JP3327576B2 - 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であると考えられた。
【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)の生成量が多いため、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】さらに、このような切粉の押し出し材に対
し、機械的性質の改善を図るべくT6熱処理(溶体化処
理+時効処理)を施しても、伸びが改善されないばかり
か耐力が大幅に低下してしまうという欠点があった。こ
れは、押し出し材には大きい歪エネルギーが蓄積されて
いるため溶体化処理中に再結晶がおこりやすく、押し出
し方向に微細に揃っていた結晶粒が再結晶により粗大化
するとともに、微細に分散していたMg17Al12も時効
処理により該結晶粒界に粗大に析出し、結局、切削及び
押し出し成形による結晶粒及びMg17Al12の微細化効
果が失われてしまうためであると考えられた。再結晶を
防止するためには、加熱温度を低下させることが当然考
えられるが、再結晶を防止しつつ溶体化処理を行うため
には低い温度で長時間行う必要があるなど、その条件に
はきわめてきびしいものがあった。
【0008】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全
衝撃エネルギーは、図3に示す引っ張り強度ー伸び曲線
で囲まれる面積に相当し、強度が高く破断までの伸びが
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M
g合金押し出し材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Mg17
Al12が生成するため伸びが十分でないという欠点があ
った。
【0009】
【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、T6熱処理されたAl含有Mg
合金粒子を、圧粉成形したのち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
Alを約6〜11%含有する。6%未満であるとT6熱
処理の効果が十分に出ず、11%以上ではMg17Al12
の生成量が多くなりすぎ脆くなるからである。
【0010】本発明において使用する粒子としては切粉
が好適である。ここで切粉とは、切削加工や研削加工で
得られる切粉のみならず、クラッシャー等によりチップ
状の細片としたものも含まれる。T6熱処理された切粉
を得るためには、予めT6熱処理された材料を切削し、
その切粉を採取するのがよい。たとえばT6熱処理され
たMg合金製部材の切削加工時に出る切粉が好適に使用
できるほか、使用済み廃棄物等で使用前にすでにT6熱
処理されていたものであれば、改めてT6熱処理をする
ことなくそのまま切削し、その切粉を使用することがで
きる。なお、切粉にしたのち熱処理をしてもよいが、発
火の危険があり注意を要する。
【0011】本発明におけるT6熱処理の条件は、通常
のMg合金展伸材で行われる条件を採用すればよい。押
し出し成形後T6熱処理を行う従来例では、再結晶を避
けようとすれば溶体化温度条件がきわめてきびしかった
が、本発明によると、T6熱処理は押し出し成形前であ
り、しかもT6熱処理後の押し出し成形により再び結晶
粒やMg17Al12が微細化されることから、T6熱処理
の温度条件が大幅に緩和される。
【0012】本発明における圧粉成形は、温度範囲20
0℃〜450℃、加圧力78MPa(8.0Kgf/m
2)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が、いずれにし
てもT6熱処理の効果を失わないため圧粉成形温度は溶
体化処理温度を超えないようにすべきである。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、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、上記圧粉成形の前に冷間で予備圧縮成形し
てもよい。
【0013】押し出し成形は、温度範囲については上記
圧粉成形と同様であり、押し出し比は4以上が選ばれ
る。これ以下では、粒子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。
【0014】なお、本発明においては、T6熱処理され
たAl含有Mg合金粒子と他のAl含有Mg合金粒子
を、前者の特性が失われない範囲内で適宜混合し、これ
を圧粉成形したのち押し出し成形することもできる。他
のAl含有Mg合金粒子としては、T5熱処理(時効処
理)等他の熱処理を受けた又は受けないAl含有Mg合
金粒子を使用することができる。たとえば、Al含有M
g合金製部材の中にはT5熱処理されるものが多く、必
然的にT5熱処理された切粉が多く産出されるので、こ
れをT6処理したAl含有Mg合金粒子に混合すればよ
い。
【0015】
【作用】本発明においては、予めT6熱処理されたAl
含有Mg合金粒子を使用し、これを圧粉成形したのち押
し出し成形することにより、熱処理による効果と押し出
し成形による効果の双方を引き出すことができ、機械的
性質に優れたMg合金製部材を製造することができる。
すなわち、使用するMg合金粒子がT6熱処理を受けて
いるため、元々引張強度や耐力、伸び等の機械的性質は
優れていることに加え、押し出し成形により結晶粒が微
細化され、また結晶粒の微細化に平行して、析出してい
