JP2009119511A - Ａｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外観、強度共に良好なＡｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法の提供。
【解決手段】 アルミニウム含有量が７〜１０重量％のマグネシウム合金ビレットを３５０〜４３０℃で均質化処理した後、ビレット温度３８０〜４４０℃、押出し速度１ｍ／ｍｉｎ以下で押出加工することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ａｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法に関する。

アルミニウムが７重量％以上添加されたマグネシウム合金は、マグネシウム合金の中でも高強度を有する。しかし、Ａｌ添加マグネシウム合金の押出加工においては、アルミニウムの添加量が多くなるに従い、変形抵抗が高くなり所要押出力が増大する、形材表面にクラックが発生しやすくなる、中空形材をポートホールダイスに代表されるホローダイス（メタルを複数に分断してダイス内に流れ込ませ、ダイス内のチャンバー室で再び溶着させる構造のダイス。図５参照。）を使用して押出加工する場合に、継ぎ目部の接合強度が著しく低下するといった問題があり、生産性や歩留まりが低下し、高コストになってしまう。

これまで、アルミニウムが７重量％以上添加されたマグネシウム合金の押出管材の製造は不可能とされており、ＪＩＳＨ４２０２『マグネシウム合金継目無管』にもアルミニウムを７重量％以上添加したマグネシウム合金は制定されていない。アルミニウムが７重量％以上添加されたマグネシウム合金の押出管材が製造できない理由としては、継ぎ目接合強度を向上するためには、ビレット温度を高温化しなければならないが、実際に接合強度を満たすビレット温度にて押出しを実施すると、管材表面にクラックが多発してしまい、外観、接合強度共に良好な製品が得られないこと、管材は素材であるビレット（円柱形状）から最終形状までの変形量が大きいため、ビレット温度を高くして変形抵抗を下げなければ押出しできないが、ビレット温度を高くすると上述の通り欠陥が生ずるため、ビレット温度を高温化できないことが挙げられる。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、外観、強度共に良好なＡｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明によるＡｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法は、アルミニウム含有量が７〜１０重量％のマグネシウム合金ビレットを３５０〜４３０℃で均質化処理した後、ビレット温度３８０〜４４０℃、押出し速度１ｍ／ｍｉｎ以下で押出加工することを特徴とする。

請求項１記載の発明によるＡｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法は、アルミニウム含有量が７〜１０重量％のマグネシウム合金ビレットを３５０〜４３０℃で均質化処理することで、ビレットの組織が均質化して押出し性が向上し、この均質化処理をしたビレットを、ビレット温度３８０〜４４０℃、押出し速度１ｍ／ｍｉｎ以下で押出加工することで、外観、強度共に良好なＡｌ添加マグネシウム合金押出管材を製造できる。

図２は、均質化処理を実施したビレット（実施例１〜４、比較例１〜５）と、均質化処理をしない鋳造ままのビレット（比較例６〜９）とを、押出条件のうちのビレット温度と押出速度を変化させて管材に押出加工したときの評価の結果を示している。評価は、押出の可否、クラックの有無、継ぎ目接合評価のための拡管試験、ミクロ組織観察、引張り試験による機械的性質、及びこれらの総合評価により行った。
ビレットは、Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｎをそれぞれ図２中に記載した割合で含有し、残りがマグネシウム及び不純物であるＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系マグネシウム合金のビレットを使用した。
ビレットの均質化処理（熱処理）は、処理温度４００℃で１０時間処理した。なお、「処理温度」は、ビレットの温度である。
押出加工は、図４に示す押出装置１により行った。この押出装置１は、コンテナ２と呼ばれる加熱された耐熱容器にビレット３を挿入して、ステム４によってダミーブロック５を介してビレット３を押し込み、所定の形状孔を有するダイス６を介して押出加工するものである。ダイス６は、ホローダイスの一種であるポートホールダイスを使用した。このダイス６は、図５に示すように、ダイマンドレル（上型）６ａとダイキャップ（下型）６ｂとを組み合わせて構成され、ダイマンドレル６ａのポート７にメタルが分断して流れ込み、ダイス内のチャンバー室８で再び溶着して管材となって押し出される。
押出条件のうちコンテナ温度とダイス温度は、図２に示す固定条件とした。押出した管材の形状は、外径９０ｍｍ、肉厚１５ｍｍの丸パイプ形状である。

図２に示すとおり、均質化処理をしない鋳造ままのビレットで製造した比較例６〜９のうち、ビレット温度を３８０℃とした比較例９では、深いクラックが多発し、押出中に形材が破断してしまい、押出し不可であった（サンプル材を得ることもできなかった。）。また、ビレット温度を３２０℃とした比較例６では、今度はビレットの変形抵抗が大きく、押出し不可であった。ビレット温度を３４０℃，３６０℃とした比較例７，８では、押出しは可能となったが、形材表面にクラックが発生し、且つ継ぎ目接合評価の拡管試験の評価も不良であり、図１（ｂ）に示すように、接合部ミクロ組織中に大きな空隙が観察され、総合評価はＮＧであった。この結果は、ビレット温度低温化で低減できるクラック発生と、ビレット温度を高温化しなければならない継ぎ目接合不良が同時に発生した状態であり、いかなるビレット温度、押出速度を選択しても、品質良好となる押出し条件は存在しないことを意味し、鋳造ままのビレットを用いる従来方法では、アルミニウム含有量が７重量％以上のマグネシウム合金押出管材の製造は不可能であることがわかる。

