專利名稱：：鎂合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鎂合金材料及其制備方法，并且特別涉及具有高機(jī)械強(qiáng)度的鎂合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：通常，鎂合金材料在實(shí)踐應(yīng)用的合金中具有最低的密度、輕質(zhì)和高強(qiáng)度，因而促進(jìn)了用于電子產(chǎn)品的底盤、汽車車輪、底板部件、發(fā)動機(jī)的外圍部件等的應(yīng)用。特別地，對于用于與汽車相關(guān)的用途的部件，由于需要高機(jī)械特性，因此作為含有元素如Gd、Zn等的鎂合金材料，通過單輥法和快速固化法制備具有特定構(gòu)造的材料(例如專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2和非專利文獻(xiàn)1)。然而，在特定制備方法中，盡管提供上述具有高機(jī)械特性的鎂合金材料，仍存在需要特別設(shè)施、生產(chǎn)率低和可進(jìn)一步使用的部件受限的問題。因此，在制備鎂合金材料的情況下，即使該鎂合金材料是在不使用在上述專利文獻(xiàn)中描述的特別設(shè)施或方法的情況下通過常見熔融鑄造中的塑性加工(擠壓)以高生產(chǎn)率制備的，也主張具有可用于特別應(yīng)用的機(jī)械特性的那些鎂合金材料(例如專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4)。專利文獻(xiàn)3和4中公開的鎂合金材料已知在結(jié)構(gòu)中具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(LPO)并且具有高機(jī)械特性。專利文獻(xiàn)1日本專利申請公開(JP-A)06-041701專利文獻(xiàn)2JP-A2002-256370專利文獻(xiàn)3國際公布2005/052204小冊子專利文獻(xiàn)4國際公布2005/052203小冊子非專利文獻(xiàn)1報(bào)告概述，第108屆日本輕金屬學(xué)會會議(the108thConferenceofJapanInstituteofLightMetals),P42-45(2005)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題然而，存在以下對常規(guī)鎂合金材料的改善的空間。也就是說，常規(guī)鎂合金材料需要進(jìn)一步改善強(qiáng)度以促進(jìn)它們?yōu)榱酥亓枯p的目的而用于汽車的應(yīng)用。從上述問題的情況考慮，本發(fā)明完成了在不使用特別制備設(shè)施和工藝的條件下提供一種機(jī)械特性優(yōu)異的鎂合金材料和用于制備所述鎂合金材料的方法。解決問題的手段為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有下列構(gòu)造的鎂合金材料。也就是說，鎂合金材料是一種Mg-Zn-RE合金，其含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，以及余量的Mg和不可避免的雜質(zhì)，并且在Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)中，形成增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯。歸因于這樣的構(gòu)造，鎂合金材料含有堆垛層錯，因而與具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(LPO)的鎂合金材料相比，抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度(0.2%proofstrength)和伸長率(伸長比率)得到改善。此外，在上述鎂合金材料中，Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)含有再結(jié)晶晶粒，它們具有5ym以下的平均晶粒直徑和35%以上的相對于上述合金結(jié)構(gòu)的表面積比。歸因于這樣的構(gòu)造，金屬結(jié)構(gòu)(母相)中的細(xì)的再結(jié)晶晶粒改善了機(jī)械特性，并且抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率得到了改善。此外，在上述鎂合金材料中，Zn優(yōu)選在0.5至3原子％的組分范圍內(nèi)，而RE優(yōu)選在1至5原子％的組分范圍內(nèi)。歸因于這樣的構(gòu)造，由于Zn和RE(Gd、Tb和Tm)在規(guī)定的組分范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而使得鎂合金材料易于形成堆垛層錯，從而改善強(qiáng)度。此外，為了解決上述問題，用于制備所述鎂合金材料的方法包括下列步驟鑄造步驟，其通過鑄造Mg-Zn-RE合金形成鑄造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)；固溶處理步驟，其對鑄造材料進(jìn)行固溶處理；和熱處理步驟，其在規(guī)定條件下對于進(jìn)行過固溶處理的鑄造材料進(jìn)行熱處理，并且上述熱處理步驟在滿足-14.58[In(χ)]+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ彡2的條件下進(jìn)行，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)。