[发明专利]镁合金材和发动机零件

说明书

技术领域

本发明涉及Gd-Zn系(或Zn-Gd系)镁合金材，和由该镁合金材构成的发动机零件。以下，将镁称为Mg，将Gd-Zn系镁合金称为Mg-Gd-Zn系合金。另外，本发明所说的所谓“镁合金材”，意思是对于镁合金的铸造材，通过锻造、挤压、轧制等的塑性加工而制造而成的型材、板材等具有规定的截面形状的镁合金制品(例如发动机零件的原材)。

背景技术

镁合金在实用化的合金之中是密度最低的，轻量下强度也高。镁其比重为1.8，在能够作为机械用零件等的结构材料使用的金属之中，实质上比重最轻(是铝的约2/3，铁的约1/4)，另外，还具有比强度、比刚性、热传导性等也优异这样的特性。

因此，镁合金面向电气制品的框体、汽车的车轮、底盘零件等的汽车零部件等的应用推进。特别是应用于汽车、摩托车等车辆时，能够期待轻量化带来的大幅度的燃油效率的提高。因此最近，面向汽车、摩托车、飞机等的包括发动机或涡轮增压器等周连机器在内的发动机零件(耐热零件)的应用出得到研究。

一直以来，要求有高的机械性质的情况(用途)下，在镁合金之中，也添加Gd等REM(稀土类元素)和Zn作为合金元素，这样的Zn-REM系镁合金作为耐热性也优异的合金受到注目(例如，参照专利文献1、专利文献2和非专利文献1)。

但是，在这些文献中，是通过单辊法、急速凝固法等特殊的方法，制造制品形状的镁合金材。因此，在这样的特殊的制造方法中，虽然能够得到镁合金高的机械的性质，但是也存在如下问题，即，需要全新的特殊的制造设备，而且与常规方法相比，生产率也低，能够制造的镁合金材的形状也受到限制。

相对于此，即使以生产率高的，由熔融铸造、塑性加工(挤压、锻造、轧制等)构成的通常的制造方法(常规方法)制造，也能够得到高的机械的性质的Gd-Zn系镁合金，例如由专利文献3～6等提出。该Gd与Y等其他REM(稀土类元素)相比，铸造容易等，适合前述生产率高的通常的制造方法。

这些公知的Gd-Zn系镁合金材，共通地具有被称为长周期堆垛结构的组织，由此能够得到高的机械的性质。该所谓长周期堆垛结构(LongPeriodStackingOrdered略称LPSO)是指，Mg的六方晶结构中的最密排面的原子堆垛结构，不是通常的AB型，而是具有ABACAB型等长周期的结构。若存在该LPSO结构，则可知镁合金材的抗拉强度和屈服强度，特别是高温下的抗拉强度和屈服强度提高。

关于具有该长周期堆垛结构组织，由熔融铸造、塑性加工(挤压)所构成的通常的制造方法制造的镁合金材，还提出有各种提高强度和延伸率等的机械的性质的手段(例如，参照专利文献7～11参照)。

在此专利文献7～11中，将含有规定量Gd、Zn的Gd-Zn系镁合金进行熔融铸造后，进行热挤压加工，制造组织由该长周期堆垛结构构成的镁合金材。另外，也形成在该长周期堆垛结构的分断部形成有微细化的α-Mg的组织。然后，利用这样的组织，能够得到具有优异的抗拉强度、屈服强度、延伸率的镁合金材。

其中在专利文献7中，模拟高温下的使用，对于镁合金铸造材进一步实施以200～300℃保持20小时以上(实施例的图4中最大为40小时)的热处理。然后，使该镁合金铸造材的组织成为长周期堆垛结构，并且如其图1的TEM组织照片所示，在该组织中，大量析出由Mg-Gd或Mg-Gd-Zn等构成的、长径为400nm(0.4μm)左右的微细的板状晶析出物。但是，在该专利文献7等之中记述的是，长周期堆垛结构(LPSO)是在镁合金材的晶内和晶界析出的析出物，特别是在晶界，浓度高的LPSO为层状，与Mg₃Gd化合物一起存在，而前述板状晶析出物的存在是处于晶内还是晶界则没有明确记述。

另外，在专利文献10中，通过在固溶处理后对于镁合金铸造材进行热处理，由此使针状或板状的结晶析出物析出。在其实施例的图10的TEM照片中，以300℃对铸造材进行60小时热处理，使长径为1200nm(1.2μm)左右的微细的板状晶析出物大量析出。然后据此，仅是相比具有长周期堆垛结构的镁合金材，0.2％屈服强度有所提高。而且，在该专利文献10中，在其段落0031中，记录前述板状晶析出物的存在处于结晶晶界。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开平06-041701号公报

【专利文献2】特开2002-256370号公报

【专利文献3】国际公开第2005/052204号手册