JP2010077465A

JP2010077465A - マグネシウム合金成形体

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Publication number: JP2010077465A
Application number: JP2008244437A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Mori; 信之森; Nozomi Kawabe; 望河部; Yukihiro Oishi; 幸広大石; Nobuyuki Okuda; 伸之奥田; Masasada Numano; 正禎沼野; Ryuichi Inoue; 龍一井上; Takahiko Kitamura; 貴彦北村; Koji Mori; 宏治森
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP5374993B2

Abstract

【課題】プレス成形体であって、内部空間が広いマグネシウム合金成形体、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】マグネシウム合金成形体1は、マグネシウム合金からなる板をプレス成形してなり、底面部10と、底面部10から立設する側壁部11とを具える。側壁部11は、薄肉部13と、薄肉部13の厚さt₁₃よりも厚い厚肉部14とを具える。薄肉部13の最も薄い箇所の厚さは、厚肉部14の最も厚い箇所の厚さの40％以上90％以下であり、薄肉部13の立設方向の長さl₁₃は、側壁部11の立設方向の長さ1₁₁の20％以上50％以下である。薄肉部13を有することで、成形体1の内部空間を広くすることができる。成形体1は、例えば、多段のプレス加工により形成することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、携帯用電気機器の筐体などに好適に利用することができるマグネシウム合金成形体に関するものである。特に、内部空間が広く、軽量なマグネシウム合金成形体に関するものである。

マグネシウムに種々の添加元素を含有したマグネシウム合金が、携帯電話やノートパソコンといった携帯用電気機器類の筐体や自動車部品などの部材の材料に利用されてきている。

マグネシウム合金は、六方晶の結晶構造(hcp構造)を有するため常温での塑性加工性に乏しいことから、上記筐体などのマグネシウム合金成形体は、ダイキャスト法やチクソモールド法による鋳造材が主流である。最近、ASTM規格のAZ31合金に代表される展伸用マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施し、上記筐体を形成することが検討されている(例えば、特許文献1,2)。また、特許文献3は、ASTM規格のAZ91合金からなり、プレス加工性に優れる板を提案している。

特開2001-105029号公報特開2002-239644号公報特開2007-098470号公報

上記筐体は、一般に、内部に種々の部品を収納することから、収納スペースが広いことが望まれる。収納スペースの拡大には、筐体を構成する板の厚さを薄くすることが考えられる。しかし、筐体を構成する板が薄いと、筐体全体の耐塑性変形性(強度)が低下して、落下などで衝撃などを受けた際、筐体が変形したり座屈したりする恐れがある。また、プレス成形ではなく、ダイキャストといった鋳造を利用すれば、合金組成に関わらず、所望の厚さの成形体を製造できる。しかし、鋳造材は、金属組織に偏析や巣といった欠陥や不純物が存在するため、同じ組成のプレス成形体と比較して強度が低い傾向にある。

そこで、本発明の目的の一つは、マグネシウム合金からなるプレス成形体であって、内部空間が広い成形体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記本発明マグネシウム合金成形体の製造に適したマグネシウム合金成形体の製造方法を提供することにある。

本発明は、成形体の一部の厚さを薄くすることで上記目的を達成する。本発明のマグネシウム合金成形体は、マグネシウム合金からなる板をプレス成形してなり、底面部と、この底面部から立設する側壁部とを具える。上記側壁部は、薄肉部と、この薄肉部の厚さよりも厚い厚肉部とを具える。そして、薄肉部は、最も薄い箇所の厚さが上記厚肉部の最も厚い箇所の厚さの40％以上90％以下を満たし、薄肉部の立設方向の長さが上記側壁部の立設方向の長さの20％以上50％以下を満たす。

上記構成によれば、側壁部の厚さが部分的に異なっている、即ち、一部が薄くなっているため、薄肉部に囲まれる空間の分だけ、内部空間が広い上に、側壁部の長さが同じ成形体と比較して、薄肉部の分だけ構成材料が少ないため、成形体の軽量化を図ることができる。かつ、上記構成によれば、側壁部の一部が薄く、かつ他部が厚いことで、例えば、底面部に力を加えた際に側壁部が座屈することを効果的に抑制することができ、機械的特性にも優れる。

