(57)【要約】  本発明のマグネシウム合金は、イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなる化学組成を有する。本発明のマグネシウム合金部材は、当該マグネシウム合金を２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工した後に、３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理して製造される。自動車や鉄道車輌、航空宇宙用の飛行体などに用いて好適なマグネシウム合金であって、降伏応力異方性の問題が解決されると共に、希土類元素価格の高騰の影響を受けにくいマグネシウム合金並びにマグネシウム合金部材を提供する。
2013180122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなることを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】
請求項１に記載の化学成分組成を有するマグネシウム合金を、２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工した後に、３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理して製造されることを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項３】
請求項２に記載のマグネシウム合金部材であって、前記部材の結晶組織が等軸粒組織であり、集合組織を有しないことを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のマグネシウム合金部材であって、平均結晶粒径が１０μｍ以上であることを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項５】
請求項２から４の何れか１項に記載のマグネシウム合金部材であって、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間加工による圧縮公称ひずみ０．４以上を付与されたことを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項６】
請求項２から５の何れか１項に記載のマグネシウム合金部材であって、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間加工したマグネシウム合金の結晶粒の平均径が、未加工時の平均結晶粒径の８０％以下の大きさであることを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項７】
請求項３に記載のマグネシウム合金部材であって、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間加工による公称ひずみを付与した部材の強度と硬さが、未加工時の強度や硬さよりも１５％以上高いことを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項８】
イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金を２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工し、
当該熱間塑性加工したマグネシウム合金を３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理する、
ことを特徴とするマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項９】
イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の使用方法であって、
前記マグネシウム合金を２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工し、
当該熱間塑性加工したマグネシウム合金を３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理して、マグネシウム展伸材として使用することを特徴とするマグネシウム合金の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イットリウムやスカンジウム、ランタノイド系希土類元素が微量添加されたマグネシウム合金に関し、冷間や室温域での塑性加工が容易なマグネシウム合金部材に関する。
