JP2018062702A - マグネシウム合金 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性および靱性に優れるマグネシウム合金を提供する。
【解決手段】Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であるマグネシウム合金。
【選択図】なし

Description

本発明は、マグネシウム合金に関する。

マグネシウム合金は、実用金属で最も比重が小さく、比強度、比剛性に優れるので、軽量素材として注目されている。そのマグネシウム合金は、各種の添加元素を含有することで、各種の特性を有する（例えば、特許文献１や特許文献２）。

特開２０１２−１３６７２７号公報 特開２０１０−２４２１４６号公報

耐熱性に優れるマグネシウム合金の開発が望まれている。自動車部品や航空機部品などの部品は、その使用環境温度が常温よりも高い場合がある。例えば、エンジンルームの近くに配置される部品は、その使用環境温度が１００℃〜１８０℃程度である場合があり、耐熱性に優れることが望まれる。

また、マグネシウム合金で構成される部材には、靱性に優れることも望まれている。特に、自動車部品や航空機部品では、靱性に優れ、破損し難いことが重要であるからである。

本開示は、耐熱性および靱性に優れるマグネシウム合金を提供することを目的の一つとする。

本開示に係るマグネシウム合金は、
Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、
希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、
Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、
Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、
Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、
残部がＭｇ及び不可避不純物である。

本開示のマグネシウム合金は、耐熱性および靱性に優れる。

実施形態に示す鋳造部材の概略構成図である。 試験例１に示すＡｌの含有量と残留軸力との関係を示すグラフである。 試験例１に示すＡｌの含有量とシャルピー衝撃値との関係を示すグラフである。 試験例２に示すＣａの含有量と残留軸力との関係を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
本発明者らは、耐熱性に優れる上に、靱性にも優れるマグネシウム合金を製造するべく、添加元素の種類及び含有量を鋭意検討した。その検討過程で、板材などの単純形状の部材において良好な耐熱性・靱性を発揮するマグネシウム合金であっても、自動車部品や航空機部品などで用いる複雑形状の部材を作製したときに、良好な耐熱性・靱性を得られない場合があるとの知見を得た。一般的に、マグネシウム合金の耐熱性の指標として引張りクリープ試験による高温耐クリープ性を用いることが多い。しかし、マグネシウム合金で作製される鋳造部材（ダイカスト材）は、ボルトなどで他の部材に固定された状態で使用される。そのため、マグネシウム合金に求められる耐熱性としては、高温環境下での引張応力に対する耐性よりも、高温環境下での圧縮応力に対する耐性が重要である。この点に鑑み、本発明者らは、鋳造部材をボルト止めした後、高温環境下に曝し、その後常温環境に戻した時に、ボルトの締結力（残留軸力）がどの程度維持されるかといった観点で、マグネシウム合金の耐熱性を評価した。その結果、残留軸力による評価では、引張りクリープ試験による高温耐クリープ性とは異なる傾向が見いだされた。そこで、複雑形状の部材であっても、残留軸力で評価する耐熱性及び靱性を向上させることができるマグネシウム合金の組成を検討した。その結果、アルミニウム（Ａｌ）、希土類元素（ＲＥ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、及びマンガン（Ｍｎ）を添加元素とし、それら添加元素の添加量が比較的狭い範囲に絞られたときに、複雑形状の部材の耐熱性及び靱性を向上できるとの知見を得た。本発明は、上記知見に基づくものである。最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係るマグネシウム合金は、
Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、
希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、
Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、
Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、
Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、
残部がＭｇ及び不可避不純物である。

上記範囲の添加元素を含むマグネシウム合金は、残留軸力で評価する耐熱性に優れる上に、靱性にも優れる。一般に、マグネシウム合金にＡｌを含有させていくと、マグネシウム合金の高温耐クリープ特性は低下する。同様に、Ａｌの含有量が増加していくと残留軸力で評価するマグネシウム合金の耐熱性も低下していく傾向にある。しかし、Ａｌの含有量が７．５質量％以下で、かつ特定の添加元素を所定量含むマグネシウム合金であれば、汎用合金であるＡＥ４４以上の残留軸力を備えることが分かった。

