JP2004353067A - マグネシウム基合金成形体の製造方法 - Google Patents
マグネシウム基合金成形体の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】マグネシウム基合金からなる塑性加工成形体を生産性よく製造することができるマグネシウム基合金成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を加工温度２５０℃未満で成形体に塑性加工する。引抜き加工により、合金組織が微細化されることから、塑性加工において加工温度が２５０℃未満であっても塑性加工性を向上させることができる。塑性加工としては、鍛造加工、スウェージング加工、曲げ加工が挙げられる。
【選択図】なし
【解決手段】引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を加工温度２５０℃未満で成形体に塑性加工する。引抜き加工により、合金組織が微細化されることから、塑性加工において加工温度が２５０℃未満であっても塑性加工性を向上させることができる。塑性加工としては、鍛造加工、スウェージング加工、曲げ加工が挙げられる。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塑性加工によりマグネシウム基合金からなる成形体を製造するための方法に関するものである。特に、塑性加工を行う際の加工温度をより低くして生産性がよいマグネシウム基合金成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム基合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディなどにも広く利用されている。
【０００３】
しかし、Ｍｇ及びその合金は、最密六方格子（ｈｃｐ）構造であるため、延性に乏しく、塑性加工性が極めて悪いが、マグネシウム基合金は、加工の際、温度を上げることで加工性が良好となることが広く知られている。例えば、特許文献１、２には、マグネシウム基合金材を超塑性現象が発現する温度状態にしてネジ加工する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８３１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−３４３１７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マグネシウム基合金材を塑性加工する場合、上記超塑性現象が生じる温度が２５０℃以上という高温であるため、従来の方法では、塑性加工による成形体を生産性よく製造することができないという問題がある。
【０００６】
従来、マグネシウム基合金からなる成形体を得るべく塑性加工のような強加工を行う場合、加工度にもよるが概ね、被加工材であるマグネシウム基合金の押出材や圧延材を２５０℃以上に加熱して加工することが必要とされる。そのため、２５０℃以上といった高温用の加熱設備を必要とするだけでなく、塑性加工に用いられる金型、ロールなどの加工材も高温に曝されることで寿命が短くなって、コスト高をも招く。従って、２５０℃以上の加熱は、工業的生産において決して好ましくはない。
【０００７】
そこで、本発明の主目的は、マグネシウム基合金からなる塑性加工成形体を生産性よく製造することができるマグネシウム基合金成形体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、通常、塑性加工といった強加工が困難とされるマグネシウム基合金において、種々検討した結果、予め特定の引抜き加工を施したマグネシウム基合金材を用いることで、２５０℃未満の温度であっても、塑性加工が可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明マグネシウム基合金成形体の製造方法は、引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を加工温度２５０℃未満で成形体に塑性加工することを特徴とする。
【００１０】
従来、マグネシウム基合金材を塑性加工して成形体を得る場合、被加工材として、押出材や圧延材が用いられていた。しかし、押出材や圧延材では、塑性加工を行う際、２５０℃以上に加熱しなければならず、加工温度の低下が強く望まれていた。そこで、本発明は、押出材や圧延材ではなく、引抜き加工により得られた線条体を用いることで、加工温度の低下、即ち、２５０℃未満、特に２００℃以下での塑性加工を実現する。このように本発明では、引抜き加工された線条体を用いることで、塑性加工を行う際の加工温度を２５０℃未満とすることができ、従来のような高温用の加熱手段が不要であり、塑性加工に用いられる金型やロールなどの加工材の寿命も長くすることができ、生産性を向上することができる。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１１】
本発明において、マグネシウム基合金からなる線条体としては、ワイヤ（線状体）、棒状体、パイプなどが挙げられる。断面は、円形状でもよいし、矩形や楕円状などの非円形状、即ち異形でもよい。
【００１２】
本発明において引抜き加工は、例えば、ワイヤや棒状体を得る場合、加工温度への昇温速度：１℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃ、加工温度：５０℃以上２００℃以下（より好ましくは１５０℃以下）、加工度：引抜き加工１回（１パス）に対して１０％以上、線速：１ｍ／ｓｅｃ以上で押出材又は圧延材を引き抜くことが挙げられる。例えば、パイプを得る場合、引抜き温度：５０℃以上３００℃以下（より好ましくは１００℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以上１５０℃以下）、加工度：引抜き加工１回に対して５％以上（より好ましくは１０％以上、特に好ましくは２０％以上）、引抜き温度への昇温速度：１℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃ、引抜速度：１ｍ／ｓｅｃ以上で押出材又は圧延材を引き抜くことが挙げられる。このような特定の引抜き加工を行うことで、合金組織を微細化、具体的には、平均結晶粒径１０μｍ以下とすることができる。そして、本発明は、上記合金塑性の微細化により、加熱温度を２５０℃未満としても塑性加工性を向上させることができ、所望の成形体を得ることが可能である。また、引抜き加工後、得られた線条体に１００℃以上３００℃以下、より好ましくは１５０℃以上３００℃以下の温度に加熱してもよい。この加熱焼鈍は、引抜き加工で導入された歪みの回復、及び再結晶の促進による結晶粒の更なる微細化に有効である。この加熱温度の保持時間は５〜２０分程度が好ましい。
【００１３】
本発明において塑性加工としては、例えば、鍛造加工、スウェージング加工、曲げ加工などが挙げられる。塑性加工として鍛造加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、圧下率をｒ１％、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、３ｒ１＋１５０＞Ｔ≧３ｒ１＋１０（但し、２０％≦ｒ１＜８０％、Ｔ＜２５０℃）を満たすものとする。例えば、圧下率ｒ１＝２０（％）の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に７０℃以上２１０℃未満とすることができる。引抜き加工を施していない押出材や圧延材に圧下率２０％の鍛造加工を行う場合、２１０℃以上の高温に加熱しなければ、割れなどが生じて鍛造加工を行うことができず、その反面、上記のような高温にすると金型やロールなどの加工材の寿命が短くなる。これに対し、本発明は、引抜き材を用いることで、合金組織の微細効果により、圧下率２０％の鍛造加工を行う際の加熱温度を２１０℃未満とすることができ、金型やロールなどの加工材の寿命をより長くすることができる。圧下率ｒ１が３３％超の加工を行う場合、加熱温度の下限は、上記３ｒ１＋１０で求められる値とし、加熱温度の上限は、金型やロールなどの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。従って、本発明では、工業的に有効な加工である圧下率が４０％を超える塑性加工を行う場合において、加工温度が２５０℃未満であっても、十分に鍛造加工を行うことができる。圧下率が８０％以上の強加工では、２５０℃以上の加熱が望まれる。
