[发明专利]耐热性镁合金

说明书

技术领域

本发明涉及可承受在高温的基础上、高负荷下使用的耐热性镁合金。

背景技术

比铝合金质量更轻的镁合金从轻质化的观点出发，作为航空器材料、车辆材料等一直被广泛地使用。但是，镁合金根据用途不同，其强度和耐热性均不足，因此，要求其特性进一步的提高。

因此，在专利文献1(日本特开2004-162090号公报)及专利文献2(日本特开2004-232060号公报)中公开了适量地含有钙(Ca)及铝(Al)的镁合金。在这些文献中，在镁合金的Mg晶粒的晶界，Ca-Al化合物、Mg-Ca化合物析出结晶或者析出，因此可以阻止位错的运动。其结果，镁合金即使在高温区域，蠕变变形也较少，因而显示优异的耐热性。进而，上述的镁合金通过使Mn固溶于Mg晶粒中，将镁合金固溶强化。

发明内容

合金的金属组织会大大影响其特性。因此，为了得到显示更好耐热性的镁合金，有必要使例如添加元素的种类、还有添加量合适来控制金属组织。本发明的目的在于提供一种使用适当的合金元素来控制镁合金的金属组织、并显示优异耐热性的镁合金。

镁及很多镁合金具有图1所示的密排六方构造(hcp)。在hcp金属中，将作为密填充面的底面{0001}面作为滑动面，易于发生由于底面滑动(滑动方向为＜11-20＞)所致的变形。像柱面滑动那样的非底面滑动在室温下基本不会发生。图2是表示底面滑动和非底面滑动的临界剪切应力的温度依赖性的图。已知将{0001}面作为滑动面的底面滑动比将其他面作为滑动面的非底面滑动以更小的剪切力便会发生，非底面滑动由于温度升高而变得易于发生。即，非底面滑动不像底面滑动那样容易发生，滑动阻力大。

可是，若进行滑动变形，则结晶构造产生位错。此时，发生的位错的数量(位错密度)是有上限的，在hcp金属中，起因于底面滑动的位错占大多数。这是因为如上所述，底面滑动比非底面滑动更容易发生。因此，本发明人等想到若在发生的全部位错中，使起因于非底面滑动的位错所占的比例增大，则起因于变形量大的底面滑动的位错所占的比例就会减小，进而提高机械特性。另外，已知通过该机制产生的机械特性的提高在高温时很显著。进而，进行了深入的研究，结果新发现了易于发生非底面滑动的金属组织和用于使其实现的组成，从而发明了本发明的耐热性镁合金。

即，本发明的耐热性镁合金，其特征在于，以镁(Mg)为主成分，含有铝(Al)、钙(Ca)及锰(Mn)，具有由Mg晶粒和在该Mg晶粒的晶界结晶的晶界结晶物构成的金属组织，前述晶界结晶物由C14型结晶构造和C36型结晶构造的拉夫斯相化合物的混晶相构成，至少在前述Mg晶粒与前述晶界结晶物的界面，该Mg晶粒的六方晶系底面的法线向量与该晶界结晶物的六方晶系底面的法线向量的相对角度为88°～92°。

此外，上述的“C14型”及“C36型”，后述的“C15型”是Strukturberichte期刊的符号，分别表示拉夫斯相中的MgZn2、MgCu2、MgNi2所代表的3种类似的基本结晶构造。

另外，本说明书中所谓的“耐热性”是以在高温气氛中的镁合金的机械性质(例如，由应力松弛试验、轴向力保持试验得到的蠕变特性或者高温强度等)来进行评价的。

本发明的耐热性镁合金的金属组织由Mg晶粒和晶界结晶物构成。晶界结晶物由C14型结晶构造和C36型结晶构造的拉夫斯相化合物的混晶相构成，因此，构成晶界结晶物的化合物不发生相分离，实质上基本为单晶。其结果是晶界结晶物为高强度的结晶物。另外，混晶相即使在高温下也是稳定的。

另外，至少在Mg晶粒与晶界结晶物的界面，若Mg晶粒的六方晶系底面的法线向量与晶界结晶物的六方晶系底面的法线向量的相对角度为88°～92°，则非底面滑动取替底面滑动而易于发生，变形量大的底面滑动得以抑制。认为其理由如下：Mg晶粒被由上述混晶相构成的高强度晶界结晶物包围，并且Mg晶粒和晶界结晶物的晶体取向以至少在两者的界面几乎成直角的关系被约束。此时，可以推测Mg晶粒成为在Mg晶粒内不易发生由底面滑动导致的变形那样的受约束的晶粒。尤其是在高温下，非底面滑动的临界剪切力比室温小，因此，高温下的非底面滑动的发生频率变大，从而能够抑制底面滑动变形。

即，含有上述合金元素的本发明的耐热性镁合金，与现有的镁合金相比，具有不易发生底面滑动的金属组织，即使在高温也不易发生底面滑动，因此，显示在高温气氛中的较高机械特性。

附图说明

图1是密排六方构造的示意图。

图2是表示底面滑动(虚线)和非底面滑动(实线)的临界剪切应力的温度依赖性的图。