在根據(jù)上述程序制備鎂合金材料的方法中，Mg和RE的析出物通過固溶處理變成處于固溶體狀態(tài)下，并且進(jìn)一步在規(guī)定范圍的熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理步驟，以便可以在Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)(母相)中形成增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯，并且因而可以改善抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率。另外，對于用于制備所述鎂合金材料的方法，該方法包括下列步驟鑄造步驟，其通過鑄造Mg-Zn-RE合金形成鑄造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)；固溶處理步驟(solutionstep)，其對上述鑄造材料進(jìn)行固溶處理；熱處理步驟，其在規(guī)定條件下對進(jìn)行過固溶處理的鑄造材料進(jìn)行熱處理；和，塑性加工步驟，其對上述熱處理過的鑄造材料進(jìn)行塑性加工，并且上述熱處理步驟在滿足-14.58[In(x)1+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ彡2的條件下進(jìn)行，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)。在上述用于制備鎂合金材料的方法中，塑性加工步驟是擠壓加工或鍛造加工。在根據(jù)上述程序的制備鎂合金材料的方法中，Mg和RE的析出物通過固溶處理而處于固溶體狀態(tài)，并且另外將熱處理?xiàng)l件調(diào)節(jié)在規(guī)定范圍內(nèi)，使得可以在Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)(母相)中形成增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯，因而可以改善抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率。另外，塑性加工的實(shí)施在合金結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生大量細(xì)的再結(jié)晶晶粒，并且可以更大地改善抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料及其制備方法具有下列優(yōu)異效果。由于鎂合金材料在合金結(jié)構(gòu)(母相)中含有增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯，因此與具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)的鎂合金材料相比，抗拉強(qiáng)度、伸長率和在規(guī)定伸長比率情況下的0.2%保證強(qiáng)度可以被顯著地改善。另外，如果進(jìn)行擠壓(塑性)加工，由于在合金結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生細(xì)的晶粒，因此可以得到通常無法實(shí)現(xiàn)的過高的機(jī)械特性。因此，鎂合金材料還可以用于例如汽車部件，特別是需要具有非常苛刻的機(jī)械特性的部件諸如活塞等。由于用于制備鎂合金材料的方法涉及在固溶處理之后在規(guī)定范圍內(nèi)的條件下的熱處理，因此鎂合金材料在合金結(jié)構(gòu)(母相)中含有增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯。因此，可以通過常規(guī)制備設(shè)施或方法，有效地制備相比于常規(guī)材料具有改善的抗拉強(qiáng)度、伸長率和在規(guī)定伸長比率的情況下的0.2%保證強(qiáng)度的鎂合金材料。另外，在用于制備所述鎂合金材料的方法中，熱處理溫度和熱處理時(shí)間在滿足下式的條件下調(diào)節(jié)-14.58[In(χ)]+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ彡2，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)，因而可以制備具有改善的抗拉強(qiáng)度、伸長率和在變寬范圍內(nèi)的規(guī)定伸長比率的情況下的0.2%保證強(qiáng)度(與具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)的鎂合金材料的那些相比)的鎂合金材料。附圖簡述圖1(a)和1(b)是通過低放大倍數(shù)的透射電子顯微鏡觀察到的在本發(fā)明的鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)中形成堆垛層錯的狀態(tài)的TEM照片。圖2是通過高分辨率的透射電子顯微鏡在本發(fā)明的鎂合金材料中觀察到的堆垛層錯的TEM照片。圖3是通過高角度散射環(huán)形暗場方法觀察到的在本發(fā)明的鎂合金材料中的堆垛層錯的STEM照片。