【００１４】
塑性加工としてスウェージング加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、断面減少率をｒ２％、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、３ｒ２＋１５０＞Ｔ≧３ｒ２−３０（但し、２０％≦ｒ２≦８０％、Ｔ＜２５０℃）を満たすものとする。例えば、断面減少率ｒ２＝２０％の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に３０℃以上２１０℃未満とすることができる。従って、断面減少率を２０％とする場合、引抜き加工を施していない押出材や圧延材を用い、２１０℃以上の加熱が必要とされる従来の方法と比較して、合金組織が微細である引抜き材を用いる本発明は、金型などの加工材の寿命をより延長することができる。断面減少率ｒ２を３３％超とする場合、加熱温度の下限は、上記３ｒ２−３０で求められる値とし、加熱温度の上限は、金型などの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。合金組織が微細である引抜き材を用いる本発明では、工業的に有効な加工とされる断面減少率４０％超の加工において、２５０℃未満の加工温度でスウェージング加工が可能である。断面減少率が８０％を超えるような強加工では、２５０℃以上の加熱が望まれる。
【００１５】
塑性加工として、曲げ加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、曲げる際の線条体の厚みをｔ ｍｍ、曲げ半径をＲ ｍｍ、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、（１）０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０のとき、２５０＞Ｔ≧２５０−２５０Ｒ／ｔ、（２）１．０＜Ｒ／ｔ≦１．９のとき、５００−２５０Ｒ／ｔ≧Ｔ＞０、（３）１．９＜Ｒ／ｔ≦２．０のとき、２５≧Ｔ＞０を満たすものとする。例えば、曲げ半径Ｒと線条体の厚みｔとの比Ｒ／ｔが１．０〜１．９の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に、上限を５００−２５０Ｒ／ｔ以下とすることができる。即ち、後述する試験結果からわかるように１００℃未満、更に室温程度（例えば、２０℃）とすることができる。また、Ｒ／ｔが１．９〜２．０の場合、加熱温度Ｔ（℃）を２５℃以下とすることができる。引抜き加工が施されていない押出材や圧延材を用いる従来の方法では、Ｒ／ｔが１．０〜２．０の曲げ加工、特に、１．５〜１．０程度の曲げ加工を行う場合、加熱が必要である。これに対し、本発明は、引抜き材を用いることで微細な結晶粒の効果により、Ｒ／ｔが１．０〜２．０の曲げ加工において、加熱を行わなくても十分に曲げ加工を行うことができ、加熱用設備を不要とすることもできる。また、加熱を行わないことにより、金型などの加工材の寿命の延命化を図ることができる。一方、Ｒ／ｔが１．０未満の強加工の場合、加熱温度の下限は、上記２５０−２５０Ｒ／ｔで求められる値とし、加熱温度の上限は、金型などの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。押出材を用いた従来の方法では、Ｒ／ｔが１．２以下の強加工では、２００℃以上の加熱が必要であり、特に、Ｒ／ｔが１．０以下の強加工では、２５０℃以上の加熱が必要である。これに対し、本発明では、合金組織が微細である引抜き材を用いることで、Ｒ／ｔが０．１〜１．０といった強加工であっても、加工温度が２５０℃未満で十分に曲げ加工を行うことができる。
【００１６】
上記線条体の厚みは、例えば、線条体がワイヤ（線状体）や、棒状体で断面形状が円形状である場合：直径、線条体がワイヤや、棒状体で断面形状が矩形状の場合：厚さ、線条体がパイプの場合：外径と内径との差が挙げられる。
【００１７】
なお、Ｒ／ｔが２．０超では、曲げ加工の程度が低く、押出材や圧延材でも常温で加工を行うことができるため、本発明では規定していない。また、Ｒ／ｔが０．１未満の強加工では、２２５℃超の加熱が望まれるため、金型などの加工材の寿命を考慮して、本発明では規定しない。
【００１８】
本発明は、基合金組成によらず、室温程度（例えば、２０℃）での加工性に乏しいｈｃｐ構造を有するマグネシウム基合金において有効である。例えば、鋳造用マグネシウム基合金や展伸用マグネシウム基合金を利用することができる。具体的には、Ａｌを０．１重量％以上１２重量％以下含有するものや、Ｚｎ：０．１重量％以上１０重量％以下及びＺｒ：０．１重量％以上２．０重量％を含有するものが挙げられる。Ａｌを含有する場合、更に、Ｍｎ：０．１重量％以上２．０重量％以下、Ｚｎ：０．１重量％以上５．０重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以上５．０重量％以下より選択された１種以上を含有するものが挙げられる。上記合金組成として代表的なＡＳＴＭ記号におけるＡＺ系、ＡＳ系、ＡＭ系、ＺＫ系などが利用できる。Ａｌの含有量として、重量％で０．１〜２．０％未満のものと、２．０超〜１２．０％のものとを区別してもよい。上記化学成分の他にはＭｇ及び不純物が含まれる合金として利用されることが一般的である。不純物には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａなどが挙げられる。
【００１９】
ＡＺ系においてＡｌの含有量が２．０〜１２．０重量％となるものとして、例えば、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などが挙げられる。ＡＺ３１は、例えば、重量％でＡｌ：２．５〜３．５％、Ｚｎ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．５％、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．０４％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ６１は、例えば、重量％でＡｌ：５．５〜７．２％、Ｚｎ：０．４〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．３５％、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ９１は例えば、重量％でＡｌ：８．１〜９．７％、Ｚｎ：０．３５〜１．０％、Ｍｎ：０．１３％以上、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ系においてＡｌの含有量が０．１〜２．０重量％未満となるものとして、例えば、ＡＺ１０、ＡＺ２１などが挙げられる。ＡＺ１０は、例えば、重量％でＡｌ：１．０〜１．５％、Ｚｎ：０．２〜０．６％、Ｍｎ：０．２％以上、Ｃｕ：０．１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．４％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ２１は、例えば、重量％でＡｌ：１．４〜２．６％、Ｚｎ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．３５％、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１％以下を含有するマグネシウム基合金である。
【００２０】
ＡＳ系においてＡｌの含有量が２．０〜１２．０重量％となるものとして、例えば、ＡＳ４１などが挙げられる。ＡＳ４１は、例えば、重量％でＡｌ：３．７〜４．８％、Ｚｎ：０．１％以下、Ｃｕ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３５〜０．６０％、Ｎｉ：０．００１％以下、Ｓｉ：０．６〜１．４％を含有するマグネシウム基合金である。ＡＳ系においてＡｌの含有量が０．１〜２．０重量％未満となるものとしてＡＳ２１などが挙げられる。ＡＳ２１は、例えば、重量％でＡｌ：１．４〜２．６％、Ｚｎ：０．１％以下、Ｃｕ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３５〜０．６０％、Ｎｉ：０．００１％、Ｓｉ：０．６〜１．４％を含有するマグネシウム基合金である。
