JPH06330216A - マグネシウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温における強度および高温クリープ強度の
すぐれたマグネシウム合金を安価な構成元素で製造す
る。 【構成】 カルシウム０．３〜１．５％、珪素０．５〜
１．５％を含有するマグネシウム合金、または更に０．
５％以下のアルミニウム、２％以下の亜鉛、０．６％以
下のマンガンの少なくとも一種類以上を含むマグネシウ
ム合金。 【効果】 比較的低廉な原材料費で高温における機械的
強度、靭性のすぐれたマグネシウム合金の鋳造材、ダイ
カスト材が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温で使用される機器
部品の材料に適する一般鋳造用およびダイカスト用のマ
グネシウム合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高温で使用される鋳造用合金としては、
既に多くの種類の合金が開発されている。これを大きく
分類すると三種類に分けられる。第一の分類は、アルミ
ニウムおよび珪素を主成分とするもので、例えば特公昭
４９−４１２２号公報に記載されているアルミニウム
３．０〜５．５重量％（以下、単に「％」と記す）、珪
素０．２〜１．５％、マンガン１．０％以下、亜鉛２．
０％以下を含む鋳造用合金である。この合金は、原料費
も安価で、かつ高温クリープ強度にすぐれている。この
合金はＡＳＴＭ規格ＡＳ４１合金に対応するが、更にア
ルミニウムを２％に下げたＡＳ２１合金は、鋳造性はや
ゝ劣るが、高温クリープ強度は更にすぐれている。

【０００３】最近の報告では珪素を希土類金属にかえた
ＡＥ４２合金が紹介され、これは高温クリープ強度はＡ
Ｓ２１よりすぐれているとされている。この合金は、希
土類金属としてミッシュメタルを２％程度配合し、これ
により原料コストはかなり上昇する。これが第二の分類
である。第一、第二の分類のものは、主としてダイカス
ト用の合金である。

【０００４】第三の分類に当るものは、重希土元素を多
量に配合するもので、金型または砂型の一般鋳造用に用
いられることが多い。これも種類が多いが、例えば、特
公平４−３２１４０号公報にはイットリウム２〜８％、
サマリウム２〜７％を含むマグネシウム合金が開示され
ている。一般によく知られているものはＷＥ５４であっ
て、イットリウム５．２５％、ネオジウム主体の希土類
元素３．５％、ジルコニウム０．５％が代表組成であ
る。この合金は、高温の引張強度、耐力およびクリープ
強度も極めて高いが、高価な重希土元素を多く使う欠点
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の耐熱
性マグネシウム合金と同等あるいはこれよりすぐれた高
温強度および高温クリープ強度を有する合金であって、
安価な合金元素を用いたマグネシウム合金を開発するこ
とがその目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の通
りである。 （１）カルシウム０．３〜１．５％、珪素０．５〜１．
５％、残部が実質的にマグネシウムからなるマグネシウ
ム合金 （２）上記（１）のこれらの元素にさらにアルミニウム
０．５％以下、亜鉛２％以下およびマンガン０．６％以
下のうち少なくとも一種以上を含有するマグネシウム合
金。

【０００７】以下に、本発明を詳細に説明する。まず、
前記（１）の合金の添加元素の機能およびその適正範囲
について述べる。珪素は、マグネシウム合金において耐
熱性、特に高温クリープ強度を付与する元素である。そ
の機構については充分知られていないが、金属間化合物
Ｍｇ₂ Ｓｉの析出形態と関係があると考えられている。
珪素量が０．５％より低下すると析出物が減少し、十分
な強度が発現しなくなるが、１．５％をこえて増大する
と粗粒の析出物が生成して脆化する。

【０００８】カルシウムは、従来多くのマグネシウム合
金では補助的に少量加えられるが、カルシウム自身もマ
グネシウム合金の強度および靭性の向上に効果を有す
る。カルシウムは軽い元素であるため０．３％の少量で
も強度向上の効果を有するが、これより少ないとその効
果は減少する。一方、１．５％をこえて増加すると脆化
する。

【０００９】次に、前記（２）の合金に補助的に添加す
る元素について述べる。アルミニウム、亜鉛およびマン
ガンは、マグネシウム合金でもっとも普通に加えられる
ものでスクラップからの混入もあり、一つにはその許容
限度を示したものである。積極的に添加する場合は、結
晶粒の微細化を行うための補助元素としての意味があ
る。

