JPH06256883A - 優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金 - Google Patents

優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金

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JPH06256883A
JPH06256883A JP6945093A JP6945093A JPH06256883A JP H06256883 A JPH06256883 A JP H06256883A JP 6945093 A JP6945093 A JP 6945093A JP 6945093 A JP6945093 A JP 6945093A JP H06256883 A JPH06256883 A JP H06256883A
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JP
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less
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magnesium alloy
crystal grain
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JP6945093A
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Hiroyuki Uchida
田 博 幸 内
Tomohiko Shintani
谷 智 彦 新
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0w
t%以下を含有し、残部がMgおよび不可避不純物から
なり、平均結晶粒径が300μm以上3000μm以下
であることを特徴とする優れたクリープ強度を有するマ
グネシウム合金であり、さらに、このマグネシウム合金
にZn 4.0wt%以下を含有させることができ、そ
して、結晶粒界に層状の析出物、および、結晶粒内に5
μm以下の微細な粒状および針状の析出物を有し、高耐
力を有している優れたクリープきょうどを有するマグネ
シウム合金である。 【効果】平均結晶粒径を粗大化して、クリープ強度の応
力依存性を高くすることにより、比較的に低応力での使
用におけるクリープ強度を改善することができ、さら
に、機械的性質を向上させるための結晶粒微細化処理と
しての加熱処理、または、結晶粒微細化剤を含有させる
必要がなく、合金の清浄化にも貢献できるという効果が
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は優れたクリープ強度を有
するマグネシウム合金に関し、さらに詳しくは、比較的
に低応力において使用され、特に、クリープ強度が要求
される優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金に
関するものである。
【0002】
【従来技術】一般に、マグネシウム合金は、実用化され
ている合金の中で、最も軽量合金であり、最近、自動車
産業を初めとして輸送機器等において軽量化が促進され
ている産業分野における使用が注目されるようになって
きている。
【0003】しかしながら、自動車部品等の高温におい
て使用した場合に、マグネシウム合金は部品を取り付け
るためのボルトが使用中に緩む等、マグネシウム合金の
高温強度が低いことによる問題が発生している。
【0004】この原因としては、マグネシウム合金の高
温におけるクリープ強度の低いことであり、マグネシウ
ム合金のクリープ強度を改善する必要があり、そして、
提案されている技術として、特開昭46−006202
号公報に記載されているように、マグネシウム合金に含
有成分として希土類元素を含有させることが行われてい
る。
【0005】しかし、希土類元素をマグネシウム合金に
含有させると、自動車部品等の構造材料として適さなく
なるという問題があり、さらに、製造費用の上昇を来
す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に説明し
た従来技術の問題点を解決するために、本発明者が鋭意
研究を行い、検討を重ねた結果、希土類元素を含有させ
ることなく、マグネシウム合金の結晶粒径の粗大化を行
い、クリープ速度の応力依存性を高くすることにより、
比較的低応力における使用において優れたクリープ強度
を有するマグネシウム合金を開発したのである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る優れたクリ
ープ強度を有するマグネシウム合金は、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下であるこ
とを特徴とする優れたクリープ強度を有するマグネシウ
ム合金を第1の発明とし、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下であるこ
とを特徴とする優れたクリープ強度を有するマグネシウ
ム合金を第2の発明とし、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
界に層状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とす
る優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金を第3
の発明とし、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
界に層状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とす
る優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金を第4
の発明とし、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
界に層状の析出物、および、結晶粒内に微細な粒状およ
び針状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とする
優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金を第5の
発明とし、 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
界に層状の析出物、および、結晶粒内に微細な粒状およ
び針状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とする
優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金第6の発
明とする6つの発明よりなるものである。なお、結晶粒
内の微細な粒状および針状の析出物は、5μm以下であ
ることが好ましい。
【0008】本発明に係る優れたクリープ強度を有する
マグネシウム合金について、以下詳細に説明する。先
ず、本発明に係る優れたクリープ強度を有するマグネシ
ウム合金の含有成分および成分割合について説明する。
【0009】Alは引張強さ、耐力等の機械的性質を向
上させる元素であり、含有量が2.0wt%未満ではこ
のような充分な効果を得ることができず、また、12.
