專利名稱：高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法，更具體來說，涉及通過以特定比例含有特定的稀土類元素而實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度高韌性的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。
背景技術(shù)：
鎂合金因其回收再利用性，作為攜帶電話或筆記本型個(gè)人電腦的筐體或汽車用部件而迅速地開始普及。
為了能夠用于這些用途中，對(duì)于鎂合金要求高強(qiáng)度和高韌性。為了制造高強(qiáng)度高韌性的鎂合金，以往從材料方面及制法方面進(jìn)行了各種研究。
在制法方面，為了促進(jìn)納米結(jié)晶化，開發(fā)出了急冷凝固粉末冶金(RS-P/M)法，能夠獲得鑄造材料的大約2倍的400MPa左右的強(qiáng)度的鎂合金。
作為鎂合金，已知有Mg-Al類、Mg-Al-Zn類、Mg-Th-Zn類、Mg-Th-Zn-Zr類、Mg-Zn-Zr類、Mg-Zn-Zr-RE(稀土類元素)類等成分體系的合金。即使用鑄造法制造具有這些組成的鎂合金，也無法獲得足夠的強(qiáng)度。當(dāng)用所述RS-P/M法制造具有所述組成的鎂合金時(shí)，雖然與用鑄造法制造的情況相比能夠達(dá)到更高的強(qiáng)度，然而強(qiáng)度依然不充分，或者即使強(qiáng)度足夠，韌性(延展性)也不充分，從而有難以在要求高強(qiáng)度及高韌性的用途中使用的缺點(diǎn)。
作為具有高強(qiáng)度及高韌性的鎂合金，提出過Mg-Zn-RE(稀土類元素)類合金(例如專利文獻(xiàn)1、2及3)。
專利文獻(xiàn)1專利3238516號(hào)公報(bào)(圖1)專利文獻(xiàn)2專利2807374號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2002-256370號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求的范圍、實(shí)施例)但是，以往的Mg-Zn-RE類合金中，例如是將無定形狀的合金材料熱處理，進(jìn)行微細(xì)結(jié)晶化，得到高強(qiáng)度的鎂合金。這樣，為了獲得所述無定形狀的合金材料，就會(huì)有需要相當(dāng)量的鋅和稀土類元素的成見，要使用比較多地含有鋅和稀土類元素的鎂合金。
雖然專利文獻(xiàn)1及2中記載有能夠獲得高強(qiáng)度及高韌性，然而基本上沒有實(shí)際上強(qiáng)度及韌性都達(dá)到用于實(shí)用的水平的合金。另外，現(xiàn)在鎂合金的用途已經(jīng)擴(kuò)大，以往的強(qiáng)度及韌性并不充分，需要具有更高的強(qiáng)度及韌性的鎂合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到如上所述的情況而完成的，其目的在于，針對(duì)鎂合金的擴(kuò)大了的用途，提供強(qiáng)度及韌性都處于能夠用于實(shí)用的水平的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。
為了解決所述問題，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性的鎂合金的特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b而且，所述Dy、Ho及Er分別是在鎂合金鑄造物中形成長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶體組織的稀土類元素。
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b另外，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金最好是對(duì)鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工的材料。
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，在制作如下的鎂合金鑄造物，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物，在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，其中所述鎂合金鑄造物含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，在對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物，在對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物，在對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.2≤a≤3.0
(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b另外，最好所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的平均粒徑在0.2μm以上，在所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒內(nèi)存在多個(gè)隨機(jī)晶界，由所述隨機(jī)晶界規(guī)定的晶粒的平均粒徑在0.05μm以上。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好與所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度相比，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度至少小1個(gè)數(shù)量級(jí)。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述塑性加工物具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述至少一種的析出物的合計(jì)體積百分率超過0％而在40％以下。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述塑性加工是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在15以下。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在10以下。
技術(shù)方案16另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤y≤4.8(5)0.2≤b+y≤5.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0而且，所謂Mm(混合稀土合金)是以Ce及La為主成分的多個(gè)稀土類元素的混合物或合金，是從礦石中將作為有用的稀土類元素的Sm或Nd等精練除去后的殘?jiān)浣M成依賴于精練前的礦石的組成。
技術(shù)方案19另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)。
(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.2≤b+c+d≤6.0技術(shù)方案20本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0
(3)2a-3≤b另外，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金最好是在將鎂合金鑄造物切削后進(jìn)行了塑性加工的材料。
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，制作利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物，對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，制作利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物，對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的平均粒徑在0.1μm以上。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好與所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度相比，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述塑性加工物具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述至少一種的析出物的合計(jì)體積百分率超過0％而在40％以下。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好所述塑性加工是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在15以下。另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在10以下。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，也可以在所述Mg中合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤y≤4.9