【００２１】
ＡＭ系では、例えば、ＡＭ６０、ＡＭ１００などが挙げられる。ＡＭ６０は、例えば、重量％でＡｌ：５．５〜６．５％、Ｚｎ：０．２２％以下、Ｃｕ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．１３％以上、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＭ１００は、例えば、重量％でＡｌ：９．３〜１０．７％、Ｚｎ：０．３％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．１〜０．３５％、Ｎｉ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．３％以下を含有するマグネシウム基合金である。
【００２２】
ＺＫ系では、例えば、ＺＫ４０、ＺＫ６０などが挙げられる。ＺＫ４０は、例えば、重量％でＺｎ：３．５〜４．５％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ６０は、例えば、重量％でＺｎ：４．８〜６．２％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。
【００２３】
マグネシウム単体では十分な強度を得ることが難しいが、上記の化学成分を含むことで好ましい強度が得られる。
【００２４】
本発明は、線条体を塑性加工することにより得られる成形体、例えば、眼鏡フレームや携帯電子機器などの補強用のフレーム、またネジなどの製造に適用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（実施例１）
重量％で、Ａｌ：３．０％、Ｚｎ：１．０％、Ｍｎ：０．１５％を含み、残部がＭｇ及び不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）の押出材（φ４．０ｍｍ、φ３．０ｍｍ）を準備した。φ４．０ｍｍの押出材は、約１６０℃の温度、及び１パス当りの断面減少率：２０％以下の加工度でφ３．０ｍｍまで引抜き加工を施した（１６０℃への昇温速度：約１０℃／ｓｅｃ、線速：１６ｍ／ｓｅｃ）。また、引抜き加工後３５０℃×１５ｍｉｎの熱処理を施し、引抜き加工時の歪み除去、再結晶による組織の均一微細化を行った。
【００２７】
得られたφ３．０ｍｍ引抜き材、及び引抜き加工を行っていないφ３．０ｍｍの押出材を長さ３ｍｍに切断し、試験片とした。これら試験片に種々の圧下率にて線軸方向に鍛造加工を施した。このとき、１００℃〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験片を加熱して鍛造加工を行った。そして、鍛造加工が可能であるかを調べた。その結果を図１に示す。図１において、○は鍛造加工が可能であったもの、×は割れなどが生じて鍛造加工ができなかったもの、△は鍛造加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図１において数式（１）はＴ＝３ｒ１＋１５０、数式（２）はＴ＝３ｒ１＋１０を示す。数式（１）、（２）において、Ｔは加熱温度、ｒ１は圧下率である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように引抜き材に鍛造加工を行う場合は、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで鍛造加工が可能であった。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分に鍛造加工を行うことができることがわかる。特に、圧下率が２０〜３０％程度のものは、Ｔ＜３ｒ１＋１５０を満たす温度においても十分に鍛造加工を行うことができた。なお、２５０℃に加熱した場合は、２０〜８０％のいずれの圧下率においても鍛造加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００２９】
これに対し、図１（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない押出材に鍛造加工を行う場合は、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１５０を満たす加熱を行わなければ、加工することができなかった。特に、工業的に有効な加工である圧下率４０％超の鍛造加工の場合、２５０℃以上の加熱を行わなければならないことがわかる。
【００３０】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に上記引抜き加工を施した後、熱処理を行った引抜き材に、種々の圧下率で、かつ１００〜２５０℃の範囲の種々の温度で線軸方向に鍛造加工を行った。以下に、試験を行ったマグネシウム基合金の組成を示す。
【００３１】
重量％でＡｌ：１．２％、Ｚｎ：０．４％、Ｍｎ：０．３％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ１０相当材）
重量％でＡｌ：６．４％、Ｚｎ：１．０％、Ｍｎ：０．２８％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ６１相当材）
重量％でＡｌ：９．０％、Ｚｎ：０．７％、Ｍｎ：０．１％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ９１相当材）
重量％でＡｌ：１．９％、Ｍｎ：０．４５％、Ｓｉ：１．０％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＳ２１相当材）
重量％でＡｌ：４．２％、Ｍｎ：０．５０％、Ｓｉ：１．１％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＳ４１相当材）
重量％でＡｌ：６．１％、Ｍｎ：０．４４％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＭ６０相当材）
重量％でＺｎ：５．５％、Ｚｒ：０．４５％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＺＫ６０相当材）
【００３２】
すると、いずれの試料も、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで鍛造加工を行うことができ、２５０℃未満の加熱であっても、十分に加工することができた。
【００３３】
（実施例２）
実施例１と同様の引抜き条件にて作製したφ３．０ｍｍの引抜き材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）、及び引抜き加工を行っていないφ３．０ｍｍの押出材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）に対して、スウェージング加工を行った。スウェージング加工は、１００℃〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験材を加熱し、φ２．７ｍｍ（断面減少率１９％）、φ２．４ｍｍ（同３６％）、φ２．３ｍｍ（同４１．２％）、φ２．１ｍｍ（同５１％）、φ１．９ｍｍ（同５９．９％）、φ１．６ｍｍ（同７１．６％）、φ１．４ｍｍ（同７８．２％）の７種の径となるように断面減少率を変化させて行った。そして、スウェージング加工が可能であるかを調べた。その結果を図２に示す。図２において、○はスウェージング加工が可能であったもの、×は割れなどが生じてスウェージング加工できなかったもの、△はスウェージング加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図２において数式（３）はＴ＝３ｒ２＋１５０、数式（４）はＴ＝３ｒ２−３０を示す。数式（３）、（４）において、Ｔは加熱温度、ｒ２は断面減少率である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように引抜き材にスウェージング加工を行う場合は、断面減少率ｒ２（％）に対し、Ｔ≧３ｒ２−３０を満たす温度Ｔ℃に加熱することでスウェージング加工が可能であった。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分にスウェージング加工を行うことができることがわかる。特に断面減少率が２０〜３０％程度のものは、Ｔ＜３ｒ２＋１５０を満たす温度においても十分に加工することができた。なお、２５０℃に加熱した場合は、２０〜８０％のいずれの断面減少率においてもスウェージング加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００３５】
