JPH08260090A - ダイカスト性に優れたＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイカスト性に優れたマグネシウム合金を提
供する。 【構成】 重量％でＣａ：0.３〜３.0％、Ｓｉ：１.4〜
３.0％を含み、残部が実質的にマグネシウムからなり、
ダイカスト性に優れたことを特徴とするＭｇ−Ｓｉ−Ｃ
ａ過共晶合金。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は、ダイカスト性に優れたＭｇ−Ｓ
ｉ−Ｃａ過共晶合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、材料の軽量化へのニーズが高ま
り、実用合金中最も密度の小さいマグネシウム合金が注
目されている。特に、航空機材料あるいは自動車用材料
として注目されている。

【０００３】しかしながら、このマグネシウム合金は、
耐熱強度が低い、Ａｌ合金に比べ鋳造性に劣る、もしく
は耐熱性を向上させるためにＹや他の希土類元素を添加
すると非常に高価な合金となり、その使用範囲は制限さ
れるという問題を有している。

【０００４】そこで、これら問題を解決するため、重量
％で、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、さらに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
なくとも一種以上含むマグネシウム合金（特開平６−33
0216号公報）が提案されている。これより、比較的廉価
な原材料費で高温における機械的強度、靱性のすぐれた
マグネシウム合金の鋳造材、ダイカスト材が得られると
している。

【０００５】また、従来の他の改良技術として、マグネ
シウムまたはマグネシウム合金にＣａ，Ｂａ，Ｓｒ等の
アルカリ土類金属の１種以上を0.１〜１０重量％を添加
してなるマグネシウム材、さらにＺｎ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓ
ｎ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｂｅの１種以上を１０重量％以
下含有してなるマグネシウム材、さらにアルミナ，アル
ミナシリカ，シリカ，ＳｉＣ，カーボン等の無機繊維ま
たは粉体強化材として含有してなるマグネシウム材（特
表平５−815238号／国際公開WO93/15238）が提案されて
いる。これより、マグネシウム材の溶湯の難燃化を図る
ことができるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−330216号公報に記載のマグネシウム合金は、α−Ｍ
ｇ中の溶質固溶量が少ないうえに晶出する化合物量も少
ないために一般のマグネシウム合金よりも強度が小さい
という欠点を有している。

【０００７】また、国際公開WO93/15238号公報に開示さ
れたマグネシウム合金は、鋳造性を考慮していないため
に多くの欠陥が発生したり、ダイカスト時には鋳造割れ
が発生するという欠点を有している。

【０００８】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００９】（発明の目的）本発明の目的は、ダイカス
ト性に優れたマグネシウム合金を提供するにある。

【００１０】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、まず、自動車
部品などをマグネシウム合金化し軽量化を図る場合に
は、廉価で良好なクリープ特性を有し、しかも鋳造用ア
ルミニウム合金なみのダイカスト性を有する合金が必要
となる。本発明者らは、従来のＭｇ−Ｚｎ−Ｃａ合金を
研究する中で、クリープ特性はＣａのみを含有すること
によっても大きく改善されることを見い出した。しかし
ながら、Ｍｇ−Ｃａ合金の鋳造性はかならずしも良好で
はなくダイカスト時には非常に多くの鋳造割れが発生す
る。そこで、合金の強度を保ちながら鋳造性を改善する
ことに着目した。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（第１発明）本発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合金は、
重量％でＣａ：0.３〜３.0％、Ｓｉ：１.4〜３.0％を含
み、残部が実質的にマグネシウムからなり、ダイカスト
性に優れたことを特徴とする。

【００１２】（第２発明）本発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過
共晶合金は、重量％でＣａ：0.３〜３.0％、Ｓｉ：１.4
〜３.0％と、少なくともＡｌ: ６.0％以下，Ｚｎ: ４.0
％以下，希土類元素: ３.0％以下，Ｚｒ: １.0％以下，
Ｍｎ: １.0％以下，Ｓｒ: １.0％以下のうちの一種以上
を含み、残部がマグネシウムからなり、ダイカスト性に
優れたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本第１発明および第２発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ
過共晶合金が優れた効果を発揮するメカニズムについて
は、未だ必ずしも明らかではないが、次のように考えら
れる。

【００１４】（第１発明の作用）本発明のマグネシウム
合金は、Ｓｉを添加することにより著しく鋳造割れ性を
改善したものである。この鋳造性の改善はＭｇ−Ｍｇ₂
Ｓｉの共晶反応が充分に起こることによる。また、充分
な強度は板状のＭｇ₂ Ｓｉが初晶として晶出することと
Ｃａの添加による。以上より、良好な鋳造性と強度を有
する合金が得られる。

【００１５】カルシウム（Ｃａ）の含有量は、0.３重量
％以上３.0重量％以下である。Ｃａは、マグネシウムの
静的強度、クリープ特性を向上させる元素である。この
Ｃａの含有量が0.３重量％未満の場合は、充分な強化が
できない。また、該含有量が３.0重量％を超える場合
は、伸びを減少させるとともにダイカスト時に多くの鋳
造割れが発生する。

【００１６】珪素（Ｓｉ）の含有量は、１.4重量％以上
３.0重量％以下である。Ｓｉは、静的強度、耐摩耗性、
ダイカスト性を向上させる。すなわち、微細に高融点の
化合物を形成してクリープ変形を抑制し、共晶融液によ
り、鋳造割れ性、流動性を改善する元素である。このＳ
ｉの含有量が１.4重量％以上、すなわち、共晶点以上の
Ｓｉを添加させることにより板状の化合物（Ｍｇ₂ Ｓ
ｉ）が晶出して強度が向上するとともに耐摩耗性が向上
し、共晶組成の液体によりダイカスト性が向上する。こ
のＳｉの含有量が１.4重量％未満の場合は、Ｍｇ₂ Ｓｉ
の晶出量が少なく強化の効果が発現しない。また、該含
有量が３.0重量％を超える場合は、液相線温度が７５０
℃を超え、鋳造温度としては８００℃以上となり、マグ
ネシウム合金溶湯が発火しやすくなる。また、化合物の
増加により靱性が低下するとともに、Ｍｇ₂ Ｓｉが粗大
化してしまい十分な強化効果が得られず、靱性が低下す
る。また、この場合は、製造上溶解温度を高温としなけ
ればならず、溶解が困難となる。さらに、ＣａとＳｉが
化合物を形成し、Ｃａ添加の効果を損なう。

【００１７】上記ＣａとＳｉが共存することにより、Ｃ
ａは共晶のＭｇ相中に固溶しクリープ強度を大きくし、
Ｓｉは強度改善とともに鋳造割れを防ぐ効果が発揮さ
れ、強度と鋳造性を兼ね備えた合金が得られる。

【００１８】以上により、本発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過
共晶合金は、ダイカスト性に優れているものと考えられ
る。

【００１９】（第２発明の作用）本第２発明のＭｇ−Ｓ
ｉ−Ｃａ過共晶合金の作用は、前記第１発明の作用と同
様の作用を奏するのに加えて、下記のような作用を奏す
る。

【００２０】すなわち、本発明の耐熱マグネシウム合金
は、重量％で0.３〜３.0％のＣａと１.4〜３.0％のＳｉ
に加えて、さらに第４元素として、少なくともＡｌ，Ｚ
ｎ，希土類元素，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｓｒのうちの一種以上を
含んでなる。これら第４元素を含有することにより、固
溶強化、粒界での晶出物形成、組織の微細化等により、
室温強度および高温強度が向上し、さらに本合金のクリ
ープ特性が良好なものになるものと考えられる。

【００２１】アルミニウム（Ａｌ）の含有量は、６.0重
量％以下である。Ａｌは、固溶強化によって、耐力、伸
びを改善する元素である。α−Ｍｇ中に固溶して、静的
強度を向上させる。Ａｌは含有量が増加するに従って室
温での引張強さや耐力は大きくなるが、Ａｌの含有量が
６.0重量％を超えると二次クリープ速度が大きくなる。

【００２２】亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、４.0重量％以下
である。Ｚｎは、固溶強化によって耐力、伸びを改善す
るとともに、時効効果を誘起し、熱処理の効果を大きく
する元素である。Ｚｎの含有量が増加するに従って室温
での引張強さや耐力は大きくなるが、Ｚｎの含有量が
４.0重量％を超えると二次クリープ速度が大きくなる。
なお、本発明において、前記Ａｌ、Ｚｎの一方のみを前
記所定量含んでもよく、また両方を合計量で６.0重量％
以下含んでもよい。

【００２３】希土類元素（Ｒ．Ｅ．Ｍ．）の含有量は、
３.0重量％以下である。この希土類元素は、固溶および
粒界への晶出によって耐熱強度を向上させる元素であ
る。希土類元素の含有量が３.0重量％を超えると、靱性
が劣化する。

【００２４】マンガン（Ｍｎ）の含有量は、１.0重量％
以下である。Ｍｎは、耐食性を改善するとともに僅かに
固溶することにより耐熱性を向上させる元素である。Ｍ
ｎの含有量が１.0重量％を超えると、粗大なＭｎが晶出
して機械的強度を劣化させる。