(5)0.1≤b+y≤5.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)。
(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.1≤b+c+d≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金中，也可以在所述Mg中合計(jì)含有超過0原子％而在2.5原子％以下的從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法的特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過對(duì)所述鎂合金進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物的工序。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b
根據(jù)所述的本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，通過對(duì)鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工，可以使塑性加工后的塑性加工物的硬度及屈服強(qiáng)度與塑性加工前的鑄造物相比提高。
另外，在本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，也可以在制作所述鎂合金鑄造物的工序和制作所述塑性加工物的工序之間，追加對(duì)所述鎂合金鑄造物實(shí)施均質(zhì)化熱處理的工序。此時(shí)的熱處理?xiàng)l件最好為溫度為400℃～550℃，處理時(shí)間為1分鐘～1500分鐘。
另外，在本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，也可以在制作所述塑性加工物的工序之后，追加對(duì)所述塑性加工物實(shí)施熱處理的工序。此時(shí)的熱處理?xiàng)l件最好為溫度為150℃～450℃，處理時(shí)間為1分鐘～1500分鐘。
本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法的特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過對(duì)所述鎂合金進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物的工序。
(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好所述鎂合金鑄造物具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，也可以在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0
(5)0.2≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)。
(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.2≤b+c+d≤6.0本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法的特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過切削所述鎂合金而制作片狀的切削物的工序；通過對(duì)所述切削物進(jìn)行利用塑性加工的固化而制作塑性加工物的工序。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法的特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過切削所述鎂合金而制作片狀的切削物的工序；通過對(duì)所述切削物進(jìn)行利用塑性加工的固化而制作塑性加工物的工序。
(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好所述鎂合金鑄造物具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，也可以在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)。
(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.1≤b+c+d≤6.0另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，也可以在所述Mg中合計(jì)含有超過0原子％而在2.5原子％以下的從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，所述塑性加工也可以是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。即，所述塑性加工在壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工當(dāng)中，無論是單獨(dú)使用還是組合使用都可以。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在15以下，另外，更優(yōu)選的總變形量在10以下。另外，進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的每一次的變形量優(yōu)選0.002以上4.6以下。
而且，所謂總變形量是指，未被退火等熱處理消除的總變形量。即，對(duì)于因在制造工序的途中進(jìn)行熱處理而被消除的變形不算在總變形量中。
但是，對(duì)于進(jìn)行制作片狀的切削物的工序的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的情況，是指在制作了最終用于固化成形的材料后進(jìn)行塑性加工時(shí)的總變形量。即，對(duì)于制作好最終用于固化成形的材料前的變形量不算在總變形量中。所述所謂最終用于固化成形的材料是指片狀材料的接合性差、抗拉強(qiáng)度在200MPa以下的材料。另外，片狀材料的固化成形是使用了擠出、壓延、鍛造、沖壓、ECAE等的加工。也可以在固化成形后，使用壓延、擠出、ECAE、拉伸、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW等。另外，在最終的固化成形前，也可以增加對(duì)片狀材料進(jìn)行球磨、反復(fù)鍛造、搗磨等各種塑性加工。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，在制作所述塑性加工物的工序之后，也可以還具備對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行熱處理的工序。這樣，就可以使熱處理后的塑性加工物的硬度及屈服強(qiáng)度與熱處理前相比進(jìn)一步提高。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，最好所述熱處理的條件為在200℃以上而小于500℃，在10分鐘以上而小于24小時(shí)。
另外，本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法中，進(jìn)行了所述塑性加工后的鎂合金的hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度最好比長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度大1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
如上說明所示，根據(jù)本發(fā)明，針對(duì)鎂合金的擴(kuò)大了的用途，可以提供強(qiáng)度及韌性都處于能夠用于實(shí)用的水平的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。


圖1是表示實(shí)施例1、比較例1及比較例2各自的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖2是表示實(shí)施例2～4各自的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖3是表示實(shí)施例5的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖4是表示實(shí)施例6的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖5是表示實(shí)施例7、8各自的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖6是表示比較例3～9各自的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖7是表示參考例的鑄造材料的晶體組織的照片。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的鎂合金的組成范圍的圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的鎂合金的組成范圍的圖。
具體實(shí)施例方式
下面將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
