專利名稱：Mg基合金冷加工構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及添加有釔等鑭系稀土元素的Mg基合金，涉及塑性加工容易的Mg基合金。
背景技術(shù)：
以往，該種Mg基合金在冷態(tài)(室溫程度的溫度)溫度區(qū)的塑性加工困難，因此雖 然希望但難以實(shí)現(xiàn)面向結(jié)構(gòu)用的輕量材料等進(jìn)行應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可顯著降低冷塑性加工所需的負(fù)荷載荷的Mg基合金冷加工 構(gòu)件，使其能夠?qū)嵱没?。本發(fā)明提供一種Mg基合金冷加工構(gòu)件，其是通過冷加工而將Mg基合金成型為規(guī) 定的形狀的Mg基合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，在所述組織中含有通過冷加工而被分割、 被細(xì)化了的晶粒。在本發(fā)明的Mg基合金加工構(gòu)件中，優(yōu)選在進(jìn)行構(gòu)成的Mg基合金中添加有一種或 者兩種以上的鑭系稀土元素。另外，在本發(fā)明的Mg基合金加工構(gòu)件中，優(yōu)選其晶體粒徑的平均值為30 μ m以下。通過具有如以上那樣的特征的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可消除以AZ31合金為代表的現(xiàn)有形變 合金通常所看到的變形的各向異性，例如，可消除在拉伸載荷作用的情況下的屈服應(yīng)力即 塑性變形開始應(yīng)力需為在壓縮載荷作用的情況下的塑性變形開始應(yīng)力的1. 2 1. 4倍的缺
點(diǎn)ο本合金具有變形的各向同性，對于一定的載荷，在所有的方向顯示出同等的變形 量。同時(shí)，變形加工所需要的載荷也不依賴于負(fù)荷方向而為同等。


圖1是構(gòu)成本合金(實(shí)施例4)的內(nèi)部組織的高分辨率透射電鏡照片。圖2是構(gòu)成本合金(實(shí)施例4)的內(nèi)部組織的基于Z對比法的高分辨率透射電鏡 照片。圖3的上圖是對于本合金(實(shí)施例4)，用點(diǎn)表示通過三維原子探針觀察到的釔原 子的存在地方的照片；下圖是以上圖的存在分布為基礎(chǔ)，用灰色的輪廓圖表示釔原子高濃 度偏在的區(qū)域的模式圖。圖4是對于實(shí)施例4的Mg-O. 6原子％ Y合金，表示本合金的壓縮公稱應(yīng)力-公稱 應(yīng)變關(guān)系的曲線圖。圖5是從在圖4所示的壓縮試驗(yàn)中在與押出平行的方向施加了壓縮變形直到公稱 應(yīng)變0. 4、即初期高度的60%的合金制取試件，與圖4的情況同樣地進(jìn)行了靜態(tài)壓縮試驗(yàn)時(shí) 的曲線圖。
圖6是用于評價(jià)冷加工性的金屬模組件的縱截面主視圖。圖7是使用圖6所示的模具(jig;夾具)評價(jià)了冷加工性的曲線圖。表示出實(shí)施 例1、實(shí)施例2、實(shí)施例4和比較例1所示的材料的結(jié)果。圖8是成形加工后的試樣截面照片。在此，示出壓入速度0.03mm/秒、負(fù)載4. 5噸 時(shí)的結(jié)果。圖9表示成形加工后的試樣截面照片。在此，示出壓入速度0. 03mm/秒、負(fù)載4. 5 噸時(shí)的結(jié)果。上圖是AZ31合金、下圖是本合金的Mg-O. 6原子％ Y合金的例子。圖10示出將Mg-O. 6原子％ ￥在425°C下擠壓并在400°C保持了 M小時(shí)的材料的 壓縮變形前后的晶粒取向分布變化和平均晶體粒徑(d)。在此，顯示出成形前以及進(jìn)行4% (公稱應(yīng)變0. 04),15% (公稱應(yīng)變0. 15) ,25% (公稱應(yīng)變0. 25)變形之后形成的內(nèi)部組
幺口
/Ν ο圖11示出將與圖10同樣的材料進(jìn)行45% (公稱應(yīng)變0. 45))變形之后形成的內(nèi) 部組織和平均晶體粒徑(d)。圖12示出將與圖10同樣的材料進(jìn)行15% (公稱應(yīng)變0. 15))變形之后形成的內(nèi) 部組織的放大圖。圖13表示出將現(xiàn)有材料AZ31合金在250°C擠壓之后在400°C保持了 M小時(shí)的 比較材料，用圖6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度進(jìn)行冷加工之后，在材料內(nèi) 部形成的組織的變化。圖14表示出將Mg-O. 6原子％ Y在320°C下擠壓并在400°C下保持了 M小時(shí)的 材料，用圖6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度進(jìn)行冷加工之后，在材料內(nèi)部形 成的組織的變化。