上記側壁部の厚さが部分的に異なる本発明成形体は、平均結晶粒径が小さく、かつ最大粒径と最小粒径との差が小さい、即ち、結晶粒径のばらつきが小さい均一的な微細組織を有するマグネシウム合金板を素材とし、この素材を加熱した状態でプレス加工を施すことで製造することができる。具体的には、本発明成形体は、例えば、以下の本発明製造方法により製造することができる。

本発明のマグネシウム合金成形体の製造方法は、マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施して、底面部と、この底面部から立設する側壁部とを具え成形体を製造する方法であって、以下の工程を具える。
素材板の準備工程:マグネシウム合金を連続鋳造してなる素材板を用意する。
圧延工程:上記素材板に、ロール周速30m/min以上で複数回の圧延を施して圧延板を製造する。
熱処理工程:上記圧延板に、300℃未満の温度で熱処理を施して、プレス用板を製造する。
プレス工程:以下の二段の工程を具える。
第一工程:上記プレス用板を300℃以下の温度に加熱した状態にして、第一のプレス加工を施し、底面部と、この底面部から立設する側壁部とを具えるプレス材を製造する。
第二工程:上記プレス材を300℃以下の温度に加熱した状態にして、第二のプレス加工を施し、上記側壁部の一部の厚さが他部の厚さよりも薄い成形体を製造する。

双ロール法といった連続鋳造により製造された素材板の表層付近には、偏析や晶出物が非常に少ない、或いは実質的に存在しない。そのため、この素材板を圧延に供することで、圧延により素材板に加工歪みを導入して蓄積させる際、素材板に亀裂や割れが生じ難く、円滑に圧延を施すことができる。また、このような素材板に特定のロール周速で複数回の圧延を施すことで、圧延板に十分な加工歪みを均一的に蓄積させることができる。このように加工歪みが十分かつ均一に蓄積された圧延板は、加工歪みが十分に蓄積されていないものに比較して、比較的低い温度での熱処理により再結晶化され、かつ再結晶された結晶粒の粒径のばらつきが小さくなる。従って、比較的粗大な結晶からなる鋳造組織を微細で均一的な結晶からなる組織にすることができ、平均粒径が小さく、最大粒径と最小粒径との差が小さいプレス用板が得られる。このような微細で均一的な組織を有するプレス用板を加熱した状態にして多段にプレス加工を施すことで、亀裂や割れなどの発生を抑制して、側壁部の一部の厚さが薄く他部が厚い本発明成形体を精度よく製造することができる。以下、本発明をより詳細に説明する。

＜成形体＞
《組成》
本発明成形体を構成するマグネシウム合金は、Mgに添加元素を含有した種々の組成のもの(残部:Mg及び不純物)が利用できる。例えば、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE(希土類元素)系、Y添加合金などが挙げられる。特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性が高い。Mg-Al系合金は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2〜1.5質量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15〜0.5質量％)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.6〜1.4質量％)、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金などが挙げられる。Al量は、1.0〜11質量％以下が好ましく、特に、Alを6〜10質量％、Znを0.5〜1.5質量％含有するMg-Al系合金、代表的にはAZ61,AZ80,AZ91は、AZ31合金と比較して、耐食性や強度、耐塑性変形性といった機械的特性に優れる。

《形状》
本発明成形体は、底面部と側壁部とを有する形状であり、代表的には、底面部が矩形板状で、対向する一対の側壁部のみを有する]状体、又は対向する一対の側壁部を二組有する断面]状の箱体や、底面部が円板状で、側壁部が円筒状の有底筒状体などが挙げられる。底面部及び側壁部は、外側面と内側面とが実質的に平行な面で構成される箇所であり、底面部と側壁部とは、これらの間に形成される屈曲箇所、即ち、変曲点を有する湾曲した箇所(曲がり部)を介して接続される。