これに対し、図２（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない押出材にスウェージング加工を行う場合は、断面減少率ｒ２が２０〜３０％程度であっても、Ｔ≧３ｒ２＋１５０を満たす温度Ｔ℃に加熱しなければ、加工することができなかった。特に、断面減少率４０％以上では、２５０℃以上の加熱を行わなければスウェージング加工を行うことができなかった。
【００３６】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に実施例１と同様の引抜き加工を施した後、熱処理を行った引抜き材に、上記７種の径となるように種々の断面減少率で、かつ１００〜２５０℃の範囲の種々の温度でスウェージング加工を行った。マグネシウム基合金は、上記に示す成分と同様のＡＺ１０相当材、ＡＺ６１相当材、ＡＺ９１相当材、ＡＳ２１相当材、ＡＳ４１相当材、ＡＭ６０相当材、ＺＫ６０相当材を用いた。
【００３７】
試験の結果、いずれの試料も、断面減少率ｒ２（％）に対し、Ｔ≧３ｒ２−３０を満たす温度Ｔ℃に加熱することでスウェージング加工を行うことができ、２５０℃未満の加熱であっても、十分に加工することができた。
【００３８】
（実施例３）
実施例１と同様の引抜き条件にて作製したφ３．０ｍｍの引抜き材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）に更に引抜き加工を行い（温度１６０℃、１パス当りの断面減少率：約１５〜１８％、１６０℃への昇温速度：約１０℃／ｓｅｃ、線速：２０ｍ／ｓｅｃ）、断面形状が矩形（厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍ）の線材を得た。この線材に３５０℃×１５ｍｉｎの熱処理を施し、試験片を得た。また、実施例１で用いたものと同様の成分（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）で厚さｔ １ｍｍの圧延材を用意し、幅３ｍｍに切り出して試験片とした。
【００３９】
得られた厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍの引抜き材、及び厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍの圧延材の各試験片に種々の曲げ半径Ｒで曲げ加工を行った。曲げ加工は、２０〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験片を加熱して行った。そして、曲げ加工が可能であるかを調べた。その結果を図３に示す。図３において、○は曲げ加工が可能であったもの、×は割れなどが生じて曲げ加工できなかったもの、△は曲げ加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図３において、数式（５）はＴ＝−２５０Ｒ／ｔ＋２５０、数式（６）はＴ＝−２５０Ｒ／ｔ＋５００を示す。数式（５）、（６）においてＴは加熱温度、Ｒは曲げ半径、ｔは試験片の厚さである。
【００４０】
図３（ａ）に示すように引抜き材に曲げ加工を行う場合は、曲げ半径Ｒ（ｍｍ）と試験片の厚さｔ（ｍｍ）との比Ｒ／ｔが０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０を満たすとき、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋２５０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで曲げ加工が可能であった。特にＲ／ｔが１．０超２．０未満の場合、Ｔ＜−２５０Ｒ／ｔ＋５００の温度、具体的には、室温程度である２０℃であっても、十分に曲げ加工を行うことができた。また、Ｒ／ｔが２．０のときも２０℃において十分に曲げ加工を行うことができた。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分に曲げ加工を行うことができることがわかる。なお、２５０℃に加熱した場合は、０．１〜２．０のいずれのＲ／ｔにおいても曲げ加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００４１】
これに対し、図３（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない圧延材に曲げ加工を行う場合は、Ｒ／ｔが１．０以上であっても、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋５００を満たす温度Ｔ℃に加熱しなければ、加工することができなかった。また、Ｒ／ｔが０．５以下の強加工では、２５０℃の加熱を行っても曲げ加工を行うことができなかった。
【００４２】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に実施例１と同様の引抜き加工を施し、更に断面矩形状に引抜き加工してから熱処理を行った引抜き材に、０．１〜２．０の種々の曲げ半径で、かつ２０〜２５０℃の範囲の種々の温度で曲げ加工を行った。マグネシウム基合金は、上記に示す成分と同様のＡＺ１０相当材、ＡＺ６１相当材、ＡＺ９１相当材、ＡＳ２１相当材、ＡＳ４１相当材、ＡＭ６０相当材、ＺＫ６０相当材を用いた。
【００４３】
試験の結果、いずれの試料も、０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０のとき、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋２５０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで十分に曲げ加工を行うことができた。また、１．０＜Ｒ／ｔ≦１．９のときには、温度Ｔ（℃）が−２５０Ｒ／ｔ＋５００よりも小さい温度、Ｒ／ｔが１．０以上のときには室温程度である２０℃であっても、十分に曲げ加工を行うことができた。このようにいずれの試料も、２５０℃未満の加熱であっても、十分に曲げ加工することができた。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明マグネシウム基合金成形体の製造方法によれば、引抜き加工により得られた線条体を用いることで、２５０℃未満の加工温度で塑性加工することができるという優れた効果を奏し得る。従って、本発明は、押出材や圧延材にそのまま塑性加工を行う従来のように、塑性加工の際、２５０℃以上といった高温にする必要が無いので、金型やロールなどの加工材の寿命を長くすることができ、マグネシウム基合金の成形体を生産性よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の温度において、圧下率を変化させて鍛造加工を行った際に鍛造加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は押出材を示す。
【図２】種々の温度において、断面減少率を変化させてスウェージング加工を行った際にスウェージング加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は押出材を示す。
【図３】種々の温度において、曲げ半径Ｒと被加工材の厚さｔとの比Ｒ／ｔを変化させて曲げ加工を行った際に曲げ加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は圧延材を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、塑性加工によりマグネシウム基合金からなる成形体を製造するための方法に関するものである。特に、塑性加工を行う際の加工温度をより低くして生産性がよいマグネシウム基合金成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム基合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディなどにも広く利用されている。