0wt%を越えると脆化する。よって、Al含有量は.
02〜12.0wt%とする。なお、表1に示すよう
に、機械的性質におよぼすAlの影響は、含有量が2.
0〜12.0wt%の範囲内において優れていることが
分かる。
【0010】Mnは耐蝕性を向上させる元素であり、含
有量が2.0wt%を越えて含有させると脆化する。よ
って、Mn含有量は2.0wt%以下とする。なお、表
2に示すように、機械的性質におよぼすMnの影響は、
含有量が2.0wt%以下とするのが良いことがわか
る。
【0011】ZnはAlを含有させた場合と同様に引張
強さ、耐力等の機械的性質を向上させる元素であり、含
有量が4.0wt%を越えると脆化する。よって、Zn
含有量は4.0wt%以下とする。なお、表3に示すよ
うに、Znの機械的性質におよぼす影響は、含有量は
4.0wt%以下とするのがよいことかわかる。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】次に、本発明に係る優れたクリープ強度を
有するマグネシウム合金の平均結晶粒径について説明す
る。
【0016】一般的に、金属材料の結晶粒径が大きくな
ると、耐力、引張強さ等の機械的性質が低下するように
なるので、このような材料特性を改善するためには、結
晶粒の微細化を図ることが行われる。
【0017】しかし、図1に示すように、結晶粒径があ
る程度以上の大きさになると、クリープ速度の応力依存
性を表す応力指数nの値は、結晶粒径の大きさが増加す
ると共に増大する傾向を示している。
【0018】そして、図2に示すように、n値が大きく
なると応力の変化によるクリープ速度の変化が大きくな
るので、応力を低下させた時のクリープ速度の低下が大
きくなり、低応力側のクリープ速度が非常に小さくな
る。従って、平均結晶粒径を300μm以上とすれば、
比較的低応力における使用において、優れたクリープ強
度を有するマグネシウム合金が得られる。
【0019】この平均結晶粒径は、300μm未満では
クリープ速度の応力依存性(n値)の変化が殆どなく略
一定であるためクリープ強度の向上効果が得られず、ま
た、3000μmを越えると合金の耐力が低くなり過ぎ
るため、付加できる応力範囲が狭くなり、また、JIS
基準にも適合しなくなり、実用に適さなくなる、よっ
て、平均結晶粒径は300〜3000μmとする。
【0020】次に、結晶粒界に層状の析出物、結晶粒内
に粒状および針状の析出物を存在させることにより、耐
力を向上させることができる。一般に、析出物は均一微
細な方が効果が優れ、粗大では効果は低減する。この析
出物は時効処理(熱処理)により析出させるが、過時効
(高温、長時間)では析出が粗大になる。しかし、本発
明に係る過ぎるクリープ強度を有するマグネシウム合金
においては、大きな析出物、例えば、5μm以上の析出
物が析出することはなく、また、過時効においても合金
の強度に大きな低下はない。従って、結晶粒内に粒状お
よび針状の析出物は、5μm以下とすることが好まし
い。
【0021】
【実 施 例】本発明に係る優れたクリープ強度を有す
るマグネシウム合金の実施例を説明する。
【0022】
【実 施 例】使用したマグネシウム合金は、Al 9w
t%、Zn 0.7wt%、Mn 0.2wt%、Mg残
部のAZ91C合金である。
【0023】試料の平均結晶粒径は、100μm、13
0μm、300μm、500μm、850μm、130
0μmの6種類である。また、平均結晶粒径が130μ
m、300μmの試料について、溶体化処理材(T4
材)および時効処理材(T6材)を用意した。各合金の
熱処理条件を表4に示す。
【0024】AZ91C合金の結晶粒径の調節は、一般
に、Alを含有するマグネシウム合金の結晶粒微細化を
目的として行われる加熱処理の有無、および、410℃
の温度における熱処理中に生じる結晶粒成長を利用する
ことにより、熱処理時間を調節して行った。
【0025】試験材は、丸棒クリープ試験片で、全長8
0mm、平行部の直径6mm、平行部の長さ25mmと
した。また、試験温度を100〜150℃、付加応力4
〜12kg/mm2とした。表5に100℃の温度にお
いて試験を行った場合の、各合金(T4材)のクリープ
速度の応力依存性(n値)を示す。
【0026】この表5から明らかなように、平均結晶粒
径が300μm未満では、n値は略一定であるが、30
0μmを越えると平均結晶粒径の増加と共にN値が大き
くなっていることが分かる。従って、低応力側では、平
均結晶粒径が大きい程クリープ速度が小さくなる。
【0026】
【表4】
【0027】
【表5】
【0028】室温における合金の耐力におよぼす結晶粒
径の影響を表6に示す。結晶粒径が大きくなればなるほ
ど耐力は低下しており、3000μmを越えるとJIS
基準(7kg/mm2以上)を満足しなくなる。従って、
合金の平均結晶粒径は300以上3000μm以下とす
る。
【0029】
【表6】
【0030】次に、平均結晶粒径130μmと300μ
mの試料について、T4材と、時効処理によって耐力を
向上させたT6材の室温における耐力を表7に示す。こ
