JPH11104800A - 軽金属合金塑性加工用素材および塑性加工材の製造方法 - Google Patents
軽金属合金塑性加工用素材および塑性加工材の製造方法Info
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Abstract
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 軽金属を母材とし、固相率20%以下で
射出成形するもので、70%以上の限界据え込み率を有
する成形性に優れる軽金属合金射出成形材である。この
射出成形材は一工程での鍛造により最終成形品とするこ
とができる。
Description
合金成分としてアルミニウムを含有するマグネシウム合
金の塑性加工用素材およびそれを用いた塑性加工材の製
造方法に関する。
とする軽金属合金、特にアルミニウムを合金成分とする
マグネシウム合金は軽量でかつ鍛造等の塑性加工を施す
ことにより所定の機械的強度を確保できる素材として注
目されている。しかしながら、この種軽金属合金は熱ひ
けが良いため、重力鋳造では鋳造温度を高くしなけれ
ば、湯流れが悪化し、健全な(鋳巣の少ない)鋳物が得
られない。ところが、鋳造温度が高いと、冷却速度が小
さくなるため、材料組織が粗くなり、成形性が悪く、加
工率が大きくとれない。そのため、要求形状の成形品を
得るために、何度も加工を繰り返す必要がある。他方、
ダイキャストでは微細な組織が得られるが、金型内に溶
湯を霧状に圧力注入するため、微小な空孔が鋳物内に多
く含まれ、ガス欠陥となり、良好な鍛造加工材が得られ
ない。
グネシムを母材とする軽金属合金においてかかる鍛造加
工性を向上させるには、ダイキャスト以外の方法で微細
な組織を有する鋳造材を得る必要がある。そこで、鋭意
研究の結果、半溶融射出成形法を採用し、その固相率ま
たは固相粒径を調整しながら射出成形すると、成形性の
いい素材が得られ、射出成形材を一発鍛造により所望の
成形品を得ることができることを見出した。
工性に優れる素材を製造する半溶融射出成形方法を提供
することにある。本発明の第2の目的は塑性加工性に優
れる素材を射出成形し、一工程での鍛造により鍛造成形
品を製造する方法を提供することにある。
に、本発明は軽金属合金を固相率20%以下の固相/液
相が共存する半溶融状態あるいは母材融点直上の温度で
溶融状態とした後、射出成形することを特徴とする軽金
属合金塑性加工用素材の製造方法にある。
ることにより限界据え込み率70%以上の良好な成形性
が得られることが見い出されている(図1参照)。半溶
融状態だけでなく、すべてが溶融状態にある場合でも母
材融点直上で射出成形を行うようにすると、ダイキャス
トより成形性が優れる素材を得ることができることが見
い出されている。
低いほど半溶融状態における固相平均粒径が小さくな
り、その固相平均粒径が小さい程射出成形材の成形性が
向上するからである。固相平均粒径からみれば、300
μm以下であるのが好ましく、それを境に限界据え込み
率は急激に低下することが見出されている(図2参
照)。
出成形で良好な成形性を示す理由は定かでないが、半溶
融状態での射出成形により液相部は微細組織となり、鍛
造時の成形性は良好であるが、固相部はその形態を保持
しやすい。したがって、固相部分の割合が多すぎたり、
粒径が大き過ぎると、成形性に不均一性が生じ、全体と
しての成形性を低下させることが関与するものと思われ
る。
性、すなわち、鍛造加工性が向上するので、鍛造加工を
400℃以下で行うことができる。それにより、強度が
向上する。また、射出成形に加え、1回のみの鍛造でネ
ットシェイプの製品ができるので、複数の鍛造型や切削
加工が不要となり、経済性に優れるという利点を得るこ
とができる。
であって、合金成分としてアルミニウム4〜9.5重量
%を含有するものに本発明方法を適用するのが好まし
い。4重量%未満では熱処理による機械的強度の増強が
望めず、9.5重量%を越えると、成形性(限界据え込
み率)の低下が著しいからである(図3参照)。
としてT6熱処理(溶体化処理と人工時効化処理)を行
うのが好ましい。その結果、鍛造時の残留歪が除去さ
れ、製品形状の経年変化が起こらず、さらに優れた延性
が付与される。
れる射出成形材を提供することができる。射出成形材は
荒地形状のビレットであるため、一工程での鍛造により
最終製品とすることができ、鍛造工程数を削減すること
ができる。また、鋳巣の少ない健全な組織が得られるの
で、歩留まりの向上が図れる。
て、図面を参照しながら説明する。以下の組成を有する
マグネシウム合金A、Bを用意し、図4に示す半溶融射
出成形機(型式:JLM−450E,株式会社日本製鋼
所製)を用いて次の条件下に射出成形を行った。なお、
図中、1はシリンダで、内部に押し出しスクリュー2を
備え、後端には高速射出機構3を、先端には金型4が装
着されている。シリンダ1の周囲には加熱ヒータ5が所
定の間隔で配置され、シリンダ1の入り口に設けたホッ
パー6から投入される材料を順次加熱溶融するようにな
っている。まず、インゴットより長軸が5mm程度にな
るように切削された原料チップをホッパに挿入する。こ
のチップは、フィーダによりシリンダ内に1ショット毎
に供給され、スクリューが回転しながら後退する計量工
程において前方に送られる。シリンダは8つのゾーンに
分割され温度制御されており、チップは搬送中に徐々に
昇温し、前部において半溶融状態に達する。最先端のノ
ズル部では温度を低くして凝固プラグを形成し、溶湯の
流出を防止するしくみになっている。また、シリンダと
ホッパ内には酸化を防止するために、Arガスを流して
いる。前方に送られた溶湯は、スクリューが高速前進す
ることにより金型内に高速充填、急速凝固し成形品とな
って取り出される。射出成形された荒地素材W1は型開
き後(図4(B))、取り出し、鍛造上下型内に設置し
(図4(C))、鍛造後(図4(D))、型開きして鍛
造品W2を取り出す(図4(E))。この鍛造品W2は
その後仕上げとしてT6処理が施される。本発明におい
ては適切なT6処理は、材料組成によってことなるが、
大体溶体化処理:380〜420℃、10〜24時間、
時効硬化処理::170〜230℃、4〜16時間であ
る。
し、ホッパーに投入される。シリンダ内での固相率(固
相/液相)はシリンダー内の加熱温度で調整し、射出前
の固相率が25%から0%となるように調整し、射出成
形を行った。固相率が20%を越えるとミクロな鋳巣が
増加する傾向にあり(図6の固相率4%の顕微鏡写真と
図7の固相率25%の顕微鏡写真を比較対照、注:図
6、図7は実施例6に関するものである)、成形性を阻
害するものと思われる。他方、合金Aを完全溶融状態
(固相率0%)となし、ダイキャスト成形を行った。図
5に示すように、種々の固相率における射出成形品とダ
イキャスト成形品から直径15cm、高さ30cmの試
験片を用意し(図5(A))、プレス上下金型間H1に
装着し(図5(B))、試験温度350℃に試験片を加
熱し、試験温度を保持しつつ、表面にクラックが発生す
るまで据え込む。そのときの上下金型距離をH2とする
と、次式(I)により限界据え込み率が算出できる。
た部分の方が微細となり、塑性加工性はよい。固相率の
増加に伴って、成形性は次第に悪化していくが、20%
を越えると、低下率が急激に大きくなる。また、ダイキ
ャスト材との成形性を比較すると、全て溶融状態(固相
率0%)にした場合でも射出成形の素材の方が成形性に
優れていることが分かった。ダイキャスト材は微細なポ
アを多く含むためと考えられる。
を検討した。その結果、固相粒径が300μmを越える
と、液相であった部分との変形が不均一となり、成形性
の悪化が急激に起こる。この固相粒径は固相率と関係し
ており、固相率の増大に伴い、固相粒径も増大するのが
一般的傾向である。なお、固相粒径は画像解析装置によ
り測定される。
(実施例1〜6)について射出成形素材合金中のアルミ
ニウムの含有量と成形性との関係を固相率6%と15%
において調査した。その結果、平均固相粒径は約40μ
mであって、全体として固相率6%の方が成形性に優れ
ることが分かった。また、アルミニウムの含有量が8.
5%を越えると、限界据え込み率は70%を下回り、成
形性が悪化することが分かった。結果を図3に示す。
8〜10に示す。鍛造後T6処理することにより、射出
成形材をそのまま鍛造したものに比べて飛躍的に強度・
延性が向上する。
を確認したが、固相率と成形性との関係は半溶融射出成
形法で射出成形する軽金属合金に特有の現象であり、本
発明方法は広くマグネシウムとアルミニウムを含有する
軽金属合金に適用可能である。
金属合金の射出成形材の成形性を向上させることができ
るので、成形性の良い荒地成形品を得ることができ、一
工程での成形により最終鍛造品を製造することができ
る。したがって、従来の連続鋳造材を鍛造する場合に比
して鍛造工程数を低減することができる。さらに、ダイ
キャスト材に比して鋳巣が少ないので鍛造ができる。さ
らにまた、T6熱処理により、射出成形材をそのまま鍛
造したのものに比べて飛躍的に強度・延性を向上させる
ことができる。
と成形性の関係を示すグラフである。
固相粒径と成形性との関係を示すグラフである。
アルミニウム含有量と成形性の関係を示すグラフであ
る。
る。
フローシートである。
(固相率4%)の組織を示す顕微鏡写真である。
(固相率25%)の組織を示す顕微鏡写真である。
ある。
グラフである。
ラフである。
金型、5 加熱ヒータ、6 ホッパー。
Claims (8)
- 【請求項1】 軽金属合金を固相率20%以下の固相/
液相が共存する半溶融状態あるいは融点直上の温度で溶
融状態とした後、射出成形することを特徴とする軽金属
合金塑性加工用素材の製造方法。 - 【請求項2】 軽金属合金を固相率20%以下の固相/
液相が共存する半溶融状態あるいは母材融点直上の温度
で溶融状態とした後、射出成形し、塑性加工することを
特徴とする軽金属合金塑性加工用素材の製造方法。 - 【請求項3】 さらに、熱処理することを特徴とする請
求項1または2記載の製造方法。 - 【請求項4】 半溶融状態での固相平均粒径が300μ
m以下である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方
法。 - 【請求項5】 塑性加工が鍛造加工である請求項2記載
の製造方法。 - 【請求項6】 鍛造加工温度が400℃以下である請求
項5記載の製造方法。 - 【請求項7】 軽金属合金が母材をマグネシウムとし、
合金成分としてアルミニウム4〜9.5重量%を含有す
る請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項8】 熱処理条件がT6処理である請求項3記
載の製造方法。
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