专利名称：Mg基合金冷加工构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及添加有钇等镧系稀土元素的Mg基合金，涉及塑性加工容易的Mg基合金。
背景技术：
以往，该种Mg基合金在冷态(室温程度的温度)温度区的塑性加工困难，因此虽 然希望但难以实现面向结构用的轻量材料等进行应用。
发明内容
本发明的目的是提供可显著降低冷塑性加工所需的负荷载荷的Mg基合金冷加工 构件，使其能够实用化。本发明提供一种Mg基合金冷加工构件，其是通过冷加工而将Mg基合金成型为规 定的形状的Mg基合金冷加工构件，其特征在于，在所述组织中含有通过冷加工而被分割、 被细化了的晶粒。在本发明的Mg基合金加工构件中，优选在进行构成的Mg基合金中添加有一种或 者两种以上的镧系稀土元素。另外，在本发明的Mg基合金加工构件中，优选其晶体粒径的平均值为30 μ m以下。通过具有如以上那样的特征的内部结构，可消除以AZ31合金为代表的现有形变 合金通常所看到的变形的各向异性，例如，可消除在拉伸载荷作用的情况下的屈服应力即 塑性变形开始应力需为在压缩载荷作用的情况下的塑性变形开始应力的1. 2 1. 4倍的缺
点ο本合金具有变形的各向同性，对于一定的载荷，在所有的方向显示出同等的变形 量。同时，变形加工所需要的载荷也不依赖于负荷方向而为同等。
图1是构成本合金(实施例4)的内部组织的高分辨率透射电镜照片。图2是构成本合金(实施例4)的内部组织的基于Z对比法的高分辨率透射电镜 照片。图3的上图是对于本合金(实施例4)，用点表示通过三维原子探针观察到的钇原 子的存在地方的照片；下图是以上图的存在分布为基础，用灰色的轮廓图表示钇原子高浓 度偏在的区域的模式图。图4是对于实施例4的Mg-O. 6原子％ Y合金，表示本合金的压缩公称应力-公称 应变关系的曲线图。图5是从在图4所示的压缩试验中在与押出平行的方向施加了压缩变形直到公称 应变0. 4、即初期高度的60%的合金制取试件，与图4的情况同样地进行了静态压缩试验时 的曲线图。
图6是用于评价冷加工性的金属模组件的纵截面主视图。图7是使用图6所示的模具(jig;夹具)评价了冷加工性的曲线图。表示出实施 例1、实施例2、实施例4和比较例1所示的材料的结果。图8是成形加工后的试样截面照片。在此，示出压入速度0.03mm/秒、负载4. 5吨 时的结果。图9表示成形加工后的试样截面照片。在此，示出压入速度0. 03mm/秒、负载4. 5 吨时的结果。上图是AZ31合金、下图是本合金的Mg-O. 6原子％ Y合金的例子。图10示出将Mg-O. 6原子％ ￥在425°C下挤压并在400°C保持了 M小时的材料的 压缩变形前后的晶粒取向分布变化和平均晶体粒径(d)。在此，显示出成形前以及进行4% (公称应变0. 04),15% (公称应变0. 15) ,25% (公称应变0. 25)变形之后形成的内部组
幺口
/Ν ο图11示出将与图10同样的材料进行45% (公称应变0. 45))变形之后形成的内 部组织和平均晶体粒径(d)。图12示出将与图10同样的材料进行15% (公称应变0. 15))变形之后形成的内 部组织的放大图。图13表示出将现有材料AZ31合金在250°C挤压之后在400°C保持了 M小时的 比较材料，用图6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度进行冷加工之后，在材料内 部形成的组织的变化。图14表示出将Mg-O. 6原子％ Y在320°C下挤压并在400°C下保持了 M小时的 材料，用图6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度进行冷加工之后，在材料内部形 成的组织的变化。图15表示出将Mg-O. 1原子％ Y在290°C进行挤压并在400°C下保持了 M小时 的材料，用图6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度进行冷加工之后，在材料内部 形成的组织的变化。图16作为冷加工例表示出将Mg-O. 1原子％ ￥在四01下进行挤压并在400°C下 保持了 M小时的材料、以及将Mg-O. 3原子％ Y在300°C下进行挤压并在400°C下保持了 M 小时的材料，用图6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒以及3. Omm/秒的速度进行冷加 工之后形成的凸耳(boss)状突起部的内部组织。图17作为冷加工例表示出将Mg-O. 1原子％ ￥在四01下进行挤压并在400°C下 保持了 M小时的材料、以及将Mg-O. 3原子％ Y在300°C下进行挤压并在400°C下保持了 M 小时的材料，用图6所示的方法，在上模中以3. Omm/秒的速度进行冷加工之后形成的凸耳 状突起部的内部组织。图18作为冷加工例表示出将Mg-O. 1原子％ ￥在四01下进行挤压并在400°C下 保持了 M小时的材料，用图6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度进行冷加工之 后形成的凸耳状突起部的内部组织。图19与变形量少的部位相比较地表示出用图6所述的冷加工方法成形之后形成 的突起部的硬度。图20作为比较例表示出使将纯镁在进行挤压并在400°C下保持了 M小时 的材料进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线(上图)，以及将在0. 14的公称应变下停止变形之后再次通过机械加工制取的压缩试件，沿与挤压方向平行以及与挤压方 向垂直的方向进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线。