JP3523500B2

JP3523500B2 - マグネシウム合金のプレス部品及びその製造方法

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Publication number: JP3523500B2
Application number: JP25769398A
Authority: JP
Inventors: 健松田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: JP2000087199A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷間加工性の高い
マグネシウム合金のプレス部品及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金は、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。これらの電子機器筐体等は、
一般的に使用されているマグネシウム合金がｈｃｐ結晶
構造のマグネシウムα相（以下、α相と称す）であり塑
性加工が困難であることから、ダイキャスト法、チクソ
キャスト法、熱間プレス法などの成形によって製造され
ている。

【０００３】しかしながら、ダイキャスト法、チクソキ
ャスト法は、成形後に、バリ取り、表面仕上などの２次
加工が必要であるため、生産効率が悪いという問題があ
る。また、熱間プレス法は、成形時に金型温度、材料温
度の両方を調整する必要があり、製造設備等にその機能
を付加しなければならないという問題がある。

【０００４】このような問題点を解決するものとして、
リチウムを添加することで、冷間プレス加工を可能にし
たマグネシウム合金が提案されている（特開平９―４１
０６６号公報，以下、従来例１と記す）。

【０００５】マグネシウムにリチウムを添加すると、そ
の添加量が６重量％以上においてｂｃｃの結晶構造を持
つリチウムβ相（以下、β相と称す）が晶出し、１０．
５重量％まではα相とβ相の共晶組織となる。さらに、
添加量が１０．５重量％を超えるとβ相単相の均一固溶
体となる。このβ相は、冷間で塑性加工容易なため、β
相の晶出に伴い、著しく冷間での加工性が改善される。

【０００６】また、この従来例１では、これらの合金
を、３５０℃以下の熱間で圧延し圧延材とし、さらに、
この圧延材を焼鈍することで、冷間加工性を向上できる
ことが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１に記載の方法では、熱間圧延後にただ単に焼鈍を行っ
ているだけなので、圧延後に、特に多段階のプレス加工
を施した場合、圧延工程や前段階のプレス加工工程によ
って硬化してしまい、加工性が低下するという問題があ
る。

【０００８】また、β相は加工性がよい反面、クリープ
変形しやすいという問題があり、従来例１では強化剤の
添加により対応している。しかしながら、強化剤の添加
のみにより耐クリープ性を上げようとすると、冷間加工
性も低下してしまうという問題がある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、特に多段階でプレス加工する場合に、
良好な冷間加工性を有するマグネシウム合金圧延材の製
造方法、マグネシウム合金のプレス加工方法、並びに、
プレス加工品を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のマグネシ
ウム合金プレス部品の製造方法は、リチウムを６〜１
０．５重量％含み、残部がマグネシウムと不可避の不純
物とからなるマグネシウムα相とリチウムβ相の共晶組
織のマグネシウム合金プレス部品の製造方法において、
前記マグネシウム合金を、冷間圧延して、所望の厚みと
する冷間圧延工程と、該冷間圧延工程後で、かつ、最終
形状までプレス加工する前に熱処理を施すことにより、
マグネシウムα相を再結晶化させる工程と、最終形状ま
でプレス成形した後に、さらに熱処理を施すことにより
表面にマグネシウムα相を凝集させる工程と、を含むも
のである。

【００１１】請求項２記載のマグネシウム合金プレス部
品の製造方法は、前記冷間圧延工程は、圧下率１０％以
上であり、マグネシウムα相を再結晶化させる工程で
は、１５０〜３００℃で１０分〜２時間の熱処理を施
し、かつマグネシウムα相を凝集させる工程は、２００
〜３００℃で１〜３時間の熱処理を施すものである。

【００１２】請求項３記載のマグネシウム合金プレス部
品の製造方法は、請求項１又は２に記載のマグネシウム
合金プレス部品の製造方法において、前記マグネシウム
合金は、さらに、亜鉛もしくはアルミニウムを０．５〜
３重量％含有するものである。

【００１３】請求項４に記載のマグネシウム合金プレス
部品の製造方法は、請求項１〜３の何れか１つに記載の
マグネシウム合金のプレス部品の製造方法において、前
記マグネシウム合金は、さらに、カルシウム、ジルコニ
ウム、珪素のうち少なくとも１つを０．５〜２重量％含
有するものである。

