JP3278232B2 - 鋳造用軽量高強度マグネシウム合金 - Google Patents
鋳造用軽量高強度マグネシウム合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋳造用軽量高強度マグネ
シウム合金に関し、より詳しくは室温及び高温での高強
度及び強度の安定性を有する鋳造用軽量高強度マグネシ
ウム合金に関する。
シウム合金に関し、より詳しくは室温及び高温での高強
度及び強度の安定性を有する鋳造用軽量高強度マグネシ
ウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境保全の意識の高まりか
ら、自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材
料の開発が強く求められようになってきた。
ら、自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材
料の開発が強く求められようになってきた。
【０００３】自動車用軽量材料として注目されているマ
グネシウム合金の中でも、高リチウム含有マグネシウム
合金は特に低密度であり、かつ高いダンピング特性を有
する合金として、従来から航空・宇宙用素材として、ま
た音響用素材として注目されてきた材料である。高リチ
ウム含有マグネシウム合金として現在実用化されている
合金は１９５０年代にバッテル研究所が開発したＬＡ１
４１合金（Ｍｇ−１４Ｌｉ−１Ａｌ系）であり、これま
で航空用部材等の軽量化に活用されてきた。
グネシウム合金の中でも、高リチウム含有マグネシウム
合金は特に低密度であり、かつ高いダンピング特性を有
する合金として、従来から航空・宇宙用素材として、ま
た音響用素材として注目されてきた材料である。高リチ
ウム含有マグネシウム合金として現在実用化されている
合金は１９５０年代にバッテル研究所が開発したＬＡ１
４１合金（Ｍｇ−１４Ｌｉ−１Ａｌ系）であり、これま
で航空用部材等の軽量化に活用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ＬＡ１４１合金は高温強度が低く、また室温でも時間経
過に伴って強度劣化を引き起こすという欠点を有するも
のであり、それ故に用途の拡大は困難であると考えられ
ていた。
ＬＡ１４１合金は高温強度が低く、また室温でも時間経
過に伴って強度劣化を引き起こすという欠点を有するも
のであり、それ故に用途の拡大は困難であると考えられ
ていた。
【０００５】本発明者等は先に、Ｍｇ−Ｌｉ合金にイッ
トリウムを添加して室温及び高温での高強度及び強度の
安定性を有し、更に加工性の改善された鋳造用及び加工
用マグネシウム合金を特許出願したが（特願平４−９７
３２２号）、イットリウムは大変高価であり、そのため
合金がその分高価になるという欠点を有する。
トリウムを添加して室温及び高温での高強度及び強度の
安定性を有し、更に加工性の改善された鋳造用及び加工
用マグネシウム合金を特許出願したが（特願平４−９７
３２２号）、イットリウムは大変高価であり、そのため
合金がその分高価になるという欠点を有する。
【０００６】本発明は、このような従来技術及び先に提
案した技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
本発明の目的は、従来の高リチウム含有マグネシウム合
金の特徴である低密度という特性を維持しつつ、室温及
び高温での強度の向上及び強度の安定性を図った比較的
安価な鋳造用軽量高強度マグネシウム合金を提供するこ
とにある。
案した技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
本発明の目的は、従来の高リチウム含有マグネシウム合
金の特徴である低密度という特性を維持しつつ、室温及
び高温での強度の向上及び強度の安定性を図った比較的
安価な鋳造用軽量高強度マグネシウム合金を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために種々検討を重ねた結果、高リチウム含
有マグネシウム合金に適量のカルシウム及び適量の特定
の合金元素を添加することにより室温及び高温での強度
が向上し、且つ時間経過による強度の劣化が抑制される
ことを見出し、本発明に到達した。
を解決するために種々検討を重ねた結果、高リチウム含
有マグネシウム合金に適量のカルシウム及び適量の特定
の合金元素を添加することにより室温及び高温での強度
が向上し、且つ時間経過による強度の劣化が抑制される
ことを見出し、本発明に到達した。
【０００８】即ち、本発明の鋳造用軽量高強度マグネシ
ウム合金はリチウム８〜１４重量％及びカルシウム０．
５〜３重量％を含有し、更にそれぞれ４重量％以下のア
ルミニウム及び亜鉛、それぞれ２重量％以下の銀、マン
ガン、ケイ素、ストロンチウム、イットリウム、スカン
ジウム及びランタノイドからなる群から選ばれた少なく
とも１種の元素を含有し、残部がマグネシウムと不可避
の不純物からなることを特徴とする。
ウム合金はリチウム８〜１４重量％及びカルシウム０．
５〜３重量％を含有し、更にそれぞれ４重量％以下のア
ルミニウム及び亜鉛、それぞれ２重量％以下の銀、マン
ガン、ケイ素、ストロンチウム、イットリウム、スカン
ジウム及びランタノイドからなる群から選ばれた少なく