圖15表示出將Mg-O. 1原子％ Y在290°C進(jìn)行擠壓并在400°C下保持了 M小時(shí) 的材料，用圖6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度進(jìn)行冷加工之后，在材料內(nèi)部 形成的組織的變化。圖16作為冷加工例表示出將Mg-O. 1原子％ ￥在四01下進(jìn)行擠壓并在400°C下 保持了 M小時(shí)的材料、以及將Mg-O. 3原子％ Y在300°C下進(jìn)行擠壓并在400°C下保持了 M 小時(shí)的材料，用圖6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒以及3. Omm/秒的速度進(jìn)行冷加 工之后形成的凸耳(boss)狀突起部的內(nèi)部組織。圖17作為冷加工例表示出將Mg-O. 1原子％ ￥在四01下進(jìn)行擠壓并在400°C下 保持了 M小時(shí)的材料、以及將Mg-O. 3原子％ Y在300°C下進(jìn)行擠壓并在400°C下保持了 M 小時(shí)的材料，用圖6所示的方法，在上模中以3. Omm/秒的速度進(jìn)行冷加工之后形成的凸耳 狀突起部的內(nèi)部組織。圖18作為冷加工例表示出將Mg-O. 1原子％ ￥在四01下進(jìn)行擠壓并在400°C下 保持了 M小時(shí)的材料，用圖6所示的方法，在上模中以0. 0003mm/秒的速度進(jìn)行冷加工之 后形成的凸耳狀突起部的內(nèi)部組織。圖19與變形量少的部位相比較地表示出用圖6所述的冷加工方法成形之后形成 的突起部的硬度。圖20作為比較例表示出使將純鎂在進(jìn)行擠壓并在400°C下保持了 M小時(shí) 的材料進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線(上圖)，以及將在0. 14的公稱應(yīng)變下停止變形之后再次通過機(jī)械加工制取的壓縮試件，沿與擠壓方向平行以及與擠壓方 向垂直的方向進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線。圖21作為實(shí)施例表示出使將Mg-O. 3原子％ ￥在3001下進(jìn)行擠壓并在400°C下 保持了 M小時(shí)的材料進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線(上圖)，以及將 在0. 40的公稱應(yīng)變下停止變形之后再次通過機(jī)械加工制取的壓縮試件沿與擠壓方向平行 以及與擠壓方向垂直的方向進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線。圖22作為實(shí)施例表示出使將Mg-1. 0原子％ ￥在4251下進(jìn)行擠壓并在400°C下 保持了 M小時(shí)的材料進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線(上圖)，以及在 0. 40的公稱應(yīng)變下停止變形之后再次通過機(jī)械加工制取的壓縮試件沿與擠壓方向平行以 及與擠壓方向垂直的方向進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線。圖23作為實(shí)施例表示出使將Mg-O. 3原子％ Yb在300°C下進(jìn)行擠壓并在450°C 下保持了 M小時(shí)的材料進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線(上圖)，以及 將在0. 40的公稱應(yīng)變下停止變形之后再次通過機(jī)械加工制取的壓縮試件沿與擠壓方向平 行以及與擠壓方向垂直的方向進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線。圖M作為實(shí)施例表示出使將Mg-O. 3原子％ Gd在300°C下進(jìn)行擠壓并在450°C 下保持了 M小時(shí)的材料進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線(上圖)，以及 在0. 35的公稱應(yīng)變下停止變形之后再次通過機(jī)械加工制取的壓縮試件沿與擠壓方向平行 以及與擠壓方向垂直的方向進(jìn)行了壓縮變形時(shí)得到的公稱應(yīng)力-公稱應(yīng)變曲線。圖25作為比較例表示出將Mg-O. 6原子％ Y以擠壓比25 1、溫度320°C進(jìn)行了 擠壓的材料的晶粒組織。圖中的黑線是表示晶體取向差為5°以上的界面以作為晶界的線。圖沈表示出從在圖25中作為比較例示出的將Mg-0.6原子％￥以擠壓比25 1、 溫度320°C進(jìn)行了擠壓的材料，沿與擠壓方向平行以及與擠壓方向垂直的方向制取試件，并 在室溫下進(jìn)行壓縮試驗(yàn)的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的優(yōu)選的方式中，Mg基合金其合金組織在1 μ m3單位中作為整體為均質(zhì)， 但在1 μ m3內(nèi)不規(guī)則地分散有平均直徑為2 50nm的Y高濃度部。