Ａｌの含有量が多くなるに従い、マグネシウム合金の融点が下がるので、マグネシウム合金の鋳造性が向上する。『鋳造性が良い』とは、鋳造時にダイカスト材（鋳造部材）に皺や割れなどの欠陥が生じ難いことであり、鋳造部材の形状が複雑になるほど鋳造性の善し悪しが、鋳造部材の品質に影響する。品質の良い鋳造部材には、皺や割れなどの欠陥が少ないため、欠陥に起因する耐熱性の低下や靱性の低下が抑制され、結果的に鋳造部材の耐熱性と靱性が向上する。また、一般にマグネシウム合金の靭性は、Ａｌが多くなると低下すると思われているが、Ａｌの含有量をごく狭い範囲に規定すると共に、他の添加元素の含有量をも併せて規定することで、靭性がピーク状に向上することが判明した。

（２）上記マグネシウム合金の一形態として、
Ｃａの含有量が０．８質量％以上１．２質量％以下である形態を挙げることができる。

マグネシウム合金中のＣａの含有量を上記範囲に絞ることで、より一層、マグネシウム合金の残留軸力を向上させることができる。

（３）上記マグネシウム合金の一形態として、
Ｓｒの含有量が０．２質量％以上０．４質量％以下である形態を挙げることができる。

マグネシウム合金にＳｒを含有させることで、マグネシウム合金の鋳造性を向上させることができる。その鋳造性の向上効果は、Ｓｒの含有量が０．４質量％前後で飽和する。そのため、Ｓｒの含有量を上記範囲に絞ることで、鋳造性の向上効果を得つつ、過剰なＳｒの添加を抑制できる。

（４）上記マグネシウム合金の一形態として、
Ｍｎの含有量が０．２質量％以上０．４質量％以下である形態を挙げることができる。

マグネシウム合金中のＭｎの含有量を上記範囲に絞ることで、マグネシウム合金中に粗大なＡｌ−Ｍｎ化合物が形成され難く、その粗大なＡｌ−Ｍｎ化合物によるマグネシウム合金の靱性の低下を抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の詳細を以下に説明する。

＜マグネシウム合金＞
実施形態に係るマグネシウム合金は、添加元素としてＡｌ、希土類元素、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎをそれぞれ特定量含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物である。具体的には、Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であるマグネシウム合金である。このＭｇ合金の特徴の一つは、上記組成に示すように、各元素の含有量が比較的狭い範囲に絞られている点にある。

［アルミニウム（Ａｌ）］
Ａｌは、マグネシウム合金は鋳造性を向上させ、鋳造部材の品質を向上させ、その結果として、残留軸力で評価するマグネシウム合金の耐熱性を向上させる。Ａｌの含有量が多いほど高温耐クリープ性は下がるが、本規定範囲のＡｌの含有量によって、一定の残留軸力が確保でき、その結果として、相当程度の耐熱性が確保できる。さらに、Ａｌの含有量を本規定範囲とすることで、ピーク状の靱性の向上効果を得ることができる。その他、Ａｌは、Ｍｇ合金の耐食性、強度、耐塑性変形性といった機械的特性を向上させる。Ａｌは、Ｓｒを含む化合物（Ａｌ−Ｓｒ化合物）やＣａを含む化合物（Ａｌ−Ｃａ化合物）などを形成して合金組織中に存在する。各化合物の詳細は後述する。

Ａｌの含有量は、６．５質量％以上７．５質量％以下とする。Ａｌの含有量を６．５質量％以上とすることで、Ａｌ−Ｓｒ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物を十分に形成し易い。それらの化合物は、マグネシウム合金の粒内や粒界に析出し、高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制する。Ａｌの含有量を７．５質量％以下とすることで、マグネシウム合金に適度な靭性を持たせることができる。また、Ａｌの含有量を７．５質量％以下とすることで、マグネシウム合金中に、Ｍｇを含む化合物（Ｍｇ−Ａｌ化合物）が過度に形成（析出）されることを抑制でき、マグネシウム合金の残留軸力の低下を抑制し易い。

［希土類元素（ＲＥ）］
ＲＥは、残留軸力で評価するマグネシウム合金の耐熱性を向上させる。また、ＲＥは、引っ張りに対する高温耐クリープ性の向上にも寄与する。ＲＥは、Ａｌを含む化合物（Ａｌ−ＲＥ化合物）を形成して合金組織中に存在する。このＡｌ−ＲＥ化合物の形成により、過剰なＭｇ−Ａｌ化合物の過剰な形成（析出）が抑制される。ＲＥは、周期表３族の元素、即ちスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド、アクチノイドの中から選択される少なくとも１種の希土類元素であって、複数種の希土類元素を含む合金であるミッシュメタルも含む。