【０００３】
しかし、Ｍｇ及びその合金は、最密六方格子（ｈｃｐ）構造であるため、延性に乏しく、塑性加工性が極めて悪いが、マグネシウム基合金は、加工の際、温度を上げることで加工性が良好となることが広く知られている。例えば、特許文献１、２には、マグネシウム基合金材を超塑性現象が発現する温度状態にしてネジ加工する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８３１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−３４３１７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マグネシウム基合金材を塑性加工する場合、上記超塑性現象が生じる温度が２５０℃以上という高温であるため、従来の方法では、塑性加工による成形体を生産性よく製造することができないという問題がある。
【０００６】
従来、マグネシウム基合金からなる成形体を得るべく塑性加工のような強加工を行う場合、加工度にもよるが概ね、被加工材であるマグネシウム基合金の押出材や圧延材を２５０℃以上に加熱して加工することが必要とされる。そのため、２５０℃以上といった高温用の加熱設備を必要とするだけでなく、塑性加工に用いられる金型、ロールなどの加工材も高温に曝されることで寿命が短くなって、コスト高をも招く。従って、２５０℃以上の加熱は、工業的生産において決して好ましくはない。
【０００７】
そこで、本発明の主目的は、マグネシウム基合金からなる塑性加工成形体を生産性よく製造することができるマグネシウム基合金成形体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、通常、塑性加工といった強加工が困難とされるマグネシウム基合金において、種々検討した結果、予め特定の引抜き加工を施したマグネシウム基合金材を用いることで、２５０℃未満の温度であっても、塑性加工が可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明マグネシウム基合金成形体の製造方法は、引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を加工温度２５０℃未満で成形体に塑性加工することを特徴とする。
【００１０】
従来、マグネシウム基合金材を塑性加工して成形体を得る場合、被加工材として、押出材や圧延材が用いられていた。しかし、押出材や圧延材では、塑性加工を行う際、２５０℃以上に加熱しなければならず、加工温度の低下が強く望まれていた。そこで、本発明は、押出材や圧延材ではなく、引抜き加工により得られた線条体を用いることで、加工温度の低下、即ち、２５０℃未満、特に２００℃以下での塑性加工を実現する。このように本発明では、引抜き加工された線条体を用いることで、塑性加工を行う際の加工温度を２５０℃未満とすることができ、従来のような高温用の加熱手段が不要であり、塑性加工に用いられる金型やロールなどの加工材の寿命も長くすることができ、生産性を向上することができる。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１１】
本発明において、マグネシウム基合金からなる線条体としては、ワイヤ（線状体）、棒状体、パイプなどが挙げられる。断面は、円形状でもよいし、矩形や楕円状などの非円形状、即ち異形でもよい。
【００１２】
本発明において引抜き加工は、例えば、ワイヤや棒状体を得る場合、加工温度への昇温速度：１℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃ、加工温度：５０℃以上２００℃以下（より好ましくは１５０℃以下）、加工度：引抜き加工１回（１パス）に対して１０％以上、線速：１ｍ／ｓｅｃ以上で押出材又は圧延材を引き抜くことが挙げられる。例えば、パイプを得る場合、引抜き温度：５０℃以上３００℃以下（より好ましくは１００℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以上１５０℃以下）、加工度：引抜き加工１回に対して５％以上（より好ましくは１０％以上、特に好ましくは２０％以上）、引抜き温度への昇温速度：１℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃ、引抜速度：１ｍ／ｓｅｃ以上で押出材又は圧延材を引き抜くことが挙げられる。このような特定の引抜き加工を行うことで、合金組織を微細化、具体的には、平均結晶粒径１０μｍ以下とすることができる。そして、本発明は、上記合金塑性の微細化により、加熱温度を２５０℃未満としても塑性加工性を向上させることができ、所望の成形体を得ることが可能である。また、引抜き加工後、得られた線条体に１００℃以上３００℃以下、より好ましくは１５０℃以上３００℃以下の温度に加熱してもよい。この加熱焼鈍は、引抜き加工で導入された歪みの回復、及び再結晶の促進による結晶粒の更なる微細化に有効である。この加熱温度の保持時間は５〜２０分程度が好ましい。
【００１３】
本発明において塑性加工としては、例えば、鍛造加工、スウェージング加工、曲げ加工などが挙げられる。塑性加工として鍛造加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、圧下率をｒ１％、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、３ｒ１＋１５０＞Ｔ≧３ｒ１＋１０（但し、２０％≦ｒ１＜８０％、Ｔ＜２５０℃）を満たすものとする。例えば、圧下率ｒ１＝２０（％）の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に７０℃以上２１０℃未満とすることができる。引抜き加工を施していない押出材や圧延材に圧下率２０％の鍛造加工を行う場合、２１０℃以上の高温に加熱しなければ、割れなどが生じて鍛造加工を行うことができず、その反面、上記のような高温にすると金型やロールなどの加工材の寿命が短くなる。これに対し、本発明は、引抜き材を用いることで、合金組織の微細効果により、圧下率２０％の鍛造加工を行う際の加熱温度を２１０℃未満とすることができ、金型やロールなどの加工材の寿命をより長くすることができる。圧下率ｒ１が３３％超の加工を行う場合、加熱温度の下限は、上記３ｒ１＋１０で求められる値とし、加熱温度の上限は、金型やロールなどの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。従って、本発明では、工業的に有効な加工である圧下率が４０％を超える塑性加工を行う場合において、加工温度が２５０℃未満であっても、十分に鍛造加工を行うことができる。圧下率が８０％以上の強加工では、２５０℃以上の加熱が望まれる。
【００１４】
塑性加工としてスウェージング加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、断面減少率をｒ２％、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、３ｒ２＋１５０＞Ｔ≧３ｒ２−３０（但し、２０％≦ｒ２≦８０％、Ｔ＜２５０℃）を満たすものとする。例えば、断面減少率ｒ２＝２０％の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に３０℃以上２１０℃未満とすることができる。従って、断面減少率を２０％とする場合、引抜き加工を施していない押出材や圧延材を用い、２１０℃以上の加熱が必要とされる従来の方法と比較して、合金組織が微細である引抜き材を用いる本発明は、金型などの加工材の寿命をより延長することができる。断面減少率ｒ２を３３％超とする場合、加熱温度の下限は、上記３ｒ２−３０で求められる値とし、加熱温度の上限は、金型などの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。合金組織が微細である引抜き材を用いる本発明では、工業的に有効な加工とされる断面減少率４０％超の加工において、２５０℃未満の加工温度でスウェージング加工が可能である。断面減少率が８０％を超えるような強加工では、２５０℃以上の加熱が望まれる。
