JP2001294966A

JP2001294966A - マグネシウム合金薄板及びその製造方法並びにそれを用いた成形品

Info

Publication number: JP2001294966A
Application number: JP2000113991A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nishikawa; 幸男西川; Akira Takara; 晃宝
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2001-10-26
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: JP4776751B2

Abstract

(57)【要約】【課題】延性を向上させて塑性加工を可能としたマグ
ネシウム合金薄板とその製造方法並びにそれを用いた成
形品を提供する。【解決手段】溶融させたマグネシウム合金を金型２内
に射出して板材３を形成する。不要部分を除去した板材
３は圧延機７により破断しない程度の歪みを与えて圧縮
変形させる。この板材３ａは加熱炉８により熱処理さ
れ、歪んだ形状となっていた結晶粒界は加熱により再結
晶化して小さな粒に分かれ、結晶粒径の小さいマグネシ
ウム合金薄板が形成される。このマグネシウム合金薄板
は延性に優れているため、プレス加工や鍛造加工により
任意の成形品を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム合金
薄板及びその製造方法並びにマグネシウム合金薄板を用
いた成形品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大量生産される家電製品に対して
は、リサイクル処理や環境問題などの対策の一つとし
て、家電製品の外装部品を従来の樹脂材料に代えて金属
材料で製作することが注目されている。樹脂のリサイク
ル性が２０％程度あるのに対し、金属材料は９０％がリ
サイクル可能である。

【０００３】金属材料の中で特にマグネシウム合金は、
他の金属と比較して軽量、高強度であり、振動減衰性や
加工性にも優れ、比較的低融点であることからリサイク
ルエネルギーも少なくて済むという特徴を有している。

【０００４】このマグネシウム合金を材料とする製品
は、一般に金型に高圧力で溶融させたマグネシウム合金
を急速に流し込み鋳造するダイカスト法で作られてきた
が、近年になって、固液共存状態の半溶融合金に剪断力
を与えることによってチクソトロピー性を発現させ、こ
れを金型内で射出成形するチクソモールド法も実用化さ
れ、家電製品の薄肉成形品などへの適用が促進されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイカ
スト法やチクソモールド法による金属成形は生産設備が
高価であり、金型内で成形の際に発生する湯道などの不
要部分が大量に発生し、材料歩留りが悪い問題があっ
た。特に、形状があまり複雑でない製品を作る場合、プ
レス加工に比べて製造コストが高くなってしまう。ま
た、成形時に気泡の巻き込み等により内部に巣が生じる
ことがあるため熱処理ができないとか、付着した離型剤
の処理工程が必要であるなどの課題を抱えている。

【０００６】また、マグネシウム合金は、一般にアルミ
ニウム合金や鉄系材料に比べ延性に乏しいため、曲げや
剪断力を加えると破断してしまう。そのため、マグネシ
ウム合金を素材とするプレス加工はほとんど実用化され
ていないのが実情である。因みに、金属の延性を示す物
性値とされている「伸び」の数値を比較したとき、アル
ミニウム合金が３５％程度に比してマグネシウム合金で
は、鋳造材（ＡＺ９１）で３％、圧延材（ＡＺ３１）で
１５〜２０％、特殊材料（ＬＡ１４１）で２２％と低い
値である。

【０００７】最近になって一部で前記圧延材（ＡＺ３
１）や特殊材料（ＬＡ１４１）のような特殊なマグネシ
ウム合金を用いて鍛造やプレス加工によって成形するこ
とが試みられているが、これらの材料は素材の製造工程
が複雑であり、素材となる板材が非常に高価である上
に、アルミニウム含有量が多い合金に比べて耐蝕性に劣
る問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
創案されたもので、プレス加工等を可能とする延性に富
むマグネシウム合金薄板及びその製造方法並びにそれを
用いた成形品を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願の第１発明に係るマグネシウム合金薄板は、アル
ミニウム含有量が４〜２０％のマグネシウム合金を、板
厚が０．１〜３０μｍ、平均結晶粒径が０．１〜３ｍｍ
の薄板に形成したことを特徴とするもので、結晶粒径が
小さい薄板に形成することによって、アルミニウム含有
量が多いマグネシウム合金であっても延性の優れたマグ
ネシウム合金薄板が実現され、プレス加工や鍛造加工等
が可能となる。また、この組成のマグネシウム合金薄板
は耐蝕性に優れ、しかもマグネシウム合金としては比較
的安価な鋳造材から製造することができる。

