JP2559306B2

JP2559306B2 - マグネシウム合金のミクロ収縮巣に関する性能を改善する方法

Info

Publication number: JP2559306B2
Application number: JP3249627A
Authority: JP
Inventors: ジヤン・シヤルボニエ; ジル・ヌスボー; ジル・ルガゾーニ
Original assignee: Pechiney Electrometallurgie SAS
Current assignee: Ferropem SAS
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: KR100225180B1; EP0478479B1; ES2071961T3; EP0478479A1; CA2052372C; FR2667328A1; CA2052372A1; DE69109788T2; DE69109788D1; NO913693L; NO179290B; FR2667328B1; NO179290C; US5223215A; NO913693D0; KR920006526A; JPH0867928A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ミクロ収縮巣に関する
マグネシウム合金の性能を改善するための方法に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】本明細書ではマグネシウム合金とは、 4
〜10重量％のアルミニウムと、 − ３重量％以下の亜鉛及び／もしくは１重量％以下の
マンガンと、又は、 − １重量％以下のケイ素及び／もしくは１重量％以下
のマンガンとを含み、残りがマグネシウムであるマグネ
シウム合金の全てであると理解される。

【０００３】更に特に、ASTM標準によって次のように定
義されるマグネシウム合金を挙げることが可能である。

【０００４】− AZ63（6.0 重量％のアルミニウム、3.
0 重量％の亜鉛、0.15重量％以上のマンガンを含むマグ
ネシウム合金）、 − AZ80（8.5 重量％のアルミニウム、0.5 重量％の亜
鉛、0.12重量％以上のマンガンを含むマグネシウム合
金）、 − AZ91（8.7 重量％のアルミニウム、0.7 重量％の亜
鉛、0.13重量％以上のマンガンを含むマグネシウム合
金）、 − AZ92（9.0 重量％のアルミニウム、2.0 重量％の亜
鉛、0.1 重量％以上のマンガンを含むマグネシウム合
金）、 − AM60（6.0 重量％のアルミニウム、0.13重量％のマ
ンガンを含むマグネシウム合金）、 − AM100 (10.0 重量％のアルミニウム、0.1 重量％の
マンガンを含むマグネシウム合金）、 − AS41（4.2 重量％のアルミニウム、0.35重量％のマ
ンガンを含むマグネシウム合金）。

【０００５】これらの合金は良好な機械的性質と優秀な
耐食性とを有する。しかし、これらの合金が、砂型内、
密閉鋳型内又は加圧鋳造によって液体金属から重力で鋳
造される時には、その構造中にミクロ収縮巣を呈するの
が一般的である。こうしたミクロ収縮巣は、その金属が
凝固する間に、場合によっては数体積％までに及ぶ収縮
がその金属に生じるということに起因する。液体金属が
収縮区域に全く与えられない場合には、空隙が生じ、そ
の結果として空洞すなわち収縮巣が形成されることにな
る。

【０００６】上記の合金の場合のようにその金属の凝固
時間が非常に長いと、比較的広いペースト状区域が鋳造
部品内に形成され、この区域内では収縮が漸進的に進
む。従って、液体金属は長い距離に亙ってその固体樹枝
状結晶の間に入り込まなければならず、空隙を満たすこ
とが不可能である。その結果として、ペースト状区域の
全体に亙って、結晶粒の間に分布したミクロ空洞が形成
される。

【０００７】ミクロ収縮巣はそれを含む鋳造部品の機械
的性質を劣化させる傾向がある。特に、薄肉の部品の場
合にはミクロ収縮巣が開口した穴を形成し、その鋳造部
品に圧力が加えられる用途にそうした部品を使用するこ
とを不可能にする。

【０００８】従って、上記合金から、良好な機械的特性
を有するか又は少なくとも封孔されている鋳造部品を得
ることが求められる場合、耐食性のような他の性質を劣
化させることなくミクロ収縮巣の形成を防止するという
課題が生じる。

