JP3568945B1 - マグネシウム基合金パイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 寸法精度に優れた薄肉のマグネシウム基合金パイプを生産性よく得ることができる製造方法、及び高精度で薄肉のマグネシウム基合金パイプを提供する。
【解決手段】 マグネシウム基合金からなる母材管の先端部に口付け加工を行う口付工程と、前記口付けされた母材管を引き抜き、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のパイプを得る引抜工程とを具える。口付工程は、前記母材管の先端部において口付け加工がなされる被加工部に金属又は合金からなる保護管を挿入する工程と、前記被加工部を含む母材管の先端部を加熱する工程と、前記保護管と同時に母材管の被加工部に口付け加工を施す工程とを具える。
【選択図】 なし

Description

本発明は、マグネシウム基合金パイプ、及びその製造方法に関するものである。特に、高精度で薄肉のマグネシウム基合金パイプ、及びそのパイプを生産性よく製造することができる製造方法に関するものである。

マグネシウム基合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディなどにも広く利用されている。特に、従来において、マグネシウム基合金は、プレス成形品によく用いられており、このプレス用板材の製造方法として、圧延によるものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。

特開2001−200349号公報(特許請求の範囲参照) 特開平6-293944号公報(特許請求の範囲参照)

上記のようにマグネシウム基合金は、様々な特性に優れており、板材だけでなくパイプ材として利用することが望まれている。しかし、Mg及びその合金は、最密六方格子構造であるため、延性に乏しく、塑性加工性が極めて悪い。そのため、寸法精度のよいMg及びその合金からなるパイプ、特に、薄肉のパイプを生産性よく得ることは極めて困難であり、最適な方法が知られていなかった。

一方、熱間押出しによりマグネシウム基合金パイプが得られるものの、熱間押出しにより得られた同パイプは、寸法精度が非常に低く、精密機器などの高精度が求められる箇所への使用に適したものでなかった。

従って、本発明の主目的は、寸法精度に優れる薄肉のマグネシウム基合金パイプを生産性よく得ることができる製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高精度で薄肉のマグネシウム基合金パイプを提供することにある。

本発明は、引き抜き加工を行うと共に、引き抜き前の口付け加工条件を規定することで、上記目的を達成する。

即ち、本発明マグネシウム基合金パイプの製造方法は、マグネシウム基合金からなる母材管の先端部に口付け加工を行う口付工程と、前記口付けされた母材管を引き抜き、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のパイプを得る引抜工程とを具える。前記口付工程は、前記母材管の先端部において口付け加工がなされる被加工部に保護管を挿入する工程と、前記被加工部を含む母材管の先端部を加熱する工程と、前記保護管と同時に母材管の被加工部に口付け加工を施す工程とを具える。そして、前記保護管として、金属又は合金からなるものを用いる。

また、引き抜き加工を行うと共に、引き抜き条件を規定することで、上記目的を達成する。

即ち、別の本発明マグネシウム基合金パイプの製造方法は、マグネシウム基合金からなる母材管を引き抜き、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のパイプを得る引抜工程を具える。そして、前記引き抜き加工は、母材管において引抜用チャックと接触するチャック部に補強材を配置し、補強材及び母材管を引抜用チャックで把持して行うことを特徴とする。

本発明者らが種々検討した結果、寸法精度に優れたマグネシウム基合金パイプを得るには、押出材や鋳造材を引き抜くことが好ましいとの知見を得た。しかし、t/Rが小さいパイプや、薄肉のパイプを引き抜くと、引き抜き加工時に破断することが多く、所望のパイプを得ることができなかった。この破断の原因を調べたところ、特に、口付け部分に亀裂が発生し易いことがわかった。また、口付け加工中にも割れが多発することがわかった。そこで、十分な口付け加工を施すことができるように母材管を加熱して塑性加工性を高めることが考えられるが、上記のようなt/Rが小さいパイプや薄肉のパイプを得る場合、加工中における加熱の繰り返しが多数必要となって加工に多くの時間がかかり、生産性が低下することがわかった。上記の事情を鑑み、より生産性よく引き抜き加工を行うには、少なくとも、以下のいずれかの手法を適用することが好ましいとの知見を得た。本発明は、上記知見に基づき規定するものである。

手法1：口付け加工を行う際に、母材管の被加工部に保護管を挿入して、保護管共々口付け加工を施す。
マグネシウム基合金パイプを引き抜きにて得るには、口付工程において、少なくとも口付け加工が施される被加工部分を加熱して加工性を高めて割れなどの発生を抑制することで、口付け加工を容易に行うことができる。しかし、薄肉のマグネシウム基合金パイプ、特に、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のマグネシウム基合金パイプを得る場合、加熱によって加工性を高めても、用いる母材管の厚さも薄いため、すぐに冷却されてしまう。そこで、口付け加工途中において口付け加工用のダイスを加熱するなどして母材管を加熱しながら口付け加工することも考えられる。しかし、本発明では、口付け加工途中に更なる加熱を行うのではなく、口付け加工を施す被加工部に金属又は合金からなる管を配置して、この管と同時に口付け加工を施すことで、割れなどを生じることなく十分な口付け加工を実現する。即ち、上記金属又は合金からなる管が保温機能を奏するだけでなく、母材管が室温程度に冷却された場合には、母材管の保護機能を奏する。

手法2：母材管において引抜加工機に把持される部分を補強して引き抜き加工を行う。
本発明においてマグネシウム基合金パイプを得るための引き抜き加工は、引抜用チャックを具える一般的な引抜加工機を適用することができる。このとき、薄肉のマグネシウム基合金パイプを得るにあたり、母材管も厚みが薄いものを用いることで、母材管において引抜用チャックの刃が食い込まれる部分から断管して引き抜き加工が行えない恐れがある。特に、室温で引き抜き加工を行う場合、チャック部分からの破断が生じ易い。そこで、チャッキングによる破断を防止するために、母材管において引抜用チャックが接触する部分には、補強材を配置することが好ましい。

そして、上記手法により、寸法精度に優れた薄肉のマグネシウム基合金パイプを得ることができる。具体的には、偏径差が5/100mm以下という高精度で、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下という薄肉のパイプを得ることができる。特に、厚さtが1.0mm以下の薄肉のパイプをも得ることができる。

上記知見に基づき規定される本発明マグネシウム基合金パイプの製造方法によれば、十分な口付け加工が施された母材管や、口付け部分が保護された状態の母材管を引き抜くため、引き抜き加工の際に別途加熱手段を設けなくても、例えば、室温での引き抜き加工であっても、割れなどが生じることなく、十分に引き抜き加工を行うことができる。このとき、口付け加工の際の加熱回数を低減したり、引き抜きの際の加熱手段を削減してコストの低減を図り、生産性の向上を実現できる。特に、本発明では、引き抜き加工を採用することで、寸法精度に優れた薄肉のマグネシウム基合金パイプを得ることができ、高精度が要求される精密機器などに十分利用可能である。

以下、本発明をより詳しく説明する。
マグネシウム基合金からなる母材管は、例えば、鋳造又は押出しなどにより得られた管を利用することができる。また、上記手法1により口付けされたものを手法2で母材管として更に加工することも可能である。

口付け加工は、母材管の先端部を縮径し、後工程の引き抜き加工の際、母材管の先端部を引き抜き加工用のダイスに挿入できるようにするために行う。この口付け加工は、スウェージングマシンなどの口付け加工機により行うとよい。そして、本発明の特徴の一つは、上記母材管の先端部を加熱してから口付け加工を行うことである。即ち、本発明では、口付工程において、加熱を行うことで、母材管の加工性を向上させて口付け加工を行う。加熱温度は、高いほど加工性を高めることができると共に、室温程度まで冷却されるまでの時間が長くなって、口付け加工性をよくすることができる。しかし、あまり高すぎると、表面が酸化するなどの不具合が生じる。従って、加熱の上限は、400℃が好ましい。一方、加熱による効果を考慮すると、下限は150℃が好ましい。また、加熱後、室温程度に冷却されるまでに可能な口付け加工量や、表面の酸化状態を考慮すると、加熱温度は、250〜350℃が特に好ましい。

上記口付け加工の際の加熱は、母材管全体に行ってもよいが、生産性を考慮すると、加熱を行うのは、母材管の先端部だけでもよい。また、加熱手段は、特に限定されない。一般的なヒータや、管状の電気炉などを用いてもよい。先端部の温度は、予めヒータや電気炉などで母材管の先端部を加熱し、スウェージングマシンなどの口付け加工機に導入するまでの時間を変化させることで調整してもよい。

そして、本発明では、特に、母材管の先端部を加熱後、被加工部の温度が室温よりも高く加熱温度以下の温度範囲にある間に口付け加工を行う。即ち、口付け加工中には、ダイスの加熱などの積極的な加熱を行わない。

口付け加工は、上記のようにスウェージングマシンなどの口付け加工機のダイスに母材管を挿入し、ダイスの外周に配置されるローラの回転によりダイスが母材管をその周方向に複数回叩くことで行われる。このとき、一回の口付け加工(一回のダイス挿入)にて引き抜き加工に必要な長さの縮径部分を得ようとすると、加工時間が長くなり、母材管においてこれからダイスに挿入される部分の温度の低下が大きくなって、割れが生じ易くなる。また、本発明では、母材管の先端部を加熱後、室温程度に冷却されるまでの間に口付け加工を行うため、加熱を行ってから口付け加工機に母材管を導入するまでに温度の低下が少ないことが望ましい。そこで、上記加熱温度から室温程度までに冷却されるまでの時間をより長くして一回の加熱でより長時間の口付け加工を可能とし、かつ室温近くの温度においても割れなどを生じることなく口付け加工を行うことができるように、母材管の被加工部に保護管を挿入することも本発明の特徴の一つである。スウェージングマシンなどの口付け加工機に母材管を導入すると、ダイスが母材管に接触することで、母材管の冷却が開始される。このとき、室温程度に冷却されるまでの時間をより延長することでより長時間の口付け加工が可能となり、口付け加工の際の加熱回数を少なくすることができる。そのため、本発明では、被加工部に保護管を配置して、保温効果を高める、即ち、母材管の温度低下を抑制し、室温程度に冷却されるまでの時間を長くして、温度が高い状態にある母材管に口付け加工を行う。また、このような保護管を挿入していることで、室温程度の温度に冷却された母材管に口付け加工を行う際、薄肉の母材管であっても、割れなどの発生を抑制することができる。このように本発明は、より低い温度においても口付け加工が可能であり、また、一回の加熱で口付け加工量(母材管において縮径加工が施される軸方向の長さ)をより多くすることができる。従って、所望の口付け加工量を得るまでに行う口付け加工回数(口付け加工機に挿入する回数)をより少なく、例えば、2〜3回とすることが可能である。

なお、一回の加熱で所望の口付け加工量が得られず被加工部の温度が室温程度まで冷却された際は、再度先端部を加熱し、再び室温程度まで冷却されるまでの間、口付け加工を施す、という工程を繰り返すとよい。即ち、口付け加工一回毎に加熱を行ってもよい。

上記保護管としては、被加工部と同時に口付け加工が可能な加工性を有する金属や合金からなるものが好ましい。例えば、軽量で、マグネシウム基合金よりも加工性に優れるアルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。また、この保護管は、口付け加工前の厚さを口付け加工前の母材管の厚さよりも厚くしておくと、保護機能に優れて好ましい。

口付け加工一回における加工度(外径減少率；(D₀-D₁)/D₀×100(％)、D₀：口付け加工前の口付け部の外径、D₁：口付け加工後の口付け部の外径)は、15％以下が好ましい。15％を超えると、口付け加工時に割れが生じ易い。より確実に割れを抑制するには、12％以下、特に、10％以下とすることが望まれる。

上記のように本発明では、母材管の先端部の加熱に加えて保護管を挿入することにより、割れなどを生じることなく、十分な口付け加工を行うことができ、次の工程である引き抜き加工を特に加熱することなく行うことができる。即ち、引き抜きの際に母材管に加熱を行うことなく、室温にて引き抜き加工を行うことができ、生産性よくマグネシウム基合金パイプを製造することができる。このとき、母材管に割れなどが生じないように引き抜き加工一回における断面減少率は8％以下とすることが好ましい。また、引き抜き加工は、複数パスを多段階に行うこともできる。この繰り返し多パスの引き抜き加工を行うことで、より細径のパイプを得ることができる。引き抜き加工におけるトータルの断面減少率は15％以上であることが好適である。より好ましいトータル断面減少率は20％以上である。このようなトータル断面減少率15％以上の引き抜き加工により、強度と靭性を兼ね備えたパイプを得ることが可能になる。

引き抜き加工の際の加工度(断面減少率)を高める場合は、口付けされた母材管を加熱して加工性を高めた状態にして行うことが好ましい。具体的には、口付けされた母材管を150℃以上400℃以下に加熱し、引き抜き加工は、母材管が室温よりも高い温度にある間に行うことが好ましい。好ましくは、加熱温度を150℃以上300℃以下とし、母材管が100℃以上200℃以下の温度にある間に行うことが好適である。このとき、一回の引き抜き加工における断面減少率を大きくとることができるが、割れなどの発生を考慮して、断面減少率の上限は、26％とすることが好ましい。また、引き抜き加工後のパイプの機械的特性を考慮すると、一回の引き抜き加工における断面減少率の下限は10％が好ましい。

上記引き抜き温度への加熱は、母材管の先端部のみに行ってもよいし、母材管全体に行ってもよい。少なくとも先端部において、引き抜き加工に用いられるダイス及びプラグ(マンドレル)と接触する初期加工部を加熱することが好適である。この初期加工部は、ダイス及びプラグ(マンドレル)と接触して引き抜き加工が開始される部分であって、具体的には、縮径加工が施された先端部において、大径側である根元部分のことを指す。

上記引き抜き温度への加熱方法としては、予熱した潤滑油に母材管を浸漬したり、雰囲気炉での加熱、高周波加熱炉での加熱又は引き抜きダイスの加熱により行うことが好ましい。引き抜き温度は、加熱後、母材管を引き抜きダイスに導入するまでの放冷時間を変えることで調整できる。上記引き抜き温度への昇温速度は、1℃/sec〜100℃/secとすることが好ましい。また、引き抜き加工の引抜速度は1m/min以上が好適である。更に、引き抜き加工は、上記と同様に複数パスを多段階に行うこともできる。引き抜き加工後の冷却速度は0.1℃/sec以上が好ましい。引き抜き後の冷却手段は、空冷のほか、衝風などが挙げられ、速度の調整は、風速、風量などにより行うことができる。引き抜き加工におけるトータルの断面減少率は20％以上であることが好適である。より好ましいトータル断面減少率は25％以上である。このようなトータル断面減少率20％以上の引き抜き加工により、強度と靭性を兼ね備えたパイプを得ることが可能になる。

上記のような特定の条件で口付け加工を行わない場合でも、母材管において引抜加工機の引抜用チャックと接触するチャック部に補強材を配置し、このチャックにて補強材及び母材管を把持して引き抜き加工を行うことで、薄肉のパイプを得る場合であっても、割れなどが生じることなく、引き抜き加工を施すことができる。特に、母材管の温度が室温であっても、割れなどが生じることがない。補強材としては、アルミ箔やその他金属テープなどが挙げられ、チャック部にこの補強材を巻回して配置するとよい。このとき、引き抜き加工一回における断面減少率は、8％以下とすることが好ましい。

本発明において引き抜き加工は、母材管をダイスなどに通すことで行う。その際、銅合金やアルミニウム合金などの管引き抜きで実績のある方法を用いればよい。例えば、(1)母材管の内部にプラグを配置するプラグ引き、(2)ダイスを貫通するマンドレルを用いるマンドレル引きなどが挙げられる。プラグ引きには、固定プラグ引き、フローティングプラグ引きや、セミフローティングプラグ引きなどが挙げられる。マンドレル引きは、ダイスを貫通するマンドレルを母材管全長に配置して引き抜きを行うとよい。特に、マンドレル引きは、厚さが0.7mm以下のより薄肉のマグネシウム基合金パイプを得るのに好適である。

本発明は、合金組成によらず、室温程度での加工性に乏しいhcp構造を有するマグネシウム基合金において有効である。例えば、鋳造用マグネシウム基合金や展伸用マグネシウム基合金を利用することができる。具体的には、Alを0.1質量％以上12質量％以下含有するものや、Zn：0.1質量％以上10質量％以下及びZr：0.1質量％以上2.0質量％を含有するもの、その他、耐熱性に優れる希土類元素を5.0質量％以下含有するものが挙げられる。Alを含有する場合、更に、Mn：0.1質量％以上2.0質量％以下、Zn：0.1質量％以上5.0質量％以下、Si：0.1質量％以上5.0質量％以下より選択された1種以上を含有するものが挙げられる。上記合金組成として代表的なASTM記号におけるAZ系、AS系、AM系、ZK系、EZ系などが利用できる。Alの含有量として、質量％で0.1〜2.0％未満のものと、2.0〜12.0％のものとを区別してもよい。上記化学成分の他にはMg及び不純物が含まれる合金として利用されることが一般的である。不純物には、Fe、Si、Cu、Ni、Caなどが挙げられる。

AZ系においてAlの含有量が2.0〜12.0質量％となるものとして、例えば、AZ31、AZ61、AZ91などが挙げられる。AZ31は、例えば、質量％でAl：2.5〜3.5％、Zn：0.5〜1.5％、Mn：0.15〜0.5％、Cu：0.05％以下、Si：0.1％以下、Ca：0.04％以下を含有するマグネシウム基合金である。AZ61は、例えば、質量％でAl：5.5〜7.2％、Zn：0.4〜1.5％、Mn：0.15〜0.35％、Ni：0.05％以下、Si：0.1％以下を含有するマグネシウム基合金である。AZ91は例えば、質量％でAl：8.1〜9.7％、Zn：0.35〜1.0％、Mn：0.13％以上、Cu：0.1％以下、Ni：0.03％以下、Si：0.5％以下を含有するマグネシウム基合金である。AZ系においてAlの含有量が0.1〜2.0質量％未満となるものとして、例えば、AZ10、AZ21などが挙げられる。AZ10は、例えば、質量％でAl：1.0〜1.5％、Zn：0.2〜0.6％、Mn：0.2％以上、Cu：0.1％以下、Si：0.1％以下、Ca：0.4％以下を含有するマグネシウム基合金である。AZ21は、例えば、質量％でAl：1.4〜2.6％、Zn：0.5〜1.5％、Mn：0.15〜0.35％、Ni：0.03％以下、Si：0.1％以下を含有するマグネシウム基合金である。

AS系においてAlの含有量が2.0〜12.0質量％となるものとして、例えば、AS41などが挙げられる。AS41は、例えば、質量％でAl：3.7〜4.8％、Zn：0.1％以下、Cu：0.15％以下、Mn：0.35〜0.60％、Ni：0.001％以下、Si：0.6〜1.4％を含有するマグネシウム基合金である。AS系においてAlの含有量が0.1〜2.0質量％未満となるものとしてAS21などが挙げられる。AS21は、例えば、質量％でAl：1.4〜2.6％、Zn：0.1％以下、Cu：0.15％以下、Mn：0.35〜0.60％、Ni：0.001％、Si：0.6〜1.4％を含有するマグネシウム基合金である。

AM系では、例えば、AM60、AM100などが挙げられる。AM60は、例えば、質量％でAl：5.5〜6.5％、Zn：0.22％以下、Cu：0.35％以下、Mn：0.13％以上、Ni：0.03％以下、Si：0.5％以下を含有するマグネシウム基合金である。AM100は、例えば、質量％でAl：9.3〜10.7％、Zn：0.3％以下、Cu：0.1％以下、Mn：0.1〜0.35％、Ni：0.01％以下、Si：0.3％以下を含有するマグネシウム基合金である。

ZK系では、例えば、ZK40、ZK60などが挙げられる。ZK40は、例えば、質量％でZn：3.5〜4.5％、Zr：0.45％以上を含有するマグネシウム基合金である。ZK60は、例えば、質量％でZn：4.8〜6.2％、Zr：0.45％以上を含有するマグネシウム基合金である。

マグネシウム単体では十分な強度を得ることが難しいが、上記の化学成分を含むことで好ましい強度が得られる。

上記製造方法により得られた本発明マグネシウム基合金パイプは、厚さtが1.0mm以下、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下といった薄肉で、偏径差が5/100mm以下といった高精度のパイプである。特に、本発明では、t/Rが0.019以下という極めて薄肉のマグネシウム基合金パイプも得ることができる。なお、偏径差とは、横断面において、外径の最大値D_maxと外径の最小値D_minとの差をいう。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

(試験例1-1)
ASTM記号でAM60合金、AZ31合金、AZ61合金、AS41合金及びZK60合金相当の押出材(母材管；外径φ65.0mm、厚さ1.0mm、長さ2000mm)を用いて、以下の条件で口付け加工を行い、口付け加工状態を調べてみた。

(合金組成)
AM60合金：質量％でAl：6.1％、Mn：0.44％を含み、残部がMgと不純物からなるマグネシウム基合金
AZ31合金：質量％で、Al：3.0％、Zn：1.0％、Mn：0.15％を含み、残部がMg及び不純物からなるマグネシウム基合金
AZ61合金：質量％でAl：6.4％、Zn：1.0％、Mn：0.28％を含み、残部がMgおよび不純物からなるマグネシウム基合金
AS41合金：質量％でAl：4.2％、Mn：0.50％、Si：1.1％を含み、残部がMgと不純物からなるマグネシウム基合金
ZK60合金：質量％でZn：5.5％、Zr：0.45％を含み、残部がMgおよび不純物からなるマグネシウム基合金

口付け加工法1として、上記マグネシウム基合金からなる各押出材の先端部をそれぞれ350℃に加熱し、室温(20℃)程度に冷却されるまでの間に一般的なスウェージングマシンにて口付け加工を行った。すると、いずれの押出材も、厚みが薄いことで、スウェージングマシン導入後すぐに冷却されてしまい、加熱後の口付け加工量が少なく、加工法1では、加熱→口付け加工という工程を数回から十数回繰り返すことで口付け加工を行うことができた。具体的には、加工法1では、一回の口付け加工で、母材管の軸方向に10mm程度しか口付け加工を施すことができなかった。

なお、本例において、各押出材の加熱は、管状の電気炉による雰囲気加熱にて行った。上記加熱温度は、電気炉内の温度を測定したものである。また、口付け加工の加工度(外径減少率)は、7.7％とした。更に、本例において、引き抜き加工に必要な口付け加工量は、母材管の先端から軸方向に長さ150mm以上である。

口付け加工法2として、上記マグネシウム基合金からなる各押出材の先端部において口付け加工が施される被加工部に、アルミニウム合金(JIS規格Al-Mg-Si系合金A 6063)からなる保護管(外径φ63.0mm、厚さ4mm、長さ150mm)を挿入した後、この保護管と共に先端部を350℃に加熱し、上記と同様に室温程度に冷却されるまでの間に一般的なスウェージングマシンにて口付け加工を行った。すると、いずれの押出材も、保護管が配置されたことで、350℃に加熱されるまでの時間が上記加工法1よりも若干長かったが、口付け加工を行っている際の冷却速度が遅くなり、加熱後、室温程度に冷却されるまでの間、加工法1よりも低温まで口付け加工が可能であり、一回の口付け加工において加工量を多くすることができた。具体的には、加工法2では、一回の口付け加工で、母材管の軸方向に70mm程度口付け加工を施すことができた。特に、加熱後、室温近くに冷却された状態であっても、保護管が挿入されていることで、押出材に割れなどが生じることなく口付け加工を行うことができた。しかし、室温になると上記加工法1と同様に割れなどが生じて口付け加工を行うことができなかった。そのため、加熱→口付け加工という工程を2回繰り返すことで口付け加工を行うことができた。この結果から加工法2は、所望の口付け加工量(本例では150mm)とするまでに行った口付け加工において、加工法1よりも加熱回数を低減することができるため、生産性がよいことが確認できた。

(試験例1-2)
上記加工法2において、押出材の先端部の加熱温度を100〜450℃の範囲で変化させて同様に口付け加工を行ってみた。その結果、いずれの押出材においても、加熱温度が150℃以上の場合、室温程度に冷却された状態であっても、割れなどが生じることなく口付け加工を行うことができた。また、加熱温度が高いほど、室温程度に冷却されるまでの時間が長く、加熱後の口付け加工量が増加する傾向にあったが、400℃を超えると表面の酸化が認められた。従って、加熱後の口付け加工量、表面酸化状態を考慮すると、先端部の加熱温度は、150℃以上400℃以下、特に、250〜350℃が好ましいことが分かった。

(試験例1-3)
上記加工法1、加工法2により口付け加工が施された各母材管にマンドレルを用いて、断面減少率を変化させて引き抜き加工一回を行ってみた。表1にAZ31合金からなる押出材を用いた際の加工条件と加工の可否とを示す。表1において、○は加工が可能であったもの、×は口付け部分にて破断したもの、△は口付け部分以外で破断したものを示す。本例では、引き抜きの際に特に加熱を行わず、母材管の温度を室温(20℃)として引き抜き加工を行った。

表1に示すように、保護管を配置した加工法2の各試料は、いずれも室温において引き抜き加工を行うことができた。特に、断面減少率が8％以下では、割れなどが生じることなく引き抜き加工を行うことができた。また、加工法2の各試料における偏径差を測定したところ、いずれも5/100mm以下であり、寸法精度に優れていた。AZ31合金以外のAM60合金、AZ61合金、AS41合金及びZK60合金についても同様の結果が得られた。

(試験例1-4)
上記加工法1、加工法2により口付け加工が施された各母材管を種々の温度に加熱して、マンドレルにより引き抜き加工一回を行ってみた。表2〜5にAZ31合金からなる母材管を用いた際の加工条件と加工の可否とを示す。表2〜5において、○は加工が可能であったもの、×は口付け部分にて破断したものを示す。

表2〜5に示すように、保護管を配置した加工法2の各試料は、150℃以上の加熱を行うことで、加工度(断面減少率)が10％以上の引き抜き加工であっても、割れなど生じることなく引き抜き加工が行うことができる。また、加熱温度が高いほど、引き抜き加工性を高めることができたが、加工度が26％を超える強加工となると割れが生じた。そのため、加工度が8％超、特に、機械的特性を考慮して10％以上の引き抜き加工を行う際は、引き抜き加工の際、150℃以上に加熱することが好ましいことが分かる。また、引き抜き加工一回における加工度は26％以下にすることが好ましいことが分かる。一方、加熱温度が高くなると表面酸化が生じてきた。従って、引き抜き加工において加熱温度の上限は、400℃が好ましいことが分かる。得られた加工法2の各試料における偏径差を測定したところ、いずれも5/100mm以下であり、寸法精度に優れていた。AZ31合金以外のAM60合金、AZ61合金、AS41合金及びZK60合金についても同様の結果が得られた。

表6に示す形状の押出材(実施例1と同様の組成のAZ31合金を使用)に、試験例1-1の加工法1、2と同様にして口付け加工を施した母材管を用意し、これらの母材管に対して、プラグ引き、マンドレル引きの2種類の引き抜き加工をそれぞれ一回施した。引き抜き加工は、いずれも室温(20℃)にて行った。表6において、○は引き抜き加工が可能であったもの、×は口付け部分にて破断したものを示す。

表6に示すように、保護管を配置した加工法2の各試料は、室温であっても、プラグ引き、マンドレル引きの双方を行うことができた。特に、マンドレル引きでは、パイプの外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.019(1.9％)以下の薄肉のパイプを引き抜く場合であっても、割れなどを生じることないことが分かる。また、得られた各試料における偏径差を測定したところ、いずれも5/100mm以下であり、寸法精度に優れていた。AZ31合金以外のAM60合金、AZ61合金、AS41合金及びZK60合金についても同様の結果が得られた。

上記実施例1で用いた押出材に、試験例1-1の加工法1、2と同様にして口付け加工を施した母材管を用意し、これら母材管において、引抜加工機の引抜用チャックと接触するチャック部分にアルミ箔(厚さ0.05mm)を2回巻きつけ、このアルミ箔と共に母材管をチャッキングして引き抜き加工一回を行ってみた。引き抜きは、プラグ引きとし、ダイス径64.0mm、プラグ径62.08mm、断面減少率5.4％、室温(20℃)とした。

その結果、加工法1及び2のいずれの試料においても、割れなどが生じることなく引き抜き加工を行うことができた。従って、加工法2のような特定の口付け加工を行わない場合であっても、引き抜きの際、母材管において割れが生じ易いチャック部分に補強材を配置することで、室温であっても、引き抜き加工が可能であることが確認された。

本発明マグネシウム基合金パイプは、高精度が要求される精密機械などへの使用に適する。また、本発明マグネシウム基合金パイプの製造方法は、寸法精度に優れた薄肉のマグネシウム基合金パイプを生産性よく製造するのに最適である。

Claims (17)

1. 外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下、
   引き抜きにより得られたことを特徴とするマグネシウム基合金パイプ。
2. 厚さtが1.0mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム基合金パイプ。
3. 偏径差が5/100mm以下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基合金パイプ。
4. マグネシウム基合金は、Alを0.1〜12質量％含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム基合金パイプ。
5. マグネシウム基合金は、更に、質量％でMn：0.1〜2.0％、Zn：0.1〜5.0％、Si：0.1〜5.0％より選択された1種以上を含有することを特徴とする請求項4に記載のマグネシウム基合金パイプ。
6. マグネシウム基合金は、質量％でZn：0.1〜10％、Zr：0.1〜2.0％を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム基合金パイプ。
7. マグネシウム基合金からなる母材管の先端部に口付け加工を行う口付工程と、
   前記口付けされた母材管を引き抜き、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のパイプを得る引抜工程とを具え、
   前記口付工程は、
   前記母材管の先端部において口付け加工がなされる被加工部に金属又は合金からなる保護管を挿入する工程と、
   前記被加工部を含む母材管の先端部を加熱する工程と、
   前記保護管と同時に母材管の被加工部に口付け加工を施す工程とを具えることを特徴とするマグネシウム基合金パイプの製造方法。
8. 保護管は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項7に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
9. 口付け加工は、母材管の先端部を加熱後、被加工部の温度が室温よりも高く加熱温度以下の温度範囲にある間に行い、この加工中には加熱を行わないことを特徴とする請求項7に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
10. 加熱温度が150℃以上400℃以下であることを特徴とする請求項7に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
11. 口付けされた母材管を150℃以上400℃以下に加熱し、
    引き抜き加工は、上記加熱後、母材管が室温よりも高い温度にある間に行い、一回の引き抜き加工における断面減少率を26％以下とすることを特徴とする請求項7に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
12. 引き抜き加工は、母材管の温度を室温として行うと共に、一回の引き抜き加工における断面減少率を8％以下とすることを特徴とする請求項7に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
13. マグネシウム基合金からなる母材管を引き抜き、外径Rに対する厚さtの比t/Rが0.04以下のパイプを得る引抜工程を具え、
    前記引き抜き加工は、母材管において引抜加工機の引抜用チャックと接触するチャック部に補強材を配置し、補強材及び母材管を引抜用チャックで把持して行うことを特徴とするマグネシウム基合金パイプの製造方法。
14. 引き抜きは、マンドレル引き又はプラグ引きであることを特徴とする請求項7〜13のいずれかに記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
15. マグネシウム基合金は、Alを0.1〜12質量％含むことを特徴とする請求項7〜14のいずれかに記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
16. マグネシウム基合金は、更に、質量％でMn：0.1〜2.0％、Zn：0.1〜5.0％、Si：0.1〜5.0％より選択された1種以上を含有することを特徴とする請求項15に記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。
17. マグネシウム基合金は、質量％でZn：0.1〜10％、Zr：0.1〜2.0％を含むことを特徴とする請求項7〜14のいずれかに記載のマグネシウム基合金パイプの製造方法。