JPH09279286A - マグネシウム合金製ビレットおよびその製造方法 - Google Patents

マグネシウム合金製ビレットおよびその製造方法

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JPH09279286A
JPH09279286A JP9453296A JP9453296A JPH09279286A JP H09279286 A JPH09279286 A JP H09279286A JP 9453296 A JP9453296 A JP 9453296A JP 9453296 A JP9453296 A JP 9453296A JP H09279286 A JPH09279286 A JP H09279286A
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JP
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billet
magnesium alloy
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crystal grain
diameter
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JP9453296A
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English (en)
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Toshiro Kawada
俊郎 河田
Ikuji Hashimoto
幾治 橋本
Minoru Sugiyama
実 椙山
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直径9〜15インチの大径でありながら、中
心部分まで結晶粒の微細化が施された鍛造用として好適
なAZ系のマグネシウム合金製ビレットおよびその製造
方法を提供すること。 【解決手段】 Al:2.0〜10.0重量%,Zn:
0.1〜2.0重量%,Mn:0.1〜1.0重量%を
含有し、残部が実質的にマグネシウムからなるAZ系マ
グネシウム合金を溶融温度700〜800度Cで溶解し
た溶湯に結晶粒微細化剤CaCN2 を0.2〜2.0重
量%添加し、10〜60分間保持した後、連続鋳造し、
鋳型下方に降下したビレットを水冷して製造した、直径
が9〜15インチで、かつビレット中の平均結晶粒径が
0.150mm以下であるマグネシウム合金製ビレット
およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鍛造などに要求され
る加工性および機械的性質に優れたAZ系のマグネシウ
ム合金製ビレットおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マグネシウム合金は実用合金中最も軽
く、また剛性に優れているために、航空機や自動車等へ
の適用が検討されている。特に自動車用ホイール等の高
強度を要する構造部品をマグネシウム合金で製造するに
は、これまで鋳造、ダイカストなどによって製造する
か、鋳造によって最終製品近くまで成型し、これを機械
加工して仕上げる方法がとられてきた。しかしながら、
従来の方法で製造した部品は、ミクロな鋳造欠陥が存在
するなど鍛造品と比べて、機械的性質に劣り、その結果
部品が厚肉となって、他の軽合金と比較して軽量化は充
分ではなかった。
【0003】マグネシウム合金によって鍛造で部品を製
造する場合は、結晶粒径が小さいほど加工性、機械的性
質の面で好ましい。従来より鍛造ホイール用マグネシウ
ム合金として使用されているZK系合金は加工性が良
く、合金元素として添加されるZrが結晶の微細化に効
果があるので、結晶粒径をそれ程問題とせずに大径のビ
レットが作られているが、耐蝕性に劣り、高価という問
題がある。そのため、より耐蝕性に優れ、安価に製造で
きるAZ系マグネシウム合金で鍛造ホイールを製造する
ことが検討されてきた。しかし、AZ系マグネシウム合
金はZK系マグネシウム合金と比較して結晶粒を小さく
することが困難という問題があり、特に自動車のホイー
ルなどに使用される大径のビレットでは、冷却面である
ビレット表面近傍の結晶粒は小さくすることはできて
も、冷却面から遠いビレット中心付近では、冷却効果が
小さく結晶粒が粗大となっていた。そのため、十分な加
工性が得られず鍛造時に部材に割れが発生するといった
問題があった。
【0004】特開昭63−282232号公報では、2
5度C/秒以上の冷却速度でマグネシウム合金を凝固さ
せ結晶粒を微細化させる方法が開示されている。しか
し、水冷だけで冷却速度を上げるというこの方法では、
直径9〜15インチの大径のビレットを製造する場合は
中心部分の冷却速度を十分に速くすることは難しく、直
径5〜100mm程度の細径のビレットしか微細化は実
現できていなかった。そのため、例えば自動車用ホイー
ル材として使用し得る直径9〜15インチの大径のビレ
ットを提供することが要望されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の問題点を鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、例えば自動車用ホイール材として使用さ
れる程度に直径9〜15インチの大径でありながら、中
