JPH06192799A - 耐熱性に優れたMg合金展伸材およびその製造方法 - Google Patents

耐熱性に優れたMg合金展伸材およびその製造方法

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JPH06192799A
JPH06192799A JP34491492A JP34491492A JPH06192799A JP H06192799 A JPH06192799 A JP H06192799A JP 34491492 A JP34491492 A JP 34491492A JP 34491492 A JP34491492 A JP 34491492A JP H06192799 A JPH06192799 A JP H06192799A
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JP
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heat resistance
temperature
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JP34491492A
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Hiroyuki Uchida
博幸 内田
Tomohiko Shintani
智彦 新谷
Mutsumi Abe
睦 安倍
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造用Mg合金に匹敵する程の耐熱性を有す
るMg合金展伸材、および該展伸材を安価に製造するこ
とのできる方法を提供する。 【構成】 Zn:3〜8重量%およびZr:0.2 〜 0.8
重量%を夫々含有するMg合金を用いて展伸材を製造す
るに当たり、最終の熱間加工を、300〜450℃の温
度で且つ80%以上の加工を行ない、その後450℃以
上の温度で加熱することによって、加工方向に成長した
粗大粒を析出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機やロケット等の
輸送機器の他、コンピュータ,家電製品,建材,家庭用
耐久消費材等の素材として使用されるMg合金展伸材お
よびその製造方法に関するものであり、殊に軽量で且つ
150℃程度までの耐熱性(短時間およびクリープ強
度)に優れた材料としての要求がある素材(棒材,板
材,型材等)若しくは部品への適用が期待されるMg合
金展伸材およびその様な展伸材を製造するための有用な
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mgは比重が約1.7 程度であってAlの
約2/3であることから、Mg合金は素材軽量化の観点
から注目されている。しかしながらMg合金はヤング率
が低いので、高温強度が劣るという欠点を有している。
【0003】Mg合金のうち鋳造品用Mg合金は、加工
性が要求されないので合金元素の添加が容易であり、こ
れまで、高価ではあるが耐熱性に優れているMg合金が
種々開発されている。これに対し、鍛造,押出し,圧延
等の塑性加工によって棒材,板材,型材等の成形品とさ
れる展伸用Mg合金においては、添加元素の量に制限が
あり、合金元素の添加だけで耐熱性を大幅に改善するこ
とは困難である。このためMg合金展伸材は、航空機や
ロケット等の輸送機器の他、コンピュータ,家電製品,
建材,家庭用耐久消費材等のように、常温で使用される
機器の素材として使用されるにとどまり、その使用範囲
は大幅に制限されていた。こうしたことから、高価なM
g合金鋳造品に匹敵する耐熱性を有するMg合金展伸材
が安価に実現できれば、該展伸材の利用範囲が大きく広
がるものと期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした技術
的課題を解決するためになされたものであって、その目
的は、鋳造用Mg合金に匹敵する程の耐熱性を有するM
g合金展伸材、および該展伸材を安価に製造することの
できる方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明方法とは、Zn:3〜8重量%およびZr:0.2〜
0.8重量%を夫々含有するMg合金を用いて展伸材を製
造するに当たり、最終の熱間加工を、300〜450℃
の温度で且つ80%以上の加工を行ない、その後450
℃以上の温度で加熱することによって、加工方向に成長
した粗大粒を析出させる点に要旨を有するものである。
上記方法によって耐熱性に優れたMg合金展伸材が得ら
