JP6667764B2 - マグネシウム合金及びそれを用いた鍛造品 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム合金に関し、特に難燃性を確保しつつ、機械的特性を改善したマグネシウム合金に係る。

マグネシウム合金において、製造工程における発火を防止すべく、Ｃａを添加した合金が公知である（特許文献１）。
しかし、Ｃａを添加すると成形性が低下し、従来合金では引張強度，伸び等の機械的特性が不充分であった。
また、特許文献２〜３は、長周期積層構造相を有するＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系合金あるいは、他の希土類元素とＺｎとの組み合せからなる不燃性で高強度のマグネシウム合金を開示するが高価であり、実用的ではない。

国際公開ＷＯ２００６／００３８３３号公報 特許第３９０５１１５号公報 特許第３９４０１５４号公報 特許第４１３９８４１号公報

本発明は、難燃性及び成形性に優れ、機械的特性の改善を図ったマグネシウム合金及びそれを用いた鍛造品の提供を目的とする。

本発明に係るマグネシウム合金は、以下全て質量％にて、Ａｌ：５〜１０％，Ｃａ：２〜７％を含有し、Ｓｉ：０．１〜１．５％とＺｒ：０．２〜５％のうち一方又は両方を含有し、残部がＭｇと不純物であることを特徴とする。
本発明においてＳｉ成分は、強度及び延性の向上を目的として添加される。
マグネシウム合金にＣａを２〜７％添加することで燃焼開始温度を２００〜３００℃上昇させることができる。
これは、高温時には緻密で平滑な酸化カルシウム皮膜が表面に形成され、酸素を遮断するためである。
しかし、Ｃａを添加すると成形性が低下し、鍛造成形が困難となる。
そこで本発明は、機械的性質が優れているＭｇ−Ａｌ系合金をベースにＳｉ成分を添加することでＭｇとＡｌの共晶系にＳｉを加えた三元系の共晶物を析出させたものである。
そこで、Ａｌ：５〜１０％，Ｓｉ：０．１〜１．５％の組み合せがよい。
Ａｌの含有量５％未満では、強度が不充分で１０％を超えると非平衡β相の析出が増え靭性が低下するので、Ａｌは１０％以下好ましくは５〜９％の範囲が好ましい。
Ｓｉの添加は上記のように高強度及び成形性の向上に有用であり、０．１％未満ではその効果がなく、１．５％を超えるとＡｌとの共晶系バランスが崩れる。
そこで、Ｓｉを添加する場合には、Ｓｉ：０．１〜１．５％，好ましくはＳｉ：０．２〜１．０％の範囲である。
また、Ｓｉを添加する場合にＡｌ−Ｓｉ系の母合金を用いてもよい。
本発明においては、Ｓｉの添加の替わりにＺｒを添加し、結晶粒の微細化を図ってもよい。
Ｚｒは、結晶粒の微細化により伸びが向上し、鍛造性が向上する。
Ｚｒは、０．２〜５％の範囲で添加することができる。
好ましい範囲は、Ｚｒ：０．２〜１．５％の範囲であり、特にＺｒ：０．６〜１．５％の範囲にて大きな効果を出現する。
本発明においてＳｉとＺｒとは、それぞれ単独で添加しても上記のような効果が得られるものの、ＳｉとＺｒとの両方を添加すると約３００℃前後の高温での強度及び伸びの向上効果が大きい。
マグネシウム合金においては、耐食性向上を目的にＺｎ成分が添加される場合がある。
本発明は、Ｚｎ成分が必ずしも必須ではなく、不純物として取り扱う。
この場合、Ｚｎは０．５％以下であれば不純物としてその含有が許容される。

このようなマグネシウム合金は、成形性特に鍛造等の熱間加工性に優れ、高強度の鍛造品が得られる。
例えば、車両用のホイール，バンパー等に適用できる。

本発明に係るマグネシウム合金は、Ｃａの添加により難燃性を確保しつつＳｉの添加により、室温〜２００℃での強度が向上し、さらにＺｒを添加することで結晶粒が微細化し伸びが向上し、３００℃前後の高温での強度が向上する。
これにより、実用的な鍛造用マグネシウム合金が得られる。

評価に用いた合金組成を示す。 温度と強度，伸びの測定結果をグラフとして示す。 Ｓｉの添加効果を示す。 Ｚｒの添加効果を示す。 組織写真を示す。 ３００℃における伸びの測定結果を示す。

図１の表に示した各化学組成の溶湯を準備し、マグネシウム合金を鋳造した。
鋳造時の溶湯温度は７２０℃とし、円柱状に鋳造した。
得られた鋳造材を３５０℃に予熱し、押出比３３，押出しスピード１ｍｍ／ｓｅｃの条件にて押出し加工した。
このようにして得られた板状の押出材から試験片を作成し、引張試験に供した。
その結果を図１〜図３に示し、組織写真例を図５に示した。

図１の表中、発明合金ＮＯ．１〜９が本発明に係るマグネシウム合金の実施例であり、比較例１０はいわゆるＡＺ８０合金に相当し、Ｃａが添加されていない合金の例である。
また、比較例１１はＡＺ８０にＣａを約５％添加した、いわゆるＡＺＸ８０５合金の例である。
これらの合金組成を用いて、上記の通り製作した押出材の各引張温度における引張強度及び伸びの測定結果を図２に示す。
図２のグラフ中、ａ）Ｓｉは実施例１〜３に基づくＳｉの添加効果を確認し、ｂ）Ｚｒは実施例４〜６に基づくＺｒの添加効果を確認したものである。
また、ｃ）Ｓｉ＋Ｚｒは実施例７〜９に基づくＳｉ＋Ｚｒの添加効果を確認したものである。
また、Ｓｉ，Ｚｒの効果が分かりやすいように、図２のグラフを表現しなおしたのが図３及び図４である。
このことから、Ｓｉの添加により引張強度が向上し、Ｚｒは添加により伸びは向上するが、２００〜３００℃ではやや引張強度が低下している。
しかし、ＳｉとＺｒの両方の添加ではＣａが含有されているにも関わらず、３００℃の伸びが大きく向上しつつ、引張強度も高いことが分かる。
図５に押出材の組織写真を示す。
本発明合金は、結晶粒が微細化している。
また、図６に特許文献２に開示する合金に相当する比較例Ｋと実施例８の合金の３００℃での伸びの測定結果を示す。
このことからも本発明に係るマグネシウム合金は、高温での伸びが高いことが分かる。
今回の試験評価は、押出比３３の押出材を用いて行ったが、３００℃での高温強度及び伸びが高いことから、鍛造比を考慮すると鍛造性に優れることが容易に推定される。
よって、本発明に係るマグネシウム合金は、Ｃａの添加により難燃性を確保しつつ、引張強度及び伸びが向上し、耐熱性に優れ、車両用のホイールやバンパーに適用できる。

Claims (3)

1. 以下全て質量％にて、Ａｌ：５〜１０％，Ｃａ：２〜７％，
   Ｓｉ：０．１〜１．５％及びＺｒ：０．２〜５％を含有し、残部がＭｇと不純物であることを特徴とする鍛造用のマグネシウム合金。
2. 請求項１記載のマグネシウム合金を用いて鍛造されたものであることを特徴とするマグネシウム合金鍛造品。
3. 前記鍛造品は車両用のホイール又はバンパーであることを特徴とする請求項２記載のマグネシウム合金鍛造品。