心部分まで結晶粒の微細化が施された鍛造用として好適
なAZ系のマグネシウム合金製ビレットおよびその製造
方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1発明は、A
l:2.0〜10.0重量%,Zn:0.1〜2.0重
量%,Mn:0.1〜1.0重量%を含有し、残部が実
質的にマグネシウムからなるAZ系マグネシウム合金製
のビレットにおいて、該ビレットの直径が9〜15イン
チで、かつビレット中の平均結晶粒径が0.150mm
以下で、最大粒子径が0.300mm以下であることを
特徴とするマグネシウム合金製ビレットに関する。
【0007】本発明の第2発明は、Al:2.0〜1
0.0重量%,Zn:0.1〜2.0重量%,Mn:
0.1〜1.0重量%を含有し、残部が実質的にマグネ
シウムからなるAZ系マグネシウム合金を溶融温度70
0〜800度Cで溶解した溶湯に結晶粒微細化剤を添加
し、10〜60分間保持した後、連続鋳造し、鋳型下方
に降下したビレットを水冷することを特徴とする上記第
1の発明のマグネシウム合金製ビレットの製造方法に関
する。
【0008】本発明の第3発明は、結晶粒微細化剤がC
aCN2 であり、その添加量が0.2〜2.0重量%で
あることを特徴とする上記第2の発明のマグネシウム合
金製ビレットの製造方法に関する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で使用するマグネシウム合
金は、Al:2.0〜10.0重量%,Zn:0.1〜
2.0重量%,Mn:0.1〜1.0重量%を含有し、
残部が実質的にマグネシウムからなるAZ系マグネシウ
ム合金である。Alは強度の向上を目的として添加する
が、10.0重量%を超えると第二相の析出が顕著とな
り加工性が低下する。また、2.0重量%以下では効果
が十分ではない。Znも強度の向上を目的として添加す
るが、0.1重量%以下では効果が小さく、2.0重量
%以上では加工性が低下する。Mnは耐蝕性の向上を目
的として添加するが、0.1重量%以下では効果が小さ
く、1.0重量%以上では加工性が低下する。
【0010】本発明のビレット径は9〜15インチであ
る。例えば自動車用ホイール材として使用するためには
鍛造工程での径の拡がりを考慮にいれても9インチ以上
なければ非効率的である。また、本発明の方法では、1
5インチのビレットまでしか微細化は十分でないが、自
動車用のホイールであれば、15インチ以下のビレット
で十分製造できる。
【0011】本発明のビレット中の平均結晶粒径は0.
150mm以下である。平均結晶粒径が0.150mm
を超えると、鍛造性が低下し鍛造時に割れを生じ易くな
る。ただし、平均結晶粒径が0.150mm以下であっ
ても、結晶粒径が0.300mmを超えるような結晶粒
子が含まれていると、鍛造時にその結晶粒子の周辺で割
れを生じることがあるので、最大の結晶粒子径は0.3
00mm以下であることが好ましい。平均結晶粒径を小
さくすることによって、鍛造に限らず、圧延、押出、引
抜等の他の塑性加工に対しても優れた加工性を示すよう
になる。
【0012】本発明のマグネシウム合金を製造する場
合、溶湯の温度は700〜800度Cとするのが好まし
く、さらに好ましくは730〜780度Cである。70
0度C未満では結晶粒微細化剤の持続効果が小さく結晶
粒は微細化されない。800度Cを超えてビレット用鋳
型にマグネシウム合金を鋳込んでも機械的性質には悪い
影響はないと考えられるが、防火対策の必要性や、燃料
費がかさみ不経済となるので800度C以下が望まし
い。
【0013】結晶粒微細化剤としては一般に炭素系、塩
素系、Zrなどが使用されているが、本発明の結晶粒微
細化剤にはそのうちでZrを除く炭素系、塩素系が使用
できる。炭素系としては、CaCN2 、石灰窒素、カ−
バイド、パラフィン等が、そして塩素系としてはFeC
3 が使用できる。中でも特にCaCN2 が好ましく、
パラフィン,FeCl3 なども好適である。結晶粒微細
化剤の量が0.2重量%未満では効果が少なく、2.0
重量%を超えても効果はそれ程変わらず、微細化剤の燃
えかすが多く発生するようになるので結晶粒微細化剤の
添加量は0.2〜2.0重量%とするのが好適であり、
さらに好ましくは0.5〜1.5重量%である。
【0014】結晶粒微細化剤を添加してから鋳造開始ま
での保持時間は10〜60分とする。60分を超える
と、微細化剤の効果が消失し始め、鋳造終了まで効果を
持続できない。10分未満では、微細化剤の未反応分が
ビレットに混入する恐れがある。
【0015】連続鋳造でビレットを鋳造する場合、一般
に鋳型下方から搬出した固化状のビレットを噴水して水
冷を行うが、従来の水冷方法だけでは直径が9〜15イ
ンチの大径のビレットの結晶粒の微細化は十分ではなか
った。本発明では、冷却水の水量を調節することによっ
て、冷却の効果を強化すると共に、結晶粒微細化剤の効
果と合わせて直径が9〜15インチの大径のビレットで
も結晶粒の微細化が可能となった。
【0016】軽金属合金の連続鋳造法としては、ダイレ
クトチル法やホットトップ法等が実用化されているが、
本技術はいずれの鋳造法にも適用可能である。
【0017】
【実施例】以下、実施例,比較例により本発明を詳細に
説明する。平均結晶粒径と機械的性質の関係を確認する
ための試験を行なった。表1に示す組成のAZ系マグネ
シウム合金をJIS H 5203(マグネシウム合金
鋳物)に従って引張試験の測定を行った。すなわち、本
JISによる金型試験片鋳型に冷却条件を変化させて鋳
造し、平均結晶粒径の異なる試験片を得た。この試験片
を用いて鍛造が行われる350度Cの温度で引張試験を
行った。なお、試料は鋳造F材の状態で試験を行った。
その結果を表2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】表2より平均結晶粒径が0.180mmま
では引張強度の低下はないが、伸びは平均結晶粒径が
0.150mmを超えると低下し始めることがわかる。
【0021】表1に示す組成のAZ系マグネシウム合金
の溶湯温度を表3に示す溶湯温度で溶解し、連続鋳造
し、鋳型下方で搬出した固化状のビレットを水冷して、
直径13インチ、長さ2000mmのビレットを製造し
た。結晶粒微細化剤にはCaCN2 を1.0重量%添加
し、結晶粒微細化剤添加から鋳造開始までの保持時間は
40分とした。ビレットの中心部分を試験片として採取
し、JIS H 0501(伸銅品結晶粒度試験方法)
の求積法に従って平均結晶粒径を測定した。結果を表3
に示す。
【0022】
【表3】
【0023】表3より、溶湯温度が高いほど平均結晶粒
径が小さくなり、700度Cを超えた温度では平均結晶
粒径が0. 150mm以下になっている。
【0024】表1に示す組成のAZ系マグネシウム合金
を表4のように結晶粒微細化剤の種類および添加量を変
えて連続鋳造を行い、鋳型下方から搬出した固化状ビレ
ットを水冷して、直径13インチ、長さ2000mmの
ビレットを製造した。溶湯温度は750度Cとし、結晶
粒微細化剤添加から鋳造開始までの保持時間は40分と
した。ビレットの中心部分を試験片として採取し、JI
S H 0501(伸銅品結晶粒度試験方法)の求積法
に従って平均結晶粒径を測定した。結果を表4に示す。
【0025】
【表4】
【0026】表4より、結晶粒微細化剤が0.2重量%
未満の0.1重量%では結晶の微細化が十分ではない。
【0027】表1に示す組成のAZ系マグネシウム合金
を結晶粒微細化剤添加後の鋳造開始までの保持時間を変
えて連続鋳造を行い、鋳型下方から搬出した固化状のビ
レットを水冷して、直径13インチ、長さ2000mm
のビレットを製造した。溶湯温度は750度Cとし、結
晶粒微細化剤にはCaCN2 を1.0重量%添加した。
ビレットの中心部分を試験片として採取し、JIS H
0501(伸銅品結晶粒度試験方法)の求積法に従っ
て平均結晶粒径を測定した。結果を表5に示す。
【0028】
【表5】
【0029】表5より、添加後60分までに鋳造を開始
すれば目標の平均結晶粒径0.150mm以下のビレッ
トが製造できることがわかる。
【0030】表1に示す組成のAZ系マグネシウム合金
を冷却水量を変えて鋳造を行い、直径9〜17インチ、
長さ2000mmのビレットを製造した。溶湯温度は7
50度Cとし、結晶粒微細化剤にはCaCN2 を1.0
重量%添加した。結晶粒微細化剤添加から鋳造開始まで
の保持時間は40分とした。ビレットの中心部分を試験
片として採取し、JIS H 0501(伸銅品結晶粒
度試験方法)の求積法に従って平均結晶粒径を測定し
た。結果を表6に示す。
【0031】
【表6】
【0032】表6より、直径9インチの細径のビレット
は冷却水量が少なくても、また直径15インチまでは冷
却水量を増やせば中心部分まで微細化できているが、直
径15インチを超える大径のビレットでは冷却水量を増
やしても中心部分の平均結晶粒径は微細化できなかっ
た。本発明の方法では直径15インチのビレットまでは
平均結晶粒径が0.150mm以下で目標の結晶粒の微
細化が可能であることが分かる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によって製造
された直径が9〜15インチのAZ系のマグネシウム合
金製ビレットは、中心部まで結晶粒が微細化されるの
で、機械的性質が優れ加工性にも富むので、自動車用ホ
イ−ル等の鍛造用材に好適である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Al:2.0〜10.0重量%,Zn:
    0.1〜2.0重量%,Mn:0.1〜1.0重量%を
    含有し、残部が実質的にマグネシウムからなるAZ系マ
    グネシウム合金製のビレットにおいて、該ビレットの直
    径が9〜15インチで、かつビレット中の平均結晶粒径
    が0.150mm以下であることを特徴とするマグネシ
    ウム合金製ビレット。
  2. 【請求項2】ビレット中の平均結晶粒径が0.150m
    m以下で、最大粒子径が0.300mm以下である請求
    項1のマグネシウム合金製ビレット。
  3. 【請求項3】Al:2.0〜10.0重量%,Zn:
    0.1〜2.0重量%,Mn:0.1〜1.0重量%を
    含有し、残部が実質的にマグネシウムからなるAZ系マ
    グネシウム合金を溶融温度700〜800度Cで溶解し
    た溶湯に結晶粒微細化剤を添加し、10〜60分間保持
    した後、連続鋳造し、鋳型下方に降下したビレットを水
    冷することを特徴とする請求項1記載のマグネシウム合
    金製ビレットの製造方法。
  4. 【請求項4】結晶粒微細化剤がCaCN2 であり、その
    添加量が0.2〜2.0重量%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製ビレットの製造方
    法。
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