【００２５】スロトンチウム（Ｓｒ）の含有量は、１.0
重量％以下である。Ｓｒは、マイクロポロシティーを減
少させる元素で合金の気密性を向上させ、部品の耐圧性
を向上させる元素である。Ｓｒの含有量が１.0重量％を
超えると、靭性が低下する。

【００２６】ジルコニウム（Ｚｒ）の含有量は、１.0重
量％以下である。Ｚｒは、結晶粒を微細化し機械的強度
を向上させる元素である。Ｚｒの含有量が１.0重量％を
超えると、固溶量を大幅に越えるのでこれ以上含有させ
ても微細化の効果は大きくならず、逆に急激な融点の上
昇に伴い溶解が困難となる。

【００２７】以上により、本発明のマグネシウム合金
は、ダイカスト性に優れるとともに、熱処理をしない鋳
造のままでも強度特性に優れたマグネシウム合金を得る
ことができるものと考えられる。

【００２８】

【発明の効果】

（第１発明の効果）本発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合
金は、ダイカスト性に優れている。また、これより廉価
で良好な強度特性を有するマグネシウム合金を得ること
ができる。さらに、化合物を比較的多く含むので耐摩耗
性が向上し、Ｓｉ量の多い初晶Ｍｇ₂ Ｓｉが多い組成で
は弾性率も改善されてくる。

【００２９】（第２発明の効果）本発明のＭｇ−Ｓｉ−
Ｃａ過共晶合金は、ダイカスト性に優れている。また、
これより廉価で良好な強度特性を有するマグネシウム合
金を得ることができる。さらに、第４元素として少なく
ともＡｌ，Ｚｎ，希土類元素，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｓｒのうち
の一種以上を含んでなるので、前記第１発明のＭｇ−Ｓ
ｉ−Ｃａ過共晶合金に比べて、静的強度が優れ、かつク
リープ特性がさらに改善される。

【００３０】

【発明の具体的説明】以下に、前記第１発明および第２
発明をさらに具体的にした発明（具体例）について説明
する。

【００３１】（発明の具体的説明）本第１発明および第
２発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合金において、カルシ
ウム（Ｃａ）の含有量は、１.0重量％以上３.0重量％以
下であることが好ましい。Ｃａの含有量を１.0重量％〜
３.0重量％とすることにより、靱性の劣化が見られず、
また二次クリープ速度が極めて低くなるので好適であ
る。

【００３２】また、珪素（Ｓｉ）の含有量は、１.5重量
％以上２.1重量％以下であることが好ましい。Ｓｉの含
量を１.5重量％以上２.1重量％以下とすることにより、
板状の化合物が晶出し充分な強度が得られるとともに比
較的低温で溶解鋳造作業を行うことができるので好適で
ある。さらに珪素（Ｓｉ）の含有量を、１.7重量％以上
２.1重量％以下にすることにより，鋳造条件の多少の変
化にかかわらず確実に板状の晶出物が形成されるので好
適である。

【００３３】本発明のＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合金の製
造方法の一例を簡単に示すと、以下のようである。すな
わち、本合金は、各元素を純金属、合金または塩化物や
フッ化物の形態で溶融Ｍｇに添加し、ダイカストするこ
とにより、マグネシウム合金部品を得ることができる。
なお、溶解作業中には、従来のマグネシウム合金と同様
にＳＦ₆ ガスやフラックス等による防燃や精錬を必要に
おいて行うことが好ましい。さらにＳｉを目的組成に溶
解させるために溶湯を撹拌すると良い。また、これを重
力鋳造に供する場合も同様の操作で良い。

【００３４】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００３５】第１実施例 電気炉中で予熱した高クロム合金鋼（SUS430）製のるつ
ぼ（内径80mm，高さ230mm ) の内面に塩化マグネシウム
系のフラックスを塗布し、その中に純Ｍｇ地金を投入し
て溶解した。次に、 700℃に保持した溶湯に金属Ｃａを
所定量添加し、さらに 750℃に昇温し小片のＳｉを所定
量添加した。これらを充分に撹拌後、これらが完全に溶
解したことを確認してから、精練を行った。精練終了
後、 780℃に保持した。なお、溶解作業中は燃焼防止の
ために溶湯表面に炭酸ガスとＳＦ₆ガスの混合ガスを0.
２リットル/min吹きつけるとともに、適宜フラックスを
溶湯表面に散布した。このようにして得た合金溶湯を、
図１の形状にダイカストした（試料番号１〜４）。試験
片は、幅５mm、厚さが１０mmとした。このとき、拘束長
さを20〜100mm に変化させてダイカストしたときの鋳造
割れの発生を目視、またはＸ線探傷試験で確認し、合金
の鋳造割れ感受性を評価した。その結果を表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】（比較例１〜比較例１１）比較のために、
前記実施例に於いて構成元素の含有量が本発明外の比較
用マグネシウム合金（試料番号：Ｃ１〜Ｃ８）、および
比較用Ａｌ合金（試料番号：Ｃ９〜Ｃ１１）をダイカス
トした。このとき、前記実施例と同様に、拘束長さを20
〜100mm に変化させてダイカストしたときの鋳造割れの
発生を目視、またはＸ線探傷試験で確認し、合金の鋳造
割れ感受性を評価した。その結果を、表１に併せて示
す。