【００１５】
塑性加工として、曲げ加工を行う場合、次の温度条件が適する。即ち、曲げる際の線条体の厚みをｔ ｍｍ、曲げ半径をＲ ｍｍ、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔが、（１）０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０のとき、２５０＞Ｔ≧２５０−２５０Ｒ／ｔ、（２）１．０＜Ｒ／ｔ≦１．９のとき、５００−２５０Ｒ／ｔ≧Ｔ＞０、（３）１．９＜Ｒ／ｔ≦２．０のとき、２５≧Ｔ＞０を満たすものとする。例えば、曲げ半径Ｒと線条体の厚みｔとの比Ｒ／ｔが１．０〜１．９の場合、加熱温度Ｔ（℃）は、２５０℃未満、特に、上限を５００−２５０Ｒ／ｔ以下とすることができる。即ち、後述する試験結果からわかるように１００℃未満、更に室温程度（例えば、２０℃）とすることができる。また、Ｒ／ｔが１．９〜２．０の場合、加熱温度Ｔ（℃）を２５℃以下とすることができる。引抜き加工が施されていない押出材や圧延材を用いる従来の方法では、Ｒ／ｔが１．０〜２．０の曲げ加工、特に、１．５〜１．０程度の曲げ加工を行う場合、加熱が必要である。これに対し、本発明は、引抜き材を用いることで微細な結晶粒の効果により、Ｒ／ｔが１．０〜２．０の曲げ加工において、加熱を行わなくても十分に曲げ加工を行うことができ、加熱用設備を不要とすることもできる。また、加熱を行わないことにより、金型などの加工材の寿命の延命化を図ることができる。一方、Ｒ／ｔが１．０未満の強加工の場合、加熱温度の下限は、上記２５０−２５０Ｒ／ｔで求められる値とし、加熱温度の上限は、金型などの寿命を考慮して、２５０℃未満とする。押出材を用いた従来の方法では、Ｒ／ｔが１．２以下の強加工では、２００℃以上の加熱が必要であり、特に、Ｒ／ｔが１．０以下の強加工では、２５０℃以上の加熱が必要である。これに対し、本発明では、合金組織が微細である引抜き材を用いることで、Ｒ／ｔが０．１〜１．０といった強加工であっても、加工温度が２５０℃未満で十分に曲げ加工を行うことができる。
【００１６】
上記線条体の厚みは、例えば、線条体がワイヤ（線状体）や、棒状体で断面形状が円形状である場合：直径、線条体がワイヤや、棒状体で断面形状が矩形状の場合：厚さ、線条体がパイプの場合：外径と内径との差が挙げられる。
【００１７】
なお、Ｒ／ｔが２．０超では、曲げ加工の程度が低く、押出材や圧延材でも常温で加工を行うことができるため、本発明では規定していない。また、Ｒ／ｔが０．１未満の強加工では、２２５℃超の加熱が望まれるため、金型などの加工材の寿命を考慮して、本発明では規定しない。
【００１８】
本発明は、基合金組成によらず、室温程度（例えば、２０℃）での加工性に乏しいｈｃｐ構造を有するマグネシウム基合金において有効である。例えば、鋳造用マグネシウム基合金や展伸用マグネシウム基合金を利用することができる。具体的には、Ａｌを０．１重量％以上１２重量％以下含有するものや、Ｚｎ：０．１重量％以上１０重量％以下及びＺｒ：０．１重量％以上２．０重量％を含有するものが挙げられる。Ａｌを含有する場合、更に、Ｍｎ：０．１重量％以上２．０重量％以下、Ｚｎ：０．１重量％以上５．０重量％以下、Ｓｉ：０．１重量％以上５．０重量％以下より選択された１種以上を含有するものが挙げられる。上記合金組成として代表的なＡＳＴＭ記号におけるＡＺ系、ＡＳ系、ＡＭ系、ＺＫ系などが利用できる。Ａｌの含有量として、重量％で０．１〜２．０％未満のものと、２．０超〜１２．０％のものとを区別してもよい。上記化学成分の他にはＭｇ及び不純物が含まれる合金として利用されることが一般的である。不純物には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａなどが挙げられる。
【００１９】
ＡＺ系においてＡｌの含有量が２．０〜１２．０重量％となるものとして、例えば、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などが挙げられる。ＡＺ３１は、例えば、重量％でＡｌ：２．５〜３．５％、Ｚｎ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．５％、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．０４％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ６１は、例えば、重量％でＡｌ：５．５〜７．２％、Ｚｎ：０．４〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．３５％、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．１％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ９１は例えば、重量％でＡｌ：８．１〜９．７％、Ｚｎ：０．３５〜１．０％、Ｍｎ：０．１３％以上、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ系においてＡｌの含有量が０．１〜２．０重量％未満となるものとして、例えば、ＡＺ１０、ＡＺ２１などが挙げられる。ＡＺ１０は、例えば、重量％でＡｌ：１．０〜１．５％、Ｚｎ：０．２〜０．６％、Ｍｎ：０．２％以上、Ｃｕ：０．１％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．４％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＺ２１は、例えば、重量％でＡｌ：１．４〜２．６％、Ｚｎ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．１５〜０．３５％、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１％以下を含有するマグネシウム基合金である。
【００２０】
ＡＳ系においてＡｌの含有量が２．０〜１２．０重量％となるものとして、例えば、ＡＳ４１などが挙げられる。ＡＳ４１は、例えば、重量％でＡｌ：３．７〜４．８％、Ｚｎ：０．１％以下、Ｃｕ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３５〜０．６０％、Ｎｉ：０．００１％以下、Ｓｉ：０．６〜１．４％を含有するマグネシウム基合金である。ＡＳ系においてＡｌの含有量が０．１〜２．０重量％未満となるものとしてＡＳ２１などが挙げられる。ＡＳ２１は、例えば、重量％でＡｌ：１．４〜２．６％、Ｚｎ：０．１％以下、Ｃｕ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．３５〜０．６０％、Ｎｉ：０．００１％、Ｓｉ：０．６〜１．４％を含有するマグネシウム基合金である。
【００２１】
ＡＭ系では、例えば、ＡＭ６０、ＡＭ１００などが挙げられる。ＡＭ６０は、例えば、重量％でＡｌ：５．５〜６．５％、Ｚｎ：０．２２％以下、Ｃｕ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．１３％以上、Ｎｉ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．５％以下を含有するマグネシウム基合金である。ＡＭ１００は、例えば、重量％でＡｌ：９．３〜１０．７％、Ｚｎ：０．３％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．１〜０．３５％、Ｎｉ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．３％以下を含有するマグネシウム基合金である。
【００２２】
ＺＫ系では、例えば、ＺＫ４０、ＺＫ６０などが挙げられる。ＺＫ４０は、例えば、重量％でＺｎ：３．５〜４．５％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ６０は、例えば、重量％でＺｎ：４．８〜６．２％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。
【００２３】