また、本方法発明は、自動車や鉄道車輌、航空宇宙用の飛行体、電子機器の筐体などに用いて好適な、冷間加工が容易なマグネシウム合金部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマグネシウム合金は、構造用部材を軽量化する用途での利用が望まれている。構造用部材の用途は、自動車や鉄道車輌、航空宇宙用の飛行体、電子機器の筐体などがある。しかし、当該マグネシウム合金は、冷間や室温温度域での塑性加工性が極めて困難であったため、構造用部材への利用が実現していない。また一方で、圧延や押出などの展伸マグネシウム合金は、底面｛０００１｝の結晶方位が加工方向に揃うため、引張と圧縮時の降伏応力に大きな差が生じる、降伏応力異方性の問題があった。ここで、冷間温度とは、常温もしくは材料の再結晶温度未満をいうが、マグネシウム合金の冷間加工温度は、通常、摂氏２００℃以下である。【０００３】
特許文献１、２には、０．１〜１．５ｍｏｌ％のイットリウムを含有する展伸マグネシウム合金が開示されている。この展伸マグネシウム合金は、降伏応力異方性を解消し、優れた冷間加工性を示すという利点を有する。しかし、イットリウムを含有するため、イットリウム価格の高騰の影響を受けるという課題があった。【０００４】
特許文献３、４には、０．０１〜０．５ｍｏｌ％のイットリウムを含有するマグネシウム合金圧延材が開示されている。このマグネシウム合金圧延材は、イットリウム含有量が少ないという利点を有する。しかし、底面が圧延方向に揃っている（特許文献４の図１）ため、引張と圧縮の降伏応力に大きな差が生じることが容易に推測できるという課題があった。【０００５】
特許文献５、６には、イットリウムの含有量が微量で、加工性に富むマグネシウム合金圧延材が開示されている。このマグネシウム合金圧延材は、６〜１６ｍａｓｓ％のリチウムが添加されており、ＨＣＰ  （ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ・六方最密充填）構造のα相内にＢＣＣ  （Ｂｏｄｙ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｃｕｂｉｃ  ｌａｔｔｉｃｅ・体心立方格子）構造のβ相を分散することで、加工性の改善に努めている。しかし、活性な元素であるリチウムを使用することは、素材の耐食性を著しく低下させるだけでなく、安全面の観点から問題がある。【０００６】
特許文献７では、準結晶粒子をマグネシウム母相に分散し、降伏応力異方性の低減を図るマグネシウム合金が開示されている。しかし、このマグネシウム合金は、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｒｅ系合金からなり、希土類元素含有量が０．２〜１．５ｍｏｌ％である。しかし、希土類元素は価格の高騰の影響を受けるという課題があった。そこで、希土類元素の添加量の低減が求められている。【０００７】
特許文献８では、０．０３〜０．５４ｍｏｌ％のイットリウムを含有する展伸マグネシウム合金が開示されている。この展伸マグネシウム合金では、マグネシウムの平均結晶粒経が１．５μｍ以下で、結晶粒界近傍にイットリウムを高濃度で偏析させることで、素材の高強度化を図っている。結晶粒が微細な場合、粒界体積率が大きいため、溶質元素が結晶粒界近傍に高濃度で存在する。しかし、結晶粒経を粗大（例えば１０μｍ以上）にする用途では、溶質元素は、結晶粒界近傍ではなく、結晶粒内に固溶状態として存在するため、素材の高強度化が出来ないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際出願公報ＷＯ２０１０／０１０９６５
【特許文献２】国際出願公報ＷＯ２００８／１１７８９０
【特許文献３】特開２０１０−１３７２５  号公報
【特許文献４】特開２００８−２１４６６８号公報
【特許文献５】特開２００３−２２６９２９号公報
【特許文献６】特開平９−４１０６６号公報
【特許文献７】特開２０１０−２２２６４５号公報
【特許文献８】特許４８４０７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マグネシウム合金では、他の金属材料と同様に、圧延や押出加工などのひずみ付与加工により、結晶粒径を微細にし、強度と延性の向上を図っている。しかし、マグネシウムの結晶構造に起因し、熱間加工中に底面｛０００１｝が加工方向に揃う、すなわち底面集合組織を形成する。例えば、圧延や押出加工したマグネシウムは、圧延や押出方向に対して平行に底面の結晶方位が揃う。そのため、圧縮降伏応力は、引張降伏応力の５０−６０％程度しかなく、降伏応力異方性の問題を抱えている。この問題を解決すべく、準結晶粒子分散（特許文献７）や合金化（特許文献１〜６）などが利用されるが、いずれも０．１ｍｏｌ％以上の希土類元素を添加するため、希土類元素価格の高騰の影響を受けるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１は、イットリウム、スカンジウムやランタノイド系希土類元素の添加量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満、及び残部がＭｇ及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金を提供する。このマグネシウム合金は、その組成が均一で、結晶組織は平均粒径が数μｍから数十μｍで均一になっている。【００１１】
