JP2019524988A - マグネシウム合金材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記マグネシウム合金材の熱伝導度は135W/mK以上であってもよい。
前記製造された押出材を熱処理する段階は、200℃〜400℃の温度範囲で熱処理するものであってもよい。より具体的には、0.5時間〜2時間熱処理するものであってもよい。
前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階は、直接押出方式で熱間押出してもよい。
前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階は、350℃〜550℃の温度範囲で熱間押出してもよい。より具体的には、10〜30mpmの速度で熱間押出してもよい。
前記均質化熱処理されたビレットを予熱する段階は、間接加熱方式の加熱炉で予熱してもよい。より具体的には、350℃〜550℃の温度範囲で予熱してもよい。
前記ビレットを均質化熱処理する段階は、400℃〜500℃の温度範囲で均質化熱処理してもよい。より具体的には、10時間〜16時間均質化熱処理してもよい。
また、合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備する段階は、650℃〜750℃の温度範囲で連続鋳造してもよい。
また、前記合金溶湯を50〜150mm/minの速度範囲で連続鋳造してもよい。
前記マグネシウム合金材の平均結晶粒径は10μm〜20μmであってもよい。
前記マグネシウム合金材の熱伝導度は135W/mK以上であってもよい。
より具体的には、上記マグネシウム合金材の微細組織は、変形組織および二次相がほとんど存在しない完全再結晶組織であってもよい。
よりさらに具体的には、上記マグネシウム合金材は、後述するマグネシウム合金材の製造方法によって、上記のような完全再結晶組織のマグネシウム合金材を得ることができる。
後述するマグネシウム合金材の製造方法のうち熱処理段階によって、上記マグネシウム合金材の平均結晶粒径を上記のように制御することができる。マグネシウム合金材の平均結晶粒径が上記範囲の場合、熱伝導度を多少向上させることができる。
より具体的には、上記マンガンが0.8重量%未満の場合、マグネシウム合金材の強度が過度に劣ることがある。反面、1.8重量%を超える場合、二次相が多く生成されることによって、熱伝導性が低下することがある。
より具体的には、カルシウムは、微量添加のとき、合金自体の発火温度を上昇させて発火を抑制する役割を果たす。また、熱間押出工程のとき、表面クラックを防止する役割もする。ただし、0.2重量%を超えて含まれる場合、Mg2Caなどの二次相を形成することがある。また、熱伝導度の側面では、合金元素の添加量を最小限にするほど有利である。したがって、最大添加量を上記範囲とする場合、二次相の形成なく、熱伝導度に優れたマグネシウム合金材を製造することができる。
上記合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備する段階において、上記合金溶湯の全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8%、Ca:0.2%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含むことができる。
上記連続鋳造速度は50mm/min〜150mm/minの速度であってもよい。
また、鋳造速度と連動するビレット切断装置を用いて連続鋳造が可能であり、電磁場工法(EMC/EMS)を用いてビレット内外部の欠陥を最小化することができる。
より具体的には、上記ビレットを400℃〜500℃の温度範囲で均質化熱処理してもよい。
よりさらに具体的には、上記ビレットを10時間〜16時間均質化熱処理してもよい。
上記均質化熱処理されたビレットを間接加熱方式の加熱炉で予熱してもよい。 より具体的には、上記均質化熱処理されたビレットを直接加熱方式の加熱炉で予熱する場合、直接的な火花によって局部的に表面が過熱することがある。これによって、表面が溶融して火災の危険がありうる。したがって、上記ビレットを間接加熱方式の加熱炉で予熱可能である。
よりさらに具体的には、上記間接加熱方式の加熱炉は、高周波または低周波誘導電流を用いるインダクションヒータ方式を例に挙げることができる。ただし、これに制限するわけではなく、トーチなどのように直接的に火花の出る方式でなければすべて可能である。
よりさらに具体的には、上記均質化熱処理されたビレットを350℃未満で予熱する場合、後述する熱間押出段階でビレットを塑性変形させるための応力が増加し、高い押出圧力によって押出機が負荷を多く受ける。これによって押出速度を速くすることが難しいため、生産性が低下する。
本願の図1は、本発明の一実施形態のマグネシウム合金材の製造方法で用いる直接押出機の模式図を示すものである。
より具体的には、上記予熱されたビレットを上記温度範囲で熱間押出することによって、押出機に大きな負荷を与えず、表面欠陥なく簡単に押出材を製造することができる。
より具体的には、熱間押出速度が遅すぎる場合、生産性が著しく低下することがある。反面、押出速度が速すぎる場合、押出圧力が過度に高くなるので、押出機は過負荷を受けることがある。また、一部の高い温度と高い速度区間では、局部溶融によって表面クラックが発生しうる。
より具体的には、上記製造された押出材を熱処理する段階において、上記押出材を200℃〜400℃の温度範囲で熱処理してもよい。
より具体的には、上記押出材を0.5時間〜2時間熱処理してもよい。
上記製造された押出材を上記温度範囲および上記時間の間熱処理することによって、前述した熱間押出段階で発生した変形組織と残留応力などを緩和させることができる。これによって、全体微細組織100体積%に対して、99体積%以上の再結晶組織を有するマグネシウム合金材を得ることができる、したがって、上記マグネシウム合金材の熱伝導度は135W/mK以上であってもよい。
全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、Ca:0.2重量%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含む合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備した。
この後、上記均質化熱処理されたビレットを430℃で4時間予熱した。
この後、上記予熱されたビレットを直接熱間押出機を用いて熱間押出した。このとき、430℃で15mpmの速度で熱間押出して押出材を製造した。
この後、上記押出された押出材を300℃で1時間熱処理して最終マグネシウム合金材を得た。
全体100重量%に対して、Mn:0.5〜2.0%、Al:0.1%以下(0%を除く)、Be:8〜15ppm、Ca:0.2%以下(0%を除く)、および残部Mgを含むマグネシウム合金をストリップキャスティングして板材を準備した。