ＲＥの含有量は、１．５質量％以上２．５質量％以下とする。ＲＥの含有量を１．５質量％以上とすることで、十分な量のＡｌ−ＲＥ化合物が粒内や粒界に形成される。粒内に形成される化合物は、結晶粒の変形を抑制し、粒界に形成される化合物は、粒界すべりなどを抑制することで、高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制する。ＲＥの含有量を２．５質量％以下とすることで、Ａｌ−ＲＥ化合物が過度に存在して熱間割れなどの欠陥の原因になることを抑制し易い。また、ＲＥの添加による耐熱性の向上効果は、１．５質量％程度から飽和し始めるので、ＲＥの含有量を２．５質量％以下とすることで、高価な希土類元素の使用量を低減できて合金コストを低減できる。ＲＥの含有量は、更に１．８質量％以上２．２質量％以下、特に１．９質量％以上２．１質量％以下が好ましい。

［カルシウム（Ｃａ）］
Ｃａは、残留軸力で評価するマグネシウム合金の耐熱性を向上させる。また、Ｃａは、引っ張りに対する高温耐クリープ性の向上にも寄与する。さらに、Ｃａは、マグネシウム合金を作製する際に溶湯の防然性を向上させることに寄与する。マグネシウム合金の溶湯は発火し易く、一般的に溶湯の作製時に防然ガスを用いている。しかし、防然ガスの使用はマグネシウム合金の製造コストを上昇させる上、その扱いが煩雑である。Ｃａを溶湯に所定量添加することで、溶湯の防然性を向上させることができ、防然ガスの使用を低減または無くすことができる。Ｃａは、Ａｌ−Ｃａ化合物を形成して合金組織中に存在する。このＡｌ−Ｃａ化合物の形成により、過剰なＭｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）が抑制される。

Ｃａの含有量は、０．５質量％以上１．５質量％以下とする。Ｃａの含有量を０．５質量％以上とすることで、Ａｌ−Ｃａ化合物を十分に形成し、過剰なＭｇ−Ａｌ化合物の形成を抑制する。Ｃａの含有量が多いほど、十分な量のＡｌ−Ｃａ化合物が粒内や粒界に形成され、その化合物が高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制する。Ｃａの含有量を１．５質量％以下とすることで、Ａｌ−Ｃａ化合物が過度に存在して熱間割れなどの欠陥の原因になることを抑制し易い。Ｃａの含有量は、更に０．８質量％以上１．２質量％以下、特に０．９質量％以上１．１質量％以下が好ましい。

［ストロンチウム（Ｓｒ）］
Ｓｒは、残留軸力で評価するマグネシウム合金の鋳造性を向上させる。鋳造性の向上により、Ｓｒは引っ張りに対する高温耐クリープ性の向上にも寄与する。さらに、Ｓｒは、マグネシウム合金の融点を下げて、マグネシウム合金の鋳造性を向上させることにも寄与する。Ｓｒは、Ａｌ−Ｓｒ化合物を形成して合金組織中に存在する。このＡｌ−Ｓｒ化合物の形成により、過剰なＭｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）が抑制される。

Ｓｒの含有量は、０．１質量％以上０．４質量％以下とする。Ｓｒの含有量を０．１質量％以上とすることで、十分な量のＡｌ−Ｓｒ化合物が粒内や粒界に形成され、その化合物が高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制する。Ｓｒの含有量を０．４質量％以下とすることで、鋳造金型への溶湯の焼付きを抑制させ易い。Ｓｒの含有量は、更に０．２質量％以上０．４質量％以下が好ましい。

［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、残留軸力で評価するマグネシウム合金の耐熱性を向上させる。また、Ｍｎは、引っ張りに対する高温耐クリープ性の向上にも寄与する。さらに、Ｍｎは、マグネシウム合金中に不純物として存在し得るＦｅを低減させ、マグネシウム合金の耐食性を向上させる。Ｍｎは、Ａｌを含む化合物（Ａｌ−Ｍｎ化合物）を形成して、過剰なＭｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）を抑制する。

