JP2001059125A

JP2001059125A - 耐熱マグネシウム合金

Info

Publication number: JP2001059125A
Application number: JP2000172198A
Authority: JP
Inventors: Toshio Horie; 俊男堀江; Yoshio Sugiyama; 義雄杉山; Hiroaki Iwabori; 弘昭岩堀; Harumi Ueno; 治己上野; Takamasa Suzuki; 孝政鈴木; Tomoyasu Kitano; 智靖北野
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-03-06
Also published as: US6299834B1

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性と鋳造性とに優れる耐熱マグネシウム合
金を提供する。【解決手段】重量％で亜鉛を１．０〜６．０％、ジルコ
ニウムを０．４〜１．０％、希土類元素を１．５〜５．
０％、カルシウムを０．３％以下含み、残部がマグネシ
ウムと不可避不純物とからなることを特徴とする耐熱マ
グネシウム合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱マグネシウム
合金に関するものである。詳しくは、鋳造性に優れる耐
熱マグネシウム合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、材料の軽量化へのニーズが高ま
り、アルミニウム合金よりも軽量なマグネシウム合金が
注目を集めている。マグネシウム合金は、実用金属中最
も軽量であり、航空機用材料の他に、自動車用材料等と
して使用されつつある。例えば、自動車のホイールやエ
ンジンのヘッドカバー材料として、マグネシウム合金は
既に使用されている。ところが、最近、あらゆる部材の
軽量化がより強く求められており、マグネシウム合金の
適用範囲が一層拡大しつつある。例えば、高温になるエ
ンジンブロック等の構造部品やピストン等の機能部品に
まで、マグネシウム合金を適用することが考えられてい
る。例えば、ピストンがアルミニウム合金製からマグネ
シウム合金製になると、その部品自体の軽量化は勿論の
こと、慣性重量等の低減により他部品の更なる軽量化も
図れる。マグネシウム合金製品は、通常、ダイカスト製
品を含む鋳造製品からなることが多いため、マグネシウ
ム合金の普及を図るためには、その鋳造性を改善する必
要もある。つまり、量産コストを低下させるために、鋳
造割れ等の発生を抑制・防止して、歩留りを向上させる
必要もある。

【０００３】このような事情の下、種々のマグネシウム
合金が開発されており、従来のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ
系合金に対して耐熱性を向上させたＭｇ−Ａｌ−Ｓｉ−
Ｍｎ系合金が特開昭６１−３８６３号公報等に、Ｍｇ−
Ｚｎ−Ｃａ系合金が特開平６−２５７９１号公報や特開
平７−１８３６４号公報等に開示されている。

【０００４】また、これらの合金系とは異なる、Ｍｇ−
ＲＥ−Ｚｎ系合金（ＲＥ：希土類元素）が種々開発され
ている。Ｍｇ−ＲＥ−Ｚｎ系合金は、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃａ
系合金等に比較して、耐熱性および鋳造性に優れると言
われており、ＧＢ−Ｐ６３７０４０号公報、ＧＢ−Ｐ１
３７８２８１号公報、特開平９−２５６０９９号公報お
よび特表平１０−５１３２２５（ＷＯ９６／２４７０
１）等に開示されている。そして、ＧＢ−Ｐ６３７０４
０号公報やＧＢ−Ｐ１３７８２８１号公報には、結晶粒
微細化元素として、０．１〜０．９重量％のジルコニウ
ムを添加することが好ましい旨も記載がれている。