とも１種の元素を含有し、残部がマグネシウムと不可避
の不純物からなることを特徴とする。
【０００９】
【００１０】リチウムは比重が０．５３であり、リチウ
ム添加量を増加させることにより本発明の鋳造用軽量高
強度マグネシウム合金を更に低比重とすることができ
る。しかし、リチウムは活性であるので１６重量％を越
えて添加した合金は大気中に放置するだけでも酸化を受
易くなるので実用合金としては適切でない。また、リチ
ウム添加量が４重量％未満の場合には合金の比重が１．
６５以上となり、軽量化のメリットが低減される。本発
明の鋳造用軽量高強度マグネシウム合金においてはリチ
ウム添加量を４〜１６重量％、好ましくは８〜１４重量
％とする。
ム添加量を増加させることにより本発明の鋳造用軽量高
強度マグネシウム合金を更に低比重とすることができ
る。しかし、リチウムは活性であるので１６重量％を越
えて添加した合金は大気中に放置するだけでも酸化を受
易くなるので実用合金としては適切でない。また、リチ
ウム添加量が４重量％未満の場合には合金の比重が１．
６５以上となり、軽量化のメリットが低減される。本発
明の鋳造用軽量高強度マグネシウム合金においてはリチ
ウム添加量を４〜１６重量％、好ましくは８〜１４重量
％とする。
【００１１】本発明の鋳造用軽量高強度マグネシウム合
金においては、カルシウムはβ相（ＢＣＣ相）に固溶
し、合金を固溶硬化すると共に合金の回復など経時変化
を抑制するので、強度の安定化に寄与する。またカルシ
ウムは凝固段階で微細なＭｇ−Ｃａ系化合物（金属間化
合物Ｍｇ2 Ｃａ）として晶出し、凝固組織を著しく微細
化するという効果を有し、強度を向上させることができ
る。カルシウムによる固溶硬化作用はカルシウムの添加
量が０．３重量％以上になったときに明確に認めらる。
しかし、カルシウムの添加量が５重量％を越えるとＭｇ
−Ｃａ系化合物が結晶粒界にネットワーク状に晶出する
ようになるので合金が脆くなる。従って、本発明の鋳造
用軽量高強度マグネシウム合金においてはカルシウム添
加量を０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％
とする。
金においては、カルシウムはβ相（ＢＣＣ相）に固溶
し、合金を固溶硬化すると共に合金の回復など経時変化
を抑制するので、強度の安定化に寄与する。またカルシ
ウムは凝固段階で微細なＭｇ−Ｃａ系化合物（金属間化
合物Ｍｇ2 Ｃａ）として晶出し、凝固組織を著しく微細
化するという効果を有し、強度を向上させることができ
る。カルシウムによる固溶硬化作用はカルシウムの添加
量が０．３重量％以上になったときに明確に認めらる。
しかし、カルシウムの添加量が５重量％を越えるとＭｇ
−Ｃａ系化合物が結晶粒界にネットワーク状に晶出する
ようになるので合金が脆くなる。従って、本発明の鋳造
用軽量高強度マグネシウム合金においてはカルシウム添
加量を０．３〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％
とする。
【００１２】なお、Ｍｇ−Ｌｉ合金は酸素含有雰囲気中
で溶解させるとＭｇが燃焼するが、このＭｇ−Ｌｉ合金
にカルシウムを添加すると酸素含有雰囲気中での溶解時
のＭｇの燃焼が抑制される。従って、本発明の鋳造用軽
量高強度マグネシウム合金の溶解は完全な不活性雰囲気
中でなくても、あるいは空気中でも実施できる。
で溶解させるとＭｇが燃焼するが、このＭｇ−Ｌｉ合金
にカルシウムを添加すると酸素含有雰囲気中での溶解時
のＭｇの燃焼が抑制される。従って、本発明の鋳造用軽
量高強度マグネシウム合金の溶解は完全な不活性雰囲気
中でなくても、あるいは空気中でも実施できる。
【００１３】高リチウム含有マグネシウム合金において
は、アルミニウム、亜鉛、銀、マンガン、ケイ素、スト
ロンチウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノ
イド（例えば、Ｌａ、Ｃｅ、ミッシュメタル等）はいず
れも合金の強度向上に寄与することが知られており、こ
の効果はカルシウムとの共存によっても相殺されるもの
ではない。これらの合金元素の添加量の増加と共に合金
の強度が増大するが、アルミニウム及び亜鉛については
４重量％で、また銀、マンガン、ケイ素、ストロンチウ
ム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイドにつ
いては２重量％で合金強度の増大に対する効果が飽和
し、それ以上添加してもそれ以上の合金強度の増大は認
められない。一方、アルミニウム及び亜鉛については４
重量％を越えて、また銀、マンガン、ケイ素、ストロン
チウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイド
については２重量％を越えて添加すると、合金は脆くな
ることもあり、また合金の比重が大きくなる。従って、
本発明の鋳造用軽量高強度マグネシウム合金において
は、アルミニウム及び亜鉛の添加量については４重量％
以下、好ましくは１．０〜３．０重量％、また銀、マン
ガン、ケイ素、ストロンチウム、イットリウム、スカン
ジウム及びランタノイドの添加量については２重量％以
下、好ましくは０．５〜１．５重量％とする。
は、アルミニウム、亜鉛、銀、マンガン、ケイ素、スト
ロンチウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノ
イド（例えば、Ｌａ、Ｃｅ、ミッシュメタル等）はいず
れも合金の強度向上に寄与することが知られており、こ
の効果はカルシウムとの共存によっても相殺されるもの
ではない。これらの合金元素の添加量の増加と共に合金
の強度が増大するが、アルミニウム及び亜鉛については
４重量％で、また銀、マンガン、ケイ素、ストロンチウ
ム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイドにつ
いては２重量％で合金強度の増大に対する効果が飽和
し、それ以上添加してもそれ以上の合金強度の増大は認
められない。一方、アルミニウム及び亜鉛については４
重量％を越えて、また銀、マンガン、ケイ素、ストロン
チウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノイド
については２重量％を越えて添加すると、合金は脆くな
ることもあり、また合金の比重が大きくなる。従って、
本発明の鋳造用軽量高強度マグネシウム合金において
は、アルミニウム及び亜鉛の添加量については４重量％
以下、好ましくは１．０〜３．０重量％、また銀、マン
ガン、ケイ素、ストロンチウム、イットリウム、スカン
ジウム及びランタノイドの添加量については２重量％以
下、好ましくは０．５〜１．５重量％とする。
【００１４】
【実施例】実施例１〜１０及び比較例１〜９ アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表１に示す組成の合金
となるように原材料を装入し、溶解させた。坩堝として
ＳＵＳ３０４材を使用し、フラックス等は使用しなかっ
た。その溶湯を２５mm×５０mm×３００mmの金型中に鋳
込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試験
用鋳物から引張試験用試験片（ＪＩＳ４号試験片）、硬
さ試験用試験片及び比重測定用試験片を作成した。これ
らの試験片を用いて以下の試験を実施した： 引張試験：インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度１０mm/minで、鋳造後２９８Ｋで測定（引張強度）
及び３３３Ｋで１週間保持した後に２９８Ｋで測定（時
効後引張強度）、測定単位＝ＭＰａ； 硬さ試験：マイクロビッカース硬さ試験、２９８Ｋ（室
温硬さ）及び４２３Ｋ（高温硬さ）、荷重０．４９Ｎ、
保持時間１０秒； 比重：アルキメデス法； 測定結果は表１に示す通りであった。
となるように原材料を装入し、溶解させた。坩堝として
ＳＵＳ３０４材を使用し、フラックス等は使用しなかっ
た。その溶湯を２５mm×５０mm×３００mmの金型中に鋳
込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試験
用鋳物から引張試験用試験片（ＪＩＳ４号試験片）、硬
さ試験用試験片及び比重測定用試験片を作成した。これ
らの試験片を用いて以下の試験を実施した： 引張試験：インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度１０mm/minで、鋳造後２９８Ｋで測定（引張強度）
及び３３３Ｋで１週間保持した後に２９８Ｋで測定（時
効後引張強度）、測定単位＝ＭＰａ； 硬さ試験：マイクロビッカース硬さ試験、２９８Ｋ（室
温硬さ）及び４２３Ｋ（高温硬さ）、荷重０．４９Ｎ、
保持時間１０秒； 比重：アルキメデス法； 測定結果は表１に示す通りであった。
【００１５】
【表１】
【００１６】上記の実施例及び比較例のデータから次の
ことが明らかである：カルシウムの添加はＭｇ−Ｌｉ合
金の硬さ及び強度の向上及び強度の安定性に有効であ
る。アルミニウム、亜鉛、銀、マンガン、ケイ素、スト
ロンチウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノ
イドの添加はＭｇ−Ｌｉ合金の強度の向上に寄与する。
リチウム添加量が１６重量％を越えると合金は酸化を受
け易くなる。
ことが明らかである：カルシウムの添加はＭｇ−Ｌｉ合
金の硬さ及び強度の向上及び強度の安定性に有効であ
る。アルミニウム、亜鉛、銀、マンガン、ケイ素、スト
ロンチウム、イットリウム、スカンジウム及びランタノ
イドの添加はＭｇ−Ｌｉ合金の強度の向上に寄与する。
リチウム添加量が１６重量％を越えると合金は酸化を受
け易くなる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の鋳造用軽量高強度マグネシウム
合金は、従来実用されている高リチウム含有マグネシウ
ム合金、ＬＡ１４１合金よりも室温及び高温の両方にお
いて高強度で且つ強度の安定性に優れている。本発明の
鋳造用軽量高強度マグネシウム合金は、合金としては最
も低比重を達成したものであり、航空・宇宙関連はもと
より、従来以上に自動車の軽量化等に活用することがで
きる。
合金は、従来実用されている高リチウム含有マグネシウ
ム合金、ＬＡ１４１合金よりも室温及び高温の両方にお
いて高強度で且つ強度の安定性に優れている。本発明の
鋳造用軽量高強度マグネシウム合金は、合金としては最
も低比重を達成したものであり、航空・宇宙関連はもと
より、従来以上に自動車の軽量化等に活用することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 耕平 埼玉県上尾市原市1333−２ 三井金属鉱 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 二宮 隆二 埼玉県上尾市原市1333−２ 三井金属鉱 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 佐藤 勉 埼玉県上尾市原市1333−２ 三井金属鉱 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 ギュンター ナイテ ドイツ連邦共和国 Ｄ−6350 バッド ナウハイム マイヌスストラッセ ９ (72)発明者 エバハード イー シュミット ドイツ連邦共和国 Ｄ−8755 アルゼナ ウ アイウンターフランクフルト イグ ラウワー ストラッセ ２Ｅ (56)参考文献 特開 昭51−92707（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−279905（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−16702（ＪＰ，Ｂ１) 清水、竹内，”ＭｇおよびＭｇ−Ｌｉ 合金のミクロ組織と性質に及ぼすＣａ添 加の影響”，鋳物，，日本，社団法人日 本鋳物協会，1991年 ３月27日，Ｖｏ ｌ．63，Ｎｏ．３，Ｐ．245−249 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 23/00 - 23/06 ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- 【請求項１】 リチウム８〜１４重量％及びカルシウム
０．５〜３重量％を含有し、更にそれぞれ４重量％以下
のアルミニウム及び亜鉛、それぞれ２重量％以下の銀、
マンガン、ケイ素、ストロンチウム、イットリウム、ス
カンジウム及びランタノイドからなる群から選ばれた少
なくとも１種の元素を含有し、残部がマグネシウムと不
可避の不純物からなることを特徴とする鋳造用軽量高強
度マグネシウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09045593A JP3278232B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 鋳造用軽量高強度マグネシウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09045593A JP3278232B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 鋳造用軽量高強度マグネシウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279906A JPH06279906A (ja) | 1994-10-04 |
| JP3278232B2 true JP3278232B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=13999098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09045593A Expired - Fee Related JP3278232B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 鋳造用軽量高強度マグネシウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3278232B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3276019A4 (en) * | 2015-03-25 | 2018-08-22 | Subaru Corporation | Magnesium-lithium alloy, rolled material formed from magnesium-lithium alloy, and processed article containing magnesium-lithium alloy as starting material |
| US10752981B2 (en) | 2015-03-23 | 2020-08-25 | Subaru Corporation | Magnesium-lithium alloy, method of manufacturing magnesium-lithium alloy, aircraft part, and method of manufacturing aircraft part |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11279675A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-12 | Sharp Corp | マグネシウム合金及びその製造方法 |
| US6264763B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-07-24 | General Motors Corporation | Creep-resistant magnesium alloy die castings |