Ｍｎの含有量は、０．１質量％以上０．５質量％以下が挙げられる。Ｍｎの含有量を０．１質量％以上とすることで、十分な量のＡｌ−Ｍｎ化合物が粒内や粒界に形成され、その化合物が高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制する。その上、Ｍｎの含有量を０．１質量％以上とすることで、マグネシウム合金の耐食性を向上させ易い。また、Ｍｎの含有量を０．５質量％以下とすることで、粗大なＡｌ−Ｍｎ化合物の形成を抑制できる。Ｍｎの含有量は、更に０．２質量％以上０．４質量％以下、特に０．２質量％以上０．３質量％以下が好ましい。

［組織］
マグネシウム合金は、上述のＭｇ−Ａｌ化合物（β相）、Ａｌ−ＲＥ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｍｎ化合物、及びＡｌ−Ｓｒ化合物が結晶粒内や粒界に分散した組織を有する。

これらＡｌ−Ｓｒ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｍｎ化合物、及びＡｌ−ＲＥ化合物は、代表的には晶出物である。Ａｌ−Ｓｒ化合物、及びＡｌ−Ｃａ化合物の融点は１０００℃以上であり、Ａｌ−ＲＥ化合物の融点は１１００℃以上であり、Ｍｇ−Ａｌ化合物の融点（４６２℃）よりも十分に高い。これらＡｌ−Ｓｒ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｍｎ化合物、及びＡｌ−ＲＥ化合物のような高融点化合物が粒内や粒界に分散して存在することで、高温に保持された場合でも結晶粒の変形や粒界すべりなどを抑制し、高温環境下におけるマグネシウム合金の変形を抑制することができると考えられる。

Ａｌ−Ｓｒ化合物としては、例えば、Ａｌ_２Ｓｒ、Ａｌ_４Ｓｒ、Ｍｇ_１３Ａｌ_３Ｓｒ、Ｍｇ_１１Ａｌ_３Ｓｒ、Ｍｇ_９Ａｌ_３Ｓｒなどが挙げられる。Ａｌ−Ｃａ化合物としては、例えば、Ａｌ_２Ｃａ、Ａｌ_４Ｃａ、（ＭｇＡｌ）_２Ｃａなどが挙げられる。Ａｌ−Ｍｎ化合物としては、例えばＡｌ_２Ｍｎなどが挙げられる。Ａｌ−ＲＥ化合物としては、例えば、Ａｌ_２ＲＥ、Ａｌ_１１ＲＥ_３などが挙げられる。Ｍｇ−Ａｌ化合物としては、例えば、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２が挙げられる。これら化合物の組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）や、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）などによって成分分析を行うことで確認できる。

［用途］
実施形態に係るマグネシウム合金は、各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。用途としては、例えば、自動車や航空機などの輸送機器類、各種の電子・電気機器類（パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型ＰＣ、スマートフォンや折り畳み式携帯電話などの携帯電話、デジタルカメラなど）の筐体やカバーなどの外装部材、補強部材、骨格部材などが挙げられる。特に、高温環境下に配置される内燃機関の部品、より具体的には、アルミニウム合金製のシリンダブロックに対して鋼製のボルトで取り付けられるオイルパンなどに、実施形態に係るマグネシウム合金を用いることが挙げられる。

実施形態に係るマグネシウム合金は特に、板材などの単純形状ではなく、実製品などの複雑形状としたときに、優れた耐熱性と靱性を発揮する。例えば、図１に示すように内部空間を形成する形状を有し、角部を備えるものであって、角部３と角部３以外の部分とでは厚みが異なるものとすることができる。ここでの角部３とは、複数の面が交差する稜線部分である。例えば、図１に示すように内部空間を形成する容器状の本体１０を備える場合、天面部や、開口縁がつくる仮想平面に直交する平面で切断した縦断面における隣り合う二つの面が交差する部分が角部３に相当する。角部３は、外方に突出するもの（例、後述の角部３０など）、内側に窪んだもの（例、後述の角部３１〜３６）のいずれでもよい。

図１は、天面部と側壁部とを備え、一方が開口した容器状の本体１０を備える鋳造部材１を模式的に示す。図１の右半分は本体１０の天面部を上側に、開口部を下側に配置した状態の正面図、左半分はその断面図である。図１に示す鋳造部材１は、上述の割れなどの生じ易い複雑な形状の鋳造部材を概念的に示す。

