镁合金制造技术

本发明专利技术提供可以不依赖于高价的ＲＥ而提高耐热性的铸造用耐热镁合金。铸造用镁合金含有Ｃｕ，具体为Ａｌ（８．０重量％）；Ｃｕ（１．０～５．０重量％）；Ｚｎ（２．０重量％）；Ｂｅ（０．０１重量％）；Ｍｇ（其余部分）。考虑到耐腐蚀性，若将Ｃｕ的添加量调整为１．０～１．５重量％，则可以抑制耐腐蚀性的下降，如果再向其中添加０．５重量％～１．０重量％Ｍｎ，则可以改善耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镁合金，更具体涉及铸造用镁合金。
技术介绍
镁(Mg)的比重为1.74，为Al的约2/3，Fe的约1/4，是实用金属中最轻的，比强度、比刚度、电磁波屏蔽性、导热性、尺寸稳定性和切削性良好，而且具有可再利用等良好的性质。利用这些特性，镁被用于要求轻量性的移动电话和笔记本电脑等移动电子设备的机身等。此外，在汽车领域中，为了实现作为燃料消耗率改善的最有效手段的轻量化，也正在推进使用镁合金的汽车用部件的开发和实用化。作为代表性的铸造用镁合金，已知Mg-Al-Zn类的AZ91D合金和Mg-Al类的AM60B合金。镁的合金名依据ASTM标准，JIS标准也按其进行规定。其表示方法中，合金所含的元素符号如下进行标记A:Al，Z:Zn，M:Mn，K:Zr，E:RE，S:Si，Q:Ag，L:Li，C:Cu，W:Y，H:Tb等。另外，元素符号后的数字表示成分量，最后的字母表示制定的顺序。AZ91D合金的流动性、热裂性、收缩性等铸造性和机械性质的平衡良好，而且价格便宜，因此被用于从汽车零部件到电子设备的广阔领域中。AM60B合金的延展性比AZ91D合金好，因此被大量用于汽车零部件。作为AZ91D合金的使用例，可以例举钥匙壳体、天窗、伸缩式车顶、杂物箱、烟灰缸等。作为AM60B合金的使用例，可以例举仪表板的梁和支架等、座椅用框架、安全气囊罩、转向柱、踏板支架、ABS安装架、车轮等。
技术实现思路
为了实现汽车的进一步轻量化，正在研究在如传动和引擎周边等使用环境严酷的部位也采用镁合金。但是，AZ91D和AM60B等镁合金在100℃以上的环境下产生蠕变变形，影响螺栓紧固部的尺寸精度，存在紧固力下降的问题。因为该问题，所以开始开发可以用于温度条件严酷的使用环境的耐热镁合金。作为耐热镁合金的代表例，已知Mg-Al-Si类和Mg-RE类的合金。实际上，已知以Mg-Al-Si类的AS41A合金制成的发动机汽缸体和变速箱体的实际产品。但是，目前发现Mg-Al-Si类的AS21、AS41等合金在铸造时对模具发生粘附，而且无法获得适合用于引擎部件的足够的耐热性。另一方面，Mg-RE类的WE54合金、ZE41合金、QE22合金虽然耐热性良好，但它们都由于RE的价格高，存在引发成本升高的问题。即，RE为稀土金属，所以作为添加元素，价格较高。此外，如果添加RE，则铸造时的金属液流动性下降，粘附于模具，所以存在成形性差的问题和使室温下的强度下降的问题。如上所述，以往的关于耐热镁合金的开发方向可以分为2种趋向。即，基于WE54合金和QE22合金的Mg-RE类合金的开发和基于AZ91D和AM60B等Mg-Al类合金的开发。Mg-RE类合金最初是为了替代Mg-Th类合金而开发的，因此这些合金在200～300℃也显示出足够的耐热性，但原来是为了军用和比赛用的目的而开发，所以不具有可用于一般用途的汽车的量产性。作为Mg-RE类合金的开发趋向，已有大量为了提高铸造性而调整了Zn和Ag的添加量的合金和为了使耐热性进一步提高而加入Ca和Si的合金。另一方面，近年来有大量基于Mg-Al类合金的开发，基于铸造用AZ91D和AM60B等Mg-Al类合金，为了提高耐热性，致力于研究组合RE、Ca、Si、Sr进行添加。但是，这些添加元素若过量添加，不仅损害铸造性，而且使室温强度、耐腐蚀性下降。本专利技术的目的在于提供可以不依赖于高价的RE而提高耐热性的铸造用耐热镁合金。本专利技术的目的还在于提供取得耐热性和室温强度的平衡的铸造用耐热镁合金。本专利技术的目的还在于提供不仅取得耐热性和室温强度的平衡，而且耐腐蚀性的下降得到抑制的铸造用耐热镁合金。根据本专利技术，作为基础，通过提供以在含有约5.0～9.0重量％Al的Mg-Al类合金中添加了Cu为特征的铸造用耐热镁合金，从而解决上述的技术课题。