底面部の形態は、代表的には、平坦な平面体が挙げられ、形状・大きさは特に問わない。ボスなどを一体に成形又は接合していたり、表裏に貫通する孔や厚さ方向に凹んだ溝を有していたり、段差形状になっていたり、塑性加工や切削加工などにより局所的に厚さが異なる部分を有していてもよい。底面部の厚さは、上記ボスや凹み、厚さが異なる部分を除く、底面部全体の平均厚さとする。具体的には、上記ボスなどを除く部分から測定点を5点以上選択し、その平均とする。底面部が平坦な板である場合、底面部の厚さは、底面部全体に亘って概ね一定である。また、プレス時に厚さ方向の圧縮を受けていない場合、底面部の厚さは、プレス用板の厚さに実質的に等しい。特に、底面部の厚さが0.5mm以上2.0mm以下であると、本発明成形体を携帯用電子機器の筐体などに好適に利用できると期待される。

側壁部11は代表的には、図1に示すように、その外側面11oが所定の曲げ径Rを有する曲がり部12を介して底面部10の外側面10oに一体に連なって存在し、底面部10の内側面10iに対して直交するように立設される。このような側壁部は、底面部の周縁の全周に亘って存在してもよいし、底面部の周縁の一部にのみ存在してもよい。特に、本発明成形体では、側壁部の一部の厚さが他部より薄い、即ち、厚さを局所的に異ならせている点を最大の特徴とする。

側壁部において厚さが薄い箇所を薄肉部とし、薄肉部よりも厚さが厚い箇所を厚肉部とする。そして、側壁部において最も薄い箇所の厚さは、最も厚い箇所の厚さの40％以上90％以下とする。薄肉部の厚さが上記範囲を満たすことで、内部空間が広くなり、収納スペースを大きくすることができると共に、成形体の耐塑性変形性の低下を低減できる。薄肉部の厚さが薄いほど、内部空間を大きくできるが、座屈し易くなるため、上記範囲内で薄肉部の厚さを設計するとよく、50％以上80％以下がより好ましい。側壁部は、その全域の厚さが底面部の厚さよりも薄くてもよいが、成形体の耐塑性変形性の低下を抑制するために、少なくとも厚肉部の厚さは、底面部の厚さと同等であることが好ましく、薄肉部の成形により底面部の厚さよりも若干厚くてもよい。厚肉部は、その全域に亘って均一的な厚さでもよいし、厚さが異なってもよい。

かつ、上記薄肉部の立設方向の長さを側壁部の立設方向の長さの20％以上50％以下とする。側壁部11の立設方向の長さ(以下、単に長さと呼ぶ)、及び薄肉部13の立設方向の長さとは、曲がり部12と側壁部11との境界120から、立設方向に沿った距離とする(図1参照)。薄肉部の長さが上記範囲を満たすことで、底面部に圧力を加えても、側壁部が座屈したり、変形し難い。薄肉部の長さが長いほど、内部空間を大きくできるが、側壁部が座屈し易くなるため、上記範囲内で薄肉部の長さを設計するとよく、25％以上40％以下がより好ましい。薄肉部は、側壁部の立設方向に分散して複数存在した形態としてもよいが、成形性や内側空間の有効的な活用を考慮すると、一つにまとまって存在する形態の方が内部空間を広く確保できる。また、薄肉部は、側壁部の開口側に存在しても内部空間を大きくできるが、底面部側に存在すると、座屈抑制の効果が高く好ましい。なお、側壁部の立設方向の具体的な長さ自体は、特に問わない。

上記薄肉部は、側壁部の周方向の一部にのみ存在してもよいが、側壁部の全周に亘って存在すると、内部空間を大きくできて好ましい。薄肉部は、プレス加工が施されて形成されるため、その内部に歪みが蓄積されて強度が高くなる。従って、本発明成形体は、均一的な厚さのプレス用板をプレス成形してなる外観寸法が同じ成形体と比較した場合、同等の強度を保持しながら、内部空間が広く、かつ成形体全体の重量を軽くすることができる。

