JP3477400B2 - マグネシウム合金の鍛造成形品およびマグネシウム合金の鍛造成形方法 - Google Patents
マグネシウム合金の鍛造成形品およびマグネシウム合金の鍛造成形方法Info
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- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon
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Description
鍛造成形品およびマグネシウム合金の鍛造成形方法に関
するものである。
ネシウム合金は、実用合金の中で最も軽く、樹脂材料に
代わる材料として、近年、電子機器筐体等に採用されて
いる。また、その中でも、マグネシウム−リチウム合金
については種々提案されている。しかしながら、マグネ
シウム−リチウム合金も実用上十分な耐食性を有してい
るとはいえず、また、室温での強度も十分とはいえず、
更なる耐食性の向上と、室温付近での強度の向上が望ま
れている。
強度を向上させるのに有効な元素としては、亜鉛、アル
ミニウムなどが知られている。しかし、亜鉛やアルミニ
ウムを添加すると室温での強度は向上するものの、加工
性が劣化するといった問題があった。
解決を目的としてなされたもので、第1発明は、6〜1
0.5質量%のリチウム、4〜9質量%の亜鉛を含有
し、残部が少なくともマグネシウムと不可避の不純物と
からなり、マグネシウムα相の周囲或いはリチウムβ相
の粒間の一部に、粒状形状の析出分を析出させたマグネ
シウム合金を、鍛造温度が100〜250℃で鍛造成形
して得られることを特徴とするマグネシウム合金の鍛造
成形品である。
リチウム、4〜9質量%の亜鉛を含有し、残部が少なく
ともマグネシウムと不可避の不純物とからなり、マグネ
シウムα相の周囲或いはリチウムβ相の粒間の一部に、
粒状形状の析出分を析出させたマグネシウム合金を、1
00〜250℃に熱せられた成形金型に挿入し、加圧成
形することを特徴とするマグネシウム合金の鍛造成形方
法である。
細に説明する。
に各材料を秤量し、真空溶解炉に装入し、溶解炉内を
1.0×10-5torrに真空排気後、アルゴンガスを
導入し、ほぼ大気圧のアルゴン雰囲気とし、材料を加熱
溶解した後、金型に鋳造し、各組成の合金のインゴット
を作製した。なお、溶解には鉄製のルツボを用いた。
m×20mm×10mmtに切り出し、試験片とした。
め、それらの試験片に対して、1質量 %食塩水の24時
間浸漬テストを実施した。各組成の合金の耐食性テスト
の結果を表2に示す。
質量%以上においては、亜鉛の添加量が4質量%未満の
ものより耐食性が増すことがわかる。しかし、リチウム
の含有量が12質量%のものでは、もともと耐食性が悪
いので、亜鉛を添加してもその耐食性はほとんど変わら
ず、実用化できる耐食性にはならない。
Z99、LZ912の組成合金について引張テストを行
い、引張強度を調べた。その結果を表3に示す。
えるに従い、強度が向上していることがわかる。ここで
は、リチウムの含有量が9質量%について調べたが、上
記表1に示すような他のリチウムの含有量であっても同
様の効果が得られることは明らかである。
1(a)に示すような鍛造プレス機2(機械装置全体は
図示せず)に装入し、鍛圧90tで鍛造温度を変化させ
て据え込み鍛造テストを行った。これにより、試験片1
は鍛造物1´となる(図1(b))。
℃、150℃、200℃、250℃)での据え込み鍛造
テストの結果を表4〜9に示す。
していない試験片では、金型からの伝熱で、金型温度に
試料温度が昇温するのに時間がかかるため、金型温度と
同温度に予熱したが、実際の鍛造では、成形前の試料の
形状により、すぐに金型温度まで昇温するような場合に
は、予熱は必要ない。
タを埋設して昇温し、金型裏面より金型中心部に埋設し
た熱電体により測定した。また、試験片は、大気雰囲気
の電気炉を用いて予熱した。金型温度と試験片予熱温度
が等しい場合には、その温度を鍛造温度と記すこととす
る。
℃より低い場合(表4および5参照)には、比較例1〜
8、10、12〜19、21に示す範囲で、リチウム添
加量、亜鉛添加量にかかわらず破綻無く加工できるが、
加工時に材料端部の粗れが生じ、また、鍛造後の厚みも
厚いため、薄肉成形には用いることができない。ただ
し、比較的厚肉で、加工率のそれ程大きくない成形に
は、用いることができる。しかし、亜鉛を9質量%を超
えて添加した場合(比較例9、20)や、リチウム含有
量が12質量%を超えたものに亜鉛を添加した場合(比
較例11、22)は、材料端部に割れが生じてしまっ
た。
(表6乃至表9参照)には、比較例23、24、27、
28、31、32、35、36、実施例1〜6、8〜1
3、15〜20、22〜27のように、鍛造後の厚みも
薄くなり、また、加工時の端部粗れも無く良好に成形で
きる。しかし、亜鉛を9質量%を超えて添加した場合
(比較例25、29、33、37)や、リチウム含有量
が12質量%を超えたものに亜鉛を添加した場合(比較
例26、30、34、38)は、材料端部に割れが生じ
てしまったり、鍛造後の厚みを薄くすることはできなか
った。
超えないマグネシウム−リチウム合金に亜鉛の添加量が
9質量%以下において、成形性はほとんど劣化しないと
いう結果が得られた。
2、LZ126合金の組識観察を行い、上記結果につい
て考察する。
