JP3541994B2 - 半溶融射出成形部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半溶融射出成形部品の製造方法に関し、特に、半溶融金属を射出して所望の形状の部品を成形する際に、その部品の表面に液相部、部品の内部に固相部を分布させて、液相部及び固相部の各化学組成に起因する材料物性を部品の機能に活用できるようにした半溶融射出成形部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウムやマグネシウム等を原料としてダイカストや重力鋳造により製造された合金部品は、化学組成的に表面部分も内部も略均質となり、材料特性はほとんど変化しない。従って、主に成形部品の表面部分に要求される耐磨耗性や耐食性等の特性と、内部に要求される高靱性等の特性とは互いに異なる場合が多く、両特性を両立させることは困難であると考えられる。
【０００３】
これに対して、成形部品に局部的に耐磨耗性を付与する技術として、金型内部の所定箇所にセラミック繊維等の硬質な多孔質成形体を配置し、鋳造時に合金溶湯を加圧することにより成形部品と複合化させる技術がある。
【０００４】
また、金型の所定箇所にフィルタをセットし、大型の非金属等の粒子を分散させた溶湯を加圧成形することにより、特定箇所にSiC粒子を高密度に集めることを可能にしたものが周知である（特開平３−５０６３号公報）。
【０００５】
また、マグネシウム合金材料を固相率６０％以下の半溶融状態とした後、そのまま成形型内に注入して鋳物素材を成形し、その後、この鋳物素材に塑性加工を施して成形品を形成する方法が提案されている（特開平６−２９７１２７号公報）。
【０００６】
この半溶融成形方法では、半溶融状態の合金は固相部と液相部とが共存しており、夫々の化学組成は異なっている。そして、以下のような特徴がある。即ち、▲１▼Al-Mg系のマグネシウム合金では、固相部のAl 成分が少なく、逆に液相部のAl成分が多くなる。
【０００７】
▲２▼Al-Si系のアルミニウム合金では、固相部のSi 成分が少なく、逆に液相部のSi成分が多くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の成形部品に局部的に耐磨耗性を付与する技術では、多孔質成形体に予備加熱を施したり、一定温度以上に保持した状態で金型内へ設置する必要があり、これらの工程が生産効率を低下させることになる。
【０００９】
また、半溶融射出成形方法では、固相部と液相部で材料組成が異なるため、これらの分布を変化させることで成形品の表面部分と内部の材料特性を変化させ得る可能性はあるがこれを積極的に行う技術は従来提案されていない。
【００１０】
例えば、Al-Mg系のマグネシウム合金に半溶融射出成形方法を適用した場合、成形品の表面にAl成分が比較的高い液相部が優先的に存在する傾向があり、このままでも表面の腐食性は良いのであるが、より高い耐食性が要求される部位に積極的に液相部のAl成分を配置させる技術は従来提案されておらず、成形品の腐食性をこれ以上向上させることができないものであった。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半溶融成形部品の表面部分等のように、特に高い耐食性が要求される部位に積極的に液相部を配置させ、より耐食性、耐磨耗性を向上させると共に、表面部分と内部とで材料特性の異なる成形品を容易に得ることができる半溶融射出成形部品の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決し、目的を達成するために、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
また、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金を切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
また、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料としてのマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施形態につき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
＜製造方法の原理＞
先ず、本実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法の原理について説明する。図１は、半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の断面組織の模式図である。また、図２は、半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の実際の断面組織の顕微鏡写真を示す図である。
【００１６】
図１、図２において、液相量の多い半溶融合金、即ち、固相率｛＝固相量／（固相量＋液相量）｝が５０％以下の半溶融合金において、通常のダイカスト品のような薄肉（５mm以下）の成形品では、固相部と液相部とが肉厚方向に対して比較的均一に分布しているが成形品の肉厚が厚い場合、図１、図２に見られるように、固相部が肉厚方向に対して中央部分、即ち内部に集積する傾向がある。これは金型内での固相部と液相部との流動性の差に起因する現象と考えられる。
【００１７】
本発明に係る実施形態の半溶融射出成形部品は、この現象を利用して成形される。この出願に係る発明者は、この現象を積極的に導くためには半溶融状態での固相粒径と成形品肉厚の関係に影響を受け、成形品の肉厚に対して固相粒径が小さい程、固相部が内部に集積する傾向が強いことを見出した。
【００１８】
＜半溶融射出成形機の構成＞
図３は、本発明の実施形態に係わる半溶融射出成形機の要部を簡略化して示す図である。
【００１９】
図３を参照して、本実施形態で用いるスクリュー式の半溶融射出成形機の概略を説明する。図３において、スクリュー式の半溶融射出成形機１は、スクリュー２を回転させて原料３を加熱シリンダ４に送り込み、スクリュー２で原料３を攪拌し十分に混練しながら加熱して半溶融状態にさせる。この半溶融状態の原料３がスクリュー２の前方に押し出されるにつれて、その圧力でスクリュー２が後退していく。尚、別の手法として任意の速度で強制的にスクリューを後退させる方法もある。高速射出機構５は予め決められた長さだけスクリュー２が後退すると、それを検知してスクリューの回転を停止すると同時にスクリュー２の後退が止まるようになっている。原料３の計量は、スクリュー３の後退距離を設定することによって行なわれる。そして、スクリュー２を高速射出機構５によって前進させることにより、ノズル９から金型６内に半溶融状態の原料３を射出する。原料３は、切り粉状の後述するマグネシウムペレットであり、ホッパ８からシリンダ４内に送り込まれる。また、ホッパ８からシリンダ４内に通じる通路７には、アルゴンガスが充填されるようになっており、原料３がアルゴン雰囲気中に置かれることにより、原料（例えば、マグネシウムペレット）の酸化反応を防止している。
