base of the extruded Mg alloy. As a result, for example, described in ASTM standards, Al: 7.8 to 9.2 wt%, manganese (Mn): 0.12 to 0.35 wt%, zinc (Zn): 0.2 to 0 · 8% by weight, Mg: remainder, AZ80 Magnesium alloy with the following composition: T6 heat-treated with cutting powder made by molding · Extrusion Mg alloy obtained at room temperature Tensile strength is 3 82MPa and elongation is 27%. On the other hand, when T6 heat treatment is not applied, tensile strength is reported to be 330 MPa and elongation is 15%. .
[0009] し力しながら、特開平 5— 306404号公報に記載の Mg合金製部材の製造方法に おいて、押出材の耐力は、 T6熱処理を行った場合には 196MPaであり、 T6熱処理 を施さなかった場合には 200MPaであることが報告されており、引張耐力の向上効 果は認められない。この原因は、次のように考えられる。従来の溶解 *铸造法によって 作製した Mg合金の結晶粒(50〜700 μ m)と比較すれば、押出加工を施すことで再 結晶が生じて結晶粒は微細化するが、その大きさはこれまでに開示されているデー タなどを考慮すると、 10〜20 x m程度である。引張耐カを向上させるには、結晶粒 をさらに微細化する必要がある。これまでの開示データに基づくと、例えば、 1〜5 μ mあるいはそれ以下にまで微細化することが耐カ向上に有効である。このような微細 な結晶粒径を有する Mg合金は、 T6熱処理した切削粉体を圧粉 ·押出加工する製造 方法だけでは到底、実現できない。 [0010] また T6熱処理によって素地中に析出'分散した金属間化合物 Mg A1 を押出加 [0009] However, in the Mg alloy member manufacturing method described in JP-A-5-306404, the proof stress of the extruded material is 196 MPa when T6 heat treatment is performed. When it is not applied, it is reported that it is 200 MPa, and the effect of improving tensile strength is not recognized. The cause is considered as follows. Compared with the Mg alloy crystal grains (50-700 μm) produced by the conventional melting * forging method, recrystallization occurs and the crystal grains are refined by the extrusion process. Considering the data disclosed so far, it is about 10 to 20 xm. In order to improve the tensile strength, it is necessary to further refine the crystal grains. Based on the data disclosed so far, for example, miniaturization to 1 to 5 μm or less is effective in improving the resistance to light. An Mg alloy having such a fine crystal grain size cannot be realized only by a manufacturing method in which a T6 heat-treated cutting powder is compacted and extruded. [0010] In addition, the intermetallic compound Mg A1, which was precipitated and dispersed in the substrate by T6 heat treatment, was extruded.
17 12 ェによって、さらに微細化する方法が提案されている力 押出加工による塑性変形に よって微細化できるレベルにも限界があり、耐カを向上させるには、金属間化合物の 更なる微細化と複数の金属間化合物の微細 *均一分散が必要である。  There is a limit to the level that can be refined by plastic deformation by extrusion, and in order to improve resistance, further refinement of intermetallic compounds is required. Fine and uniform dispersion of multiple intermetallic compounds is required.
発明の開示  Disclosure of the invention
[0011] 本発明の目的は、高い耐力と伸びとを両立させるマグネシウム合金およびその製造 方法を提供することである。  An object of the present invention is to provide a magnesium alloy that achieves both high yield strength and elongation, and a method for producing the same.
[0012] 本発明の他の目的は、上記のマグネシウム合金を製造するのに使用されるマグネ シゥム合金粉体原料およびその製造方法を提供することである。  Another object of the present invention is to provide a magnesium alloy powder raw material used for producing the magnesium alloy and a method for producing the same.
[0013] この発明に従ったマグネシウム合金粉体原料は、相対的に大きな結晶粒径を持つ 出発原料粉末に対して、 1対のロール間に通して圧縮変形またはせん断変形させる 塑性加工を施して相対的に小さな結晶粒径としたものであり、以下のことを特徴とし ている。すなわち、出発原料粉末は、熱処理によって微細な金属間化合物を素地中 に析出 ·分散させているマグネシウム合金粉末である。塑性加工後のマグネシウム合 金粉体中には、析出した金属間化合物の周辺に加工歪が存在している。塑性加工 後のマグネシウム合金粉体の最大サイズが 10mm以下、最小サイズが 0. 1mm以上 である。塑性カ卩ェ後のマグネシウム合金粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の 最大結晶粒径が 20 μ m以下である。  [0013] The magnesium alloy powder raw material according to the present invention is obtained by subjecting a starting raw material powder having a relatively large crystal grain size to plastic deformation by compressing or shearing it through a pair of rolls. It has a relatively small crystal grain size and is characterized by the following. That is, the starting material powder is a magnesium alloy powder in which fine intermetallic compounds are precipitated and dispersed in the substrate by heat treatment. In the magnesium alloy powder after plastic working, there is a working strain around the precipitated intermetallic compound. The maximum size of the magnesium alloy powder after plastic working is 10 mm or less, and the minimum size is 0.1 mm or more. The maximum crystal grain size of the magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy powder after plastic molding is 20 μm or less.
[0014] 好ましくは、金属間化合物は、 Mg Al , Al Ca, Mg Si, MgZn , Al Re (Re : ¾r  Preferably, the intermetallic compound is Mg Al, Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re: ¾r
17 12 2 2 2 3 土類元素), Al Reおよび Al Mnからなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物  17 12 2 2 2 3 Earth element), at least one compound selected from the group consisting of Al Re and Al Mn
11 3 6  11 3 6
である。また、好ましくは、金属間化合物の最大粒子径が 5 x m以下であり、より好ま しくは 2 x m以下である。  It is. Preferably, the maximum particle size of the intermetallic compound is 5 x m or less, more preferably 2 x m or less.
[0015] 好ましくは、マグネシウム合金粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶 粒径が 10 x m以下である。  [0015] Preferably, the maximum crystal grain size of magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy powder is 10 x m or less.
[0016] この発明に従った高耐カマグネシウム合金は、上記の特徴を有するマグネシウム合 金粉体原料を圧粉成形した後に押出加工して得られたものであって、以下のことを 特徴としている。すなわち、合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒 径が 10 μ m以下であり、常温での引張耐力が 250MPa以上である。 [0017] 好ましくは、マグネシウム合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径 力 ¾ μ ΐη以下であり、常温での引張耐力が 350MPa以上である。 [0016] A high-magnesium-resistant magnesium alloy according to the present invention is obtained by compacting a magnesium alloy powder raw material having the above-described characteristics and then extruding it, and has the following characteristics. Yes. That is, the maximum grain size of the magnesium particles constituting the alloy substrate is 10 μm or less, and the tensile strength at room temperature is 250 MPa or more. [0017] Preferably, the maximum crystal grain size force of the magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy is ¾ μ μη or less, and the tensile strength at room temperature is 350 MPa or more.
[0018] 好ましくは、マグネシウム合金の素地中に、 Mg Al , Al Ca, Mg Si, MgZn , A [0018] Preferably, Mg Al, Al Ca, Mg Si, MgZn, A in the base of the magnesium alloy
17 12 2 2 2 17 12 2 2 2
1 Re (Re :希土類元素), Al Reおよび Al Mnからなる群から選ばれた少なくとも一1 At least one selected from the group consisting of Re (Re: rare earth elements), Al Re and Al Mn
3 11 3 6 3 11 3 6
つの金属間化合物が析出'分散してレ、る。  Two intermetallic compounds are deposited and dispersed.
[0019] 好ましくは、マグネシウム合金は、ストロンチウム ば、ジルコニウムので)、スカンジ ゥム(Sc)およびチタン (Ti)からなる群から選ばれた活性金属元素を、重量基準で 0 . 5%以上 4%以下含有している。  [0019] Preferably, the magnesium alloy contains strontium (eg, zirconium), an active metal element selected from the group consisting of scandium (Sc) and titanium (Ti) in an amount of 0.5% to 4% on a weight basis. Contains the following.
[0020] この発明に従ったマグネシウム合金粉体原料の製造方法は、出発原料粉末に対し て塑性カ卩ェを施すことによって、該出発原料粉末の素地を構成するマグネシウム粒 子の結晶粒径を微細化する方法であり、以下の特徴を備える。すなわち、出発原料 粉末として、熱処理によって微細な金属間化合物を素地中に析出'分散させている マグネシウム合金粉末を準備する。塑性加工は、出発原料粉末を 1対のロール間に 通して圧縮変形またはせん断変形させて金属間化合物の周辺に加工歪を付与する 塑性加工である。塑性加工を、粉体の最大サイズが 10mm以下で最小サイズが 0. 1 mm以上、かつ粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 20 μ m 以下になるまで繰り返して行なう。  In the method for producing a magnesium alloy powder raw material according to the present invention, the crystal grain size of the magnesium particles constituting the substrate of the starting raw material powder is reduced by subjecting the starting raw material powder to a plastic case. This is a method of miniaturization and has the following characteristics. That is, a magnesium alloy powder in which fine intermetallic compounds are precipitated and dispersed in the substrate by heat treatment is prepared as a starting material powder. The plastic working is a plastic working in which the starting raw material powder is passed through a pair of rolls and subjected to compression deformation or shear deformation to impart processing strain around the intermetallic compound. The plastic working is repeated until the maximum size of the powder is 10 mm or less, the minimum size is 0.1 mm or more, and the maximum crystal grain size of the magnesium particles constituting the powder substrate is 20 μm or less.
[0021] 一つの実施形態では、出発原料粉末としてのマグネシウム合金粉末を準備するェ 程は、铸造法によってマグネシウム合金インゴットを作製することと、マグネシウム合 金インゴットを溶体化処理し、続いて時効熱処理を行なってインゴットの素地中に微 細な金属間化合物を析出 ·分散させることと、インゴットから機械加工によってマグネ シゥム合金粉体を取出すこととを含む。好ましくは、上記の塑性カ卩ェを行なう際に、投 入する出発原料粉末の温度、およびこの出発原料粉末が接触するロールの表面温 度を時効熱処理の温度以下にする。  In one embodiment, the step of preparing a magnesium alloy powder as a starting raw material powder includes preparing a magnesium alloy ingot by a forging method, solution treating the magnesium alloy ingot, and subsequently aging heat treatment. To deposit and disperse fine intermetallic compounds in the base of the ingot, and to remove the magnesium alloy powder from the ingot by machining. Preferably, when performing the above-described plastic cache, the temperature of the starting raw material powder to be introduced and the surface temperature of the roll in contact with the starting raw material powder are set to be equal to or lower than the temperature of the aging heat treatment.
[0022] この発明に従った高耐カマグネシウム合金の製造方法は、上記の特徴を有するマ グネシゥム合金粉体原料を金型に充填した状態で加圧して圧粉成形体を得る工程と 、マグネシウム合金圧粉成形体を 150°C以上 450°C以下の温度で加熱する工程と、 加熱の終了後、直ちにマグネシウム合金圧粉成形体を押出加工してマグネシウム合 金を製造する工程とを備える。 [0022] A method for producing a high-magnesium-resistant magnesium alloy according to the present invention includes a step of obtaining a compacted body by pressing a magnesium alloy powder raw material having the above-described characteristics in a state where the mold is filled, and magnesium The process of heating the compacted compact of the alloy at a temperature of 150 ° C or higher and 450 ° C or lower, and immediately after the heating, the compacted compact of the magnesium alloy is extruded to form the magnesium composite. A process for producing gold.
