マグネシウム合金は、低密度と優れた強度から重量比のために、航空宇宙、自動車、およびバイオメディカル部門でますます採用されています。 これらのアプリケーションのための重要な性能メトリックは、靭性を破壊する - 、材料の抵抗を亀裂するの伝搬および突然の故障。 合金組成物は、粒径、位相分布、および降水特性を含む、基礎微細構造を制御することによって、骨粗さを強く予測します。 これらの関係の下では、耐久性と耐火性を強化し、マグネシウム合金の設計を可能にし、耐久性と耐火性を向上します。

マグネシウム合金のひびの靭性を理解する

破壊靭性は、不安定な亀裂成長に耐える材料の能力を定量化します。 リニア‐弾性骨折学では、重要なストレス強度因子KIcとして表現されます。 重要な可塑性を示す材料については、J‐一体型アプローチが使用されます。 マグネシウム合金のテスト方法は、例えば、()ASTM E399などの基準に従います。 航空機の耐摩耗性および靭性は、ASTM特性の組成物に富んだ特性を合わせます。

マグネシウム合金は、六角形のクローズパック(HCP)である、異方性骨折の動作を示します。 亀裂伝搬は、特に安全中心構造で、特に、細菌の欠陥を容認できる高耐骨の靭性は、特に、特に耐圧不良のない欠陥を許容することができることを保証します。

合金組成と微細構造の進化

マグネシウム合金の化学組成は、どの位相、その量分数、そしてそれらがどのように分布するかを決定します。一般的な合金化要素には、アルミニウム、亜鉛、マンガン、ジルコニウム、およびまれな(RE)要素が含まれます。各々は、異なる微細構造変化による靭性を崩すことに影響を与えます。

アルミ・亜鉛のロール

アルミは、AZ31(Mg-3Al‐1Zn)やAZ91(Mg‐9Al‐1Zn)などの商用合金の主合金元素です。アルミニウムは固体の溶解硬化による強度を高め、β-Mg[]17[12[の断層構造体相を向上させます。しかし、高アルミニウム含有量(8>)で、β-Mg]]を分解し、微分裂する場合には、Al[FLT:]を変形させると、微分裂する。

マンガンの貢献とジルコニウム

マンガンは、主に耐食性を改善し、粒構造を制御するMn-rich粒子を形成するために添加されます。 AM60のような商業合金では、マンガンは、固体の動作を大幅に変化させませんが、鉄含有金属の析出、間接的に靭性に影響を与える可能性があります。 ジルコニウムは、アルミニウム(ジエンスZrはAlで安定した化合物を形成する)含まない合金の強力な穀物精製剤として機能します。 ZK60(Mg6-Se-Se-Se-Se-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-

レアアース元素

比類なきマグネシウム合金、特にWEシリーズ(Mg-Y-Nd-Zr)、ネオジム(Nd)、ガドリン(Gd)などのレアアースエレメントが、高温・高機能マグネシウム合金(Mg-Y-Y-Nd-Zr)で使用されます。それらは、熱的に安定した金属相(例えば、Mg)を、特に強化する(HLP)、および高強度(HLP[FLT:H])、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度(H)、高強度

破壊靭性を準拠する微細構造機構

マグネシウム合金の耐摩耗性は、亀裂の開始と伝搬に影響を与える微細構造の特徴によって管理されます。 主な要因には、粒度、テクスチャ、沈殿物分布、欠陥の存在が含まれます。

穀物サイズとホール・ペッチの関係

微粒子が滑る、そして割れる伝搬を妨げる障害として機能する微粒子の頻度を高める良い穀物の境界。 HCP マグネシウムでは、対等は重要な変形モードであり、より小さい穀物は対人を抑制し、より均一なプラスチック変形に導きます。 葉- マグネシウムのための子の係数は比較的高いです(~200 MPa·μm1/2)、穀物の精製が 50 μm から 10 μm まで、穀物の減少が、粒状になる場合の粒状になる場合のは、非常に厳しい強度および (より堅い強さは 5μm より大きい)。

