耐热性镁合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种耐热性镁合金及其制造方法，其课题在于提供一种不含有稀土成分、在200℃左右的高温区域兼具良好的机械特性和热传导性的耐热性镁合金。本发明专利技术的耐热性镁合金是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为1.3％以下，Al+8Ca≧20.5％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐热性镁合金及其制造方法。
技术介绍
与铁、铝相比，镁的重量轻，因而人们研究了将镁用作替代由钢铁材料或铝合金材料形成的部件的轻量替代材料。作为机械性能、铸造性等优异的镁合金，已知有AZ91D。但是，一般的镁合金在200℃左右的高温区域的拉伸强度和蠕变伸长(クリープ伸び)等机械特性降低，无法得到与ADC12材、A4032-T6材等耐热铝合金相匹敌的高温强度。以往，作为满足较高的高温强度的商用镁合金，已知有WE54。但是，该Mg合金是通过大量添加Y、混合稀土金属等昂贵的稀土成分来实现其较高的高温强度的，因而成本增加。因此，有人提出了在不含有稀土成分的条件下改善高温蠕变强度的Mg-Al-Ca-Si系合金。例如，在专利文献1中记载了一种镁合金，其含有3.0质量％以上且为7.0质量％以下的Al、0.1质量％以上且为0.6质量％以下的Mn、1.5质量％以上的Ca、0.4质量％以上的Si，余量为Mg和不可避免的杂质，Ca/Si的质量比为2.0以上。其中示出了，该镁合金在170℃以上的环境下的耐蠕变性高，蠕变应变被抑制在0.20％以下。另外，在专利文献2中记载了一种镁合金，其具有0.5质量％～5质量％的Ca、0.5质量％～5质量％的Si，使CaMgSi相在作为母相的Mg相中结晶析出(晶出)而使其具备耐热性，使Al2Ca相在Mg相的晶粒间界结晶析出而提高其硬度。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：日本特开2014-1428号公报专利文献2：日本特开2013-19030号公报
技术实现思路
【专利技术所要解决的课题】但是，现有的Mg-Al-Ca-Si系合金作为高温环境下使用的制品的材料还不充分。作为高温部件的材料使用现有的镁合金的情况下，部件温度由于使用环境而变得过高，其结果，部件的机械强度降低，因而部件材料需要具有更高的高温强度。特别是对于发动机本体等发动机部件来说，要求具有可在高温环境下长时间耐受燃烧室的爆炸负荷的高温强度。因此，本专利技术的目的在于提供一种在200℃左右的高温区域具备良好的机械特性的Mg-Al-Ca-Si系耐热性镁合金。【解决课题的手段】本专利技术人针对上述课题进行了深入研究。与耐热铝合金相比，现有的耐热镁合金无法确保充分的散热性(放熱性)，因而专利技术人着眼于部件温度增高、机械强度降低这一点。于是，为了提高Mg合金的散热性，对于热传导性进行了研究。其结果发现，通过维持Mg母相的高Mg纯度，能够实现高热传导率。进一步发现了，通过在Mg母相的晶界形成的(Mg,Al)2Ca相和在晶粒内形成的Ca-Mg-Si系化合物相，可得到较高的高温强度。由此达成了本专利技术的在高温区域兼顾良好的高温强度和热传导性的耐热性镁合金。以往尚未获知可兼具很高的高温强度和高热传导性的耐热镁合金。如上所述，发动机部件需要耐受高温燃烧室内的爆炸负荷。进而，采用了镁合金的发动机部件由于兼具用于适当地保持燃烧室温度的散热性，能够实现轻量化和油耗定额的提高。在本专利技术中，通过在特定范围内选择Ca、Al和Si的含量以及Al和Ca的关系式的值，而形成在Mg母相(晶粒)周围的晶界中以三维网眼状连续的(Mg,Al)2Ca相，成为可提高镁合金强度的骨架。另外，在晶粒内形成Ca-Mg-Si系化合物相而使强度提高。此外，可抑制合金元素在Mg母相中的固溶、维持Mg母相的Mg的高纯度，得到高热传导率。具体地说，本专利技术提供下述方案。(1)一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为1.3％以下；Al+8Ca≧20.5％。(2)一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量大于1.0％且为3.0％以下；Al+8Ca≧20.5％；Ca与Si的组成比Ca/Si小于1.5。