本發(fā)明人回歸基本，從2元鎂合金開始研究合金的強(qiáng)度及韌性，繼而將該研究擴(kuò)大到多元鎂合金。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度及韌性都具有高水平的鎂合金為Mg-Zn-RE(稀土類元素)類，是稀土類元素為從由Y、Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素的鎂合金，另外與以往技術(shù)不同，在鋅的含量為5.0原子％以下，稀土類元素的含量為5.0原子％以下這樣的低含量下，可以獲得以往所沒有的高強(qiáng)度及高韌性。
形成有長周期疊層結(jié)構(gòu)相的鑄造合金在塑性加工后或通過在塑性加工后實(shí)施熱處理，可以獲得高強(qiáng)度·高延展性·高韌性的鎂合金。另外，發(fā)現(xiàn)了形成長周期疊層結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行塑性加工后，或者在塑性加工熱處理后，可以獲得高強(qiáng)度·高延展性·高韌性的合金組成。
另外發(fā)現(xiàn)，通過切削形成了長周期疊層結(jié)構(gòu)的鑄造合金而制作片狀的鑄造物，對(duì)該鑄造物進(jìn)行塑性加工，或者在塑性加工后實(shí)施熱處理，與不進(jìn)行切削為片狀的工序的情況相比，可以獲得更高強(qiáng)度·更高延展性·更高韌性的鎂合金。另外，發(fā)現(xiàn)了形成長周期疊層結(jié)構(gòu)，在切削為片狀，進(jìn)行塑性加工后，或者在塑性加工熱處理后，可以獲得高強(qiáng)度·高延展性·高韌性的合金組成。
通過將具有長周期疊層結(jié)構(gòu)相的金屬塑性加工，可以使長周期疊層結(jié)構(gòu)相的至少一部分彎曲或折曲。這樣就可以獲得高強(qiáng)度·高延展性·高韌性的金屬。
另外，在彎曲或折曲了的長周期疊層結(jié)構(gòu)相中含有隨機(jī)晶界。通過該隨機(jī)晶界鎂合金被高強(qiáng)度化，高溫下的晶界滑動(dòng)被抑制，從而可以在高溫下獲得高強(qiáng)度。
另外，因在hcp結(jié)構(gòu)鎂相中含有高密度的位錯(cuò)，因而鎂合金被高強(qiáng)度化，因長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度低，因而可以實(shí)現(xiàn)鎂合金的延展性的提高和高強(qiáng)度化。所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度最好與所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度相比至少小1個(gè)數(shù)量級(jí)。
(實(shí)施方式1)本發(fā)明的實(shí)施方式1的鎂合金基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的三元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1個(gè)或2種以上的元素。
該鎂合金的組成范圍是圖8所示的由A-B-C-D-E線包圍的范圍。即，當(dāng)將鋅的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％時(shí)，則a和b就滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b另外，在稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金中，還可以合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y最好滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤y≤4.8(5)0.2≤b+y≤5.0這是因?yàn)?，?dāng)鋅的含量在5原子％以上時(shí)，則特別是韌性(或延展性)就有降低的傾向。另外還因?yàn)椋?dāng)1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)在5原子％以上時(shí)，則特別是韌性(或延展性)就有降低的傾向。
另外，當(dāng)鋅的含量小于0.2原子％，或稀土類元素的含量合計(jì)小于0.2原子％時(shí)，則強(qiáng)度及韌性的至少一方就變得不充分。所以，將鋅的含量的下限設(shè)為0.2原子％，將稀土類元素的合計(jì)含量的下限設(shè)為0.2原子％。
強(qiáng)度及韌性的增大在鋅為0.2～1.5原子％時(shí)變得明顯。在鋅含量為0.2原子％附近，當(dāng)稀土類元素含量變少時(shí)，雖然強(qiáng)度有降低的傾向，然而在該范圍的情況下，也顯示出比以往更高的強(qiáng)度及更高的韌性。所以，本實(shí)施方式的鎂合金的鋅的含量的范圍最寬為0.2原子％以上5.0原子％以下。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，具有所述的范圍的含量的鋅和稀土類元素以外的成分是鎂，然而也可以含有對(duì)合金特性不會(huì)造成影響的程度的雜質(zhì)。
另外，雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(3)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(3’)的范圍。
(1’)0.2≤a≤3.0(2’)0.2≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(實(shí)施方式2)本發(fā)明的實(shí)施方式2的鎂合金基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的四元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
該鎂合金的組成范圍是當(dāng)將鋅的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的合計(jì)含量設(shè)為c原子％時(shí)，則a、b及c就滿足下述式子(1)～(5)。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0將鋅的含量設(shè)為5原子％以下的理由、將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為5原子％以下的理由、將鋅的含量設(shè)為0.2原子％以上的理由、將稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為0.2原子％以上的理由與實(shí)施方式1相同。另外，將第4元素的含量的上限設(shè)為3.0原子％的理由是第4元素的固溶限度低。另外，使之含有第4元素的理由是因?yàn)榫哂惺咕ЯＮ⒓?xì)化的效果和具有使金屬間化合物析出的效果。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(5)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(5’)的范圍。
(1’)0.2≤a≤3.0(2’)0.2≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(4’)0≤c≤3.0(5’)0.2≤b+c≤6.0(實(shí)施方式3)本發(fā)明的實(shí)施方式3的鎂合金基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的四元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。而且，所謂Mm(混合稀土合金)是以Ce及La為主成分的多個(gè)稀土類元素的混合物或合金，是從礦石中將作為有用的稀土類元素的Sm或Nd等精練除去后的殘?jiān)?，其組成依賴于精練前的礦石的組成。
本實(shí)施方式的鎂合金的組成范圍是當(dāng)將Zn的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的含量合計(jì)設(shè)為c原子％時(shí)，則a、b及c就滿足下述式子(1)～(5)。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0將鋅的含量設(shè)為5原子％以下的理由、將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為5原子％以下的理由、將鋅的含量設(shè)為0.2原子％以上的理由、將稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為0.2原子％以上的理由與實(shí)施方式1相同。另外，將第4元素的含量的上限設(shè)為3.0原子％的主要理由是第4元素的固溶限度基本上沒有。另外，使之含有第4元素的理由是因?yàn)榫哂惺咕ЯＮ⒓?xì)化的效果和具有使金屬間化合物析出的效果。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(5)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(5’)的范圍。
(1’)0.2≤a≤3.0(2’)0.2≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(4’)0≤c≤3.0(5’)0.2≤b+c≤6.0(實(shí)施方式4)本發(fā)明的實(shí)施方式4的鎂合金基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的五元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第5元素是從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