【００２０】
以上説明したスクリュー式成形機１では、スクリュー２で加熱シリンダ４内の加熱ゾーンｌにおいて、原料３を撹拌し十分に混練しながら原料を均一に加熱することができる。
【００２１】
［第１の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法］
次に、第１の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法として、フィルター（後述する第２の実施形態で用いる）を用いないで固相粒径により実現する方法を説明する。図４は、第１の実施形態の製造方法を適用した腐食試験片の製造方法を示す断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。図６は、第１の実施形態の製造方法により製造された腐食試験片の塩水噴霧試験結果を示す図である。
【００２２】
図４〜図６において、第１の実施形態の腐食試験片は、以下の製造条件に基づいてノズル９から金型６の内部に半溶融状態の材料を射出して成形する。また、比較対象として従来の射出成形法により製造された比較試験片、及びダイカストにより製造された比較試験片の塩水噴霧試験結果を示す。
【００２３】
（製造条件）
材料：ＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄ合金
（塩水噴霧条件）
塩水：５wt％ NaCl
温度：３５℃
時間：１０００時間
（製造方法）
従来法による射出成形：図３に示す射出成形機を使用して、固相率約２５％で成形し、固相粒径を約１００〜１５０μmとした。
【００２４】
本実施形態の射出成形：図３に示す射出成形機を使用して、固相率約２５％で成形し、機械加工により材料ペレットを製作する際、加工前に塑性加工を施した材料ペレットを採用することにより、固相粒径を約５０〜８０μｍと細粒化した。
【００２５】
ダイカスト：通常のコールドチャンバー型ダイカストマシンにより成形した。
＜腐食試験結果＞
図６に示すように、第１の実施形態の製造方法によれば、材料合金の固相粒径を従来に比べて細粒化することにより耐食性が向上する。
【００２６】
＜固相の平均粒径を成形品肉厚の５０分の１以下に微細化する方法＞
ここで、固相の平均粒径を成形品の肉厚の５０分の１以下に微細化する方法について説明する。
【００２７】
合金材料を半溶融状態から加熱した際に生じる固相粒径はペレット状態での結晶粒径の影響を受ける。即ち、この結晶粒径が小さいほど固相粒径は小さくなる。従って、合金材料をペレット状態に切削加工する前の母合金（固体合金の状態）に塑性加工（例えば、圧延加工、鍛造加工等）を施すことにより、固相粒径の細粒化を図ることができる。
【００２８】
また、母合金の製造時にCaCN2（シアン化カルシウム）或いはSr（ストロンチウム）を添加することにより結晶粒を微細化することもできる。
【００２９】
また、Sr（ストロンチウム）は、合金材料が射出成形機内部に滞留し、半溶融状態が長時間続くことで固相粒径が次第に粗大化してくるのを防止するためにも有効である。
【００３０】
［第２の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法］
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法として、フィルターを用いた方法を説明する。
【００３１】
図７は、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片の成形方法を示す図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００３２】
この第２の実施形態では、
▲１▼Al-Mg系のマグネシウム合金では、固相部のAl 成分が少なく、逆に液相部のAl 成分が多くなる。
【００３３】
▲２▼Al-Si系のアルミニウム合金では、固相部のSi 成分が少なく、逆に液相部のSi 成分が多くなる。
という点に着目し、表面部分等の高い耐食性、耐磨耗性が要求される部位に積極的に液相部を配置させ、より耐食性、耐磨耗性を向上させるために、金型６の内部をキャビティ６ａ、６ｂに仕切るフィルタ１２（図７参照）を設けた。このフィルタ１２は、大きさが８０μｍ程の固相部の粒径より小さな気孔を有する多孔質体（例えば、ニッケル発泡体）であり、ノズル９から射出された半溶融状態の金属材料のなかで、固相部をトラップし、液相部のみをキャビティ６ｂへ通過させるものである。
【００３４】
＜腐食試験結果＞
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片と従来の半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の腐食性を比較する。
【００３５】
第２の実施形態の試験片と比較試験片は、第１の実施形態と同様に、全て既存のマグネシウム合金AZ91Dであり、キャビティ６ｂの一部６ｃを腐食試験評価面に設定した。また、比較試験片は、図７に示すフィルタ１２を取り除いた金型で半溶融射出成形にて成形したものである。［発明が解決しようとする課題］の項で説明したように、半溶融射出成形では、成形品の表面にAl成分が比較的高い液相部３ａが優先的に存在する傾向があるために、図１、図２に示すように、表面６ｃに層厚ｄが数μｍ〜４００μｍの液相部３ａのみの層ができ、内部には液相部３ａと固相部３ｂとが共存する層ができる。
【００３６】
また、第２の実施形態の試験片は、フィルタ１２により固相部３ｂをトラップしているので、その断面組織は液相部３ａのみとなる。
【００３７】
図９は、２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の腐食減量による試験結果を示す図である。また、図１０は、２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の平均侵食深さによる試験結果を示す図である。図９、図１０において、フィルタ無しの場合、いずれの試験片においても鋳放し表面の結果が研磨処理後の結果より良好な理由は、いずれの成形方法を適用しても試験片内部に耐食性の劣るアルミニウム成分の低い組織ができてしまい、＃６００研磨処理により上記組織が表面に現われてしまうからである。
【００３８】
ここで、２種の試験片の試験結果を比較すると、鋳放し及び＃６００研磨処理後のいずれの場合でも、アルミニウム成分の多い組織を積極的に表面部分に形成した第２の実施形態の試験片が優れているのが明らかである。
【００３９】
従って、第２の実施例の半溶融射出成形方法をAl-Mg系のマグネシウム合金に適用することにより、成形品表面の耐食性が良好となり、硬度が高くなると共に、内部の靱性が向上する。また、Al-Si系のアルミニウム合金に適用した場合には、成形品表面の耐磨耗性が向上し、内部の靱性が向上する。
【００４０】
［自動車用ホイールへの適用例］
次に、上述の第１、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を自動車用ホイールの成形に適用した場合について説明する。