【０００５】さらに、特開平９−２５６０９９号公報で
は、カルシウム量を０．５〜３重量％とすることによ
り、従来のＭｇ−Ｚｎ−Ｃａ系合金に対して鋳造割れの
発生を抑制できる旨の記載もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者
が特開平９−２５６０９９号公報に記載のマグネシウム
合金について更なる調査研究を進めた結果、次のことが
解った。つまり、そのマグネシウム合金の場合、鋳造時
に発生する歪みが小さいときには鋳造割れが発生せず良
好であるが、鋳造時に発生する歪みがより大きいときに
は鋳造割れが発生し得る。ここで、鋳造時に発生する歪
みは次のように考えることができる。鋳造時、凝固収縮
や鋳物の冷却により熱収縮が生じ、この熱収縮が鋳造時
に発生する歪みを生じさせる。冷却過程が同じであれ
ば、その歪み量は形状のみで決まり、例えば、コーナー
などの拘束の大きい場所では、歪み量が大きくなる。し
かし、実際の鋳物の冷却過程では、さらに、肉厚の変化
や方案の影響を受けて鋳物中の冷却過程は場所により異
なる。このため、それらが組み合わさって、凝固の遅い
部分は、凝固の速い周辺部分より一層大きな歪みが生じ
易くなり、鋳造割れの発生し易い部位となる。具体的に
は、肉厚変化の大きいリブやボス部またはコーナー部な
どに鋳造割れが発生し易くなる。

【０００７】特表平１０−５１３２２５（ＷＯ９６／
２４７０１）には、カルシウムが鋳造性改良剤として作
用する旨の記載があるが、実施例等の具体的な記載は全
く無く、単に、カルシウム０〜１重量％と記載されてい
るに過ぎない。そして、本発明者の認識によれば、カル
シウムは溶湯の難燃化により溶解・鋳造の作業性を向上
させるものの、鋳造割れ等の欠陥を発生させ易くなり、
鋳造品の成形を難しくする。このような本発明者の調査
によれば、カルシウム量を細かく制御してＭｇ−ＲＥ−
Ｚｎ系合金の耐熱性と鋳造性とを高次元で両立させた従
来技術は、これまでのところ発見されていない。

【０００８】本発明の耐熱マグネシウム合金は、このよ
うな事情に鑑みてなされたものである。つまり、Ｍｇ−
ＲＥ−Ｚｎ系合金の耐熱性と鋳造性とを高次元で両立で
きる耐熱マグネシウム合金を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らはこ
の問題点を解決すべく、鋭意研究し各種系統的実験を重
ねた結果、マグネシウム合金中のカルシウム量を適切に
制御することにより、耐熱性と鋳造性との向上を図れる
Ｍｇ−ＲＥ−Ｚｎ系合金を得られることを発見し、本発
明の耐熱マグネシウム合金を開発するに至ったものであ
る。

【００１０】すなわち、本発明の耐熱マグネシウム合金
は、重量％で亜鉛を１．０〜６．０％、ジルコニウムを
０．４〜１．０％、希土類元素を１．５〜５．０％、カ
ルシウムを０．３％以下含み、残部がマグネシウムと不
可避不純物とからなることを特徴とする。

【００１１】本発明の耐熱マグネシウム合金によれば、
亜鉛、希土類元素、ジルコニウムおよびカルシウムを適
切に配合させることにより、従来困難であったマグネシ
ウム合金の耐熱性と鋳造性とを高次元で両立させること
ができた。特に、カルシウムを適量配合することによ
り、耐熱性を従来より向上させることができ、また、カ
ルシウム量を従来より少なくすることで従来のＭｇ−Ｒ
Ｅ−Ｚｎ系合金等より鋳造割れを抑制することができ
た。

【００１２】本発明に係る耐熱マグネシウム合金に含ま
れる希土類元素は、固溶及び粒界への晶出（析出）によ
り耐熱性を向上させることができる元素である。希土類
元素が１．５重量％未満では、耐熱性の向上を十分に図
れない。一方、５．０重量％を超えると、靱性の劣化を
伴い、鋳造割れの発生を誘起する。なお、十分な耐熱性
の向上と靱性の確保を図るために、希土類元素を１．５
〜４．０重量％、さらには、２．０〜４．０重量％とす
ると一層好ましい。なお、希土類元素にはランタン、セ
リウム、プラセオジウム、ネオジム等があるが、含有さ
れる元素は、これら希土類元素の中の１種類の元素でも
良いし、また、２種類以上の元素を混合したものでも良
い。また、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオ
ジム等の希土類元素の混合物であるミッシュメタルを用
いても良い。