[0023] 好ましくは、マグネシウム合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径 力 SlO m以下であり、常温での引張耐カカ ¾50MPa以上である。また、より好ましく は、マグネシウム合金圧粉成形体の加熱を 200°C以上 350°C以下の温度で行なう。 図面の簡単な説明  [0023] Preferably, the maximum grain size of magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy is not more than SlOm, and the tensile resistance at room temperature is not less than 50MPa. More preferably, the magnesium alloy powder compact is heated at a temperature of 200 ° C to 350 ° C. Brief Description of Drawings
[0024] [図 1]ローラーコンパクタ装置を示す図解図である。  FIG. 1 is an illustrative view showing a roller compactor device.
[図 2]金属間化合物の周辺に加工歪が存在している状態を示す図解図である。  FIG. 2 is an illustrative view showing a state in which processing strain exists around an intermetallic compound.
[図 3]AZ91Dインゴットの組織写真であり、 (a)は铸造後の組織写真、(b)は溶体化 熱処理後の組織写真、(c)は T6熱処理 (溶体化 +時効熱処理)後の組織写真を示 している。  [Fig. 3] Structure photograph of AZ91D ingot, (a) Structure photograph after fabrication, (b) Structure photograph after solution heat treatment, (c) Structure after T6 heat treatment (solution + aging heat treatment) The photo is shown.
[図 4]T6熱処理後の組織を拡大した組織写真である。  FIG. 4 is an enlarged structural photograph of the structure after T6 heat treatment.
[図 5]ロールによる塑性カ卩ェを施した AZ91D粉体の組織写真であり、 (a)は T6処理 を施したものの組織、(b)は溶体化処理を施したものの組織を示している。  [Fig. 5] Structure photograph of AZ91D powder that has been subjected to plastic caulking with a roll. (A) shows the structure after T6 treatment, and (b) shows the structure after solution treatment. .
[図 6]粉体の微小硬さ(マイクロビッカース硬度)の試験結果を示す図である。  [FIG. 6] A diagram showing test results of micro hardness (micro Vickers hardness) of powder.
[図 7]押出素材についての光学顕微鏡による組織写真であり、(a)は T6熱処理 AZ9 [Fig.7] Micrograph of the extruded material by optical microscope. (A) is T6 heat treatment AZ9
1D粉体を用いた場合の組織写真、 (b)は溶体化処理 AZ9 ID粉体を用いた場合の 組織写真を示している。 The structure photograph when 1D powder is used, (b) shows the structure photograph when solution-treated AZ9 ID powder is used.
[図 8]ロールによる塑性カ卩ェを 3, 10, 20, 30回施した粉体を押出固化して得られた Mg合金の押出方向の組織写真である。  [Fig. 8] A structural photograph in the extrusion direction of an Mg alloy obtained by extruding and solidifying a powder that has been plasticized with a roll 3, 10, 20, 30 times.
[図 9]マグネシウムの底面の配向性を評価した結果の極点図である。  FIG. 9 is a pole figure of the result of evaluating the orientation of the bottom surface of magnesium.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0025] 以下に、本発明の実施形態および作用効果を説明する。 [0025] Embodiments and effects of the present invention will be described below.
[0026] 本発明は、上述した従来の問題点を解決するために行われたものであり、熱処理 によって微細な金属間化合物が素地中に析出 ·分散したマグネシウム合金粉体を出 発原料粉末とし、これを 1対のロール間に通して圧縮変形および/またはせん断変 形させる塑性加工を施して微細な組織を有する粗大な Mg合金粉体を作製し、これ を圧粉 '押出加工することで 250〜350MPaを超える高い引張耐カを有する Mg合 金とその製造方法を提供しょうとするものである。 [0027] (1)出発原料粉体とその製造方法 [0026] The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and a magnesium alloy powder in which fine intermetallic compounds are precipitated and dispersed in a substrate by heat treatment is used as a starting material powder. By passing this between a pair of rolls and applying plastic working to compress and / or shear deform, a coarse Mg alloy powder with a fine structure is produced, and this is compacted and extruded. It is intended to provide a Mg alloy having a high tensile strength exceeding 250 to 350 MPa and a method for producing the same. [0027] (1) Starting material powder and production method thereof
Mgを主成分とし、この他に Al, Mn, Zn, Re (希土類元素), Ca, Siなど、金属間 化合物を形成する元素と、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スカンジウム(Sc) およびチタン (Ti)からなる群から選ばれた活性金属元素を添加した Mg合金インゴッ トを铸造法によって作製する。この Mg合金インゴットに公知の T6熱処理 (溶体化熱 処理 +時効熱処理)を施すことにより、素地中に、各添加元素によって生成する微細 な金属間化合物を析出 '分散させる。析出 ·分散する金属間化合物は、例えば、 Mg  Mg as the main component, and other elements that form intermetallic compounds such as Al, Mn, Zn, Re (rare earth elements), Ca, Si, strontium (Sr), zirconium (Zr), scandium (Sc) and An Mg alloy ingot to which an active metal element selected from the group consisting of titanium (Ti) is added is produced by a forging method. By subjecting this Mg alloy ingot to a known T6 heat treatment (solution heat treatment + aging heat treatment), fine intermetallic compounds produced by each additive element are precipitated and dispersed in the substrate. Precipitation · Dispersing intermetallic compound is, for example, Mg
1 1
Al 、Al Ca、Mg Si、MgZn、Al Re (Re :希土類元素)、Al Re、 Al MnなどでAl, Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re: rare earth elements), Al Re, Al Mn, etc.
7 12 2 2 2 3 11 3 6 ある。これらの金属間化合物は、押出加工後の Mg合金の素地においても均一に分 散するので耐力の向上にも寄与する。また、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、 スカンジウム(Sc)、チタン (Ti)などの活性金属元素を重量基準で 0. 5。/0以上 4。/0以 下含有することによってさらに強度を増加できる。 7 12 2 2 2 3 11 3 6 Since these intermetallic compounds are evenly dispersed in the base material of the Mg alloy after extrusion, it contributes to the improvement of the proof stress. Active metal elements such as strontium (Sr), zirconium (Zr), scandium (Sc) and titanium (Ti) are 0.5 on a weight basis. / 0 or more 4. By containing less than / 0, the strength can be further increased.
[0028] 熱処理条件は、添加する元素の種類およびその添加量によって異なるため、組織 観察や硬さ測定(時効硬化曲線)などによって適切な条件を設定する必要がある。次 に、 Mg合金インゴットからフライスなどの機械'切削加工によって、 0. 1〜: 10mm程 度の大きさの粉体を採取し、これを本発明の出発原料粉体とする。なお,粉体の粒径 が 0. 1mmを下回ると発火し易くなるため、安全性の観点から 0. 1mm以上、より好ま しくは 0. 5mm以上とした切削粉体を用いる。  [0028] The heat treatment conditions vary depending on the type of element to be added and the amount of the element to be added. Therefore, it is necessary to set appropriate conditions by observing the structure or measuring the hardness (age hardening curve). Next, a powder having a size of about 0.1 to 10 mm is collected from an Mg alloy ingot by mechanical cutting such as milling, and this is used as the starting material powder of the present invention. In addition, if the particle size of the powder is less than 0.1 mm, it tends to ignite, so from the viewpoint of safety, use a cutting powder of 0.1 mm or more, more preferably 0.5 mm or more.
[0029] (2)マグネシウム合金粉体原料とその製造方法  [0029] (2) Magnesium alloy powder raw material and production method thereof
上記の T6熱処理を施した Mg合金粉体を出発原料粉末とし、これを図 1に示す口 一ラーコンパクタ装置に投入する。  The Mg alloy powder that has been subjected to the above T6 heat treatment is used as the starting raw material powder, and this is put into the single compactor device shown in Fig. 1.
[0030] 図 1に示すローラコンパクタ装置は、ケース 11と、このケース 11内に配置された多 段式ロール回転体 12と、破砕装置 13と、粉末温度 ·供給量制御システム 14と、受台 15とを備える。多段式ロール回転体 12は、出発原料粉末に対して塑性加工を施す 塑性加工部を構成するものであり、圧延加工を施す 3組のロール対 12a, 12b, 12c を有する。出発原料粉末は、対となったロール間を通過する際に、圧縮変形および /またはせん断変形する。  A roller compactor device shown in FIG. 1 includes a case 11, a multistage roll rotating body 12 disposed in the case 11, a crushing device 13, a powder temperature / supply amount control system 14, and a cradle 15 and. The multi-stage roll rotating body 12 constitutes a plastic working part that performs plastic working on the starting raw material powder, and has three pairs of rolls 12a, 12b, and 12c that perform rolling. The starting material powder undergoes compression deformation and / or shear deformation when passing between the pair of rolls.
[0031] 出発原料粉末は、粉末温度'供給量制御システム 14で所定の温度および所定の 量に調整されてケース 11内に投入される。ここで、所定の温度は、後述する時効熱 処理の温度以下である。ケース 11の内部は、粉末表面の酸化防止の観点から、不 活性ガス雰囲気、非酸化性ガス雰囲気、または真空雰囲気に保たれる。また、多段 式ロール回転体 12の表面温度およびケース 11内の雰囲気温度は、後述する時効 熱処理の温度以下である。 [0031] The starting raw material powder has a predetermined temperature and a predetermined The amount is adjusted and put into Case 11. Here, the predetermined temperature is equal to or lower than the temperature of the aging heat treatment described later. The inside of the case 11 is kept in an inert gas atmosphere, a non-oxidizing gas atmosphere, or a vacuum atmosphere from the viewpoint of preventing oxidation of the powder surface. Further, the surface temperature of the multistage roll rotating body 12 and the atmospheric temperature in the case 11 are equal to or lower than the temperature of aging heat treatment described later.
[0032] ロール対 12cから送り出された粉体は、引き続いて破砕装置 13によって破砕されて 顆粒状粉体となる。この顆粒状粉体を再度粉末温度'供給量制御システム 14に戻し て、多段式ロール回転体 12による塑性カ卩ェを繰り返してもよい。加工後の顆粒状粉 体は、受台 15に収容される。 [0032] The powder delivered from the roll pair 12c is subsequently crushed by the crushing device 13 into a granular powder. The granular powder may be returned to the powder temperature / supply amount control system 14 again, and the plastic check by the multistage roll rotating body 12 may be repeated. The processed granular powder is stored in the cradle 15.
[0033] 粉体を 1対のロール間に通して圧縮変形および/またはせん断変形させる塑性カロ ェを施すことにより、以下の組織制御を行なう。 [0033] The following structure control is performed by applying a plastic calorie in which the powder is passed between a pair of rolls to compress and / or shear.