《組織》
本発明成形体は、上述のように微細で均一的な組織を有するマグネシウム合金板にプレス成形することで製造された場合、プレス加工時、比較的塑性変形が少ない箇所、代表的には平坦な底面部は、プレス成形に供されたプレス用板の組織を概ね維持する。例えば、本発明の一形態として、底面部を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径が6μm以下であるものが挙げられる。また、本発明の一形態として、底面部を構成するマグネシウム合金の最大粒径と最小粒径との差が2μm以下であるものが挙げられる。換言すれば、底面部が上記微細な組織や均一的な組織を有する場合、プレス用板に微細で均一な組織を有するものを用いたことが判別できる。また、微細で均一的な組織を有するプレス用板にプレス加工を施した場合、厚さの異なる側壁部を精度良く形成することができる。

《製造方法》
[素材板の用意]
素材板は、双ロール法といった連続鋳造法、特に、WO/2006/003899に記載の鋳造方法で製造することが好ましい。連続鋳造法は、急冷凝固が可能であるため、酸化物や偏析などを低減でき、圧延加工性に優れる鋳造材が得られる。また、鋳造材に溶体化処理(加熱温度:380〜420℃、加熱時間:60〜600分)や時効処理といった熱処理を施すと、組成を均質化することができる。特に、Alの含有量が高いものは長時間溶体化を行うことが好ましい。素材板の大きさは特に問わないが、厚過ぎると偏析が生じ易いため、10mm以下、特に5mm以下が好ましい。

[圧延工程]
上記素材板に複数回の圧延を施す。多パスに亘る圧延を行うことで、板厚を薄くできる上に、平均結晶粒径を小さくすることができる。また、プレス加工に悪影響を及ぼすような欠陥、例えば、粒径10μm以上といった粗大な晶析出物を消滅させられ、プレス加工性を高められる。AZ91合金などのAlを多く含むマグネシウム合金は、晶析出物が生成され易い傾向にあるが、上述のように複数回の圧延を行うことで、合金組成にかかわらず上記欠陥が少ない圧延板が得られる。特に、圧延は、圧延ロールのロール周速(圧延速度)を30m/min以上として行う。ロール周速を上述のように比較的速い特定の範囲として、複数回の圧延を施すことで、得られた圧延板には、加工歪みを均一的に、かつ十分に導入することができる。より好ましいロール周速は、60m/min以上である。複数回の圧延のうち、少なくとも2パス以上の圧延、好ましくは全ての圧延を上記特定の範囲のロール周速で行う。

その他、圧延は、加工対象である素材板を200〜400℃、圧延ロールを150〜250℃に加熱し、1パスあたりの圧下率を10〜50％として行うことが好ましい。公知の条件、例えば、特許文献3に開示される制御圧延などを組み合わせて利用してもよい。また、圧延加工途中に中間熱処理(加熱温度:250〜350℃、加熱時間:20〜60分)を行って、中間熱処理までの加工により加工対象に導入された歪みや残留応力、集合組織などを除去、軽減すると、その後の圧延で不用意な割れや歪み、変形を防止して、より円滑に圧延を行える。

[熱処理]
最終の圧延後の圧延板に300℃未満の比較的低温で熱処理を施す。従来、加工歪みの除去、及び完全な再結晶化を目的として、特にAl量が多い合金では、300℃以上で熱処理を行っていた。これに対して、上記特定の圧延を行った圧延板は、上述のように加工歪みを十分に、かつ均一的に蓄積した結晶組織を有していることから、比較的低温で再結晶が可能であるため、熱処理の温度を300℃未満とする。熱処理前において均一的な組織であるため、この熱処理により再結晶化した結晶粒は大きさのばらつきが小さく、微細で均一的な結晶組織を有するプレス用板、具体的には、平均結晶粒径が6μm以下、最大粒径と最小粒径との差が2μm以下であるプレス用板が得られる。より好ましい熱処理の温度は、220℃以上280℃以下である。