【００４１】
一般に、自動車用ホイールは軽量である程操縦安定性が向上する。従って、近年ではアルミニウム合金製ホイールやマグネシウム合金製ホイールの需要が増加している。
【００４２】
自動車用ホイールは表面部分に耐食性を必要とし、特にマグネシウム合金製ホイールをダイカスト等の鋳造法或いは本実施形態のような射出成形法により製造する場合、衝撃特性を重視するためにアルミニウム含有量の少ないAl-Mn系のマグネシウム合金（例えば、ＡＳＴＭ規格ＡＭ６０合金）が用いられる。
【００４３】
しかしながら、耐食性の点からはＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄ合金のようにアルミニウム含有量の多い合金がより好ましいのであるが、衝撃特性が著しく劣っている。現状では、耐食性と、耐力、引張り強さ等の強度特性、成形性等を両立させる合金はないのである。
【００４４】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、自動車用ホイールに適用した場合の適正な合金成分を選定した。
【００４５】
図１１は、従来の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。図１２は、図１１の４種類の合金の引張試験及び衝撃試験結果を示す図である。尚、T6処理とは、溶体化処理後、人工時効処理を施す熱処理である。
【００４６】
図１１、図１２を参照すると、Al,Mn,Znを含む合金の中でAl成分が最も機械的特性と耐食性に影響を及ぼし、いずれの特性もアルミニウム含有量が７wt％を越えるあたりから急激に低下しているのがわかる。
【００４７】
ホイールとして必要な衝撃値（図１２で７J/cm2以上）を確保するためには、Al含有量を７％以下に設定するのが好ましいが、反面Al含有量を減少させると引張強度が低下するので、それに伴って硬さが低下し、特にナット座面の耐へたり性に悪影響を及ぼす可能性がある。従って、局部的にAl含有量を増加して、局部的に硬さを増加させる必要がある。
【００４８】
ここで、本実施形態では、このアルミニウムの特性を考慮して、上述の第１、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を自動車用ホイールの成形に適用することにより、成形品として上記機能要件を満足し得る合金成分の特定を行った。
【００４９】
［第１の実施形態の応用例］
次に、第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用して自動車用ホイールを成形した応用例を説明する。図１３は、第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。図１４は、機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。図１５は、図１２の断面図である。尚、以下の第１、第２の実施形態では、自動車用ホイール以外にオートマチックトランスミッションのクラッチドラムやエンジンのピストン等にも応用できることは言うまでもない。
【００５０】
一般的に、自動車用ホイールには、全体的な強度や耐食性、ボルト締結面の耐へたり性等が要求される。
【００５１】
図１３に示すように、第１の実施形態を適用した場合では、ホイール表面部分に液相部を集積させて成形することができるため、図１２、図１３に示すホイール２０のハブナット座面２０ａのみを硬くしながら、全体的な強度（靱性や衝撃強度）を確保することが可能となる。このように、ハブナット座面２０ａは、Al-Mg系のマグネシウム合金を適用した場合には、Al濃度が高くなり、Al-Si系のアルミニウム合金を適用した場合には、Si濃度が高くなり、いずれの場合も硬さが増すのである。
【００５２】
［第２の実施形態の応用例］
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用して自動車用ホイールを成形した例を説明する。図１６は、第２の本実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。図１７は、機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。図１８は、図１２の断面図である。
【００５３】
図１６に示すように、第２の実施形態を適用した場合では、ホイールを自動車にボルト締結する際のハブナット座面の磨耗によるへたりを防止するため、ハブナット座面３０ａを形成する金型部分の手前にフィルタ１２を配置し、固相部を濾過して液相部のみで座面３０ａを成形することができるため、図１７、図１８に示すホイール３０のハブナット座面３０ａのみを硬くしながら、全体的な強度（靱性や衝撃強度）を確保することが可能となる。このように、ハブナット座面３０ａは、Al-Mg系のマグネシウム合金を適用した場合には、Al濃度が高くなり、Al-Si系のアルミニウム合金を適用した場合には、Si濃度が高くなり、いずれの場合も硬さが増すのである。
【００５４】
また、フィルター部材に硬質なものを使用することにより、成形品内部に残留させた際に母材の強化に利用することが可能である。
【００５５】
例えば、金属或いはセラミックの多孔体を成形品のハブナット締結座面となる部位に設置して、フィルター部材として機能させると共に、成形後、座面のへたり防止のための補強部材として用いることが可能となる。
【００５６】
［自動車用ホイールに適用した場合の効果及び合金の選定］
図１９は、本実施形態の引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。図２０は、図１９の４種類の合金の耐食性試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【００５７】
尚、成形品の仕様は以下のように設定した。
【００５８】
ホイールディスク：最低肉厚５ｍｍ（スポーク部分の肉厚１５ｍｍ）
平均固相粒径：８０μｍ
図２０に示す試験結果は、図１９の４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金で自動車用ホイールを成形し、図１９は、図１７に示すディスク表面の採取位置Ｐ１、Ｐ２の試験片に対して耐食性試験を行ない、スポーク部内部にシャルピー衝撃試験を行った結果であり、Al含有量が各合金の耐食性及び機械的特性に与える影響を示している。図２０を参照すると、耐食性と衝撃特性の両方に優れているのは、図１９に示す「No.5」、「No.6」の合金であり、Al含有量は６．５〜７．５wt％が望ましいことがわかる。
【００５９】
図１６のようにフィルターを用いた場合には、成形品の断面の肉厚に拘らず、固相部をある程度任意に配置できるため、Al含有量は７．５wt％より多くても良いが、固相部のAl含有量も多くなるため１０wt％が限界である。
【００６０】
［シリコン含有量との関係］
次に、シリコン含有量との関係について説明する。図２１は、Al-Si系のアルミニウム合金の状態図である。
【００６１】