圖4是通過低放大倍數(shù)的透射電子顯微鏡觀察到的在常規(guī)鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)中形成長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖5是顯示用于制備本發(fā)明的鎂合金材料的方法的流程圖。圖6是示意性顯示在本發(fā)明的鎂合金材料的固溶處理和熱處理中的溫度與時(shí)間的關(guān)系的圖。圖7是顯示在本發(fā)明條件中的熱處理溫度和熱處理時(shí)間的情況下在金屬結(jié)構(gòu)中形成的堆垛層錯的區(qū)域的照片。圖8(a)至8(c)是顯示通過對本發(fā)明的鎂合金材料在673K熱處理0.5小時(shí)和1小時(shí)以及在523K熱處理2小時(shí)的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖9(a)至9(c)是顯示通過對本發(fā)明的鎂合金材料和常規(guī)鎂合金材料在723K熱處理2小時(shí)、在673K熱處理10小時(shí)和在773K熱處理10小時(shí)的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖10是用于比較通過對本發(fā)明的鎂合金材料和常規(guī)鎂合金材料在673K熱處理0.5小時(shí)、在673K熱處理10小時(shí)和在773K熱處理10小時(shí)的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖11(a)至11(c)是顯示在對本發(fā)明的鎂合金材料與常規(guī)鎂合金材料的熱處理步驟之后的擠壓加工之前的0.2%保證強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系、抗拉強(qiáng)度與伸長率的關(guān)系，以及抗拉強(qiáng)度與0.2%保證強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖12(a)至12(c)是顯示在對本發(fā)明的鎂合金材料與常規(guī)鎂合金材料的熱處理步驟之后實(shí)施擠壓加工的情況下，0.2%保證強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系，抗拉強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系，以及抗拉強(qiáng)度和0.2%保證強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖13是顯示對于本發(fā)明的鎂合金材料在金屬結(jié)構(gòu)中的再結(jié)晶晶粒的表面積比與機(jī)械特性的相關(guān)性的圖。圖14(a)是顯示在用于常規(guī)鎂合金材料的常規(guī)熱處理?xiàng)l件的一個實(shí)例中，塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖14(b)是顯示在對于本發(fā)明的鎂合金材料，在本發(fā)明的熱處理?xiàng)l件的一個實(shí)例中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖15(a)是顯示對于常規(guī)鎂合金材料在773K歷時(shí)10小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖15(b)是顯示對于本發(fā)明的鎂合金材料在673K歷時(shí)0.16小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖16(a)是顯示對于常規(guī)鎂合金材料在673K歷時(shí)0.5小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖16(b)是顯示對于本發(fā)明的鎂合金材料在673K歷時(shí)1小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖17是顯示包括本發(fā)明的鎂合金材料的熱處理溫度與熱處理時(shí)間的關(guān)系的圖。圖18是顯示在解釋本發(fā)明的實(shí)施例的情況下用于評價(jià)機(jī)械特性的各個步驟的框圖。圖19(a)至19(d)是在將要用于本發(fā)明的實(shí)施例中的鑄錠在相應(yīng)溫度進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間的熱處理的情況下的TEM照片。圖20(a)至20(c)是在將要用于本發(fā)明的實(shí)施例中的鑄錠在673K進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間的熱處理的情況下的TEM照片。符號說明1鎂合金材料2堆垛層錯3長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(LPO)4:再結(jié)晶晶粒實(shí)施本發(fā)明的最佳模式下面，參照附圖描述實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。