【００１３】亜鉛は、固溶強化により母相であるα−Ｍ
ｇ相を強化し、マグネシウム合金の室温強度を改善する
元素である。亜鉛が１．０重量％未満だと、マグネシウ
ム合金の静的強度が著しく低下して実用的でない。一
方、６．０重量％を超えると、亜鉛の固溶量の増加に伴
う拡散速度の増加により、低強度の低融点粒界化合物が
多く晶出して、クリープ特性の劣化を招く。なお、十分
な室温強度とクリープ特性との確保のために、亜鉛を
１．０〜４．０重量％、さらには、２．０〜４．０重量
％とすると一層好ましい。

【００１４】ジルコニウムは、マグネシウム合金の結晶
粒を微細化し、機械的強度を向上させる元素である。ジ
ルコニウムが１．０重量％を超えると、合金の融点が高
くなり、また、均一に分散しなくなる。また、マグネシ
ウム合金の鋳造性の悪化も招来する。一方、０．４重量
％未満だと、結晶粒の微細化が十分ではない。なお、マ
グネシウム合金の結晶粒の微細化を図りつつ融点を低く
抑えるには、ジルコニウムを０．５〜０．８重量％、さ
らには、０．６〜０．７重量％とすると一層好ましい。

【００１５】カルシウムは、マグネシウム中に一定量ま
で固溶され、マグネシウム合金の耐熱性と耐力を向上さ
せる元素である。つまり、カルシウムはマグネシウムと
共に微細な析出物や、晶出物を形成する。微細な析出物
により耐熱性を向上させ、粒界に晶出するカルシウム化
合物が耐力を向上させる。但し、カルシウムが０．３重
量％を超えると、鋳造割れの誘因となる。この理由は必
ずしも明らかではないが、強固なカルシウム化合物（粒
界化合物）が粒界に多量に晶出することにより、マグネ
シウム合金の伸びや靱性を低下させるためと考えられ
る。従って、カルシウムを０．３重量％以下とすること
により、マグネシウム合金の耐熱性を向上させつつ、鋳
造割れの発生原因と思われるカルシウム化合物の晶出を
抑制し、鋳造性を向上させられる。カルシウムを０．０
５重量％以上含むと、カルシウムがマグネシウム基地中
に固溶してα−Ｍｇを強化し、析出物を微細化させるた
め、マグネシウム合金の耐熱性を一層向上させることが
できる。また、耐熱マグネシウム合金の鋳造性と耐熱性
とをより向上させるために、カルシウムを０．０５〜
０．２重量％、さらには０．１〜０．２重量％とする
と、一層好ましい。

【００１６】さらに、耐熱マグネシウム合金が、重量％
で亜鉛を１．０〜６．０％、ジルコニウムを０．４〜
１．０％、希土類元素を１．５〜５．０％、カルシウム
を０．０３〜０．３％以下含み、残部がマグネシウムと
不可避不純物とからなると、好適である。この場合も同
様に、ジルコニウムを０．５〜０．８重量％、さらに
は、０．６〜０．７重量％とするとより好ましい。ま
た、カルシウムを０．０５〜０．２重量％、さらには
０．１〜０．２重量％とするとより好ましい。また、希
土類元素を１．５〜４．０重量％、さらには、２．０〜
４．０重量％とするとより好ましい。また、亜鉛を１．
０〜４．０重量％、さらには、２．０〜４．０重量％と
するとより好ましい。