この後、上記板材を本願の実施例と同じ条件で均質化熱処理した。
この後、上記均質化熱処理された板材を150℃〜300℃の温度で温間圧延した。
商用AZ31マグネシウム合金を準備した。
商用AZ61マグネシウム合金を準備した。
商用STS304ステンレス鋼を準備した。
全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、残部Mg、および不可避不純物を含む合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備した。上記実施例と比較して、Ca成分を含まない点を除けば、同じ成分および組成の合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備した。
この後、上記準備された実施例と比較例1〜4の熱伝導度を比較実験した。このとき、上記熱伝導度は、試験片を直径10〜13mm、厚さ2.0〜3.0mmの円形ディスク形態に加工した後、25℃で熱定数測定装置を用いて測定した。その結果は、下記表1に開示された通りである。
その結果、本願の実施例は、比較例1〜4に比べて熱伝導度が著しく優れていることを確認できる。
図2は、実施例の押出後の熱処理温度による微細組織と、比較例1の圧延後の熱処理温度による微細組織とを光学顕微鏡で観察して示すものである。
11:ビレット
12:押出材
21:ダイ(Die、押出金型)
22:ダイホルダ(Die Holder、押出金型支持台)
31:コンテナ
41:ラム(Ram、油圧によって移動する部品)
Claims (18)
- 全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、Ca:0.2重量%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含むマグネシウム合金材で、かつ、
前記マグネシウム合金材の全体微細組織100体積%に対して、99体積%以上の再結晶組織を有する、マグネシウム合金材。 - 前記マグネシウム合金材の平均結晶粒径は10μm〜20μmである、請求項1に記載のマグネシウム合金材。
- 前記マグネシウム合金材の熱伝導度は135W/mK以上である、請求項2に記載のマグネシウム合金材。
- 溶湯全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、Ca:0.2重量%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含む合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備する段階と、
前記ビレットを均質化熱処理する段階と、
前記均質化熱処理されたビレットを予熱する段階と、
前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階と、
前記製造された押出材を熱処理する段階と、を含む、マグネシウム合金材の製造方法。 - 前記製造された押出材を熱処理する段階において、
200℃〜400℃の温度範囲で熱処理をする、請求項4に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記製造された押出材を熱処理する段階において、
0.5時間〜2時間熱処理をする、請求項5に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階において、
直接押出方式で熱間押出をする、請求項4に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階において、
350℃〜550℃の温度範囲で熱間押出をする、請求項7に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記予熱されたビレットを熱間押出して押出材を製造する段階において、
10〜30mpmの速度で熱間押出をする、請求項8に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記均質化熱処理されたビレットを予熱する段階において、
間接加熱方式の加熱炉で予熱をする、請求項4に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記均質化熱処理されたビレットを予熱する段階において、
350℃〜550℃の温度範囲で予熱をする、請求項10に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記ビレットを均質化熱処理する段階において、
400℃〜500℃の温度範囲で均質化熱処理をする、請求項4に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記ビレットを均質化熱処理する段階において、
10時間〜16時間均質化熱処理をする、請求項12に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 溶湯全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、Ca:0.2重量%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含む合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備する段階において、
650℃〜750℃の温度範囲で連続鋳造をする、請求項4に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 溶湯全体100重量%に対して、Mn:0.8〜1.8重量%、Ca:0.2重量%以下(0%を除く)、残部Mg、および不可避不純物を含む合金溶湯を連続鋳造してビレットを準備する段階において、
50〜150mm/minの速度範囲で連続鋳造をする、請求項14に記載のマグネシウム合金材の製造方法。 - 前記マグネシウム合金材は全体微細組織100体積%に対して、99体積%以上の再結晶組織を有する、請求項4〜15のいずれか1項に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
- 前記マグネシウム合金材の平均結晶粒径が10μm〜20μmである、請求項4〜15のいずれか1項に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
- 前記マグネシウム合金材の熱伝導度が135W/mK以上である、請求項4〜15のいずれか1項に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
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