【００１０】また、本願の第２発明に係るマグネシウム
合金薄板は、アルミニウム含有量が４％以下のマグネシ
ウム合金を、板厚が０．１〜３ｍｍ、平均結晶粒径が
０．１〜３０μｍの薄板に形成したことを特徴とするも
ので、アルミニウム含有量が４〜２０％のマグネシウム
合金の場合と同様に延性に優れたマグネシウム合金薄板
を得ることができる。

【００１１】上記マグネシウム合金薄板は、比重が当該
合金の組成から計算される理論的密度の９５〜１００％
に形成される。即ち、薄板内に空隙が少なく、結晶粒径
が小さく組織も密なマグネシウム合金薄板が形成され、
空隙による二次加工時の弊害が防止される。

【００１２】また、本願の第３発明に係るマグネシウム
合金薄板の製造方法は、マグネシウム合金を液体もしく
は固液共存状態に融解し、これを金型内に注入して板材
を成形する成形工程と、成形された板材に破断しない程
度の歪みを加えて板厚方向に圧縮変形させて薄板化する
圧延工程と、圧縮変形後の薄板を加熱処理する熱処理工
程とによりマグネシウム合金薄板を形成することを特徴
とするもので、成形された板材に圧延工程により圧縮変
形を加え、これを熱処理工程により加熱処理することに
より、結晶粒径の小さいマグネシウム合金薄板が形成さ
れる。

【００１３】また、本願の第４発明に係るマグネシウム
合金薄板の製造方法は、マグネシウム合金を溶解炉内で
液体もしくは固液共存状態に融解し、溶解炉から流下す
るマグネシウム合金を凝固させると同時に圧縮して連続
した板材を形成する凝固工程と、連続した板材を所定サ
イズの板材に切断する切断工程と、この板材に破断しな
い程度の歪みを加えて板厚方向に圧縮変形させ薄板に形
成する圧延工程と、圧縮変形後の薄板を加熱処理する熱
処理工程とによりマグネシウム合金薄板を形成すること
を特徴とするもので、溶融させたマグネシウム合金から
連続した板材を形成し、これを所定サイズに切断した板
材に対し、圧延工程により圧縮変形を加え、これを熱処
理工程により加熱処理することにより、結晶粒径の小さ
いマグネシウム合金薄板が形成される。

【００１４】上記各製造方法において、圧延工程と熱処
理工程とを交互に複数回繰り返すことにより、結晶粒径
がより小さいマグネシウム合金薄板に形成することがで
きる。

【００１５】また、圧延工程における１回の圧縮変形量
は５〜２０％に、熱処理工程における加熱処理温度はア
ルミの含有量や圧縮変形量に応じて２００〜５００℃に
するのが、マグネシウム合金薄板の形成に好適となる。

【００１６】また、本願の第５発明に係るマグネシウム
合金薄板を用いた成形品は、アルミニウム含有量が４〜
２０％のマグネシウム合金を板厚が０．１〜３ｍｍ、平
均結晶粒径が０．１〜３０μｍのマグネシウム合金薄板
に形成し、このマグネシウム合金薄板をプレス加工によ
り任意形状に成形したことを特徴とするもので、延性に
優れたマグネシウム合金薄板が形成されることにより、
これをプレス加工により任意形状に加工して成形品を得
ることができる。

【００１７】また、本願の第６発明に係るマグネシウム
合金薄板を用いた成形品は、アルミニウム含有量が４〜
２０％のマグネシウム合金を板厚が０．１〜３ｍｍ、平
均結晶粒径が０．１〜３０μｍのマグネシウム合金薄板
に形成し、このマグネシウム合金薄板を鍛造加工により
任意形状に成形したことを特徴とするもので、延性に優
れたマグネシウム合金薄板が形成されることにより、こ
れを鍛造加工により任意形状に加工して成形品を得るこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００１９】本実施形態に係るマグネシウム合金薄板１
は、アルミニウム含有量が９％程度、亜鉛含有量が１％
程度の鋳造用マグネシウム合金ＡＺ９１を後述する製造
方法により、板厚が０．６ｍｍ、結晶粒径が２〜３μｍ
に形成したものである。図１は、このマグネシウム合金
薄板１の金属組織の状態を模式的に示すもので、図２に
示す従来技術になるマグネシウム合金薄板１０の金属組
織の状態を模式的に示したものと比較すると結晶粒径に
大きな差が生じている。