【００１７】なお、前記各元素の組成範囲を「ｘ〜ｙ重
量％」という形式で示したが、これは特に断らない限
り、下限値（ｘ重量％）および上限値（ｙ重量％）も含
む。前述してきた「鋳造性」は、例えば、合金溶湯を冷
却凝固させた際の鋳造割れの発生の有無で評価できる。
ここでいう鋳造性は、特定の鋳造方法を対象としている
ものではなく、あらゆる鋳造を対象としている。もっと
も、ダイカスト等の冷却速度が速い鋳造方法に本発明の
耐熱マグネシウム合金を用いると、特に有効である。ま
た、「耐熱性」は、例えば、高温雰囲気中におけるマグ
ネシウム合金の機械的性質（後述の軸力保持率、クリー
プ特性または高温強度等）で評価できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】マグネシウム合金は、宇宙、軍
事、航空の分野を初めとして、自動車、家庭電気機器
等、各種分野で使われている。軽薄短小の風潮が進む現
在において、マグネシウム合金は、製品の軽量コンパク
ト化に欠かせない材料となっている。本発明の耐熱マグ
ネシウム合金は、鋳造割れ等を起こさずに歩留まりを高
めることができるため、例えば、量産されるダイカスト
製品等に用いると、好適である。

【００１９】また、本発明の耐熱マグネシウム合金は、
常温特性はもとより高温特性にも優れるため、高温環境
下で使用される製品、例えば自動車のエンジンルーム内
に配置されるエンジン、トランスミッション又はそれら
の関連製品に使用されると、一層好適である。勿論、本
発明の耐熱マグネシウム合金をテレビやパソコンの筐体
等に使用しても良い。

【００２０】

【実施例】本発明に係る耐熱マグネシウム合金の鋳造性
と耐熱性とについて具体的に評価するために、マグネシ
ウム合金中のカルシウムまたはジルコニウムの配合量を
変えた種々の試験片を製作し、各種試験を行った。以下
に、その試験方法と試験結果とについて説明する。

【００２１】（カルシウム量の影響）（１）鋳造性試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ５先ず、電気炉中で予熱した高クロム合金鋼（ＳＵＳ４３
０）製るつぼの内面に、塩化マグネシウム系のフラック
スを塗布し、その中に純マグネシウム地金を投入して溶
解した。７００℃に保持した溶湯中に、亜鉛（Ｚｎ）、
ミッシュメタル（Ｍｍ）を添加した。更に、その溶湯を
７８０℃に昇温後、Ｍｇ−Ｚｒ合金を添加した。それら
を充分に攪拌して完全に溶解させた後、その溶湯を７８
０℃に保持した。このとき、亜鉛が２．０重量％、ミッ
シュメタルが２．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が
０．６重量％で残部がマグネシウムとなるように配合し
た。なお、使用したミッシュメタルは、セリウム（Ｃ
ｅ）５２．２重量％、ランタン（Ｌａ）２５．４７重量
％、プラセオジム（Ｐｒ）１６．１重量％、ネオジム
（Ｎｄ）５．４重量％、サマリウム（Ｓｍ）０．１重量
％の組成割合であった。溶解作業中の燃焼を防止するた
め、溶湯表面に炭酸ガスとＳＦ₆ガスとの混合ガスを流
速０．２Ｌ／分で吹き付け、適宜、フラックスを溶湯表
面に散布した。

【００２２】こうして得た合金溶湯を図１に示す試験片
形状にダイカストした。このとき、表１に示すように、
拘束長さを１００ｍｍ、８０ｍｍ、６０ｍｍ、４０ｍ
ｍ、２０ｍｍと順次変化させて、試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ
５を製作した。これら各試験片について、ダイカストし
たときの鋳造割れの発生を目視若しくはＸ線探傷試験で
確認し、合金の鋳造割れの有無を○、×で定性評価し、
その結果を表１に併せて示した。○は鋳造割れの発生が
確認されなかったことを示し、×は鋳造割れの発生が確
認されたことを示す（以下、同様である）。

