JP2005298885A - 塑性加工性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 マグネシウム又はマグネシウム合金の板を調質処理することにより、板の{0002}面が圧延面に対して傾斜して、低温領域における塑性加工性が改善される。調質処理は、せん断変形を与える処理、例えば曲げ変形、その繰り返し処理と再結晶熱処理を含む。本発明の板は、低温領域、例えば100℃以下の温度で、特に板厚の減少を伴う塑性加工において優れた特性を有する。
【選択図】 図9
Description
一方、近年のIT関連機器のパーソナル化に伴い、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯音楽プレーヤー、デジタルカメラ等の筐体をより軽量化、薄型化する必要性が高まっている。このような要求を満たすために、産業用金属として最も比重が小さいマグネシウム(比重1.74)及びそれを含む合金が注目されている。ところがマグネシウム及びそれを含む合金は先に述べたように稠密六方構造を有することから、塑性加工が困難であり、鋳造を基本技術とした、ダイキャスト、チクソモールドを主流とする成形が行われている。しかし、鋳造を基本とした技術では、肉厚の薄肉化限界及び歩留、表面欠陥、気泡のような内在欠陥等の問題が存在するため、押し出し展伸材や圧延薄板を塑性加工によって成形する技術に対する要請が高くなっている。
特開2000−271693号公報は、熱間塑性加工を施したマグネシウム合金材に、220%以上の相当伸びに相当する歪み量の大きな変形を加え、平均結晶粒径を1μm以下、金属間化合物の平均粒径を1μm以下とする、機械的特性の優れたマグネシウム合金材を製造する方法が記載され、この合金材は100〜350℃の条件で種々の形状に加工できると記載されている。(特許文献1)
しかしながら、この公報に記載された方法は結晶方位を制御するものではなく、得られた合金材も100℃より高い温度で加工されている。
しかしながら、ECAE法では、1回の処理では均等な歪み付与ができないことから、被加工材料全域の組織を均質化するために、被加工材料を回転させながらの多工程処理が必要とされている(非特許文献1、557頁、右欄、「3.1 ECAE加工によるミクロ組織」の項)。従ってこの処理は、被加工材料の断面形状の縦横比が1に近いものに限られ、板又は長さの長い板を巻回したいわゆるコイル状のものについては到底不可能である。
しかしながら、このようにして得られる材料は、生産効率や歩留まりが極端に悪く、量産に適したものとはいえない。
しかしながら、一般に塑性加工の素材となる板材は、金型のクリアランスとの関係から、板厚公差は厳しく定められており、この材料のように凹凸を有する板材をそのまま塑性加工することは到底できない。
さらに、この材料をこのまま塑性加工すると、巨視的に見た板厚方向の法線方向からの圧縮については、凹凸の角度が開く方向、すなわち凹凸が消滅する方向に変形が生じ、全く平らになった場合は{0002}面が傾斜していない通常材となってしまう。
しかしながら、マグネシウム合金として具体的に開示されているのはLiを含む体心立方構造を有するマグネシウム合金であって稠密六方構造を有するものではなく、クロス圧延によって稠密六方構造を有するマグネシウム合金の性質も改質できる旨の記載ないし示唆もない。
また、面内異方性が小さくなるということは、方向による材料の性質の相違が小さくなるということであり、{0002}面が圧延方向又はその他の面に対して傾斜することを意味するものではなく、そのことを示唆するものでもない。
また、このような材料を低温領域で塑性加工を行うと、耳割れ等を生じて最終製品として使用できない仕上がりとなったり、あるいは材料が破断して加工ができないといった問題点がある。
さらに本発明の目的は、マグネシウム又はマグネシウム合金の板を調質処理する、圧延面に対して{0002}面が傾斜している、マグネシウム又はマグネシウム合金の板を製造する簡便な方法を提供することである。
また、コイル状形態であるこれらの板を提供することも、本発明の目的の一つである。
本発明の金属又は合金の{0002}面を圧延面に対して傾斜させる方向に制限はなく、圧延方向、圧延方向に直角の方向、又は両者の中間のいずれかの方向であってもよく、傾斜角度は圧延面に対して0°より大きく±90°以下の角度である。
