JPH11279675A

JPH11279675A - マグネシウム合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11279675A
Application number: JP10083086A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Taniguchi; 仁啓谷口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】リチウムを添加したマグネシウム合金の強
度、冷間プレス加工特性を改善することが可能なマグネ
シウム合金及びその製造方法を提供する。【解決手段】リチウムを１０．５重量％以上４０重量
％以下含有し、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組成を有する鋳塊を、熱間圧延
後、圧下率３０％以上となるように冷間圧延する。その
後、毎秒１〜２℃の昇温速度で、１４０〜１５０℃まで
昇温し、６０分以上保持した後、冷却させ、平均結晶粒
径が３μｍ以上〜４０μｍ以下のマグネシウム合金及び
その圧延材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムを添加し
たマグネシウム合金に関し、特にプレス加工に適したマ
グネシウム合金及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、実用金属合金のな
かで最も軽く、プラスチックに代わる材料として、電子
機器筐体などに数多く採用されている。一般的に使用さ
れているマグネシウム合金は、アルミニウムと亜鉛を含
有するものであり、必要な形状に加工するための手法と
して、ダイカスト法、チクソモールディング法、熱間プ
レス法などが採用されている。しかしながら、ダイカス
ト法、チクソモールディング法は、成形後にバリ取りや
表面仕上げなどの２次加工が必要であるため、製造効率
が悪く、経済的にも有利な加工方法ではない。また、熱
間プレス法は、成形に用いる金型温度を調整する必要が
あるため、製造設備、金型に温度調整機能を付加する必
要がある。

【０００３】このような課題を解決するものとして、リ
チウムを添加することによって、冷間プレス加工を可能
にしたマグネシウム合金が提案されている（特開平０９
−４１０６６号公報）。

【０００４】図１に、マグネシウム−リチウム系２元合
金の状態図を示す。図１の状態図に示すように、リチウ
ム添加量０〜６重量％では合金の結晶は稠密六方構造で
ある。稠密六方晶のすべり系は、２２５℃以上の高温で
は（１０１１），〔１１−２０〕のすべり系が活動する
ものの、室温では（０００１），〔１１−２０〕だけで
あるため加工性に乏しく、一般に冷間加工は困難であ
る。

【０００５】一方、リチウム添加量が６〜１０．５重量
％の範囲では稠密六方晶のα相と体心立方晶のβ相の共
晶組成となり、リチウム添加量が１０．５％以上の範囲
では合金の結晶はすべてβ相の体心立方晶となる。体心
立方晶は多くのすべり系が存在するため、変形が容易で
ある。したがって、リチウム添加量が６〜１０．５重量
％の範囲さらにはリチウム添加量が１０．５％以上の範
囲では、加工特性が向上する。

【０００６】しかしながら、マグネシウムにリチウムを
添加すると、加工特性は向上するものの強度が低下する
ため、あまり多くのリチウムを添加すると使用すること
ができなくなる。そのため、リチウムの他にイットリウ
ム等の第３の元素をマグネシウムに添加し、さらに強度
向上と加工性の向上を図る方法も提案されている（特開
平０９−４１０６６号公報）。このように、イットリウ
ムを添加すれば、強度と加工性を向上させることができ
るが、イットリウムは高価な材料であるため、例えば民
生用の電子機器の筐体などに使用するには、コスト面か
ら問題である。

【０００７】ところで、リチウム添加の効果は、加工特
性向上の他、比重の低減をももたらす。これは、リチウ
ムの比重が０．５４であるため、添加量を増やすほど合
金の比重が小さくなることによる。このような特性を考
慮して、比重１．２以下のマグネシウム−リチウム合金
も提案されている（特開平０７−２６８５３５号公
報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
リチウムを添加したマグネシウム合金は低比重でかつ冷
間加工特性に優れるため、軽量化を要求される部品（例
えば、電子機器の筐体）などへの適用が期待されるが、
リチウム添加量の増加に伴う強度低下を改善する必要が
ある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、冷間プレス加工が容易で且つ強度の高
いマグネシウム合金を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明者等が鋭意実験・研究を行った結果、合金
の組成を適切に設定すること、圧延板の製造条件を適切
に設定し、結晶粒径が所定の範囲となるように調整する
ことによって、マグネシウム−リチウム合金圧延板の強
度と加工特性が向上することを見出した。以下、本発明
のマグネシウム合金及びその製造方法について示す。

【００１１】請求項１に記載のマグネシウム合金は、リ
チウムを１０．５重量％以上４０重量％以下を含有し、
平均結晶粒径が３μｍ以上３０μｍ以下であることを特
徴とするマグネシウム合金である。