【００２３】ここで、図１に示す試験片のその形状およ
び製造方法について詳説する。試験片の形状は、Ｉ型を
した厚さｔ＝１０ｍｍの柱状であり、Ｉ型の上辺部及び
下辺部の幅を２０ｍｍとし、中央柱部の幅を７ｍｍとし
た。そして、上辺部と下辺部間の平行部の高さ”ｌ”を
２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ
の５段階に変化させた。この平行部の高さを前述の拘束
長さとした。試験片の製作は、図１に示す試験片形状の
金型を備える竪型鋳造機を使用して、上述の５種類の拘
束長さをもつ試験片をダイカスト製造した。このとき、
ゲート部の形状は７ｍｍ×１０ｍｍ、シリンダ内径はφ
４０ｍｍ、プランジャ速度は０．６５ｍ／ｓ、射出圧力
は６４ＭＰａ、射出温度は（液相線温度）＋２０℃と
し、ダイカスト型の温度は室温（２５〜７０℃）とし
た。なお、拘束長さと鋳造歪みとの間に相関をもたせる
ために、各試験片の平行部の中央に断熱材を付して、鋳
造歪みを平行部の中央に集中させた。つまり、断熱材を
付した部分の凝固を意図的に遅くし、平行部（拘束長
さ）の歪みをこの部分に集中させることにより、平行部
である拘束長さが長いほど、その部分に集中する歪み量
が大きくなるようにした。

【００２４】試験片Ｎｏ．Ｍ６〜Ｍ１０試験片Ｎｏ．Ｍ６〜Ｍ１０のマグネシウム合金は、試験
片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ５のマグネシウム合金に、さらにカル
シウムを添加したものである。つまり、カルシウム（Ｃ
ａ）を前述の亜鉛およびミッシュメタルと共に添加し、
亜鉛が２．０重量％、カルシウム０．１７重量％、ミッ
シュメタルが２．０重量％、ジルコニウムが０．６重量
％で残部がマグネシウムとなるように合金溶湯を配合し
た。次に、このマグネシウム合金溶湯を用いて、試験片
Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ６と同様に、拘束長さを１００ｍｍ、８
０ｍｍ、６０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍと順次変化させ
てダイカストを行い、試験片Ｎｏ．Ｍ６〜Ｍ１０を製作
し、鋳造割れの有無を確認すると共に、その結果を表１
に示した。

【００２５】試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１３試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１３は、試験片Ｎｏ．Ｍ６〜Ｍ
１０のマグネシウム合金中のカルシウム量を０．２７重
量％に変更したものである。そして、試験片Ｎｏ．Ｍ１
〜Ｍ５と同様に、拘束長さを６０ｍｍ、４０ｍｍ、２０
ｍｍと順次変化させて試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１３を製
作し、鋳造割れの有無を確認すると共に、その結果を表
１に示した。

【００２６】試験片Ｎｏ．Ｍ１４、Ｍ１５試験片Ｎｏ．Ｍ１４、Ｍ１５は、試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜
Ｍ１３とカルシウム量のみ異なり、カルシウムを０．３
１重量％含有する。そして、試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１
３と同様に、拘束長さが４０ｍｍ、２０ｍｍの試験片Ｎ
ｏ．Ｍ１４、Ｍ１５を製作して、鋳造割れの有無を確認
すると共に、その結果を表１に示した。

【００２７】試験片Ｎｏ．Ｍ１６、Ｍ１７試験片Ｎｏ．Ｍ１６、Ｍ１７は、試験片Ｎｏ．Ｍ１４、
Ｍ１５とカルシウム量のみ異なり、カルシウムを０．５
重量％含有する。そして、試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１３
と同様に、拘束長さが４０ｍｍ、２０ｍｍの試験片Ｎ
ｏ．Ｍ１６、Ｍ１７を製作して、鋳造割れの有無を確認
すると共に、その結果を表１に示した。