本発明の第２は、発明１の化学組成を有するマグネシウム合金を、２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工した後に、３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理して製造されるマグネシウム合金部材を提供する。等温熱処理（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）とは、一定温度に保持された浴槽内に、当該マグネシウム合金の試料を入れ、所定時間保持した後、浴槽内から当該試料を取り出し、空気中にてゆっくりと冷却されることを言う。マグネシウム合金部材は、板材や棒材、パイプ材などのマグネシウム展伸材をいう。【００１２】
本発明の第３は、発明２のマグネシウム合金部材であって、前記部材の結晶組織が等軸粒組織であり、集合組織を有しないマグネシウム合金部材を提供する。等軸粒とは、一方向に伸長や扁平せず、三次元的に等方な結晶粒組織を意味する。集合組織（ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｅｘｔｕｒｅ）は、金属などの多結晶材料中に存在する各結晶粒の結晶格子の向き（結晶方位）の分布状態のことで，結晶集合組織ともいう。例えば、立方晶の金属を凝固させると優先方位［１００］が形成される。また、マグネシウムの場合は、前記のとおり、ひずみ付与方向に底面｛０００１｝が配向しやすい。【００１３】
本発明の第４は、発明２又は３のマグネシウム合金部材であって、平均結晶粒径が１０μｍ以上であるマグネシウム合金部材を提供する。
本発明の第５は、発明２から４のいずれかのマグネシウム合金部材であって、室温（本明細書では室温を１５℃〜３５℃とする。以下同じ。）から１５０℃の温度範囲での冷間加工による圧縮公称ひずみ０．４以上が付与されたマグネシウム合金部材を提供する。
本発明の第６は、発明２から５のいずれかのマグネシウム合金部材であって、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間加工したマグネシウム合金の結晶粒の平均径が、初期平均結晶粒径（未変形マグネシウム合金）の８０％以下の大きさであるマグネシウム合金部材を提供する。
本発明の第７は、発明３のマグネシウム合金部材であって、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間加工による公称ひずみを付与した部材の強度と硬さが、未加工時の強度や硬さよりも１５％以上高いマグネシウム合金部材を提供する。【００１４】
本方法発明の第１は、イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金を、２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工し、当該熱間塑性加工したマグネシウム合金を３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理することを特徴とするマグネシウム合金部材の製造方法である。【００１５】
本方法発明の第２は、イットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の使用方法であって、前記マグネシウム合金を２００℃以上５５０℃以下の温度範囲で熱間塑性加工し、当該熱間塑性加工したマグネシウム合金を３００℃以上６００℃以下の温度範囲で等温熱処理して、マグネシウム展伸材として使用することを特徴とするマグネシウム合金の使用方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、マグネシウム合金に含有されるイットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の分散状態を制御することで、室温再結晶（結晶粒微細化）を誘発し、優れた圧縮変形特性を発現させることができる。本発明のマグネシウム合金部材は、（加工後の）結晶方位分布がランダムであるため、降伏応力異方性の問題が解決され、高い強度レベルを維持しつつ、引張と圧縮変形時の降伏応力が同じマグネシウム合金部材が得られる。また、本発明のマグネシウム合金部材は、５０％を超える大きな圧縮ひずみを付与しても、破断が起こらず、優れた変形能を示す。更に、本発明のマグネシウム合金は、イットリウム、スカンジウムやランタノイド系希土類元素の添加量が極めて少ないため、従来の希土類添加マグネシウム合金と比較して、イットリウム、スカンジウムやランタノイド系希土類元素の素材価格の影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は熱間加工温度が適切な範囲の場合における素材の外観写真である。
【図２】図２はＭｇ−０．０５Ｙ押出材とＭｇ−０．０５Ｙ押出＋熱処理材の室温引張・圧縮試験により得られた公称応力−公称ひずみ曲線である。
【図３】図３はＭｇ−Ｙ合金押出材の室温圧縮試験により得られた公称応力-公称ひずみ曲線である。
【図４】図４はＭｇ-Ｙ合金押出＋熱処理材の室温圧縮試験により得られた公称応力ー公称ひずみ曲線である。