マグネシウム単体では十分な強度を得ることが難しいが、上記の化学成分を含むことで好ましい強度が得られる。
【００２４】
本発明は、線条体を塑性加工することにより得られる成形体、例えば、眼鏡フレームや携帯電子機器などの補強用のフレーム、またネジなどの製造に適用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（実施例１）
重量％で、Ａｌ：３．０％、Ｚｎ：１．０％、Ｍｎ：０．１５％を含み、残部がＭｇ及び不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）の押出材（φ４．０ｍｍ、φ３．０ｍｍ）を準備した。φ４．０ｍｍの押出材は、約１６０℃の温度、及び１パス当りの断面減少率：２０％以下の加工度でφ３．０ｍｍまで引抜き加工を施した（１６０℃への昇温速度：約１０℃／ｓｅｃ、線速：１６ｍ／ｓｅｃ）。また、引抜き加工後３５０℃×１５ｍｉｎの熱処理を施し、引抜き加工時の歪み除去、再結晶による組織の均一微細化を行った。
【００２７】
得られたφ３．０ｍｍ引抜き材、及び引抜き加工を行っていないφ３．０ｍｍの押出材を長さ３ｍｍに切断し、試験片とした。これら試験片に種々の圧下率にて線軸方向に鍛造加工を施した。このとき、１００℃〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験片を加熱して鍛造加工を行った。そして、鍛造加工が可能であるかを調べた。その結果を図１に示す。図１において、○は鍛造加工が可能であったもの、×は割れなどが生じて鍛造加工ができなかったもの、△は鍛造加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図１において数式（１）はＴ＝３ｒ１＋１５０、数式（２）はＴ＝３ｒ１＋１０を示す。数式（１）、（２）において、Ｔは加熱温度、ｒ１は圧下率である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように引抜き材に鍛造加工を行う場合は、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで鍛造加工が可能であった。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分に鍛造加工を行うことができることがわかる。特に、圧下率が２０〜３０％程度のものは、Ｔ＜３ｒ１＋１５０を満たす温度においても十分に鍛造加工を行うことができた。なお、２５０℃に加熱した場合は、２０〜８０％のいずれの圧下率においても鍛造加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００２９】
これに対し、図１（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない押出材に鍛造加工を行う場合は、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１５０を満たす加熱を行わなければ、加工することができなかった。特に、工業的に有効な加工である圧下率４０％超の鍛造加工の場合、２５０℃以上の加熱を行わなければならないことがわかる。
【００３０】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に上記引抜き加工を施した後、熱処理を行った引抜き材に、種々の圧下率で、かつ１００〜２５０℃の範囲の種々の温度で線軸方向に鍛造加工を行った。以下に、試験を行ったマグネシウム基合金の組成を示す。
【００３１】
重量％でＡｌ：１．２％、Ｚｎ：０．４％、Ｍｎ：０．３％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ１０相当材）
重量％でＡｌ：６．４％、Ｚｎ：１．０％、Ｍｎ：０．２８％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ６１相当材）
重量％でＡｌ：９．０％、Ｚｎ：０．７％、Ｍｎ：０．１％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＺ９１相当材）
重量％でＡｌ：１．９％、Ｍｎ：０．４５％、Ｓｉ：１．０％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＳ２１相当材）
重量％でＡｌ：４．２％、Ｍｎ：０．５０％、Ｓｉ：１．１％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＳ４１相当材）
重量％でＡｌ：６．１％、Ｍｎ：０．４４％を含み、残部がＭｇと不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＡＭ６０相当材）
重量％でＺｎ：５．５％、Ｚｒ：０．４５％を含み、残部がＭｇおよび不純物からなるマグネシウム基合金（ＡＳＴＭ記号ＺＫ６０相当材）
【００３２】
すると、いずれの試料も、圧下率ｒ１（％）に対し、Ｔ≧３ｒ１＋１０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで鍛造加工を行うことができ、２５０℃未満の加熱であっても、十分に加工することができた。
【００３３】
（実施例２）
実施例１と同様の引抜き条件にて作製したφ３．０ｍｍの引抜き材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）、及び引抜き加工を行っていないφ３．０ｍｍの押出材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）に対して、スウェージング加工を行った。スウェージング加工は、１００℃〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験材を加熱し、φ２．７ｍｍ（断面減少率１９％）、φ２．４ｍｍ（同３６％）、φ２．３ｍｍ（同４１．２％）、φ２．１ｍｍ（同５１％）、φ１．９ｍｍ（同５９．９％）、φ１．６ｍｍ（同７１．６％）、φ１．４ｍｍ（同７８．２％）の７種の径となるように断面減少率を変化させて行った。そして、スウェージング加工が可能であるかを調べた。その結果を図２に示す。図２において、○はスウェージング加工が可能であったもの、×は割れなどが生じてスウェージング加工できなかったもの、△はスウェージング加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図２において数式（３）はＴ＝３ｒ２＋１５０、数式（４）はＴ＝３ｒ２−３０を示す。数式（３）、（４）において、Ｔは加熱温度、ｒ２は断面減少率である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように引抜き材にスウェージング加工を行う場合は、断面減少率ｒ２（％）に対し、Ｔ≧３ｒ２−３０を満たす温度Ｔ℃に加熱することでスウェージング加工が可能であった。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分にスウェージング加工を行うことができることがわかる。特に断面減少率が２０〜３０％程度のものは、Ｔ＜３ｒ２＋１５０を満たす温度においても十分に加工することができた。なお、２５０℃に加熱した場合は、２０〜８０％のいずれの断面減少率においてもスウェージング加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００３５】
これに対し、図２（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない押出材にスウェージング加工を行う場合は、断面減少率ｒ２が２０〜３０％程度であっても、Ｔ≧３ｒ２＋１５０を満たす温度Ｔ℃に加熱しなければ、加工することができなかった。特に、断面減少率４０％以上では、２５０℃以上の加熱を行わなければスウェージング加工を行うことができなかった。
【００３６】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に実施例１と同様の引抜き加工を施した後、熱処理を行った引抜き材に、上記７種の径となるように種々の断面減少率で、かつ１００〜２５０℃の範囲の種々の温度でスウェージング加工を行った。マグネシウム基合金は、上記に示す成分と同様のＡＺ１０相当材、ＡＺ６１相当材、ＡＺ９１相当材、ＡＳ２１相当材、ＡＳ４１相当材、ＡＭ６０相当材、ＺＫ６０相当材を用いた。