【００２８】試験片Ｎｏ．Ｍ１８、Ｍ１９試験片Ｎｏ．Ｍ１８、Ｍ１９は、試験片Ｎｏ．Ｍ１６、
Ｍ１７とカルシウム量のみ異なり、カルシウムを０．８
重量％含有する。そして、試験片Ｎｏ．Ｍ１１〜Ｍ１３
と同様に、拘束長さが４０ｍｍ、２０ｍｍの試験片Ｎ
ｏ．Ｍ１８、Ｍ１９を製作して、鋳造割れの有無を確認
すると共に、その結果を表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】（２）耐熱性試験片Ｎｏ．Ｈ１〜Ｈ７前述の試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ１９と同様に、表２に示す
ようにカルシウム量を種々変更したマグネシウム合金溶
湯を調製し、図５に示す外径φ１５ｍｍ、内径φ７ｍ
ｍ、長さ２５ｍｍの円筒状試験片をダイカストにて製作
した。そして、カルシウム量の相違により、試験片Ｎ
ｏ．Ｈ１〜Ｈ７とした。なお、これらの各試験片につい
ても、目視若しくはＸ線探傷試験で鋳造割れの発生の有
無を確認したが、いずれの試験片についても、鋳造割れ
は無かった。これら試験片Ｎｏ．Ｈ１〜Ｈ７について、
図５に示すボルト緩み試験法にて、耐熱性の試験を行っ
た。この試験法は、ワッシャ（外径φ１５ｍｍ、内径φ
７ｍｍ）を介在させて、各試験片の各両端をボルトとナ
ット（Ｍ６）で締付け、ボルト長の変化を測定する方法
である。そして、測定した各ボルト長から軸力保持率を
算出するものである。

【００３１】具体的には、次のように行った。先ず、各
試験（片）毎に、締付前の使用するボルト長（Ｌ₀）を
マイクロメータで測定しておいた。次に、初期面圧が６
４ＭＰａとなるように各試験片の両端面をボルトで締付
け、締付直後のボルト長（Ｌ ₁）をマイクロメータで測
定した。そして、そのボルトにより締付られた各試験片
を１５０℃の大気雰囲気中で３００時間保持した後、さ
らにボルト長（Ｌ₂）をマイクロメータで測定した。こ
れら測定したボルト長から、次式により各試験片につい
て軸力保持率を求めた。この結果を、表２に併せて示
す。軸力保持率（％）＝（Ｌ₂−Ｌ₀）／（Ｌ₁−Ｌ₀） ×１
００

【００３２】

【表２】

【００３３】（ジルコニウムの影響）次に、ジルコニウ
ムが鋳造性と耐熱性とに及す影響について調べるため
に、ジルコニウムを含まない（Ｚｒ：０重量％）マグネ
シウム合金溶湯を、試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ１９や試験片
Ｎｏ．Ｈ１〜Ｈ７と同様に調製した。このときのカルシ
ウム量は表３および表４に示すように変化させた。これ
らの合金溶湯を用いて、上述の試験片と同様に、図１に
示す形状の試験片をダイカストにて製作した。カルシウ
ム量と拘束長さとを変化させることにより得られた各試
験片を、試験片Ｎｏ．Ｍ２０〜Ｍ２５とし、試験片Ｎ
ｏ．Ｍ１〜Ｍ１９と同様に、鋳造割れの有無を確認し、
その結果を表３に示した。また、それらの合金溶湯を用
いて、上述の試験片と同様に、図５に示す形状の試験片
をダイカストにて製作した。カルシウム量を変化させる
ことにより得られた各試験片を、試験片Ｎｏ．Ｈ８〜Ｈ
１０とし、試験片Ｎｏ．Ｈ１〜Ｈ７と同様に、軸力保持
率を求め、その結果を表４に示した。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】（評価）（１）試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ１９について表１の各試験片について、カルシウムの含有量（重量
％）を横軸に表し、各試験片の拘束長さ（ｍｍ）を縦軸
に表したときの鋳造割れの有無を○、×で、図２に示し
た。○は鋳造割れの発生が確認されなかったことを示
し、×は鋳造割れの発生が確認できたことを示す。図２
及び表１から、カルシウム量が０．３重量％を超える試
験片Ｎｏ．Ｍ１４〜Ｍ１９では、拘束長さが２０ｍｍを
超えると鋳造割れが発生することが解った。一方、カル
シウム量が０．３重量％以下の試験片Ｎｏ．Ｍ１〜Ｍ１
３（試験片Ｎｏ．Ｍ１１を除く）では、拘束長さが２０
ｍｍを超えても鋳造割れが発生しないことが解った。従
って、マグネシウム合金中のカルシウム量を０．３重量
％以下とすることが、鋳造割れの発生を抑制する上で、
非常に有効性である。