圖1(a)和1(b)是通過低放大倍數(shù)的透射電子顯微鏡觀察到的在鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)中形成堆垛層錯的狀態(tài)的TEM照片；圖2是通過高分辨率的透射電子顯微鏡在鎂合金材料中觀察到的堆垛層錯的TEM照片；圖3是通過高角度散射環(huán)形暗場方法觀察到的在鎂合金材料中的堆垛層錯的STEM照片；圖4是通過低放大倍數(shù)的透射電子顯微鏡觀察到的在常規(guī)鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)中形成長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。鎂合金材料1為Mg-Zn-RE合金，其含有作為必要組分的Zn，作為RE(稀土金屬)的GcUTb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)，并且本文中將描述含有Gd的實(shí)例。如圖1至3中所示，鎂合金材料1在合金結(jié)構(gòu)(母相)中含有增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯2。主要地，鎂合金材料1在雙原子層中含有包括拉伸型(drawingtype)堆垛層錯在內(nèi)的堆垛層錯2，其中鋅(Zn)和稀土(RE)元素在α-鎂母相的底面中的雙原子層中增稠(雙原子層增稠)，因而溶質(zhì)元素增稠(稍后將描述堆垛層錯)。在本文中，合金結(jié)構(gòu)(母相)的底面表示母相中的合金表面?zhèn)龋?，母相中的上下?cè)的兩個面。在圖1中，觀察方向平行于母相晶體的a_軸，并且在電子衍射圖案中，可以在C-軸方向上觀察得自堆垛層錯而非得自長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)的條紋。在圖2中，觀察方向平行于母相晶體的a-軸，并且可以認(rèn)為堆垛層錯為拉伸型堆垛層錯。在圖3中，觀察方向平行于母相晶體的a-軸，并且可以認(rèn)為溶質(zhì)原子在雙原子層中增稠。另外，在RE為Gd的情況下的鎂合金材料1作為Mg-Zn-RE合金時(shí)，如圖1中所示，無數(shù)的堆垛層錯2以細(xì)線的形式顯示。當(dāng)在高分辨率下進(jìn)一步觀察細(xì)的線形堆垛層錯2時(shí)，如圖3中所示，可以認(rèn)為通過兩個原子增稠，并且可以認(rèn)為其為堆垛層錯2。在含有作為RE的Gd的情況下，雙層增稠(twolayerthick)是由Zn原子和Gd原子引起的增稠。在Gd為RE的情況下，Mg3Gd的析出物在鎂合金材料1中析出(未示出)。Mg3Gd的析出物通過固溶處理形成固溶體(溶液)并且堆垛層錯2通過此固溶體和熱處理而形成。(堆垛層錯和長周期堆垛有序結(jié)構(gòu))鎂合金材料1中的堆垛層錯2是由于雙原子層中的RE原子和Zn原子所致的增稠引起的拉伸型堆垛層錯2，并且堆垛方向不具體確定。另一方面，圖4中顯示的長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3通過將RE原子和Zn原子在鎂母相晶體的C-軸方向上以確定的循環(huán)(certaincycle)堆垛而形成，因而長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3和堆垛層錯2可以根據(jù)堆垛方向和循環(huán)性質(zhì)進(jìn)行清楚的分類。在常規(guī)研究中，變得清楚的是，具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3的Mg-RE-Zn型合金具有優(yōu)異的機(jī)械特性(抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率)；然而，對于堆垛層錯2，它們的存在、對機(jī)械特性的影響等還根本不清楚。然而，本發(fā)明的發(fā)明人的研究首先使得堆垛層錯2對機(jī)械特性的影響變得清楚。(合金組成)[211:0.5至3(原子)％]如果Zn小于0.5原子％，則不能在鑄造狀態(tài)下得到Mg3Gd,并且即使在下一步驟中進(jìn)行固溶處理，Gd元素也不能有效地與α-Mg形成固溶體。因此，堆垛層錯2不能在熱處理步驟中形成，并且強(qiáng)度降低。此外，如果Zn超過3原子％，則不僅強(qiáng)度不能對應(yīng)于加入量而被改善，而且在晶界中析出的Mg3Gd增加，并且伸長率降低(從而導(dǎo)致脆性)。因此，在此Zn被限定在0.5至3原子％的范圍內(nèi)。[RE(Gd、Tb和Tm中的一種或多種)]盡管Gd、Tb和Tm不能僅通過鑄造發(fā)展堆垛層錯2但通過在鑄造之后在規(guī)定條件下進(jìn)行固溶體和熱處理而形成堆垛層錯2。在鎂合金材料1中，強(qiáng)度可以通過在熱處理?xiàng)l件下析出長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3來改善；然而，為了得到更高的強(qiáng)度，通過Mg3GcKMg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)的固溶體和熱處理形成堆垛層錯2，或者，可以通過Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)的固溶體和熱處理形成堆垛層錯2并且同時(shí)可以混合長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3。因此，在鎂合金材料1中需要規(guī)定量RE，該RE包含Gd、Tb和Tm中的至少一種。如果鎂合金材料1中的Gd、Tb和Tm中的至少一種的總量小于1原子％，則不能形成Mg3GcKMg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)和堆垛層錯2，而如果總量超過5原子％，則不僅不能對應(yīng)于加入量改善強(qiáng)度，而且在晶界中析出的Mg3Gd增加并且伸長率降低。