る金属間化合物Mg17Al12も微細化するとともに均一
に母材中に分散することから、良好な機械的性質、特に
高い伸びが得られるものと考えられる。特にMg合金粒
子として切粉を使用するときは、切削工程等によりその
結晶粒が小さくカットされるため一層効果的である。
【0016】本発明によれば、T6熱処理された切粉以
外に、その他の熱処理を受けた又は受けない切粉を混合
して使用することができるので、各種熱処理履歴を持つ
切粉やスクラップ、使用済み廃棄物等を再度有効活用す
ることができる。さらにスクラップや使用済み廃棄物等
については、これをそのまま切削して切粉を採取し、上
記工程に従い処理することもできるので、本発明はMg
合金製品類のリサイクル手段として好適なものというこ
とができる。
【0017】
【実施例】図1に示す工程に従って試験片を得た。すな
わち、(1)AZ80Mg合金(ASTM規格、Al:
7.8〜9.2%、Mn:0.12〜0.35%、Z
n:0.2〜0.8%、Mg:残部)の金型鋳造材を用
意。(2)T6熱処理(400℃×4Hr+175℃×
16Hr)後、(3)切削し切粉を採取。(4)得られ
た切粉を図2(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、350℃、
20Kgf/mm2。(5)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
れを実施例1とした。押し出し条件は大気中、350
℃、押し出し比8。
【0018】また、(6)同じくAZ80Mg合金の金
型鋳造材を用意し、(7)T5熱処理(175℃×16
Hr)後、(8)切削して切粉を採取し、(9)T6処
理された切粉と体積比1:1で混合した。次いで、この
混合切粉に対し上記(4)及び(5)の成形を加え、こ
れを実施例2とした。
【0019】一方、いずれも同じAZ80Mg合金金型
鋳造材を用い、熱処理なしで切粉を採取し、上記(3)
及び(4)の成形を加えた後、T6熱処理(実施例と同
条件)したものを比較例1、全く熱処理を加えなかった
ものを比較例2、T5熱処理(実施例と同条件)された
切粉を単独で使用し、上記(3)及び(4)の成形を加
えたものを比較例3とした。
【0020】実施例及び比較例とも、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1に示す。ここ
に示されるように、押し出し成形後T6熱処理を加えた
比較例1では、全く熱処理を加えなかった比較例2に比
べ引張強度はやや高くなっているが、耐力が大きく落込
み、伸びについてもなんら改善されていない。これは、
溶体化熱処理中に再結晶が起こり結晶粒が粗大化したと
ともに、時効熱処理中に粗大なMg17Al12が析出した
ためであると考えられる。これに対し、予めT6熱処理
を加えた切粉を用いた実施例1では、引張強度がさらに
改善されただけではなく伸びが顕著に改善され、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】
【表1】
【0022】また、T6熱処理された切粉とT5熱処理
された切粉を等量混合した実施例2では、実施例1より
も機械的性質の改善の度合が低いものの、予めT5熱処
理を加えた切粉のみを用いた比較例3より引張強度や伸
びが改善された。
【0023】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるときは
T6熱処理による効果と、押し出し成形による効果の双
方を引き出すことができ、Mg合金粒子から優れた機械
的性質、特に高い引張強度と伸びを有するMg合金製部
材を製造することができる。
【0024】また、本発明は粒子として切粉を使用する
ことができるので、従来有効な処理手段のなかったMg
合金切粉、スクラップあるいは使用済み廃棄物等を、簡
単な手段で再生利用することができるという効果もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の工程を示すフロー図である。
【図2】実施例の圧粉工程(a)及び押し出し工程
(b)を説明する図である。
【図3】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

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 T6熱処理されたアルミニウム含有マグ
    ネシウム合金粒子を、圧粉成形したのち押し出し成形す
    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】 T6熱処理されたアルミニウム含有マグ
    ネシウム合金粒子と、T5熱処理されたアルミニウム含
    有マグネシウム合金粒子を体積比で等量混合し、圧粉成
    形したのち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】 アルミニウム含有マグネシウム合金粒子
    が切粉であることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    マグネシウム合金製部材の製造方法。
  4. 【請求項4】 T6熱処理されたアルミニウム含有マグ
    ネシウム合金粒子が切粉であり、それがT6熱処理後に
    切粉としたものであることを特徴とする請求項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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