【００１４】請求項５に記載のマグネシウム合金のプレ
ス部品は、リチウムを６〜１０．５重量％含み、残部が
マグネシウムと不可避の不純物とからなるマグネシウム
α相とリチウムβ相の共晶組織のマグネシウム合金のプ
レス部品であって、マグネシウム合金は、冷間圧延さ
れ、熱処理されてマグネシウムα相が再結晶化し、プレ
ス成形により最終形状に形成され、さらに熱処理により
表面にマグネシウムα相が凝集してなるものである。ま
た、請求項６に記載のマグネシウム合金のプレス部品
は、請求項５に記載のマグネシウム合金のプレス部品に
おいて、冷間圧延が圧下率１０％以上であり、マグネシ
ウムα相の再結晶化のための熱処理が１５０〜３００
℃、１０分〜２時間であり、マグネシウムα相の凝集の
ための熱処理が２００〜３００℃、１〜３時間である。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明のマグネシウム合金のプレス部品及びその
製造方法について、従来例１との比較において説明す
る。

【００１６】まず、上記したリチウム含有量が６〜１
０．５重量％で残部がマグネシウムと不可避不純物から
なる従来の共晶系マグネシウム合金の、冷間プレス加工
後におけるプレス加工性の低下について、本発明者が鋭
意研究を行なった結果について説明する。

【００１７】共晶系マグネシウム合金を圧延することで
生成した圧延材の断面を顕微鏡観察した結果を、図４に
模式的に示す。この図から分かるように、圧延後の共晶
系マグネシウム合金には、加工性の低いα相１が針状に
延ばされて存在している（他の部分はβ相２である）。
ここから、圧延後や前段のプレス加工後におけるプレス
加工性の低下は、針状に延ばされたα相１の存在が原因
だと推察される。なお、このような現象は本発明者が初
めて見出したものである。

【００１８】そこで、上記問題を解決するため、本発明
では、圧延工程や前段のプレス加工後における上記針状
のα相１を、略粒状あるいは略球状に変化させる。具体
的には、圧延工程の少なくとも最終段階（すなわち、所望の厚
みに圧延する段階）を、冷間での圧延とし、その冷間での圧延後に、熱処理を行う。

【００１９】の”圧延後の熱処理”は、針状のα相１
を再結晶化して、略粒状あるいは略球状に変化させるた
めに行うものであり、これにより、後のプレス加工時に
おける加工性を向上できる。また、の”圧延工程の少
なくとも最終段階を冷間での圧延とすること”は、圧延
材（圧延後のマグネシウム合金）に内部歪みを付与する
ために行うものであり、これにより、再結晶化を容易に
起こさせることができ、さらに、その再結晶粒を微細に
することができる。このように本発明の手法によれば、
効果的な再結晶化が可能となり、プレス加工性を向上で
きる。

【００２０】図１は、上記の工程を通じて製造した
共晶系マグネシウム合金（リチウム含有量が６〜１０．
５重量％で残部がマグネシウムと不可避不純物からなる
マグネシウム合金）の断面を、模式的に示す図である。
この図のように、α相１は略粒状または略球状に分裂し
ており、図４のように針状には存在しなくなるため、プ
レス加工性を向上することができる。

【００２１】次に、上記したような再結晶化を実現する
ための条件について説明する。表１は、熱処理温度と熱
処理時間を変化させて、共晶マグネシウム合金のα相の
結晶状態を観察した結果を示す表である。

【００２２】

【表１】

【００２３】上表より、再結晶化は、１５０℃〜３００
℃で１０分〜２時間熱処理を施した場合に実現できるこ
とが分かる。望ましくは、１５０℃以上２００℃未満で
１．５〜２時間，２００℃以上２５０℃未満で１〜２時
間，２５０℃以上３００℃未満で０．５〜２時間，３０
０℃程度で１０分〜１時間の熱処理が良い。これらの熱
処理条件の下限は再結晶化が生じる限界によって決ま
り、上限は再結晶化に飽和が生じる条件（１５０℃，２
００℃の場合）または結晶粒が粗大化して強度が低下す
る条件（２５０℃，３００℃の場合）によって決まる。

【００２４】なお、圧延の最終段階（所望の厚みにする
段階）における冷間圧延は、圧延材に内部歪みを付与す
るという上記目的のためには、少なくとも圧下率１０％
以上好ましくは３０％以上で行うことが望ましい。

【００２５】以上説明したように、本発明によれば、プ
レス加工性を向上することができ、特に、多段階でプレ
ス加工を行う場合にその効果を発揮し、破断等の発生を
抑制することができる。