因此，在鎂合金材料1中的RE即Gd、Tb和Tm中的至少一種的總量限定在1至5原子％的范圍內(nèi)。因此，對于合金組成，鎂合金材料1具有由組成式Mg1(1(1_a_bZnaREb(在組成式中，0.5^a^3；1^b^5)限定的基于原子％的組成。在本發(fā)明中，在不可避免的雜質(zhì)的范圍處于不影響本發(fā)明的鎂合金的效果的范圍內(nèi)，可以加入除上述組分以外的組分，例如，可以以0.1至0.5原子％的量加入對細(xì)度有貢獻(xiàn)的&。接著，將描述一種用于制備鎂合金材料的方法。圖5是顯示用于制備鎂合金材料的方法的流程圖，而圖6是示意性顯示鎂合金的固溶處理和熱處理的溫度與時(shí)間的關(guān)系的圖。首先在鑄造步驟Sl中鑄造鎂合金材料1。在此，鎂合金材料1具有組成式Mg100-a-bZnaREb并且含有作為RE的Gd。接著，在固溶處理S2中對鑄造材料進(jìn)行固溶處理(RE的固溶體的形成)。在圖6中，此時(shí)的固溶處理的溫度為例如793K，并且固溶處理進(jìn)行2小時(shí)。在鑄造材料中，通過鑄造形成的Mg和Gd(Tb，Tm)的復(fù)合物溶解于基體中并且通過固溶處理形成固溶體。固溶處理優(yōu)選在773K以上進(jìn)行2小時(shí)以上。此外，對進(jìn)行過固溶處理的鑄造材料進(jìn)行熱處理的熱處理步驟S3在規(guī)定條件下進(jìn)行。熱處理步驟S3的實(shí)施形成堆垛層錯2并且有時(shí)候長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3的析出物和Mg3GcKMg3Zn3Tb2或Mg24Tm5)與Mg3Zn3Gd2的析出物可能同時(shí)共存。熱處理步驟S3在滿足下式的范圍的條件下進(jìn)行-14.58[In(X)]+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ彡2，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)。當(dāng)熱處理步驟S3在規(guī)定條件下進(jìn)行時(shí)，作為鎂合金材料1，提供具有其中可以形成能夠特別改善強(qiáng)度的堆垛層錯2的相域的結(jié)構(gòu)。圖7是顯示在熱處理溫度和熱處理時(shí)間的條件下在金屬結(jié)構(gòu)中形成的堆垛層錯的區(qū)域的照片，而圖8(a)至8(c)是顯示通過在673K熱處理0.5小時(shí)和1小時(shí)以及在523K熱處理2小時(shí)而得到的鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖9(a)至9(c)是顯示通過在723K熱處理2小時(shí)、在673K熱處理10小時(shí)和在773K熱處理10小時(shí)而得到的鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖10是用于比較通過在673K熱處理0.5小時(shí)、在673K熱處理10小時(shí)和在773K熱處理10小時(shí)而得到的鎂合金材料的金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的TEM照片。圖8、9和10全部用相同比例拍攝并且對應(yīng)于圖7的圖的一部分。如圖7中所示，其中主要形成堆垛層錯2的范圍是上述規(guī)定的熱處理?xiàng)l件的范圍。熱處理?xiàng)l件的范圍通過計(jì)算近似圖7的被實(shí)線包圍的范圍的曲線方程，基于該計(jì)算出的曲線方程限定。也就是說，被實(shí)線包圍的范圍大約為熱處理?xiàng)l件的范圍。此外，長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3的形成或Mg3Gd析出物的析出可能與堆垛層錯2組合發(fā)生。使得可以通過主要形成堆垛層錯2(參照實(shí)施例)而徹底改善鎂合金材料1抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率。另外，如圖8中所示，發(fā)現(xiàn)堆垛層錯2主要形成在熱處理溫度為673K且熱處理時(shí)間分別設(shè)定為0.5小時(shí)和1小時(shí)以及熱處理溫度為523K且熱處理時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)的情況下。此外，如圖9中所示，在熱處理在723K的熱處理溫度且2小時(shí)的熱處理時(shí)間、在673K的熱處理溫度且10小時(shí)的熱處理時(shí)間，以及在773K的熱處理溫度且10小時(shí)的熱處理時(shí)間進(jìn)行的情況下沒有觀察到堆垛層錯2的形成。此外，如圖10中所示，堆垛層錯在熱處理溫度為673K且熱處理時(shí)間為0.5小時(shí)的情況下形成，而在673K的熱處理溫度且10小時(shí)的熱處理時(shí)間，和在773K的熱處理溫度且10小時(shí)的熱處理時(shí)間的情況下沒有形成堆垛層錯。根據(jù)需要，進(jìn)行過熱處理的鑄造產(chǎn)品接著進(jìn)行用于塑性加工的塑性加工步驟S4。塑性加工步驟S4的塑性加工可以為擠壓加工或鍛造加工。經(jīng)塑性加工的塑性加工產(chǎn)品具有顯著改善的抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率(伸長比率)。