マグネシウム又はマグネシウム合金の{0002}面を圧延面に対して傾斜させるために、被加工材であるマグネシウム又はマグネシウム合金にせん断変形(歪み)を与える処理と再結晶熱処理とを組み合わせた調質処理を行う。
面指数 (hkil)
等価な面 {hkil}
方向 [uvtw]
等価な方向 <uvtw>
と表記し、格子面が負の軸と交わる場合は指数の上に上バーをつけ、例えば−w軸と交わる場合は(hk(上バー)il)と表す。
さらに、被加工材料に、せん断変形を与える処理と再結晶熱処理とを組み合わせた調質処理を行うことによって、低温領域で塑性加工性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の板を製造する方法が提供される。
また、このような板は{0002}面に平行な主滑り方向である<11(上バー)20>方向が圧延面に対して傾斜するため、低温領域、例えば室温における塑性加工特性が向上することからコイル状形態とすることができ、産業上の利用性が著しく改善される。
マグネシウム又はマグネシウム合金の鋳造スラブ若しくはインゴット、押し出しスラブ若しくはインゴット、又は板鋳造法等により得られた材料を、塑性加工を行う板厚まで温間圧延し、こうして得られた材料に調質処理を行って、圧延面に対して{0002}面が傾斜した金属又は合金材料を製造することが好ましい。
圧延方法は、稠密六方構造を有する金属又は合金の圧延に用いられる方法であればいずれでもよく、例えば、本発明者らの発明に係る特開2001−252703号公報に記載された方法を適用することができる。すなわち、鋳造スラブ若しくはインゴット、押し出しスラブ若しくはインゴット、又は板鋳造法等により得られた材料をあらかじめ160℃〜400℃に加熱し、温間リバース圧延を行うことができる。さらに、そのときの圧延条件として、非対称圧延法又は片面潤滑圧延法等を併用することもできる。
ローラレベラは、連続的に配置された1本以上のロールにより、単独の曲げ又は連続した繰り返し曲げによる歪みを付加することができる。
ロールフォーミングは、組み合わされたロールにより,曲げ変形を与えることで歪みを付加することができる。ロールフォーミングの場合、板状又はコイル状材料の長手方向に平行な曲げ変形を与えることができ、タンデム化することで、連続曲げ変形が可能である。
さらに、同様の歪み付加方法として、図6に一例を示す突き曲げや押さえ巻きを代表とするプレス型曲げや、図7、8に一例を示すテンションレベラ、ストレッチャレベラ等を用いることができる。
調質処理は、1回のみの曲げ変形と1回のみの再結晶熱処理との組合せでも、例えばローラレベラのような連続的な曲げ変形と再結晶熱処理との組合せでも本発明の目的を達成することができる。また、このせん断変形を与える処理と再結晶熱処理を順次複数回行うことで、得られた材料の特性が順次向上し、例えば{0002}面の傾斜が次第に大きくなる。
溶解鋳造法により製造した、稠密六方構造を有するASTMに定めるAZ31B合金(アルミニウム3質量%、亜鉛1質量%、マンガン0.4質量%含有)インゴットに、温間圧延を施して板厚0.6mm、板幅260mm、全長約370メートルの板状素材を得た。この素材にローラレベラと再結晶熱処理を組み合わせた調質処理を行った。ローラレベラは、図14に示すように、上9ロール、下10ロールの19ロールを有する。各ロール径は12mm、ロールの芯間距離は13mmである。ロール押し込み量は0.5mmとした。このレベラに常温で3回通板した後、300℃で1時間の再結晶熱処理を大気中で施した。この工程を1セットとして、3セットの処理を施した。処理をした板をコイル状形態に巻き取ることができた。
例1と同様の溶解鋳造法により、稠密六方構造を有するASTMに定めるAZ31B合金(アルミニウム3質量%、亜鉛1質量%、マンガン0.4質量%含有)インゴットに、温間圧延を施して板厚0.6mmの素材を得た。この素材から板厚0.6mmで200mm角の板材を製造し、これにローラレベラと再結晶熱処理を組み合わせた調質処理を行った。ローラレベラは例1と同様のものを常温で使用した。まず、圧延方向と平行に3回通板した後、さらに圧延方向と直角方向に3回通板した。この後、300℃で1時間の再結晶熱処理を施した。この工程を1セットとして、3セットの処理を施した。
