JP3132693B2 - ダイカスト用マグネシウム合金 - Google Patents

ダイカスト用マグネシウム合金

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JP3132693B2 JP04286297A JP28629792A JP3132693B2 JP 3132693 B2 JP3132693 B2 JP 3132693B2 JP 04286297 A JP04286297 A JP 04286297A JP 28629792 A JP28629792 A JP 28629792A JP 3132693 B2 JP3132693 B2 JP 3132693B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は希土類元素(以下R.
E.と表す。)を含有するダイカスト用の耐熱マグネシ
ウム合金に関する。
【0002】マグネシウムの比重は1.74で、工業用
金属材料中最も軽量である上、機械的性質もアルミニウ
ム合金に比較して見劣りしないので、主として航空機あ
るいは自動車材料、特に軽量化や低燃費化に対応する材
料として注目されてきた。
【0003】従来のマグネシウム合金のうちAlを5〜
10%、Znを1〜3%含有するMg−Al−Zn系
(ASTM規格−AZ91C等)では、Mg側に広いα
−固溶体領域があり、Mg−Al−Zn系化合物が晶出
する。鋳造のままでも強靱で耐食性に優れているが、時
効熱処理によって機械的性質が改善され、また焼入れ焼
戻しにより粒界に化合物相がパーライト状に析出する。
【0004】一方、耐熱性が優れ高温における使用に適
するマグネシウム合金が探究され、希土類元素を添加し
た合金が、常温における機械的性質はアルミニウム合金
に多少劣るが、250〜300℃までの高温においてア
ルミニウム合金に比肩する性質が得られることが見出さ
れている。
【0005】例えば、R.E.を含む実用合金として
は、Znを加えて析出硬化させ、Zrで結晶粒微細化を
行ったEZ33A(MDA)とZW41Aがあり、42
3〜503Kの範囲の使用に適している。また、R.
E.とAgを組み合わせて常温強さも改善し、Zrで結
晶粒の微細化を行ったQE22Aがあり、573Kまで
の温度で高耐力を要するところに使われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記QE22
A合金(Mg−2%Ag−2%R.E.−0.6%Z
r)は、もともと少量生産の砂型重力鋳造用材料とし
て、航空機や軍用に開発されたものであって、ダイカス
トやコストなどの量産性にはあまり配慮がされていな
い。
【0007】すなわち、QE22A合金においては、含
有されるAgおよびR.E.が融点を上げるためにダイ
カストには不向きであり、またZrが鋳造割れの原因と
なっている。さらに、AgおよびZrを含有するために
コストが高く、Agが耐食性に悪影響を及ぼし、耐食性
が良くない等の問題点がある。
【0008】本発明は希土類元素を含む耐熱性に優れた
QE22A合金がダイカスト性に劣りコスト高で量産に
適しないという前記のごとき問題点を解決するためにな
されたものであって、鋳造割れが少なく、低コストで耐
熱性および耐食性に優れたダイカスト用マグネシウム合
金を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者等は前記問題点を
解決するために、先ずQE22Aの構成元素のうち、常
温強度と耐食性に関連するAg含有量について検討をし
た。すなわち、Mg−2%Nd−1%Al−0.25%
Mn合金に対して、2.0%までのAgを0.5%刻み
で順次添加し、各Ag含有量における引張強さ、0.2
%耐力および腐食速度について測定した。得られた結果
は図1(a)および図1(b)に示した。
【0010】図1(a)に示したように、引張強さおよ
び0.2%耐力共に、Ag含有量の減少と共に0.5%
までは漸減するが、Ag含有量が0.5%においても、
所望の引張強さおよび0.2%耐力が確保できることが
判明した。また、図1(b)に示したように、腐食速度
はAg含有量が1.5%を越えると急激に増加すること
が判明した。その結果、コストと耐食性を考慮した場
合、Ag含有量は0.5〜1.5%とすることが適切で
あるとの知見を得た。
【0011】次に、R.E.は合金の高温強度を向上さ
せるが、R.E.の1つとしてNd添加の影響について
検討をした。すなわち、図2はMg−1%Ag−1%A
l−0.25%Mn合金に対して、3.0%までのNd
を1.0%刻みで順次添加し、各Nd含有量における1
50℃の引張強さおよび0.2%耐力について測定した
結果を示したものである。
【0012】図2に示したように、Ndを1.0%含有
させることにより、ほぼ所望の高温強度が確保され、そ
の後は漸次強度は向上するが、含有量が3.0%を越え
ると0.2%耐力が低減することがわかった。その結