[0034] (a)図 2に示すように、マグネシウム合金粉体 20の素地中に析出 ·分散した金属間 化合物粒子 21の周辺に、より多くの加工歪 22を付与する。この加工歪 22は、塑性加 ェによつて金属間化合物粒子 21の周辺に導入 ·蓄積された双晶ゃ転位などであり、 透過電子顕微鏡 (TEM)で観察すると筋状に見える。 (A) As shown in FIG. 2, more work strain 22 is imparted around the intermetallic compound particles 21 precipitated and dispersed in the base of the magnesium alloy powder 20. This processing strain 22 is twin crystal dislocations introduced and accumulated around the intermetallic compound particles 21 due to plastic processing, and looks streak when observed with a transmission electron microscope (TEM).
[0035] (b)塑性加工後の粉体の最大サイズが 10mm以下、粉体の最小サイズが 0. lmm 以上となるようにする。 [0035] (b) The maximum size of the powder after plastic processing is 10 mm or less, and the minimum size of the powder is 0.1 mm or more.
[0036] (c)出発原料粉末のマグネシウムの結晶粒径に対して、相対的により小さいものと する。  [0036] (c) The starting material powder is relatively smaller than the crystal grain size of magnesium.
[0037] (d)粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径を 20 β m以下とする [0037] (d) The maximum crystal grain size of the magnesium particles constituting the powder base is 20 β m or less.
[0038] なお、必要に応じて、ロールによる塑性カ卩ェを施した Mg合金粉体原料を破砕-粉 砕'整粒処理を行った後に、再度、同様の条件下でロールによる塑性加工を繰り返し 行うことで、上記の本発明が規定する微細組織を有する Mg合金粉体原料を創製す る。 [0038] If necessary, the Mg alloy powder raw material that has been subjected to the plastic casing by the roll is subjected to crushing-pulverization 'sizing treatment, and then plastic processing by the roll is performed again under the same conditions. By repeating the process, an Mg alloy powder raw material having the microstructure defined by the present invention is created.
[0039] 先ず、(a)に関しては、ロール間に粉体を通すことで塑性カ卩ェを行なうと、粉末全体 に加工歪が付与されるが、素地中に金属間化合物粒子が析出'分散するので、素地 に比べて金属間化合物粒子の周辺に、より多くの加工歪が付与される。従って、この 塑性加工を繰り返すことで、さらに多くの加工歪が金属間化合物粒子の周辺に蓄積 する。本願の発明者らは、加工歪が多くなると、後工程である押出加工時に生じる動 的再結晶の核生成サイトが多く生成され、従来の Mg合金の製造方法では実現し得 なかった、より微細な結晶粒を形成できることを見出した。 [0039] First, with regard to (a), when a plastic casing is performed by passing the powder between rolls, processing strain is imparted to the entire powder, but intermetallic compound particles are precipitated and dispersed in the substrate. As a result, more processing strain is applied to the periphery of the intermetallic compound particles than the substrate. So this By repeating plastic processing, more processing strain accumulates around the intermetallic compound particles. When the processing strain increases, the inventors of the present application generate more nucleation sites for dynamic recrystallization that occurs during the extrusion process, which is a subsequent process, and the finer finer particles that could not be realized by conventional Mg alloy manufacturing methods. It was found that crystal grains can be formed.
[0040] この新たな知見に関して、特開平 5— 306404号公報においても類似の記述がさ れている。つまり、 T6処理を施した A1含有 Mg合金部材から切削加工により採取した Mg合金粉体を、ホットプレスで圧粉成形した後、その成形体を押出加工することで Mg合金製部材を作製する方法を提案している。し力、しながら、ここで開示されている 製造方法では、 T6処理した切削 Mg合金粉体に対して、本発明が提案しているよう な強塑性カ卩ェを強制的に付与しておらず、その結果、上述したような動的再結晶の 核生成サイトを形成することがなぐ微細な結晶粒は得られない。そして、例えば、 T6 熱処理を施した AZ80合金切削粉体を用いた場合における Mg合金の引張耐カは、 約 200MPa程度と低い値を示している。また前述の通り、 T6熱処理を施さない AZ8 0粉体を用いた場合の押出材の引張耐カも 200MPaとなり、 T6熱処理時と大差がな レ、ことから、本発明の特徴である、析出'分散粒子周辺に優先的に加工歪を蓄積さ せて、そこを動的再結晶の核生成サイトとする製造方法とは根本的に異なるものであ る。 [0040] Regarding this new knowledge, there is a similar description in JP-A-5-306404. In other words, a method of producing a Mg alloy member by extruding the compact after compacting the Mg alloy powder collected by cutting from an A1-containing Mg alloy member that has undergone T6 treatment with a hot press Has proposed. However, in the manufacturing method disclosed here, the strong plastic case as proposed in the present invention is forcibly applied to the cutting Mg alloy powder treated with T6. As a result, fine crystal grains that cannot form the nucleation sites for dynamic recrystallization as described above cannot be obtained. For example, the tensile strength of the Mg alloy when using the AZ80 alloy cutting powder subjected to T6 heat treatment is as low as about 200 MPa. Further, as described above, the tensile strength of the extruded material when using AZ80 powder not subjected to T6 heat treatment is 200 MPa, which is not much different from that during T6 heat treatment. This is fundamentally different from the manufacturing method in which processing strain is preferentially accumulated around dispersed particles and used as a nucleation site for dynamic recrystallization.
[0041] また本発明では、粉体に対して 1対のロールによる塑性カ卩ェを繰り返して行なうこと により、ランダム(無秩序)な方向に加工歪が付与される。その結果、押出加工後の M g合金において結晶配向も無秩序となって伸びが向上する。つまり、通常の押出材で は、 Mgのすベり面である(0001)底面が押出方向に沿って配列することで伸びが低 下する力 S、本発明の 1対のロールによる塑性加工を施した Mg合金粉体を押出加工し た場合には、(0001)底面の他に、(10— 10)柱面や(10— 11)錐面といった非底面 も押出方向にそって配列する。その結果、高い耐カに加えて高い伸びも有する Mg 合金を創製することができる。  [0041] Further, in the present invention, processing strain is imparted in a random (disordered) direction by repeatedly performing a plastic cage with a pair of rolls on the powder. As a result, the crystal orientation is disordered in the Mg alloy after extrusion and the elongation is improved. In other words, in ordinary extruded materials, the force S that reduces the elongation when the (0001) bottom surface, which is the sliding surface of Mg, is arranged along the extrusion direction, and the plastic working by the pair of rolls of the present invention. When extruding the applied Mg alloy powder, in addition to the (0001) bottom surface, non-bottom surfaces such as (10-10) column surfaces and (10-11) conical surfaces are arranged along the extrusion direction. As a result, it is possible to create an Mg alloy having high elongation in addition to high resistance.
[0042] 逆に、 T6熱処理を施さない Mg合金粉末に対して、ローラーコンパクタ装置により 同様の塑性カ卩ェを施した場合、マグネシウム結晶粒の微細化は確認されるものの、 T 6熱処理を施した場合のような微細結晶は得られなかった。従って、本発明で用いる 1対のロールを用いた塑性カ卩ェによる結晶粒の微細化をより効果的に行なうために は、 Mg合金粉体原料の素地中に金属間化合物粒子を析出'分散させておく必要が ある。 [0042] On the contrary, when the Mg alloy powder not subjected to the T6 heat treatment is subjected to the same plastic case by the roller compactor device, the refinement of the magnesium crystal grains is confirmed, but the T6 heat treatment is performed. As a result, fine crystals as in the case were not obtained. Therefore, used in the present invention In order to make grain refinement more effective by plastic molding using a pair of rolls, it is necessary to deposit and disperse intermetallic compound particles in the base material of the Mg alloy powder raw material. .
[0043] また金属間化合物粒子の大きさは、粒子周辺に蓄積する加工歪量と強い相関があ る。金属間化合物の粒子径が小さいほど、より多くの加工歪を蓄積することでき、その 結果、高い耐カを有する Mg合金が得られる。具体的には、原料粉末の素地に析出' 分散する金属間化合物の最大粒子径を 5 a m以下とすることで、 250MPaを超える ような高い耐カを有する Mg合金を得ることができる。なお、金属間化合物の最大粒 子径を 2 μ m以下とすると、さらに多くの加工歪を少ない塑性カ卩ェで蓄積することが できる。その結果、高い耐力が得られるとともに、 1対のロールでの塑性カ卩ェ回数をよ り少なくした条件で微細な結晶粒と高い耐カを有する Mg合金を製造することができ るとレ、つた経済性の効果も得られる。  [0043] The size of the intermetallic compound particles has a strong correlation with the amount of processing strain accumulated around the particles. The smaller the particle size of the intermetallic compound, the more processing strain can be accumulated, and as a result, an Mg alloy having high resistance to mosquitoes can be obtained. Specifically, by setting the maximum particle size of the intermetallic compound that precipitates and disperses on the raw material powder base to 5 am or less, an Mg alloy having high resistance exceeding 250 MPa can be obtained. If the maximum particle size of the intermetallic compound is 2 μm or less, more processing strain can be accumulated with less plastic cage. As a result, a high yield strength can be obtained, and an Mg alloy having fine crystal grains and high strength resistance can be produced under a condition in which the number of plastic rolls in a pair of rolls is reduced. The economic effect is also obtained.
[0044] 従って、 T6熱処理による微細な金属間化合物粒子を事前に素地中に析出 ·分散さ せた Mg合金粉体を、 1対のロールに通して塑性加工するといつた製造方法が、本発 明における微細な結晶粒を有する高耐力と高靱性を両立する Mg合金を実現するた めの特徴である。  [0044] Therefore, a manufacturing method was developed when the Mg alloy powder in which fine intermetallic compound particles by T6 heat treatment were preliminarily precipitated and dispersed in the substrate was passed through a pair of rolls and plastically processed. This is a feature for realizing a Mg alloy that has both high yield strength and high toughness with fine crystal grains in Ming.
[0045] 次に、(b)に関して、 1対のロールによる塑性加工後の Mg合金粉体の最大サイズを 10mm以下、また粉体の最小サイズを 0. 1mm以上とする。粉体の最大サイズが 10 mmを超えると、次工程である粉体の圧粉成形の際に粉末同士の結合性が低下した り、金型内に投入する際に金型のコーナー部へ充填されないために成形後の圧粉 体の端部に欠損が生じるといった問題が生じる。一方、 Mg合金粉体の最小サイズが 0. 1mmを下回ると、発火し易くなるために取り扱い上での安全性の問題が生じる。  [0045] Next, regarding (b), the maximum size of the Mg alloy powder after plastic processing with a pair of rolls is set to 10 mm or less, and the minimum size of the powder is set to 0.1 mm or more. If the maximum size of the powder exceeds 10 mm, the bonding between the powders will be reduced during the compacting of the powder, which is the next process, or the corners of the mold will be filled when placed in the mold. As a result, there is a problem in that a chipping occurs at the end of the green compact after molding. On the other hand, when the minimum size of the Mg alloy powder is less than 0.1 mm, it tends to ignite, which causes a safety problem in handling.