圖11(a)至11(C)是顯示在對鎂合金材料的熱處理步驟之后的擠壓加工之前，0.2%保證強(qiáng)度與伸長率的關(guān)系、抗拉強(qiáng)度與伸長率的關(guān)系，以及抗拉強(qiáng)度與0.2%保證強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖12(a)至12(c)是顯示在對鎂合金材料(擠壓材料)的熱處理步驟之后實(shí)施擠壓加工的情況下，0.2%保證強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系、抗拉強(qiáng)度和伸長率的關(guān)系，以及抗拉強(qiáng)度和0.2%保證強(qiáng)度的關(guān)系的圖。如圖11和12中所示，與具有長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(LPO)3的鎂合金材料相比，具有堆垛層錯2的鎂合金材料1在該條件下具有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)并且具有優(yōu)異的在0.2%保證強(qiáng)度與伸長率之間的平衡、在抗拉強(qiáng)度和伸長率之間的平衡以及在抗拉強(qiáng)度和0.2%保證強(qiáng)度的關(guān)系之間的平衡。此外，機(jī)械性質(zhì)整體上較高。此外，在熱處理步驟S3之后，與沒進(jìn)行擠壓加工的鎂合金材料相比，進(jìn)行了擠壓加工即是塑性加工步驟S4的鎂合金材料1顯示高的抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率值。重要的是，鎂合金材料1在下列情況下提供堆垛層錯2的形成在抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率在熱處理步驟S3和塑性加工步驟S4中得到改善的情況，以及另外在Mg3Gd(Mg3Zn3Tb2^Mg24Tm5)的析出物和長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)3另外析出時(shí)，如果堆垛層錯2形成，則抗拉強(qiáng)度、0.2%保證強(qiáng)度和伸長率得到改善的情況。在此，如果將含有堆垛層錯2的合金擠壓加工，則在合金結(jié)構(gòu)中(主要在基體部分中)產(chǎn)生許多平均晶粒直徑為5μπι以下的細(xì)的再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒是在擠壓之后進(jìn)一步改善機(jī)械性質(zhì)的主要原因。圖13顯示在金屬結(jié)構(gòu)中的再結(jié)晶晶粒的表面積比與機(jī)械性質(zhì)之間的相關(guān)性的圖。如圖13中所示，隨著再結(jié)晶晶粒4的表面積比越高，0.2%保證強(qiáng)度趨于更大地改善。優(yōu)選的是具有在35%表面積比以上的強(qiáng)度。此外，平均晶粒直徑可以通過用光學(xué)顯微鏡觀察并且通過在ASTM中標(biāo)準(zhǔn)化的平均晶粒表面積方法計(jì)算來測量。此外，圖14(a)是顯示在用于常規(guī)鎂合金材料的常規(guī)熱處理?xiàng)l件的一個實(shí)例中在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖14(b)是顯示用于本發(fā)明的鎂合金材料的本發(fā)明的熱處理?xiàng)l件的一個實(shí)例中在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖15(a)是顯示在773Κ?dú)v時(shí)10小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖15(b)是顯示在673Κ?dú)v時(shí)0.16小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖16(a)是顯示在673Κ?dú)v時(shí)0.5小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片，而圖16(b)是顯示在673Κ?dú)v時(shí)1小時(shí)的熱處理中，在塑性加工之后的微結(jié)構(gòu)的TEM照片。圖15和16的擠壓條件是擠壓比為10且擠壓速度為2.5mm/sec0如圖14至16中所示，在本發(fā)明的熱處理?xiàng)l件下，可以認(rèn)為在塑性加工(擠壓加工)之后在合金中形成大量再結(jié)晶晶粒4。在圖14(a)中，沒有形成再結(jié)晶晶粒。此外，在塑性加工之前在微結(jié)構(gòu)中沒有形成再結(jié)晶晶粒(參照圖8至10)。另外，由于圖5中所示的塑性加工步驟S4通過對進(jìn)行過熱處理的鑄造產(chǎn)品增加塑性加工(擠壓加工和鍛造加工)而改善強(qiáng)度，因此該步驟可以根據(jù)鎂合金材料1的用途進(jìn)行。塑性加工之后的鎂合金材料1可以通過切割等加工成規(guī)定的形狀以得到產(chǎn)品。此外，盡管用于制備鎂合金材料1的方法在此作為涉及從鑄造步驟Sl至塑性加工步驟S4的一系列步驟的方法進(jìn)行了描述，但是所述步驟系列可以僅從鑄造步驟Sl至熱處理步驟S3，而塑性加工步驟S4可以在購買產(chǎn)品的購買者方進(jìn)行。[實(shí)施例]下面，描述本發(fā)明的實(shí)施例。在此，實(shí)施例僅示例本發(fā)明，而根本不限制本發(fā)明。圖17是顯示熱處理溫度與熱處理時(shí)間的關(guān)系的圖。