【００２６】なお、上記の熱処理工程は、所望の厚み
に圧延した後の圧延材び形態において行っても良いし、
また、圧延後にプレス加工した後であっても最終形状に
プレス加工する前であればその段階で行っても良い。

【００２７】（実施の形態２）実施の形態１で記した方
法で製造したマグネシウム合金を用いたプレス加工品
は、加工性が良い反面、クリープ変形し易いという問題
がある。本実施の形態では、クリープ変形を防止する方
法について説明する。

【００２８】ａ）熱処理による方法まず、実施の形態１の製造方法により作製したマグネシ
ウム合金（α相が再結晶化した合金）を、所定の形状に
プレス加工する。このプレス加工品は上記のようにクリ
ープ強度が劣っている。

【００２９】次に、上記プレス加工品に熱処理を加え
て、α相をマグネシウム合金の表層に凝集，結合させ
る。図２は、この熱処理後のマグネシウム合金の断面を
示す模式図である。このようにα相を表層に凝集，結合
させれば、後述する具体例のように、クリープ強度を増
大できる。なお、熱処理条件は、本発明者の実験によれ
ば、２００〜３００℃で１〜３時間において良好な結果
が得られた。

【００３０】ｂ）強化剤を添加する方法マグネシウムの共晶合金に強化剤を含有させておくこと
で、その強度を向上させることができる。この際、強度
を向上させ過ぎると、加工性が悪くなるため、強化剤は
適切な量添加する必要がある。具体的には、強化剤とし
て亜鉛もしくはアルミニウムを用いる場合には、リチウ
ム含有量が６〜１０．５重量％の共晶系マグネシウム合
金において、それらを０．５〜３重量％含有させること
が望ましい。

【００３１】ｃ）結晶粒微細化剤を添加する方法マグネシウムの共晶合金に結晶粒微細化剤を含有させて
おくことで、その強度を向上させることができる。この
際、強度を向上させ過ぎると、加工性が悪くなるため、
結晶粒微細化剤は適切な量添加する必要がある。具体的
には、結晶粒微細化剤としてカルシウム，ジルコニウ
ム、または、珪素を用いる場合には、リチウム含有量が
６〜１０．５重量％の共晶系マグネシウム合金におい
て、それらの少なくとも１種を０．５〜２重量％含有さ
せることが望ましい。

【００３２】なお、（ａ）〜（ｃ）の方法を組み合わせ
ても良く、この場合、さらに良好なクリープ強度を得る
ことができる。

【００３３】（具体例）以下、実施の形態１，２に記載
の共晶系マグネシウム合金の特性を、具体的に説明す
る。ここでは、各種組成（リチウム組成）の合金インゴ
ットを切り出した厚さ５ｍｍのビレットを、２００℃で
１ｍｍまで圧延した後、冷間で０．６ｍｍとなるように
（圧下率４０％）圧延した試験片を作製し、プレス性を
評価した。結果を表２に示すが、表２中の実施例は上記
試験片を２００℃で１時間熱処理（球状化熱処理）した
後に評価を行ったものであり、比較例は上記試験片を熱
処理を行わずに評価を行ったものである。また、プレス
性の評価後に２５０℃で２時間の熱処理（α相凝集熱処
理）を行ったものと行っていないものについて、クリー
プ強度を評価した。これについても表２に記載してい
る。なお、先に行う２００℃１時間の熱処理は、合金中
に存在する針状のα相を球状（粒状）化するのに十分な
条件であり、後に行う２５０℃２時間の熱処理は、表層
にα相を凝集するに十分な条件である。

【００３４】

【表２】

【００３５】上記表２において、プレス性とクリープ強
度の評価は以下のようにして行っている。プレス性評価：室温（２３℃）において、図３（ａ），
（ｂ）に示す形状にプレス加工し、コーナー部分での割
れが存在するか否かで評価。クリープ強度評価：引張試験機を用いて室温（２３℃）
にて初期応力６．５ｋｇ／ｍｍ²を印加し、２時間放置
後の応力を荷重により算出し評価。引張試験片は幅１
２．５ｍｍ，標点距離５０ｍｍ，厚さ０．６ｍｍ。

【００３６】表２における各実施例と比較例との比較か
ら、球状化熱処理を行っていない場合には、プレス性評
価においてすべての場合で割れが発生しているが、球状
化熱処理をしたものではすべて良好なプレス性が得られ
ることがわかる。