【００２０】従来技術になるマグネシウム合金薄板１０
は、アルミニウム含有量が３％、亜鉛含有量が１％であ
るマグネシウム合金ＡＺ３１を薄板に成形したものであ
る。このマグネシウム合金ＡＺ３１は、既存のマグネシ
ウム合金の中でも比較的延性に富むとされているもの
で、結晶粒径は１０〜５０μｍになっている。このよう
にアルミニウム含有量が少ない展伸材の場合、結晶粒径
が大きくても比較的延性に富むが、本実施形態のマグネ
シウム合金と同一組成のマグネシウム合金ＡＺ９１のよ
うにアルミニウム含有量が多い場合に結晶粒径が大きい
と、少しの応力で破断が生じる。しかし、上記のように
結晶粒径が小さくなるように加工処理がなされているこ
とにより、延性が向上してプレス加工や鍛造が可能とな
る。

【００２１】このようにアルミニウム含有量４％以上の
マグネシウム合金を適用することにより、既存のマグネ
シウム合金ＡＺ３１、ＬＡ１４１に比べて耐蝕性に優
れ、且つコスト面でもマグネシウム合金としては比較的
安価な鋳造材からマグネシウム合金薄板を形成すること
が可能となった。また、前記マグネシウム合金ＡＺ３１
のようにアルミニウム含有量が４％以下のマグネシウム
合金であっても、後述する製造方法の適用により結晶粒
径の小さいものに変化させ、延性の向上を図ることが可
能である。しかし、耐蝕性やコスト面の向上を図ること
はできない。

【００２２】また、本実施形態のマグネシウム合金薄板
１の比重は、その組成から計算される理論的密度の９５
〜１００％に形成されている。マグネシウム合金薄板１
を形成したマグネシウム合金と同一組成の鋳造用マグネ
シウム合金ＡＺ９１では、一般に鋳造したままであれば
内部空隙（巣）が多く存在するため、組成から計算され
る理論的密度１．８１ｇ／ｃｍ³に対し９５％以下の比
重になってしまう。このように、組織が密で内部空隙の
少ない構成は、鋳造材の二次加工時に内部から現れる空
隙の問題や、塗装の乾燥工程における内部気泡の破裂に
よる表面欠陥の問題を回避することができる。

【００２３】次に、上記構成になるマグネシウム合金薄
板１の製造方法について説明する。図３は、第１の製造
方法を示すもので、各製造工程（Ｓ１〜Ｓ４）毎にそれ
ぞれの処理構造の概要を示している。

【００２４】まず、鋳造によりマグネシウム合金の板材
３を成形する（Ｓ１）。板材３の成形は、完全液体に溶
融させたマグネシウム合金をダイカスト機によって鋳造
する方法でも、固液共存状態に融解させたマグネシウム
合金に剪断力を与えることによってチクソトロピー性を
発現させて金型２内に射出するチクソモールド成形機に
よって鋳造する方法のいずれでもよい。図示はチクソモ
ールド機５による板材３の形成状態を示している。この
成形工程によって金型２内に板厚０．５〜５ｍｍの板材
３が成形される。

【００２５】次に、板材３から不要となる湯道９やオー
バーフロー等を分離させるために、プレス機６によって
ゲートカットし、板材３のトリミングを行う（Ｓ２）。

【００２６】金型２から取り出された板材３は、圧延機
７によって圧延が加えられる（Ｓ３）。圧延は常温に
て、ローラ式の圧延機７によって板材３に破断が生じな
い程度の歪みとして１０％程度の圧下率で板厚方向に圧
縮変形を加えている。この圧延により、結晶粒界は板厚
方向につぶれて歪んだ形状になると同時に、鋳造時に内
部に存在した空隙もつぶれて縮小または消滅する。

【００２７】次いで、圧延された板材３ａは、圧延によ
る圧縮変形の応力を緩和させるため、熱処理がなされる
（Ｓ４）。熱処理は、圧延された板材３ａを加熱炉８に
入れ、３５０〜４００℃の温度に加熱することによって
なされる。加熱によって板材３ａは再結晶温度に達する
と、歪んだ形状になっていた結晶粒界は再結晶化を起こ
し、加熱前に比べ小さな粒に分かれていくため、図１に
示したように、結晶粒径が小さいマグネシウム合金薄板
１に形成される。

【００２８】上記ステップＳ３の圧延工程と、ステップ
Ｓ４の熱処理工程とを繰り返すことにより、結晶粒径は
更に小さくすることができる。

【００２９】次に、マグネシウム合金薄板１の第２の製
造方法について、図４を参照して説明する。この第２の
製造方法は、上記第１の製造方法におけるステップＳ１
〜Ｓ３の工程を一括して行うことを特徴とするものであ
る。

