镁合金及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供高温下的强度和延伸率优异，同时高温下的蠕变特性也优异的镁合金及其制造方法。本发明专利技术的镁合金通过在对分别含有特定量Ｙ和Ｓｍ的镁合金铸造后实施固溶处理后进行热加工，进一步实施时效处理，从而减小组织的平均结晶粒径。而且，本发明专利技术通过获得Ｙ和Ｓｍ在镁基体中固溶量与结晶粒内的特定大小的析出物个数的平衡，可获得高温下的强度和延伸率优异、同时高温下的蠕变特性优异的镁合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高温下的强度和延伸率优异、同时高温下的蠕变特性优异的镁合金及 其制造方法。具体地说，本专利技术涉及对于高温下使用的发动机部件等结构材料或在高温下 经过加工而使用的结构材料等优选的。
技术介绍
近年来，从地球环境的观点出发，例如以提高汽车等车辆燃费为目的在构成发动 机、框架等的强度部件中使用镁合金。另外，镁合金还作为电气 电器的框体、汽车、飞机等 发动机部件(活塞、连杆)等的构成材料广泛使用。作为结构材料使用时，镁(Mg)的比重为1.8，是实用上最轻的金属(铝的约2/3、 铁的约1/4的比重)。另外，Mg的比强度、比刚性、导热性也优异。但是，作为在高温环境下使用的车辆等结构材料使用镁合金时，特别是作为构成 发动机的部件使用时，由于镁合金暴露在200 300°C的高温下，因此要求在该温度区域下 的耐热性(高温强度)。一直以来，开发了提高了镁合金的蠕变强度的各种合金。例如已知在含有规定量 铝或锌等的镁合金中添加有硅(Si)、钙(Ca)、稀土类元素等元素的耐热性合金等(例如专 利文献1、2等)。这些镁合金均是通过使所添加的元素与Mg的金属间化合物结晶或析出至结晶粒 界，来提高高温强度。这些金属间化合物相含有Al、Si、稀土类元素、Ca等，带有很高的熔 点，在高温下的荷重负荷下，妨碍结晶粒的晶界滑动(grainsliding)、提高高温强度。另一方面，为了提供即便是在200°C的高温下使用，螺栓轴力也不会降低的耐热性 镁合金，为了防止严重影响螺栓轴力的高温环境下的耐力降低，还提出了使合金元素固溶 于镁基体(专利文献3)。更具体地说，提出了添加半径比镁大一定量、同时相对于镁的最大 固溶量达到2质量％以上的合金元素，以最大固溶量以下使其固溶，使粒内强化。专利文献3中，作为这些元素，具体地可举出钆(Gd)、镝(Dy)、铽(Tb)、钬(Ho)或 钇(Y)、钐(Sm)等。另外作为比较例可举出Ca、Al、Zn等。而且，镁合金由于是难加工性的材料，因此具有难以成形为所需形状的缺点。艮口， 镁合金由于凝固潜热小、凝固速度快，因此难以铸造，具有易于在所得铸造品产生气泡、流 痕等的缺陷。因此，对于特别重视外观的制品而言，由于合格率低、必须对缺陷进行打腻子 处理，因此具有成本增高的问题。另外，镁合金由于是最密的六方晶形，因此延展性低，通过 加压或锻造对板材或棒材进行加工时，有必要在300 500°C的高温下进行。即便进行这种 高温下的加工，也具有加工速度慢、工序数增多、模具寿命短等的问题。为了解决这种镁合金的难加工性的问题，提出了在对铝含量为6. 2 7. 6衬％的 AZ系镁合金进行连续铸造获得钢坯的工序中，通过添加微细化剂和/或控制冷却速度使钢 坯的平均粒径为200 μ m，对其进行锻造，制造大型部件的方法(参照专利文献4)。该文献 还记载了通过加工成最终制品形状后组合进行固溶处理和T6热处理，使平均结晶粒径50 μ m以下，提高耐腐蚀性。另一方面，还提出了通过压铸或触变铸模成形机将镁合金成形为板状，在常温下 对该板材进行压延赋予变形后，加热至350 400°C使结晶重结晶，将结晶粒径微细化至 0. 1 30 μ m，从而提高延展性的方法(参照专利文献5)。延展性有所提高的板材通过加压 加工或锻造进行成形。另外，还公开了对镁合金的板材进行锻造成形，利用粗锻造和精锻造的多个工序 对成形品主要部份厚度的7倍或10倍以下高度的凸起部进行成形的方法(参照专利文献 6、7)。但是，当利用镁合金成形复杂、精密形状的部件时，专利文献2所记载的由钢坯进 行锻造的方法中，在形状、厚度方面具有限制。