【００３７】
試験の結果、いずれの試料も、断面減少率ｒ２（％）に対し、Ｔ≧３ｒ２−３０を満たす温度Ｔ℃に加熱することでスウェージング加工を行うことができ、２５０℃未満の加熱であっても、十分に加工することができた。
【００３８】
（実施例３）
実施例１と同様の引抜き条件にて作製したφ３．０ｍｍの引抜き材（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）に更に引抜き加工を行い（温度１６０℃、１パス当りの断面減少率：約１５〜１８％、１６０℃への昇温速度：約１０℃／ｓｅｃ、線速：２０ｍ／ｓｅｃ）、断面形状が矩形（厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍ）の線材を得た。この線材に３５０℃×１５ｍｉｎの熱処理を施し、試験片を得た。また、実施例１で用いたものと同様の成分（ＡＳＴＭ記号ＡＺ３１相当材）で厚さｔ １ｍｍの圧延材を用意し、幅３ｍｍに切り出して試験片とした。
【００３９】
得られた厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍの引抜き材、及び厚さｔ １ｍｍ×幅３ｍｍの圧延材の各試験片に種々の曲げ半径Ｒで曲げ加工を行った。曲げ加工は、２０〜２５０℃の範囲で種々の温度に各試験片を加熱して行った。そして、曲げ加工が可能であるかを調べた。その結果を図３に示す。図３において、○は曲げ加工が可能であったもの、×は割れなどが生じて曲げ加工できなかったもの、△は曲げ加工が可能であったが加熱温度が高く、金型の寿命の点で問題があるものを示す。また、図３において、数式（５）はＴ＝−２５０Ｒ／ｔ＋２５０、数式（６）はＴ＝−２５０Ｒ／ｔ＋５００を示す。数式（５）、（６）においてＴは加熱温度、Ｒは曲げ半径、ｔは試験片の厚さである。
【００４０】
図３（ａ）に示すように引抜き材に曲げ加工を行う場合は、曲げ半径Ｒ（ｍｍ）と試験片の厚さｔ（ｍｍ）との比Ｒ／ｔが０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０を満たすとき、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋２５０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで曲げ加工が可能であった。特にＲ／ｔが１．０超２．０未満の場合、Ｔ＜−２５０Ｒ／ｔ＋５００の温度、具体的には、室温程度である２０℃であっても、十分に曲げ加工を行うことができた。また、Ｒ／ｔが２．０のときも２０℃において十分に曲げ加工を行うことができた。即ち、引抜き材を用いた場合、２５０℃未満の加熱であっても、十分に曲げ加工を行うことができることがわかる。なお、２５０℃に加熱した場合は、０．１〜２．０のいずれのＲ／ｔにおいても曲げ加工を行うことができたが、金型の寿命を考慮すると、２５０℃未満の加熱による加工が望まれる。
【００４１】
これに対し、図３（ｂ）に示すように引抜き加工を行っていない圧延材に曲げ加工を行う場合は、Ｒ／ｔが１．０以上であっても、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋５００を満たす温度Ｔ℃に加熱しなければ、加工することができなかった。また、Ｒ／ｔが０．５以下の強加工では、２５０℃の加熱を行っても曲げ加工を行うことができなかった。
【００４２】
組成の異なるマグネシウム基合金において同様の試験を行った。即ち、押出材に実施例１と同様の引抜き加工を施し、更に断面矩形状に引抜き加工してから熱処理を行った引抜き材に、０．１〜２．０の種々の曲げ半径で、かつ２０〜２５０℃の範囲の種々の温度で曲げ加工を行った。マグネシウム基合金は、上記に示す成分と同様のＡＺ１０相当材、ＡＺ６１相当材、ＡＺ９１相当材、ＡＳ２１相当材、ＡＳ４１相当材、ＡＭ６０相当材、ＺＫ６０相当材を用いた。
【００４３】
試験の結果、いずれの試料も、０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０のとき、Ｔ≧−２５０Ｒ／ｔ＋２５０を満たす温度Ｔ℃に加熱することで十分に曲げ加工を行うことができた。また、１．０＜Ｒ／ｔ≦１．９のときには、温度Ｔ（℃）が−２５０Ｒ／ｔ＋５００よりも小さい温度、Ｒ／ｔが１．０以上のときには室温程度である２０℃であっても、十分に曲げ加工を行うことができた。このようにいずれの試料も、２５０℃未満の加熱であっても、十分に曲げ加工することができた。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明マグネシウム基合金成形体の製造方法によれば、引抜き加工により得られた線条体を用いることで、２５０℃未満の加工温度で塑性加工することができるという優れた効果を奏し得る。従って、本発明は、押出材や圧延材にそのまま塑性加工を行う従来のように、塑性加工の際、２５０℃以上といった高温にする必要が無いので、金型やロールなどの加工材の寿命を長くすることができ、マグネシウム基合金の成形体を生産性よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の温度において、圧下率を変化させて鍛造加工を行った際に鍛造加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は押出材を示す。
【図２】種々の温度において、断面減少率を変化させてスウェージング加工を行った際にスウェージング加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は押出材を示す。
【図３】種々の温度において、曲げ半径Ｒと被加工材の厚さｔとの比Ｒ／ｔを変化させて曲げ加工を行った際に曲げ加工が可能であるかを示すグラフであり、（ａ）は引抜き材、（ｂ）は圧延材を示す。
Claims (7)
- 引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を加工温度２５０℃未満で成形体に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基合金成形体の製造方法。
- 引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を以下の条件を満たす加工温度Ｔ℃で成形体に鍛造加工することを特徴とするマグネシウム基合金成形体の製造方法。
圧下率をｒ１％、加工温度をＴ℃とするとき、Ｔは、
３ｒ１＋１５０＞Ｔ≧３ｒ１＋１０
但し、２０％≦ｒ１＜８０％、Ｔ＜２５０℃
を満たす。 - 引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を以下の条件を満たす加工温度Ｔ℃で成形体にスウェージング加工することを特徴とするマグネシウム基合金成形体の製造方法。
断面減少率をｒ２％、加工温度をＴ℃としたとき、Ｔは、
３ｒ２＋１５０＞Ｔ≧３ｒ２−３０
但し、２０％≦ｒ２≦８０％、Ｔ＜２５０℃
を満たす。 - 引抜き加工により得られたマグネシウム基合金からなる線条体を以下の条件を満たす加工温度Ｔ℃で成形体に曲げ加工することを特徴とするマグネシウム基合金成形体の製造方法。
曲げる際の線条体の厚みをｔ ｍｍ、曲げ半径をＲ ｍｍ、加工温度をＴ℃としたとき、Ｔは、
０．１≦Ｒ／ｔ≦１．０のとき、２５０＞Ｔ≧２５０−２５０Ｒ／ｔ
１．０＜Ｒ／ｔ≦１．９のとき、５００−２５０Ｒ／ｔ≧Ｔ＞０
１．９＜Ｒ／ｔ≦２．０のとき、２５≧Ｔ＞０
を満たす。 - マグネシウム基合金は、Ａｌを０．１〜１２重量％含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマグネシウム基合金成形体の製造方法。
- 更に、重量％でＭｎ：０．１〜２．０％、Ｚｎ：０．１〜５．０％、Ｓｉ：０．１〜５．０％より選択された１種以上を含有することを特徴とする請求項５記載のマグネシウム基合金成形体の製造方法。
- マグネシウム基合金は、重量％でＺｎ：０．１〜１０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマグネシウム基合金成形体の製造方法。
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