【００３０】図４において、溶解炉１１内でマグネシウ
ム合金を溶解させ溶融マグネシウム合金１３を形成す
る。マグネシウム合金のように活性な金属を溶かす場合
には、燃焼や酸化を防ぐため溶解炉１１内にガス導入路
１２からアルゴンガスを導入し、溶解炉１１内にアルゴ
ンガスを充満させている。

【００３１】溶解炉１１の底から流し出された溶融マグ
ネシウム合金１３は、相反する方向に回転する一対のロ
ーラ１４、１４に達したとき、ローラ１４に熱を奪われ
て凝固しはじめる。凝固したマグネシウム合金は、ロー
ラ１４、１４の間を通る間に圧縮変形を受け、圧延後と
同様にマグネシウム合金には結晶粒界に歪みが生じ、連
続した帯状マグネシウム合金１３ａとなる。この帯状マ
グネシウム合金１３ａは、切断機１５によって適当な大
きさと形状の板材１３ｂに切り取られる。尚、ローラ１
４の形状や回転数などの圧延条件によって、切断機１５
を用いることなく所定長さに切断することも可能であ
る。

【００３２】前記板材１３ｂは、第１の製造方法と同様
に熱処理工程がなされる。板材１３ｂは前記ローラ１４
により圧縮変形が加えられ、結晶粒界は板厚方向につぶ
れて歪んだ形状になると同時に、鋳造時に内部に存在し
た空隙もつぶれて縮小または消滅する。この板材１３ｂ
を３５０〜４００℃の温度に加熱することによって、圧
延により歪んだ形状になっていた結晶粒界を再結晶化さ
せ、結晶粒径を小さくする。第１の製造方法と同様に、
圧延工程と熱処理工程とは繰り返して行うことができ、
結晶粒径を更に小さくしたマグネシウム合金薄板を形成
することができる。

【００３３】次いで、マグネシウム合金薄板１の第３の
製造方法について、図５を参照して説明する。この第３
の製造方法は、鋳型１６により溶融させたマグネシウム
合金を押し固めてマグネシウム合金板材１７を形成する
ものである。

【００３４】図５（ａ）に示すように、成形する板材１
７の形状に対応する鋳型１６内に溶融させた溶融マグネ
シウム合金１３を投入し、図５（ｂ）に示すように鋳型
１６を閉じ、図５（ｃ）に示すように圧縮を加えてマグ
ネシウム合金板材１７を成形する。

【００３５】このように成形されたマグネシウム合金板
材１７は、第１の製造方法と同様に圧延工程と熱処理工
程とが行われる。圧延処理は板材１７に破断が生じない
程度の歪みとして１０％程度の圧下率で板厚方向に圧縮
変形が加えられ、結晶粒界は板厚方向につぶれて歪んだ
形状になると同時に、鋳造時に内部に存在した空隙もつ
ぶれて縮小または消滅する。また、圧延された板材１７
を３５０〜４００℃の温度に加熱することによって、圧
延により歪んだ形状になっていた結晶粒界を再結晶化さ
せ、結晶粒径を小さくする。

【００３６】上記各製造方法により製造されたマグネシ
ウム合金薄板１は、図１に示したように結晶粒径が小さ
く形成され、従来のマグネシウム合金では困難であった
延性に優れた薄板を得ることができ、これをプレス加工
や鍛造により任意の形状に成形することができ、マグネ
シウム合金による製品形成を容易にすることができる。

【００３７】図６は、マグネシウム合金薄板１をプレス
機により曲げまたは絞り加工した後の金属組織観察の模
式図を示している。図示するように、プレス加工により
圧縮または引っ張りの変形が生じた部分Ａは、加工前あ
るいは変形を生じなかった部分Ｂに比べて結晶粒径が小
さくなっている。これは温間プレスによって変形が加わ
ることにより、各製造方法で示した圧延による変形と熱
処理による粒界の再結晶化と近似の状態が生じ、変形を
生じた部分Ａで結晶粒径が小さくなったものである。

【００３８】また、図７は、マグネシウム合金薄板１に
鍛造により凸部を形成した状態を金属組織観察の模式図
として示している。図示するように、最も変形量が大き
かった部分Ａは、変形が少なかった部分Ｂに比べて結晶
粒径が小さくなっている。この場合も、熱間鍛造による
変形により圧延と熱処理とが加えられた場合と近似の状
態になり、変形が大きな部分Ａで結晶粒径が小さくなっ
ている。