れるのであるが、得られる展伸材において前記粗大粒の
アクペスト比が3以上のものが最適である。
【0006】
【作用】本発明に係るMg合金は再結晶温度以上の熱間
加工は比較的容易に行なえる。そこで本発明者らは、M
g合金のこうした性質を利用して組織制御を行なえば、
高価な鋳造用Mg合金に匹敵する耐熱性Mg合金展伸材
が得られるのではないかと考え、様々な角度から検討を
重ねてきた。
【0007】実用Mg合金のうち、特にZnを添加した
Mg−Zn系合金は加工性が非常に優れていることが知
られている。即ち、Znの拡散定数が、実用Mg合金へ
の添加元素の中でも最も大きく、金属間化合物の析出が
比較的低温で生じて高温での変形中で析出が起こらず、
100℃近傍までの優れた加工性を示す。またMg−Z
n系合金に微量のZrを添加すると、金属間化合物の固
溶温度が高くなって、450℃近傍までは比較的短時間
の熱処理では固溶しにくくなることが知られている。こ
の様なMg−Zn−Zr系実用合金として、ZK60A
(Mg−5.7%Zn−0.55%Zr)が知られてい
る。本発明者らは、この様なMg−Zn−Zr系実用合
金を対象とし、この合金に加工および熱処理を組合せて
施せば、Ni基合金に適用されている様な結晶粒制御が
達成できるのではないかと考えた。
【0008】上記の様なMg−Zn−Zr系合金は、加
工まま又は加工後に時効処理を施して使用されるのが一
般的である。これは短時間引張特性を重視し、加工によ
って得られた細粒および加工歪を利用して微細分散を達
成し、結晶粒と析出物の微細分散効果によって強度の改
善を図っていた為と考えられる。しかしながらこの様に
して製造されたMg合金は、クリープ強度が依然として
低く、50℃以下での使用にしか耐えられないというの
が実情である。
【0009】Mg合金にとっては、100℃以上の温度
はかなりの高温に相当し、この様な高温で使用する為の
Mg合金を実現するには、従来の処理では不十分であ
る。そこで本発明者らは、Ni基合金で行なわれている
様な結晶粒制御をMg−Zn−Zr系合金に適用すれ
ば、優れた耐熱性を有するMg合金が達成できるのでは
ないかと考えた。即ちMg−Zn−Zr系合金における
結晶粒のアスペクト比(L/d)をできるだけ大きくす
れば良いと考えた(例えばL/d>10,但し、L:加
工方向の結晶粒の長さ,d:加工方向と直角方向の結晶
粒の幅)。
【0010】上記の結晶粒制御方法は、加工によってま
ず微細粒を形成し、加工後に残留する歪を極力抑え、次
いでこれに析出している粒子が固溶し始める温度以上に
加熱することによって、二次再結晶を生成させ、加工方
向に伸びた粗大粒を得ようとするものである。但し、こ
の方法では、析出粒子による合金の0.2%耐力に及ぼ
す粒度依然性を示すky(但し、ペッチの式、θy =θ
o +ky・d1/2 )の値を大きくすることによる結晶粒
の効果は全く利用できない。この点について、本発明者
らは化合物の固溶と析出を巧みに組み合わせることによ
って、解決できることを見出し、本発明を完成した。
【0011】本発明に係るMg合金はMg−Zn−Zr
系であることは上述した通りであるが、ZnおよびZr
の化学成分の範囲限定理由は下記の通りである。まずZ
n含有量が3重量%未満では、結晶粒の成長を抑制でき
る未固溶化合物が少なくなり、8重量%を超えると熱間
加工後の冷却中に化合物の析出が生じ、再加熱してもそ
れが固溶し難くなって、次第に加工性が劣化する。従っ
て、本発明に係るMg合金のZn含有量は3〜8重量%
とした。一方、ZrはMg合金の加工による結晶粒微細
化作用を高温側にずらす効果を有し(即ち、加工後に再
結晶を生じさせる)、この効果を発揮させる為にはZr
の含有量は0.2重量%以上必要である。この様な効果
は、Zr含有量が増すにつれ大きくなるが、0.8重量
%を超えるとほぼ飽和するばかりか、不溶性の化合物を
形成して二次再結晶の生成を抑制する。従って、本発明
に係るMg合金にけるZr含有量は0.2〜0.8重量
%と定めた。
【0012】本発明方法においては、最終の熱間加工温
度を300〜450℃とする必要がある。この温度が3
00℃未満では、加工後の状態で再結晶が生じず、その
後の熱処理によって目的とする二次再結晶が生じない。
一方、この温度が450℃を超えると、二次再結晶に必
要な細粒(例えば平均粒径:10μm以下)が得られな
い。また熱間加工時の加工率は、細粒を得ること、加工
方向に結晶粒径を成長させるという観点から、80%以
上とする必要がある。尚熱間加工後の熱処理は、上記趣
旨から明らかな様に、二次再結晶を起こす為に施される
が、その為には450℃以上とする必要がある。
【0013】本発明は要するに、加工中に再結晶を生