| US6322644B1 (en) * | 1999-12-15 | 2001-11-27 | Norands, Inc. | Magnesium-based casting alloys having improved elevated temperature performance |
| US6342180B1 (en) * | 2000-06-05 | 2002-01-29 | Noranda, Inc. | Magnesium-based casting alloys having improved elevated temperature properties |
| WO2009113601A1 (ja) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | 株式会社三徳 | マグネシウム－リチウム合金、圧延材、成型品 |
| JP5327515B2 (ja) | 2008-11-14 | 2013-10-30 | 株式会社豊田自動織機 | 鋳造用マグネシウム合金およびマグネシウム合金鋳物 |
| JP5643498B2 (ja) * | 2009-09-11 | 2014-12-17 | 株式会社三徳 | マグネシウム−リチウム合金、圧延材、成型品、およびその製造方法 |
| CN102011021A (zh) * | 2010-12-02 | 2011-04-13 | 重庆大学 | 真空热还原制备Mg-Li-Sr合金的方法 |
| CN103468987B (zh) * | 2013-09-10 | 2015-04-01 | 河北工业大学 | 一种阻燃镁合金的制备方法 |
| CN104233024A (zh) * | 2014-09-28 | 2014-12-24 | 中南大学 | 一种高强双相超轻的镁锂合金及其制备方法 |
| CN106521274A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-22 | 江苏理工学院 | 一种高强度镁‑锂‑铝‑钇‑钙合金及其制备方法 |
| CN107447152B (zh) * | 2017-06-19 | 2019-01-29 | 郑州轻研合金科技有限公司 | 一种高强高韧的镁合金板材及其制备方法 |
| CN107385297A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-11-24 | 广州宇智科技有限公司 | 一种具有优异高温力学性能单相α镁锂合金及其加工工艺 |
| AU2020286372B2 (en) * | 2019-06-03 | 2023-08-03 | Fort Wayne Metals Research Products, Llc | Magnesium-based absorbable alloys |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP09045593A patent/JP3278232B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 清水、竹内，"ＭｇおよびＭｇ−Ｌｉ合金のミクロ組織と性質に及ぼすＣａ添加の影響"，鋳物，，日本，社団法人日本鋳物協会，１９９１年 ３月２７日，Ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．３，Ｐ．２４５−２４９ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10752981B2 (en) | 2015-03-23 | 2020-08-25 | Subaru Corporation | Magnesium-lithium alloy, method of manufacturing magnesium-lithium alloy, aircraft part, and method of manufacturing aircraft part |
| EP3276019A4 (en) * | 2015-03-25 | 2018-08-22 | Subaru Corporation | Magnesium-lithium alloy, rolled material formed from magnesium-lithium alloy, and processed article containing magnesium-lithium alloy as starting material |
| US10851442B2 (en) | 2015-03-25 | 2020-12-01 | Subaru Corporation | Magnesium-lithium alloy, rolled stock made of magnesium-lithium alloy, and processed product including magnesium-lithium alloy as material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06279906A (ja) | 1994-10-04 |
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