JPH06200348A

JPH06200348A - 高強度マグネシウム合金

Info

Publication number: JPH06200348A
Application number: JP15420692A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kubota; 耕平久保田; Ryuji Ninomiya; 隆二二宮; Naite Guenter; ナイテギュンター; E Schmidt Eberhard; イーシュミットエバハード
Original assignee: Metallgesellschaft AG; Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: GEA Group AG; Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1994-07-19
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JP2604670B2

Abstract

(57)【要約】【構成】（イ）ランタノイド０．５〜５重量％、
（ロ）カルシウム０．５〜５重量％及び（ハ）マンガン
１．５重量％以下及びジルコニウム１．５重量％以下の
何れか一方又は両方を含有し、（ニ）所望によりアルミ
ニウム１〜９．５重量％、亜鉛１〜７．５重量％及び銀
０．５〜４重量％からなる群から選ばれた何れか１種を
含有し、（ホ）更に所望によりイットリウム５．５重量
％以下、ストロンチウム１．５重量％以下及びスカンジ
ウム１０重量％以下からなる群から選ばれた少なくとも
１種を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物か
らなるマグネシウム合金。【効果】本発明のマグネシウム合金は、従来実用され
ている高温用の各種のランタノイド含有マグネシウム合
金よりも室温及び高温強度に優れており、軽量且つ耐熱
性が要求される自動車エンジン部品に適した汎用の耐熱
性軽量マグネシウム合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は室温及び高温強度に優れ
たマグネシウム合金に関し、より詳しくは自動車エンジ
ン部品などの軽量化において要請されている５２３Ｋ程
度までの高温でも十分な強度を有するマグネシウム合金
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年地球環境保全の意識の高まりから、
自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材料の
開発が強く求められようになってきた。

【０００３】マグネシウム合金は現在実用化されている
金属材料の中で最も低密度であり、今後の自動車用軽量
材料として強く期待されている。現在、最も一般的に用
いられているマグネシウム合金はＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍ
ｎ系合金（例えば、ＡＺ９１合金＝Ｍｇ−９Ａｌ−１Ｚ
ｎ−０．５Ｍｎ）であり、この合金の鋳造技術等の周辺
技術は完成段階にあり、自動車軽量化にあたって先ずこ
の合金が検討されている。また、耐熱用マグネシウム合
金としてマグネシウムにランタノイド（Ｌｎ）を添加し
た合金が開発されている。このような合金としてはＭｇ
−Ｌｎ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｌｎ−Ｚｒ系合金
（特開昭４６−６２０２号公報参照）、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｌ
ｎ−Ｚｒ系合金（特開昭５２−９２８１１号公報参
照）、Ｍｇ−Ａｇ−Ｌｎ−Ｚｒ系合金（特開昭５１−９
２７０７号、特開昭５１−９２７０８号、特開昭５２−
１０１６１５号の各公報参照）がある。更に、Ｍｇ−Ｙ
−Ｎｄ−Ｚｒ系合金（特開昭５７−２１０９４６号公報
参照）が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｎ系合金は３９３Ｋ以上で強度が
低下し、自動車エンジン部品の中でも耐熱性が要求され
る用途には適さない。また、上記の耐熱性Ｍｇ−Ｌｎ−
Ｚｒ系等のＬｎ含有合金においてはＬｎは重元素である
ため溶湯中でＬｎが下部に偏る傾向があり、それでＬｎ
量をできるだけ抑制する方法、また鋳造組織の微細化の
ために必須成分として用いているＺｒは添加歩留りが不
安定であり、コスト高になることからＺｒの代替元素を
用いるか添加量を抑制する方法が求められている。更
に、このようなＭｇ−Ｌｎ−Ｚｒ系等の合金の耐熱性で
は不十分であるとして開発された上記のＭｇ−Ｙ−Ｎｄ
−Ｚｒ系合金では、高価なＹを４重量％以上、Ｎｄを３
重量％以上含有するためコスト的に自動車などの量産用
には使いにくい。