該鎂合金的組成范圍是當(dāng)將Zn的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的含量合計(jì)設(shè)為c原子％，將1種或2種以上的第5元素的含量合計(jì)設(shè)為d原子％時(shí)，則a、b、c及d就滿足下述式子(1)～(6)。
(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.2≤b+c+d≤6.0將稀土類元素、第4元素及第5元素的合計(jì)含量設(shè)為6.0原子％以下的理由是當(dāng)超過6原子％時(shí)，則會(huì)變重，原料成本升高，另外韌性會(huì)降低。將稀土類元素、第4元素及第5元素的合計(jì)含量設(shè)為0.2原子％以上的理由是當(dāng)小于0.2原子％時(shí)，則強(qiáng)度就變得不充分。另外，使之含有第4元素、第5元素的理由是因?yàn)榫哂惺咕ЯＮ⒓?xì)化的效果和具有使金屬間化合物析出的效果。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(6)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(6’)的范圍。
(1’)0.2≤a≤3.0(2’)0.2≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(4’)0≤c≤3.0(5’)0≤d≤3.0(6’)0.2≤b+c≤6.0(實(shí)施方式5)作為本發(fā)明的實(shí)施方式5的鎂合金，可以舉出在實(shí)施方式1～4的組成中增加了Me的鎂合金。其中，Me是從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。該Me的含量設(shè)為超過0原子％而在2.5原子％以下。當(dāng)添加Me時(shí)，則可以在維持高強(qiáng)度高韌性的同時(shí)，改善其他的性質(zhì)。例如，在耐腐蝕性或晶粒微細(xì)化等方面具有效果。
(實(shí)施方式6)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式6的鎂合金的制造方法進(jìn)行說明。
將由實(shí)施方式1～5的任意一種的組成構(gòu)成的鎂合金溶解而鑄造，制作鎂合金鑄造物。鑄造時(shí)的冷卻速度為1000K/秒以下，更優(yōu)選100K/秒以下。作為鑄造工藝，可以使用各種工藝，例如可以使用高壓鑄造、輥澆注(roll cast)、傾斜板鑄造、連續(xù)鑄造、觸融壓鑄(thixo molding)、壓鑄等。另外，也可以使用將鎂合金鑄造物以給定形狀切出的工藝。
然后，也可以對(duì)鎂合金鑄造物實(shí)施均質(zhì)化熱處理。此時(shí)的熱處理?xiàng)l件優(yōu)選設(shè)為溫度為400℃～550℃，處理時(shí)間為1分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))。
然后，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工。作為該塑性加工的方法，例如使用擠出、ECAE(equal-channel-angular-extrusion)加工法、壓延、拉伸及鍛造、FSW(friction stir welding；摩擦攪拌焊接)加工、沖壓、滾壓成形、彎曲、它們的反復(fù)加工等。
當(dāng)進(jìn)行利用擠出的塑性加工時(shí)，最好將擠出溫度設(shè)為250℃以上500℃以下，將由擠出造成的截面減少率設(shè)為5％以上。
ECAE加工法是為了在試樣中導(dǎo)入均勻的變形而在每次循環(huán)中使試樣長邊方向旋轉(zhuǎn)90°的方法。具體來說，是如下的方法，即，在截面形狀形成了L字形的成形孔的成形用模子的所述成形孔中，使作為成形用材料的鎂合金鑄造物強(qiáng)行地進(jìn)入，特別是在L狀成形孔的彎曲成90°的部分處，對(duì)所述鎂合金鑄造物施加應(yīng)力，而獲得強(qiáng)度及韌性優(yōu)良的成形體。作為ECAE的循環(huán)次數(shù)優(yōu)選1～8次循環(huán)。更優(yōu)選3～5次循環(huán)。ECAE的加工時(shí)的溫度優(yōu)選250℃以上500℃以下。
當(dāng)進(jìn)行利用壓延的塑性加工時(shí)，最好將壓延溫度設(shè)為250℃以上500℃以下，將壓下率設(shè)為5％以上。
當(dāng)進(jìn)行利用拉伸加工的塑性加工時(shí)，進(jìn)行拉伸加工時(shí)的溫度最好為250℃以上500℃以下，所述拉伸加工的截面減少率在5％以上。
當(dāng)進(jìn)行利用鍛造的塑性加工時(shí)，進(jìn)行鍛造加工時(shí)的溫度最好在250℃以上500℃以下，所述鍛造加工的加工率在5％以上。
對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行的塑性加工最好每一次的變形量在0.002以上4.6以下，總變形量在15以下。另外，所述塑性加工更優(yōu)選每一次的變形量在0.002以上4.6以下，總變形量在10以下。
而且，ECAE加工的變形量為0.95～1.15/次，例如進(jìn)行16次ECAE加工時(shí)的總變形量變?yōu)?.95×16＝15.2，進(jìn)行8次ECAE加工時(shí)的總變形量變?yōu)?.95×8＝7.6。
另外，擠出加工的變形量為在擠出比為2.5時(shí)為0.92/次，在擠出比為4時(shí)為1.39/次，在擠出比為10時(shí)為2.30/次，在擠出比為20時(shí)為2.995/次，在擠出比為50時(shí)為3.91/次，在擠出比為100時(shí)為4.61/次，在擠出比為1000時(shí)為6.90/次。
如上所述地對(duì)鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶體組織，具有該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上(更優(yōu)選10％以上)，所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的平均粒徑在2μm以上，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的平均粒徑在0.2μm以上。在該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒內(nèi)存在多個(gè)隨機(jī)晶界，由該隨機(jī)晶界規(guī)定的晶粒的平均粒徑在0.05μm以上。雖然在隨機(jī)晶界中位錯(cuò)密度大，然而長周期疊層結(jié)構(gòu)相中隨機(jī)晶界以外的部分的位錯(cuò)密度小。所以，hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度與長周期疊層結(jié)構(gòu)相的隨機(jī)晶界以外的部分的位錯(cuò)密度相比大1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的至少一部分彎曲或折曲。另外，所述塑性加工物也可以具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。所述析出物的合計(jì)體積百分率優(yōu)選超過0％而在40％以下。另外，所述塑性加工物具有hcp-Mg。對(duì)于進(jìn)行了所述塑性加工后的塑性加工物，與進(jìn)行塑性加工前的鑄造物相比，維氏硬度及屈服強(qiáng)度都上升。
也可以對(duì)于對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物實(shí)施熱處理。該熱處理?xiàng)l件優(yōu)選設(shè)為溫度在200℃以上而小于500℃，熱處理時(shí)間為10分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))。將熱處理溫度設(shè)為小于500℃是因?yàn)?，?dāng)在500℃以上時(shí)，則因塑性加工而施加的變形量就被消除。
對(duì)于進(jìn)行了該熱處理后的塑性加工物，與進(jìn)行熱處理前的塑性加工物相比，維氏硬度及屈服強(qiáng)度都上升。另外，在熱處理后的塑性加工物中也與熱處理前相同，在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶體組織，具有該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上(更優(yōu)選10％以上)，所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的平均粒徑在2μm以上，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的平均粒徑在0.2μm以上。在該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒內(nèi)存在多個(gè)隨機(jī)晶界，由該隨機(jī)晶界規(guī)定的晶粒的平均粒徑在0.05μm以上。雖然在隨機(jī)晶界中位錯(cuò)密度大，然而長周期疊層結(jié)構(gòu)相的隨機(jī)晶界以外的部分的位錯(cuò)密度小。所以，hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度與長周期疊層結(jié)構(gòu)相的隨機(jī)晶界以外的部分的位錯(cuò)密度相比大1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的至少一部分彎曲或折曲。另外，所述塑性加工物也可以具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。所述析出物的合計(jì)體積百分率優(yōu)選超過0％而在40％以下。
