耐热性镁铸造合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种耐热性镁铸造合金及其制造方法，其目的在于提供一种不像挤出合金那样在塑性加工中花费很大的能量和成本、在200℃～250℃左右的高温区域兼具机械特性和热传导性的耐热性镁铸造合金。本发明专利技术涉及一种热传导性优异的发动机部件用耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Y的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下，Zn与Y的组成比Zn/Y为0.65以上且为1.35以下，Mg母相的Mg纯度为97.0％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐热性镁铸造合金及其制造方法。
技术介绍
与铁、铝相比，镁的重量轻，因而人们研究了将镁用作替代由钢铁材料或铝合金材料形成的部件的轻量替代材料。作为机械性能、铸造性等优异的镁合金，已知有AZ91D。但是，一般的镁合金在200℃～250℃左右的高温区域的拉伸强度和蠕变伸长(クリープ伸び)等机械特性降低，无法得到与ADC12材、A4032-T6材等耐热铝合金相匹敌的高温强度(高温下的拉伸强度)。以往，作为具有耐热性的商用镁合金，已知有添加Y或混合稀土金属等稀土成分而使高温强度提高的WE54。另外，作为具备高强度的镁合金，例如在专利文献1中记载了一种镁合金，其是将具备下述组成的Mg合金铸造后进行挤出加工而成的，在该Mg合金的组成中，相对于总量含有1原子％～4原子％的Zn以及1原子％～4.5原子％的Y，余量由Mg和不可避免的的杂质构成，Zn与Y的组成比Zn/Y处于0.6～1.3的范围。该镁合金具备金属间化合物Mg3Y2Zn3以及显示出长周期结构的Mg12YZn，在常温下兼具高强度和高延性。此外，有人提出了在高温环境下具备高强度的耐热镁合金。例如，在非专利文献1中记载了一种含有Mg95.8Zn2Y2Zr0.2合金的挤出材料，其在473K(200℃)的屈服强度(σ0.2)为367MPa。另外，在专利文献2中记载了，对含有Mg-Zn-Y合金、具有长周期叠层结构相的铸造物进行挤出加工所得到一种挤出材料，该挤出材料的硬度和屈服强度与铸造物相比有了提高(段落0034)；由Mg97Zn1Y2构成的Mg合金的挤出材料根据在200℃的试验温度对0.2％屈服强度、拉伸强度、伸长率进行测定的结果，具备367MPa的屈服强度(表2)。另外，在专利文献3中记载了一种耐热性镁合金，其含有1原子％～3原子％的Zn、1原子％～3原子％的Y、以及0.01原子％～0.5原子％的Zr，Zn/Y处于0.6～1.3的范围，同时α-Mg相和金属间化合物Mg3Y2Zn3相微细地分散，并且长周期叠层结构以三维网眼状形成。该Mg合金是浇入到金属模具中并以10K/秒～103K/秒的速度进行冷却来制造出的，其显示出在200℃～250℃的高温环境下兼具高强度和高延性。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本专利第4500916号专利文献2：日本专利第3905115号专利文献3：日本特开2009-149952号公报【非专利文献】非专利文献1：Ienaga et al,“Casting Process and Mechanical of Large-Scale Extruded Mg-Zn-Y alloys”,SAE Technical Paper,2013-01-0979,2013年4月8日非专利文献2：河村能人，“LPSO型マグネシウム合金的特徴と今後的展望(LPSO型镁合金的特征和今后的展望)”,まてりあ(Materia),日本金属学会,2015年2月,第54卷,第2号,p.44-49
技术实现思路
【专利技术所要解决的课题】但是，现有的镁合金作为高温环境下使用的制品的材料还不充分。作为高温部件的材料使用现有的镁合金的情况下，部件温度由于使用环境而变得过高，其结果，部件的机械强度降低，因而部件材料需要具有更高的高温强度。特别是对于发动机本体等发动机部件来说，要求具有可在高温环境下长时间耐受燃烧室的爆炸负荷的高温强度。本专利技术人的着眼点在于，与耐热铝合金相比，现有的耐热镁合金无法确保充分的散热性，因而部件温度增高、机械强度降低。因此，为了提高Mg合金的散热性(放熱性)，对热传导性进行了研究。上述的耐热镁合金WE54和镁合金AZ91D的热传导率为51W/m·K～52W/m·K，与上述作为耐热铝合金的ADC12材的热传导率(92W/m·K)相比，仅为其一半左右。在专利文献1中，未示出在高温环境下的镁合金的机械强度。另外，非专利文献1的镁合金具有良好的高温强度，但常温下的热传导率为72.4W/m·K(非专利文献1的图5、表3)，作为高温环境下使用的部件材料的散热性并不充分。