図１に示す鋳造部材１は、本体１０の開口縁から外方に延設されるフランジ１２と、本体１０の内天面から開口側に向かって突出する少なくとも一つのボス１３と、本体１０の天面部から外方に突出する筒部１５と、天面部の外面と筒部１５の外面との交差部分に設けられる少なくとも一つのリブ１４と、側壁部の内側に設けられた凹部１６とを備える場合を例示する。フランジ１２、ボス１３、リブ１４、筒部１５、及び凹部１６から選択される少なくとも一つを備えていれば、その他を省略することができる。また、外方に突出する筒部１５に代えて、内部空間に突出する筒部を有することもできる。容器状に代えて、フランジ付きパイプなどとすることができる。

代表的には、フランジ１２は、ボルト孔が設けられて、他の部品や設置対象にボルトによって締結される部分として機能する。フランジ１２は、開口縁や側壁部の外周面に連続して設けられる環状の形態、開口縁や側壁部の外周面に沿って所定の間隔をあけて複数設けられる形態などが挙げられる。ボス１３は天面部などに他の部品を固定や連結などするためにボルトやねじ用の雌ねじを形成したり、ピンなどを圧入する挿入孔などを形成したりするものであり、代表的には筒状である。リブ１４は、貫通孔１５ｈが設けられた筒部１５を補強するものであり、代表的には板状である。また、代表的には、筒部１５の外周に放射状に複数のリブ１４が設けられる。ボス１３及びリブ１４の個数、大きさ、形状などは適宜選択できる。これらの個数が多いほど角部３が多くなり、上述の割れなどが生じ易い複雑な形状といえる。

鋳造部材１には、天面部の外面と側壁部の外面とが交差する外側の角部３０、外側の角部３０に対応する内側の角部３１といった本体１０自体に設けられる角部、本体１０とフランジ１２とが交差する角部３２、本体１０とボス１３とが交差する角部３３、本体１０とリブ１４とが交差する角部３４、本体１０と筒部１５とが交差する角部３５、凹部１６を形成する内底面と内壁面とが交差する角部３６などの複数の角部３が存在し得る。そして、この例の鋳造部材１では、各角部３とそれ以外の部分とは厚みが異なる。角部３の厚さｔとは、例えば、角部３１に示すように上記縦断面において角部３０をつくる天面部の外面と側面部の外面との角の二等分線上にとることが挙げられる。図１に示す例では、本体１０の角部３０，３１やボス１３近傍の角部３３、リブ１４近傍の角部３４などでは、その周囲の厚さよりも厚く、凹部１６における角部３６ではその周囲の厚さよりも薄い。また、図１に示す例では、各角部３は実質的に直角である。このような各角部３は、厚さの変化（肉厚変動）、形状の変化が大きい箇所といえ、割れなどが生じ易い箇所と考えられる。定量的には、上記縦断面における隣り合う二つの面が交差する角部３における交差角度が０°超１２０°以下程度、特に直角及びその近傍であり、角部３における厚さの変化量（その周囲の厚さを基準としたときの変化量）が１０％以上、更に２５％以上、５０％以上である箇所は、割れなどが生じ易い箇所と考えられる。実施形態のマグネシウム合金は、このような割れなどが生じ易い箇所を複数備える複雑な形状の鋳造部材１、特に上述の角部３を１個以上、更に５個以上備える鋳造部材１の製造に供する素材、又は鋳造部材１自体の構成材料に好適である。

＜作用効果＞
実施形態に係るマグネシウム合金によれば、以下の効果を奏することができる。
［１］高温における耐熱性に優れる。具体的には、圧縮応力に対する耐変形特性と、引張り応力に対する耐変形特性にバランス良く優れる。そのため、マグネシウム合金の各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。
［２］靱性に優れる。特に、図１に例示したような複雑形状の鋳造部材（ダイカスト材）１を作製したときに、優れた靱性を発揮する。
［３］難燃性に優れる。そのため、大気中で溶解しても溶湯の発火を抑制できるので、防燃ガスを不要にできてマグネシウム合金の各種鋳造部材の製造作業性を向上できる。
［４］鋳造金型への焼付きが生じ難い。そのため、マグネシウム合金の各種鋳造部材の製造作業性を向上できる。
［５］熱間割れなどの欠陥が生じ難い。そのため、優れた外観を有するマグネシウム合金の各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。
［６］リサイクル性に優れる。本実施形態のマグネシウム合金は、上記［１］〜［５］の特性を得るにあたり、再溶解時にマグネシウム合金中から消失し易いＢｅ（ベリリウム）などの微量添加元素を必須としていない。そのため、本実施形態のマグネシウム合金で構成される鋳造部材をリサイクルする際、当該鋳造部材を再溶解するだけで、新たな鋳造部材の原料となる溶湯を作製することができる。