の表7から、T6材の耐力はT4材より高くなっている
ことがわかる。
【0031】
【表7】
【0032】また、T4材、T6材において、応力とク
リープ速度との関係を図3に示す。試験温度は100℃
である。この図3から明らかであるが、T4材、T6材
の平均結晶粒径と応力依存性との関係は略同じである
が、T6材は耐力が向上しているために、直線が高応力
側に移行している。従って、時効処理を行うことによ
り、優れたクリープ強度を維持したまま、より高い応力
を付加することができる。なお、図3において、●は平
均結晶粒径130μm、▲は平均結晶粒径300μm、
─はT4材、・・・はT6材である。
【0033】このように、平均結晶粒径を粗大化するこ
とにより、マグネシウム合金に対して、比較的低応力に
おいての使用に際して、優れたクリープ強度を有するマ
グネシウム合金が得られる。
【0034】なお、本発明に係る優れたクリープ強度を
有するマグネシウム合金のT4材には、析出物は存在し
ないのである。よって、AZ91CのT4材は析出物は
存在しない。また、AZ91CのT6材は時効処理材で
あるので析出物は存在し、その析出物は層状の析出物と
約1μm以下の粒内析出物の両方が存在している。これ
ら析出物の分析法は、粒界の層状析出物については、光
学顕微鏡で充分観察でき、粒内の析出物は微細なため光
学顕微鏡では“曇った”状態でしか見えず、その析出物
の評価は不可能であると考えられる。従って、最低SE
M、理想的にはTEMによる観察が適当である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る優れ
たクリープ強度を有するマグネシウム合金は、上記の構
成であるから、平均結晶粒径を粗大化して、クリープ強
度の応力依存性を高くすることにより、比較的に低応力
での使用におけるクリープ強度を改善することができ、
さらに、機械的性質を向上させるための結晶粒微細化処
理としての加熱処理、または、結晶粒微細化剤を含有さ
せる必要がなく、合金の清浄化にも貢献できるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】平均結晶粒径とn値との関係を示す図である。
【図2】n値の相違による応力と最小クリープ速度との
関係を示す図である。
【図3】T4材とT6材の応力と最小クリープ速度との
関係を示す図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下であるこ
    とを特徴とする優れたクリープ強度を有するマグネシウ
    ム合金。
  2. 【請求項2】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下であるこ
    とを特徴とする優れたクリープ強度を有するマグネシウ
    ム合金。
  3. 【請求項3】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
    界に層状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とす
    る優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金。
  4. 【請求項4】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
    界に層状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とす
    る優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金。
  5. 【請求項5】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
    界に層状の析出物、および、結晶粒内に微細な粒状およ
    び針状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とする
    優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金。
  6. 【請求項6】 Al 2.0〜12.0wt%、Mn 2.0wt%以下 Zn 4.0wt%以下 を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなり、平
    均結晶粒径が300μm以上3000μm以下、結晶粒
    界に層状の析出物、および、結晶粒内に微細な粒状およ
    び針状の析出物を有し、高耐力であることを特徴とする
    優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金。
JP6945093A 1993-03-04 1993-03-04 優れたクリープ強度を有するマグネシウム合金 Withdrawn JPH06256883A (ja)

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