26合金の組識観察の結果を図2に示す。なお、組織
は、観察面を鏡面に研磨後、2質量%のクエン酸水溶液
に5秒間浸漬し献出した。
成形性を劣化すると言われる、亜鉛添加による金属間化
合物の析出に注目している。
亜鉛添加による金属間化合物5の析出は、ほとんど加工
性の悪いα相3の周りに限られており、その形状も1μ
m以下の微細な粒状であるため、成形性に変化がなかっ
たと考えられる。
金属間化合物5の析出は、α相3の周りの他に、β相4
の粒界の一部に観察されるが、その量は少なく、また、
粒状形状であるため成形性に変化がなかったと考えられ
る。
増やしたLZ912では、α相3の周りの析出物の凝
集、粗大化が起こるとともに、β相4の粒界での析出物
も粒状の析出から、粒界にネットワーク状に変化してい
るため、β相4の変形を阻害し成形性が劣化したと考え
られる。
みLZ126では、その金属間化合物5がβ相4の粒界
に広くネットワーク状に析出しているため、β相4の変
形を阻害し成形性が劣化したと考えられる。
添加した場合(比較例10、21、実施例7、14、2
1、28)には、成形性を若干向上できることがわか
る。ここでは、カルシウムを添加した場合について記載
したが、ジルコニウム、珪素等他の微細化剤を用いた場
合も同様の結果が得られることは明らかである。
晶粒の微細化剤として用いるが、0.5質量%以下では
その効果が得られず、また、2質量%以上添加してもそ
の効果が飽和してしまい、また、溶解時に鋳造欠陥を生
じ易くなるため、0.5〜2質量%が好ましい。
れの合金組成でも成形後の厚みは薄く良好に成形できる
が、部分的に金型と接着(抱き着き)し、また、材料の
軟化が激しいため、離型時に変形してしまい厚みの測定
はできなかった。
込み鍛造テストから明らかなように、リチウムを所定量
含有し、4〜9質量%の亜鉛を添加したマグネシウム合
金を鍛造温度100〜250℃で成形することにより、
薄肉の鍛造成形が可能となり、耐食性、強度の向上した
鍛造成形品を得ることができる。
に出願している特願平11−196883号に記載した
ように、鍛造性、耐食性から、6〜10.5質量%が好
ましい。また、6質量%以下では、α相単相のため塑性
加工ほとんどできず、また、10.5質量%以上では、
β相単相となるため亜鉛添加量が少ない場合の加工性は
良いが、添加量を増加させた場合は、第3相がβ相粒界
にネットワーク状に析出するため加工性の劣化が大き
く、また、耐食性等の安定性に欠けるため、6〜10.
5質量%が好ましい。
果を表10に示す。
熱温度を高くすることで(実施例13、29の比較)、
成形性を向上することができる。これは、成形初期の材
料が軟化しているためで、特に比較的厚物の成形をより
小さい加圧力で行なう時には、効果的である。ただし、
さらに、薄物の成形を行なった場合は、金型に熱を奪わ
れるため、効果が小さくなることは、容易に推測でき
る。
なうと(比較例29)、予熱中に材料表面が酸化し、か
えって成形性は劣化してしまう。加熱雰囲気を不活性ガ
ス等の防酸化雰囲気とすることで、300℃を超えた予
熱も可能となることは容易に推測できるが、コスト等が
上昇するわりに、効果は期待できない。
ののため、成形速度は比較的低速であり、成形中に金型
に熱を奪われ易かったが、メカ式等高速のプレス機を用
いた場合には、より成形性向上効果が期待できる。
℃、材料予熱温度250℃、鍛圧120tにて、図3に
示すような携帯型電子機器筐体成形品を鍛造した。結果
良好に成形できた。ここでは、LZ99を用いて、金型
温度250℃、材料予熱温度250℃の条件で成形した
が、LZ99以外の上述の合金範囲、成形条件でも何れ
も良好に成形できた。
10.5質量%のリチウム、4〜9質量%の亜鉛を含有
し、残部が少なくともマグネシウムと不可避の不純物と
からなり、マグネシウムα相の周囲或いはリチウムβ相
の粒間の一部に、粒状形状の析出分を析出させたマグネ
シウム合金を、鍛造温度が100〜250℃で鍛造成形
して得られるマグネシウム合金の鍛造成形品であるの
で、容易に鍛造成形品を得ることができる。
リチウム、4〜9質量%の亜鉛を含有し、残部が少なく
ともマグネシウムと不可避の不純物とからなり、マグネ
シウムα相の周囲或いはリチウムβ相の粒間の一部に、
粒状形状の析出分を析出させたマグネシウム合金を、1
00〜250℃に熱せられた成形金型に挿入し、加圧成
形するので、容易に鍛造成形することができる。
である。
模式図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 6〜10.5質量%のリチウム、4〜9
質量%の亜鉛を含有し、残部が少なくともマグネシウム
と不可避の不純物とからなり、マグネシウムα相の周囲
或いはリチウムβ相の粒間の一部に、粒状形状の析出分
を析出させたマグネシウム合金を、鍛造温度が100〜
250℃で鍛造成形して得られることを特徴とするマグ
ネシウム合金の鍛造成形品。 - 【請求項2】 6〜10.5質量%のリチウム、4〜9
質量%の亜鉛を含有し、残部が少なくともマグネシウム
と不可避の不純物とからなり、マグネシウムα相の周囲
或いはリチウムβ相の粒間の一部に、粒状形状の析出分
を析出させたマグネシウム合金を、100〜250℃に
熱せられた成形金型に挿入し、加圧成形することを特徴
とするマグネシウム合金の鍛造成形方法。
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