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JPH0570880A - 高強度高靭性マグネシウム合金材料およびその製造方法 - Google Patents

高強度高靭性マグネシウム合金材料およびその製造方法

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JPH0570880A
JPH0570880A JP3261262A JP26126291A JPH0570880A JP H0570880 A JPH0570880 A JP H0570880A JP 3261262 A JP3261262 A JP 3261262A JP 26126291 A JP26126291 A JP 26126291A JP H0570880 A JPH0570880 A JP H0570880A
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JP
Japan
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crystalline
amorphous
magnesium alloy
solid solution
surface layer
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JP3261262A
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Takeshi Masumoto
健 増本
Akihisa Inoue
明久 井上
Satoshi Sato
智 佐藤
Toshisuke Shibata
利介 柴田
Nobuyuki Nishiyama
信行 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YKK Corp
TPR Co Ltd
Ube Corp
Original Assignee
Teikoku Piston Ring Co Ltd
Ube Industries Ltd
YKK Corp
Yoshida Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高強度、高靭性のマグネシウム
合金材料を提供することを目的とする。 【構成】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、Tは
Cu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以上
の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、およびミ
ッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の希
土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5≦
x≦15、0.5≦y≦15)で表されるマグネシウム合金で
あり、鋳造品においては表面層、薄帯においては片面層
が非晶質あるいは非晶質と結晶質の混相または過飽和固
溶体であり、鋳造品の中心部と薄帯の反対面層は結晶質
又は複相結晶質であるマグネシウム合金材料並びにその
製造法として、金型鋳造法、特にダイカストの如き高圧
鋳造法、双ロール法、単ロール法によってAl合金溶湯
を急冷凝固するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度高靭性マグネシ
ウム合金材料およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネシウム基合金には、Mg−
Al系、Mg−Al−Zn系、Mg−Th−Zr系、M
g−Th−Zn−Zr系、Mg−Zn−Zr系、Mg−
Zn−Zr−RE(希土類元素)系等の成分系の合金が
知られており、その材料特性に応じて、例えば、航空
機、車輌等の軽量構造部材として、あるいは電池用材
料、犠牲電極等として広範囲に使用されている。そし
て、近年では非晶質相を含む高力マグネシウム合金も提
案されている。(特開平 3−10041号公報参照)これら
の合金は、その組織が結晶質、非晶質又は結晶質と非晶
質の混相に大別することができ、全体として均一な相構
成よりなるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の合金では、機械
的性質や物理的性質など優れた性質をもたせるために
は、全体の組織を所定の性質を示すものとする必要があ
るが、組織制御が難しい場合が多い。例えば、非晶質を
得ることを目的とし急冷凝固を行っても、十分な冷却速
度が及ぶ範囲は限られており、従来の非晶質単相合金で
は非晶質を形成できなかった部分は、粗大な化合物が析
出するなど好ましくない組織となる。
【0004】又、一般に従来の合金では、非晶質のもの
は高強度であるが伸びが少なく、結晶質は伸びが大きく
強度は低いという機械的性質を示す。そこで本発明で
は、材料を複相組織とすることで、非晶質の高強度と結
晶質の大きな伸びを兼ね備える、優れた機械的性質を示
す高強度高靭性マグネシウム合金およびその製造方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、組成式:Mg
100-x-yxy(但し、TはCu、Ni、Znの中から
選ばれる少なくとも1つ以上の遷移金属元素であり、Q
はY、La、Ce、およびミッシュメタルの中から選ば
