JP3221064B2 - マグネシウム合金製部材の製造方法 - Google Patents

マグネシウム合金製部材の製造方法

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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマグネシウム(以下、M
gとする。)合金製部材の製造方法に関わり、特に、部
材の切削加工時に排出されるMg合金切粉等を、押し出
し材として再利用する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mg合金は、実用化されている構造用金
属中もっとも軽量であり、比強度(耐力/比重)が高い
という特性を有していることから、自動車、航空・宇宙
機器、その他の機械類の部品等に広く利用されている。
一方、このようにMg合金製部材が部品として様々な分
野に多量に使用されるようになった結果、切削あるいは
研削作業による切粉が多量に排出されるようになり、同
時に、Mg合金スクラップや使用済み廃棄物等も多量に
排出されるようになった。
【0003】これらの切粉等は、焼却処分するか、土中
に埋めて廃棄するか、あるいは集めて再溶融することが
多いが、資源及びエネルギーの浪費であるばかりでな
く、危険でもあるので、これを有効に再利用するための
手段が種々検討された。たとえば、特開昭55ー38
963号公報の記載にならい、ホットプレスを利用して
焼結部品を製造する、特開平2ー182806号公報
の記載にならい、ホットプレスしたのち押し出し成形す
ること等が試みられた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】その結果、上記の方
法では、成形できる部品形状が制限されるほか、Mg合
金切粉の場合、機械部品としての使用に耐えるほど十分
に固化し得ないという欠点があった。
【0005】一方、上記の方法を、アルミニウム(以
下、Alとする。)含有量の少ない、あるいは含有しな
いMg合金切粉に適用した場合、引張強度及び耐力は鍛
造品レベルのものが得られ、伸びは鍛造品に比べ非常に
大きくなるなど、相当の効果が認められた。Mg合金切
粉を押し出し成形したものが、鍛造品に比べこのように
大きい伸びを示すのは、切粉自体、切削工程を経て結晶
粒が小さくカットされているうえ、押し出し成形により
さらに結晶粒が微細化されたためと考えられた。
【0006】また、上記の方法をAl含有量の多いM
g合金切粉に適用した場合は、引張強度及び耐力につい
ては、鋳造品を押し出し成形したものを超えるレベルの
ものが得られ、やはり相当の効果が認められた。しか
し、伸びについては、Al含有量の少ない、あるいは含
有しないMg合金切粉でみられたような顕著な効果が現
れず、鋳造品を押し出し成形したものと同等のレベルに
留まった。これは、Al含有量の多いMg合金ではMg
17Al12(金属間化合物)生成量が多いため、Al含有
量の少ない、あるいは含有しないMg合金に比べ、十分
な伸びが得られないものと考えられた。
【0007】ところで、機械の部品等には、高い機械的
強度に加えて相当の伸びが必要とされるものが多い。た
とえば、自動車のドア内部にはインパクトバーといわれ
る部材が設置され、側面からの衝撃から乗員を保護する
ようになっている。このインパクトバーが吸収できる衝
撃エネルギーは、図6に示す引っ張り強度−伸び曲線で
囲まれる面積に相当し、強度が高く伸びが大きいほど吸
収できるエネルギーが大きくなり効果的ということがで
きる。このインパクトバーの素材としては軽量でかつ比
強度の高いものがよく、Alを含有するMg合金が現在
注目されているが、Al含有量の高いMg合金は、さき
に述べたように、多量のMg17Al12が生成するため伸
びが十分でないという欠点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に関わるMg合金
製部材の製造方法は、このような従来の問題点を解決す
るためなされたもので、塑性加工歴のあるMg合金材を
切削し、得られたMg合金切粉を圧粉成形したのち、こ
れを押し出し成形することを特徴とするものである。本
発明に特に適するMg合金はいわゆるMg合金展伸材と
称するもので、強度を向上させるためAlを3〜11%
含有する。
【0009】本発明をより具体的に説明するため、図1
を参照すると、本発明でいう塑性加工歴のあるMg合金
材とは、次のようなものである。つまり、図1に破線で
囲んだ工程(a)で示すように、切粉等のMg合金粒子
をホットプレスし、それを押し出し成形したもの、
あるいは、工程(b)で示すように、鋳造材に対し、
押し出し成形あるいは鍛造等の塑性加工を施したものが
含まれる。いずれにしても工程及びは再結晶温度以
下で行われるものでなくてはならない。なお、上記
(a)については、押し出し成形後、さらに鍛造成形等
を加えたものでもよい。
【0010】このような塑性加工歴のあるMg合金材
は、次に図1に破線で囲んだ工程(c)に従い処理され
る。まず、切削加工等により切粉とされるが、本発明
でいう切粉は、切削加工や研削加工で得られる切粉のみ
ならず、たとえばクラッシャー等によりチップ状の細片
としたものでもよい。得られた切粉は、ホットプレス
により圧縮成形体とされ、押し出し成形によりMg合
金製部材とされる。なお、押し出し成形後、さらに鍛造
成形等を加えることもできる。そして、本発明において
は、さらに切削加工、ホットプレス、及び押し出
し成形を1回又は2回以上繰り返すこともできる。
【0011】本発明におけるホットプレス(図1の工程
又は)は、温度範囲200℃〜450℃、加圧力7
8MPa(8.0Kg/mm2)以上でおこなうのが好
ましく、その条件であれば大気中で行うことができる。
200℃以下では切粉の密着が悪くなり、450℃以上
となると酸化防止の観点から、たとえば真空下でおこな
う必要がある。切粉はチップ形状をしているため金型内
で層状になりやすく、金型中での一方向加圧により容易
に固化されるが、上記工程において粉末等他の粒子を
使用するときは静水圧状態での加圧が必要となる。ま
た、ホットプレスの前に、冷間で予備圧縮成形してもよ
い。
【0012】押し出し成形(図1の工程又は)は、
温度範囲についてはホットプレスと同様であり、押し出
し比は4以上が選ばれる。これ以下では、切粉の密着が
不十分となり部材として利用することができなくなるか
らである。
【0013】
【作用】本発明においては、塑性加工歴のあるMg合金
材を使用し、これを切削して得られた切粉を圧粉成形し
たのち、押し出し成形して部品を製造する。使用するM
g合金材が塑性加工歴を有するため、元々結晶粒が微細
化されていることに加え、切削工程(図1の工程)に
よりその結晶粒が小さくカットされ、押し出し成形(同
)によりさらに結晶粒が微細化されることになり、良
好な機械的性質、特に高い伸びが得られるのである。
【0014】特に、Alを含有するMg合金の場合、結
晶粒の微細化に並行して、析出している金属間化合物M
17Al12も微細化するとともに均一に母材中に分散す
るものと考えられる。したがって、Al含有量が多いM
g合金であっても、従来では得られなかった高い伸びを
持つMg合金製部材を得ることができる。
【0015】本発明によれば、たとえば切削加工や研削
加工で出てくる切粉を上記(a)及び(c)の工程に従
い処理し、スクラップや使用済み廃棄物等を上記(b)
及び(c)の工程に従い処理し、Mg合金製部材として
再度有効活用することができる。スクラップや使用済み
廃棄物等がすでに塑性加工歴を持つものであれば、改め
て塑性加工等を施すことなくそのまま上記工程(c)に
従い処理することができる。なお、上記(a)工程後の
押し出し部材又はそれを鍛造成形した部材自体も、従来
同様に製品として使用できることはいうまでもなく、本
発明はこのような製品類のリサイクル手段として好適な
ものである。
【0016】
【実施例】図2に示す工程及び条件に従って試験片を得
た。すなわち、(1)Alを全く含有しないMg合金と
してZK60(ASTM規格、表1参照)、Alを小量
含有するMg合金としてAZ31(同)、Alを多量に
含有するMg合金としてAZ80(同)を選び、それぞ
れ鋳造材を用意。(2)切削により切粉を採取。(3)
得られた切粉を図3(a)に示すようにヒータ10によ
り加熱した金型11内に収容し、パンチ12によりホッ
トプレスし成形体13を得る。加圧条件は大気中、35
0℃、20Kgf/mm2。(4)続いて図3(b)に
示すように押し出し用のダイス14に取り替え、ステム
15により金型11内に押し込み、押し出し部材16を
得、これを比較例1、2、及び3とした。押し出し条件
は大気中、350℃、押し出し比8。(5)この押し出
し材(AZ80)を再び切削し切粉を採取。(6)工程
3と同条件でホットプレス。(7)工程4と同条件で押
し出し成形。これを実施例1とした。
【0017】
【表1】
【0018】比較例及び実施例とも、押し出し方向に測
定して得られた機械的性質のデータを表2に示す。な