例1の溶解鋳造法により製造した、稠密六方構造を有するASTMに定めるAZ31B合金(アルミニウム3質量%、亜鉛1質量%、マンガン0.4質量%含有)インゴットに、温間圧延を施して板厚0.6mm、板幅260mm、全長約370メートルの板状素材を得た。この素材を調質処理をせずに、そのまま各種試験に供した。
例1の溶解鋳造法により製造した、稠密六方構造を有するASTMに定めるAZ31B合金(アルミニウム3質量%、亜鉛1質量%、マンガン0.4質量%含有)インゴットに、温間圧延を施して板厚0.6mm、板幅260mm、全長約370メートルの板状素材を得た。この素材に例1と同一のローラレベラ処理のみを1回行った。
例1の溶解鋳造法により製造した、稠密六方構造を有するASTMに定めるAZ31B合金(アルミニウム3質量%、亜鉛1質量%、マンガン0.4質量%含有)インゴットに、温間圧延を施して板厚0.6mm、板幅260mm、全長約370メートルの板状素材を得た。この素材に例1と同一の再結晶熱処理のみを1回行った。
例1ないし例5に従って製造したマグネシウム合金板の(0002)正極点図形を、X線回折により作成した。それぞれ図9ないし図13として示す。
正極点図形に記載されている数値は面(極)密度を示したものであり、測定された回折強度を15等分して表示した。15が最も面(極)密度が高い点及び領域である。
図9から、例1に従って製造したマグネシウム合金の(0002)面は圧延方向と平行方向に30°〜45°傾斜していることが読みとれる。
また、例2に従って製造したマグネシウム合金の(0002)面は45〜50°傾斜し、圧延方向から±45°の位置に分布していた(図10)。極は4カ所存在した。このように圧延面と直角の方向にも(0002)面を分散させることで,特性の方向性が減少する。
これに対して、調質処理を行っていない比較例1の材料では、円の中心を最高の相対強度領域とする唯一の図形が示されており(図11)、ほとんどの(0002)面が圧延面に平行に配列していることが分かる。
さらに、調質処理のうちの一方のみを行った材料である、比較例2及び3に従って製造したものはいずれも円の中心のみに最高の相対強度領域が示されており(図12及び図13)、このような材料の(0002)面は圧延面に対して傾斜していないことが分かる。
エリクセン試験機を用い、JIS Z 2247に従って、室温における張り出し成形性の指標であるエリクセン値を求めた。
JIS Z 2248に従って、Vブロック法により曲げ試験を行った。評価はR/t(R:げ半径、t:板厚)で行った。
平均結晶粒径を、JIS G 0551 附属書3(規定)に示される計数方法によって測定した。
以上の結果をまとめて表1に示す。
表1 マグネシウム合金の特性
低温領域での塑性加工が可能であることから、製品精度を向上させることができ、従来対象とされていなかった大型部品や薄物部品等も本発明の材料で製造することができる。
加熱せずに塑性加工を行うために、材料、金型を加熱するのに要するエネルギー及び時間が不要となり、熱管理に関する知識や技能がなくても加工可能となり、加熱のための特別な設備投資が不要となり、また、火災や火傷が生じないので作業安全性が向上する。
さらに、温間加工に用いる潤滑剤ではなく、一般的な潤滑剤を使用することが可能となり、加熱して加工するものに比較して表面状態が良好な製品を製造することができる。
Claims (7)
- 圧延面に対して{0002}面が傾斜している、マグネシウム又はマグネシウム合金の板。
- 圧延面に対する{0002}面の傾斜角が±10°〜±80°である、請求項1記載の板。
- 圧延面に対する{0002}面の傾斜角が±15°〜±75°である、請求項1記載の板。
- エリクセン値が5.7mm以上であること、及び最小曲げ半径率a(a=R/t、R:曲げ半径、t:板厚)が1.97以下であること、の少なくとも一つの特性を有する、請求項1記載の板。
- マグネシウム又はマグネシウム合金の板を調質処理する、圧延面に対して{0002}面が傾斜している、マグネシウム又はマグネシウム合金の板の製造方法。
- 調質処理がせん断変形を与える処理と再結晶熱処理を含む、請求項5に記載の製造方法。
- コイル状形態である、請求項1記載の板。
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