(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ａｌ：３.６％、Ｚｎ：１.０％、Ｍｎ：０.５％、および残りはＭｇで組成されたＡＺ３１マグネシウム合金加工材を製造する方法において、
六方晶界の基底面（basal plane）が圧延または押出方向に平行となるように配列された集合組織を持つ加工済みのマグネシウム合金加工材に、
前記圧延または押出方向に圧縮変形を与え、予め前記マグネシウム合金加工材に{１０-１２}引張双晶を生成することを特徴とする、マグネシウム合金加工材の製造方法。
【請求項２】
前記圧縮変形は、変形率１〜１５％で行うことを特徴とする、請求項１に記載のマグネシウム合金加工材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低サイクル疲労寿命が向上したマグネシウム合金加工材を製造する方法に関し、より詳細には、先圧縮変形(pre-straining)を通じて、疲労挙動の間に押出材または圧延材に生じる変形機構を変化させ、マグネシウム合金加工材の低サイクル疲労寿命を向上することができる、マグネシウム合金加工材の製造方法を提供しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、比重が１.７４ｇ／ｃｍ３で、アルミニウムの２／３、鉄鋼の１／５であり、現在使用されている構造用金属のうち最も軽い金属であって、比強度が高く、リサイクルが容易であるため資源が無限である、環境に優しい素材である。マグネシウムは、地球上で第８番目に豊富な元素であって、地球上の約２.７％を占めており、特に海水の０.１３％がマグネシウムで構成されているため、資源が無限に提供されていると言える。
【０００３】
このようなマグネシウムは、地球環境および燃費の向上による輸送機器の軽量化への要求に伴って次第にその使用が増えており、軽薄短小および電磁波遮蔽への要求に応じて、携帯電話、ノートパソコンなどの３Ｃｓ製品への適用が増加している。それで、マグネシウム合金の材料加工に関する研究が、軍需／防衛、運送、３Ｃｓなどの多様な分野において非常に活発に進められている実情である。
【０００４】
しかし、マグネシウム部品や設備は、繰り返される荷重や変形が加えられるサービス環境で用いられるため、高い信頼性を有して多様な分野に適用するためには、マグネシウム合金加工材の優れた疲労特性が求められるが、未だその解決策が不備な現状であり、特に軽量材料として主要競争材料であるアルミニウムと比較すると、低い破壊靭性によってアルミニウムよりも脆弱な疲労特性、特に低サイクル疲労領域での脆弱な疲労特性により、活用度が制限されるという問題がある。
【０００５】
一方、マグネシウム合金に対する従来の技術を検討すると、以下のとおりである。韓国公開特許公報第２００７-０１１４６２１号では、プレス加工などの塑性加工性に優れたマグネシウム合金板を得るために、マグネシウム合金中のＡｌ含有量による、圧延ロールの温度および合金板材の表面温度を制御する技術が開示されている。
【０００６】
しかし、前記文献の場合は、Ａｌ含有量を質量％に限定し、素材適用性において限界を持つことがあるという短所を有しており、マグネシウム合金板材の素材表面温度を増加しなければならないという問題点を有している。
【０００７】
さらに、韓国公開特許公報第２００８-０１０４７２１号では、マンガン、ジルコニウム、亜鉛、銅を添加してマグネシウム合金の偏析を抑制することにより、微細組織の均質性を向上させ、既存のマグネシウム合金と比較して、高強度且つ高靭性のマグネシウム合金について開示されている。前記文献の場合は、素材そのものに上記のような高価の合金元素を添加することで、価格上昇が不可避であり、合金を製造した後、加工に対する問題点を解決することができないという短所を有している。
【０００８】
これらの文献の以外に、マグネシウム合金にかかる特許は、マグネシウム合金成分系、加工方法に関する特許に対して日本を中心に出願されているが、マグネシウム合金材の疲労特性を向上するための技術は、その存在が非常に見つかり難い実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許公報第２００８-０１０４７２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一側面は、脆弱な低サイクル疲労特性を有するマグネシウム合金加工材の低サイクル疲労寿命を向上させるために、先圧縮変形(pre-straining)を用いて、低サイクル疲労寿命が向上したマグネシウム合金加工材を製造する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、マグネシウム合金加工材を製造する方法において、
加工済みのマグネシウム合金加工材に先圧縮変形(pre-straining)を行うことを含む、先圧縮変形を用いて低サイクル疲労寿命が向上したマグネシウム合金加工材の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、マグネシウム合金加工材の低サイクル疲労寿命を向上することができ、このような疲労特性の改善により、マグネシウム合金加工材の適用分野の拡大および部品の安定性を確保することができるため、高付加価値製品を開発するための基礎技術として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、先圧縮変形率による微細組織の変化を示した写真である。
【図２】図２は、先圧縮変形率による平均応力の変化を示したグラフである。
【図３】図３は、先圧縮変形率による低サイクル疲労寿命の変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、深く研究した結果、先圧縮変形(pre-straining)を通じて材料内に集合組織の変化および双晶の発生を人為的に惹き起こせ、繰り返し挙動下で変形機構の変化により材料に発生する平均応力を低減して、低サイクル疲労特性を向上することができると認知し、本発明に完成するに到った。