【０００９】勿論、この問題は新しいものではなく、マ
グネシウム合金鋳造分野の専門家はこの問題の解決策を
捜していた。

【００１０】例えば、上記で列挙したマグネシウム合金
中のミクロ細孔の存在を低減させるためにカルシウムを
添加することが発見されている。英国特許第 847,992号
がこの分野で引用されてよい。この文献は、そのp.2 の
95〜99行において、アルミニウムと亜鉛とを高含量で含
むマグネシウム合金がミクロ収縮巣を形成する傾向を有
し、カルシウムの存在がこの傾向を大きく減少させると
述べている。しかし、上記特許の請求項第１項によれば
その使用量が 0.5〜3 ％であるということに気づく。こ
の量は比較的大きな量であり、製造上、特にその金属及
び／又は金属部品を装置に接着する際、困難をもたら
す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題と課題を解決するための
手段】従って、本出願人は、より欠点が少ない別の解決
策を発見しようと努めてきた。このために、本出願人
は、 4〜10重量％のアルミニウムと、３重量％以下の亜
鉛及び／もしくは１重量％以下のマンガン又は１重量％
以下のケイ素及び／もしくは１重量％以下のマンガンと
を主要な添加成分として含むマグネシウム合金の、鋳造
時のミクロ収縮巣に関する性能を改善するための方法を
開発し、この方法は、鋳込み前に前記合金にストロンチ
ウムを添加することを特徴とする。

【００１２】従って、本発明は、アルカリ土類金属族
（即ちストロンチウム）元素を前記マグネシウム合金に
加えることを含む。

【００１３】マグネシウム合金中のストロンチウムの存
在は既に他で報告されており、この関係では英国特許第
687,934号、同第 687,935号、同第 1,354,363号を引用
することが可能である。しかし、これらの文献は、リチ
ウムとジルコニウム及び／又はカドミウムと銀を含む合
金に関するものである。これらの文献は、ストロンチウ
ムに関しては、亜鉛、カドミウム、トリウム、水銀、
銀、バリウム、カルシウム、鉛といった他の合金化に用
いる元素の中にあるだけであり、ストロンチウムに特別
な作用があるとは述べていない。本出願人は、上記のマ
グネシウム合金にストロンチウムを添加することによっ
て、次の効果が得られるをこと発見したのである。

【００１４】− 部品の比較的狭い区域内に、且つ常
に、型の口に近い区域（即ち給送付近の部分）に、ミク
ロ収縮巣を集中させ、例えばこの区域を押湯にする（ri
sering）ことによって、良好な鋳造部品を得ることを可
能にする効果、 − 最小密度と、ストロンチウム含量が最大である合金
の密度との間の差異を大きく減少させる効果（即ち、合
金中に導入されるストロンチウム量を増加させると、い
かなる多孔度も有さない合金の理論的最小密度と鋳造合
金の実際の密度との間の差異が減少する。このことは、
ストロンチウム含量が高いと鋳造部品の多孔度が減少す
ることを意味する）、 − それによって、その耐食性を低下させることなし
に、鋳造部品の機械的性質を改善する効果。

【００１５】加えられるストロンチウムの量は、その合
金の全重量の0.01〜2 重量％であることが好ましい。0.
01重量％未満のストロンチウム添加の場合にはその効果
はないに等しく、2 重量％を越えるストロンチウム添加
の場合は、多量の金属間化合物が生じて金属を脆化させ
るので、有害であることが発見されている。

【００１６】このストロンチウム添加は、当業界で公知
の方法によって元素の形（即ち、純金属の形態）で行な
われることが好ましい。

【００１７】

【実施例】実施例１本実施例の目的は、鋳造部品の密度に対するストロンチ
ウム添加の効果とカルシウム添加の効果をそれぞれ示す
ことである。平行六面体の試料（15×30×250mm³）
を、温度 700℃において同一条件で砂型内で鋳造した。
鋳型から取り出した後で、これらの標本にX 線照射し、
その密度を測定し、鋳込み口からの距離に対する関数と
して合金の密度の変化を調べた。

【００１８】(a) 0重量％、 0.018重量％、 1重量％、
2 重量％のストロンチウムと(b) 0.018 重量％、 1重量
％、2 重量％のカルシウムを含むAZ91合金に、この方法
を適用した。その結果が添付図面の図１、図２、図３に
示されており、これらの図は上記の含量の各々に関する
カルシウムとストロンチウムの効果を比較している。