[プレス加工]
本発明製造方法では、二段階に分けて、側壁部の厚さが部分的に異なる成形体を形成する。両段階とも、プレス加工性を高められるように300℃以下の温度、特に220℃以上280℃以下の温間で行うことが好ましい。

第一段階目では、底面部と側壁部とを具えるプレス材を形成し、第二段階目では、側壁部の一部の厚さが薄い成形体を形成する。即ち、第一段階で、実質的な外観形状を形成し、第二段階で、収納スペースの拡大のための側壁部の変形を行う。第二段階目では、側壁部の一部を変形して、厚さを薄くできるように、側壁部の一部を押圧可能なパンチを具える金型を利用するとよい。

プレス成形後に熱処理を施し、プレス加工により導入された歪みや残留応力の除去、機械的特性の向上を図ってもよい。熱処理条件は、加熱温度:100〜450℃、加熱時間:5分〜40時間程度が挙げられる。また、プレス後に得られた成形体は、防食、保護、装飾などを目的とした被覆層を具えると、耐食性や商品価値などを高められる。

本発明マグネシウム合金成形体は、内部空間が広い。本発明マグネシウム合金成形体の製造方法は、上記本発明成形体を製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
[試験例1]
種々の条件でマグネシウム合金からなるプレス用板を作製し、各プレス用板にプレス成形を施したときの成形性を調べた。

AZ91合金相当の組成(Mg-9.0％Al-1.0％Zn(全て質量％))を有するマグネシウム合金からなり、双ロール連続鋳造法により得られた厚さ4mmの素材板を複数用意した。得られた各素材板に、ロール周速:90m/min、圧延温度(ロール温度:180〜220℃、素材板温度:200〜280℃)で表1に示す板厚(mm)になるまで複数回圧延を施し、得られた各圧延板に280℃×20分の熱処理を施したものの平均結晶粒径を調べた。その結果を表1に示す。圧延板の厚さは、圧延の各パスの圧下率を概ね等しくし、圧延の回数(パス数)を変化させることで、概ね変化させた。また、素材板に上記圧延及び上記熱処理を施さずに素材板のままのもの(表1において板厚:4.0mmのもの)についても平均結晶粒径を調べた。その結果も表1に示す。

平均結晶粒径は、以下のように求めた。熱処理した圧延板又は未処理の圧延板を切断し、その切断面を研磨した後(ダイヤモンド砥粒を使用)、エッチング処理を施して、光学顕微鏡で400倍の視野で断面組織写真を撮影し、この写真に任意の試験線(長さ0.2mm)を引き、この試験線を横切る結晶粒界の数を数え、(粒界/試験線の長さ)を求めた。3本の試験線について(粒界/試験線の長さ)を求め、この平均を平均結晶粒径とした。

表1に示すように、板厚を薄くするほど、平均結晶粒径が小さくなることが分かる。

上記AZ91合金相当のマグネシウム合金からなり、双ロール連続鋳造法により得られた厚さ4mmの素材板に、ロール周速、圧延温度、及び圧延後の熱処理の条件をそれぞれ変化させて、板厚が0.6mmのプレス用板を用意した。試料No.1-1,1-2,1-4,1-5は、ロール周速:90m/min、圧延温度(ロール温度:180〜220℃、素材板温度:200〜280℃)、熱処理:250℃×20分とした。

得られた各プレス用板にプレス加工を施した。プレス加工は、二段に亘って行った。図2,図3は、プレス加工の手順を説明する断面模式図である。なお、図2,図3では、プレス用板を強調して示す。

第一のプレス加工では、図2(B)に示すような底面部10と、底面部10から立設する一対の側壁部11を二組有する断面]状のプレス材(箱体)Pを製造する。具体的には、図2(A)に示すように、板厚t_B:0.6mm、220mm×320mmのプレス用板Bをプレート51及びダイプレート52の上に配置して、パンチ53及び押さえプレート54で挟み、プレート51とパンチ53とでプレス用板Bを挟持した状態でパンチ53を図2において下方に移動させて、断面]状に成形する。得られたプレス材Pは、深さd:20mm、曲がり部12の内側の曲げ径r:0.2mm、底面部10の内側面10iと側壁部11の内側面11iとが概ね直交するようにした。即ち、側壁部11の立設方向は、底面部10の外側面10o(或いは内側面10i)に対して垂直方向である。プレート51,ダイプレート52,パンチ53,押さえプレート54は、図示しない加熱手段により加熱可能であり、加熱温度を250℃とした。

