研究課題
本年度はナノ・ミクロ組織解析に基づくプロセス条件-特性-ミクロ組織の因果関係を明確にし、レアアースフリー易加工性・高強度・高延性Mg合金部材創製のための最適組織指針を提案することを目的として、Mg-Zn,Mg-Alなど時効析出物による強化を期待できる合金を基本として、構成元素間の原子半径、混合エンタルピー等の観点から、微量添加元素として資源的に豊富で安価なCaおよびMnを選択し、希土類元素を添加した合金系と比較しながら、それらの加工熱処理条件の最適化を進めた。その結果、以下のことを明らかにした。(1)汎用元素のみを含有するMg-3.6Al-3.3Ca-0.4Mn(mass%)合金連続鋳造材を用いて押出し加工を行った結果、350℃という高温押出しにも関わらず、0.1mm/sという低速で押出すことにより、ナノスケールの板状および球状の準安定相(規則GPゾーン)の動的析出および微細分散した晶出化合物のピン止め効果による再結晶粒微細化が発現し、その結果、押出しまま材でも耐力410MPa、引張強さ420MPaという超高強度化が可能である。425℃という、さらに高温で押出しした場合でもこれらのナノ析出物は動的析出し、熱的安定性にも優れ、高強度化に顕著に寄与する。さらに、150℃における疲労強度は耐熱アルミニウム合金より高く、ナノ析出物の熱的安定性が耐熱性にも大きく貢献する。(2)一方では、本系合金の動的再結晶メカニズムは、基本的にはMg-Al系合金で生じる双晶を伴った動的な連続再結晶が生じるが、動的析出する熱的安定性にも優れるナノ析出物により双晶発生が抑制されるため、再結晶粒は比較的ランダム配向するものの、一部強い底面集合組織を有する未再結晶領域が残留する。なお、これらの未再結晶領域は高温で加工することにより減少する。(3)圧延用素材としてのMg-Zn-Ca-Mn系およびMg-Al-Ca-Mn系希薄合金(約Zn、AlおよびCaを0.3～1.0mol%含有)でも、熱間加工中に同様な動的再結晶メカニズムが生じるものの、残留する未再結晶領域は高温・高速圧延により最小限まで抑制でき、かっ圧延まま材でも、動的再結晶粒径の微細化およびナノ析出物により、耐力250MPa以上、伸び20%以上と強度、延性ともに優れる板材が得られる。
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Materials Science and Engineering : A
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