JP2008195984A

JP2008195984A - 高強度金属材の製造方法

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Publication number: JP2008195984A
Application number: JP2007030243A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Madarame; 広和斑目; Yukiyoshi Fuda; 之欣附田; Kosuke Aoki; 康祐青木; Kunio Ohori; 国雄大堀; Tatsuya Takahashi; 達也高橋; Hideo Iwazawa; 秀雄岩澤
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP4693007B2

Abstract

【課題】設備負担を増大させることなくマグネシウム合金などの金属材料の高強度化を可能にする。
【解決手段】型内で、金属材料に押出と据込とを１回または２回以上繰返し行って、該金属材料に強ひずみを加えて高強度化する。該型としては、大寸法断面積の型キャビティ１ａと該キャビティ１ａに連なる開閉可能な小寸法断面積の押出穴１ｂとを有する型を用いる。前記押出穴１ｂを開いて金属材料（マグネシウム合金１０）の押出を行い、押し出された金属材料を前記型キャビティに戻し、前記押出穴を閉じて型キャビティ内で据え込みを行う。装置負担が過大になることなく、金属材料の径を小さくしないで金属材料に効果的に高強度化できる。ひずみ付与量は、繰り返し数によって調整できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウム合金などの金属材料を高強度化する高強度金属材の製造方法に関するものである。

マグネシウム合金は軽量であるという利点を有しており、利用分野も拡大し、構造用部材への適用もなされている。近年、構造用部材の分野においては軽量で高強度な材料が求められており、強度３００ＭＰａ以上の高強度マグネシウム合金が求められている。
従来、強ひずみ加工によってマグネシウム合金の高強度化を図る方法として、一般的には、アルミサッシに代表されるような横型の押出法が実施されてきている。この押出では、押出比を大きくするほど強度を向上させることが知られており、押出比をできるだけ大きくする工夫もなされている（特許文献１参照）。
特開２００６−２３３３２０号公報

しかし、押出法では、押出比が大きいほど強度は向上するが、押出荷重も増大し、設備も大規模なものになる。また、押出比が大きいほど加工後の形状が長尺物となり、適応できる最終製品の形状が制限されるという問題がある。
この発明は、上記のような従来のものの課題を解決するためになされたものであり、金属材料に押出と据込とによって強ひずみを加えることで、製造設備の過大な負担を招くことなく高強度材を製造することを可能にする高強度金属材の製造方法を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明の高強度金属材の製造方法の発明は、請求項１記載の発明において、型内で、金属材料に押出と据込とを１回または２回以上繰返し行って、該金属材料に強ひずみを加えて高強度化することを特徴とする。

請求項２記載の高強度金属材の製造方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記押出比および据込比が、２．２５以上であることを特徴とする。

請求項３記載の高強度金属材の製造方法の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記金属材料および型を１００℃〜４００℃で加熱しながら、前記押出と据込とを行うことを特徴とする。

請求項４記載の高強度金属材の製造方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、大寸法断面積の型キャビティと該キャビティに連なる開閉可能な小寸法断面積の押出穴とを有する型を用い、前記押出穴を開いて前記金属材料の押出を行い、押し出された金属材料を前記型キャビティに戻し、前記押出穴を閉じて型キャビティ内で据え込みを行うことを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、金属材料に対し、型による押出と据込を１回または２回以上繰り返し行うことで、金属材料は大断面積から小断面積に押出され、押出された金属材料は小断面積から大断面積に据え込まれて歪みが与えられる。したがって、径を小さくすることなく金属材料に効果的に強ひずみを与えることができ、装置負担も過大になることなく、高強度材を効率よく製造することができる。

なお、本発明で対象とする金属材料としては好適にはマグネシウム合金が挙げられるが、これに限定されるものではなく、他の軽金属などへの適用も可能である。
型による押出と据込は、異なる型で行うことも可能であるが、通常は一つの型でこれらの加工を交互に行う。これを達成する型としては、据込用の大寸法断面積の空間と、これに連なる小寸法断面積の押出穴を有し、押出穴は押出加工時には開かれ、据込加工時には塞がれる構成のものが例示される。上記押出穴の開閉は、例えば押出穴への封止部材の装入、抜き取りなどにより行うことができるが、本発明としては開閉手段が特定のものに限定されるものではない。