【００１２】請求項２に記載のマグネシウム合金は、リ
チウムを６重量％以上１０．５重量以下含有し、平均結
晶粒径が３μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とす
るマグネシウム合金である。

【００１３】請求項３に記載のマグネシウム合金は、請
求項１または請求項２に記載のマグネシウム合金におい
て、アルミニウムまたは亜鉛を０．５重量％以上３重量
％以下含有することを特徴とするマグネシウム合金であ
る。

【００１４】請求項４に記載のマグネシウム合金は、請
求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマグネシウム合
金において、結晶粒微細化剤を０．５重量％以上２重量
％以下含有することを特徴とするマグネシウム合金であ
る。

【００１５】請求項５に記載のマグネシウム合金の製造
方法は、少なくともリチウムが添加されたマグネシウム
合金からなる鋳塊を、熱間圧延した後、圧下率３０％以
上となるように冷間圧延し、１４０℃以上１５０℃以下
の温度で熱処理することを特徴とするマグネシウム合金
の製造方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】上記したように、リチウム−マグ
ネシウム合金の圧延材には冷間圧延の容易性と強度が要
求される。本願発明者は、その両者を実現する圧延材に
ついて実験により検討を行った。以下、本発明の圧延材
及びその製造方法について実験結果（実施例１〜１１，
比較例１〜１０）に基づいて説明する。

【００１７】まず、本発明で検討を行ったマグネシウム
合金の圧延材（実施例１〜１１）の製造方法について、
その製造工程順に説明する。

【００１８】所定組成のリチウム−マグネシウム合金
溶湯をＡｒガス雰囲気の高周波真空溶解炉中で溶製後、
鋳塊とする。鋳塊の大きさは断面積１００ｍｍ²であ
り、高さは２０ｍｍである。

【００１９】続いて、上記鋳塊を実施例１〜７につい
ては厚さ約１ｍｍまで、実施例８，９については厚さ約
１．４ｍｍまで、実施例１０，１１については厚さ約
０．９ｍｍまで熱間圧延する。

【００２０】その後、冷間圧延を行うことによって、
所定の厚さの板材とする。ここで、実施例１〜７は圧下
率を４０％、実施例８，９は圧下率を６０％、実施例１
０，１１は圧下率を３０％とする。これにより、リチウ
ム−マグネシウム合金は概ね、プレス成形に一般的に広
く用いられている板厚０．６ｍｍとなる。

【００２１】上記冷間圧延後に、上記板材を毎秒２℃
の昇温速度で１５０℃まで加熱し、８０分保持した後、
２５℃のオイル中で冷却する。

【００２２】次に、比較例１〜１０の製造工程について
説明する。比較例１〜６，９，１０は、上記の工程に
より得た鋳塊を上記の工程において所定厚さになるま
で熱間圧延した後、の工程において所定の圧下率で冷
間圧延して板厚０．６ｍｍの圧延材とし、の工程にお
ける熱処理を実施例と同様に施すことで製造する。

【００２３】比較例７，８は、上記の工程により得た
鋳塊を上記の工程において厚さ１ｍｍになるまで熱間
圧延し、の工程において圧下率を４０％として板厚
０．６ｍｍになるまで冷間圧延することにより製造す
る。なお、比較例７，８では熱処理を施していない。

【００２４】以下、上記した方法で作成した実施例１〜
１１，比較例１〜１０についての冷間プレス特性を含め
て説明する。なお、以下では、引っ張り試験により求め
た降伏強さ，引張り強さ示すが、これは図２（ａ）で示
す形状の試験片を用いた引張試験により求めた。また、
平均結晶粒径は、ＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃ
ｔｏｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察を行い、試験
片の表面を１５００倍の倍率で撮影した３枚の写真から
求めた。さらに、プレス加工特性については、図２
（ｂ）に示す箱型形状のプレス成形品を作製して加工良
否の判定を行った。なお、ここで行った箱形形状の直角
曲げのプレス加工は、ひずみ速度に換算して約１０^-2〜
１０／ｓｅｃの範囲に当たり、非常に高速度の冷間プレ
ス加工で塑性変形させることを対象としている。そのた
め、ＪＩＳ２２４８に記載されているような曲げ試験と
は内容が異なっている。これは、本試験の目的が、曲げ
加工性を向上させるものではなく、特に絞り加工特性を
判定するためである。

【００２５】（実施の形態１）本実施の形態では、実施
例１〜３，８，１０のマグネシウム合金について説明す
る。実施例１〜３，８，１０のマグネシウム合金は、リ
チウムを８重量％含有し（実施例２，３はさらに亜鉛，
アルミニウムを１％添加含有し）、残部がマグネシウム
と不可避の不純物からなるリチウム−マグネシウム合金
圧延材である。これらの結晶構造は、リチウム組成が８
重量％であるため、図１の状態図から、α相とβ相の両
方からなる共晶組成となっている。