【００１９】ストロンチウムを含む試料では、次の結果
が認められた。

【００２０】− 鋳込み口から150mm の距離の密度がそ
の合金の理論密度に実質的に等しかった。

【００２１】− ストロンチウム含量が高くなればなる
ほど、ミクロ細孔の数が減少した。

【００２２】− 小さな区域に欠陥部分が集中し、一
方、その試料の残り部分はAZ91よりも良好だった。工場
施設の場合には、この欠陥部分の集中した区域は押湯に
よって補充されるだろう。

【００２３】カルシウムも同様の効果を有したが、その
効果はストロンチウムの場合よりも遥かに小さかった。

【００２４】実施例２本実施例の目的は、合金AZ91の機械的性質に対するスト
ロンチウムの作用を示すことである。状態T4又はT6であ
り且つ0 重量％又は0.3 重量％のストロンチウムを含
む、ミクロ収縮巣のない試料に対して、周囲温度で引張
試験を行い、弾性限界Ｒｐ0.2 、破断強度Ｒｍ、伸びＡ
を測定した。その結果が次の表に示されている。

【００２５】状態T4とT6は、溶解のための加熱処理とそ
の後の時効処理（第１の場合には自然時効処理、第２の
場合には人工時効処理）に対応するということに留意す
べきである。

【００２６】

【表１】

【００２７】ストロンチウムの添加が機械的引張性質に
対して悪影響を与えず、状態T4の合金の弾性限界を改善
しさえするということが発見された。更に、ストロンチ
ウムの存在によってミクロ収縮巣が存在しないことが保
証されるので、試験によって得られた値が、鋳造部品全
体の性質を表していることが確かである。ストロンチウ
ムが存在しない場合には、こうした結果を得ることは非
常に困難である。

【００２８】実施例３この実施例の目的は、耐食性に対するストロンチウムの
影響を示すことである。

【００２９】この目的のために、鋳造された試料の中心
部分から採取され且つT4処理又はT6処理が加えられた、
0重量％、 0.018重量％、0.3 重量％のストロンチウム
を含むAZ91試料に対して、塩化ナトリウムを５重量％含
む水性溶液を３日間に亙って作用させ、その後でその試
料の重量損失を測定した。

【００３０】その結果が次の表に示されている。

【００３１】

【表２】

【００３２】これらの結果は、ストロンチウムの添加
が、特に0.3 重量％の含量の場合に、試料の重量損失の
大きな減少をもたらすということを示す。

【００３３】従って、ミクロ収縮巣が存在しないことに
よって試料の比表面積が大きく減少し、その結果として
耐食性が改善される。

【００３４】本発明は、特にギアボックスケース及びポ
ータブルコンピュータの構造用部品に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】AZ91、0.018 重量％のストロンチウムを含むAZ
91、0.018 重量％のカルシウムを含むAZ91の各々に関す
る、鋳込み口からの距離に応じた合金の密度の変化を示
すグラフ。

【図２】AZ91、１重量％のストロンチウムを含むAZ91、
１重量％のカルシウムを含むAZ91の各々に関する、鋳込
み口からの距離に応じた合金の密度の変化を示すグラ
フ。

【図３】AZ91、２重量％のストロンチウムを含むAZ91、
２重量％のカルシウムを含むAZ91の各々に関する、鋳込
み口からの距離に応じた合金の密度の変化を示すグラ
フ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジル・ルガゾーニフランス国、38000・グルノーブル、リユ・サン・フランソワ、１

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 4〜10重量％のアルミニウムと、３重量
％以下の亜鉛及び／もしくは１重量％以下のマンガン又
は１重量％以下のケイ素及び／もしくは１重量％以下の
マンガンとを主要な添加成分として含むマグネシウム合
金の、鋳造時のミクロ収縮巣に関する性能を改善するた
めの方法であって、鋳込み前に前記合金にストロンチウ
ムを添加することを特徴とする方法。
【請求項２】添加されるストロンチウムの量が0.01〜
2 重量％であることを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記ストロンチウムが純金属の形態で加
えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。