[0046] (c)および (d)に関して、 1対のロールによる塑性カ卩ェを施すことにより、出発原料 粉末のマグネシウムの結晶粒径に対して、相対的により小さレ、結晶粒を有する Mg合 金粉体を作製する。具体的には、 1対のロールによる塑性加工後の Mg合金粉体に おいて、素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径を 20 x m以下とする。こ のような Mg合金粉末を圧粉成形'押出加工することで 250MPaを超える耐カを有す る Mg合金が得られる。逆に、ロールによる塑性カ卩ェ後の粉体のマグネシウム粒子の 結晶粒径が 20 μ mを超える場合には、そのような Mg合金粉体を用いて作製した Mg 合金では 250MPaを超える高い耐カを得ることは困難である。なお、 Mg合金におい て、さらに高い耐カ、例えば 350MPaを超えるような特性を得るには、 1対のロール による塑性カ卩ェ後の Mg合金粉体の素地結晶粒径を 10 μ m以下とする必要がある。 [0046] With regard to (c) and (d), by carrying out a plastic casing with a pair of rolls, Mg having a relatively small size and crystal grains relative to the crystal grain diameter of magnesium of the starting raw material powder Make alloy powder. Specifically, in the Mg alloy powder after plastic working with a pair of rolls, the maximum crystal grain size of the magnesium particles constituting the substrate is set to 20 xm or less. By compacting and extruding such an Mg alloy powder, an Mg alloy having a resistance to over 250 MPa can be obtained. Conversely, the magnesium particles of the powder after plastic casting with a roll When the crystal grain size exceeds 20 μm, it is difficult to obtain high resistance exceeding 250 MPa with Mg alloy prepared using such Mg alloy powder. In order to obtain even higher resistance to Mg alloys, for example, characteristics exceeding 350 MPa, the base crystal grain size of the Mg alloy powder after plastic casting with a pair of rolls should be 10 μm or less. There is a need to.
[0047] ロールによる塑性カ卩ェにおいて、投入する出発原料粉末の温度、ならびに粉体が 接触するロールの表面温度を後工程での時効熱処理温度以下とする必要がある。 時効熱処理温度よりも高い温度で塑性加工を行なうと、過時効現象によって金属間 化合物粒子の周辺に蓄積される加工歪量が減少し、押出加工時の動的再結晶が効 果的に進行せず、その結果、微細な結晶粒を有する高耐カ Mg合金を得ることが困 難となる。 [0047] In the plastic cage using a roll, the temperature of the starting raw material powder to be charged and the surface temperature of the roll in contact with the powder must be equal to or lower than the aging heat treatment temperature in the subsequent step. When plastic working is performed at a temperature higher than the aging heat treatment temperature, the amount of working strain accumulated around the intermetallic compound particles decreases due to the overaging phenomenon, and the dynamic recrystallization during the extrusion process effectively proceeds. As a result, it is difficult to obtain a high strength Mg alloy having fine crystal grains.
[0048] (3)マグネシウム合金とその製造方法  [0048] (3) Magnesium alloy and method for producing the same
上述したロールによる塑性カ卩ェを施したマグネシウム合金粉体原料に対して、圧粉 成形および温間押出加工することで、以下の特性を有する高耐カ Mg合金が得られ る。  The magnesium alloy powder raw material subjected to the above-described plastic molding by the roll is compacted and warm-extruded to obtain a high strength Mg alloy having the following characteristics.
[0049] (a)得られた Mg合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 10 μ m以下 C、ある。  [0049] (a) The maximum crystal grain size of magnesium particles constituting the base of the obtained Mg alloy is 10 μm or less C.
[0050] (b)その合金の常温における引張耐カカ S250MPa以上である。  [0050] (b) The alloy has a tensile strength at room temperature of S250 MPa or more.
[0051] 本願の発明者らは、特に、 Mg合金粉体の素地のマグネシウム粒子の結晶粒径を 1 0 / m以下であるような原料を用いた場合には、押出加工後の Mg合金の素地を構 成する最大結晶粒径が 5 / m以下であり、その合金の常温における引張耐力が 350 MPa以上となることを見出した。また T6処理を施した投入原料の素地中に分散する 、 Mg Al 、 Al Ca、 Mg Si、 MgZn、 Al Re (Re :希土類元素)、 Al Re 、 Al Mn [0051] The inventors of the present application, in particular, in the case of using a raw material having a magnesium alloy crystal grain size of 10 / m or less in the base of the Mg alloy powder, It was found that the maximum crystal grain size constituting the substrate was 5 / m or less, and the tensile strength of the alloy at room temperature was 350 MPa or more. In addition, Mg Al, Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re: rare earth element), Al Re, Al Mn dispersed in the base material of T6 treated input material
17 12 2 2 2 3 11 3 6 などの金属間化合物によっても、押出加工後の Mg合金の耐カは向上する。  17 12 2 2 2 3 11 3 6 and other intermetallic compounds also improve the resistance of Mg alloys after extrusion.
[0052] 上述したロールによる塑性カ卩ェを施したマグネシウム合金粉体原料を、金型に充填 した状態で加圧して圧粉成形体を作製する。その成形体を 150°C以上 450°C以下 の温度範囲で加熱した後、直ちに押出加工によって緻密固化してマグネシウム合金 素材を製造する。加熱温度が 150°C未満では、動的再結晶が進行しないために微 細なマグネシウム結晶粒が得られなレ、。他方、加熱温度が 450°Cを越えると微細な 再結晶組識が成長 ·粗大化するといった問題が生じる。なお、押出加工時の加工発 熱量の影響を考慮すると、成形体温度は 200°C以上 350°C以下とすることが好まし レ、。なお緻密化の観点から押出比は 10以上、より好ましくは 30以上とする。 [0052] The above-mentioned magnesium alloy powder raw material that has been subjected to plastic covering with a roll is pressed in a state of being filled in a mold to produce a green compact. The compact is heated in the temperature range of 150 ° C to 450 ° C, and then immediately solidified by extrusion to produce a magnesium alloy material. If the heating temperature is less than 150 ° C, dynamic recrystallization does not proceed and fine magnesium crystal grains cannot be obtained. On the other hand, if the heating temperature exceeds 450 ° C, it will be fine. There is a problem that the recrystallization structure grows and becomes coarse. In consideration of the effect of heat generated during extrusion, the molded body temperature is preferably 200 ° C to 350 ° C. From the viewpoint of densification, the extrusion ratio is 10 or more, more preferably 30 or more.
実施例 1  Example 1
[0053] 铸造法により作製した AZ91Dインゴット(組成 _A1 : 9. 1 , Zn: 0. 85, Mn : 0. 23 重量%, Mg :残部)を溶体化熱処理 (413°C X 16時間の加熱保持後に空冷)した後 、続いて時効熱処理(251°C X 4時間の加熱保持後に窒素ガス雰囲気の炉内で冷 却)を施した。このインゴットから粉砕加工により粉体を作製した (T6熱処理 AZ91D 粉体)。  [0053] An AZ91D ingot (composition _A1: 9.1, Zn: 0.85, Mn: 0.23 wt%, Mg: balance) prepared by a forging method was subjected to a solution heat treatment (413 ° CX for 16 hours after heating) After air cooling, an aging heat treatment (251 ° C. X 4 hours after heating and cooling in a nitrogen gas furnace) was performed. Powder was produced from this ingot by pulverization (T6 heat-treated AZ91D powder).
[0054] 一方、比較として、铸造したインゴットを溶体化熱処理のみを施した状態で、同一条 件下で粉砕加工により粉体を作製した (溶体化処理 AZ91D粉体)。レ、ずれの粉体も 粒径は 0· 5〜4mmの範囲であった。  [0054] On the other hand, as a comparison, a powder was produced by pulverization under the same conditions in a state where the fabricated ingot was only subjected to solution heat treatment (solution treatment AZ91D powder). The particle size of the powders of la and misalignment was in the range of 0.5 mm to 4 mm.
[0055] それぞれの AZ91D粉体を出発原料とし、ローラーコンパクタ装置による塑性カロェ を施した。ここで、ロール直径は 100mm、ロールの周速度は 100mm/秒、ロール 間のクリアランスは 0. lmm、ロールの表面温度および原料粉体温度はいずれも常 温とした。ロールによる塑性カ卩ェを施した板状の連結した粉体を、カッターミル装置 によって長さ:!〜 5mm程度に粉砕することで所定のマグネシウム合金粉体( 1パス品 )を作製した。この処理を繰り返し行うことで結晶粒の微細化を行なった。ここでは、 2 0回および 40回繰り返した場合の粉体をそれぞれ N = 20、 40とし、ロールによる塑 性力卩ェを施さない場合を N = 0とする。  [0055] Each AZ91D powder was used as a starting material, and was subjected to plastic caloe using a roller compactor device. Here, the roll diameter was 100 mm, the peripheral speed of the roll was 100 mm / second, the clearance between the rolls was 0.1 mm, and the surface temperature of the roll and the raw material powder temperature were both normal temperatures. Predetermined magnesium alloy powder (one-pass product) was prepared by pulverizing the plate-like connected powders, which were plastic-carried by rolls, to a length of about 5 mm to 5 mm using a cutter mill device. By repeating this process, the crystal grains were refined. Here, the powders after 20 and 40 repetitions are N = 20 and 40, respectively, and N = 0 when no plastic force due to the roll is applied.
[0056] 図 3は AZ91Dインゴットの組織写真であり、(a)は铸造後の組織写真、 (b)は溶体 化処理後の組織写真、 (c)は T6熱処理 (溶体化 +時効熱処理)後の組織写真を示 してレ、る。図 3の組織写真から明らかなように、溶体化処理により、錡造後に析出して いる粗大な Mg A1 化合物はマグネシウム素地中に固溶し、さらにこれを時効熱処  [0056] Fig. 3 is a structure photograph of AZ91D ingot, (a) is a structure photograph after fabrication, (b) is a structure photograph after solution treatment, (c) is after T6 heat treatment (solution + aging heat treatment) Show your organization picture. As is clear from the structural photograph in Fig. 3, the solution treatment causes the coarse Mg A1 compound that has precipitated after forging to form a solid solution in the magnesium substrate.
17 12  17 12
理することで、微細な金属間化合物が素地中に均一に分散していることが認められる  It is recognized that fine intermetallic compounds are uniformly dispersed in the substrate.
[0057] 図 3 (c)の T6熱処理後の AZ91Dの組識を拡大した組織写真を図 4に示す。 500 〜800ナノメートノレ (nm)の微細な粒状化合物が均一に分散しており、 T6熱処理を 施すことで、出発原料において本発明が目的とする所定の組識構造が形成されてい る。 [0057] Fig. 4 shows an enlarged structure photograph of AZ91D after T6 heat treatment in Fig. 3 (c). 500-800 nanometers (nm) of fine granular compounds are uniformly dispersed, and T6 heat treatment As a result, the predetermined tissue structure that is the object of the present invention is formed in the starting material.