【００１０】カルシウムおよび珪素は、合金元素として
若干の細粒化効果を有するが、積極的に鋳造時の細粒化
を図る手段として、ジルコニウムの添加、塩化第二鉄の
接種、亜鉛−鉄合金、炭素または窒素を含む化合物によ
る接種はよく知られている。

【００１１】ジルコニウムは、珪素と反応して不溶解物
をつくるため、本発明合金では不可であるが、他の方法
を用いるときはアルミニウム、亜鉛またはマンガンの存
在が必要であることはよく知られている。従って、本発
明の効果を害しない範囲でこれら合金元素が添加され
る。

【００１２】次に、前記（２）の合金の各元素の適正範
囲について述べる。アルミニウムは、０．２％以上で強
度向上の効果があるが、０．５％以上配合するとアルミ
ニウム−カルシウムの金属間化合物の生成が増加し、高
温強度が稍々減少する。

【００１３】亜鉛は、亜鉛−鉄合金による微細化で残留
する場合０．１％以上になるが、常温での強度を増加
し、２％までは析出物の形態粒度に影響しない。マンガ
ンは、鉄分による害を防ぐために添加され、一般の合金
では０．１５〜０．６０％であり、これ以上加えても強
度上での効果はない。

【００１４】本発明の合金は、一般鋳造用にもダイカス
ト用にも使用される。ダイカストに用いるときは組織は
微細で、圧力鋳造による緻密化で強度は高く、耐熱性も
すぐれている。しかし、一般鋳造で用いても比較的高温
強度を有する。

【００１５】合金の原材料費について説明すると、カル
シウムはマグネシウムの約倍であり、希土類金属はカル
シウムのまた１０倍位であり、アルミニウム、珪素はマ
グネシウムより安価である。この相対価格は、今後とも
余り変らないものと予想される。このため、ＡＳ２１、
ＡＳ４１に比し本発明合金は稍々高価であるが、ＡＥ４
２合金はこれら三者よりかなり高価になる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてさらに説
明する。表１に示す各組成の合金を溶製し、ＪＩＳ Ｈ
５２０３「マグネシウム合金鋳物」に記載の金型試験片
鋳型に鋳造した。これらの鋳物から常温および２００℃
での引張試験片と１６０℃クリープ試験用の試験片を切
り出して試験を行った。

【００１７】

【表１】

【００１８】クリープ特性は、３５ＭＰａの負荷での１
００時間後のクリープ伸び量で示した。表２にこれらの
試験結果を示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】表１および表２から分るように、本発明の
合金は、常温および２００℃の強度も安定して高く、伸
びも適当にあり、３５ＭＰａでのクリープ伸びも適当に
ある。

【００２１】一方、比較例についてみると、比較例５
は、カルシウムが高いため脆性があり、比較例６は、カ
ルシウムが低く強度がやゝ不足する。また、比較例７
は、珪素が低く、やはり強度が稍々低くなる。比較例８
は、前述のＡＥ４２、比較例９は、ＡＳ２１に相当す
る。これらは本来ダイカスト合金として開発されたた
め、金型試験材で比較するのは若干むりがあるが、本発
明材はこれらに比し、特に２００℃での引張強さ、クリ
ープ強度ですぐれている。

【００２２】表３は、表１の実施例に見合う合金をダイ
カスト試験機で２０mmφ×２００mmφの丸棒に鋳込み、
これから常温および２００℃の引張り試験片と２００℃
クリープ試験用の試験片を切り出して試験を行った。ク
リープ特性の評価法は、金型試験片と同じであるが、ダ
イカスト材ではクリープ強度が改善されるため２００℃
で試験を行った。比較例としてはＡＳ２１とＡＥ４２の
みを示した。表４にこれらの試験結果を示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】実施例１１〜１４の本発明合金は、比較例
に比し、特に高温強度に優れている。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、比較的低廉な原材料費
で、高温における機械的強度および靭性のすぐれたマグ
ネシウム合金の鋳造材、ダイカスト材が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 田 勝 利 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、カルシウム０．３〜１．５％、
   珪素０．５〜１．５％、残部が実質的にマグネシウムか
   らなることを特徴とするマグネシウム合金。
2. 【請求項２】重量％で、カルシウム０．３〜１．５％、
   珪素０．５〜１．５％さらにアルミニウム０．５％以
   下、亜鉛２％以下およびマンガン０．６％以下のうち少
   なくとも一種以上を含有し、残部が実質的にマグネシウ
   ムからなることを特徴とするマグネシウム合金。