じ、且つその際に得られる結晶粒が細粒となる様に、熱
間加工温度および加工率を規定したものであり、その後
の熱処理は二次再結晶によって粗大粒を生成する為のも
のである。尚この様な条件によって得られるMg合金展
伸材は、後記実施例でも明らかな様に、その粗大粒のア
スペクト比が3以上のものが最適である。
【0014】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではな
く、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれ
も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0015】
【実施例】
実施例1 実用合金のZK60(Mg−6.0%Zn0.5%Z
r)合金の押出ビレット(直径:150mm)を用い、
400℃において、1:2,1:4,1:8,1:1
5,1:20の各押出比にて押出した丸棒において、結
晶粒径と押出比の関係を調べた。その結果は図1に示す
が、10μm以下の結晶粒径を得るには、押出比が1:
6(加工率:84%)程度以上が必要であることが分か
る。
【0016】上記各押出材に、更に500℃で加熱した
ときの粗大粒のアスペクト比と押出比の関係を図2に示
すが、アスペクト比を3以上を得ようとすれば、押出比
を1:6以上とする必要があることが分かる。またクリ
ープ強度(100℃におけるクリープ伸び)とアスペク
ト比の関係を図3に示すが、クリープ強度はアスペクト
比が3以上となることによって急激に上昇し、8程度で
ほぼ飽和していることが分かる。
【0017】実施例2 実用合金のZK60の押出材(押出比1:20)を用
い、本発明法と従来法を適用したときの短時間引張性質
を比較したときの結果を表1に示すが、本発明法を適用
したものは、従来法を適用したものに比べてはるかに優
れた特性が得られていることが分かる。
【0018】
【表1】
【0019】実施例3 実施例2で用いた各試料を用い、100℃,150℃の
各温度におけるクリープ強度を調べた。その結果を図4
に示すが、いずれの温度においても本発明法で製造した
ものは、従来法で製造したものに比べてはるかに優れた
クリープ強度を有していることが分かる。
【0020】実施例4 本発明法で製造したZK60合金の全伸び0.2%/1
000hクリープ強度を、種々のMg合金と比較した結
果を表2に示すが、表2から次の様に考察できる。即
ち、100℃でのクリープ強度は、非常に高価なQE2
2鋳造合金よりも劣るものの、ThやRE(希土類元
素)を添加し、クリープ強度を改善した合金と同等の性
能を有している。また150℃でのクリープ強度におい
ても、高価なThやREを添加した合金と比較しても遜
色のない値を示している。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、1
50℃以下の耐熱性に優れたMg合金展伸材が安価に製
造でき、当該Mg合金展伸材はこれまでAl合金が使用
されていた用途への適用が期待でき、適用材の更なる軽
量化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における押出材の結晶粒径と押出比の
関係を示すグラフである。
【図2】実施例1における加熱処理材のアスペクト比と
押出比の関係を示すグラフである。
【図3】実施例1における加熱処理材のクリープ強度と
アスペクト比の関係を示すグラフである。
【図4】実施例3において、各試料のクリープ強度を比
較した結果を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Zn:3〜8重量%およびZr:0.2 〜
    0.8重量%を夫々含有するMg合金を用いて展伸材を製
    造するに当たり、最終の熱間加工を、300〜450℃
    の温度で且つ80%以上の加工を行ない、その後450
    ℃以上の温度で加熱することによって、加工方向に成長
    した粗大粒を析出させることを特徴とする耐熱性に優れ
    たMg合金展伸材の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法によって得られた
    ものであり、前記粗大粒のアスペクト比が3以上である
    ことを特徴とする耐熱性に優れたMg合金展伸材。
JP34491492A 1992-12-24 1992-12-24 耐熱性に優れたMg合金展伸材およびその製造方法 Withdrawn JPH06192799A (ja)

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