[0058] 図 5に、ロールによる塑性カ卩ェを施した AZ91D粉体の組識写真を示す。(a)は本発 明による T6処理後の組織を示し、 (b)は比較例の溶体化処理のみの場合の組織を 示している。 T6処理を施した AZ91D粉体を用いた場合、ロールによる塑性カ卩ェを 2 0回および 40回行なうことで、マグネシウム素地は均質な組識を示しており、結晶粒 径が 2〜5ミクロン程度にまで微細化していることが認められる。他方、 (b)の溶体化 処理を施した AZ91D粉体を用いた場合、 40回の塑性カ卩ェを行っても素地は不均質 な混合組識(写真では白色と黒色の領域が入り混じった状態)を呈しており、マグネ シゥム素地は 20ミクロンを超える粗大な結晶粒力 構成されている。  [0058] FIG. 5 shows an organizational photograph of the AZ91D powder that has been subjected to plastic covering by a roll. (A) shows the structure after T6 treatment according to the present invention, and (b) shows the structure in the case of only the solution treatment of the comparative example. In the case of using AZ91D powder with T6 treatment, the magnesium substrate shows a homogeneous structure with 20 and 40 plastic rolls, and the grain size is 2-5 microns. It is recognized that it is miniaturized to the extent. On the other hand, when using the AZ91D powder that has undergone the solution treatment of (b), the substrate is heterogeneous even after 40 plastic cycles (white and black areas are mixed in the photo). The magnesium substrate is composed of coarse grain strength exceeding 20 microns.
[0059] 図 6に各粉体の微小硬さ(マイクロビッカース硬度)試験結果を示す。いずれの出発 原料粉体においても、ロールによる塑性カ卩ェ回数の増加と共に硬さは増加している 、 T6熱処理を施した AZ91D粉体の硬さがより高い値を示している。また両者の硬 さの差は、加工回数の増加にしたがって増大している。つまり、 T6熱処理を施した A Z91D粉体の方力 ロールを用いた塑性カ卩ェによる加工ひずみ力 より効果的に素 地中に蓄積していることが認められる。  [0059] Fig. 6 shows the microhardness (micro Vickers hardness) test results of each powder. In any starting raw material powder, the hardness increases with an increase in the number of plastic cages by the roll, but the hardness of the AZ91D powder subjected to T6 heat treatment shows a higher value. Moreover, the difference in hardness between the two increases as the number of machining operations increases. In other words, it can be seen that the AZ91D powder that has undergone T6 heat treatment accumulates more effectively in the substrate than the processing strain force caused by the plastic cage using the direction roll.
実施例 2  Example 2
[0060] 実施例 1で作製した各 AZ91D粉体を、油圧プレス機を用いて常温で金型成形して 円柱状の押出用ビレットを作製した。このビレットを窒素ガス雰囲気中で 400°C X 5分 間の加熱を行った後、直ちに温間押出加工(押出比 r= 37)を施すことで緻密な棒 材を作製した。各マグネシウム合金押出素材より弓 I張試験片(平行部 20mm)を採取 し、常温にてひずみ速度毎秒 10_4で引張試験を行った。その際の引張耐カ(0. 2% 歪)、引張強さ、破断伸びの測定結果を表 1に示す。 [0060] Each AZ91D powder produced in Example 1 was molded at room temperature using a hydraulic press to produce a cylindrical extrusion billet. The billet was heated in a nitrogen gas atmosphere at 400 ° C for 5 minutes, and then immediately subjected to warm extrusion (extrusion ratio r = 37) to produce a dense bar. Bow I Zhang specimens from each magnesium alloy extruded material (the parallel portion 20 mm) were collected and subjected to a tensile test at a strain rate per second 10_ 4 at room temperature. Table 1 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0061] [表 1] 引張耐カ パス回数 N 0 20 40 [0061] [Table 1] Tensile resistance resistance N 0 20 40
(MPa) T6熱処理 210 264 322  (MPa) T6 heat treatment 210 264 322
溶体化処理 203 229 246  Solution treatment 203 229 246
引張強さ パス回数 N 0 20 40  Tensile strength Number of passes N 0 20 40
(M Pa) T6熱処理 332 369 385  (M Pa) T6 heat treatment 332 369 385
溶体化処理 327 341 354  Solution treatment 327 341 354
破断伸び パス回数 N 0 20 40  Elongation at break Number of passes N 0 20 40
(%) T6熱処理 21.2 18.4 18.7  (%) T6 heat treatment 21.2 18.4 18.7
溶体化処理 18.5 14.1 13.2  Solution treatment 18.5 14.1 13.2
[0062] 本発明例である T6処理を施した AZ91D粉末を用いることにより、ローノレによる塑 性加工を経由した押出素材の引張強さおよび 0. 2%耐カは、いずれも著しく増大し ており、特に、引張耐カは 250〜300MPaを超える高い値を示した。また破断伸び に関しても、 18%程度と高い値を維持している。このように本発明による製造方法を 用いることで、高い引張耐力と高レ、靭性を有するマグネシウム合金を作製することが 可能である。 [0062] By using the AZ91D powder subjected to T6 treatment, which is an example of the present invention, the tensile strength and 0.2% resistance of the extruded material that passed through plastic working by Ronole both increased remarkably. In particular, the tensile strength was high, exceeding 250 to 300 MPa. In addition, the elongation at break remains high at around 18%. Thus, by using the production method according to the present invention, it is possible to produce a magnesium alloy having high tensile strength, high resistance and toughness.
[0063] 一方、比較例である、溶体化熱処理のみを施した AZ91D粉体を用いた場合、ロー ルによる塑性カ卩ェ回数が増加するに連れて引張耐カ ·引張強さは増大するものの、 本発明例の T6熱処理粉体の結果と比較すると、それらの値は低ぐ特に引張耐カは 250MPaに到達してレ、なレ、ことがわ力、る。  [0063] On the other hand, in the case of using the AZ91D powder, which is a solution heat treatment only, which is a comparative example, the tensile strength and tensile strength increase as the number of rolls of plastic by roll increases. Compared with the results of the T6 heat-treated powder of the present invention example, those values are low, and in particular, the tensile strength reaches 250 MPa.
[0064] ロールによる塑性カ卩ェを 40回行った場合の押出素材について、光学顕微鏡による 組識観察結果を図 7に示す。 (a)に示すように、本発明例の T6熱処理 AZ91D粉体 を用いた場合、画像解析によりマグネシウム素地の結晶粒径分布を測定した結果、 最大結晶粒径は 4. 2 μ πι、平均結晶粒径は 1. 5 μ πιであり、押出加工過程で動的再 結晶による微細組識が形成された。一方、(b)の比較例である溶体化処理 AZ91D 粉体を用いた場合、押出素材の最大結晶粒径は 21 μ ΐη、平均結晶粒径は 9. 6 μ ΐη であり、 (a)に示した T6熱処理 AZ9 ID粉体の場合に比べて著しく粗大な組識である 。つまり、本発明例の T6熱処理 Mg合金粉体に対して、ロールによる塑性加工を施 すことで、素地に析出'分散した微細な金属間化合物析出物の周辺に、より多くの加 ェひずみが蓄積され、その結果、動的再結晶がより効果的に促進して微細な結晶粒 を形成した。  [0064] Fig. 7 shows the results of tissue observation of the extruded material when the roll was plastic-cured 40 times using an optical microscope. As shown in (a), when the T6 heat-treated AZ91D powder of the present invention example was used, the crystal grain size distribution of the magnesium substrate was measured by image analysis. As a result, the maximum crystal grain size was 4.2 μπι, the average crystal The particle size was 1.5 μπι, and a fine texture was formed by dynamic recrystallization during the extrusion process. On the other hand, when the solution-treated AZ91D powder, which is a comparative example of (b), was used, the maximum crystal grain size of the extruded material was 21 μΐη, and the average crystal grain size was 9.6 μΐη. Compared to the case of the T6 heat treatment AZ9 ID powder shown, the structure is extremely coarse. In other words, when T6 heat-treated Mg alloy powder of the present invention is subjected to plastic working with a roll, more applied strain is generated around fine intermetallic compound precipitates deposited and dispersed on the substrate. As a result, dynamic recrystallization promoted more effectively and formed fine crystal grains.
実施例 3 [0065] 铸造法により作製した ZAXE1713インゴット(組成— Α1 : 7· 1 , Zn: 0. 95, Ca : 0.Example 3 [0065] ZAXE1713 ingot produced by forging method (composition— Α1: 7 · 1, Zn: 0.95, Ca: 0.
93, La : 2. 87重量%, Mg:残部)を溶体化熱処理(420°C X 16時間の加熱保持後 に空冷)した後、続レ、て時効熱処理(180°C X 36時間の加熱保持後に窒素ガス雰囲 気の炉内で冷却)を施した。このインゴットから粉砕カ卩ェにより粉体を作製した (T6熱 処理 ZAXE1713粉体)。一方、比較として、铸造したインゴットを熱処理せずに、同 一条件下で粉砕加工により粉体を作製した (熱処理なし ZAXE1713粉体)。レ、ずれ の粉体も粒径は 0. 6〜4mmの範囲であった。それぞれの ZAXE1713粉体を出発 原料とし、ローラーコンパクタ装置による塑性カ卩ェを施した。 93, La: 2. 87 wt%, Mg: the balance) is solution heat treated (air-cooled after heating at 420 ° CX for 16 hours), followed by aging heat treatment (180 ° CX after heating for 36 hours) (Cooled in a furnace with nitrogen gas atmosphere). Powder was produced from this ingot by pulverization (T6 heat-treated ZAXE1713 powder). On the other hand, for comparison, a powder was produced by pulverization under the same conditions without heat-treating the fabricated ingot (ZAXE1713 powder without heat treatment). The particle sizes of the powders of the les and slips were in the range of 0.6 to 4 mm. Each ZAXE1713 powder was used as a starting material and subjected to plastic cleaning using a roller compactor device.
[0066] ここで、実施例 1と同様、ロール直径は 100mm、ロールの周速度は 100mm/秒、 ロール間のクリアランスは 0. lmm、ロールの表面温度および原料粉体温度はいず れも常温とした。ロールによる塑性カ卩ェを施した板状の連結した粉体を、カッターミル 装置によって長さ:!〜 5mm程度に粉砕することで所定のマグネシウム合金粉体( 1パ ス品)を作製した。これを繰り返し行うことで結晶粒の微細化を行なった。ここでは、口 ールによる塑性加工の繰り返し回数を最大 30回とし、ロールによる塑性加工を施さな い場合を N = 0とする。  [0066] Here, as in Example 1, the roll diameter was 100 mm, the roll peripheral speed was 100 mm / second, the clearance between the rolls was 0.1 mm, and the roll surface temperature and raw material powder temperature were both normal. did. Predetermined magnesium alloy powder (one-pass product) was prepared by crushing the plate-like connected powder that had been subjected to plastic casing by a roll to a length of about 5 mm to 5 mm with a cutter mill device. By repeating this, the crystal grains were refined. Here, the maximum number of repetitions of plastic working by means of a tool is set to 30 times, and N = 0 when no plastic working by rolls is performed.