【０００５】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、耐熱
性と室温強度の両方が要求される自動車エンジン部品用
材料に適した新規な耐熱性高強度マグネシウム合金を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために種々検討を重ねた結果、高温用マグネ
シウム合金に添加されているＬｎに代えてＬｎ＋Ｃａを
用いることにより、室温及び高温強度が更に向上し、ま
たＬｎの量を抑制できる上、鋳造組織の微細化にも効果
があるのでＺｒの量も抑制できることを見出した。ま
た、所望によりＹ、Ｓｒ及びＳｃからなる群から選ばれ
た少なくとも１種を更に添加することにより室温及び高
温強度が更に向上することを見出し、本発明に到達し
た。

【０００７】即ち、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は、（イ）ランタノイド０．５〜５重
量％、（ロ）カルシウム０．５〜５重量％及び（ハ）マ
ンガン１．５重量％以下及びジルコニウム１．５重量％
以下の何れか一方又は両方を含有し、残部がマグネシウ
ムと不可避の不純物からなることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は、（イ）アルミニウム１〜９．５重
量％、（ロ）ランタノイド０．５〜５重量％、（ハ）カ
ルシウム０．５〜５重量％及び（ニ）マンガン１．５重
量％以下を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純
物からなることを特徴とする。

【０００９】更に、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は、（イ）亜鉛１〜７．５重量％、
（ロ）ランタノイド０．５〜５重量％、（ハ）カルシウ
ム０．５〜５重量％及び（ニ）マンガン１．５重量％以
下を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物から
なることを特徴とする。

【００１０】更にまた、本発明の室温及び高温強度に優
れたマグネシウム合金は、（イ）銀０．５〜４重量％、
（ロ）ランタノイド０．５〜５重量％、（ハ）カルシウ
ム０．５〜５重量％及び（ニ）マンガン１．５重量％以
下及びジルコニウム１．５重量％以下の何れか一方又は
両方を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物か
らなることを特徴とする。

【００１１】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金は、一層好ましくは、更に、イットリウム
５．５重量％以下、ストロンチウム１．５重量％以下及
びスカンジウム１０重量％以下からなる群から選ばれた
少なくとも１種を更に含有することができる。

【００１２】また本発明は上記の何れかに記載の合金か
らなる鋳造及びダイカスト部品にも関する。

【００１３】マグネシウム合金としてＭｇ系、Ｍｇ−Ａ
ｌ系、Ｍｇ−Ｚｎ系及びＭｇ−Ａｇ系があるが、それぞ
れの系の合金においてアルミニウム、亜鉛又は銀の添加
量は固溶及び析出強化の認められる量としてほぼ確立さ
れている。

【００１４】アルミニウムを添加する場合の本発明のマ
グネシウム合金においては、アルミニウムはマグネシウ
ムに固溶し、時効硬化性を示し、合金の機械的性質を向
上させる。アルミニウムの添加効果はその添加量の増加
に伴って増加するが、１重量％未満では不十分であり、
また９．５重量％で飽和に達する。更にアルミニウムの
添加量が増加するに従って合金の伸びが低下する。従っ
て、本発明のマグネシウム合金においては、アルミニウ
ムを添加する場合には、アルミニウム添加量を１〜９．
５重量％、好ましくは３〜７重量％とする。

【００１５】亜鉛を添加する場合の本発明のマグネシウ
ム合金においては、亜鉛は室温強度の向上に有効な元素
である。しかし亜鉛の添加量が１重量％未満の場合には
その合金の室温強度は、Ｍｇ−Ａｌ系合金の強度に満た
ず、不十分である。また亜鉛添加量の増加に伴って室温
強度は向上するが、その添加効果は亜鉛添加量７．５重
量％で飽和に達し、また７．５重量％を越えて添加する
と合金の延性が減少することになる。従って、本発明の
マグネシウム合金においては、亜鉛を添加する場合に
は、亜鉛添加量を１〜７．５重量％、好ましくは３〜７
重量％とする。

【００１６】銀を添加する場合の本発明のマグネシウム
合金においては、銀は合金の耐熱性及び強度向上に寄与
することが知られている。しかし銀の添加量が０．５重
量％未満の場合には、添加効果が達成されない。銀の添
加量の増加と共に合金の耐熱性及び強度が増大するが、
４重量％で合金強度の増大に対する効果が飽和し、それ
以上添加してもそれ以上の合金強度の増大は認められな
い。一方、４重量％を越えて添加すると、合金は脆くな
り、また加工性も低下することになる。従って、本発明
のマグネシウム合金においては、銀を添加する場合に
は、銀の添加量を０．５〜４重量％、好ましくは１．５
〜３．５重量％とする。

