JPH06172909A

JPH06172909A - 高強度Ｍｇ鋳造合金

Info

Publication number: JPH06172909A
Application number: JP35040892A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uchida; 田博幸内; Tomohiko Shintani; 谷智彦新; Mutsumi Abe; 倍睦安
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの１種以上０.
５〜２ｗｔ％を含有し、さらに、Ｓｎ０.５〜１５ｗｔ％、Ｂｉ０.５〜９ｗｔ％、Ｐｂ
０.５〜４０ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、残部Ｍｇおよび不可避
不純物からなることを特徴とする高強度Ｍｇ鋳造合金で
あり、さらに、この合金にＺｒを０.２〜１.０ｗｔ％含
有させることができる。【効果】ダイカスト、金型、砂型鋳造が可能であり、長
時間のクリープ強度維持効果があり、さらに、耐熱性で
あり、かつ、高強度であるという優れた効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度Ｍｇ鋳造合金に関
し、さらに詳しくは、ピストン、コンバータハウジン
グ、トランスミッションケース、シリンダーブロック、
シリンダーヘッド等の自動車用のエンジン部品、特に、
耐熱性を要求される部品に好適である高強度Ｍｇ鋳造合
金に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、耐熱性のＭｇ合金は航空機用の
部品材料として使用されてきており、今までにも数多く
の材料の開発が行われており、そして、このような航空
機用部品としての材料は、２００〜３００℃の温度領域
において使用できるように設計されている。

【０００３】そのため、高くてもせいぜい１５０℃程度
の温度において使用される自動車のエンジン部品材料と
しては上記航空機用の耐熱性Ｍｇ合金の品質は過剰なも
のである。

【０００４】従って、自動車用のエンジン部品材料とし
ては、航空機用の耐熱性Ｍｇ合金のような高温度におけ
る使用ではないので、比較的簡単に製造することがで
き、かつ、安価であることが重要であるため、最近にな
って、この目的にかなうような耐熱性Ｍｇ合金の開発が
数多く行われてきている。

【０００５】例えば、ダウケミカル社のＡＥ４２（Ｍｇ
−４Ａｌ−２ＲＥ）、メル社のＺＣ６３（Ｍｇ−６Ｚｎ
−３Ｃｕ）の各合金が開発されて自動車部品材料として
の適用が検討されている。

【０００６】このＡＥ４２合金はダイカスト用に開発さ
れた合金で、ダイカストにおける使用しかできないとい
う問題があり、また、ＺＣ６３はＣｕを含有させること
により、その時効効果を高くして、クリープ抵抗を向上
させる合金であり、そして、製造が比較的簡単で、低コ
ストではあるが、１５０℃の温度における長時間経過後
のクリープ抵抗の低下が大きいという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に説明し
た従来における耐熱性Ｍｇ合金の種々の問題点を解決す
るために、本発明者が鋭意研究を行い、検討を重ねた結
果、ダイカスト、金型、砂型の何れの鋳造も可能であ
り、長時間のクリープ特性に優れており、かつ、低コス
トであって、自動車部品材料に適した耐熱性に優れてい
る高強度Ｍｇ鋳造合金を開発したのである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度Ｍｇ
鋳造合金は、Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの１種または
２種以上０.５〜２ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓｎ０.５〜１５ｗｔ％、Ｂｉ０.５〜９ｗｔ％、Ｐｂ
０.５〜４０ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、残部Ｍｇおよび不可避
不純物からなることを特徴とする高強度Ｍｇ鋳造合金を
第１の発明とし、Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの１種ま
たは２種以上０.５〜２ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓｎ０.５〜１５ｗｔ％、Ｂｉ０.５〜９ｗｔ％、Ｐｂ
０.５〜４０ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、さらに、Ｚｒ０.２〜１.０ｗｔ％を含有し、残部Ｍｇおよび不可避不純物からなることを
特徴とする高強度Ｍｇ鋳造合金を第２の発明とする２つ
の発明よりなるものである。

【０００９】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金につい
て、以下詳細に説明する。

【００１０】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金におい
て、クリープ抵抗を長時間維持するためには、レアアー
ス（ＲＥ）を含有させることが必要であり、本発明者の
詳細な研究によれば、クリープ強度は時効処理中、或い
は、クリープ中に析出したレアアース（ＲＥ）の化合物
量に依存しており、このことは結局、レアアース（Ｒ
Ｅ）の固溶量に依存していることがわかった。

【００１１】この場合、レアアース（ＲＥ）の最適な含
有量は、Ｃｅでは１ｗｔ％程度であり、それ以上含有さ
せても効果を向上させることはない。このことは、Ｍｇ
中におけるＣｅの固溶量は状態図からみて、最大固溶量
は０.８ｗｔ％程度である。これ以上の含有は、凝固過
程において共晶化合物として晶出して、強度には寄与し
ないためである。