テクスチャとアニソトロピー

マグネシウムのHCP構造は変形の後で強い結晶状になる質に導きます。転がされたシートでは、basalの平面は転がり平面に平行合わせます、basalのスリップのための高いSchmidの要因を作成します。この質は材料を転がす方向に沿って伝搬を割ることにより敏感になります。ひびの靭性は通常より高いです。ひびの平面がbasalの質に方向性を向けるとき。合金(eg.reg)を通して質を制御することは、要素を転がりの方向に高めます。Mithisは、変形および変形の方向を増加できます。

二次フェーズとインターメタル

インターメタルフェーズには、デュアルロールがあります。 粗い、脆性粒子(Mg]17]]Al12は、応力集中のために亀裂のイニスターとして機能することができます。 細かく分散すると、不透明に、同じフェーズは、Orowanバイパス機構を介して亀裂成長を阻害するか、または亀裂の偏向を促進することによって、それらが有利な組成物に欠陥するかどうかを決定する必要があります。 特に、それらは、それらが、それらに有害であるように決定する。

処理および熱処理の効果

加工条件は、合金組成物が微細構造にどのように変換するかを変更します。 鋳造合金は、多くの場合、より大きな粒径と非平衡相を有し、骨折の靭性を低下させます。 押出および圧延の精製粒穀物を転がし、脆性ネットワークを分解し、靭性を改善します。 溶液化(T4)および老化(T6/T5)などの熱処理は、予期サイズと分布を最適化することができます。 AZ91では、415°CでT6処理を、高分子量を200°Cで分解し、高分子量を増加させる[F]を切断する]と、高分子量を増加させる[F]。

共通のマグネシウムの合金システムの比較フラクチャーの靭性

組成物の効果を記述するために、代表合金の典型的な骨折靭性値(K[])を以下に示します。これらの値は、加工および試験の向きに依存します。

  • [AZ31(Mg-3Al-1Zn):[]15-18 MPa√m を--ロール条件で; 横断方向でより高い。
  • [AZ91(Mg-9Al-1Zn):[]10〜14 MPa√m ダイキャストフォーム; T6処理後最大18MPa√m。
  • []AM60 (Mg-6Al-0.3Mn):[[]12–16 MPa√m; AZ91よりも延性が向上しましたが、強度が低下しました。
  • [ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr):[ 18〜22 MPa 押出状態の√m。
  • [WE43 (Mg-4Y-3RE-0.5Zr):[] 20〜25 MPa√m;高温で靭性を維持します。
  • [GW63(Mg-6Gd-3Y):[ 22〜28 MPa ピーク老化後の√m。

これらは、一般的に、合金のRE含有量が、より微細な穀物、より弱いテクスチャ、および有益なLPSO相のために、アルミニウムベースのものよりも高い耐骨靭性を発揮していることを示しています。

未来の方向と合金の設計戦略

リサーチは、電流制限を超えてマグネシウム合金の靭性をプッシュし続けています。 1つの有望なアプローチは、高-エントロピーまたは複数の-主な元素マグネシウム合金の使用であり、複数のRE添加の相乗効果がユニークな微細構造を作り出すことができる。 CALPHADと機械学習を使用した計算合金の設計は、組成物の急速なスクリーニングを可能にします。 Nanocompositeアプローチは、セラミックナノ粒子(例えば、SiCabl、Timbalt[F]を増加させるなど、多重化作用が促進されます。 、耐摩耗性は、耐摩耗性が向上します。 [F] 耐摩耗性は、耐摩耗性が向上します。

合金仕様の耐摩耗性を兼ね備えた統合は、航空宇宙(例えば、[])の規格化され、WE43)および自動車の耐衝突性基準のSAE AMS4417である。 軽量化要求が強化されるにつれて、カスタマイズされた組成物を持つマグネシウム合金は、構造用途における重度の材料を交換し、耐摩耗性が安全要件を満たしている。

コンテンツ

合金組成物は、直接、粒径、テクスチャ、相分布、および沈殿物特性の影響によるマグネシウム合金の耐摩耗性を決定する。アルミニウムと亜鉛は効果的ですが、脆性ネットワークを避けるためにバランスをとらなければなりません。マンガンとジルコニウムの精製粒を加工し、靭性を間接的に向上させます。まれ‐earth要素は、安定した、ダクタイルの焼結フェーズとタフなテクスチャを形成することにより、最も一貫した改善を提供します。これらの効果を加工および熱処理は、より強化し、ナノプロセスの要求を要求する。