圖18是顯示用于評價(jià)機(jī)械性質(zhì)的各個步驟的框圖。圖19(a)至19(d)是在各個鑄錠在相應(yīng)溫度進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間的熱處理的情況下的TEM照片。圖12(a)至20(c)是在各個鑄錠在673K進(jìn)行相應(yīng)時(shí)間的熱處理的情況下的TEM照片。將含有1原子％的Zn、2原子％的6(1，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)的Mg-Zn-Gd合金作為鎂合金材料，裝載到熔化爐中并且通過熔劑精煉熔融。接著，通過圖18中所示的鑄模將熱熔融的材料鑄造，以制備尺寸為φ29mmxL60mm的錠(si)，并且將該鑄錠在793K進(jìn)行2小時(shí)的固溶處理(S2)，之后，進(jìn)行在相應(yīng)溫度進(jìn)行熱處理(S3)，并且樣品進(jìn)行擠壓比為10并且擠壓溫度為673K的塑性加工(S4)，并且制備沒進(jìn)行塑性加工的樣品，在室溫對它們進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(為了對比，對沒有進(jìn)行塑性加工的樣品進(jìn)行在高溫的拉伸試驗(yàn))。在拉伸試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)變速度為ε=δ.ΟΧΚΓΥΓ1)。此外，固溶處理和熱處理通過馬弗爐進(jìn)行，并且相應(yīng)溫度顯示于圖17中，例如即，進(jìn)行0.16小時(shí)、0.33小時(shí)、0.5小時(shí)、1小時(shí)和2小時(shí)的短時(shí)間熱處理。圖18總體顯示作為熱處理的固溶處理和熱處理。如圖17中所示，對于作為樣品的總共24種類型的鎂合金材料進(jìn)行與上述各個溫度和時(shí)間相關(guān)的測試。在圖17中所示的樣品中，通過固溶處理的微結(jié)構(gòu)的TEM照片和進(jìn)行773ΚΧ0.16小時(shí)、523ΚΧ2小時(shí)和773ΚΧ4小時(shí)的處理的微結(jié)構(gòu)的TEM照片顯示在圖19(a)至19(d)中。如圖19(a)中所示，發(fā)現(xiàn)在僅進(jìn)行固溶處理的情況下，在金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)中，僅堆垛層錯與Mg3Gd相一起在基體中出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)構(gòu)造通過之后進(jìn)行的熱處理而變化，并且如圖19(b)中所示，發(fā)現(xiàn)在773Κ熱處理0.16小時(shí)的情況下金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)含有一起共存的高密度的堆垛層錯和Mg3Gd的析出物。此外，在如圖19(c)中所示的523ΚΧ2小時(shí)的熱處理的情況下，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)含有一起共存的堆垛層錯和LP0。此外，在其它溫度范圍中，發(fā)現(xiàn)主要析出堆垛層錯并且部分析出Mg3Gd相和14H-LP0相(長周期堆垛有序結(jié)構(gòu))。另一方面，如圖19(d)中所示，在773KX4小時(shí)的常規(guī)熱處理的情況下，發(fā)現(xiàn)沒有觀察到堆垛層錯并且LPO是主要結(jié)構(gòu)。此外，在圖17中顯示的那些中，673KX0.16小時(shí)、673KX0.5小時(shí)和673KX1小時(shí)的樣品的微結(jié)構(gòu)的TEM照片顯示在圖20(a)至20(c)中。如圖20(a)至20(c)中所示，發(fā)現(xiàn)在熱處理?xiàng)l件的情況下，堆垛層錯以高密度析出并且Mg3Gd共存在金屬結(jié)構(gòu)中。如所述，在常規(guī)長時(shí)間熱處理的情況下，發(fā)現(xiàn)在固溶處理時(shí)形成的堆垛層錯變化成LP0。因此，發(fā)現(xiàn)14H-LP0相在常規(guī)熱處理?xiàng)l件下析出但是沒有確認(rèn)堆垛層錯的析出。此外，表1和2顯示如下各項(xiàng)在圖17所示的樣品中在如實(shí)施例1至7限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的條件下處理的那些樣品，和在圖(table)17中顯示的樣品中作為比較例1至6限定的在本發(fā)明的范圍外的代表性條件下處理的那些樣品，以及各個步驟的條件、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、0.2%保證強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率。表1顯示在塑性加工(S4)進(jìn)行之前的樣品，而表2顯示在塑性加工(S4)進(jìn)行之后的樣品。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*固溶處理793KX2小時(shí)[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>*固溶處理793KX2小時(shí)*擠壓溫度623Κ，擠壓比10如表1和2中所示，發(fā)現(xiàn)實(shí)施例1至7的鎂合金材料樣品全部在金屬結(jié)構(gòu)中具有Mg3Gd和堆垛層錯的析出物并且整體具有高的0.2%保證強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率(參照圖11和12)。