また、押出と据込の回数は、１回ずつでもよく、また繰り返し行うものであってもよく、その繰り返し数は本発明としては限定されるものではない。なお、押出と据込を１回で行う場合でも、押出のみを行う場合に比べれば、径を小さくすることなく強度を向上させることができるという効果を得ることができる。
なお、上記押出と据込における、押出比と据込比を２．２５以上とすることで、強度の向上効果が顕著になる。

また、押出と据込を行う際には、金属材料および型を加熱するのが望ましい。該加熱により金属材料の加工性が向上し、加工装置の負担が軽減される。上記加熱温度は、マグネシウム合金においては、１００〜４００℃とするのが望ましい。１００℃未満では加熱による加工性の向上効果が十分ではなく、４００℃を超えると、熱拡散によるひずみの開放が起こり、機械的強度が低下する。

以上説明したように、本発明の高強度金属材の製造方法によれば、型内で、金属材料に押出と据込とを１回または２回以上繰返し行って、該金属材料に強ひずみを加えて高強度化するので、装置負担が過大になることなく、かつ金属材料の径を小さくすることなく金属材料に効果的に強ひずみを与えて高強度化することができる。ひずみの付与量は、上記繰り返しの数によって調整することができる。マグネシウム合金では、上記押出と据込の繰り返しによって、３３０ＭＰａ以上の高強度を確保することが可能になる。

以下に、本発明の高強度金属材の製造方法の一実施形態について図１に基づいて説明する。
金型１は、本発明の型に相当し、押出と据込とをそれぞれ行うことができる。
すなわち、金型１は、据え込みを行う断面積が大径の型キャビティ１ａを有し、該型キャビティ１ａに対しては、マンドレル２の圧入が可能になっている。また、型キャビティ１ａの先端側には、断面積が小径の押出穴１ｂが連なっている。該押出穴１ｂの断面積と型キャビティ１ａの断面積の比を設定することで、押出および据込における加工比として２．２５以上を確保するのが望ましい。また、該押出穴１ｂは、該押出穴１ｂに装入、抜き取りが可能な柱状の封止部材５によって開閉が可能になっている。

また、金型１の周囲には、金型１および金型１内に収容されている金属材料１０を加熱する加熱装置４が配置されている。該加熱装置４は、ヒータや誘導加熱コイルなどにより構成することができ、本発明としては、特にその構成が限定されるものではない。該加熱装置４は、金属材料がマグネシウム合金である場合には、好適には金型１およびマグネシウム合金を１００〜４００℃に加熱することができる。

以下に、上記金型１を用いた高強度金属材の製造方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、金属材料としてマグネシウム合金１０を金型２の型キャビティ１ａに収容し、押出穴１ｂは、開放しておく。上記マグネシウム合金１０に対し、マンドレル２で押圧する。マグネシウム合金１０は、該マンドレル２による押圧によって、押出穴１ｂへと押し出され、大きなひずみが与えられる。押出し後、マグネシウム合金１０は、図１（ｂ）に示すように、押し棒６によってキャビティ１ａ内に押し戻される。その後、図１（ｃ）に示すように、押出穴１ｂには、封止部材５を装入し、キャビティ１ａにある上記マグネシウム合金１０に対し、マンドレル２を圧入し、マグネシウム合金１０の据込みを行う。マグネシウム合金１０は、金型１およびマンドレル２により密閉された状態で据込みが行われ、大きなひずみが与えられる。

引き続き、押出を行う際には、封止部材５を押出穴１ｂから抜き取り、上記と同様にしてマンドレル２で据込みがなされたマグネシウム合金１０を押圧し、押出穴１ｂへと押出を行う。押し出されたマグネシウム合金１０は、押し棒６によってキャビティ１ａ内に再度、押し戻され、据込に供される。
上記工程を繰り返すことでマグネシウム合金に大きなひずみを与えて高強度化することができる。また、ひずみ量は押出、据込の繰返しの回数により調整でき、しかも、据込みをするために、ひずみ量が増えても、素材径が小さくなることはない。