可使用本专利技术的Mg-Al类合金较好是含有约8.0重量％Al的Mg-Al类合金。如果Cu的添加量为约1.0～5.0重量％，则可以取得耐热性和室温强度的平衡，为了抑制耐腐蚀性的下降，将Cu的添加量控制在约1.0～1.5重量％为宜，较好是再添加Mn。Mn的添加量较好是约0.5～1.0重量％。附图说明图1为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金及比较例的蠕变曲线。图2为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金的蠕变速度与比较例的图。图3为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的0.2％耐力与比较例的图。图4为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的最大拉伸应力与比较例的图。图5为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的拉伸伸长率与比较例的图。图6为添加了1.0～5.0重量％Cu的镁合金的腐蚀速度与比较例的图。图7为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金的腐蚀速度与比较例的图。图8为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金与比较例的蠕变曲线。图9为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金与比较例的蠕变速度的图。图10为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的0.2％耐力与比较例的图。图11为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的最大拉伸应力与比较例的图。图12为含有1.5重量％的Cu和0.25～1.0重量％的Mn的镁合金的23℃(室温)和150℃(高温)的拉伸伸长率与比较例的图。具体实施例方式本专利技术人考虑到耐热性与成本和铸造性等的平衡，认为基于Mg-Al类合金添加有利于提高耐热性的元素是上策，选择Cu作为提高耐热性的元素。Cu不仅不会损害室温强度、铸造性而使耐热性提高，而且可以比RE低价地获得。Cu通过固溶强化和在组织中形成化合物，可以使耐热性提高。在这里，通过Mg-Al-Cu的三元状态图检验Cu的固溶极限，结果发现在Mg中添加8.0重量％Al时，Cu可以固溶至最大的3.0重量％。此外，在Mg-Al类合金中，为了提高铸造性和室温强度，Al的添加量为5.0～9.0重量％。因此，考虑到耐热性和其它特性，添加5.0～9.0重量％为宜，较好是Al的添加量为8.0重量％。另外，通过添加具有改善Mg(镁)的机械性质和铸造时的金属液流动性的作用的Zn，被认为可以期待最需要的接近于AZ91D合金的室温强度和铸造性，但如果Zn的添加量在2.0％以上，则使合金变脆，所以添加量较好是设为2.0％。此外，由于地球环境的问题，SF6等镁的阻燃气体的使用被禁止，所以添加0.01％具有阻燃效果的Be。Be因为可抑制Mg熔融液的液面与空气产生的氧化反应，防止熔融液的燃烧，所以在AZ91D合金中也微量添加。为了使镁合金在高温环境下蠕变变形显著下降，要求以耐蠕变性为代表的耐热性的提高。在这里，如果因螺栓部件的紧固力而产生蠕变变形，则有损尺寸精度，因此耐蠕变性在机械设计时受到重视。蠕变变形是指金属如果持续承受一定的应力，则在最大拉伸应力以下也会发生变形，进而损坏。将这样的在一定应力下随时间发生变形的现象称为“蠕变变形”。在低温下发生的情况和在高温下发生的情况下，蠕本文档来自技高网...

【技术保护点】
铸造用镁合金，其特征在于，在含有约５．０～９．０重量％Ａｌ的Ｍｇ－Ａｌ类合金中添加了Ｃｕ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：茂木徹一，田村洋介，三幣裕喜夫，
申请(专利权)人：茂木徹一，艾德科工机株式会社，三友精机株式会社，齐藤一美，
类型：发明
国别省市：JP[日本]