[0067] 各 ZAXE1713粉体を、油圧プレス機を用いて常温で金型成形して円柱状の押出 用ビレットを作製した。このビレットを窒素ガス雰囲気中で 400°C X 5分間の加熱を行 つた後、直ちに温間押出加工 (押出比 r= 37)を施すことで緻密な棒材を作製した。 各マグネシウム合金押出素材より引張試験片(平行部 20mm)を採取し、常温にてひ ずみ速度毎秒 5 X 10— 4で引張試験を行なった。その際の引張耐カ(0. 2%歪)、引 張強さ、破断伸びの測定結果を表 2に示す。 [0067] Each ZAXE1713 powder was die-molded at room temperature using a hydraulic press to produce a cylindrical extrusion billet. The billet was heated in a nitrogen gas atmosphere at 400 ° C. for 5 minutes, and immediately subjected to warm extrusion (extrusion ratio r = 37) to produce a dense bar. Tensile specimen from each magnesium alloy extruded material (the parallel portion 20 mm) were collected and subjected to tensile test at room temperature Nitehi Zumi rate per 5 X 10- 4. Table 2 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0068] [表 2]  [0068] [Table 2]
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
[0069] 本発明例である T6処理を施した ZAXE1713粉末を用いることで、ロールによる塑 性加工を経由した押出素材の引張強さおよび 0. 2%耐カは、いずれも著しく増大し ており、特に、引張耐カは 250〜300MPaを超える高い値を示した。また破断伸び に関しても、 16%以上と高い値を維持している。このように本発明による製造方法を 用いることで、高い引張耐力と高レ、靭性を有するマグネシウム合金を作製することが 可能である。 [0069] By using the ZAXE1713 powder that has been subjected to the T6 treatment, which is an example of the present invention, Both the tensile strength and 0.2% resistance of the extruded material that passed through the tempering process increased remarkably, and in particular, the tensile resistance showed a high value exceeding 250 to 300 MPa. Also, the elongation at break remains at a high value of over 16%. Thus, by using the production method according to the present invention, it is possible to produce a magnesium alloy having high tensile strength, high resistance and toughness.
[0070] 一方、比較例である、熱処理を施さない ZAXE1713粉体を用いた場合、ロールに よる塑性カ卩ェ回数が増加するに連れて引張耐カ '引張強さは増大するものの、本発 明の T6熱処理粉体の結果と比較すると、それらの値は低ぐ特に引張耐カは 250M Paに到達していないことがわかる。  [0070] On the other hand, when ZAXE1713 powder that is not heat-treated, which is a comparative example, was used, the tensile strength increased as the number of plastic cages by the roll increased. Compared with the results for the bright T6 heat treated powder, these values are low, and in particular, the tensile strength does not reach 250 MPa.
[0071] T6熱処理を施した ZAXE1713粉体について、ロールによる塑性加工を 3, 10, 2 0, 30回施した粉体を押出固化して得られた Mg合金の押出方向の組識観察結果を 図 8に示す。加工回数の増加と共に、素地を構成するマグネシウムの結晶粒径は小 さくなつており、特に、 20回では最大結晶粒径は 9. 2 μ ΐη、平均結晶粒径は 4. 8 μ mとなり、 30回では最大結晶粒径は 4. 4 μ ΐη、平均結晶粒径は 1. 2 /i mであった。 実施例 4  [0071] With regard to the ZAXE1713 powder that has been subjected to T6 heat treatment, the results of observation of the texture in the extrusion direction of the Mg alloy obtained by extruding and solidifying the powder subjected to plastic processing by rolls 3, 10, 20, 30 times Figure 8 shows. As the number of processing increases, the crystal grain size of magnesium constituting the substrate becomes smaller.In particular, the maximum crystal grain size is 9.2 μΐη and the average crystal grain size is 4.8 μm at 20 times. At 30 times, the maximum crystal grain size was 4.4 μΐη, and the average crystal grain size was 1.2 / im. Example 4
[0072] 铸造法により作製した AZ80Aインゴット(組成 _A1 : 8. 2, Zn : 0. 51 , Mn : 0. 18 重量%, Mg:残部)を溶体化熱処理 (410°C X 6時間の加熱保持後に空冷)した後、 続いて時効熱処理(175°C X 26時間の加熱保持後に窒素ガス雰囲気の炉内で冷 却)を施した。このインゴットから粉砕カ卩ェにより粉体を作製した (T6熱処理 AZ80A 粉体)。一方、比較として、錡造したインゴットを熱処理せずに、同一条件下で粉砕加 ェにより粉体を作製した(熱処理なし AZ80A粉体)。いずれの粉体も粒径は 0. 6〜4 mmの範囲であった。  [0072] AZ80A ingot (composition _A1: 8.2, Zn: 0.51%, Mn: 0.18 wt%, Mg: balance) prepared by the forging method was subjected to solution heat treatment (410 ° CX after heating for 6 hours) After air cooling, aging heat treatment (175 ° C × 26 hours after heating and cooling in a nitrogen gas furnace) was performed. Powder was prepared from this ingot by pulverization (T6 heat treatment AZ80A powder). On the other hand, as a comparison, a powder was produced by pulverization under the same conditions without heat treatment of the fabricated ingot (AZ80A powder without heat treatment). All powders had a particle size in the range of 0.6 to 4 mm.
[0073] それぞれの AZ80A粉体を出発原料とし、ローラーコンパクタ装置による塑性カロェ を施した。ここで、実施例 1と同様、ロール直径は 100mm、ロールの周速度は 100m m/秒、ロール間のクリアランスは 0. lmm、ロールの表面温度および原料粉体温度 はいずれも常温とした。ロールによる塑性加工を施した板状の連結した粉体を、カツ ターミル装置によって長さ l〜5mm程度に粉砕することで所定のマグネシウム合金 粉体(1パス品)を作製した。これを繰り返し行うことで結晶粒の微細化を行なった。こ こでは、ロールによる塑性カ卩ェの繰り返し回数を最大 50回とし、ロールによる塑性カロ ェを施さない場合を N = 0とする。 [0073] Each AZ80A powder was used as a starting material, and was subjected to plastic caloe using a roller compactor device. Here, as in Example 1, the roll diameter was 100 mm, the roll peripheral speed was 100 mm / sec, the clearance between rolls was 0.1 mm, and the roll surface temperature and raw material powder temperature were both room temperature. Predetermined magnesium alloy powder (one-pass product) was prepared by pulverizing plate-like connected powder that had undergone plastic working with a roll to a length of about 1 to 5 mm using a cutter mill. By repeating this, the crystal grains were refined. This Here, the maximum number of repetitions of plastic cage by rolls is 50, and N = 0 when no plastic carriage by rolls is applied.
[0074] 各 AZ80A粉体を、油圧プレス機を用いて常温で金型成形して円柱状の押出用ビ レットを作製した。このビレットを窒素ガス雰囲気中で 400°C X 5分間の加熱を行った 後、直ちに温間押出加工 (押出比 r= 37)を施すことで緻密な棒材を作製した。各マ グネシゥム合金押出素材より引張試験片(平行部 20mm)を採取し、常温にてひずみ 速度毎秒 5 X 10— 4で引張試験を行なった。その際の引張耐カ(0. 2%歪)、引張強 さ、破断伸びの測定結果を表 3に示す。 [0074] Each AZ80A powder was molded at room temperature using a hydraulic press to produce a cylindrical extrusion billet. The billet was heated in a nitrogen gas atmosphere at 400 ° C. for 5 minutes and immediately subjected to warm extrusion (extrusion ratio r = 37) to produce a dense bar. Tensile from each Ma Guneshiumu alloy extruded material specimen (parallel part 20 mm) were collected and subjected to tensile test at a rate per second 5 X 10- 4 strain at room temperature. Table 3 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0075] [表 3]  [0075] [Table 3]
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Figure imgf000018_0001
[0076] 本発明例である T6処理を施した AZ80A粉末に対して、ロールによる塑性加工を 施した場合、引張耐カは 262〜317MPaと高ぐ併せて 17· 9-18. 9%の高い破 断伸びを有する。  [0076] When the AZ80A powder subjected to T6 treatment, which is an example of the present invention, is subjected to plastic working with a roll, the tensile strength is 262 to 317 MPa, which is high at 17 · 9-18.9% Has breaking elongation.
[0077] 一方、比較例においては、 T6熱処理 AZ80A粉体を用いた場合であっても、ロー ルによる塑性加工を施さなければ、引張耐カは 208MPaと低い値を示した。熱処理 を施さなレ、 AZ80A粉体において、ロールによる塑性加工を 20回行なった場合でも、 引張耐カは 218MPaとなり、本発明例に比べて著しく低いことがわかる。  [0077] On the other hand, in the comparative example, even when T6 heat treatment AZ80A powder was used, the tensile strength was as low as 208 MPa unless plastic processing was performed by rolls. In the case of the AZ80A powder without heat treatment, the tensile strength is 218 MPa even when plastic processing with a roll is performed 20 times, which is significantly lower than the example of the present invention.
実施例 5  Example 5
[0078] 実施例 3で作製した T6熱処理 ZAXE1713粉体(ロールによる塑性加工回数; 30 回)を用いて、金型成形により押出用ビレットを作製した。これを温間押出(押出比 r = 37)により緻密固化する際の、ビレット加熱温度を表 4に記載の条件としてマグネシ ゥム合金押出素材を作製した。各マグネシウム合金押出素材より引張試験片(平行 部 20mm)を採取し、常温にてひずみ速度毎秒 5 X 10—4で引張試験を行なった。そ の際の引張耐カ(0. 2%歪)、引張強さ、破断伸びの測定結果を表 4に示す。 [0078] Using the T6 heat-treated ZAXE1713 powder (number of times of plastic working by roll: 30 times) produced in Example 3, an extrusion billet was produced by molding. When this was densified and solidified by warm extrusion (extrusion ratio r = 37), the billet heating temperature was set as shown in Table 4 to produce a magnesium alloy extruded material. Tensile from each magnesium alloy extruded material specimen (parallel part 20 mm) were collected and subjected to tensile test at a strain rate per second 5 X 10- 4 at room temperature. So Table 4 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0079] [表 4] [0079] [Table 4]
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
[0080] 本発明が規定する適正なビレット温度を満足する場合、引張耐カは 300MPaを超 える高い値を示す。一方、比較例であるビレット温度が 130°Cの場合には、押出加工 過程での再結晶が十分に進行しなレ、ために高レヽ弓 [張耐カが得られなレ、。また比較 例であるビレット温度が 480°Cの場合には、押出加工過程で微細な再結晶組識が成 長 ·粗大化するために高い引張耐カが得られなレ、。  [0080] When the proper billet temperature specified by the present invention is satisfied, the tensile strength is a high value exceeding 300 MPa. On the other hand, when the billet temperature, which is a comparative example, is 130 ° C, recrystallization during the extrusion process does not proceed sufficiently, so a high bow [cannot obtain tension resistance]. In addition, when the billet temperature is 480 ° C, which is a comparative example, a fine recrystallization structure grows and coarsens during the extrusion process, so high tensile strength cannot be obtained.