根據(jù)所述實(shí)施方式1～6，針對(duì)鎂合金的擴(kuò)大了的用途，例如作為強(qiáng)度及韌性都被要求高性能的高技術(shù)用合金的用途，可以提供強(qiáng)度及韌性都處于能夠用于實(shí)用的水平的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。
(實(shí)施方式7)本發(fā)明的實(shí)施方式7的鎂合金是適用于通過切削鑄造物而制作的多個(gè)數(shù)mm見方以下的片狀鑄造物的合金，基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的三元或四元以上的合金，稀土類元素是從由Y、Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
該鎂合金的組成范圍是圖9所示的由A-B-C-D-E線包圍的范圍。即，當(dāng)將鋅的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％時(shí)，則a和b就滿足下述式子(1)～(3)。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b另外，在稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金中，還可以合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y最好滿足下述式子(4)及(5)。
(4)0≤y≤4.9(5)0.1≤b+y≤5.0這是因?yàn)?，?dāng)鋅的含量在5原子％以上時(shí)，則特別是韌性(或延展性)就有降低的傾向。另外還因?yàn)椋?dāng)1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)在5原子％以上時(shí)，則特別是韌性(或延展性)就有降低的傾向。
另外，當(dāng)鋅的含量小于0.1原子％，或稀土類元素的含量合計(jì)小于0.1原子％時(shí)，則強(qiáng)度及韌性的至少一方就變得不充分。所以，將鋅的含量的下限設(shè)為0.1原子％，將稀土類元素的合計(jì)含量的下限設(shè)為0.1原子％。像這樣可以使鋅的含量及稀土類元素的合計(jì)含量各自的下限與實(shí)施方式1相比低1/2的原因是因?yàn)檫m用于片狀鑄造物。
強(qiáng)度及韌性的增大在鋅為0.5～1.5原子％處變得明顯。在鋅含量為0.5原子％附近，當(dāng)稀土類元素含量變少時(shí)，雖然強(qiáng)度有降低的傾向，然而在該范圍的情況下，也顯示出比以往更高的強(qiáng)度及更高的韌性。所以，本實(shí)施方式的鎂合金的鋅的含量的范圍最寬為0.1原子％以上5.0原子％以下。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，具有所述的范圍的含量的鋅和稀土類元素以外的成分是鎂，然而也可以含有對(duì)合金特性不會(huì)造成影響的程度的雜質(zhì)。
另外，雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(3)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(3’)的范圍。
(1’)0.1≤a≤3.0(2’)0.1≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(實(shí)施方式8)本發(fā)明的實(shí)施方式8的鎂合金是適用于通過切削鑄造物而制作的多個(gè)數(shù)mm見方以下的片狀鑄造物的合金，基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的四元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
本實(shí)施方式的鎂合金的組成范圍是當(dāng)將鋅的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的含量合計(jì)設(shè)為c原子％時(shí)，則a、b及c就滿足下述式子(1)～(5)。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0
(5)0.1≤b+c≤6.0本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
另外，雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(3)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(3’)的范圍。
(1’)0.1≤a≤3.0(2’)0.1≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(實(shí)施方式9)本發(fā)明的實(shí)施方式9的鎂合金是適用于通過切削鑄造物而制作的多個(gè)數(shù)mm見方以下的片狀鑄造物的合金，基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的四元或五元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
本實(shí)施方式的鎂合金的組成范圍是當(dāng)將Zn的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的含量合計(jì)設(shè)為c原子％時(shí)，則a、b及c就滿足下述式子(1)～(5)。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0將鋅的含量設(shè)為5原子％以下的理由、將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為5原子％以下的理由、將鋅的含量設(shè)為0.1原子％以上的理由、將稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為0.1原子％以上的理由與實(shí)施方式7相同。另外，將第4元素的含量的上限設(shè)為3.0原子％的理由是第4元素的固溶限度基本上沒有。另外，使之含有第4元素的理由是因?yàn)榫哂惺咕ЯＮ⒓?xì)化的效果和具有使金屬間化合物析出的效果。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
另外，雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(3)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(3’)的范圍。
(1’)0.1≤a≤3.0(2’)0.1≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(實(shí)施方式10)本發(fā)明的實(shí)施方式10的鎂合金是適用于通過切削鑄造物而制作的多個(gè)數(shù)mm見方以下的片狀鑄造物的合金，基本上是含有Mg、Zn及稀土類元素的五元以上的合金，稀土類元素是從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第4元素是從由Yb、Tb、Sm、Nd及Gd構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素，第5元素是從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素。
本實(shí)施方式的鎂合金的組成范圍是當(dāng)將Zn的含量設(shè)為a原子％，將1種或2種以上的稀土類元素的含量合計(jì)設(shè)為b原子％，將1種或2種以上的第4元素的含量合計(jì)設(shè)為c原子％，將1種或2種以上的第5元素的含量合計(jì)設(shè)為d原子％時(shí)，則a、b、c及d就滿足下述式子(1)～(4)。
(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.1≤b+c+d≤6.0將稀土類元素、第4元素及第5元素的合計(jì)含量設(shè)為小于6.0原子％的理由、將稀土類元素、第4元素及第5元素的合計(jì)含量設(shè)為超過0.1原子％的理由與實(shí)施方式4相同。
本實(shí)施方式的Mg-Zn-RE類鎂合金中，也可以含有對(duì)合金特性不造成影響的程度的雜質(zhì)。
雖然將所述稀土類元素為從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的1種或2種以上的元素時(shí)的鎂合金的組成范圍設(shè)為滿足所述式子(1)～(3)，然而作為更優(yōu)選的組成范圍，是滿足下述式子(1’)～(3’)的范圍。
(1’)0.1≤a≤3.0(2’)0.1≤b≤5.0(3’)2a-3≤b(實(shí)施方式11)作為本發(fā)明的實(shí)施方式11的鎂合金，可以舉出在實(shí)施方式7～10的組成中增加了Me的鎂合金。其中，Me是從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。該Me的含量設(shè)為超過0原子％而在2.5原子％以下。當(dāng)添加Me時(shí)，則可以在維持高強(qiáng)度高韌性的同時(shí)，改善其他的性質(zhì)。例如，在耐腐蝕性或晶粒微細(xì)化等方面具有效果。