【００１７】ランタノイド（例えば、ネオジム、ランタ
ン、セリウム、ミッシュメタル）はマグネシウム合金の
高温強度を向上させることは公知であり、最近は、特に
ネオジムが耐熱用マグネシウム合金に使われている。カ
ルシウムもまたマグネシウム合金の高温強度の向上に有
効な元素である。本発明のマグネシウム合金において
は、ランタノイド及びカルシウムの添加量が共に０．５
重量％未満の場合にはその合金の高温強度が不十分であ
る。ランタノイド及びカルシウムの添加量が共に０．５
〜５重量％の場合には、その合計量と等しい量のランタ
ノイド又はカルシウムを添加した場合よりも室温及び高
温強度が非常に高くなり、即ち相乗効果が達成される。
またランタノイドの一部をカルシウムで置換することに
より比較的少ないランタノイド添加量で室温及び高温強
度が更に向上し、更に、カルシウムは軽元素であるので
この置換によりランタノイドの重力偏析の傾向が軽減さ
れる。ランタノイド又はカルシウムの添加量が５重量％
を越えるとそれぞれの添加限界に達し、結晶粒界の金属
間化合物の晶出量が増大して合金が脆化する。従って、
本発明のマグネシウム合金においてはランタノイドの添
加量を０．５〜５重量％、好ましくは１〜４重量％、カ
ルシウムの添加量を０．５〜５重量％、好ましくは０．
５〜３重量％とする。

【００１８】マグネシウム合金の結晶粒の微細化材とし
ては、従来、Ｍｇ−Ａｌ系合金にはマンガンが、またＭ
ｇ系、Ｍｇ−Ｚｎ系及びＭｇ−Ａｇ系軽合金にはジルコ
ニウムが最も有効であることが知られているが、本発明
のマグネシウム合金においては、ランタノイドとカルシ
ウムとを併用により鋳造組織の微細化にも効果があるの
で、ジルコニウムの全量又は一部をマンガンで置き換え
ることができる。本発明のマグネシウム合金において
は、組織を微細にし、強度を向上させる効果を達成する
るジルコニウム及びマンガンのそれぞれの添加量は１．
５重量％以下である。

【００１９】イットリウム、ストロンチウム及びスカン
ジウムは全てマグネシウム合金の高温強度の向上に有効
な元素である。しかし本発明のマグネシウム合金におい
て、これらのイットリウム、ストロンチウム又はスカン
ジウムをランタノイド＋カルシウムと併用することによ
り、その合計量と等しい量のランタノイド、カルシウ
ム、イットリウム、ストロンチウム又はスカンジウムを
添加した場合よりも室温及び高温強度が非常に高くな
り、即ち相乗効果が達成される。しかし、イットリウム
の添加量５．５重量％、ストロンチウムの添加量１．５
重量％又はスカンジウムの添加量１０重量％を越えると
それぞれの添加限界に達し、結晶粒界の金属間化合物の
晶出量が増大して合金が脆化する。従って、本発明のマ
グネシウム合金においては、イットリウム、ストロンチ
ウム又はスカンジウムを添加する場合には、イットリウ
ムの添加量を５．５重量％以下、好ましくは１〜５重量
％、ストロンチウムの添加量を１．５重量％以下、好ま
しくは０．５〜１重量％、スカンジウムの添加量を１０
重量％以下、好ましくは１〜５重量％とする。