れる少なくとも1つ以上の希土類元素であり、xおよび
yは原子パーセントで0.5≦x≦15、0.5≦y≦15)で表
されるマグネシウム合金であり、鋳造品の断面組織が表
面層と中心部で異なる複相組織を示し、表面層は非晶質
あるいは非晶質と結晶質の混相または過飽和固溶体であ
り、中心部は結晶質又は表面層が過飽和固溶体のときは
複相の結晶質であることを特徴とする高強度高靭性マグ
ネシウム合金材料である。
【0006】そして、かかる材料の製造法としては、上
記組成の合金溶湯を金型鋳造法、特にダイカストの如き
高圧鋳造法により急冷凝固させることによって鋳造品と
して形成する。あるいは双ロール法によって急冷凝固さ
せて形成する方法もある。
【0007】表面層の厚さは鋳造品の大きさによるが、
5〜100μm の範囲が適当で、目的に応じて急冷速度をコ
ントロールし、表面層の厚さをコントロールする。
【0008】本発明は、上記組成のマグネシウム合金の
薄帯で、薄帯の断面組織が片面層と反対面層で異なる組
織を示し、片面層は非晶質あるいは非晶質と結晶質の混
相または過飽和固溶体であり、反対面層は結晶質又は片
面層が過飽和固溶体のときは複相の結晶質であることを
特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金材料である。
【0009】かかる材料の製造法としては、上記組成の
合金溶湯を単ロール法により急冷凝固させ、ロールとの
接触面を非晶質あるいは非晶質と結晶質の混相または過
飽和固溶体であり、反対面は結晶質又は複相の結晶質の
複層組織を有する薄帯を形成する。
【0010】
【作用】本発明において、鋳造品の場合は、冷却速度が
異なる表面と内部では形成される組織も異なり、表面層
は大きな速度で冷却されるため非常に高強度の非晶質あ
るいは非晶質と結晶質の混相または過飽和固溶体となり
強度に大きく寄与する。一方、中心部の比較的小さな結
晶粒を持つ通常組織は高靭性であるために伸び等に寄与
する。したがって、鋳造品全体としてみれば、高強度で
あり、かつ良好な靭性を示す材料である。
【0011】又、薄帯の場合は、片面は大きな速度で冷
却されるため、非常に高強度の非晶質あるいは非晶質と
結晶質の混相または過飽和固溶体となり、強度に大きく
寄与する。一方、反対面の比較的小さな結晶粒を持つ通
常組織は、高靭性であるために伸び等に寄与する。した
がって、薄帯全体としてみれば、高強度であり、かつ良
好な靭性を示す材料となる。なお、混相中の非晶質の割
合は50%以上必要である。
【0012】さらに非晶質の持つ耐食性、耐摩耗性など
の機能を、鋳造品表面あるいは薄帯の冷却面に形成され
た非晶質層に付与することができる。但し、組成が特許
請求の範囲において規定した範囲を外されると、合金材
料の組織は、前記本発明の特徴である複層組織とはなら
ず、機械的性質は劣る。
【0013】又、前記特徴の組織を得るためには、冷却
速度が大きい金型鋳造法、特にダイカスト等の高圧鋳造
法、又は双ロール法および単ロール法が適している。
【0014】
【実施例】高周波溶解炉によってAr雰囲気中母合金を
溶製し、次いで0.2MPaの真空中にて銅製鋳型に0.3MPaの
噴出ガス圧にて鋳込み、直径 3mm、長さ50mmの丸棒を得
た。表1に上記により得られた材料の引張試験の結果を
示すように、本発明による合金材料を比較例として挙げ
た市販のマグネシウム合金材料(AZ91)と比較する
と、本発明材料の方が従来のマグネシウム合金材料より
も高強度であることがわかる。
【0015】◎
【表1】
【0016】図1、図2に本発明によるマグネシウム合
金(Mg90Cu55)材料の断面組織を示す。図1は表
面層の組織であり、過飽和固溶体を形成している。また
図2は同じ鋳造品の中心部の組織であり、比較的細かい
が通常の鋳造組織となっている。
【0017】図3は、本発明によるマグネシウム合金で
あるMg92Cu44の、鋳造したままの直径3mmのもの
と、機械加工により表面層を削り落とした直径2mmおよ
び直径1.5mmのものについての、引張強さと断面積比
(直径3mmを1とする)の関係を表わしたものである。
図3より、表面層が無くなると強度が低下することがわ
かる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、高強度と高靭性とを兼
ね備えたマグネシウム合金の鋳造材又は薄帯を生産性よ
く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による鋳造材料の表面層の断面の金属組
織を示す光学顕微鏡写真である。
【図2】本発明による鋳造材料の中心部の断面の金属組
織を示す光学顕微鏡写真である。
【図3】引張強さと断面積比の関係を示すグラフであ
る。
フロントページの続き (71)出願人 000006828 吉田工業株式会社 東京都千代田区神田和泉町1番地 (71)出願人 000215785 帝国ピストンリング株式会社 東京都中央区八重洲1丁目9番9号 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉3丁目8番22号 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅11 −806 (72)発明者 佐藤 智 宮城県仙台市太白区八木山南3丁目15番5 号 (72)発明者 柴田 利介 宮城県仙台市青葉区米ケ袋1丁目5番12号 (72)発明者 西山 信行 宮城県仙台市青葉区土樋1丁目6番15号

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、T