关于专利文献2的由Mg97Zn1Y2构成的Mg合金的挤出材料，0.2％屈服强度在250℃降低为215MPa，另外，并无关于其热传导性的记载。此外，非专利文献1和专利文献2的镁合金均是在铸造后进行挤出加工而得到的挤出材料。根据专利文献2的表1中示出的Mg-Zn-Y系挤出合金的机械特性，铸造材(比较例10)的Mg-Zn-Y系合金的拉伸强度大大劣于挤出材料(实施例)的Mg-Zn-Y系合金。另外，图5为非专利文献2的图4，其中示出了由Mg97Zn1Y2构成的LPSO(长周期叠层结构)型镁合金的挤出加工材料与铸态材料(鋳造まま材)中的应力和应变的变化。根据图5可知，与铸态材料相比，挤出加工材料具有高强度。本专利技术人推测，其原因在于，在冷却速度低的铸态材料中，长周期叠层结构相未以网状连续结晶析出，而呈现出间断的结晶析出状态。从这方面考虑，对于由Mg-Zn-Y系合金构成的铸造材，在专利文献3中提出了一种在高温环境下兼具高强度和高延性的耐热性镁合金。但是，在专利文献3中并无关于热传导性的记载，并未认识到使高温环境下使用的部件的散热性提高的技术问题。如上所述，在部件温度过高的使用环境下，部件的机械强度降低。特别是活塞、汽缸、发动机本体等发动机部件在高温环境下使用。因此，对于在发动机部件中使用的耐热性镁合金来说，除了具备高温区域的高强度和高延性以外，为了使该机械特性能够得以维持，还具备可抑制温度上升的高散热性是有效的。以往尚未获知兼具很高的高温强度和高热传导性的耐热镁合金。如上所述，发动机部件需要耐受高温燃烧室内的爆炸负荷。进而，采用了镁合金的发动机部件由于兼具用于适当地保持燃烧室温度的散热性，能够实现轻量化和油耗定额的提高。因此，本专利技术的目的在于提供一种在200℃～250℃左右的高温区域兼具良好的机械特性和热传导性的耐热性镁铸造合金。【解决课题的手段】本专利技术人针对上述课题进行了深入研究。其结果发现，通过在Mg母相周围的晶界形成以三维网眼状形成的Mg12ZnY的长周期叠层结构相来提高高温强度、同时形成
含有Mg纯度高的Mg母相的组织来达成高热传导率，由此可得到在高温区域兼具良好的机械特性和热传导性的耐热性镁铸造合金，从而完成了本专利技术。通过使Mg合金中含有的Zn和Y的含量、Zn与Y的组成比Zn/Y为特定的范围，在Mg母相(晶粒)周围的晶界以三维网眼状形成Mg12ZnY的长周期叠层结构相。该三维网眼状的长周期叠层结构相形成提高镁合金的强度的骨架，可得到良好的高温蠕变特性。此外，通过使上述Zn/Y为特定的范围，可抑制向Mg母相中固溶的Zn或Y、可维持Mg母相的Mg的高纯度。从而可得到具有高热传导率的耐热性镁铸造合金。具体地说，本专利技术提供下述方案。(1)一种热传导性优异的发动机部件用耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Y的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Zn与Y的组成比Zn/Y为0.65以上且为1.35以下；Mg母相的Mg纯度为97.0％以上。(2)一种热传导性优异的发动机部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热传导性优异的发动机部件用耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Y的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Zn与Y的组成比Zn/Y为0.65以上且为1.35以下；Mg母相的Mg纯度为97.0％以上。

【技术特征摘要】
2015.05.27 JP 2015-1077861.一种热传导性优异的发动机部件用耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Y的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Zn与Y的组成比Zn/Y为0.65以上且为1.35以下；Mg母相的Mg纯度为97.0％以上。2.一种热传导性优异的发动机部件用耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Y的含量以原子％计为1.2％以上且为4.0％以下、Zn与Y的组成比Zn/Y为0.65以上且为1.35以下；该合金的热传导率为80.0W/m·K以上，其200℃的拉伸强度为200MPa以上。3.一种耐热性镁铸造合金，其是含有Mg、Zn和Y的镁铸造合金，在该合金中，Zn的含量以原子％计大于3.0％且为4.0％以下、Y的含量以原子％计大于3.0％且为4.0％以下；Zn与Y的组成比Zn/Y大于0.75且为1.35以下。4.一种耐热性镁铸造合金，其是含有Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：家永裕一，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP