JP6329714B1 - マグネシウム合金 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年7月15日付の日本国出願の特願2016−140004に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
Alを5.0質量%以上15.0質量%以下、
Srを2.5質量%以上7.0質量%以下、
Caを0.05質量%以上3.0質量%未満、
Mnを0.1質量%以上0.6質量%以下含み、残部がMg及び不可避不純物である。
耐熱性に優れる上に、難燃性に優れるマグネシウム合金の開発が望まれている。
本開示のマグネシウム合金は、耐熱性に優れる上に、難燃性に優れる。
本発明者らは、耐熱性に優れる上に、難燃性に優れるマグネシウム合金を製造するべく、添加元素の種類及び含有量を鋭意検討した。その結果、アルミニウム(Al)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、及びマンガン(Mn)を添加元素とし、Caの量を比較的少なくすると共にSrの量を比較的多くすることで、耐熱性に優れる上に、難燃性に優れるマグネシウム合金が得られるとの知見を得た。本発明は、上記知見に基づくものである。最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。
Alを5.0質量%以上15.0質量%以下、
Srを2.5質量%以上7.0質量%以下、
Caを0.05質量%以上3.0質量%未満、
Mnを0.1質量%以上0.6質量%以下含み、残部がMg及び不可避不純物である。
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。
実施形態に係るマグネシウム合金は、添加元素としてAl、Sr、Ca、Mnをそれぞれ特定の量含有し、残部がMg及び不可避不純物である。このMg合金の特徴の一つは、Srの含有量が比較的多くてCaの含有量が比較的少ない点にある。以下、その詳細を説明する。
Alは、高温耐クリープ性を向上する。加えて、Alは、耐食性、強度、耐塑性変形性といった機械的特性を向上する。Alは、Srを含む化合物(Al−Sr化合物)やCaを含む化合物(Al−Ca化合物)などを形成して合金組織中に存在する。各化合物の詳細は後述する。
Srは、高温耐クリープ性を向上すると共に、難燃性を向上する。難燃性の向上により、大気中で溶解しても溶湯の発火を抑制できる。溶湯の発火を抑制とは、マグネシウム合金の代表的な溶湯温度で静置した状態において発火を抑制できるこという。マグネシウム合金の代表的な溶湯温度とは、例えば、660℃以上750℃以下程度が挙げられる。そのため、防燃ガスを不要にできて製造作業性を向上できる。Srは、Al−Sr化合物を形成して合金組織中に存在する。このAl−Sr化合物の形成により、Mg−Al化合物の形成(析出)が抑制される。
Caは、高温耐クリープ性を向上する。Caは、Al−Ca化合物を形成して合金組織中に存在する。このAl−Ca化合物の形成により、Mg−Al化合物の形成(析出)が抑制される。
Mnは、高温耐クリープ性を向上する。その上、Mnは、マグネシウム合金中に不純物として存在し得るFeを低減して、耐食性の向上にも寄与する。Mnは、Alを含む化合物(Al−Mn化合物)を形成して、Mg−Al化合物の形成(析出)を抑制する。
REは、高温耐クリープ性を向上する。REは、Alを含む化合物(Al−RE化合物)を形成して合金組織中に存在する。このAl−RE化合物の形成により、Mg−Al化合物の形成(析出)が抑制される。REは、周期表3族の元素、即ちスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイド、アクチノイドの中から選択される少なくとも1種の希土類元素であって、複数種の希土類元素を含む合金であるミッシュメタルも含む。
SrとCaの合計含有量は、3.0質量%以上が好ましい。この合計含有量を3.0質量%以上とすれば、高温耐クリープ性の効果的に向上させ易い。SrとCaの合計含有量は、6.0質量%以下が好ましい。この合計含有量を6.0質量%以下とすれば、鋳造金型への焼付きや熱間割れなどの欠陥を効果的に抑制し易い。SrとCaの合計含有量は、更に3.0質量%以上5.0質量%以下が好ましく、特に3.5質量%以上4.5質量%以下が好ましい。Alの含有量が多いほど、SrとCaの合計含有量は、上記範囲内において多いことが好ましい。そうすれば、Alの含有量が多くても、Al−Sr化合物やAl−Ca化合物を形成してMg−Al化合物の形成を効果的に抑制し易い。
マグネシウム合金は、上述のAl−Sr化合物、及びAl−Ca化合物の少なくとも一方、代表的には両方が結晶粒界に分散した組織を有する。マグネシウム合金が添加元素としてREを含む場合、Al−RE化合物もAl−Sr化合物やAl−Ca化合物と同様、粒界に分散して存在する。このマグネシウム合金は、Mg−Al化合物が少ない又は実質的に存在しない組織を備える。
実施形態に係るマグネシウム合金は、各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。
実施形態に係るマグネシウム合金によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)耐熱性に優れる。そのため、マグネシウム合金の各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。
(2)難燃性に優れる。そのため、大気中で溶解しても溶湯の発火を抑制できるので、防燃ガスを不要にできてマグネシウム合金の各種鋳造部材の製造作業性を向上できる。
(3)鋳造金型への焼付きが生じ難い。そのため、マグネシウム合金の各種鋳造部材の製造作業性を向上できる。
(4)熱間割れなどの欠陥が生じ難い。そのため、優れた外観を有するマグネシウム合金の各種鋳造部材の素材に好適に利用できる。
マグネシウム合金を用いてダイカスト材を作製し、そのダイカスト材の耐熱性と割れと焼付き性とを評価した。本発明のマグネシウム合金は、その製造条件が以下のダイカスト材の製造条件に限定されるわけではない。
2.純度99質量%のSr塊
3.純度99.5質量%のCa塊
4.アルミニウム母合金(Al−10質量%Mn)
5.純度99質量%のミッシュメタル塊
ミッシュメタルの含有元素及びその含有量は、Laが28質量%、Ceが51質量%、Ndが16質量%、Prが質量5%である。
作製した各試料のダイカスト材の断面におけるMg−Al化合物(主としてMg17Al12)の面積割合を求めた。断面の採取は、市販のクロスセクションポリッシャ(CP)加工装置を用いて行った。断面の観察は、SEMを用いた。Mg−Al化合物の面積割合は、次のようにして求めた。SEM写真を用いて、観察視野Sf(350μm×250μm)中に存在するMg−Al化合物(主としてMg17Al12)を抽出し、その合計面積Smを求める。そして、(Sm/Sf)×100%をその断面におけるMg−Al化合物の面積割合とする。観察視野数は10個とし、その10個の観察視野における面積割合の平均を各試料におけるMg−Al化合物の面積割合(%)とした。その結果を表1〜表4に示す。Mg−Al化合物の断面積は、画像処理装置によって顕微鏡写真(SEM像)を二値化処理した二値化像などを利用すると容易に測定できる。
作製した各試料のダイカスト材の耐熱性を評価した。この評価は、各試料のダイカスト材とアルミニウム製のブロック材とを鉄製のボルトで締結した試験部材に熱処理を施し、熱処理前後のボルトの歪量から残留軸力(%)を求めることで行った。試験部材は、上記ブロック材の適宜な位置に各試料のダイカスト材の孔と同等径のボルト孔を設け、そのボルト孔と各試料のダイカスト材の孔とを合わせて、鉄製のボルトを締め付けることで作製した。熱処理の条件は、温度を150℃とし、保持時間を170時間とした。歪量は、ボルトに配置した市販の歪ゲージで求めた。残留軸力は、締結直後であって150℃に加熱する前のボルトの歪量をSo、150℃×170時間の熱履歴を与えた後のボルトの歪量をStとし、[(St−So)/So]×100(%)により算出した。加熱する前の歪量Soは、初期締付軸力を9Nとして締め付けた際の歪量とした。残留軸力の結果とその評価A〜Cを表1〜表4に示す。評価Aは残留軸力が50%以上、評価Bは残留軸力が40%以上50%未満、評価Cは残留軸力が40%未満とした。表4に示す「※」は、割れが生じたため測定できなかったことを示す。
作製した各試料のダイカスト材の割れの状態を評価した。この割れの状態の評価は、各試料のダイカスト材の表面を目視確認して亀裂発生頻度を調べることで行った。亀裂発生頻度は、各試料について10個のダイカスト材を用意し、10個のダイカスト材における亀裂数の平均とした。亀裂発生頻度(個)の結果とその評価A〜Cを表1〜表4に示す。評価Aは亀裂発生頻度が0個、評価Bは亀裂発生頻度が0個超5個以下、評価Cは亀裂発生頻度が5個超とした。
作製した各試料のダイカスト材の焼付き性を評価した。この焼付き性の評価は、割れの評価と同様、各試料のダイカスト材の表面を目視確認して焼付き箇所の数を調べることで行った。焼付き箇所の数は、各試料について10個のダイカスト材を用意し、10個のダイカスト材における焼付き箇所の数の平均とした。焼付き箇所(箇所)の結果とその評価A〜Cを表1〜表4に示す。評価Aは焼付き箇所が0箇所、評価Bは焼付き箇所が0箇所超5箇所以下、評価Cは焼付き箇所が5箇所超とした。
耐熱性、割れ、焼付き性の3つの評価の総合評価の結果を表1に示す。総合評価Aは、耐熱性、割れ、焼付き性の3つの評価が全てAの場合であり、総合評価Bは、3つの評価のうち1つでもBがあって、かつCが1つもない場合であり、総合評価Cは、3つの評価のうち1つでもCがあった場合とした。
マグネシウム合金の難燃性を評価した。難燃性の評価は、マグネシウム合金の溶湯の発火状態を確認することで行った。まず、試験例1の試料No.1−13(表1)と試料No.1−105(表4)と同じ組成のマグネシウム合金の溶湯を試験例1と同様にして作製した。続いて、大気中で、溶湯を撹拌することなく湯温を700℃にした状態を1時間保持して、溶湯の発火状態を確認した。
Claims (4)
- Alを5.0質量%以上15.0質量%以下、
Srを2.5質量%以上7.0質量%以下、
Caを0.05質量%以上3.0質量%未満、
Mnを0.1質量%以上0.6質量%以下含み、残部がMg及び不可避不純物であるマグネシウム合金。 - 断面におけるMgとAlとを含む化合物の面積割合が5%以下である組織を備える請求項1に記載のマグネシウム合金。
- 希土類元素を0.5質量%以上3.0質量%以下含む請求項1又は請求項2に記載のマグネシウム合金。
- SrとCaの合計含有量が6.0質量%以下である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金。
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