(實(shí)施方式12)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式12的鎂合金的制造方法進(jìn)行說明。
將由實(shí)施方式7～11的任意一種的組成構(gòu)成的鎂合金溶解而鑄造，制作鎂合金鑄造物。鑄造時(shí)的冷卻速度為1000K/秒以下，更優(yōu)選100K/秒以下。作為該鎂合金鑄造物，使用從錠材中以給定形狀切出的材料。
然后，也可以對(duì)鎂合金鑄造物實(shí)施均質(zhì)化熱處理。此時(shí)的熱處理?xiàng)l件優(yōu)選設(shè)為溫度為400℃～550℃，處理時(shí)間為1分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))。
然后，通過切削該鎂合金鑄造物，制作多個(gè)數(shù)mm見方以下的片狀鑄造物。
然后，也可以使用壓縮或塑性加工法的方法將片狀鑄造物預(yù)成形，實(shí)施均質(zhì)化熱處理。此時(shí)的熱處理?xiàng)l件優(yōu)選設(shè)為溫度為400℃～550℃，處理時(shí)間為1分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))。另外，對(duì)于所述預(yù)成形的成形物，也可以在150℃～450℃的溫度下實(shí)施1分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))的熱處理。
片狀的鑄造物一般被用于例如觸變模(thixo mold)的原料中。
而且，也可以使用壓縮或塑性加工法的方法將混合了片狀鑄造物和陶瓷粒子的材料預(yù)成形，實(shí)施均質(zhì)化熱處理。另外，在將片狀鑄造物預(yù)成形之前，也可以附加性地實(shí)施強(qiáng)變形加工。
然后，通過對(duì)所述片狀鑄造物進(jìn)行塑性加工，而將片狀鑄造物固化成形。作為該塑性加工的方法，可以與實(shí)施方式6的情況相同地使用各種方法。而且，在將該片狀鑄造物固化成形之前，也可以增加利用球磨或搗磨機(jī)、高能量球磨等的機(jī)械合金化或體材機(jī)械合金化(bulk mechanicalalloying)等反復(fù)加工處理。另外，在固化成形后，也可以再增加塑性加工或噴丸加工。另外，既可以將所述鎂合金鑄造物與金屬間化合物粒子或陶瓷粒子或纖維等復(fù)合化，也可以將所述切削物與陶瓷粒子或纖維等混合。
像這樣進(jìn)行了塑性加工的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶體組織。該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的至少一部分彎曲或折曲。對(duì)于進(jìn)行了所述塑性加工后的塑性加工物，與進(jìn)行塑性加工前的鑄造物相比，維氏硬度及屈服強(qiáng)度都上升。
對(duì)所述片狀鑄造物進(jìn)行塑性加工時(shí)的總變形量優(yōu)選15以下，另外，更優(yōu)選的總變形量為10以下。另外，每次進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的變形量優(yōu)選0.002以上4.6以下。
而且，這里所說的總變形量是指，未被退火等熱處理消除的總變形量，是將片狀鑄造物預(yù)成形后進(jìn)行塑性加工時(shí)的總變形量。即，對(duì)于因在制造工序的途中進(jìn)行熱處理而被消除的變形不算在總變形量中，另外，對(duì)于將片狀鑄造物預(yù)成形前的變形量不算在總變形量中。
也可以對(duì)于對(duì)所述片狀鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物實(shí)施熱處理。該熱處理?xiàng)l件優(yōu)選設(shè)為溫度在200℃以上而小于500℃，熱處理時(shí)間為10分鐘～1500分鐘(或24小時(shí))。將熱處理溫度設(shè)為小于500℃是因?yàn)?，?dāng)在500℃以上時(shí)，則因塑性加工而施加的變形量就被消除。
對(duì)于進(jìn)行了該熱處理后的塑性加工物，與進(jìn)行熱處理前的塑性加工物相比，維氏硬度及屈服強(qiáng)度都上升。另外，在熱處理后的塑性加工物中也與熱處理前相同，在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶體組織。該長周期疊層結(jié)構(gòu)相的至少一部分彎曲或折曲。
所述實(shí)施方式12中，由于通過切削鑄造物而制作片狀鑄造物，使組織微細(xì)化，因此與實(shí)施方式6相比，可以制作更高強(qiáng)度·更高延展性·更高韌性的塑性加工物等。另外，本實(shí)施方式的鎂合金與實(shí)施方式1～6的鎂合金相比，即使鋅及稀土類元素為更低濃度，也可以獲得高強(qiáng)度及高韌性的特性。
根據(jù)所述實(shí)施方式7～12，針對(duì)鎂合金的擴(kuò)大了的用途，例如對(duì)于作為強(qiáng)度及韌性都被要求高性能的高技術(shù)用合金的用途，可以提供強(qiáng)度及韌性都處于能夠用于實(shí)用的水平的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。
實(shí)施例以下將對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Dy的三元體系鎂合金。
實(shí)施例2中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Ho的三元體系鎂合金。
實(shí)施例3中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Er的三元體系鎂合金。
實(shí)施例4中，使用96.5原子％Mg-1原子％Zn-1原子％Y-1.5原子％Dy的四元體系鎂合金。
實(shí)施例5中，使用96.5原子％Mg-1原子％Zn-1原子％Y-1.5原子％Er的四元體系鎂合金。
實(shí)施例4及5各自的鎂合金是復(fù)合地添加了形成長周期疊層結(jié)構(gòu)的稀土類元素的合金。
實(shí)施例6中，使用96.5原子％Mg-1原子％Zn-1.5原子％Y-1原子％Dy的四元體系鎂合金。
實(shí)施例7中，使用96.5原子％Mg-1原子％Zn-1.5原子％Y-1原子％Er的四元體系鎂合金。
比較例1中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％La的三元體系鎂合金。
比較例2中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Yb的三元體系鎂合金。
比較例3中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Ce的三元體系鎂合金。
比較例4中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Pr的三元體系鎂合金。
比較例5中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Nd的三元體系鎂合金。
比較例6中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Sm的三元體系鎂合金。
比較例7中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Eu的三元體系鎂合金。
比較例8中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Tm的三元體系鎂合金。
比較例9中，使用97原子％Mg-1原子％Zn-2原子％Lu的三元體系鎂合金。
作為參考例，使用98原子％Mg-2原子％Y的二元體系鎂合金。
(鑄造材料的組織觀察)首先，在Ar氣氣氛中利用高頻溶解制作實(shí)施例1～7、比較例1～9及參考例各自的組成的錠材，從這些錠材中切出Ф10×60mm的形狀。利用SEM、XRD進(jìn)行了該切出的鑄造材料的組織觀察。將這些晶體組織的照片表示于圖1～圖7中。
圖1中，表示了比較例1、2各自的晶體組織的照片。圖2中，表示了實(shí)施例1～3的晶體組織的照片。圖3中，表示了實(shí)施例4的晶體組織的照片。圖4中，表示了實(shí)施例5的晶體組織的照片。圖5中，表示了實(shí)施例6、7的晶體組織的照片。圖6中，表示了比較例3～9的晶體組織的照片。圖7中，表示了參考例的晶體組織的照片。
如圖1～5所示，在實(shí)施例1～7的鎂合金中形成有長周期疊層結(jié)構(gòu)的晶體組織。與之不同，如圖1、圖6及圖7所示，比較例1～9及參考例各自的鎂合金未形成長周期疊層結(jié)構(gòu)的晶體組織。
根據(jù)實(shí)施例1～7及比較例1～9各自的晶體組織確認(rèn)了以下的情況。
在Mg-Zn-RE三元體系鑄造合金中，在RE為Dy、Ho、Er的情況下形成長周期疊層結(jié)構(gòu)，而當(dāng)RE為La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Yb時(shí)，則不形成長周期疊層結(jié)構(gòu)。Gd的性質(zhì)與La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Yb略有不同，雖然Gd的單獨(dú)添加(必須有Zn)不會(huì)形成長周期疊層結(jié)構(gòu)，然而與作為形成長周期疊層結(jié)構(gòu)的元素的Dy、Ho、Er復(fù)合添加時(shí)，即使是2.5原子％也可以形成長周期疊層結(jié)構(gòu)。