図２１に示すように、Si含有量は約１２wt％で共晶点である。共晶組成の融点は最も低く、半溶融状態ではこの共晶組成が液相部となり成形部品の表面部分に配置され、Si含有量の少ない固相部が部品内部に配置されて伸び（靱性）を付与するようになる。従って、成形部品が上記構造となるためにSi含有量は約１２wt％以下にする必要がある（Si含有量１２wt％以下であれば、部品内部をSi含有量の多い組成とすることができる）。また、Si含有量が約６wt％以下になると、共晶組成或いはSi含有量の多い組成を表面部分に十分配置することが困難になる。故に、上記第１、第２の実施形態において、Al-Si系のアルミニウム合金では、特に、Si含有量が少なくとも６〜１２wt％で液相部にSi成分が多い層が形成されるので、表面部分の硬さを増加させると共に、内部の靱性を大きくすることができる。
【００６２】
図２２は、Al-Si系のアルミニウム合金の化学組成を示す図である。図２３は、図２２に示す化学組成のアルミニウム合金を本実施形態により成形し、表面部分と内部について磨耗試験を行った結果を示す図である。
【００６３】
図２２に示す化学組成のAl-Si系のアルミニウム合金を固相率３０％の半溶融状態とし、攪拌後に金型内に射出成形し、以下に示す試験条件により磨耗試験を行った。
【００６４】
（試験条件）
磨耗試験法：リングオンディスク型
リング材：SCr420
ディスク材：本実施形態により製造されたアルミニウム合金部材（Ｔ６熱処理済み）
面圧：１９０kg/cm^2（^2は２乗を表わす）
潤滑油：エンジンオイルSW-30相当
温度：１００℃
摺動距離：５０００ｍ
図２３に示すように、本実施形態により製造されたディスク材は、シリコンを含有させることによりその表面部分が内部と比較して耐磨耗性が良好となるという結果が得られた。
【００６５】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変更したものに適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半溶融射出成形部品の製造方法においては、前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品における、表面部分に液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、この部位の表面部分に液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成するので、特に高い耐食性が要求される半溶融成形部品の表面部分等に積極的に液相部のみを形成して、より耐食性、耐磨耗性を向上させると共に、表面部分と内部とで材料特性の異なる成形品を容易に得ることができる。
【００６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の断面組織の模式図である。
【図２】半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の実際の断面組織の顕微鏡写真を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる半溶融射出成形機の要部を簡略化して示す図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法を適用した腐食試験片の製造方法を示す断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法により製造された腐食試験片の塩水噴霧試験結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片の成形方法を示す図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図９】２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の腐食減量による試験結果を示す図である。
【図１０】２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の平均侵食深さによる試験結果を示す図である。
【図１１】従来の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。
【図１２】図１１の４種類の合金の引張試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【図１３】第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。
【図１４】第１の実施形態により成形した機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。
【図１５】図１４の断面図である。
【図１６】第２の本実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。
【図１７】第２の実施形態により成形した機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。
【図１８】図１７の断面図である。
【図１９】第１、第２の実施形態の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。
【図２０】図１９の４種類の合金の耐食性試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【図２１】Al-Si系のアルミニウム合金の状態図である。
【図２２】Al-Si系のアルミニウム合金の化学組成を示す図である。
【図２３】図２２に示す化学組成のアルミニウム合金を本実施形態により成形し、表面部分と内部について磨耗試験を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１…半溶融射出成形機
２…スクリュー
３…原料ペレット
４…シリンダ
５…高速射出機構
６…金型
８…ホッパ
９…ノズル
１２…フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半溶融射出成形部品の製造方法に関し、特に、半溶融金属を射出して所望の形状の部品を成形する際に、その部品の表面に液相部、部品の内部に固相部を分布させて、液相部及び固相部の各化学組成に起因する材料物性を部品の機能に活用できるようにした半溶融射出成形部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウムやマグネシウム等を原料としてダイカストや重力鋳造により製造された合金部品は、化学組成的に表面部分も内部も略均質となり、材料特性はほとんど変化しない。従って、主に成形部品の表面部分に要求される耐磨耗性や耐食性等の特性と、内部に要求される高靱性等の特性とは互いに異なる場合が多く、両特性を両立させることは困難であると考えられる。
【０００３】
これに対して、成形部品に局部的に耐磨耗性を付与する技術として、金型内部の所定箇所にセラミック繊維等の硬質な多孔質成形体を配置し、鋳造時に合金溶湯を加圧することにより成形部品と複合化させる技術がある。
【０００４】
また、金型の所定箇所にフィルタをセットし、大型の非金属等の粒子を分散させた溶湯を加圧成形することにより、特定箇所にSiC粒子を高密度に集めることを可能にしたものが周知である（特開平３−５０６３号公報）。
【０００５】
また、マグネシウム合金材料を固相率６０％以下の半溶融状態とした後、そのまま成形型内に注入して鋳物素材を成形し、その後、この鋳物素材に塑性加工を施して成形品を形成する方法が提案されている（特開平６−２９７１２７号公報）。
【０００６】
この半溶融成形方法では、半溶融状態の合金は固相部と液相部とが共存しており、夫々の化学組成は異なっている。そして、以下のような特徴がある。即ち、▲１▼Al-Mg系のマグネシウム合金では、固相部のAl 成分が少なく、逆に液相部のAl成分が多くなる。
【０００７】
▲２▼Al-Si系のアルミニウム合金では、固相部のSi 成分が少なく、逆に液相部のSi成分が多くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の成形部品に局部的に耐磨耗性を付与する技術では、多孔質成形体に予備加熱を施したり、一定温度以上に保持した状態で金型内へ設置する必要があり、これらの工程が生産効率を低下させることになる。
【０００９】
また、半溶融射出成形方法では、固相部と液相部で材料組成が異なるため、これらの分布を変化させることで成形品の表面部分と内部の材料特性を変化させ得る可能性はあるがこれを積極的に行う技術は従来提案されていない。
【００１０】
例えば、Al-Mg系のマグネシウム合金に半溶融射出成形方法を適用した場合、成形品の表面にAl成分が比較的高い液相部が優先的に存在する傾向があり、このままでも表面の腐食性は良いのであるが、より高い耐食性が要求される部位に積極的に液相部のAl成分を配置させる技術は従来提案されておらず、成形品の腐食性をこれ以上向上させることができないものであった。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半溶融成形部品の表面部分等のように、特に高い耐食性が要求される部位に積極的に液相部を配置させ、より耐食性、耐磨耗性を向上させると共に、表面部分と内部とで材料特性の異なる成形品を容易に得ることができる半溶融射出成形部品の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決し、目的を達成するために、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
また、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金を切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
また、この発明に係わる半溶融射出成形部品の製造方法は、以下の特徴を備える。即ち、
半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料としてのマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施形態につき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
＜製造方法の原理＞
先ず、本実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法の原理について説明する。図１は、半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の断面組織の模式図である。また、図２は、半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の実際の断面組織の顕微鏡写真を示す図である。
【００１６】
図１、図２において、液相量の多い半溶融合金、即ち、固相率｛＝固相量／（固相量＋液相量）｝が５０％以下の半溶融合金において、通常のダイカスト品のような薄肉（５mm以下）の成形品では、固相部と液相部とが肉厚方向に対して比較的均一に分布しているが成形品の肉厚が厚い場合、図１、図２に見られるように、固相部が肉厚方向に対して中央部分、即ち内部に集積する傾向がある。これは金型内での固相部と液相部との流動性の差に起因する現象と考えられる。
【００１７】
本発明に係る実施形態の半溶融射出成形部品は、この現象を利用して成形される。この出願に係る発明者は、この現象を積極的に導くためには半溶融状態での固相粒径と成形品肉厚の関係に影響を受け、成形品の肉厚に対して固相粒径が小さい程、固相部が内部に集積する傾向が強いことを見出した。
【００１８】
＜半溶融射出成形機の構成＞
図３は、本発明の実施形態に係わる半溶融射出成形機の要部を簡略化して示す図である。
【００１９】
図３を参照して、本実施形態で用いるスクリュー式の半溶融射出成形機の概略を説明する。図３において、スクリュー式の半溶融射出成形機１は、スクリュー２を回転させて原料３を加熱シリンダ４に送り込み、スクリュー２で原料３を攪拌し十分に混練しながら加熱して半溶融状態にさせる。この半溶融状態の原料３がスクリュー２の前方に押し出されるにつれて、その圧力でスクリュー２が後退していく。尚、別の手法として任意の速度で強制的にスクリューを後退させる方法もある。高速射出機構５は予め決められた長さだけスクリュー２が後退すると、それを検知してスクリューの回転を停止すると同時にスクリュー２の後退が止まるようになっている。原料３の計量は、スクリュー３の後退距離を設定することによって行なわれる。そして、スクリュー２を高速射出機構５によって前進させることにより、ノズル９から金型６内に半溶融状態の原料３を射出する。原料３は、切り粉状の後述するマグネシウムペレットであり、ホッパ８からシリンダ４内に送り込まれる。また、ホッパ８からシリンダ４内に通じる通路７には、アルゴンガスが充填されるようになっており、原料３がアルゴン雰囲気中に置かれることにより、原料（例えば、マグネシウムペレット）の酸化反応を防止している。
【００２０】
以上説明したスクリュー式成形機１では、スクリュー２で加熱シリンダ４内の加熱ゾーンｌにおいて、原料３を撹拌し十分に混練しながら原料を均一に加熱することができる。
【００２１】
［第１の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法］
次に、第１の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法として、フィルター（後述する第２の実施形態で用いる）を用いないで固相粒径により実現する方法を説明する。図４は、第１の実施形態の製造方法を適用した腐食試験片の製造方法を示す断面図である。図５は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。図６は、第１の実施形態の製造方法により製造された腐食試験片の塩水噴霧試験結果を示す図である。
【００２２】
図４〜図６において、第１の実施形態の腐食試験片は、以下の製造条件に基づいてノズル９から金型６の内部に半溶融状態の材料を射出して成形する。また、比較対象として従来の射出成形法により製造された比較試験片、及びダイカストにより製造された比較試験片の塩水噴霧試験結果を示す。
【００２３】
（製造条件）
材料：ＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄ合金
（塩水噴霧条件）
塩水：５wt％ NaCl
温度：３５℃
時間：１０００時間
（製造方法）
従来法による射出成形：図３に示す射出成形機を使用して、固相率約２５％で成形し、固相粒径を約１００〜１５０μmとした。
【００２４】
本実施形態の射出成形：図３に示す射出成形機を使用して、固相率約２５％で成形し、機械加工により材料ペレットを製作する際、加工前に塑性加工を施した材料ペレットを採用することにより、固相粒径を約５０〜８０μｍと細粒化した。
【００２５】
ダイカスト：通常のコールドチャンバー型ダイカストマシンにより成形した。
＜腐食試験結果＞
図６に示すように、第１の実施形態の製造方法によれば、材料合金の固相粒径を従来に比べて細粒化することにより耐食性が向上する。
【００２６】
＜固相の平均粒径を成形品肉厚の５０分の１以下に微細化する方法＞
ここで、固相の平均粒径を成形品の肉厚の５０分の１以下に微細化する方法について説明する。
【００２７】
合金材料を半溶融状態から加熱した際に生じる固相粒径はペレット状態での結晶粒径の影響を受ける。即ち、この結晶粒径が小さいほど固相粒径は小さくなる。従って、合金材料をペレット状態に切削加工する前の母合金（固体合金の状態）に塑性加工（例えば、圧延加工、鍛造加工等）を施すことにより、固相粒径の細粒化を図ることができる。
【００２８】
また、母合金の製造時にCaCN2（シアン化カルシウム）或いはSr（ストロンチウム）を添加することにより結晶粒を微細化することもできる。
【００２９】
また、Sr（ストロンチウム）は、合金材料が射出成形機内部に滞留し、半溶融状態が長時間続くことで固相粒径が次第に粗大化してくるのを防止するためにも有効である。
【００３０】
［第２の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法］
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形部品の製造方法として、フィルターを用いた方法を説明する。
【００３１】
図７は、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片の成形方法を示す図であり、図８は、図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００３２】
この第２の実施形態では、
▲１▼Al-Mg系のマグネシウム合金では、固相部のAl 成分が少なく、逆に液相部のAl 成分が多くなる。
【００３３】
▲２▼Al-Si系のアルミニウム合金では、固相部のSi 成分が少なく、逆に液相部のSi 成分が多くなる。
という点に着目し、表面部分等の高い耐食性、耐磨耗性が要求される部位に積極的に液相部を配置させ、より耐食性、耐磨耗性を向上させるために、金型６の内部をキャビティ６ａ、６ｂに仕切るフィルタ１２（図７参照）を設けた。このフィルタ１２は、大きさが８０μｍ程の固相部の粒径より小さな気孔を有する多孔質体（例えば、ニッケル発泡体）であり、ノズル９から射出された半溶融状態の金属材料のなかで、固相部をトラップし、液相部のみをキャビティ６ｂへ通過させるものである。
【００３４】
＜腐食試験結果＞
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片と従来の半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の腐食性を比較する。
【００３５】
第２の実施形態の試験片と比較試験片は、第１の実施形態と同様に、全て既存のマグネシウム合金AZ91Dであり、キャビティ６ｂの一部６ｃを腐食試験評価面に設定した。また、比較試験片は、図７に示すフィルタ１２を取り除いた金型で半溶融射出成形にて成形したものである。［発明が解決しようとする課題］の項で説明したように、半溶融射出成形では、成形品の表面にAl成分が比較的高い液相部３ａが優先的に存在する傾向があるために、図１、図２に示すように、表面６ｃに層厚ｄが数μｍ〜４００μｍの液相部３ａのみの層ができ、内部には液相部３ａと固相部３ｂとが共存する層ができる。
【００３６】
また、第２の実施形態の試験片は、フィルタ１２により固相部３ｂをトラップしているので、その断面組織は液相部３ａのみとなる。
【００３７】
図９は、２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の腐食減量による試験結果を示す図である。また、図１０は、２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の平均侵食深さによる試験結果を示す図である。図９、図１０において、フィルタ無しの場合、いずれの試験片においても鋳放し表面の結果が研磨処理後の結果より良好な理由は、いずれの成形方法を適用しても試験片内部に耐食性の劣るアルミニウム成分の低い組織ができてしまい、＃６００研磨処理により上記組織が表面に現われてしまうからである。
【００３８】
ここで、２種の試験片の試験結果を比較すると、鋳放し及び＃６００研磨処理後のいずれの場合でも、アルミニウム成分の多い組織を積極的に表面部分に形成した第２の実施形態の試験片が優れているのが明らかである。
【００３９】
従って、第２の実施例の半溶融射出成形方法をAl-Mg系のマグネシウム合金に適用することにより、成形品表面の耐食性が良好となり、硬度が高くなると共に、内部の靱性が向上する。また、Al-Si系のアルミニウム合金に適用した場合には、成形品表面の耐磨耗性が向上し、内部の靱性が向上する。
【００４０】
［自動車用ホイールへの適用例］
次に、上述の第１、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を自動車用ホイールの成形に適用した場合について説明する。
【００４１】
一般に、自動車用ホイールは軽量である程操縦安定性が向上する。従って、近年ではアルミニウム合金製ホイールやマグネシウム合金製ホイールの需要が増加している。
【００４２】
自動車用ホイールは表面部分に耐食性を必要とし、特にマグネシウム合金製ホイールをダイカスト等の鋳造法或いは本実施形態のような射出成形法により製造する場合、衝撃特性を重視するためにアルミニウム含有量の少ないAl-Mn系のマグネシウム合金（例えば、ＡＳＴＭ規格ＡＭ６０合金）が用いられる。
【００４３】
しかしながら、耐食性の点からはＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄ合金のようにアルミニウム含有量の多い合金がより好ましいのであるが、衝撃特性が著しく劣っている。現状では、耐食性と、耐力、引張り強さ等の強度特性、成形性等を両立させる合金はないのである。
【００４４】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、自動車用ホイールに適用した場合の適正な合金成分を選定した。
【００４５】
図１１は、従来の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。図１２は、図１１の４種類の合金の引張試験及び衝撃試験結果を示す図である。尚、T6処理とは、溶体化処理後、人工時効処理を施す熱処理である。
【００４６】
図１１、図１２を参照すると、Al,Mn,Znを含む合金の中でAl成分が最も機械的特性と耐食性に影響を及ぼし、いずれの特性もアルミニウム含有量が７wt％を越えるあたりから急激に低下しているのがわかる。
【００４７】
ホイールとして必要な衝撃値（図１２で７J/cm2以上）を確保するためには、Al含有量を７％以下に設定するのが好ましいが、反面Al含有量を減少させると引張強度が低下するので、それに伴って硬さが低下し、特にナット座面の耐へたり性に悪影響を及ぼす可能性がある。従って、局部的にAl含有量を増加して、局部的に硬さを増加させる必要がある。
【００４８】
ここで、本実施形態では、このアルミニウムの特性を考慮して、上述の第１、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を自動車用ホイールの成形に適用することにより、成形品として上記機能要件を満足し得る合金成分の特定を行った。
【００４９】
［第１の実施形態の応用例］
次に、第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用して自動車用ホイールを成形した応用例を説明する。図１３は、第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。図１４は、機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。図１５は、図１２の断面図である。尚、以下の第１、第２の実施形態では、自動車用ホイール以外にオートマチックトランスミッションのクラッチドラムやエンジンのピストン等にも応用できることは言うまでもない。
【００５０】
一般的に、自動車用ホイールには、全体的な強度や耐食性、ボルト締結面の耐へたり性等が要求される。
【００５１】
図１３に示すように、第１の実施形態を適用した場合では、ホイール表面部分に液相部を集積させて成形することができるため、図１２、図１３に示すホイール２０のハブナット座面２０ａのみを硬くしながら、全体的な強度（靱性や衝撃強度）を確保することが可能となる。このように、ハブナット座面２０ａは、Al-Mg系のマグネシウム合金を適用した場合には、Al濃度が高くなり、Al-Si系のアルミニウム合金を適用した場合には、Si濃度が高くなり、いずれの場合も硬さが増すのである。
【００５２】
［第２の実施形態の応用例］
次に、第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用して自動車用ホイールを成形した例を説明する。図１６は、第２の本実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。図１７は、機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。図１８は、図１２の断面図である。
【００５３】
図１６に示すように、第２の実施形態を適用した場合では、ホイールを自動車にボルト締結する際のハブナット座面の磨耗によるへたりを防止するため、ハブナット座面３０ａを形成する金型部分の手前にフィルタ１２を配置し、固相部を濾過して液相部のみで座面３０ａを成形することができるため、図１７、図１８に示すホイール３０のハブナット座面３０ａのみを硬くしながら、全体的な強度（靱性や衝撃強度）を確保することが可能となる。このように、ハブナット座面３０ａは、Al-Mg系のマグネシウム合金を適用した場合には、Al濃度が高くなり、Al-Si系のアルミニウム合金を適用した場合には、Si濃度が高くなり、いずれの場合も硬さが増すのである。
【００５４】
また、フィルター部材に硬質なものを使用することにより、成形品内部に残留させた際に母材の強化に利用することが可能である。
【００５５】
例えば、金属或いはセラミックの多孔体を成形品のハブナット締結座面となる部位に設置して、フィルター部材として機能させると共に、成形後、座面のへたり防止のための補強部材として用いることが可能となる。
【００５６】
［自動車用ホイールに適用した場合の効果及び合金の選定］
図１９は、本実施形態の引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。図２０は、図１９の４種類の合金の耐食性試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【００５７】
尚、成形品の仕様は以下のように設定した。
【００５８】
ホイールディスク：最低肉厚５ｍｍ（スポーク部分の肉厚１５ｍｍ）
平均固相粒径：８０μｍ
図２０に示す試験結果は、図１９の４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金で自動車用ホイールを成形し、図１９は、図１７に示すディスク表面の採取位置Ｐ１、Ｐ２の試験片に対して耐食性試験を行ない、スポーク部内部にシャルピー衝撃試験を行った結果であり、Al含有量が各合金の耐食性及び機械的特性に与える影響を示している。図２０を参照すると、耐食性と衝撃特性の両方に優れているのは、図１９に示す「No.5」、「No.6」の合金であり、Al含有量は６．５〜７．５wt％が望ましいことがわかる。
【００５９】
図１６のようにフィルターを用いた場合には、成形品の断面の肉厚に拘らず、固相部をある程度任意に配置できるため、Al含有量は７．５wt％より多くても良いが、固相部のAl含有量も多くなるため１０wt％が限界である。
【００６０】
［シリコン含有量との関係］
次に、シリコン含有量との関係について説明する。図２１は、Al-Si系のアルミニウム合金の状態図である。
【００６１】
図２１に示すように、Si含有量は約１２wt％で共晶点である。共晶組成の融点は最も低く、半溶融状態ではこの共晶組成が液相部となり成形部品の表面部分に配置され、Si含有量の少ない固相部が部品内部に配置されて伸び（靱性）を付与するようになる。従って、成形部品が上記構造となるためにSi含有量は約１２wt％以下にする必要がある（Si含有量１２wt％以下であれば、部品内部をSi含有量の多い組成とすることができる）。また、Si含有量が約６wt％以下になると、共晶組成或いはSi含有量の多い組成を表面部分に十分配置することが困難になる。故に、上記第１、第２の実施形態において、Al-Si系のアルミニウム合金では、特に、Si含有量が少なくとも６〜１２wt％で液相部にSi成分が多い層が形成されるので、表面部分の硬さを増加させると共に、内部の靱性を大きくすることができる。
【００６２】
図２２は、Al-Si系のアルミニウム合金の化学組成を示す図である。図２３は、図２２に示す化学組成のアルミニウム合金を本実施形態により成形し、表面部分と内部について磨耗試験を行った結果を示す図である。
【００６３】
図２２に示す化学組成のAl-Si系のアルミニウム合金を固相率３０％の半溶融状態とし、攪拌後に金型内に射出成形し、以下に示す試験条件により磨耗試験を行った。
【００６４】
（試験条件）
磨耗試験法：リングオンディスク型
リング材：SCr420
ディスク材：本実施形態により製造されたアルミニウム合金部材（Ｔ６熱処理済み）
面圧：１９０kg/cm^2（^2は２乗を表わす）
潤滑油：エンジンオイルSW-30相当
温度：１００℃
摺動距離：５０００ｍ
図２３に示すように、本実施形態により製造されたディスク材は、シリコンを含有させることによりその表面部分が内部と比較して耐磨耗性が良好となるという結果が得られた。
【００６５】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変更したものに適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半溶融射出成形部品の製造方法においては、前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品における、表面部分に液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、この部位の表面部分に液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成するので、特に高い耐食性が要求される半溶融成形部品の表面部分等に積極的に液相部のみを形成して、より耐食性、耐磨耗性を向上させると共に、表面部分と内部とで材料特性の異なる成形品を容易に得ることができる。
【００６８】
【図面の簡単な説明】
【図１】半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の断面組織の模式図である。
【図２】半溶融射出成形方法にて成形した比較試験片の実際の断面組織の顕微鏡写真を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる半溶融射出成形機の要部を簡略化して示す図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法を適用した腐食試験片の製造方法を示す断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法により製造された腐食試験片の塩水噴霧試験結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した腐食試験片の成形方法を示す図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図９】２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の腐食減量による試験結果を示す図である。
【図１０】２種の試験片に熱処理T6を施し、各試験片の鋳放し及び＃６００研磨処理後に塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、その表面の平均侵食深さによる試験結果を示す図である。
【図１１】従来の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。
【図１２】図１１の４種類の合金の引張試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【図１３】第１の実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。
【図１４】第１の実施形態により成形した機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。
【図１５】図１４の断面図である。
【図１６】第２の本実施形態の半溶融射出成形方法を適用した自動車用ホイールの成形方法を示す図である。
【図１７】第２の実施形態により成形した機械加工後の自動車用ホイールの外観形状を示す正面図である。
【図１８】図１７の断面図である。
【図１９】第１、第２の実施形態の射出成形法によりAl成分を変化させて成形し、引張試験及び衝撃試験に供される４種類のAl-Mg系のマグネシウム合金の化学組成を示す図である。
【図２０】図１９の４種類の合金の耐食性試験及び衝撃試験結果を示す図である。
【図２１】Al-Si系のアルミニウム合金の状態図である。
【図２２】Al-Si系のアルミニウム合金の化学組成を示す図である。
【図２３】図２２に示す化学組成のアルミニウム合金を本実施形態により成形し、表面部分と内部について磨耗試験を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１…半溶融射出成形機
２…スクリュー
３…原料ペレット
４…シリンダ
５…高速射出機構
６…金型
８…ホッパ
９…ノズル
１２…フィルタ
Claims (5)
- 半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成することを特徴とする半溶融射出成形部品の製造方法。 - 半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料として予めストロンチウムが添加されたマグネシウム合金を切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液相部と固相部とが共存する層を形成することを特徴とする半溶融射出成形部品の製造方法。 - 半溶融状態の合金材料を撹拌するスクリューを備えた半溶融射出成形機によって金型内部に固相部と液相部とが混在した半溶融状態の合金材料を射出して成形される半溶融射出成形部品の製造方法において、
前記合金材料としてのマグネシウム合金に固体合金の状態で塑性加工を加えた後、切り粉状にして半溶融状態にし、
前記成形部品における、表面部分に前記液相部のみからなる層を形成させる部位の肉厚寸法を半溶融状態時の固相部粒径の５０倍以上に設定し、
前記部位の表面部分に前記液相部のみからなる層を形成すると共に、内部に液 相部と固相部とが共存する層を形成することを特徴とする半溶融射出成形部品の製造方法。 - 前記合金材料は、少なくとも重量％で６％〜１０％のアルミニウムを含有するマグネシウム合金であり、前記部位にアルミニウム成分の多い層を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半溶融射出成形部品の製造方法。
- 前記マグネシウム合金は、重量％で６．５％〜７．５％のアルミニウムを含有し、前記部位の表面部分にアルミニウム成分の多い層が形成され、内部に該アルミニウム成分の少ない層が形成されることを特徴とする請求項４に記載の半溶融射出成形部品の製造方法。
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