图21作为实施例表示出使将Mg-O. 3原子％ ￥在3001下进行挤压并在400°C下 保持了 M小时的材料进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线(上图)，以及将 在0. 40的公称应变下停止变形之后再次通过机械加工制取的压缩试件沿与挤压方向平行 以及与挤压方向垂直的方向进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线。图22作为实施例表示出使将Mg-1. 0原子％ ￥在4251下进行挤压并在400°C下 保持了 M小时的材料进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线(上图)，以及在 0. 40的公称应变下停止变形之后再次通过机械加工制取的压缩试件沿与挤压方向平行以 及与挤压方向垂直的方向进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线。图23作为实施例表示出使将Mg-O. 3原子％ Yb在300°C下进行挤压并在450°C 下保持了 M小时的材料进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线(上图)，以及 将在0. 40的公称应变下停止变形之后再次通过机械加工制取的压缩试件沿与挤压方向平 行以及与挤压方向垂直的方向进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线。图M作为实施例表示出使将Mg-O. 3原子％ Gd在300°C下进行挤压并在450°C 下保持了 M小时的材料进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线(上图)，以及 在0. 35的公称应变下停止变形之后再次通过机械加工制取的压缩试件沿与挤压方向平行 以及与挤压方向垂直的方向进行了压缩变形时得到的公称应力-公称应变曲线。图25作为比较例表示出将Mg-O. 6原子％ Y以挤压比25 1、温度320°C进行了 挤压的材料的晶粒组织。图中的黑线是表示晶体取向差为5°以上的界面以作为晶界的线。图沈表示出从在图25中作为比较例示出的将Mg-0.6原子％￥以挤压比25 1、 温度320°C进行了挤压的材料，沿与挤压方向平行以及与挤压方向垂直的方向制取试件，并 在室温下进行压缩试验的结果。
具体实施例方式在本发明的优选的方式中，Mg基合金其合金组织在1 μ m3单位中作为整体为均质， 但在1 μ m3内不规则地分散有平均直径为2 50nm的Y高浓度部。在本发明的更优选的方式中，Mg基合金的Y高浓度部为在1 μ m3单位中的Y浓度 的1.5倍以上的高浓度。本发明的材料的内部结构的特征在于，以坯料中平均浓度的5成以上、S卩1.5倍以 上的浓度高浓度地存在钇原子的区域形成平均直径为2nm 50nm的大小，而且，这些高浓 度区域以2nm 50nm的间隔分散于坯料晶粒中。另外，高浓度地分布的钇原子，与作为母相的镁原子不形成金属间化合物，即不形 成规则的结构，虽然为高浓度，但是形成无规则(随意)的分布。本发明的材料，其特征在于，通过施加公称应变为0.15以上(作为等效应变 (equivalent strain ；相当应变)的绝对值为0. 17以上)的冷加工，内部晶体组织被分割、 被细化，从而具有平均值为30 μ m以下的晶体粒径。本发明的Mg基合金，可制造任意的长的棒材、板材、块材。能够确保以往被认为困 难的镁的冷加工性，作为轻量结构材料可期待在所有的用途中作出贡献。
实施例<合金的制作>将钇⑴和纯镁(Mg)(纯度99. 95% )在氩气氛中完全熔化，浇铸到铁制铸模中， 制作出Y含有量为0. 1原子％、0. 3原子％、0. 6原子％、1. 0原子％、1. 2原子％、1. 5原子％、 2.0原子％、2.2原子％、3.0原子％的9种1%4合金。在表1中作为实施例1 18、比较 例1分别示出。通过将得到的铸造合金在500°C温度下进行M小时的炉中保持(大气氛围)后进 行水冷来实施了固溶处理。其后，通过机械加工，制成直径40mm、长度70mm的圆柱材。将该圆柱材在保持为表1所示的各挤压温度的容器(箱；container)内(大气中) 保持30分钟之后，以挤压比25 1进行挤压，从而进行了强应变热加工。根据断面减少率 求出的平均等效塑性应变为3. 7。将该挤压材料在温度300 550°C的炉中等温保持M小时之后，在炉外进行空冷。 挤压温度采用了表1所示的各温度。测定了平均再结晶粒径(μπι)、拉伸屈服应力(Α)、压 缩屈服应力(B)、屈服应力比(Β/Α)、压缩断裂应变。将结果汇总示于表1。表 权利要求
1.一种Mg基合金冷加工构件，是通过冷加工而将Mg基合金成型为规定的形状的Mg基 合金冷加工构件，其特征在于，在所述组织中含有通过冷加工而被分割、被细化了的晶粒。
2.根据权利要求1所述的Mg基合金冷加工构件，其特征在于，在进行构成的Mg基合金 中添加有一种或者两种以上的镧系稀土元素。
3.根据权利要求1或2所述的Mg基合金冷加工构件，其特征在于，其晶体粒径的平均 值为30 μ m以下。
4.根据权利要求1或2所述的Mg基合金冷加工构件，其特征在于，在室温等150°C以下 的温度下通过冷加工给予了作为绝对值为0. 17 (公称压缩应变为0. 15)以上的等效应变。
全文摘要
本发明的目的是提供可显著降低冷塑性加工所需的负荷载荷的Mg基合金冷加工构件，并使其能够实用化。本发明是将Mg基合金通过冷加工而成型为规定的形状的Mg基合金冷加工构件，其特征在于，在所述组织中含有通过冷加工而被分割、被细化了的晶粒。
文档编号C22C23/06GK102105613SQ200980128568
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月22日 优先权日2008年7月22日
发明者加藤晃, 向井敏司, 庄司哲也, 染川英俊 申请人:独立行政法人物质·材料研究机构