【００３９】このような塑性変形は、金属元素の結晶粒
の中で起こる結晶面どうしの滑りによって生じるので、
結晶粒の大きさによって大きく影響を受け、結晶粒径が
小さくなるように形成されたマグネシウム合金薄板１で
は、プレス加工あるいは鍛造などの塑性加工に対して延
性に優れた特性を示し、塑性加工によって破断を生じる
ことなく任意の成形品に形成することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、アル
ミニウム含有量の多い場合でも延性に優れたマグネシウ
ム合金薄板を形成することができ、これをプレス加工や
鍛造加工により任意の形状に成形することが可能とな
り、マグネシウム合金による加工範囲の拡大をはかるこ
とができる。また、アルミニウム含有量の多いマグネシ
ウム合金は耐蝕性に優れ、コスト面でもマグネシウム合
金としては安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るマグネシウム合金薄板の金属組
織の状態を示す模式図。

【図２】従来技術になるマグネシウム合金薄板の金属組
織の状態を示す模式図。

【図３】第１の製造方法によるマグネシウム合金薄板の
製造工程を示す工程図。

【図４】第２の製造方法によるマグネシウム合金薄板の
製造構成を示す構成図。

【図５】第３の製造方法によるマグネシウム合金薄板の
製造構成を示す工程図。

【図６】マグネシウム合金薄板をプレス加工したときの
金属組織の状態を示す模式図。

【図７】マグネシウム合金薄板を鍛造加工したときの金
属組織の状態を示す模式図。

【符号の説明】

１マグネシウム合金薄板２金型３板材７圧延機８加熱炉１１溶解炉１３溶融マグネシウム合金１４ローラ１５切断機１６鋳型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２３Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２３６８１６８１６８５６８５Ｚ６８６６８６Ｂ６９１６９１Ｂ６９４６９４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム含有量が４〜２０％のマグ
ネシウム合金を、板厚が０．１〜３ｍｍ、平均結晶粒径
が０．１〜３０μｍの薄板に形成したことを特徴とする
マグネシウム合金薄板。
【請求項２】アルミニウム含有量が４％以下のマグネ
シウム合金を、板厚が０．１〜３ｍｍ、平均結晶粒径が
０．１〜３０μｍの薄板に形成したことを特徴とするマ
グネシウム合金薄板。
【請求項３】比重が当該合金の組成から計算される理
論的密度の９５〜１００％である請求項１または２記載
のマグネシウム合金薄板。
【請求項４】マグネシウム合金を液体もしくは固液共
存状態に融解し、これを金型内に注入して板材を成形す
る成形工程と、成形された板材に破断しない程度の歪み
を加えて板厚方向に圧縮変形させて薄板化する圧延工程
と、圧縮変形後の薄板を加熱処理する熱処理工程とによ
りマグネシウム合金薄板を形成することを特徴とするマ
グネシウム合金薄板の製造方法。
【請求項５】マグネシウム合金を溶解炉内で液体もし
くは固液共存状態に融解し、溶解炉から流下するマグネ
シウム合金を凝固させると同時に圧縮して連続した板材
を形成する凝固工程と、連続した薄板を所定サイズの板
材に切断する切断工程と、この板材に破断しない程度の
歪みを加えて板厚方向に圧縮変形させ薄板に形成する圧
延工程と、圧縮変形後の薄板を加熱処理する熱処理工程
とによりマグネシウム合金薄板を形成することを特徴と
するマグネシウム合金薄板の製造方法。
【請求項６】圧延工程と熱処理工程とを交互に複数回
繰り返す請求項４または５記載のマグネシウム合金薄板
の製造方法。
【請求項７】圧延工程における１回の圧縮変形量が、
５〜２０％である請求項４〜６いずれか一項に記載のマ
グネシウム合金薄板の製造方法。
【請求項８】熱処理工程における加熱処理温度が２０
０〜５００℃である請求項４〜６いずれか一項に記載の
マグネシウム合金薄板の製造方法。
【請求項９】アルミニウム含有量が４〜２０％のマグ
ネシウム合金を板厚が０．１〜３ｍｍ、平均結晶粒径が
０．１〜３０μｍのマグネシウム合金薄板に形成し、こ
のマグネシウム合金薄板をプレス加工により任意形状に
成形したことを特徴とするマグネシウム合金薄板を用い
た成形品。
【請求項１０】アルミニウム含有量が４〜２０％のマ
グネシウム合金を板厚が０．１〜３ｍｍ、平均結晶粒径
が０．１〜３０μｍのマグネシウム合金薄板に形成し、
このマグネシウム合金薄板を鍛造加工により任意形状に
成形したことを特徴とするマグネシウム合金薄板を用い
た成形品。