【図５】図５はＭｇ−１ｍｏｌ％Ｙ鋳造＋熱処理材の室温圧縮試験により得られた公称応力−公称ひずみ曲線である。
【図６】図６はＭｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材の走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折により観察した写真である。
【図７】図７は図５で観察した領域の正極点図で、ＥＤは押出加工に対して平行方向、ＴＤは押出加工に対して垂直方向を示している。
【図８】図８はＭｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材に２０％の圧縮ひずみを付与した後、走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折により観察した写真である。
【図９】図９はＭｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材に５０％圧縮ひずみを付与した後、走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折により観察した写真である。
【図１０】図１０は熱間加工温度が低い場合における素材の外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記したように本発明のマグネシウム合金はイットリウム、スカンジウム、およびランタノイド系希土類元素から選択される１種以上の元素を含有する。以下に、本発明のマグネシウム合金とその合金部材の一実施形態として、イットリウムを含有するマグネシウム合金とその合金部材について説明する。
【００１９】
マグネシウム合金部材として本発明の効果を得るためには、マグネシウム合金に熱間塑性加工（以下、「熱間加工」ともいう。）を施し、イットリウムを粒界偏析させた後、等温熱処理により結晶粒内にイットリウムを拡散させる必要がある。以下にその手順を示す。
【００２０】
マグネシウム合金部材として本発明の効果を得るためには、マグネシウム合金はイットリウムの含有量が０．０２ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満で、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるものとする。イットリウムの含有量は好ましくは０．０２５ｍｏｌ％以上０．１ｍｏｌ％未満であり、より好ましくは０．０２５ｍｏｌ％以上０．０５ｍｏｌ％未満である。イットリウム含有量０．０２ｍｏｌ％の場合、半径１９．５ｘ１０−１０ｍ間隔でイットリウムが存在する。この値は、マグネシウムのバーガース・ベクトルの３倍程度の大きさに相当し、転位などの格子欠陥が原子結合論的に相互作用を及ぼす限界の値であることを意味する。もちろん、イットリウム含有量が低下するに伴い、熱間加工によりイットリウムを均一に粒界偏析できる結晶粒の大きさは粗大になるが、熱間加工後の平均結晶粒径が１０μｍ以上と見積もられるため、本効果を得ることは難しい。ここで、バーガース・ベクトル（Ｂｕｒｇｅｒｓ  ｖｅｃｔｏｒ）とは、結晶中に含まれる線状の結晶欠陥である転位線の周りの原子の不一致の向きを表すもので、刃状転位については転位線とバーガース・ベクトルが垂直となり、螺旋転位については転位線とバーガース・ベクトルが平行である。
【００２１】
熱間塑性加工の温度は、２００℃以上５５０℃以下が好ましく、２５０℃以上３５０℃以下がより好ましい。加工温度が２００℃未満の場合、加工温度が低いため動的再結晶が起こりにくい。図１は熱間加工温度が適切な範囲の場合における素材の外観写真である。図１０は熱間加工温度が低い場合における素材の外観写真である。図１と図１０を比較して判るように、熱間加工温度を適切な温度範囲とすることで、適切なマグネシウム合金部材を製造できる。５５０℃を超える場合、加工温度が高いため、平均結晶粒径を１０μｍ以下にすることは難しい。また、押出などの金型寿命の問題も考えられる。熱間加工は、押出や鍛造、圧延、引き抜き加工が代表的であるが、ひずみを付与できる塑性加工法であればよい。ただし、ひずみ付与時の相当塑性ひずみは、１．５以上、好ましくは、２．０以上とする。相当塑性ひずみが１．５未満の場合、ひずみ付与が不十分なため、粗大粒と微細粒の混在組織を呈し、イットリウムが均一に結晶粒界近傍に偏析することは難しい。もちろん、熱間加工を実行せず、鋳造材に等温熱処理したのみでは、イットリウムが結晶粒内に均一に拡散、分散しないため、図５に示すように、公称ひずみ０．３程度で破断し、本発明の効果が得られない。
【００２２】
結晶粒界に偏析したイットリウムを結晶粒内に拡散させるため、等温熱処理の温度は、熱間加工温度以上であることが好ましい。具体的には、３００℃以上６００℃以下であることが好ましく、３５０℃以上４５０℃以下であることがより好ましい。熱処理温度が６００℃を超える場合は、熱処理中に素材が燃焼する可能性がある。保持時間は、熱処理温度と関係があるが、３分以上２４時間以下であることが好ましい。保持時間が２４時間を超える場合、熱処理中に、異常粒成長が起こることが懸念される。