実施例 6  Example 6
[0081] 実施例 3で作製した T6熱処理 ZAXE1713粉体を用いて、実施例 1と同様の条件 でロールによる塑性カ卩ェを最大 30回まで行い、粉体組識構造の微細化を行なった。 その際、ロール表面と粉体の温度と共に、常温あるいは 200°Cとした。得られた Mg 合金粉体を油圧プレス機により常温で金型成形して円柱状の押出用ビレットを作製 した。このビレットを窒素ガス雰囲気中で 400°C X 5分間の加熱を行った後、直ちに 温間押出加工(押出比 r= 37)を施すことで緻密な棒材を作製した。各マグネシウム 合金押出素材より引張試験片(平行部 20mm)を採取し、常温にてひずみ速度毎秒 5 X 10—4で引張試験を行なった。その際の引張耐カ(0. 2%歪)、引張強さ、破断伸 びの測定結果を表 5に示す。 [0081] Using the T6 heat-treated ZAXE1713 powder produced in Example 3, the plastic structure was rolled up to 30 times under the same conditions as in Example 1 to refine the powder texture structure. . At that time, the temperature of the roll surface and the powder was set to room temperature or 200 ° C. The obtained Mg alloy powder was molded with a hydraulic press at room temperature to produce a cylindrical billet for extrusion. The billet was heated in a nitrogen gas atmosphere at 400 ° C. for 5 minutes, and then immediately subjected to warm extrusion (extrusion ratio r = 37) to produce a dense bar. Tensile from each magnesium alloy extruded material specimen (parallel part 20 mm) were collected and subjected to tensile test at a strain rate per second 5 X 10- 4 at room temperature. Table 5 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0082] [表 5]  [0082] [Table 5]
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Figure imgf000019_0002
本発明例である、ロール表面および粉体の温度を常温とした場合、得られた Mg合 金押出素材の引張耐カ '引張強さ'破断伸びは、 V、ずれも高レヽ値を示した。 In the example of the present invention, when the temperature of the roll surface and the powder is normal temperature, the obtained Mg composite The tensile strength and tensile strength of the extruded gold material were V and the deviation was high.
[0084] これに対して、比較例である、ロール表面および粉体の温度を時効処理温度(175 °C)よりも高レ、 200°Cとした場合、引張耐カ'引張強さは共に、本発明例に比べて著 しく低下した。特に、耐カに関しては、加工回数が増加するにも関わらず、ほぼ一定 の値を示した。これは、 Mg合金粉体を時効処理温度以上に加熱した状態でロール による塑性カ卩ェを行う場合、過時効現象によって析出物の周辺に加工歪が十分に蓄 積せず、その結果、押出加工過程における動的再結晶による微細組識が形成され にくくなり、耐力の低下が生じたからである。 [0084] On the other hand, when the temperature of the roll surface and powder, which is a comparative example, is higher than the aging treatment temperature (175 ° C) and 200 ° C, the tensile strength and tensile strength are both This was significantly lower than that of the inventive example. In particular, the resistance was almost constant despite the increase in the number of machining operations. This is because when Mg alloy powder is heated to a temperature higher than the aging treatment temperature and rolls are subjected to plastic caching, the work strain does not accumulate sufficiently around the precipitates due to the overaging phenomenon. This is because it is difficult to form a fine structure due to dynamic recrystallization in the processing process, resulting in a decrease in yield strength.
実施例 7  Example 7
[0085] 実施例 4で作製した AZ80A押出素材の押出方向の断面について、マグネシウム の底面(0001)の配向性を評価した結果を図 9の極点図に示す。ここでは、ロールに よる塑性加工回数を 5, 10, 30, 50回とした。加工回数が 10回までは、(0001)面が 押出方向に沿った典型的な押出素材が示す集合組識を形成している。しかしながら 、 30回および 50回においては、底面配向性が弱まっており、言い換えると、 (0001) 底面以外の(10— 10)柱面や(10— 11)錐面といった非底面も押出方向にそって配 歹 IJしている。  [0085] The results of evaluating the orientation of the bottom surface (0001) of magnesium with respect to the cross section in the extrusion direction of the AZ80A extruded material produced in Example 4 are shown in the pole figure of FIG. Here, the number of times of plastic working by roll was set to 5, 10, 30, 50 times. Up to 10 processing times, the (0001) plane forms the aggregate texture shown by typical extruded materials along the extrusion direction. However, at 30 and 50 times, the bottom surface orientation is weakened. In other words, non-bottom surfaces such as (10-10) pillar surfaces and (10-11) conical surfaces other than the (0001) bottom surface are aligned along the extrusion direction. I'm doing IJ.
[0086] 一方、熱処理を施さない Mg合金粉体では、 50回の塑性カ卩ェ後においても、底面 配向性の著しい低下は見られな力、つた。  [0086] On the other hand, in the Mg alloy powder not subjected to the heat treatment, the bottom orientation was not significantly decreased even after 50 plastic moldings.
[0087] 以上の結果より、本発明が規定する、ロールを用いた塑性カ卩ェを T6熱処理 Mg合 金粉体に施した後、押出加工により得られた Mg合金素材においては、動的再結晶 による結晶粒の微細化による引張耐力の増加に加えて、集合組識の無秩序化による 破断伸び (靭性)の向上が生じる。 [0087] From the above results, the Mg alloy material obtained by extruding the T6 heat treated Mg alloy powder after applying the plastic casing using the roll specified by the present invention to the dynamic recycle is shown in FIG. In addition to the increase in tensile strength due to the refinement of crystal grains, the fracture elongation (toughness) is improved due to disorder of the texture.
実施例 8  Example 8
[0088] 表 6に記載の組成を有する铸造マグネシウムインゴットを溶体化熱処理 (420°C X 1 6時間の加熱保持後に空冷)した後、続いて時効熱処理(180°C X 36時間の加熱保 持後に窒素ガス雰囲気の炉内で冷却)を施した。  [0088] A forged magnesium ingot having the composition shown in Table 6 was subjected to a solution heat treatment (420 ° CX, air-cooled after holding for 16 hours), followed by an aging heat treatment (180 ° CX, 36 hours after holding for 36 hours). Cooling in a furnace in a gas atmosphere.
[0089] [表 6] 金 成 (重量%) [0089] [Table 6] Kanari (wt%)
試料 No. 加工回数 Zn Al Ca し a 2r Sr Sc Ti Mg Sample No. Number of machining Zn Al Ca and a 2r Sr Sc Ti Mg
1 30 0.95 7.1 1 0.93 2.87 0 0 0 0 残部1 30 0.95 7.1 1 0.93 2.87 0 0 0 0 balance
2 30 1.06 6.94 0.98 3.04 0.85 0 0 0 残部2 30 1.06 6.94 0.98 3.04 0.85 0 0 0 Balance
3 30 1.1 1 7.15 1.08 2.93 1.97 0 0 0 残部3 30 1.1 1 7.15 1.08 2.93 1.97 0 0 0 balance
4 30 0.99 6.98 1.11 2.89 0 1.93 0 0 残部4 30 0.99 6.98 1.11 2.89 0 1.93 0 0 balance
5 30 1.03 7.09 0.97 2.97 0 2.59 0 0 残部5 30 1.03 7.09 0.97 2.97 0 2.59 0 0 balance
6 30 0.99 6.84 0.95 3.06 0 0 0.89 0 残部6 30 0.99 6.84 0.95 3.06 0 0 0.89 0 balance
7 30 1.05 7.01 1.02 2.98 0 0 0 1.16 残部7 30 1.05 7.01 1.02 2.98 0 0 0 1.16 balance
8 30 1.06 7.07 0.98 2.95 0 0 0 2.07 残部一8 30 1.06 7.07 0.98 2.95 0 0 0 2.07
9 30 0.96 7.08 1.1 1 2.87 0 1.03 0 0.86 残部9 30 0.96 7.08 1.1 1 2.87 0 1.03 0 0.86 balance
10 0 0.95 7.1 1 0.93 2.87 0 0 0 0 残部10 0 0.95 7.1 1 0.93 2.87 0 0 0 0 balance
1 1 0 1.1 1 7.15 1.08 2.93 1.97 0 0 0 残部1 1 0 1.1 1 7.15 1.08 2.93 1.97 0 0 0 balance
12 0 1.03 7.09 0.97 2.97 0 2.59 0 0 残部 12 0 1.03 7.09 0.97 2.97 0 2.59 0 0 balance
[0090] 各インゴットから粉砕加工によりマグネシウム合金粉体を作製した。いずれの粉体も 粒径は 0. 6〜4mmの範囲であった。各粉体を出発原料とし、ローラーコンパクタ装 置による塑性カ卩ェを施した。ここで、実施例 1と同様、ロール直径は 100mm、ロール の周速度は lOOmmZ秒、ロール間のクリアランスは 0. lmm、ロールの表面温度お よび原料粉体温度はレ、ずれも常温とした。 [0090] A magnesium alloy powder was produced from each ingot by pulverization. All powders had a particle size in the range of 0.6 to 4 mm. Each powder was used as a starting material, and a plastic cage was applied using a roller compactor. Here, as in Example 1, the roll diameter was 100 mm, the roll peripheral speed was lOO mmZ seconds, the clearance between the rolls was 0.1 mm, the roll surface temperature and the raw material powder temperature were low, and the deviation was normal temperature.
[0091] ロールによる塑性加工を施した板状の連結した粉体を、カッターミル装置によって 長さ:!〜 5mm程度に粉砕することで所定のマグネシウム合金粉体(1パス品)を作製 した。これを繰り返し行うことで結晶粒の微細化を行なった。ここでは、ローノレによる塑 性力卩ェの繰り返し回数を 30回とした。なお、比較としてロールによる塑性カ卩ェを施さ ない場合を N = 0とする。  [0091] Predetermined magnesium alloy powder (one-pass product) was produced by pulverizing the plate-like connected powder subjected to plastic working with a roll to a length of about 5 mm to 5 mm with a cutter mill device. By repeating this, the crystal grains were refined. Here, the number of repetitions of the plastic force due to Ronole was 30. As a comparison, N = 0 is the case where plastic rolls are not applied.
[0092] 続いて、各処理粉体を油圧プレス機を用いて常温で金型成形して円柱状の押出用 ビレットを作製した。このビレットを窒素ガス雰囲気中で 400°C X 5分間の加熱を行つ た後、直ちに温間押出加工 (押出比 r= 37)を施すことで緻密な棒材を作製した。各 マグネシウム合金押出素材より引張試験片(平行部 20mm)を採取し、常温にてひず み速度毎秒 5 X 10—4で引張試験を行なった。その際の引張耐カ(0. 2%歪)、引張 強さ、破断伸びの測定結果を表 7に示す。 [0092] Subsequently, each processed powder was molded at room temperature using a hydraulic press to produce a cylindrical extrusion billet. The billet was heated in a nitrogen gas atmosphere at 400 ° C. for 5 minutes and immediately subjected to warm extrusion (extrusion ratio r = 37) to produce a dense bar. Tensile specimen from each magnesium alloy extruded material (the parallel portion 20 mm) were collected and subjected to tensile test at room temperature Nitehizu seen rate per 5 X 10- 4. Table 7 shows the measurement results of tensile strength (0.2% strain), tensile strength, and elongation at break.
[0093] [表 7]
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[0093] [Table 7]
Figure imgf000022_0001
[0094] 試料 No.:!〜 9は本発明例であり、試料 No. 2〜9は試料 No. 1に Zr, Sr, Sc, Ti などの活性金属元素を適正範囲、添加した铸造マグネシウム合金インゴットから採取 した粉体を用いて得られた押出素材である。試料 No. 1の特性と比較して、 Zr, Sr, Sc, Tiなどの活性金属元素を添加することで、著しい伸び (靭性)の低下を伴うことな ぐ引張耐力および引張強さを向上させることができる。  [0094] Sample Nos .:! To 9 are examples of the present invention, and Samples Nos. 2 to 9 are forged magnesium alloys in which an active metal element such as Zr, Sr, Sc, and Ti is added to Sample No. 1 in an appropriate range. It is an extruded material obtained using powder collected from an ingot. Compared to the characteristics of sample No. 1, the addition of active metal elements such as Zr, Sr, Sc, Ti improves the tensile strength and tensile strength without significantly reducing elongation (toughness). be able to.