另一方面，發(fā)現(xiàn)與含有堆垛層錯的析出物的鎂合金樣品相比，比較例1至6的鎂合金材料樣品整體上具有低的0.2%保證強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率，原因在于它們沒有堆垛層錯(參照圖11和12)。另外，如表1和2中所示，發(fā)現(xiàn)與沒有進(jìn)行塑性加工(擠壓加工)的那些相比，進(jìn)行過塑性加工(擠壓加工)的那些樣品在0.2%保證強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率方面得到改善。如上所述，通過析出堆垛層錯，即使鎂合金材料為Mg-Zn-RE合金，也可以使用該鎂合金材料作為機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異的材料。迄今描述了根據(jù)本發(fā)明的鎂合金材料和用于制備所述鎂合金材料的方法的實(shí)施方案和實(shí)施例的最佳模式；然而，并沒有將本發(fā)明限于示出的實(shí)施方案和實(shí)施例的意圖。因此，本發(fā)明不應(yīng)理解為由前述說明和附圖限制，而是僅由后附權(quán)利要求的范圍限制。不需說明的是可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行改變和替換。權(quán)利要求一種Mg-Zn-RE合金的鎂合金材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)，其中所述Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)含有增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金材料，其中所述Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)含有再結(jié)晶晶粒，所述再結(jié)晶晶粒具有5μπι以下的平均晶粒直徑和35%以上的相對于所述合金結(jié)構(gòu)的表面積比。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎂合金材料，其中所包含的Zn在0.5至3原子％的組分范圍內(nèi)，并且所包含的RE在1至5原子％的組分范圍內(nèi)。4.一種用于制備鎂合金材料的方法，所述方法包括鑄造步驟，其通過鑄造Mg-Zn-RE合金制備鑄造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)；固溶處理步驟，其對所述鑄造材料進(jìn)行固溶處理；和熱處理步驟，其在規(guī)定條件下對進(jìn)行過所述固溶處理的所述鑄造材料進(jìn)行熱處理，其中所述熱處理步驟在滿足-14.58[In(χ)]+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ彡2的條件下進(jìn)行，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)。5.一種用于制備鎂合金材料的方法，所述方法包括鑄造步驟，其通過鑄造Mg-Zn-RE合金制備鑄造材料，所述Mg-Zn-RE合金含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)；固溶處理步驟，其對所述鑄造材料進(jìn)行固溶處理；熱處理步驟，其在規(guī)定條件下對進(jìn)行過所述固溶處理的所述鑄造材料進(jìn)行熱處理，和塑性加工步驟，其對進(jìn)行過所述熱處理的所述鑄造材料進(jìn)行塑性加工，其中所述熱處理步驟在滿足-14.58[In(χ)]+532.32<y<-54.164[In(χ)]+674.05且0<χ<2的條件下進(jìn)行，其中y表示熱處理溫度(K)，而χ表示熱處理時(shí)間(h)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制備鎂合金材料的方法，其中在所述塑性加工步驟中的所述塑性加工是擠壓加工或鍛造加工。全文摘要本發(fā)明在不使用特別制備設(shè)施和方法的情況下提供一種機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異的鎂合金材料及其制備方法。所述鎂合金材料為Mg-Zn-RE合金，其含有作為必要組分的Zn和作為RE的Gd、Tb和Tm中的至少一種，并且余量包括Mg和不可避免的雜質(zhì)，并且在Mg-Zn-RE合金的合金結(jié)構(gòu)中具有增稠的Zn和RE的雙原子層的堆垛層錯。本發(fā)明提供一種用于制備鎂合金材料的方法，所述方法涉及鑄造步驟、固溶處理步驟和熱處理步驟，并且所述熱處理步驟在滿足-14.58[ln(x)]+532.32＜y＜-54.164[ln(x)]+674.05且0＜x≤2的條件下進(jìn)行，其中y表示所述熱處理溫度(K)，而x表示所述熱處理時(shí)間(h)。文檔編號C22F1/06GK101802235SQ200880107710公開日2010年8月11日申請日期2008年9月18日優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日發(fā)明者中田守,山崎倫昭,山田雄一,板倉浩二,河村能人申請人:株式會社神戶制鋼所;日產(chǎn)自動車株式會社;國立大學(xué)法人熊本大學(xué)