    はCu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以
    上の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、および
    ミッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の
    希土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5
    ≦x≦15、0.5≦y≦15)で表されるマグネシウム合金
    であり、鋳造品の断面組織が表面層と中心部で異なる複
    相組織を示し、表面層は非晶質あるいは非晶質と結晶質
    の混相または過飽和固溶体であり、中心部は結晶質又は
    表面層が過飽和固溶体のときは複相の結晶質であること
    を特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金材料。
  2. 【請求項2】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、T
    はCu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以
    上の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、および
    ミッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の
    希土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5
    ≦x≦15、0.5≦y≦15)で表されるマグネシウム合金
    であり、薄帯の断面組織が片面層と反対面層で異なる複
    相組織を示し、片面層は非晶質あるいは非晶質と結晶質
    の混相または過飽和固溶体であり、反対面層は結晶質又
    は片面層が過飽和固溶体のときは複相の結晶質であるこ
    とを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金材料。
  3. 【請求項3】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、T
    はCu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以
    上の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、および
    ミッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の
    希土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5
    ≦x≦15、0.5≦y≦15)で表される組成を有するマグ
    ネシウム合金溶湯を金型鋳造法、特にダイカストの如き
    高圧鋳造法により急冷凝固させ、表面層は非晶質あるい
    は非晶質と結晶質の混相または過飽和固溶体であり、中
    心部は結晶質又は表面層が過飽和固溶体のときは複相の
    結晶質の複層組織を有する鋳造品を得ることを特徴とす
    る高強度高靭性マグネシウム合金材料の製造方法。
  4. 【請求項4】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、T
    はCu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以
    上の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、および
    ミッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の
    希土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5
    ≦x≦15、0.5≦y≦15)で表される組成を有するマグ
    ネシウム合金溶湯を双ロール法により急冷凝固させ、表
    面層は非晶質あるいは非晶質と結晶質の混相または過飽
    和固溶体であり、中心部は結晶質又は表面層が過飽和固
    溶体のときは複相の結晶質の複層組織を有する鋳造品を
    得ることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金材
    料の製造方法。
  5. 【請求項5】 組成式:Mg100-x-yxy(但し、T
    はCu、Ni、Znの中から選ばれる少なくとも1つ以
    上の遷移金属元素であり、QはY、La、Ce、および
    ミッシュメタルの中から選ばれる少なくとも1つ以上の
    希土類元素であり、xおよびyは原子パーセントで0.5
    ≦x≦15、0.5≦y≦15)で表される組成を有するマグ
    ネシウム合金溶湯を単ロール法により急冷凝固させ、ロ
    ールとの接触面は非晶質あるいは非晶質と結晶質の混相
    または過飽和固溶体であり、反対面は結晶質又は接触面
    が過飽和固溶体のときは複相の結晶質の複層組織を有す
    る薄帯を得ることを特徴とする高強度高靭性マグネシウ
    ム合金材料の製造方法。
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