均質化処理を実施したビレット用いた実施例１〜４及び比較例１〜５のうち、ビレット温度を４６０℃とした比較例３，４ではクラックが発生し、ビレット温度を３６０℃以下とした比較例１，２では接合不良が発生した。
ビレット温度を３８０℃〜４４０℃とした実施例１〜４では、クラック、接合不良共に発生せず、良好な製品が得られた。また、図１（ａ）に示すように、ミクロ組織中に空隙は全く存在せず、接合強度も明らかに改善された。引張り強さは、３００ＭＰａ以上の高強度であることが確認された。
押出速度については、ビレット温度３８０℃〜４４０℃の範囲内ならば、遅ければ遅いほど、クラック、継ぎ目接合不良が発生し難く、良好な製品が得やすい。しかし、押出速度は時間当り生産性に関わる大きなコストアップ要因のため、歩留りと生産性のバランスにより適宜に設定する必要がある。今回の例では、押出速度１ｍ／ｍｉｎ以下であれば、歩留りを高いレベルに保ちつつ良好な製品を得ることができ、押出速度１．５ｍ／ｍｉｎ（比較例５）では形材表面の一部にクラックが発生し、歩留りは低下した。

ビレットのアルミニウム含有量を７〜１０重量％としているのは、７重量％以上であれば引張り強さ３００ＭＰａ以上の高強度のマグネシウム合金押出管材が製造でき、１０重量％を超えると押出し不可となるためである。

ビレットの均質化処理は、鋳造時に粗大に発生したＭｇ−Ａｌ―Ｚｎ系化合物を母相中に拡散させることが目的であり、高温かつ長時間処理であるほど拡散効果は高い。しかし、４４０℃以上の処理温度は、ビレットに局部融解を生じ、押出し欠陥の要因となり得るため、均質化処理温度は、４３０℃を上限に選定する必要がある。
図３は、均質化処理温度，及び処理時間を種々異なる値に設定して均質化処理を施したビレットのミクロ組織観察写真である。

図３より、処理温度３００℃ではＭｇ−Ａｌ―Ｚｎ系化合物の拡散は確認できず、鋳造組織とほぼ同等であった。処理温度３５０℃よりＭｇ−Ａｌ―Ｚｎ系化合物の拡散が観察され、処理１時間では約７０％，処理１０時間では約９０％のＭｇ−Ａｌ―Ｚｎ系化合物の拡散が確認される。処理温度４００℃，及び４３０℃では、処理１時間で既にほとんどのＭｇ−Ａｌ―Ｚｎ系化合物が母相内に拡散した。
これら８つのビレットを押出しした結果を、図３に合わせて示した。押出し条件は、コンテナ温度４１０℃，ダイス温度４００℃，ビレット温度４００℃，押出し速度１ｍ/ｍｉｎの固定条件とし、押出した管材の形状は、外径９０ｍｍ，肉厚１５ｍｍの丸パイプ形状である。評価は、押出の可否、クラックの有無、継ぎ目接合評価である。

図３より、処理温度３００℃では形材表面に深いクラックが多発し、押出中に形材が破断してしまい、押出し不可であった。処理温度３５０℃×処理１時間では、継ぎ目接合不良によりＮＧであった。しかし、「処理温度３５０℃×処理１０時間」、及び「処理温度４００℃以上×処理１時間以上」では、押出し可能であり、クラック、接合不良共に発生せず、良好な製品が得られた。この結果より、均質化処理の効果は、処理温度範囲３５０℃以上〜４３０℃以下，処理時間１時間以上で得られることがわかる。

以上の結果より、ビレットに処理温度３５０℃以上４３０℃以下、処理時間１〜１０時間以上で均質化処理を行い、ビレット温度３８０℃以上４４０℃以下、押出速度１ｍ／ｍｉｎ以下の押出条件で押出加工を行うことで、アルミニウムを７重量％以上含有する高強度且つ外観良好なマグネシウム合金押出管材を製造できる。

本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。押出し法は、直接押出し法に限らず、図６に示すように、ダイス６をステム４でコンテナ２内に押し込んで管材を後方に押出す間接押出し法でもよいし、ホローダイスを使用するのではなく、図７に示すように、マンドレル９でビレット３を打ち抜いて管材を押出すマンドレル方式により行うこともでき、押出し法を自由に選択して、高いレベルの要求品質、コストを満足することが可能となり、幅広い分野への高強度マグネシウム合金押出管材の提供が可能である。マグネシウム合金の組成は、アルミニウムの含有量が７〜１０重量％であること以外は任意であり、亜鉛は必ずしも添加されていなくてもよい。

（ａ）は本発明の製造方法により製造したマグネシウム合金押出管材の継ぎ目部のミクロ組織を示し、（ｂ）は従来の製造方法により製造したマグネシウム合金押出管材の継ぎ目部のミクロ組織を示す。 均質化処理を実施したビレットと鋳造ままのビレットを押出加工したときの評価結果を示す。 均質化処理の処理温度と処理時間を変更したビレットのマクロ組織と、そのビレットを使用して管材を押出したときの評価結果を示す。 押出装置の概略図である。 ダイスの分解斜視図である。 押出装置の他の例を示す概略図である。 押出装置のさらに別の例を示す概略図である。

符号の説明

１ 押出装置
２ コンテナ
３ ビレット
４ ステム
５ ダミーブロック
６ ダイス

Claims (1)

1. アルミニウム含有量が７〜１０重量％のマグネシウム合金ビレットを３５０〜４３０℃で均質化処理した後、ビレット温度３８０〜４４０℃、押出し速度１ｍ／ｍｉｎ以下で押出加工することを特徴とするＡｌ添加マグネシウム合金押出管材の製造方法。