第二のプレス加工では、例えば、図3(C)に示すような異形パンチ55を用いてプレス材Pの側壁部11の一部の厚さを薄くして、図3(D)に示す成形体Fを製造する。異形パンチ55は、一対の分割パンチ56,57と、これら分割パンチ56,57に係合する楔パンチ58とを有し、組み合わせて柱状に構成される。楔パンチ58は、テーパ面58tを有する角錐台状体である。分割パンチ56,57は、楔パンチ58のテーパ面58tに係合するテーパ面56t,57tを有し、両テーパ面56t,57tが対向するように配置される。分割パンチ56,57においてプレス材Pの内側面11iに接する側には、外方に突出するフランジ部56f,57fを有する。

図3(C)に示すように、プレート51及びダイプレート52で囲まれる空間に配置されたプレス材Pの内側に分割パンチ56,57を配置する。このとき、フランジ部56f,57fは、プレス材Pの底面部10及び側壁部11の一部に接した状態である。この状態で、分割パンチ56,57のテーパ面56t,57tがつくる空間に、楔パンチ58を挿入する。楔パンチ58の挿入に伴い、テーパ面58tがテーパ面56t,57tを押圧することで、分割パンチ56,57が互いに離反する方向に移動して、フランジ部56f,57fが側壁部11の一部を押圧する。この押圧された部分の厚さが薄くなり、図3(D)に示すように薄肉部13が形成され、側壁部11の他部、即ち、実質的にフランジ部56f,57fで押圧されなかった部分は、薄肉部13よりも厚い厚肉部14となる。なお、側壁部11の一部を押圧することで、側壁部の立設方向の長さが若干長くなる。

上記工程により、図1に示すように、側壁部11の一部の厚さが薄い成形体1が得られる。成形体1の薄肉部13は、底面部10側に形成されている。側壁部11の薄肉部13の長さl₁₃及び厚さt₁₃は、フランジ部56f、57fの大きさ(突出方向の長さ、及び押圧方向の長さ)を変更することで、適宜変更することができる。この試験では、図3に示すように、フランジ部56f,57fの突出方向の長さが押圧方向(図3において上下方向)の全域に亘って一定のものを用いた。従って、薄肉部13の厚さt₁₃は、薄肉部13の全域に亘って概ね等しい。また、底面部10の内側面10i及び外側面10oは平坦であり、厚肉部14の厚さt₁₄及び底面部10の厚さt₁₀は、プレス用板B(図2)の厚さt_B(図2)が概ね維持されており、薄肉部13の厚さt₁₃は、底面部10の厚さt₁₀より薄い。

上記プレス成形後、得られた成形体の表面を肉眼及び実体顕微鏡(100倍)で観察し、成形性を評価した。成形性は、亀裂が無い場合を○、亀裂がある場合を△、破断した場合を×として評価した。その結果を表2に示す。

また、得られた成形体の側壁部の厚さ、及び側壁部の薄肉部(ここでは底面部よりも薄い箇所)の立設方向の長さ(ここでは底面部の内側面に対して直交方向の長さ)をポイントマイクロメータを用いて測定した。その結果を表2に示す。更に、側壁部における最大厚さに対する最小厚さの割合(％)、側壁部の立設方向の長さに対する薄肉部の立設方向の長さの割合(％)を求めた。その結果も表2に示す。なお、側壁部の立設方向の長さl₁₁(図1)は、プレス材の深さd:20mmに概ね等しかった。

