JP2011045928A - マグネシウム合金鋳造材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このマグネシウム合金鋳造材は、DASが0.5μm以上5.0μm以下である。この鋳造材は、マグネシウム合金を溶解炉で溶解し、得られた溶湯を湯だめに移送し、湯だめから注湯口を介して可動鋳型に溶湯を供給して凝固させる連続鋳造により製造される。溶解から鋳造に亘る工程において溶湯が接触する部分は、酸素の含有量が20質量%以下の低酸素材料にて形成された部材を用い、特に、凝固する際に急冷することで得られる。DASが上記範囲を満たすことで、このマグネシウム合金鋳造材は、塑性加工性に優れる。
【選択図】図1
Description
1.引張強さや延性、靭性といった機械的特性が乏しい。
2.金型に溶湯を導入するための湯道などといった成型品に対して不要な部分が大量に発生するため、材料歩留まりが悪い。
3.成型時に気泡などの巻き込みなどにより成型品内部に巣が生じて、成型後に熱処理を行うことができないことがある。
4.湯じわや引け巣、バリなどといった鋳造欠陥があるため、修正や除去作業が必要である。
5.金型に塗布しておいた離型剤が成型品に付着するため、その除去作業が必要である。
6.生産設備が高価であり、上記不要な部分の存在や除去作業などにより製造コストが高い。
(導電率条件)
可動鋳型の導電率をy、マグネシウム合金材の導電率xとするとき、
100≧y>x−10
このような導電率条件を満たす材料としては、例えば、銅、銅合金、鋼などが挙げられる。
(導電率条件)
被覆層を形成する材料の導電率をy’、マグネシウム合金材の導電率をxとするとき、
100≧y’>x−10
このような導電率条件を満たす材料としては、例えば、銅、銅合金、鋼などが挙げられる。このような被覆層は、例えば、上記材料からなる粉末を塗布したり、上記材料からなる薄膜を転写させたり、上記材料からなるリング状部材を装着させることなどにて可動鋳型の表面に設けることが挙げられる。塗布や転写により被覆層を設ける場合、厚みは、0.1μm以上1.0mm以下が適する。0.1μm未満であると、溶湯や凝固部分の放熱効果が得られにくく、1.0mm超であると、被覆層自体の強度の低下や、可動鋳型との密着性の低下を招き、均一的に冷却しにくくなる。リング状部材を装着する場合、強度を考慮して、厚みは10〜20mm程度が好ましい。
1.Al、Zn、Mn、Y、Zr、Cu、Ag、及びSiからなる群から選択される1種以上の第一添加元素を1元素あたり0.01質量%以上20質量%未満含有し、残部がMg及び不純物からなる
2.Al、Zn、Mn、Y、Zr、Cu、Ag、及びSiからなる群から選択される1種以上の第一添加元素を1元素あたり0.01質量%以上20質量%未満、Caを0.001質量%以上16質量%未満含有し、残部がMg及び不純物からなる
3.Al、Zn、Mn、Y、Zr、Cu、Ag、及びSiからなる群から選択される1種以上の第一添加元素を1元素あたり0.01質量%以上20質量%未満含有し、Ca、Ni、Au、Pt、Sr、Ti、B、Bi、Ge、In、Te、Nd、Nb、La、及びREからなる群から選択される1種以上の第二添加元素を1元素あたり0.001質量%以上5質量%未満含有し、残部がMg及び不純物からなる
図1は、マグネシウム合金の連続鋳造装置の概略構成図である。この装置は、一対のロール14を可動鋳型とし、ポンプ11bやポンプ12eを利用してマグネシウム合金の溶湯1を可動鋳型に供給して鋳造材を製造する連続鋳造装置である。同装置は、マグネシウム合金を溶解して溶湯1とする溶解炉10と、溶解炉10からの溶湯1を一時的に貯留する湯だめ12と、溶解炉10と湯だめ12間に配置されて、溶解炉10から溶湯1を湯だめ12に輸送する移送樋11と、湯だめ12から一対のロール14間に溶湯1を供給する注湯口13を具える供給部12dと、供給された溶湯1を鋳造して鋳造材2を形成する一対のロール14とを具える。
図5に示す連続鋳造装置を用いて連続鋳造を行い、鋳造材(板材)を作製した。また、得られた鋳造材の特性を調べてみた。調べたマグネシウム合金の組成、鋳造条件、特性を表1〜5に示す。なお、表1〜5では、鋳型の材質のみ示しており、鋳型以外の部材の形成材料は、図5に示すものと同様(カーボン)とした。表1〜5において、溶湯の最高温度、最低温度、ばらつきとは、注湯口における温度、注湯口の横断面幅方向におけるばらつきとする。オフセットとは、図5においてロール44の中心軸を通る平面(以下、鋳型センタ45と呼ぶ)と注湯口43の先端間(オフセット46)とする。雰囲気は、表1〜5に示す含有量の酸素と、残部をアルゴンと窒素の混合ガスとした。注湯口におけるギャップとは、注湯口から供給された溶湯が最初にロールに接触する部分間のギャップとする。鋳型センタにおけるロール間のギャップとは、両ロールが最も近接する最小ギャップとする。圧下率とは、(注湯口におけるギャップ/最小ギャップ)×100とする。供給圧力とは、溶湯(凝固された部分を含む)からロールに加えられる圧縮荷重とする。鋳造材の温度とは、ロール間から排出された直後のマグネシウム合金材の表面温度とする。成分のばらつきは、設定含有量を表1〜5の各試料の組成に示す量として求めた。
上記得られた鋳造材に圧延加工を施し、圧延材を作製した。各圧延材には、圧延後熱処理(100℃以上350℃以下の温度範囲のうち、組成に応じて適宜選択した温度で約1時間)を施した。熱処理後に得られた圧延材の特性を調べてみた。圧延条件、特性を表6〜10に示す。圧延は、1パスの圧下率を1〜50%の範囲とし、温度を150〜350℃として、複数パス行い、最終パスに表6〜10に示す条件の圧延を施した。また、市販されている圧延用油を潤滑剤として利用した。