另一方面，专利文献5、6、7所记载的由镁合 金的板材成形的方法中，能够制造壁薄的部件，但通过该板材的加压加工或锻造难以获得 复杂、精密形状的成形品。与此相对，近年来对于镁合金而言，与铝合金同样，表现超塑性的机理开始清楚， 显示了通过将结晶粒径微细化、以高变形速度进行加工的可能性(例如参照非专利文献 1)。专利文献1 日本国公开专利公报2004-238676专利文献2 日本国公开专利公报2004-238678专利文献3 日本国公开专利公报2003-129160专利文献4 日本国公开专利公报7_224344专利文献5 日本国公开专利公报2001_294966专利文献6 日本国公开专利公报2001-170734专利文献7 日本国公开专利公报2001-170736非专利文献1 日本镁协会编[ι ？木ν々A技术便览」P. 119-12
技术实现思路
专利技术预解决的技术问题这些以往技术仍未实现兼顾高温下的强度和延伸率的特性、换而言之仍未实现兼 顾优异的高温强度和优异的热加工性的镁合金。即，仍未实现例如在250°C下进行拉伸试验 时的拉伸强度为200MPa以上、延伸率为20%以上的镁合金。而且仍未实现在具有这些特性 的基础上，高温下的蠕变特性也优异的镁合金。本专利技术为了解决上述课题而完成，其提供兼顾优异的高温强度和优异的热加工 性、进而还提高了高温下的蠕变特性的。用于解决技术问题的方法为了达成该目的，本专利技术的镁合金的要旨是分别具有Y 1. 8 8. 0质量％、Sm 1. 4 8. 0质量％、且余量由Mg和不可避免杂质构成的镁合金，上述Y和Sm在镁基体中的 固溶量为Y :0. 8 4. 0质量％、Sm :0. 6 3. 2质量％，该镁合金组织的平均结晶粒径为3 30 μ m的范围，在这些结晶粒内利用300000倍的TEM观察到的直径2nm以上的析出物平均 存在160个/μ m2以上。这里，本专利技术的镁合金优选定量地在250°C下对镁合金进行拉伸试验时的拉伸强度为200MPa以上、延伸率为20%以上。另外，该镁合金优选在铸造后实施固溶处理，利用热 加工成形为所需形状，进而实施时效处理。通过该固溶处理和热加工，可以达成上述Y和Sm的固溶量以及组织的平均结晶粒 径。另外，通过该时效处理，可以确保上述结晶粒内的析出物个数，提高高温下的蠕变特性。另外，为了达成上述目的，本专利技术的高温下蠕变特性优异的镁合金的制造方法的 要旨为对分别含有Y :1. 8 8. 0质量％、Sm :1. 4 8. 0质量％、余量由Mg和不可避免杂质 构成的镁合金金属溶液(日文溶湯)进行铸造，在上述铸造后在450 550°C的温度下实 施固溶处理，在上述固溶处理后在350 550°C的温度下进行热加工成形为所需的制品形 状，进而在150 300°C的温度下实施时效处理，使上述Y和Sm在所得镁合金成形品组织的 镁基体中的固溶量达到Y :0. 8 4. 0质量％、Sm 0. 6 3. 2 %质量，使该镁合金组织的平 均结晶粒径为3 30 μ m的范围，在这些结晶粒内利用300000倍TEM观察到的直径2nm以 上的析出物平均存在160个/μ m2以上。专利技术效果本专利技术为同时含有Y和Sm作为合金元素的镁合金坯料，其特征在于，并非如以往 那样使所含有的Y和Sm的一部分作为金属间化合物积极地结晶或析出至粒界，而是使之固 溶在镁基体中。由此，提高高温下的强度和延伸率。另一方面，本专利技术的特征在于，使所含Y 和Sm的剩余部分作为析出物析出至镁结晶粒内，确保结晶粒内的析出物个数(平均个数)。 由此，高温下蠕变特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金，其为分别含有Ｙ：１．８～８．０质量％、Ｓｍ：１．４～８．０质量％，余量由Ｍｇ和不可避免的杂质构成的镁合金，其特征在于，所述Ｙ和Ｓｍ在镁基体中的固溶量为Ｙ：０．８～４．０质量％、Ｓｍ：０．６～３．２质量％，该镁合金组织的平均结晶粒径在３～３０μｍ的范围，在这些结晶粒内，利用３０００００倍的ＴＥＭ观察到的直径为２ｎｍ以上的析出物平均存在１６０个／μｍ↑［２］以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木敏晃，长尾护，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]