【００２６】また、実施例１〜３は圧下率４０％で、実
施例８は６０％で、実施例１０は３０％で作製されてい
る。比較例１〜３はそれぞれ実施例１〜３とは製造時の
圧下率が異なっているものであり、圧下率２０％程度で
作製されている。さらに、比較例９は圧下率２５％で作
製されており、実施例１とは圧下率が異なっている。

【００２７】表１は実施例１〜３，８，１０と比較例１
〜３，９における実験結果を示す図である。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に基づいて比較例１〜３，９と実施例
１〜３，８，１０とを比較すると、比較例１〜３，９で
は平均粒径が５８〜１０１（μｍ）であるのに対して、
実施例１〜３，８，１０では平均粒径が３０〜３９（μ
ｍ）となっている。

【００３０】また、プレス試験においては、比較例１〜
３，９では箱型形状の角部に割れが発生しているのに対
して、実施例１〜３，８，１０では割れの発生がなく、
良好なプレス加工特性が得られている。

【００３１】さらに、降伏強さ及び引張強さ試験におい
ても、実施例１〜３，８，１０の圧延材は比較例１〜３
の圧延材に比して良好な特性が得られている。

【００３２】このように、リチウムを８重量％含有する
リチウム−マグネシウム合金においては、圧化率が２０
〜２５％として製造した場合（平均粒径が５８μｍ以上
の場合）よりも、圧化率を３０以上として製造した場合
（平均粒径が４０μｍ以下の場合）の方が圧延材として
良好な結果が得られる。

【００３３】上記結果はリチウムを８重量％含有する場
合の結果であるが、リチウム−マグネシウム合金がα相
とβ相の両方からなる共晶組成の場合（リチウムの組成
が６〜１０．５重量％）には、すべてにおいて当てはま
る。これは、結晶構造が同様であれば特性も同様な結果
を示すからである。

【００３４】したがって、共晶組成の（リチウムを６重
量％〜１０．５重量％含有する）リチウム−マグネシウ
ム合金において良好なプレス加工特性及び強度を得るた
めには、平均の結晶粒径を４０μｍ以下とすれば良い。
なお、結晶粒径が３μｍよりも小さくなると量産性に問
題があるため、粒径としては３μｍ以上であることが望
ましい。

【００３５】また、上記結果より、製造に当たっては圧
下率は３０％以上とすることが望ましい。圧下率は大き
くすれば、プレス加工性を向上させることができるが、
ある一定の圧下率を超えるとプレス加工性の向上は飽和
傾向を示す。

【００３６】また、上記実施例２，３において添加物
（亜鉛（Ｚｎ）１重量％，アルミニウム（Ａｌ）１重量
％）を添加している例を示したように、このようにすれ
ば圧延材の強度を増大させることができる。添加物とし
ては亜鉛，アルミニウムに限らず種々のものが使用でき
る。添加物は０．５重量％程度添加するだけでリチウム
−マグネシウム合金の強度向上に寄与するが、３重量％
を超えて添加すると脆化し加工性が悪くなる。したがっ
て、添加物の添加量は０．５〜３重量％とすることが好
ましい。

【００３７】（実施の形態２）本実施の形態では、実施
例４〜６，９，１１について説明する。実施例４〜６，
９，１１は実施例１〜３，８，１０とはリチウム組成が
異なっているものである。実施例４〜６，９，１１は、
リチウムを１４重量％含有し（実施例５，６はさらに亜
鉛，アルミニウムを１％添加含有し）、残部がマグネシ
ウムと不可避の不純物からなるリチウム−マグネシウム
合金圧延材である。これらの結晶構造は、リチウム組成
が１４重量％であるため、β相となる組成の合金圧延材
である（図１の状態図参照）。

【００３８】また、実施例４〜６は圧下率４０％で、実
施例９は圧下率６０％で、実施例１１は圧化率３０％で
作製されている。比較例４〜６は、実施例４〜６とは製
造時の圧下率が異なるものであり圧下率２０％程度で作
製されている。さらに、比較例１０は、圧下率２５％で
作製されており、実施例４とは圧下率が異なっている。

【００３９】表２は実施例４〜６，９，１１と比較例４
〜６，１０における実験結果を示す図である。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２に基づいて比較例４〜６，９，１１と
実施例４〜６，１０とを比較すると、比較例４〜６，
９，１１では平均粒径が５２〜８１（μｍ）であるのに
対して、実施例４〜６，１０では平均粒径が２３〜３０
（μｍ）となっている。

【００４２】また、プレス試験においては、比較例４〜
６，１０では箱型形状の角部に割れが発生しているのに
対して、実施例４〜６，９，１１では割れの発生がな
く、良好なプレス加工特性が得られている。