【００３７】また、α相凝集熱処理によりクリープ強度
が大きく増大していることがわかる。

【００３８】さらに、実施例２と実施例３，４との比較
から、リチウムを含有した共晶系マグネシウム合金にお
いて、強化剤（ここでは、Ａｌ，Ｚｎ）を添加すること
でクリープ強度が増大していることがわかる。

【００３９】また、実施例２，３，４と実施例５との比
較から、リチウムを含有した共晶系マグネシウム合金に
おいて、結晶粒微細化剤（ここでは、Ａｌ，Ｚｎ）を添
加することでクリープ強度が増大していることがわか
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、α相
を球状化させるため、冷間での良好なプレス加工性が得
られる。

【００４１】また、亜鉛もしくはアルミニウムなどの強
化剤や、カルシウム，ジルコニウム，珪素などの微細化
剤を含有させれば、良好なプレス加工性を保ったまま、
クリープ強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球状化熱処理後におけるマグネシウム
合金の組織を示す断面模式図である。

【図２】α相凝集化熱処理後におけるマグネシウム合金
の組織を示す断面模式図である。

【図３】プレス加工性の評価を行った箱型状のプレス加
工品を示す図である。

【図４】従来の圧延後におけるマグネシウム合金の組織
を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１マグネシウムα相２リチウムβ相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２２Ｆ 1/00 ６５０Ｃ２２Ｆ 1/00 ６５０Ａ６８５６８５Ｚ６８６６８６Ａ６９１６９１Ｂ６９１Ｃ６９４６９４Ａ (56)参考文献特開平９−41066（ＪＰ，Ａ) 特開平４−176839（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−104641（ＪＰ，Ａ) 堀ら，Ｍｇ−ＬｉおよびＭｇ−Ｚｒ− Ｌｉ合金の冷間加工性，軽金属，日本, 1990年４月30日，Ｖｏｌ．40 Ｎｏ. ４，Ｐ．285−289 松澤ら，Ｍｇ−Ｌｉ−Ａｌ合金の時効硬化及び機械的性質，軽金属，日本, 1989年１月30日，Ｖｏｌ．39 Ｎｏ. １，Ｐ．45−51 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22F 1/06 B21B 3/00 C22C 23/00 - 23/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムを６〜１０．５重量％含み、残
部がマグネシウムと不可避の不純物とからなるマグネシ
ウムα相とリチウムβ相の共晶組織のマグネシウム合金
プレス部品の製造方法において、前記マグネシウム合金を、冷間圧延して、所望の厚みと
する冷間圧延工程と、該冷間圧延工程後で、かつ、最終形状までプレス加工す
る前に熱処理を施すことにより、マグネシウムα相を再
結晶化させる工程と、最終形状までプレス成形した後に、さらに熱処理を施す
ことにより表面にマグネシウムα相を凝集させる工程
と、を含むことを特徴とするマグネシウム合金のプレス
部品の製造方法。
【請求項２】前記冷間圧延工程は、圧下率１０％以上
であり、マグネシウムα相を再結晶化させる工程では、
１５０〜３００℃で１０分〜２時間の熱処理を施し、か
つマグネシウムα相を凝集させる工程は、２００〜３０
０℃で１〜３時間の熱処理を施す請求項１記載のマグネ
シウム合金のプレス部品の製造方法。
【請求項３】前記マグネシウム合金は、さらに、亜鉛
もしくはアルミニウムを０．５〜３重量％含有する請求
項１又は２記載のマグネシウム合金のプレス部品の製造
方法。
【請求項４】前記マグネシウム合金は、さらに、カル
シウム、ジルコニウム、珪素のうち少なくとも１つを
０．５〜２重量％含有する請求項１〜３の何れか１つに
記載のマグネシウム合金のプレス部品の製造方法。
【請求項５】リチウムを６〜１０．５重量％含み、残
部がマグネシウムと不可避の不純物とからなるマグネシ
ウムα相とリチウムβ相の共晶組織のマグネシウム合金
のプレス部品であって、マグネシウム合金は、冷間圧延され、熱処理されてマグ
ネシウムα相が再結晶化し、プレス成形により最終形状
に形成され、さらに熱処理により表面にマグネシウムα
相が凝集してなることを特徴とするマグネシウム合金の
プレス部品。
【請求項６】冷間圧延が圧下率１０％以上であり、マ
グネシウムα相の再結晶化のための熱処理が１５０〜３
００℃、１０分〜２時間であり、マグネシウムα相の凝
集のための熱処理が２００〜３００℃、１〜３時間であ
る請求項５記載のマグネシウム合金のプレス部品。