果、Ndの添加が著しいコストアップになることを考慮
すると、Nd含有量は1.0〜3.0%とすることが適
切であることが判明した。なお、NdはCe系ミッシュ
メタル(50%Ce、La、Pr、Ndなどを含む)と
置き換えても、ある程度の効果が得られる事が確認され
ている。
【0013】Alは鋳造割れを防止し鋳造性を改善する
一方において高温特性を悪化させる元素である。そこ
で、Al添加の影響を研究するため、Mg−2%Nd−
1%Ag−0.25%Mn合金に対して、2.5%まで
のAlを0.5%刻みで順次添加し、各Ag含有量にお
ける150℃と200℃の引張強さおよび鋳造割れ発生
割合について測定した。得られた結果は図3(a)に引
張強さを、図3(b)に鋳造割れ発生割合を示した。
【0014】図3(a)に示したように、150℃と2
00℃の引張強さは、Al含有量の増加と共に漸次低下
し、2.0%を越えると急激に低下することが分かっ
た。また、図3(b)に示したように、鋳造割れ発生割
合は、Al含有量の増加に従って急減するが、0.5%
含有量でほぼ所望の発生割合が確保できることが判明し
た。その結果、Al含有量は0.5〜2.0%とするこ
とが適切であるとの知見を得た。
【0015】MnはFeと化合物を形成し、合金の耐食
性を改善する元素であるが、同様にMn添加の影響につ
いても検討した。すなわち、Mg−1%Ag−2%Nd
−1.0%Al合金に対して、0.8%までのMnを順
次添加し、各Mn含有量における腐食速度について測定
し、得られた結果は図4に示した。
【0016】図4から明らかなように、腐食速度低減の
効果は、Mn含有量が0.2%以上であらわれ、それ以
上添加しても耐食性向上の効果が飽和することが判明し
た。その結果、Mn含有量は0.2〜1.0%とするこ
とが適当であるとの結論を得た。
【0017】また、従来のMg−Ag−R.E.合金Q
W22Aでは、結晶粒微細化による強度向上のため、Z
rを添加していたが、本発明では比較的冷却速度の大き
いダイカストを前提としているため、Zrを添加しなく
ても、微細粒が得られる。
【0018】本発明合金は前記のごとき知見に基づいて
完成されたものであって、本発明のダイカスト用マグネ
シウム合金は、重量比で、Ag;0.5〜1.5%、希
土類金属;1.0〜3.0%、Al;0.5〜2.0
%、Mn;0.2〜1.0%を含有し、残部が不可避不
純物とMgからなることを要旨とする。
【0019】
【作用】本発明合金は、Agを0.5〜1.5%と従来
合金よりも低く規制したので、耐食性が向上すると共に
コストを低減することができた。また、Alを0.5〜
2.0%添加することにより、鋳造性が改善されて、湯
流れが良くなり鋳造割れが減少し、Zrを添加しないの
で、鋳造割れが減少し、コストの低減を図ることができ
た。
【0020】本発明合金において、各元素の添加理由と
組成範囲の限定理由について説明する。 Ag;0.5〜1.5% Agは粒内にMg−Ag系の化合物を形成し、室温強度
を向上させる。Ag含有量が0.5%未満では前記効果
が充分に得られず、1.5%を越えて含有させると、耐
食性が劣化するので、その含有量を0.5〜1.5%と
した。
【0021】希土類金属;1.0〜3.0% 希土類金属は粒界にMg−R.E.系の化合物を形成
し、高温強度と高温クリープ特性を向上させる。前記効
果を得るためには少なくとも1.0%以上含有させる必
要がある。しかし、3.0%を越えて含有させると耐力
を低下させるので上限を3.0%とした。希土類金属と
してはMg−R.E.系の化合物の融点が高い方が、高
温強度に対して、好ましいので、Ndが最も好ましく、
次いでCeが好ましい。CeはCe含有量が50%以上
のミッシュメタルで置換してもよい。
【0022】Al;0.5〜2.0% AlはMg−Al−Zn系(ASTM−AZ91D)な
どでは、粒界に低融点の化合物を形成し、高温特性を悪
化させるが、希土類元素と同時に用いることにより、こ
れを防止できる。また、Alは湯流れを良くし、鋳造割
れを防止して鋳造性を改善する。その含有量が0.5%
未満では前記効果が充分に得られず、2.0%を越えて
含有させると、高温強度が低下するするので、Al含有
量は0.5〜2.0%に限定した。
【0023】Mn;0.2〜1.0% MnはAlと同時に含有させることにより、不純物の鉄
と化合物を形成し、耐食性を向上させる。AlおよびM
nによる耐食性の向上は図5のMg−Nd系合金におい
て、Alのみを含有するもの、Mnのみを含有するも
の、AlおよびMnを同時に含有するもののAg含有量
と腐食速度の関係を示す線図示す通りである。前記効果
を得るためには、少なくとも0.2%以上含有させる必
要がある。しかし、0.3%を越えて含有させもその効
果は飽和し、1%を越えると機械的性質に悪影響を及ぼ
すので、その含有量は0.2〜1.0%に限定した。
【0024】
【実施例】本発明の実施例を従来例と対比して説明し、
本発明の効果を明らかにする。 (実施例1)本発明の実施例として、本発明の組成範囲
