Effect of aluminum or zinc solute addition on enhancing impact fracture toughness in Mg-Ca alloys

Mg-Ca合金の衝撃破壊靭性向上におけるAl/Zn添加効果

長谷 貴之*; 太田垣 達也*; 山口 正剛   ; 池尾 直子*; 向井 敏司*

Hase, Takayuki*; Otagaki, Tatsuya*; Yamaguchi, Masatake; Ikeo, Naoko*; Mukai, Toshiji*

3種のMg合金(Mg、Mg-0.3 at.%Ca-0.6 at.%Zn、Mg-0.3 at.%Ca-0.6 at.%Al)に対して、衝撃3点曲げ試験による衝撃破壊靭性測定を行った。塑性変形能と衝撃破壊靭性は、純粋なMgと比べて合金の方が高くなった。第一原理計算から、一般化積層欠陥エネルギーと粒界凝集エネルギーをMg,Mg-Ca, Mg-Ca-Zn,Mg-Ca-Al系それぞれについて計算したところ、実験結果の傾向をよく説明する結果が得られた。計算と実験の比較から、ZnとAlをCaと同時に添加することで、塑性変形の異方性を低減し、かつ、粒界を強化することにより、高い衝撃破壊靭性が得られたと考えられる。

We measured the impact toughness of three alloys (Mg, Mg-0.3 at.% Ca-0.6 at.% Zn, and Mg-0.3 at.% Ca-0.6 at.% Al) by the impact three-point bending test. The plastic deformability and impact toughness were higher in the ternary alloys than in pure Mg. The generalized stacking fault energy and grain boundary cohesive energy were estimated by first-principles calculations for Mg, binary Mg-Ca, ternary Mg-Ca-Zn, and ternary Mg-Ca-Al alloys. The calculation results agreed with the trend in the experimental results. We suggest that addition of Ca along with Zn or Al reduced plastic anisotropy and strengthened the grain boundaries, leading to higher in impact toughness of Mg alloys.