なお、押出と据込のいずれを最初に行うかは本発明としては、特に限定をされるものではない。なお、押出と据込を１回で完了することも当然に可能であり、本発明の範囲内に含まれるものである。また、上記実施形態では、金属材料としてマグネシウム合金について説明をしたが、本発明の対象がマグネシウム合金に限定されないことは前述したとおりである。

次に、本発明の実施例を説明する。
ＭｇＺｎ_２Ｙ_２Ｚｒ_０．２合金の素材をφ１５０ｍｍ×７０ｍｍＬ形状に加工したものをマグネシウム合金（金属材料）として用意した。
上記マグネシウム合金からなる素材を、上記実施形態で説明した金型構造を有し、上下で口径の異なる円筒状の金型(キャビティφ１５０ｍｍ、押出穴：φ７５ｍｍ)を用いて、素材および金型を１００℃〜４００℃で所定時間加熱した。

その後、押し棒により、封止部材としての座板を取付・取外しを交互に行いながら、素材を大口径から小口径に押出し(φ７５ｍｍ×１００ｍｍＬ)、小口径から大口径へ据込(φ１５０ｍｍ×７０ｍｍＬ)を繰返すことにより、円柱素材にひずみを加えた（加工比４）。上記繰り返し回数を変えて得られた高強度材の耐力を測定し、その結果を図２に示した。なお、繰り返し回数は、押出と据込とをそれぞれ１回として算出した。
また、金型の上下の口径比を変えることで加工比を２．２５として、同様の測定を行い、その結果を図２に示した。

上記測定の結果、図２に明らかなように、本発明法では、加工比４の場合、押出・据込を押出８回＋据込７回を繰返すことによって、引張強度４００ＭＰａ以上の機械的性質を有する高強度材が得られた。また、加工比２．２５とした場合においても、引張強度はやや低いものの、４００ＭＰａに近い強度が得られており、高強度化において明らかな効果があった。

一方、比較例として、従来法により上記金属材料に対し押出加工を行った。この際に、押出比１０と押出比１２．５においてそれぞれ押出しを行い、得られた高強度材の耐力を測定し、その結果を図２（ｂ）に示した。
従来の押出し法においては、押出比１０では、３００ＭＰａに達する強度を得ることができないが、押出比を１２．５とすると３１０ＭＰａまでの強度を得ることができた。しかし、この押出法では、元の形状（φ×Ｌ）の比を例えば１：１とした場合、押出比１２．５では加工後のそれは１：４４と極端な長尺形状となってしまった。これに対し本法で押出・据込比を４とした場合は、押出・据込回数を各４＋３回とすることで３５０ＭＰａの強度に達し、径が小さくならずに高強度化を達成することができた。
以上、本発明について上記実施形態および実施例に基づいて説明を行ったが、本発明は上記説明の内容に限定をされるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。

本発明の一実施形態における押出、据込工程の繰り返しを示す図である。同じく、実施例における発明法と従来法の加工による強度変化を示すグラフである。

符号の説明

１金型
１ａキャビティ
１ｂ押出穴
２マンドレル
４加熱装置
１０マグネシウム合金

Claims

型内で、金属材料に押出と据込とを１回または２回以上繰返し行って、該金属材料に強ひずみを加えて高強度化することを特徴とする高強度金属材の製造方法。
前記押出比および据込比が、２．２５以上であることを特徴とする請求項１記載の高強度金属材の製造方法。
前記金属材料および型を１００℃〜４００℃で加熱しながら、前記押出と据込とを行うことを特徴とする請求項１または２記載の高強度金属材の製造方法。
大寸法断面積の型キャビティと該キャビティに連なる開閉可能な小寸法断面積の押出穴とを有する型を用い、前記押出穴を開いて前記金属材料の押出を行い、押し出された金属材料を前記型キャビティに戻し、前記押出穴を閉じて型キャビティ内で据え込みを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高強度金属材の製造方法。