另外，在將Yb、Tb、Sm、Nd及Gd添加于Mg-Zn-RE(RE＝Dy、Ho、Er)中的情況下，如果是5.0原子％以下，則不會(huì)妨礙長周期疊層結(jié)構(gòu)的形成。另外，在將La、Ce、Pr、Eu及Mm添加于Mg-Zn-RE(RE＝Dy、Ho、Er)中的情況下，如果是5.0原子％以下，則不會(huì)妨礙長周期疊層結(jié)構(gòu)的形成。
比較例1的鑄造材料的晶體粒徑為10～30μm左右，比較例2的鑄造材料的晶體粒徑為30～100μm左右，實(shí)施例1的鑄造材料的晶體粒徑為20～60μm，在晶界上都觀察到了大量的結(jié)晶物。另外，在比較例2的鑄造材料的晶體組織中，在粒內(nèi)存在有微細(xì)的析出物。
(鑄造材料的維氏硬度實(shí)驗(yàn))利用維氏硬度實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了比較例1及比較例2各自的鑄造材料。比較例1的鑄造材料的維氏硬度為75Hv，比較例2的鑄造材料的維氏硬度為69Hv。
(ECAE加工)對(duì)所述比較例1、2各自的鑄造材料在400℃下實(shí)施了ECAE加工。為了在試樣中導(dǎo)入均一的變形，ECAE加工法使用在每次循環(huán)中使試樣長邊方向旋轉(zhuǎn)90度的方法，進(jìn)行4次及8次循環(huán)。此時(shí)的加工速度為2mm/秒的一定值。
(ECAE加工材料的維氏硬度實(shí)驗(yàn))利用維氏硬度實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了實(shí)施了ECAE加工的試樣。4次ECAE加工后的試樣的維氏硬度為比較例1的試樣為82Hv，比較例2的試樣為76Hv，與ECAE加工前的鑄造材料相比，觀察到10％左右的硬度的提高。進(jìn)行了8次ECAE加工的試樣中，與進(jìn)行了4次ECAE加工的試樣相比，在硬度上基本上沒有變化。
(ECAE加工材料的晶體組織)利用SEM、XRD進(jìn)行了對(duì)實(shí)施了ECAE加工的試樣的組織觀察。比較例1、2的加工材料中存在于晶界上的結(jié)晶物被以數(shù)μm量級(jí)截?cái)?，微?xì)地均勻地分散。進(jìn)行了8次ECAE加工的試樣中，與進(jìn)行了4次ECAE加工的試樣相比，在組織上基本上沒有變化。
(ECAE加工材料的拉伸實(shí)驗(yàn))利用拉伸實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了實(shí)施了ECAE加工的試樣。拉伸實(shí)驗(yàn)是與擠出方向平行地在初期變形速度為5×10-4/秒的條件下進(jìn)行的。對(duì)于進(jìn)行了4次ECAE加工的試樣的拉伸特性，在比較例1、2的試樣中，顯示出200MPa以下的屈服應(yīng)力和2～3％的伸長。
(實(shí)施例8～44的鑄造合金的擠出后的機(jī)械特性)制作具有表1～3中所示組成的三元體系的鎂合金的鑄造材料，對(duì)該鑄造材料進(jìn)行了500℃、10小時(shí)的熱處理后，對(duì)該鑄造材料以表1～3中所示的擠出溫度及擠出比進(jìn)行了擠出加工。對(duì)該擠出加工后的擠出材料，在表1～3所示的實(shí)驗(yàn)溫度下，利用拉伸實(shí)驗(yàn)測定了0.2％耐力(屈服強(qiáng)度)、抗拉強(qiáng)度、伸長。另外，對(duì)于擠出材料的硬度(維氏硬度)也進(jìn)行了測定。將這些測定結(jié)果表示在表1～3中。




表示了在對(duì)各種組成的鑄造材料在各種擠出溫度下，以擠出比10、擠出速度2.5mm/秒進(jìn)行了擠出加工后，室溫、200℃下的拉伸實(shí)驗(yàn)及硬度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
而且，本發(fā)明并不限定于所述的實(shí)施方式及實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變更而實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
2.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金是對(duì)鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工的材料。
4.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，在對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
5.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，在對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
6.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物，在對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
7.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物，在對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，與所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度相比，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度至少小1個(gè)數(shù)量級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述塑性加工物具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述至少一種的析出物的合計(jì)體積百分率超過0％而在40％以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述塑性加工是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在15以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在10以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤y≤4.8(5)0.2≤b+y≤5.0。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)，(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.2≤b+c+d≤6.0。
19.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
20.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金是在將鎂合金鑄造物切削后進(jìn)行了塑性加工的材料。
22.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
23.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
24.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，制作利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物，對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
25.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，通過切削所述鎂合金鑄造物而制作片狀的鑄造物，制作利用塑性加工將所述鑄造物固化了的塑性加工物，對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行了熱處理后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相，(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
26.根據(jù)權(quán)利要求22至25中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的平均粒徑在0.1μm以上。
27.根據(jù)權(quán)利要求22至26中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，與所述hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度相比，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22至27中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述長周期疊層結(jié)構(gòu)相的晶粒的體積百分率在5％以上。
29.根據(jù)權(quán)利要求22至28中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述塑性加工物具有從由Mg和稀土類元素的化合物、Mg和Zn的化合物、Zn和稀土類元素的化合物及Mg和Zn和稀土類元素的化合物構(gòu)成的析出物組中選擇的至少一種析出物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述至少一種的析出物的合計(jì)體積百分率超過0％而在40％以下。