＜試験例１＞
マグネシウム合金を用いてダイカスト材を作製し、そのダイカスト材の耐熱性と靱性とを評価した。本発明のマグネシウム合金は、その製造条件が以下のダイカスト材の製造条件に限定されるわけではない。

マグネシウム合金の溶湯を作製した。まず、純度９９．９質量％のマグネシウムの塊を５０ｋｇ用意し、Ａｒ雰囲気の溶解炉を用いて６９０℃で溶解し純マグネシウムの溶湯を作製した。続いて、完全に溶解した純マグネシウムの溶湯中に、以下の１〜５の添加元素の塊を添加して、表１の試料１−１〜１−５に示す組成のマグネシウム合金の溶湯を作製した。表１中の「−」は、添加元素を含有していないことを示す。添加元素の添加及び溶解は、湯温は６９０℃に保持した状態で棒状の治具によって１０分間撹拌して行った。なお、試料１−６は、汎用の耐熱マグネシウム合金（ＡＥ４４）であって、市販品である。

１．純度９９．９質量％の純アルミニウム塊
２．純度９９質量％のミッシュメタル塊
３．純度９９．５質量％のＣａ塊
４．純度９９質量％のＳｒ塊
５．アルミニウム母合金（Ａｌ−１０質量％Ｍｎ）
ミッシュメタルの含有元素及びその含有量は、Ｌａが２８質量％、Ｃｅが５１質量％、Ｎｄが１６質量％、Ｐｒが質量５％である。

作製した各試料のマグネシウム合金溶湯を用いて、ダイカスト材を作製した。ダイカスト材の作製には、コールドチャンバーダイカストマシン（宇部興産機械株式会社製、型番ＵＢ５３０ｉＳ２）を用いた。この試験では、ダイカスト材として、図１に示す鋳造部材１を作製した。角部３を除く箇所の平均厚さは４ｍｍ、上記角部３における厚さの変化量（上記平均厚さ４ｍｍに対する変化量）の最大値は５００％（最大厚さ２０ｍｍ）である。鋳造部材１のサイズは、幅２００ｍｍ×奥行１５０ｍｍ×最大高さ１５０ｍｍ（筒部を含む）程度であり、使用するマグネシウム合金の体積は４５０ｃｍ^３〜５００ｃｍ^３程度である。鋳造時の溶湯温度は６９０℃、射出速度は２．５ｍ／秒、鋳造圧力は６０ＭＰａに設定した。また、鋳造過程の冷却速度は、５０℃／秒以上とした。

［耐熱性の評価］
各試料の鋳造部材１について、以下のようにして耐熱性を評価した。ここでは、アルミニウム製のブロック材の適宜な位置にボルト孔を設け、ブロック材におけるボルト孔を備える取付面と、各試料の鋳造部材１に備わるフランジ１２の締付座面とを合わせて、両者のボルト孔に鉄製のボルトを配置し、このボルトによって各試料の鋳造部材１と上記ブロック材とを締結した試験部材を作製した。この試験部材を１５０℃で１７０時間保持した後、ボルトの締結力（残留軸力）を調べた。残留軸力は、ボルトに市販の歪ゲージを配置し、締結直後であって１５０℃に加熱する前の歪量Ｓ_０（ここでは初期締付軸力を９Ｎとして締め付けた際の歪量）、１５０℃×１７０時間の熱履歴を与えた後の歪量Ｓｔとを調べ、［（Ｓｔ−Ｓ_０）／Ｓ_０］×１００（％）を残留軸力（％）として表１に示す。また、横軸にＡｌの含有量を、縦軸に残留軸力を設定した残留軸力のグラフを図２に示す。図２において、ＡＥ４４の試料１−６は四角でプロットしている。