【００２０】

【実施例】

実施例１〜１３及び比較例１〜１１アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表１に示す組成の合金
となるように原材料を装入し、溶解させた。尚、ランタ
ノイドとしてミッシュメタルを用い、坩堝としてＳＵＳ
３０４材を使用し、フラックス等は使用しなかった。そ
の溶湯を２５mm×５０mm×３００mmの金型中に鋳込んで
試験用鋳物を作成した。このようにして得た試験用鋳物
からＪＩＳ４号試験片を作成した。なお、熱処理はいず
れも５００Ｋ、１０時間である。これらの試験片を用い
て以下の試験を実施した：引張試験：インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度１０mm/min、測定温度２９８Ｋ及び５２３Ｋ、引張
強度の測定単位＝ＭＰａ、破断時伸び＝％で測定。測定結果は表１に示す通りであった（表中の％は破断時
伸びである）。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記の実施例１〜１３及び比較例１〜１１
から明らかなように、ミッシュメタルを等量のミッシュ
メタル＋カルシウムで置換した場合に室温強度及び高温
強度の両方について著しい向上が見られ、またこれに更
にイットリウム、ストロンチウム又はスカンジウムを添
加した場合に室温強度及び高温強度の両方についてに更
に著しい向上が見られる。この理由についてはいまだ明
確には解明されていないが、ランタノイド、カルシウ
ム、イットリウム、ストロンチウム及びスカンジウムは
全て室温強度及び高温強度を向上させる添加元素である
が、そのメカニズム、特に晶出及び析出する金属間化合
物の種類が異なるため添加効果が畳重し、相乗効果を達
成し、また必要な元素添加量そのものを相互に抑制しあ
う効果を達成することによるものと推測される。

【００２３】また、ランタノイド含有マグネシウム合金
においては必須とされていたジルコニウムをマンガンに
置き換えた場合にも結晶組織の粗大化認められず、ラン
タノイド＋カルシウムによる微細化効果が有効であるこ
とが分かる。

【００２４】更に、比較例１〜１１から明らかなよう
に、各添加元素を一定量以上添加した場合には、その合
金が脆化して室温強度、高温強度、伸びの幾つか又は全
部が低下するか又は添加効果が飽和することになる。そ
の理由は、金属間化合物が僅かに晶出するレベルで固溶
と晶出及び析出による強度向上及び組織の微細化は達成
でき、それ以上の添加では金属間化合物の晶出量が多す
ぎ、粒界を脆化させるためである。

【００２５】

【発明の効果】本発明のマグネシウム合金は、従来実用
されている高温用の各種のランタノイド含有マグネシウ
ム合金よりも室温及び高温強度に優れており、軽量且つ
耐熱性が要求される自動車エンジン部品に適した汎用の
耐熱性軽量マグネシウム合金である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月１３日

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保田耕平埼玉県上尾市原市1333−２三井金属鉱業株式会社総合研究所内 (72)発明者二宮隆二埼玉県上尾市原市1333−２三井金属鉱業株式会社総合研究所内 (72)発明者ギュンターナイテドイツ連邦共和国Ｄ−6350 バッドナウハイムマイヌスストラッセ９ (72)発明者エバハードイーシュミットドイツ連邦共和国Ｄ−8755 アルゼナウアイウンターフランクフルトイグラウワーストラッセ２Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）ランタノイド０．５〜５重量％、
（ロ）カルシウム０．５〜５重量％及び（ハ）マンガン
１．５重量％以下及びジルコニウム１．５重量％以下の
何れか一方又は両方を含有し、残部がマグネシウムと不
可避の不純物からなることを特徴とする室温及び高温強
度に優れたマグネシウム合金。
【請求項２】（イ）アルミニウム１〜９．５重量％、
（ロ）ランタノイド０．５〜５重量％、（ハ）カルシウ
ム０．５〜５重量％及び（ニ）マンガン１．５重量％以
下を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物から
なることを特徴とする室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金。
【請求項３】（イ）亜鉛１〜７．５重量％、（ロ）ラ
ンタノイド０．５〜５重量％、（ハ）カルシウム０．５
〜５重量％及び（ニ）マンガン１．５重量％以下を含有
し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなること
を特徴とする室温及び高温強度に優れたマグネシウム合
金。
【請求項４】（イ）銀０．５〜４重量％、（ロ）ラン
タノイド０．５〜５重量％、（ハ）カルシウム０．５〜
５重量％及び（ニ）マンガン１．５重量％以下及びジル
コニウム１．５重量％以下の何れか一方又は両方を含有
し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなること
を特徴とする室温及び高温強度に優れたマグネシウム合
金。
【請求項５】イットリウム５．５重量％以下、ストロ
ンチウム１．５重量％以下及びスカンジウム１０重量％
以下からなる群から選ばれた少なくとも１種を更に含有
する請求項１〜４の何れかに記載の室温及び高温強度に
優れたマグネシウム合金。
【請求項６】請求項１〜５の何れかに記載の合金から
なる鋳造及びダイカスト部品。