[0095] 一方、比較例である試料 No. 10〜12において、ロールによる塑性加工を施さなけ れば、活性金属元素を添加した場合であっても § I張耐カゃ引張強さの増加は認めら れず、かえって伸びの低下が生じた。  [0095] On the other hand, in Sample Nos. 10 to 12, which are comparative examples, if plastic working with a roll is not performed, even if an active metal element is added, § I tension resistance against tensile strength increases. Not recognized, the decrease in elongation occurred.
[0096] 以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実 施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲 内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可 能である。  Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the illustrated embodiments. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
産業上の利用可能性  Industrial applicability
[0097] この発明は、高い耐力と伸びとを両立させるマグネシウム合金を得るのに有利に利 用され得る。 The present invention can be advantageously used to obtain a magnesium alloy that achieves both high yield strength and elongation.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] 相対的に大きな結晶粒径を持つ出発原料粉末に対して、 1対のロール間に通して圧 縮変形またはせん断変形させる塑性加工を施して相対的に小さな結晶粒径としたマ グネシゥム合金粉体原料にぉレ、て、  [1] A starting material powder having a relatively large crystal grain size is subjected to plastic working that is compressed or sheared through a pair of rolls to obtain a relatively small crystal grain size. Alloy powder raw material,
前記出発原料粉末は、熱処理によって微細な金属間化合物を素地中に析出 '分 散させてレ、るマグネシウム合金粉末であり、  The starting material powder is a magnesium alloy powder obtained by precipitating and dispersing fine intermetallic compounds in the substrate by heat treatment.
前記塑性加工後のマグネシウム合金粉体中には、析出した前記金属間化合物の 周辺に加工歪が存在しており、  In the magnesium alloy powder after the plastic working, there is a working strain around the precipitated intermetallic compound,
前記塑性加工後のマグネシウム合金粉体の最大サイズが 10mm以下、最小サイズ が 0. 1mm以上であり、  The maximum size of the magnesium alloy powder after the plastic working is 10 mm or less, and the minimum size is 0.1 mm or more,
前記塑性加工後のマグネシウム合金粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最 大結晶粒径が 20 μ m以下であることを特徴とする、マグネシウム合金粉体原料。  A magnesium alloy powder raw material characterized in that the maximum crystal grain size of magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy powder after the plastic working is 20 µm or less.
[2] 前記金属間化合物は、 Mg Al , Al Ca, Mg Si, MgZn , Al Re (Re :希土類元 [2] The intermetallic compound is Mg Al, Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re: rare earth element)
17 12 2 2 2 3  17 12 2 2 2 3
素), Al Reおよび Al Mnからなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物である、 Element), at least one compound selected from the group consisting of Al Re and Al Mn,
11 3 6 11 3 6
請求項 1に記載のマグネシウム合金粉体原料。  The magnesium alloy powder raw material according to claim 1.
[3] 前記金属間化合物の最大粒子径が 5 μ m以下である、請求項 1に記載のマグネシゥ ム合金粉体原料。 [3] The magnesium alloy powder raw material according to claim 1, wherein the maximum particle size of the intermetallic compound is 5 μm or less.
[4] 前記金属間化合物の最大粒子径が 2 μ m以下である、請求項 1に記載のマグネシゥ ム合金粉体原料。  [4] The magnesium alloy powder raw material according to claim 1, wherein the maximum particle size of the intermetallic compound is 2 μm or less.
[5] 前記マグネシウム合金粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径力 S1 0 μ m以下である、請求項 1に記載のマグネシウム合金粉体原料。  [5] The magnesium alloy powder raw material according to claim 1, which has a maximum crystal grain size force S10 of 0 μm or less of the magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy powder.
[6] ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スカンジウム(Sc)およびチタン(Ti)からなる 群から選ばれた金属元素を重量基準で 0. 5%以上 4%以下含有し、残部が実質的 にマグネシウム (Mg)である、請求項 1に記載のマグネシウム合金粉体原料の製造方 法。  [6] Containing 0.5% to 4% by weight of a metal element selected from the group consisting of strontium (Sr), zirconium (Zr), scandium (Sc) and titanium (Ti), with the balance substantially The method for producing a magnesium alloy powder raw material according to claim 1, wherein the magnesium alloy is magnesium (Mg).
[7] 請求項 1に記載のマグネシウム合金粉体原料を圧粉成形した後に押出加工して得ら れたマグネシウム合金であって、  [7] A magnesium alloy obtained by subjecting the magnesium alloy powder raw material according to claim 1 to compacting and extrusion,
合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 10 μ m以下であり、 常温での引張耐力が 250MPa以上であることを特徴とする、高耐カマグネシウム合 金。 The maximum grain size of the magnesium particles constituting the alloy substrate is 10 μm or less, High-magnesium alloy with a tensile strength at room temperature of 250 MPa or more.
[8] 前記マグネシウム合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 5 μ m 以下であり、  [8] The maximum grain size of the magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy is 5 μm or less,
常温での引張耐力が 350MPa以上である、請求項 7に記載の高耐カマグネシウム 合金。  The high-magnesium-resistant alloy according to claim 7, wherein the tensile strength at room temperature is 350 MPa or more.
[9] 前記マグネシウム合金の素地中に、 Mg Al , Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re  [9] Mg Al, Al Ca, Mg Si, MgZn, Al Re (Re
17 12 2 2 2 3 17 12 2 2 2 3
:希土類元素), Al Reおよび Al Mnからなる群から選ばれた少なくとも一つの金属 : Rare earth element), at least one metal selected from the group consisting of Al Re and Al Mn
11 3 6  11 3 6
間化合物が析出'分散している、請求項 7に記載の高耐カマグネシウム合金。  The high-magnesium-resistant alloy according to claim 7, wherein the intermetallic compound is precipitated and dispersed.
[10] 出発原料粉末に対して塑性加工を施すことによって、該出発原料粉末の素地を構成 するマグネシウム粒子の結晶粒径を微細化する方法であり、 [10] A method for refining the crystal grain size of the magnesium particles constituting the substrate of the starting material powder by subjecting the starting material powder to plastic working.
前記出発原料粉末として、熱処理によって微細な金属間化合物を素地中に析出- 分散させてレ、るマグネシウム合金粉末を準備し、  As the starting material powder, a magnesium alloy powder is prepared by precipitating and dispersing fine intermetallic compounds in the substrate by heat treatment,
前記塑性加工は、出発原料粉末を 1対のロール間に通して圧縮変形またはせん断 変形させて前記金属間化合物の周辺に加工歪を付与する塑性加工であり、  The plastic working is a plastic working in which a starting raw material powder is passed between a pair of rolls and subjected to compression deformation or shear deformation to impart working strain around the intermetallic compound,
前記塑性加工を、粉体の最大サイズが 10mm以下で最小サイズが 0. 1mm以上、 かつ粉体の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 20 μ m以下になる まで繰り返して行なうことを特徴とする、マグネシウム合金粉体原料の製造方法。  The plastic working is repeated until the maximum size of the powder is 10 mm or less, the minimum size is 0.1 mm or more, and the maximum crystal grain size of the magnesium particles constituting the powder base is 20 μm or less. A method for producing a magnesium alloy powder raw material.
[11] 前記出発原料粉末としてのマグネシウム合金粉末を準備する工程は、 [11] The step of preparing magnesium alloy powder as the starting material powder,
铸造法によってマグネシウム合金インゴットを作製することと、  Producing a magnesium alloy ingot by a forging method;
前記マグネシウム合金インゴットを溶体化処理し、続レ、て時効熱処理を行なってィ ンゴットの素地中に微細な金属間化合物を析出 .分散させることと、  Subjecting the magnesium alloy ingot to solution treatment, followed by aging heat treatment to precipitate and disperse fine intermetallic compounds in the base of the ingot;
前記インゴットから機械加工によってマグネシウム合金粉体を取出すこととを含む、 請求項 10に記載のマグネシウム合金粉体原料の製造方法。  The method for producing a magnesium alloy powder raw material according to claim 10, comprising: taking out magnesium alloy powder from the ingot by machining.
[12] 前記塑性加工を行なう際に、投入する出発原料粉末の温度、およびこの出発原料粉 末が接触する前記ロールの表面温度を前記時効熱処理の温度以下にする、請求項[12] The temperature of the starting raw material powder to be charged and the surface temperature of the roll in contact with the starting raw material powder when performing the plastic working are set to be equal to or lower than the temperature of the aging heat treatment.
11に記載のマグネシウム合金粉体原料の製造方法。 11. A method for producing a magnesium alloy powder raw material according to 11.
[13] 前記マグネシウム合金インゴットは、ストロンチウム(Sr)、ジルコニウム(Zr)、スカンジ ゥム(Sc)およびチタン (Ti)からなる群から選ばれた金属元素を重量基準で 0· 5% 以上 4%以下含有し、残部が実質的にマグネシウム(Mg)である、請求項 11に記載 のマグネシウム合金粉体原料の製造方法。 [13] The magnesium alloy ingot comprises strontium (Sr), zirconium (Zr), scandi The metal element selected from the group consisting of hum (Sc) and titanium (Ti) is contained in an amount of 0.5% to 4% by weight, with the balance being substantially magnesium (Mg). The manufacturing method of magnesium alloy powder raw material of description.
[14] 請求項 1に記載のマグネシウム合金粉体原料を金型に充填した状態で加圧して圧粉 成形体を得る工程と、 [14] A step of pressing the magnesium alloy powder raw material according to claim 1 in a state filled in a mold to obtain a green compact,
前記マグネシウム合金圧粉成形体を 150°C以上 450°C以下の温度で加熱するェ 程と、  Heating the magnesium alloy powder compact at a temperature of 150 ° C or higher and 450 ° C or lower;
前記加熱の終了後、直ちに前記マグネシウム合金圧粉成形体を押出加工してマグ ネシゥム合金を製造する工程とを備える、高耐カマグネシウム合金の製造方法。  A process for producing a magnesium alloy by extruding the magnesium alloy compact immediately after the heating, and producing a magnesium alloy.
[15] 前記マグネシウム合金の素地を構成するマグネシウム粒子の最大結晶粒径が 10 μ m以下であり、常温での引張耐力が 250MPa以上である、請求項 14に記載の高耐 力マグネシウム合金の製造方法。 [15] The production of the high-strength magnesium alloy according to claim 14, wherein the maximum grain size of magnesium particles constituting the base of the magnesium alloy is 10 μm or less, and the tensile strength at room temperature is 250 MPa or more. Method.
[16] 前記マグネシウム合金圧粉成形体の加熱を 200°C以上 350°C以下の温度で行なう、 請求項 14に記載の高耐カマグネシウム合金の製造方法。 16. The method for producing a high-magnesium-resistant alloy according to claim 14, wherein the magnesium alloy powder compact is heated at a temperature of 200 ° C to 350 ° C.
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