在本發(fā)明的更優(yōu)選的方式中，Mg基合金的Y高濃度部為在1 μ m3單位中的Y濃度 的1.5倍以上的高濃度。本發(fā)明的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特征在于，以坯料中平均濃度的5成以上、S卩1.5倍以 上的濃度高濃度地存在釔原子的區(qū)域形成平均直徑為2nm 50nm的大小，而且，這些高濃 度區(qū)域以2nm 50nm的間隔分散于坯料晶粒中。另外，高濃度地分布的釔原子，與作為母相的鎂原子不形成金屬間化合物，即不形 成規(guī)則的結(jié)構(gòu)，雖然為高濃度，但是形成無規(guī)則(隨意)的分布。本發(fā)明的材料，其特征在于，通過施加公稱應(yīng)變?yōu)?.15以上(作為等效應(yīng)變 (equivalent strain ；相當(dāng)應(yīng)變)的絕對值為0. 17以上)的冷加工，內(nèi)部晶體組織被分割、 被細(xì)化，從而具有平均值為30 μ m以下的晶體粒徑。本發(fā)明的Mg基合金，可制造任意的長的棒材、板材、塊材。能夠確保以往被認(rèn)為困 難的鎂的冷加工性，作為輕量結(jié)構(gòu)材料可期待在所有的用途中作出貢獻(xiàn)。
實(shí)施例<合金的制作>將釔⑴和純鎂(Mg)(純度99. 95% )在氬氣氛中完全熔化，澆鑄到鐵制鑄模中， 制作出Y含有量為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種1%4合金。在表1中作為實(shí)施例1 18、比較 例1分別示出。通過將得到的鑄造合金在500°C溫度下進(jìn)行M小時(shí)的爐中保持(大氣氛圍)后進(jìn) 行水冷來實(shí)施了固溶處理。其后，通過機(jī)械加工，制成直徑40mm、長度70mm的圓柱材。將該圓柱材在保持為表1所示的各擠壓溫度的容器(箱；container)內(nèi)(大氣中) 保持30分鐘之后，以擠壓比25 1進(jìn)行擠壓，從而進(jìn)行了強(qiáng)應(yīng)變熱加工。根據(jù)斷面減少率 求出的平均等效塑性應(yīng)變?yōu)?. 7。將該擠壓材料在溫度300 550°C的爐中等溫保持M小時(shí)之后，在爐外進(jìn)行空冷。 擠壓溫度采用了表1所示的各溫度。測定了平均再結(jié)晶粒徑(μπι)、拉伸屈服應(yīng)力(Α)、壓 縮屈服應(yīng)力(B)、屈服應(yīng)力比(Β/Α)、壓縮斷裂應(yīng)變。將結(jié)果匯總示于表1。表 權(quán)利要求
1.一種Mg基合金冷加工構(gòu)件，是通過冷加工而將Mg基合金成型為規(guī)定的形狀的Mg基 合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，在所述組織中含有通過冷加工而被分割、被細(xì)化了的晶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mg基合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，在進(jìn)行構(gòu)成的Mg基合金 中添加有一種或者兩種以上的鑭系稀土元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Mg基合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，其晶體粒徑的平均 值為30 μ m以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Mg基合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，在室溫等150°C以下 的溫度下通過冷加工給予了作為絕對值為0. 17 (公稱壓縮應(yīng)變?yōu)?. 15)以上的等效應(yīng)變。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供可顯著降低冷塑性加工所需的負(fù)荷載荷的Mg基合金冷加工構(gòu)件，并使其能夠?qū)嵱没?。本發(fā)明是將Mg基合金通過冷加工而成型為規(guī)定的形狀的Mg基合金冷加工構(gòu)件，其特征在于，在所述組織中含有通過冷加工而被分割、被細(xì)化了的晶粒。
文檔編號C22C23/06GK102105613SQ200980128568
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者加藤晃, 向井敏司, 莊司哲也, 染川英俊 申請人:獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)