［靱性の評価］
各試料の靱性をシャルピー衝撃試験によって評価した。具体的には、各試料の鋳造部材１（図１）から長方形の板状試験片を切り出し、その板状試験片を市販のシャルピー衝撃試験機にセットして、各試料の破壊に至る衝撃値（Ｊ／ｃｍ^２）を測定した。測定値が大きいほど、靱性が高いと言える。衝撃値の測定結果を表１に示すと共に、横軸にＡｌの含有量を、縦軸に衝撃値を設定した衝撃値のグラフを図３に示す。なお、試料１−６（ＡＥ４４）の衝撃値の結果は、表１には示しているが、図３には示していない。

表１および図２に示すように、Ａｌの含有量が大きくなるに従って残留軸力は徐々に低下する傾向にあることが分かった。しかし、Ａｌに加えてＲＥ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｎを所定量含有させることで、Ａｌの含有量の増加に伴って低下する残留軸力を、ＡＥ４４（試料１−６）の残留軸力と同等程度にできることが分かった。さらに、表１および図３に示すように、試料１−２，１−３，１−４の衝撃値は、その他の試料の衝撃値よりも有意に高かった。特に、図３を参照すれば、試料１−２，１−３，１−４の部分に衝撃値のピークがあることが分かる。試料１−２，１−３，１−４は、Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であるマグネシウム合金である。

以上の結果から、試料１−２，１−３，１−４のようにマグネシウム合金に所定量の添加元素を含有させることで、図１に示すような複雑形状の鋳造部材１に対して、ＡＥ４４と同等程度の耐熱性と、優れた靱性を付与できることが分かった。この耐熱性と靱性の向上効果は、所定量の添加元素の存在だけでなく、Ａｌの含有量を６．５質量％以上７．５質量％以下とすることでマグネシウム合金の鋳造性が向上したことも要因の一つと推察される。マグネシウム合金の鋳造性が高いと、皺や割れなどの欠陥が少ない高品質の鋳造部材１を鋳造できるため、欠陥に起因する耐熱性の低下、および靱性の低下を抑制できると考えられる。

また、試料１−２，１−３，１−４のマグネシウム合金に含まれるＲＥの含有量はＡＥ４４よりもかなり少なく、コスト面でもＡＥ４４よりも有利である

＜試験例２＞
試験例２では、Ｃａの含有量を変化させた試料２−１〜２−９を作製し、各試料の残留軸力を測定した。試料の製造方法、形状、残留軸力の測定方法は実施形態１と同じである。試料２−１〜２−９の組成および残留軸力を表２に示す。また、横軸にＣａの含有量を、縦軸に残留軸力を設定した残留軸力のグラフを図４に示す。なお、図４における残留軸力の最低値を５０％としているため、残留軸力が５０％を下回る試料２−１，２−２の残留軸力は図４にプロットしていない。

表２、図４に示すように、Ｃａの含有量が多くなるに従い、残留軸力の値を向上させる効果が大きくなっていき、Ｃａの含有量が０．８質量％（試料２−４）前後から当該効果が飽和し始める。試料２−１〜２−９のＡｌの含有量は全て７質量％前後であるので、残留軸力の値を向上させる効果は、Ａｌの含有量だけで決定されるものでないことが明らかになった。また、Ｃａを含有させた効果は、Ｃａの含有量が０．８質量％前後から飽和し始めることから、Ｃａの含有量は、０．８質量％（試料２−４）以上、１．２質量％（試料２−６）以下とすることが好ましいことも明らかになった。

なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 鋳造部材 １０ 本体
１２ フランジ １３ ボス １４ リブ
１５ 筒部 １５ｈ 貫通孔 １６ 凹部
３，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６ 角部

Claims (4)

1. Ａｌを６．５質量％以上７．５質量％以下、
   希土類元素を１．５質量％以上２．５質量％以下、
   Ｃａを０．５質量％以上１．５質量％以下、
   Ｓｒを０．１質量％以上０．４質量％以下、
   Ｍｎを０．１質量％以上０．５質量％以下含み、
   残部がＭｇ及び不可避不純物であるマグネシウム合金。
2. Ｃａの含有量が０．８質量％以上１．２質量％以下である請求項１に記載のマグネシウム合金。
3. Ｓｒの含有量が０．２質量％以上０．４質量％以下である請求項１または請求項２に記載のマグネシウム合金。
4. Ｍｎの含有量が０．２質量％以上０．４質量％以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマグネシウム合金。

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