【００３７】（２）試験片Ｎｏ．Ｈ１〜Ｈ７について表２の各試験片について、カルシウムの含有量（重量
％）を横軸に表し、各試験片の軸力保持率（％）を縦軸
に表したグラフを図６に示す。なお、図６では、上述の
図２から求めた、鋳造割れが発生する拘束長さについて
も、併せて示した。図５及び表２から、カルシウム量を
少しでも含有することにより軸力保持率が急激に増加す
ることが解った。そして、カルシウム量が０．０３重量
％、０．０５重量％、１．０重量％と増えるにつれて軸
力保持率が増加する。但し、０．１重量％程度を超える
と、軸力保持率の増加割合が急激に少なくなることも解
った。従って、軸力保持率の向上を図る上で、カルシウ
ムの存在は非常に有効であるが、略０．１重量％を超え
ると、軸力保持率は飽和状態に近づくため、鋳造割れと
の関係から、カルシウム量を０．１〜０．３重量％とす
ると、非常に有効である。

【００３８】（３）試験片Ｎｏ．Ｍ２０〜Ｍ２５と試験
片Ｎｏ．Ｈ８〜Ｈ１０について表３の各試験片について、カルシウム量（重量％）を横
軸に表し、各試験片の拘束長さ（ｍｍ）を縦軸に表した
ときの鋳造割れの有無を図７に示した。図７中、×は鋳
造割れの発生が確認できたことを示す。また、表４の各
試験片について、カルシウム量（重量％）を横軸に表
し、各試験片の軸力保持率（％）を縦軸に●印で表した
グラフを図７に併せて示した。図７及び表３から、マグ
ネシウム合金は、ジルコニウムを含有しないと、カルシ
ウム量に拘らず、拘束長さが２０ｍｍを超えると鋳造割
れが発生することが解った。また、図７および表４か
ら、マグネシウム合金がジルコニウムを含有しないと、
軸力保持率が低下し、カルシウム量を増加させても、軸
力保持率が殆ど増加しないことも解った。従って、マグ
ネシウム合金の鋳造性と耐熱性との両立を図る際に、適
量のカルシウムに加えて、ジルコニウムを含むことが非
常に重要である。

【００３９】（４）クリープ特性について試験片Ｎｏ．Ｍ６等と同条件で鋳造した厚さ１０ｍｍの
板から切出したφ４ｍｍ、平行部長さ２０ｍｍの試験片
を用いて、引張りクリープ試験を行った。このクリープ
試験は、Ｍｇ−２％Ｚｎ−２％Ｍｍ−０．２％Ｃａ−
０．６％Ｚｒ（試験片Ｎｏ．Ｍ６と同様：「０．２％Ｃ
ａ」と表示する。）と、Ｍｇ−２％Ｚｎ−２％Ｍｍ−
０．８％Ｃａ−０．６％Ｚｒ（試験片Ｎｏ．Ｍ１８と同
様：「０．８％Ｃａ」と表示する。）とについて行い、
その結果を図３に示した。図３では、各試験片に作用す
る応力（ＭＰａ）を横軸に、最小クリープ速度（１／
秒）を縦軸にとり、両軸を対数表示とした。図３から、
カルシウム量が０．２重量％程度でも、良好なクリープ
特性を示すことが解る。

