高强度Mg合金及其制造方法
【专利摘要】提供不需使用高价格的稀土类元素RE就能够发挥高强度的Mg合金及其制造方法。一种高强度Mg合金，其特征在于，具有下述化学组成：在固溶限度内含有Ca以及Zn，余量包含Mg以及不可避免的杂质；具有下述组织，所述组织包含等轴晶粒，在该晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域在Mg六方晶格的a轴方向以3个Mg原子的间隔排列着。一种高强度Mg合金的制造方法，其特征在于，通过以与所述组成对应的配合量向Mg添加Ca以及Zn，进行熔化以及铸造而形成铸锭，将该铸锭进行均质化热处理后，实施热加工，从而形成所述组织。
【专利说明】高强度Mg合金及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度Mg合金及其制造方法。
【背景技术】
[0002]Mg合金因其轻量性而可得到高的比强度，所以作为结构材料受到关注。 [0003]在专利文献I中提出了一种高强度Mg-Zn-RE合金，其含有Zn和稀土类元素(RE:Gd、Tb、Tm中的I种以上)，余量为Mg以及不可避免的杂质，且具有长周期堆垛结构(LPS0:Long Period Stacking Ordered Structure)。
[0004]但是，上述提案的合金因以稀土类元素RE为必需元素，所以作为结构材料存在价格高这一问题。
[0005]因此，希望开发不需要高价格的稀土类元素RE就发挥高强度的Mg合金。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2009-221579号公报
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供不需要使用高价格的稀土类元素RE就能发挥高强度的Mg合金及其制造方法。
[0010]为了达成上述目的，根据本发明，提供一种高强度Mg合金，其特征在于，
[0011]具有下述化学组成:在固溶限度内含有Ca以及Zn，余量包含Mg以及不可避免的杂质，
[0012]具有下述组织，所述组织包含等轴晶粒，在该晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域在Mg六方晶格的a轴方向以3个Mg原子的间隔排列着。
[0013]根据本发明，还提供一种高强度Mg合金的制造方法，该制造方法是制造上述高强度Mg合金的方法,其特征在于,通过以与上述组成对应的配合量向Mg添加Ca以及Zn,进行熔化以及铸造而形成铸锭，将该铸锭进行均质化热处理后，实施热加工，从而形成上述组织。
[0014]根据本发明，通过具有下述组织，不需高价格的稀土类元素RE就能够达成同等的高强度，所述组织包含等轴晶粒，在该晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域在Mg六方晶格的a轴方向以3个Mg原子的间隔排列着。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是比较地示出本发明以及以往技术的组织和强化机构的示意图。
[0016]图2是表示本发明的实施例中的断裂伸长率与比强度的关系的曲线图。
[0017]图3表示本发明的周期结构的电子显微镜观察结果。[0018]图4是从a轴方向观察本发明的周期结构的示意图。
[0019]图5是从c轴方向观察本发明的周期结构的示意图。
【具体实施方式】
[0020]本发明的合金具有下述化学组成:在固溶限度内含有Ca以及Zn，余量包含Mg以及不可避免的杂质。由此，可得到在Mg中固溶有Ca以及Zn的状态。因为为固溶状态，所以不生成金属间化合物(规则相)和/或粗大的析出物，不产生由此引起的延展性的下降。
[0021]固溶限度对于Mg-Ca-Zn三元系而言是未知的，但是在Mg-Ca 二元系状态图(在515°C下的Mg固溶区域界限)中，Ca向Mg中的固溶限度是0.5at %，在Mg-Zn 二元系状态图(在343°C下的Mg固溶区域界限)中，Zn向Mg中的固溶限度是3.5at%。以该公知事实为暂且的目标，在本发明的合金中，为了确保固溶状态，能够将含有量设为Ca:0.5at%以下、Zn:3.5at% 以下。
[0022]作为本发明的合金的特征，具有下述组织，所述组织包含等轴晶粒，在该晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域在Mg六方晶格的a轴方向以3个Mg原子的间隔排列着。
[0023]包含微细的等轴晶粒可抑制变形双晶的产生，所以压缩中的变形行为、尤其是屈服应力上升，能够确保结构材料所需要的良好的成形性。尤其是优选晶体粒径为不足Iym即数百nm以下。
[0024]另外，本发明的合金，在电子显微镜级别的组织中存在特征。即，在晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴[000 1]方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域如在实施例中详细叙述那样形成在Mg六方晶格的a轴[11-20]方向以3个Mg原子的间隔排列着的周期结构。将线状的偏析区域D在图1中示意性地示出。因沿c轴方向的线状的偏析区域D的存在，Mg晶格产生应变，所以对于底面(0001)上的位错的移动，偏析区域成为障碍，能实现高强度。为了得到本发明的组织，需要在铸造、固溶化(均质化)热处理后，实施热加工。由此，不使用高价格的稀土类元素RE就能够实现高强度。
[0025]为了达成上述的周期结构，优选Ca和Zn的含有量的原子比为Ca:Zn = 1:2~1:3的范围内。
[0026]与此相对，在专利文献I的以往技术中，通过在图1所示的Mg六方晶格的底面P，Zn和稀土类元素RE面状地偏析，从而使Mg晶格产生应变，Mg晶格被强化。该面状的偏析层P是在c轴[0001]方向每隔数Mg原子(例如3~6个原子)层而层叠(堆垛)，形成长周期堆垛结构(LPSO:Long Period Stacking Ordered Structure)。由此可得到 300 ~400MPa左右的强度。该组织通过在铸造、固溶化(均质化)热处理后以规定条件进行热处理而形成。不进行如本发明那样的热加工。但是，要想实现该强化机构，必须存在高价格的稀土类元素RE,不能避免材料成本的上升。
[0027]以下，通过实施例来详细地说明本发明。
[0028]实施例
[0029]采用下述步骤以及条件制作了本发明的Mg合金。
【权利要求】
1.一种高强度Mg合金，其特征在于， 具有下述化学组成:在固溶限度内含有Ca和Zn、余量包含Mg和不可避免的杂质， 具有下述组织，所述组织包含等轴晶粒，在该晶粒内有沿Mg六方晶格的c轴方向的Ca以及Zn的偏析区域，该偏析区域在Mg六方晶格的a轴方向以3个Mg原子的间隔排列着。
2.根据权利要求1所述的高强度Mg合金，其特征在于，含有0.5at %以下的Ca以及3.5at%以下的Zn。
3.根据权利要求1或2所述的高强度Mg合金，其特征在于，所述Ca以及Zn的含有量为以原子比计Ca:Zn = 1:2~1:3的范围内。
4.一种制造权利要求1~3的任一项所述的高强度Mg合金的方法，其特征在于，通过以与所述组成对应的配合量向Mg添加Ca以及Zn，进行熔化以及铸造而形成铸锭，将该铸锭进行均质化热处理后，实施热加工，从而形成为权利要求1中记载的组织。
5.根据权利要求4所述的高强度Mg合金的制造方法，其特征在于，在300°C以上的温度进行至少一次的所述 热加工。
【文档编号】C22F1/00GK104011238SQ201280054636
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2011年11月7日
【发明者】鹫尾宏太, 加藤晃, 向井敏司, A·辛格, 染川英俊 申请人:丰田自动车株式会社, 独立行政法人物质·材料研究机构