【００２３】
こうして、結晶組織が等軸粒組織であり、集合組織を有しないマグネシウム合金部材を得ることができる。また、平均結晶粒径が１０μｍ以上のマグネシウム合金部材、例えば平均結晶粒径３０μｍ以上５０μｍ以下のマグネシウム合金部材も得ることができる。
【００２４】
得られたマグネシウム合金部材に、室温から１５０℃までの温度範囲での冷間塑性加工（以下、「冷間加工」ともいう。）を施すことができる。例えば、圧縮公称ひずみ０．４以上を付与することができる。その上限値は、１．５ある。冷間加工によって、マグネシウム合金部材の結晶粒が微細化される。例えば、冷間加工前のマグネシウム合金部の平均結晶粒径の８０％以下の大きさとすることができ、その下限値は、特に限定されるものではないが、５％である。
【００２５】
冷間加工による結晶粒の微細化によって、マグネシウム合金部材の硬度や強度を高めることができる。例えば、冷間加工後のマグネシウム合金部材の硬度を、冷間加工前のマグネシウム合金部の硬度よりも１５％以上硬くすることができる。強度についても、冷間加工前のマグネシウム合金部の強度よりも１５％以上高くすることができる。
【００２６】
上記したように本実施形態では、マグネシウム合金に熱間加工を施し、イットリウムを粒界偏析させた後、等温熱処理により結晶粒内にイットリウムを拡散させるなどして、イットリウムの分散状態を制御している。そして、その後の冷間加工によって、結晶粒を微細化し、マグネシウム合金部の硬度や強度を向上させている。
このようにイットリウムの分散状態を制御することで、室温再結晶（結晶粒微細化）を誘発し、優れた圧縮変形特性を発現させることができる。
【００２７】
上記した実施形態では、イットリウムを含有するマグネシウム合金とその合金部材について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されない。イットリウムの一部もしくは全部をスカンジウム、又はランタンやセリウム等のランタノイド系希土類元素、又はスカンジウム及びランタノイド系希土類元素で置き換えたマグネシウム合金とその合金部材も本発明に包含される。スカンジウム及びランタン、セリウム等のランタノイド元素はイットリウムと同族元素であり、イットリウムに対して周期表のなかで上又は下に位置する元素で、化学的性質や物理的性質が類似している点が多いので、イットリウムの一部あるいは、すべてをこれらの元素で置き換えても本発明の効果が十分に得られる。本発明においては、イットリウムを含有するマグネシウム合金とその合金部材が本発明の所期の効果をより効果的に発揮させることができる。
【実施例】
【００２８】
イットリウム（Ｙ）と純マグネシウム（Ｍｇ）（純度９９．９５％）をアルゴン雰囲気にて完全に溶解し、鉄製鋳型に鋳込み、Ｙ目標含有量が０．０１ｍｏｌ％、０．０２ｍｏｌ％、０．０３ｍｏｌ％、０．０４ｍｏｌ％、０．０５ｍｏｌ％である５種類のＭｇ-Ｙ合金鋳造材を溶製した。Ｙ目標含有量：０．０３ｍｏｌ％、０．０４ｍｏｌ％、０．０５ｍｏｌ％は、本発明の範囲内の実施例、Ｙ目標含有量：０．０１ｍｏｌ％、０．０２ｍｏｌ％は、本発明の範囲外の比較例である。Ｙの含有量やその他の元素組成濃度は、鋳造材を５００℃にて２時間溶体化処理した後、ＩＣＰ発光分光分析法により評価した。組成分析の結果は表１に示す。５種類の合金全て、以下に示す手順及び条件にて作製した。【００２９】
【表１】
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【００３０】
得られた鋳造材を、温度５００℃にて２時間炉内保持後に水冷することにより、溶体化処理を施した。その後、機械加工により、直径４０ｍｍ、高さ７０ｍｍの円柱押出ビレットを作製した。同部ビレットを表２に示す押出温度に保持したコンテナ内で３０分間保持した後、押出比２５：１にて押出による熱間ひずみ付与加工を行い、押出材を作製した。以下、押出材と称す。なお、断面減少率から求めた平均相当塑性ひずみは、３．７である。この押出材を温度４００℃の炉内にて１５分間等温保持した後、空冷により試料を準備した。以下、押出＋熱処理材と称す。【００３１】
【表２】
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【００３２】
作製したＭｇ-Ｙ合金について、上記の押出材と押出＋熱処理材から採取した試験片について、ひずみ速度１ｘ１０−３ｓ−１で室温引張・圧縮試験を行った。全ての試験片は、押出方向に対して、平行方向から採取した。図２〜図４に室温の引張・圧縮試験により得られた公称応力-公称ひずみ曲線を示す。イットリウム添加量に関係なく、押出材では、公称ひずみ０．２〜０．３の範囲で破断することが確認できる。ここで、応力が２０％以上低下した場合を「破断」したと定義し、図中ＢＫと表記している。Ｍｇ−０．０１ＹやＭｇ−０．０２Ｙの押出＋熱処理材では押出材と同様、公称ひずみ０．２〜０．３で破断が生じているのに対し、Ｍｇ−０．０３Ｙ、Ｍｇ−０．０４ＹやＭｇ−０．０５Ｙの押出＋熱処理材では公称ひずみ０．５を付与しても破断に至っていない。この結果から、Ｍｇ−０．０３Ｙ、Ｍｇ−０．０４ＹやＭｇ−０．０５Ｙの押出＋熱処理材は、冷間加工に富むことを示唆している。比較例として、Ｍｇ−１ｍｏｌ％Ｙ合金を鋳造法により溶製し、溶体化処理した後、熱間加工を行わず、室温圧縮試験を行った。図５にその結果を示す。イットリウム添加量が多いにもかかわらず、公称ひずみ０．３程度で破断することが確認できる。本発明の効果を得るためには、鋳造後、熱間ひずみ付与加工が不可欠であると言える。【００３３】
Ｍｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材の走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折観察例を図６に示す。図中ＥＤ、ＴＤはそれぞれ押出方向に対し平行及び垂直方向を示す。押出方向：ＥＤに伸長せず、等軸組織であることが確認できる。また、方位差１５°以上からなる結晶粒の平均径は４０μｍであった。図６で観察した領域の正極点図を図７に示す。各点は測定された結晶粒の結晶方位に対応するが、特定の方向（押出方向）に底面が集積せず、ランダムな集合組織であることが分かる。【００３４】
Ｍｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材に圧縮公称ひずみ２０％(=0.20)を付与した後、走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折を用いて観察した微細組織例を図８に示す。図６の未変形材と比較して、結晶粒の微細化が確認できる。方位差１５°以上からなる結晶粒の平均径は３０μｍであり、室温再結晶により初期粒径より７５％の大きさになることが確認できる。図中ＬＧは方位差が１５°未満からなる小角粒界を表し、室温再結晶は、結晶粒内で５°程度の小角粒界を形成することが大きな理由と言える。また、Ｍｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材に圧縮公称ひずみ５０％(=0.50)を付与した後、走査型電子顕微鏡／電子線後方散乱回折を用いて観察した微細組織例を図９に示す。図６の未変形材と比較して、結晶粒の微細化が確認できる。方位差１５°以上からなる結晶粒の平均径は１１μｍであり、初期粒径より２５％の大きさになることが確認できる。【００３５】
Ｍｇ−０．０３Ｙ押出＋熱処理材（未変形試料）と圧縮公称ひずみ５０％(=0.50)を付与した試料に対し、硬さ測定を行った。未変形試料では、３０．５Ｈｖであったのに対し、５０％変形後の試料では、３６．５Ｈｖであった。室温加工後の結晶粒径が、未変形材と比較して微細であるため、硬さの向上が見られた。以上のことから、室温塑性加工後、本発明素材の硬度・強度が向上する特徴を有すると言える。
【比較例】
【００３６】
加工温度が２００℃未満の場合、加工温度が低いため動的再結晶が起こりにくい。図１０は、比較例の素材の外観写真で、加工温度が低いため動的再結晶が起こり難い場合を示している。比較例では、動的再結晶が起こり難いため、健全な素材を作製することができない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、マグネシウム合金に含有されるイットリウム、スカンジウム、ランタノイド系希土類元素から選択される１種以上元素の分散状態を制御することで、室温再結晶（結晶粒微細化）を誘発し、優れた圧縮変形特性を発現させることを特徴としている。本発明のマグネシウム合金部材は、（加工後の）結晶方位分布がランダムであるため、高い強度レベルを維持しつつ、引張と圧縮変形時の降伏応力が同じであることを特徴としている。そこで、本発明のマグネシウム合金部材は、板材や棒材、パイプ材などのマグネシウム展伸材として利用できる。当該マグネシウム展伸材を用いた三次元構造物に外力が作用した場合、マグネシウム合金部材の変形が等方に近づくことにより、局所的に作用する引張および圧縮荷重について同等の強さを示すことになる。また、本発明のマグネシウム合金部材は、５０％を超える大きな圧縮ひずみを付与しても、破断が起こらず、優れた変形能を示す。そのため、本発明のマグネシウム合金部材は、自動車・鉄道用車両や航空宇宙用の飛行体・携帯用の電子機器用の構造材や衝撃吸収材としての利用ができる。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月20日(2015.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、イットリウムやスカンジウム、ランタノイド系希土類元素が微量添加されたマグネシウム合金に関し、冷間や室温域での塑性加工が容易なマグネシウム合金に関する。
また、本方法発明は、自動車や鉄道車輌、航空宇宙用の飛行体、電子機器の筐体などに用いて好適な、冷間加工が容易なマグネシウム合金の製造方法に関する。
【国際調査報告】
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