【００４０】（５）耐力試験片Ｎｏ．Ｍ６等と同条件で鋳造した厚さ１０ｍｍの
板から切出した断面６ｍｍ×３ｍｍ、平行部の長さ２０
ｍｍの試験片を用いて、耐力を測定した。この耐力の測
定は、Ｍｇ−２％Ｚｎ−２％Ｍｍ−０．２％Ｃａ−０．
６％Ｚｒ（試験片Ｎｏ．Ｍ６と同様）と、Ｍｇ−２％Ｚ
ｎ−２％Ｍｍ−０．８％Ｃａ−０．６％Ｚｒ（試験片Ｎ
ｏ．Ｍ１８と同様）と、Ｍｇ−２％Ｚｎ−０．８％Ｃａ
（従来の耐熱マグネシウム合金）とについて行い、その
結果を図４に示した。図４では、温度（℃）を横軸にと
り、各温度における０．２％耐力（ＭＰａ）を縦軸にと
った。図４から、適量の亜鉛、希土類元素およびジルコ
ニウムを含むマグネシウム合金は、カルシウム量による
耐力の変化が小さい一方、従来の耐熱マグネシウム合金
と比べると、鋳造性、クリープ特性と共に高温域での耐
力の向上が大きいことが解る。

【００４１】

【発明の効果】本発明の耐熱マグネシウム合金によれ
ば、鋳造性と耐熱性とに優れるため、耐熱マグネシウム
合金の利用拡大を一層図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳造性を調べるために用いた試験片の形状を表
す断面図である。

【図２】マグネシウム合金中のカルシウム量と拘束長さ
の相違による鋳造割れの有無との関係を示す図である。

【図３】マグネシウム合金中のカルシウム量とクリープ
特性との関係を示す図である。

【図４】本発明の耐熱マグネシウム合金と従来の耐熱マ
グネシウム合金とに関して、耐力と温度との関係を示す
図である。

【図５】耐熱性を調べるために用いた試験片の形状およ
び試験方法の概略を表す断面図である。

【図６】マグネシウム合金中のカルシウム量と軸力保持
率および鋳造性との関係を示す図である。

【図７】ジルコニウムを含まないマグネシウム合金中の
カルシウム量と軸力保持率および鋳造性との関係を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山義雄愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者岩堀弘昭愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者上野治己愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者鈴木孝政愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者北野智靖愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で亜鉛を１．０〜６．０％、ジルコ
ニウムを０．４〜１．０％、希土類元素を１．５〜５．
０％、カルシウムを０．３％以下含み、残部がマグネシ
ウムと不可避不純物とからなることを特徴とする耐熱マ
グネシウム合金。
【請求項２】前記ジルコニウムは、０．５〜０．８重量
％である請求項１に記載の耐熱マグネシウム合金。
【請求項３】前記ジルコニウムは、０．６〜０．７重量
％である請求項２に記載の耐熱マグネシウム合金。
【請求項４】前記カルシウムは、０．０３〜０．３重量
％である請求項１に記載の耐熱マグネシウム合金。
【請求項５】前記カルシウムは、０．０５〜０．２重量
％である請求項４に記載の耐熱マグネシウム合金。
【請求項６】前記カルシウムは、０．１〜０．２重量％
である請求項５に記載の耐熱マグネシウム合金。
【請求項７】重量％で亜鉛を１．０〜６．０％、ジルコ
ニウムを０．４〜１．０％、希土類元素を１．５〜５．
０％、カルシウムを０．０３〜０．３％以下含み、残部
がマグネシウムと不可避不純物とからなることを特徴と
する耐熱マグネシウム合金。