31.根據(jù)權(quán)利要求22至30中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，所述塑性加工是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。
32.根據(jù)權(quán)利要求22至31中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在15以下。
33.根據(jù)權(quán)利要求22至31中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在10以下。
34.根據(jù)權(quán)利要求19至33中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有y原子％的Y及/或Gd，y滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤y≤4.9(5)0.1≤b+y≤5.0。
35.根據(jù)權(quán)利要求19至34中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0。
36.根據(jù)權(quán)利要求19至34中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0。
37.根據(jù)權(quán)利要求19至34中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu及Mm構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)，(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.1≤b+c+d≤6.0。
38.根據(jù)權(quán)利要求1至37中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有超過0原子％而在2.5原子％以下的從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。
39.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過對(duì)所述鎂合金進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物的工序，(1)0.2≤a≤5.0(2)0.2≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
40.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過對(duì)所述鎂合金進(jìn)行塑性加工而制作塑性加工物的工序，(1)0.2≤a≤3.0(2)0.2≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述鎂合金鑄造物具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
42.根據(jù)權(quán)利要求30至41中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0。
43.根據(jù)權(quán)利要求40至42中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.2≤b+c≤6.0。
44.根據(jù)權(quán)利要求39至41中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)，(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)0.2≤b+c+d≤6.0。
45.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過切削所述鎂合金而制作片狀的切削物的工序；通過對(duì)所述切削物進(jìn)行利用塑性加工的固化而制作塑性加工物的工序，(1)0.1≤a≤5.0(2)0.1≤b≤5.0(3)0.5a-0.5≤b。
46.一種高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，具備制作如下的鎂合金鑄造物的工序，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)；通過切削所述鎂合金而制作片狀的切削物的工序；通過對(duì)所述切削物進(jìn)行利用塑性加工的固化而制作塑性加工物的工序，(1)0.1≤a≤3.0(2)0.1≤b≤5.0(3)2a-3≤b。
47.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述鎂合金鑄造物具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。
48.根據(jù)權(quán)利要求45至47中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0。
49.根據(jù)權(quán)利要求45至47中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c滿足下述式子(4)及(5)，(4)0≤c≤3.0(5)0.1≤b+c≤6.0。
50.根據(jù)權(quán)利要求45至47中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有c原子％的從由Yb、Tb、Sm及Nd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，合計(jì)含有d原子％的從由La、Ce、Pr、Eu、Mm及Gd構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，c及d滿足下述式子(4)～(6)，(4)0≤c≤3.0(5)0≤d≤3.0(6)01≤b+c+d≤6.0。
51.根據(jù)權(quán)利要求39至50中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在所述Mg中合計(jì)含有超過0原子％而在2.5原子％以下的從由Al、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及V構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素。
52.根據(jù)權(quán)利要求39至51中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述塑性加工是進(jìn)行壓延、擠出、ECAE、拉伸加工、鍛造、沖壓、滾壓成形、彎曲、FSW加工及它們的反復(fù)加工當(dāng)中的至少一個(gè)的加工。
53.根據(jù)權(quán)利要求39至52中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金，是在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的的總變形量在15以下的高強(qiáng)度高韌性鎂合金。
54.根據(jù)權(quán)利要求39至52中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述高強(qiáng)度高韌性鎂合金，是在進(jìn)行所述塑性加工時(shí)的總變形量在10以下的高強(qiáng)度高韌性鎂合金。
55.根據(jù)權(quán)利要求39至54中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，在制作所述塑性加工物的工序之后，還具備對(duì)所述塑性加工物進(jìn)行熱處理的工序。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，所述熱處理的條件為在200℃以上而小于500℃，在10分鐘以上而小于24小時(shí)。
57.根據(jù)權(quán)利要求39至56中任意一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的制造方法，其特征是，進(jìn)行了所述塑性加工后的鎂合金的hcp結(jié)構(gòu)鎂相的位錯(cuò)密度比長周期疊層結(jié)構(gòu)相的位錯(cuò)密度大1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)鎂合金的擴(kuò)大了的用途，提供強(qiáng)度及韌性都處于能夠用于實(shí)用的水平的高強(qiáng)度高韌性鎂合金及其制造方法。本發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鎂合金的特征是，制作如下的鎂合金鑄造物，即，含有a原子％的Zn，合計(jì)含有b原子％的從由Dy、Ho及Er構(gòu)成的一組中選擇的至少一種元素，剩余部分由Mg構(gòu)成，a和b滿足下述式子(1)～(3)，對(duì)所述鎂合金鑄造物進(jìn)行了塑性加工后的塑性加工物在常溫下具有hcp結(jié)構(gòu)鎂相及長周期疊層結(jié)構(gòu)相。(1)0.2≤a≤5.0，(2)0.2≤b≤5.0，(3)0.5a－0.5≤b。
文檔編號(hào)C22C23/06GK1886528SQ200480034689
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者河村能人, 山崎倫昭 申請(qǐng)人:河村能人