更に、得られた成形体について平均結晶粒径(μm)、及び最大粒径と最小粒径との差(以下、粒径差と呼ぶ、μm)を求めた。その結果を表2に示す。平均結晶粒径は、底面部の断面について上述のようにして求めた。粒径差は、平均結晶粒径の測定に用いたものと同様の断面組織写真を用意し、この写真に任意の試験線(長さ0.2mm)を引き、この試験線を横切る結晶粒の長さを結晶粒径とし、求めた結晶粒径の最大値と最小値との差を粒径差とした。3本の試験線について粒径差を求め、これら3個の粒径差の平均を表2に示す。

表2に示すように、底面部の組織が平均結晶粒径が6μm超であったり、最大粒径と最小粒径との差が2μm超であると、即ち、このような組織であるプレス用板を用いると、亀裂が生じたり、破断することで、側壁部の一部が薄い成形体を精度良く成形できないことが分かる。また、薄肉部が薄過ぎると、平均結晶粒径が小さく、粒径のばらつきが小さい場合でも、亀裂が生じたり、破断することがあることが分かる。一方、薄肉部の厚さが厚くなると、成形性が高くなることが分かる。但し、薄肉部が厚いと、成形体の内部空間が小さくなる。この試験から、結晶が微細で大きさのばらつきが少ない組織であるプレス用板を用いた場合、特定の厚さの薄肉部を形成できると言える。

なお、上記試験例1では、一対の側壁部を二組有する箱型の成形体において、対向する一対の側壁部に薄肉部を形成する場合を説明したが、一対の側壁部しかない]状の成形体を製造することもできる。また、四つの側壁部の全てに薄肉部を形成することもできる。この場合は、例えば、分割パンチとして、四分割されたものを用いたり、上記試験例1で用いた対向する二面を押圧する分割パンチを二組用意して、二段に分けて押圧することが挙げられる。

[試験例2]
種々の板厚のマグネシウム合金からなるプレス用板を作製し、各プレス用板にプレス成形を施したときの成形性を調べた。

試験例1で作製した、AZ91合金相当の組成の素材板と同様のもの(厚さ4mm)を用意し、ロール周速、圧延温度、及び圧延後の熱処理の条件をそれぞれ変化させて、板厚が1.0mm,1.5mmのプレス用板を得た。試料No.2-1,2-2,2-4,2-5,2-11,2-12,2-14,2-15は、ロール周速:90m/min、圧延温度(ロール温度:180〜220℃、素材板温度:250℃)、熱処理:250℃×20分とした。得られた板厚1.0mm,1.5mmの各プレス用板に、試験例1と同様に二段階のプレス加工を施し、底面部から垂直方向に側壁部が立設し、この側壁部の一部が薄い断面[状の箱型の成形体を作製した。

第一のプレス加工では、深さ:20mm、曲がり部の内側の曲げ径:1.0mmの箱型のプレス材を成形した。第二のプレス加工では、表3に示す厚さ及び立設方向の長さを有する薄肉部が形成されるように、異形パンチのフランジ部の大きさを調整して成形した。

得られた成形体について、成形性、側壁部の厚さ及び薄肉部の立設方向の長さ、平均結晶粒径、最大粒径と最小粒径との差を評価した。その結果を表3に示す。いずれの評価も、試験例1と同様に行った。

表3に示すように、試験例1と同様に、結晶が微細で粒径のばらつきが少ない組織であると、成形性が高い傾向にあることが分かる。また、プレス用板の板厚が小さいほど、結晶粒が小さくなる傾向にあることが分かる。

[試験例3]
試験例1〜3と同様にして作製したプレス成形体の強度を評価した。具体的には、側壁部を脚として成形体を配置した状態で底面部の外側面から所定の力を加え、側壁部の座屈の有無を調べた。その結果を表4に示す。座屈しなかった場合を○、座屈した場合を×として強度を評価した。また、得られた成形体について、成形性、側壁部の厚さ及び薄肉部の立設方向の長さ、平均結晶粒径、最大粒径と最小粒径との差を評価した。その結果を表4に示す。いずれの評価も、試験例1と同様に行った。