【００３８】表１より、本実施例合金が、鋳造用Ａｌ合
金並もしくはそれ以上のダイカスト性を有することがわ
かる。

【００３９】第２実施例 合金組成を、Ｍｇ−１重量％Ｃａ−１.5重量％Ｓｉ（試
料番号５）、およびＭｇ−１重量％Ｃａ−１.9重量％Ｓ
ｉ（試料番号６）とした以外は、前記第１実施例と同様
にして本発明にかかる第２実施例のマグネシウム合金を
ダイカストした。このとき、拘束長さを20〜100mm に変
化させてダイカストしたときの鋳造割れの発生を目視、
またはＸ線探傷試験で確認し、合金の鋳造割れ感受性を
評価した結果、本実施例のマグネシウム合金は、何れも
割れを検知しなかった。次に、得られたマグネシウム合
金の硬さを測定した結果、試料番号５はＨｖ４８.1、試
料番号６はＨｖ５０.1であった。次に、得られたマグネ
シウム合金の断面の金属組織を、光学顕微鏡（倍率：２
００倍）で観察した。その結果を、試料番号５は図２
に、試料番号６は図３にそれぞれ示す。

【００４０】（比較例１２）合金組成を、本発明外のＭ
ｇ−１重量％Ｃａ−０.5重量％Ｓｉ（試料番号：Ｃ１
２）とした他は、前記第２実施例と同様にして比較用マ
グネシウム合金をダカストした。このとき、前記第２実
施例と同様に、硬さを測定した結果、試料番号Ｃ１２の
硬さはＨｖ４０.5であった。次に、得られた比較用マグ
ネシウム合金の断面を観察した結果を、図４に示す。

【００４１】図２〜図４、および鋳造割れ評価試験よ
り、本実施例の合金は、ダイカスト性に優れるととも
に、板状の晶出物の出現によって硬さが向上しているこ
とがわかる。

【００４２】第３実施例 前記第１実施例と同様に溶製する過程にＡｌ、ＲＥＭ
（Ｃｅ系ミッシュメタル）およびＭｎを所定量添加して
ダイカストし、鋳造割れ感受性を評価した（試料番号７
〜９）。その結果を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２より、ＡｌとＲＥＭは鋳造割れ感受性
を大きくしないことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例〜第３実施例において得ら
れたマグネシウム合金、および比較例１〜１１において
得られた比較用合金の鋳造割れ試験片の形状を示す説明
図である。

【図２】本発明の第２実施例において得られたマグネシ
ウム合金ダイカスト材（試料番号５）の断面の金属組織
を示す光学顕微鏡写真図（倍率：２００倍）である。

【図３】本発明の第２実施例において得られたマグネシ
ウム合金ダイカスト材（試料番号６）の断面の金属組織
を示す光学顕微鏡写真図（倍率：２００倍）である。

【図４】比較例１２において得られた比較用マグネシウ
ム合金ダイカスト材（試料番号：Ｃ１２）の断面の金属
組織を示す光学顕微鏡写真図（倍率：２００倍）であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣａ：0.３〜３.0％、Ｓｉ：
   １.4〜３.0％を含み、残部が実質的にマグネシウムから
   なり、ダイカスト性に優れたことを特徴とするＭｇ−Ｓ
   ｉ−Ｃａ過共晶合金。
2. 【請求項２】 重量％でＣａ：0.３〜３.0％、Ｓｉ：
   １.4〜３.0％と、少なくともＡｌ: ６.0％以下，Ｚｎ:
   ４.0％以下，希土類元素: ３.0％以下，Ｚｒ:１.0％以
   下，Ｍｎ: １.0％以下，Ｓｒ: １.0％以下のうちの一種
   以上を含み、残部がマグネシウムからなり、ダイカスト
   性に優れたことを特徴とするＭｇ−Ｓｉ−Ｃａ過共晶合
   金。