【００１２】そして、Ｍｇ−Ｃｅ系合金があまり利用さ
れない原因について研究を行ったところ、このＭｇ−Ｃ
ｅ系合金においては、ダイカスト鋳造を行い、細粒効果
を利用したとしても、耐力、引張強さを改善するために
は、時効処理に拠らざるを得ない。

【００１３】しかし、レアアース（ＲＥ）は上記に説明
したように、固溶量が少ないので時効硬化能が小さいこ
と、また、時効処理によりクリープ中に析出する粒子が
大きくなること等から、長時間使用した場合のクリープ
特性の向上に対しては効果がない。このクリープ特性を
改善するためには、Ｔ４処理を行って、使用中に長時間
にわたって析出を起こさせる方が有利であることが判明
し、これについて検討を行った。

【００１４】即ち、耐力の向上をどのようにして達成す
るかということが課題であり、これに対して、レアアー
ス（ＲＥ）の特性を活用するためには、時効硬化につい
ては別の元素により行うこととし、この両者を区別した
のである。

【００１５】そのために、含有させる選択された合金元
素として、拡散速度が速く、かつ、化合物の析出の発生
し易い元素が有効であり、これは、クリープ強度に対す
る考察（拡散速度の遅い元素、即ち、高融点の元素の選
択）とは著しく異なるものである。従って、拡散速度の
速い元素は低融点の合金元素である。

【００１６】このことから、レアアース（ＲＥ）化合物
の析出を抑制することができる温度条件で、かつ、短時
間に時効処理を行うことができ、耐力、引張強さを改善
することが可能となる。

【００１７】この場合、重要なことは合金元素は固溶量
が殆どないこと（固溶状態にあると拡散速度が増大し、
クリープ抵抗が劣化する。）、かつ、析出した化合物の
融点が高い（析出物の熱安定性の維持）ことが必要であ
る。そして、固溶量が少なく、しかも化合物の融点が高
いことは鋳造ままで使用されるダイカスト合金の耐力改
善にも有効である。

【００１８】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金は上記に
詳細に説明したように、耐力を向上させることと、クリ
ープ抵抗を改善するということの２つの改善を区別した
ことにより、長時間にわたって優れたクリープ抵抗を維
持することがてき、かつ、低コストであることが達成で
きるのである。

【００１９】レアアース（ＲＥ）はクリープ強度を改善
する元素であり、レアアース（ＲＥ）として、Ｃｅ、Ｃ
ｅ系ミッシュメタルを使用するのである。従来において
は、耐熱性に優れたＭｇ合金には、Ｎｄ、Ｎｄ系ミッシ
ュメタルが使用されていた。このＮｄ、Ｎｄ系ミッシュ
メタルは時効硬化能が高く、かつ、固溶量が多いことか
ら耐熱性からみて有利であるが、自動車用としては温度
が低いことと、高コストということから、Ｃｅ、Ｃｅ系
ミッシュメタルで充分であること、さらに、耐力の改善
（時効硬化能）は別の合金元素で補うこと等から、Ｃ
ｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルを含有させることにより充分
に効果を達成できるものである。

【００２０】Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの含有量は
０.２ｗｔ％未満では効果が少なく、また、２ｗｔ％を
越えて含有させると効果は飽和してしまい、晶出物とな
って存在することにより機械的性質、特に、伸びを劣化
させる。よって、Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの含有量
は０.２〜２ｗｔ％とする。

【００２１】Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉは時効硬化を図ることに
より、耐力を向上させる元素であり、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ
含有量は０.５ｗｔ％未満では時効硬化を充分に発揮す
ることができず、また、Ｓｎ１５ｗｔ％、Ｐｂ４０ｗｔ
％、Ｂｉ９ｗｔ％の最大含有量とするのは、目的とする
強度にするためであり、Ｍｇに固溶する最大限でもあ
る。このような固溶限を越えて含有させると機械的性質
を劣化させるので好もしくない。よって、Ｓｎ含有量は
０.５〜１５ｗｔ％、Ｐｂ含有量は０.５〜４０ｗｔ％、
Ｂｉ含有量は０.５〜９ｗｔ％とする。

【００２２】なお、上記に説明した各合金元素は、１種
づつ含有させてもよいが、２種以上を複合含有させるこ
ともでき、効果を改善することができる。

【００２３】Ｚｒは結晶粒を微細化する元素であり、含
有量が０.２ｗｔ％未満ではこの効果は少なく、また、
１.０ｗｔ％を越えて含有させても結晶粒微細化の効果
はあまり改善されない。よって、Ｚｒ含有量は０.２〜
１.０ｗｔ％とする。

【００２４】

【実施例】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金の実施
例を説明する。

【００２５】

【実施例１】ＭｇにＣｅ、Ｎｄを含有させた場合
の、高温における耐力とクリープ強度を含有量および試
験温度を変化させて、調査した結果を図１および図２に
示す。この場合、図１、図２において○はＣｅ１ｗｔ
％、△Ｎｄ１ｗｔ％、●はＣｅ２ｗｔ％、▲はＮｄ２ｗ
ｔ％であり、Ｔ４処理条件で試験を行った。

【００２６】図１および図２より、耐力の改善にはＮｄ
を含有させるのが有利であり、クリープ強度に対しても
同様であるが、自動車用として使用する場合には、１５
０℃の温度が一応目安となるが、クリープ抵抗を考慮す
る限りにおいては殆ど差のないことがわかる。

【００２７】

【実施例２】ＭｇにＳｎ、Ｐｂ、Ｂｉを含有させた
場合のＴ４処理材の時効温度２００℃において時効処理
時間を変化させて調査した結果を図３に示す。この条件
は調査した時間内においてレアアース（ＲＥ）化合物が
時効中に発生しない最高の温度に相当する。この図３か
ら、何れの合金にも時効硬化が現れており、さらに、低
温、短時間に生じていることが分かる。なお、図３にお
いて、○はＳｎ１２ｗｔ％、□はＰｂ３０ｗｔ％、△は
Ｂｉ７ｗｔ％をそれぞれ含有するＭｇ合金である。

【００２８】

【実施例３】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金およ
び従来使用されている合金のクリープ強度を比較して図
４に示す。この図４から本発明に高強度Ｍｇ鋳造合金
は、航空機用のＱＥ２２（Ｍｇ−２ｗｔ％Ａｇ−２ｗｔ
％ＲＥ）、ＷＥ４３（Ｍｇ−４ｗｔ％Ｙ−３ｗｔ％Ｒ
Ｅ）と比較しても、クリープ強度において遜色がなく、
また、本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金はＡＺ９１、Ｚ
Ｅ４１、ＥＺ３３と比較すると格段に優れたクリープ強
度を有していることが分かる。

【００２９】

【実施例４】Ｍｇ−５ｗｔ％Ｂｉ−１ｗｔ％ＲＥ系
合金において、鋳造、熱処理後の結晶粒におよぼすＺｒ
の影響について調査した結果を図５に示す。この図５か
らＺｒ含有量が０.２ｗｔ％未満では結晶粒は殆ど微細
とはならず、従って、０.２ｗｔ％以上を含有させる必
要があり、また、含有量が１.０ｗｔ％を越えると多く
含有させる割りには効果の向上は顕著ではないことがわ
かる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高強
度Ｍｇ鋳造合金は上記の構成を有しているから、ダイカ
スト、金型、砂型鋳造が可能であり、長時間のクリープ
強度維持効果を有しており、さらに、耐熱性であり、か
つ、高強度であるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｍｇ−Ｃｅ系合金、Ｍｇ−Ｎｄ系合金の温度と
０.２％耐力との関係を示す図である。

【図２】Ｍｇ−Ｃｅ系合金、Ｍｇ−Ｎｄ系合金の温度と
クリープ強度との関係を示す図である。

【図３】ＭｇにＳｎ、Ｐｂ、Ｂｉを含有させた場合の時
効処理時間と硬さとの関係を示す図である。

【図４】本発明に係る高強度Ｍｇ鋳造合金と比較例との
クリープ強度の比較を示す図である。

【図５】Ｍｇ−５ｗｔ％Ｂｉ−１ｗｔ％ＲＥ系合金の結
晶粒微細化におよぼすＺｒの影響について示した図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの１種または
２種以上０.５〜２ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓｎ０.５〜１５ｗｔ％、Ｂｉ０.５〜９ｗｔ％、Ｐｂ
０.５〜４０ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、残部Ｍｇおよび不可避
不純物からなることを特徴とする高強度Ｍｇ鋳造合金。
【請求項２】Ｃｅ、Ｃｅ系ミッシュメタルの１種または
２種以上０.５〜２ｗｔ％を含有し、かつ、Ｓｎ０.５〜１５ｗｔ％、Ｂｉ０.５〜９ｗｔ％、Ｐｂ
０.５〜４０ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、さらに、Ｚｒ０.２〜１.０ｗｔ％を含有し、残部Ｍｇおよび不可避不純物からなることを
特徴とする高強度Ｍｇ鋳造合金。