上記得られた圧延材に250℃でプレス加工(一般的なケース形状)を行い、マグネシウム合金成形品を作製してみた。その結果、上記圧延材を利用した成形品は、割れなどが無く寸法精度に優れたものであった。また、上記圧延材のうち、いくつかの試料を選択して種々の形状でプレス加工(250℃)を行った結果(ここではNo.1〜4、9〜13、15、16、18、20を選択)、これらの圧延材では、いずれの形状においてもプレス加工を行うことができ、外観、寸法精度にも優れていた。比較として、市販されているAZ31合金材を用いて、同様に種々の形状でプレス加工を行った結果、このAZ31合金材では、割れなどが生じて加工できなかったり、加工できても外観が劣っている成形品が得られた。
更に、上記圧延材のうち、いくつかの試料を選択して耐食性について調べてみたところ(ここではNo.5、6を選択)、一般的なチクソモールド法によって作製されたAZ91合金材と同等の耐食性を有していることが確認された。
更に、上記圧延材のうち、いくつかの試料(ここではNo.1、6、7、13、18を選択)を選択してたわみ量の評価を行った。150mm間隔に設置した高さ20mmの上端が鋭利な2つの平行な突起に幅30mm、長さ200mm、厚さ0.5mmtの試料を突起に垂直となるように置き、突起の中央に一定荷重をかけたときの中央部の高さ減少量を、同様の測定法を用いて市販されている0.5mmtのAZ31合金板について測定した高さ減少量で除し百分率で表した。その結果、表12に示すように、双ロール鋳造により作製した試料は、市販されているAZ31合金以上の耐たわみ性を有することが確認された。
更に、上記圧延材のうち、いくつかの試料(ここではNo.1、6、7、13、18を選択)を選択して同一組成で、カーボンるつぼを使用してアルゴン雰囲気中で溶解し、黒鉛離型剤を塗布したSUS316製の鋳型に形状100mm×200mm×20mmtとなるように冷却速度1〜10K/secで鋳造したものを大気中で400℃24時間の均質化処理を行った後、表面および内部に欠陥がない厚さ4mmtの試験片としたものを作製し(表11中、No.1_M1、6_M1、7_M1、13_M1、18_M1と記載)た。作製した試験片を、1パスの圧下率をc(%)、圧延前の素材の温度t1(℃)及び圧延時の素材の温度t2(℃)のうち高い方の温度をT(℃)としたときに、100>(T/c)>5を満たすように0.5mmtまで圧延加工を行った。その結果、表11に示すように、冷却速度1〜10K/secで鋳造したマグネシウム合金については、No.1の組成の合金以外は圧延加工工程にて割れが発生し、圧延が不可能であった。
更に、上記圧延材のうち、いくつかの試料(ここではNo.1、6、7、13、18を選択)を選択して同一組成で、カーボンるつぼを使用してアルゴン雰囲気中で溶解し、黒鉛離型剤を塗布したSUS316製の鋳型に形状100mm×200mm×20mmtとなるように冷却速度1〜10K/secで鋳造したものを大気中で400℃24時間の均質化処理を行った後、切削加工によって表面および内部に欠陥がない厚さ0.5mmtの試験片としたものを作製した(表11中、No.1_M2、6_M2、7_M2、13_M2、18_M2と記載)。このようにして作製した試料と上記圧延材のうち、いくつかの試料(ここではNo.1、6、7、13、18、No.1_M1を選択)について、室温、200℃、250℃下での機械特性および150℃下でのクリープ特性について調べた。クリープ特性は、150℃±2℃の環境に試験片を20h保持した後に試験評価を行い、市販されているAZ31合金板のクリープ応力(一定温度においてクリープ速度0.1%/1000hを生じるときの応力、MPa)に対する百分率で表した。その結果、表12に示すように、双ロール鋳造により作製した試料は、優れた耐熱性を有していることが確認された。
10,40 溶解炉 10a,40a 坩堝 10b,40b ヒータ 10c,40c 筐体
10d,40d 導入配管 10e,40e 排出配管 11,41 移送樋 11a,41a ヒータ
11b ポンプ 12,42 湯だめ 12a,42a ヒータ 12b,42b 導入配管
12c,42c 排出配管 12d,42d 供給部 12e ポンプ 13,43 注湯口
13a 測温器 14,14a,44 ロール 14b 被覆層 15,45 鋳型センタ
16,46 オフセット 17 湯堰 18 テンショナ 19 被覆層 20 メニスカス
21,23 凝固完了点 30 可動鋳型
41b バルブ
47 センサ 50 中心線
Claims (5)
- DASが0.5μm以上5.0μm以下であることを特徴とするマグネシウム合金鋳造材。
- 晶析出物の大きさが20μm以下であ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鋳造材。
- 表面欠陥の深さが鋳造材の厚さの10%未満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鋳造材。
- 鋳造材の表面に存在するリップルマークの幅の最大値rw(mm)と深さの最大値rd(mm)が以下の式を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金鋳造材。
rw×rd<1.0 - 厚さが0.1mm以上10.0mm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項にマグネシウム合金鋳造材。
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