(3)一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为3.0％以下；该镁合金具有以三维网眼状连续的(Mg,Al)2Ca相。(4)一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为3.0％以下；该镁合金的热导率为70W/m·K以上，并且其200℃的拉伸强度为170MPa以上。(5)如(1)～(4)中的任一项所述的耐热性镁合金，其中，Al与Ca的组成比Al/Ca为1.70以下。(6)如(1)～(5)中的任一项所述的耐热性镁合金，在Mg母相中具有Ca-Mg-Si系化合物相。(7)如(1)～(6)中的任一项所述的耐热性镁合金，其中，Mg母相的Mg纯度为98.0％以上。(8)如(1)～(7)中的任一项所述的耐热性镁合金的制造方法，该方法具备将熔融的
金属材料以小于103K/秒的速度进行冷却的工序。(9)如(1)～(7)中的任一项所述的耐热性镁合金的制造方法，该方法具备下述工序：将熔融的金属材料冷却，使以三维网眼状连续的(Mg,Al)2Ca相、Ca-Mg-Si系化合物相以及Mg母相结晶析出。(10)一种发动机部件，其含有(1)～(7)中的任一项所述的耐热性镁合金。【专利技术的效果】根据本专利技术，得到了在200℃左右的高温区域兼具良好的机械特性和热传导性的Mg-Al-Ca-Si系耐热性镁合金。因此，能够提供适于发动机部件这样的在高温环境下使用的轻量、高强度的材料，能够实现汽车等的发动机中的轻量化和油耗定额的提高。本专利技术的镁合金由于具备良好的散热性，因而能够适当地保持发动机等部件的温度、适当地维持热膨胀产生的部件间的间隙，能够防止部件中的不良状况的发生。另外，由于本专利技术的镁合金不含有昂贵的稀土成分，因而能够提供低成本的材料。附图说明图1是示出实施例6的铸造镁合金的金属组织的电子显微镜照片。图2是示出比较例2的铸造镁合金的金属组织的电子显微镜照片。图3是示出比较例4的铸造镁合金的金属组织的电子显微镜照片。图4是示出实施例3的铸造镁合金的金属组织的电子显微镜照片。【符号的说明】1···(Mg,Al)2Ca相2···Mg母相3···Ca-Mg-Si系化合物相。具体实施方式以下说明本专利技术的适宜的实施方式。需要说明的是，本专利技术并不受该实施方式的限定性解释。本实施方式为一种耐热性镁合金，该镁合金以质量％计含有小于9.0％的Ca、0.5％以上且小于5.7％的Al、1.3％以下的Si，余量由Mg和不可避免的杂质构成，Al+8Ca≧20.5％。(合金组成)本实施方式的镁合金的金属组织在Mg母相(晶粒)周围的晶界形成以三维网眼状连续的(Mg,Al)2Ca相，另外，在晶粒内形成Ca-Mg-Si系化合物相。这些金属间化合物相有助于高温强度的提高。Ca是在上述(Mg,Al)2Ca相、上述Ca-Mg-Si系化合物相的形成中的必要元素，如下文所述，可以在满足Al+8Ca≧20.5％的范围内含有Ca。Ca含量若过多，则Ca在Mg母相内发生固溶的比例增加，使Mg母相的Mg纯度降低，可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为1.3％以下；Al+8Ca≧20.5％。

【技术特征摘要】
2015.05.27 JP 2015-1077871.一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为1.3％以下；Al+8Ca≧20.5％。2.一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量大于1.0％且为3.0％以下；Al+8Ca≧20.5％；Ca与Si的组成比Ca/Si小于1.5。3.一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以质量％计，Ca的含量小于9.0％、Al的含量为0.5％以上且小于5.7％、Si的含量为3.0％以下；该镁合金具有以三维网眼状连续的(Mg,Al)2Ca相。4.一种耐热性镁合金，其是含有Mg、Ca、Al和Si的镁合金，在该镁合金中，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：家永裕一，石田正雄，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP