JP4160922B2 - マグネシウムワイヤ - Google Patents
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2. 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなるマグネシウムの原料母材を用意し、この原料母材に引き抜き加工温度を100℃以上200℃以下で引き抜き加工を施す(但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする)。
本発明では、高純度のマグネシウムを対象とする。具体的には、質量%で、Mg:99.8%以上を含み、残部が不純物からなるものとする。不純物には、不可避的なものも含む。不純物の具体的な元素としては、例えば、Al、Si、Mn、Fe、Zn、Cu、Niなどが挙げられ、含有量は、質量%で、Al:0.1%未満、特に、Al:0.05%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Fe:0.05%以下、Zn:0.05%以下、Cu:0.02%以下、Ni:0.001%以下が挙げられる。これらMg以外の元素としFe、Ni、Cuが含まれる場合、耐食性を大きく損ねる恐れがあり、Al、Si、Mn、Znが含まれる場合、導電率の低下を招き易くなるため、不純物は、含まれていなくてもよい。JIS H 2150で規定されるマグネシウム地金を利用してもよい。
具体的には、上記引き抜き温度室温以上100℃未満で引き抜いた引張強度250MPa以上のマグネシウムワイヤ(以下、第一ワイヤと呼ぶ)に適切な熱処理を施すと、高強度でかつ靭性に優れるマグネシウムワイヤが得られることがわかった。本発明者らが調べたところ、上記引き抜き加工により、結晶粒が引き抜き方向に引き伸ばされ、この引き伸ばされた結晶が熱処理により等軸の結晶粒を有する再結晶組織となる、即ち、再結晶化することで、引張強度が200MPa以上、かつ絞りが10%以上、伸びが8%以上といった高強度高靭性のマグネシウムワイヤが得られることがわかった。特に、再結晶化により結晶粒を微細化することが靭性の向上に効果的であることがわかった。このような熱処理の温度としては、100℃以上300℃以下が好ましいことがわかった。再結晶した結晶粒は熱処理時の温度が高いほど成長し易く、かつ温度が低過ぎると再結晶化が得られにくい。具体的には、100℃未満では、引き伸ばされた結晶がほぼそのままの状態で維持され、300℃超では、粗大化した結晶粒が引き抜きの際に断線などの起点となり易い。そこで、上記高強度高靭性のマグネシウムワイヤを得るべく本発明では、第一ワイヤに100℃以上300℃以下の温度に加熱する熱処理を施すことを規定する。特に好ましくは、150℃以上250℃以下である。また、再結晶化をより得易くするために第一ワイヤは、一パスにおける加工度を6%以上、総加工度を6%以上の引き抜き加工により得られたものが好ましい。一パスにおける加工度が6%未満の場合、引き抜き方向に引き伸ばされる度合いが小さいため、引き抜き後上記熱処理を施しても、再結晶化による結晶粒の微細化効果が得られにくい。
更に、本発明者らは、適切な温度、具体的には100℃以上200℃以下の温度で引き抜いた場合でも、上記と同様に引張強度が200MPa以上、かつ絞りが10%以上、伸びが8%以上といった高強度高靭性のマグネシウムワイヤが得られることがわかった。引き抜き温度を100℃以上とすることで、引き抜きの際、再結晶化することができる。しかし、200℃超とすると、結晶粒が成長して粗大化した結晶粒が生じ易い。そこで、本発明では、引き抜き加工温度を100℃以上200℃以下と規定する。引き抜き加工温度への加熱は、伸線用ダイスを加熱してもよいし、マグネシウムの原料母材を加熱してもよい。原料母材を加熱する場合、伸線用ダイスの入口側に加熱手段を配置することが挙げられる。加熱手段は、例えば、雰囲気加熱炉などが挙げられる。伸線用ダイスを加熱する場合、ダイスにヒータなどを具えるとよい。いずれの場合も、原料母材の表面温度が200℃以下となるように加熱手段を調整するとよい。また、ワイヤの強度を高めるためには、加工度(断面減少率)を高くすることも効果的である。具体的には、一パスの引き抜き加工における加工度(断面減少率)を6%以上、特に10%以上とすることが好ましく、総加工度を10%以上、特に20%以上とすることが好ましい。このような引き抜き加工条件にて引き抜きを少なくとも1パス行うことで、再結晶化による結晶粒の微細化効果により、高強度高靭性のマグネシウムワイヤを得ることができる。また、引き抜き温度を100〜200℃とする場合、微細組織のため塑性加工性が向上され、複数パス(特に、4パス以上)の引き抜き加工を実質的に制限なく連続的に施すことができる。従って、引き抜き後上記100℃以上300℃以下の熱処理を施すことなく、より細径のワイヤを得ることができる。なお、100℃以上200℃以下の温度で引き抜いた場合でも、引き抜き後、上記熱処理を施してもよい。
(試験例1)
高純度のマグネシウムの押出材(φ3.2mm)を用いて、種々の条件で孔ダイスによる引き抜き加工を行い、横断面形状が円形状であるワイヤを作製した。X線回折により用いたマグネシウムの組成を調べたところ、Mgの含有量は99.8質量%以上であり、質量%でAl:0.003%、Mn:0.003%、Fe:0.003%、Zn:0.007%、Cu:0.001%以下、Ni:0.002%であった。引き抜き加工は、内径の異なる孔ダイスを複数用意し、マグネシウム素材が連続的に複数の孔ダイスを通過できるように、これらのダイスを配置した。また、各ダイスの直前にはそれぞれ、雰囲気加熱炉を配置し、ダイスに挿入される前のマグネシウム素材を加熱できるようにした。引き抜き加工温度は、加熱炉とダイス間のマグネシウム素材の表面温度とし、加熱炉の設定温度を変化させることで変化させた。加工温度への昇温速度は1〜10℃/secとした。室温で引き抜いた試料は、加熱炉による加熱を行わなかった。引き抜き加工の線速は2m/minとした。マグネシウム素材の線径、1パスにおける加工度、総加工度、加工温度、伸線状態を表1に示す。表1において○は、問題なく伸線加工を行うことができ、ワイヤ表面にクラックなどの発生がなかったことを示し、×は伸線加工を行うことができたがワイヤ表面にクラックなどが生じていたこと、或いは断線により伸線加工を行うことができなかったことを示す。
引き抜き加工温度を室温又は50℃とし、試験例1と同様に引き抜き加工を行った。引き抜き加工温度を室温とする場合、2パスごとに150℃×15分間の熱処理を施して引き抜き加工を行った。引き抜き加工温度を50℃とする場合、3パスごとに150℃×15分間の熱処理を施して引き抜き加工を行った。その他の条件は、試験例1と同様にした。表3に伸線状態を示す。
引き抜き加工温度を150℃として、表2に示す試料No.15のワイヤに更に引き抜き加工を行ってみた。すると、クラックや断線など生じることなく、線径φ0.05mmのワイヤを得ることができた。このことから、線径φ100μm以下の極細線であっても、適切な加工温度で引き抜くことで、問題なく引き抜き加工が行えることが確認された。
試験例1で用いた孔ダイスに対して、孔形状が異なる異形孔ダイスを用いて、横断面形状が矩形状のワイヤを作製した。引き抜き加工条件は、試験例1と同様とした。その結果、得られた異形ワイヤは、試験例1と同様にいずれも優れた強度を有しており、降伏点が120MPa以上、YP比が0.6以上であった。特に、加工温度を室温又は50℃としたワイヤは、引張強度が250MPa以上、降伏点が230MPa以上、YP比が0.9以上であり、加工温度を100〜200℃としたワイヤは、引張強度200MPa以上、絞り10%以上、伸び8%以上といった高強度及び高靭性のワイヤであった。
Claims (13)
- 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなり、
引張強度が200MPa以上、
絞りが10%以上、
伸びが8%以上であることを特徴とするマグネシウムワイヤ。
但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする。 - 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなり、
引張強度が250MPa以上であることを特徴とするマグネシウムワイヤ。
但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする。 - 不純物は、質量%でAl:0.05%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Fe:0.05%以下、Zn:0.05%以下、Cu:0.02%以下、Ni:0.001%以下から選択される1種以上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ワイヤ。
- 降伏点が120MPa以上である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ワイヤ。
- YP比が0.6以上である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ワイヤ。
- ワイヤ表面の表面粗さがRzで5μm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマグネシウムワイヤ。
- ワイヤ外径が0.05mm以上10mm以下であり、ワイヤの偏径差が0.05mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のマグネシウムワイヤ。
- ワイヤの横断面形状が、非円形断面であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のマグネシウムワイヤ。
- 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなるマグネシウムの原料母材を用意する工程と、
引き抜き加工温度室温以上100℃未満で前記原料母材に引き抜き加工を施し、引張強度が250MPa以上の第一ワイヤを製造する工程と、
引き抜き加工を施した後、得られた第一ワイヤを100℃以上300℃以下の温度に加熱する熱処理を施し、引張強度が200MPa以上、絞りが10%以上、伸びが8%以上である第二ワイヤを製造する工程を具えることを特徴とするマグネシウムワイヤの製造方法。
但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする。 - 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなるマグネシウムの原料母材を用意する工程と、
引き抜き加工温度100℃以上200℃以下で前記原料母材に引き抜き加工を施し、引張強度が200MPa以上、絞りが10%以上、伸びが8%以上であるワイヤを製造する工程とを具えることを特徴とするマグネシウムワイヤの製造方法。
但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする。 - 99.8質量%以上のMgと残部が不純物とからなるマグネシウムの原料母材を用意する工程と、
引き抜き加工温度室温以上100℃未満で前記原料母材に引き抜き加工を施し、引張強度が250MPa以上のワイヤを製造する工程とを具えることを特徴とするマグネシウムワイヤの製造方法。
但し、不純物にAlを含む場合、Al:0.1質量%未満とする。 - 不純物は、質量%でAl:0.05%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Fe:0.05%以下、Zn:0.05%以下、Cu:0.02%以下、Ni:0.001%以下から選択される1種以上であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のマグネシウムワイヤの製造方法。
- 引き抜き加工において、一パスにおける加工度を6%以上、総加工度を6%以上とすることを特徴とする請求項8〜12のいずれかに記載のマグネシウムワイヤの製造方法。
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