お、表2には比較例4〜7として通常の鍛造材及び押し
出し材(いずれも鋳造材をそのまま鍛造又は押し出しし
たもの)のデータを併記した。
【0019】
【表2】
【0020】表2に示されるように、強度及び耐力に関
しては、Al含有量がゼロか小量の比較例1及び2では
鍛造品(比較例4及び5)レベルのものが得られ、Al
含有量の多い比較例3では押し出し材レベルのものが得
られた。一方、伸びに関しては、比較例1及び2では鍛
造品に比べ顕著に大きくなっているものの、比較例3で
は押し出し材と同等のレベルに留まり、比較例1及び2
でみられたような顕著な効果が認められなかった。しか
し、2度の切削−ホットプレス−押し出し成形履歴を持
つ実施例では伸びも顕著に改善され、高い強度と大きい
伸びを必要とするインパクトバー等に好適な機械的性質
が得られた。
【0021】次に、図4に示す工程及び条件に従って試
験片を得た。すなわち、(1)直径250mm、高さ2
00mmの円柱状AZ80合金鋳造材17を用意(図5
参照)。(2)これを380℃に加熱し、上下ダイ1
8、19間で高さ50mmに据込み成形(据込み率75
%)。(3)これを切削し切粉を採取。(4)得られた
切粉を実施例1のものと同条件でホットプレス。(5)
次に実施例1のものと同条件で押し出し成形。これを実
施例2とした。
【0022】実施例2の試験片に対し押し出し方向に測
定して得られた機械的性質のデータを表2に併せて示
す。ここに示すように、実施例2でも実施例1とほぼ同
程度の機械的性質が得られた。
【0023】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるときは
塑性加工歴を有するMg合金材から優れた機械的性質、
特に高い引張強度や伸びを有するMg合金製部材を製造
することができる。また、本発明によれば切削加工や研
削加工で出てくる切粉や、スクラップ、使用済み廃棄物
等をMg合金製部材として再度有効利用することができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための工程フロー図である。
【図2】本発明の実施例の工程を示すフロー図である。
【図3】実施例のホットプレス工程(a)及び押し出し
工程(b)を説明する図である。
【図4】本発明の別の実施例の工程を示すフロー図であ
る。
【図5】実施例の据え込み成形工程を説明する図であ
る。
【図6】部材が破断するまでの吸収エネルギーを説明す
るための引張強度ー伸び線図である。
【符号の説明】
13 圧粉成形体 16 押し出し成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22F 3/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウムを3〜11%含有するマグ
    ネシウム合金の切粉を圧粉成形し、それを押し出し成形
    して得られたマグネシウム合金材を切削し、得られたマ
    グネシウム合金切粉を圧粉成形したのち、これを押し出
    し成形することを特徴とするマグネシウム合金製部材の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 アルミニウムを3〜11%含有するマグ
    ネシウム合金製鋳造材に押し出し成形又は鍛造成形を施
    し、そのマグネシウム合金材を切削し、得られたマグネ
    シウム合金切粉を圧粉成形したのち、これを押し出し成
    形することを特徴とするマグネシウム合金製部材の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 さらに切削、圧粉成形、及び押し出し成
    形を、1回又は2回以上繰り返すことを特徴とする請求
    1又は2に記載のマグネシウム合金製部材の製造方
    法。
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JP5548578B2 (ja) * 2010-10-15 2014-07-16 日本発條株式会社 高強度マグネシウム合金線材及びその製造方法、高強度マグネシウム合金部品、並びに高強度マグネシウム合金ばね
CN114934184B (zh) * 2022-06-15 2023-11-07 郑州轻研合金科技有限公司 一种镁锂合金废料回收及真空再生方法

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