【００１５】
圧延や押出などの加工を通じて製造されたマグネシウム合金加工材は、特定の方向に対して優先された結晶方位を有する集合組織(texture)が形成される。前記集合組織(texture)は、圧延の場合、六方晶界の基底面(basal plane)が圧延方向に平行となるように配列され、押出の場合、基底面(basal plane)が押出方向に平行となるように配列される。
【００１６】
前記圧延または押出などの加工により生じた集合組織と共に、スリップ系(slip system）が不足したマグネシウム合金において、常温塑性変形に重要な影響を及ぼすのが双晶(twin)である。この時、前記双晶(twin)の生成に対する方向性により、引張と圧縮時の塑性変形が明らかに変わるようになる。
【００１７】
すなわち、押出または圧延加工方向に圧縮応力が加えられると、{１０-１２}引張双晶(extension twin)が容易に発生し、双晶による変形受容によって、低い降伏強度と低い変形硬化率(strain hardening rate)が示されるが、その反面、押出または圧延方向に引張応力が加えられると、引張双晶の発生し難い応力条件となって、スリップによる変形受容が発生し、高い降伏強度と高い変形硬化率が示されるようになる。
【００１８】
そこで、引張と圧縮変形が繰り返し的に加えられる低サイクル疲労の雰囲気下で、押出または圧延方向の疲労挙動を調べると、圧縮時には、{１０-１２}引張双晶が発生しやすい状態で応力が発生し(c-axis tension mode)、{１０-１２}双晶が発生しながら(twinning)、塑性変形を受容して低い引張応力を示し、引張時には、生成された双晶が変形初期に消えながら(detwinning)、変形を受容し、残りの変形では、スリップが主な変形モードとなり、高い引張応力が示される。そして、引張応力が圧縮応力よりも高く、疲労挙動の間に引張平均応力(tensile mean stress)が発生する。このような引張平均応力は、疲労損傷を加速化させ、疲労寿命を減少させる役割をするため、本発明では、このような平均応力を減少し、低サイクル疲労寿命を向上させる方法を提供しようとする。
【００１９】
このために本発明は、マグネシウム合金加工材を製造する方法において、加工済みのマグネシウム合金加工材に対し、前記加工方向に先圧縮変形(pre-straining)を行うことにより、低サイクル疲労特性を向上することができるマグネシウム合金加工材の製造方法に関する。前記マグネシウム合金材を製造するための加工には、圧延または押出加工が適用されてもよい。
【００２０】
本発明では、前記先圧縮変形(pre-straining)を通じて、材料内に{１０-１２}双晶を生成させる。前記先圧縮変形後の疲労挙動を調べると、先圧縮変形量が増加することに伴い、{１０-１２}双晶の量が増加することで、引張時には、先圧縮変形により生成された双晶が消滅しながら、変形を受容する程度が増加して、引張応力が次第に低くなり、双晶が生成される応力状態である圧縮時には、変形初期に双晶が飽和となり、スリップによる変形量が増加して、圧縮応力が次第に増加するようになる。これにより、先圧縮変形量が増加するほど疲労挙動の間に発生する平均応力が次第に減少し、低サイクル疲労寿命が次第に増加するようになり、その結果、既存の加工材に対比して、最大５０％の低サイクル疲労寿命が向上する。
【００２１】
前記先圧縮変形(pre-straining)量は１〜１５％の変形量で行う。変形量が１％未満では、先圧縮変形による双晶の形成が行われるのが微々であって、疲労寿命の向上を期待し難く、変形量が１５％を超過する場合には、加工時双晶が飽和となり、疲労寿命の向上をそれ以上期待し難い。好ましくは、１〜１０％の変形量で先圧縮変形を行うことが、経済性の側面で好ましい。
【００２２】
すなわち、本発明は、加工済みのマグネシウム合金加工材に圧延または押出などの加工方向への先圧縮変形を通じて双晶を生成させ、繰り返し挙動下での主な変形機構を変化させることにより、疲労寿命に支配的な影響を及ぼす平均応力を減少させることで、低サイクル疲労寿命が向上したマグネシウム合金加工材を製造する方法である。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を通じて、より詳細に説明する。本発明は、実施例に限定されるものではない。
【００２４】
(実施例)
質量％で、Ａｌ：３.６％、Ｚｎ：１.０％、Ｍｎ：０.５％、および残りはＭｇで組成されたＡＺ３１マグネシウム合金圧延加工された板材を、前記圧延方向に先圧縮変形を加え、圧縮変形量による微細組織を図１に示した。
【００２５】
先圧縮変形が加えられていない初期圧延材(図１(a))には双晶が存在しないが、先圧縮変形量が増加するにつれ、双晶(明るい領域)が増加していることが分かる(図１(ｂ)、(ｃ)、(ｄ))。
【００２６】
図２は、先圧縮変形後の疲労挙動の間に発生する平均応力の変化を測定し、その結果を示したものであって、先圧縮変形量が増加するほど、曲線が下にあることが分かる。すなわち、疲労挙動中に材料に発生する平均応力が、先圧縮変形量が増加するにつれ減少することが分かる。
【００２７】
また、先圧縮変形量による低サイクル疲労寿命を測定し、その結果を図３に示した。図３に示されたとおり、先圧縮変形量が増加するにつれ、平均応力の減少による低サイクル疲労寿命が増加した。すなわち、圧縮変形が加えられていない加工材の疲労寿命に比べて、最大５０％ほど寿命が増加したことが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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