表4に示すように、薄肉部の最小厚さが厚肉部の最大厚さの40〜90％を満たし、薄肉部の立設方向の長さが側壁部の立設方向の長さの20〜50％を満たす場合、座屈し難く、成形体の強度が高いことが分かる。また、このような成形体は、薄肉部の分だけ内部空間が広く、かつ軽いため、軽量で広い収納スペースが望まれる筐体といった部材に好適に利用できると期待される。例えば、幅200mm×長さ300mm×深さ20mm、厚さ1.0mmからなる箱状の筐体で、材質が比重1.8のマグネシウム合金の場合を考える。側壁部の立設方向の長さ(深さに相当)20mmのうち、7mm分の領域の厚さを0.6mmにすると、側壁部の厚さが立設方向の長さの全域に亘って均一的な筐体(ここでは側壁部の厚さ:1.0mm)の場合と比較して、筐体全体の重量を約3％軽くすることができる。

なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、マグネシウム合金の組成、鋳造、圧延、及びプレス加工の条件などを適宜変更することができる。

本発明マグネシウム合金成形体は、携帯用電気機器類の筐体といった、内部に各種の部品などを収納することが望まれる部材に好適に利用することができる。

マグネシウム合金成形体であって、側壁部の一部が薄い成形体の断面模式図である。側壁部の一部が薄いマグネシウム合金成形体の製造工程において、プレス加工の手順を説明する断面模式図であって、(A)は、プレス用板を金型に配置した状態、(B)は、第一のプレス加工により、断面]状のプレス材を形成した状態を示す。側壁部の一部が薄いマグネシウム合金成形体の製造工程において、プレス加工の手順を説明する断面模式図であって、(C)は、第二のプレス加工に用いるパンチを配置した状態、(D)は、第二のプレス加工により、側壁部の一部が薄い成形体を形成した状態を示す。

符号の説明

1 マグネシウム合金成形体
10 底面部 10o 底面部の外側面 10i 底面部の内側面 11 側壁部
11o 側壁部の外側面 11i 側壁部の内側面 12 曲がり部
120 曲がり部と側壁部との境界 13 薄肉部 14 厚肉部
51 プレート 52 ダイプレート 53 パンチ 54 押さえプレート
55 異形パンチ 56,57 分割パンチ 56t,57t,58t テーパ面
56f,57f フランジ部 58 楔パンチ
B プレス用板 P プレス材 F 成形体

Claims

マグネシウム合金からなる板をプレス成形したマグネシウム合金成形体であって、
底面部と、前記底面部から立設する側壁部とを具え、
前記側壁部は、薄肉部と、前記薄肉部の厚さよりも厚い厚肉部とを具え、
前記薄肉部の最も薄い箇所の厚さは、前記厚肉部の最も厚い箇所の厚さの40％以上90％以下であり、
前記薄肉部の立設方向の長さは、前記側壁部の立設方向の長さの20％以上50％以下であることを特徴とするマグネシウム合金成形体。
前記マグネシウム合金は、質量％で、Alを6％以上10％以下、Znを0.5％以上1.5％以下含有することを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム合金成形体。
前記底面部の厚さは、0.5mm以上2.0mm以下であり、
前記底面部を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径が6μm以下、かつ最大粒径と最小粒径との差が2μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のマグネシウム合金成形体。
マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施して、底面部と、前記底面部から立設する側壁部とを具える成形体を製造するマグネシウム合金成形体の製造方法であって、
マグネシウム合金を連続鋳造してなる素材板を用意する工程と、
前記素材板に、ロール周速30m/min以上で複数回の圧延を施して圧延板を製造する工程と、
前記圧延板に、300℃未満の温度で熱処理を施して、プレス用板を製造する工程と、
前記プレス用板を300℃以下の温度に加熱した状態にして、第一のプレス加工を施し、底面部と、前記底面部から立設する側壁部とを具えるプレス材を製造する工程と、
前記プレス材を300℃以下の温度に加熱した状態にして、第二のプレス加工を施し、前記側壁部の一部の厚さが他部の厚さよりも薄い成形体を製造する工程とを具えることを特徴とするマグネシウム合金成形体の製造方法。