内のAl1.0%、Nd2.0%、Ag1.0%、Mn
0.25%を含有するマグネシウム合金を溶製し、鋳造
温度700℃、金型温度80〜120℃、鋳造圧力80
0kgf/cm2で、コールドチャンバダイカストマシ
ンを用いて、テストピースを鋳造した。
【0025】得られたテストピースについて、引張試験
(室温および150℃)、鋳造割れ評価、耐食性評価を
行い、結果を表1に示した。なお、比較のために従来材
料であるAZ91Dについては実施例と同一条件にてダ
イカスト鋳造し、QE22Aについては重力鋳造により
同様にテストピースを調製し、実施例と同様に引張試験
(室温および150℃)、鋳造割れ評価、耐食性評価を
行い、結果を表1に併せて示した。
【0026】
【表1】
【0027】表1に示したように、本発明の実施例1は
引張強さにおいては、室温においてAZ91D、QE2
2Aとほぼ同等であるが、高温ではQE22Aとほぼ同
等であり、AZ91Dより優れている。耐食性について
は実施例1はQE22A合金と比較して数段優れてお
り、AZ91D並の耐食性を有することが判明した。ま
た、鋳造割れ評価の結果は、実施例1はQE22A合金
の30%に対して僅かに2%であって、AZ91Dの3
%とほぼ同等であって、鋳造性に優れていることが確認
された。
【0028】(実施例2)本発明の実施例2として、実
施例1の組成のNd2.0%の代わりにミッシュメタル
(セリウム、ランタン、ネオジウム、プラセオシウムを
含む)を2.0%添加したマグネシウム合金を溶製し、
実施例1と同一条件でテストピースをダイカスト鋳造し
た。得られたテストピースについて、実施例1と同様に
引張試験(室温および150℃)、鋳造割れ評価、耐食
性評価を行い、結果を表1に示した。
【0029】表1から明らかなように、実施例2の合金
は引張強さが実施例1の合金に比べてやや劣るものの、
高温強度についてはQE22Aとほぼ同等であり、AZ
91Dよりはるかに優れている。また、耐食性および鋳
造割れについては実施例1とほぼ同等の結果の得られる
ことが判明し、本発明の効果が確認されると共に、本発
明合金において、Ndをミッシュメタルに置換してもほ
ぼ同等の結果の得られることが確認された。
【0030】
【発明の効果】本発明のダイカスト用マグネシウム合金
は以上説明したように、希土類金属を1.0〜3.0%
含有させて高温強度を確保し、Agを0.5〜1.5%
と従来合金よりも低く規制したので、耐食性が向上する
と共にコストを低減することができ、Alを0.5〜
2.0%添加することにより、鋳造性が改善されて、湯
流れが良くなり鋳造割れが減少し、Mnの0.2〜1.
0%をAlと同時に含有させることにより、不純物の鉄
と化合物を形成し、耐食性を向上させ、Zrを添加しな
いので、鋳造割れが減少し、コストの低減を図ることが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】Mg−Nd−Al−Mn系合金におけるAg含
有量と引張強さおよび0.2%耐力との関係(a)およ
びAg含有量と腐食速度の関係(b)を示す線図であ
る。
【図2】Mg−Ag−Al−Mn系合金におけるNd含
有量と引張強さおよび0.2%耐力との関係を示す線図
である。
【図3】Mg−Nd−Ag−Mn系合金におけるAl含
有量と引張強さおよび0.2%耐力との関係(a)およ
びAl含有量と鋳造割れ発生割合の関係(b)を示す線
図である。
【図4】Mg−Nd−Ag−Al系合金におけるMn含
有量と腐食速度との関係を示す線図である。
【図5】Mg−Nd系合金において、Alのみを含有す
るもの、Mnのみを含有するもの、AlおよびMnを同
時に含有するもののAg含有量と腐食速度の関係を示す
線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭46−6202(JP,A) 特開 昭51−92707(JP,A) 特開 平3−253538(JP,A) 特開 平5−33096(JP,A) 特開 平5−171333(JP,A) 鈴木”マグネシウム合金鋳物の動向" 神戸製鋼技報,Vol.42,No.1, P.60−63(1992) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 23/00 - 23/06 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、Ag;0.5〜1.5%、希
    土類金属;1.0〜3.0%、Al;0.5〜2.0
    %、Mn;0.2〜1.0%を含有し、残部が不可避不
    純物とMgからなることを特徴とするダイカスト用マグ
    ネシウム合金。
JP04286297A 1992-10-23 1992-10-23 ダイカスト用マグネシウム合金 Expired - Fee Related JP3132693B2 (ja)

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