【００４３】さらに、降伏強さ及び引張強さ試験におい
ても、実施例４〜６，９，１１の圧延材は比較例４〜
６，１０の圧延材に比して良好な特性が得られている。

【００４４】このように、リチウムを１４重量％含有す
るリチウム−マグネシウム合金においては、圧化率が２
０〜２５％として製造した場合（平均粒径が５２μｍ以
上の場合）よりも、圧化率を３０〜６０％として製造し
た場合（平均粒径が３０μｍ以下の場合）の方が圧延材
として良好な結果が得られる。

【００４５】なお、上記結果は、リチウムを１４重量％
含有する場合のみならず、リチウム−マグネシウム合金
がβ相である場合（リチウムの組成が１４重量％）に
は、すべてにおいて当てはまる。これは、結晶構造が同
様であれば特性も同様な結果を示すからである。但し、
リチウム組成が４０重量％を超えると、圧延材の強度が
弱くなるため、β相のリチウム−マグネシウム合金のリ
チウム組成としては、リチウム組成が４０重量％以下で
あることが望ましい。

【００４６】よって、β相の（リチウムを１４〜４０重
量％以上含有する）リチウム−マグネシウム合金におい
て良好なプレス加工特性及び強度を得るためには、平均
の結晶粒径を３０μｍ以下とすれば良い。なお、結晶粒
径が３μｍよりも小さくなると量産性に問題があるた
め、粒径としては３μｍ以上であることが望ましい。

【００４７】また、上記結果より、製造に当たっては圧
下率は３０％以上とすることが望ましい。圧下率は大き
くすれば、プレス加工性を向上させることができるが、
ある一定の圧下率を超えるとプレス加工性の向上は飽和
傾向を示す。

【００４８】また、上記実施例５，６において添加物
（亜鉛（Ｚｎ）１重量％，アルミニウム（Ａｌ）１重量
％）を添加している例を示したように、このようにすれ
ば圧延材の強度を増大させることができる。添加物とし
ては亜鉛，アルミニウムに限らず種々のものが使用でき
る。添加物は０．５重量％程度添加するだけでリチウム
−マグネシウム合金の強度向上に寄与するが、３重量％
を超えて添加すると脆化し加工性が悪くなる。したがっ
て、添加物の添加量は０．５〜３重量％とすることが好
ましい。

【００４９】（実施の形態３）本実施の形態では、上記
した実施例４にＣａを添加して製造した圧延材（実施例
７）について説明する。

【００５０】実施例７は、リチウムを１４重量％含有
し、さらにカルシウム（Ｃａ）を１重量％添加含有し、
残部がマグネシウムと不可避の不純物からなるリチウム
−マグネシウム合金圧延材である。この実施例４の圧延
材に対して、引張り試験，プレス加工試験を施した結果
を表３に示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】なお、上表では実施の形態２で示した比較
例４も併せて記載している。表３から、Ｃａ添加した実
施例７によれば、降伏強さ，引張強さ，プレス加工特性
の全てにおいて非常に良好な結果が得られることが分か
る。

【００５３】この結果は表２で示した実施例４〜６（圧
下率４０％）の結果よりも優れている。これは、Ｃａ添
加によりリチウム−マグネシウム合金結晶が微細化した
ことに起因するものと考えられる。このように結晶を微
細化するための添加剤としては、Ｃａの他にジルコニウ
ム等も考えられ、それらの添加よっても本発明のプレス
加工性や強度の向上を図ることができる。

【００５４】（実施の形態４）本実施の形態では、上記
した実施例１，４の製造を熱処理（上記工程）を施さ
ないで行った比較例７，８について説明する。

【００５５】

【表４】

【００５６】上表に示すように、熱処理を施していない
比較例７，８の場合には、リチウムの重量％が８％，１
４％のときの両方ともプレス加工試験において割れが発
生した。これは、平均の結晶粒径がリチウムの重量％が
８％のときには４２μｍ（比較例７），リチウムの重量
％が１４％のときには３５μｍ（比較例８）となり、実
施の形態１，２で示した条件から外れたことによるもの
と考えられる。

【００５７】なお、以上示した実施の形態１〜４では熱
処理温度を１５０℃としているが、これは、１４０℃以
下ではリチウム−マグネシウム合金が再結晶化するのに
長時間要してしまい生産性が落ち、また、１５０℃以上
ではリチウム−マグネシウム合金の平均の結晶粒径が大
きくなり過ぎてしまい後述する条件を満たさなくなるこ
とによるものであり、１４０℃〜１５０℃であれば良
い。

【００５８】また、以上説明したリチウム添加マグネシ
ウム合金は、結晶粒径を適切化することにより、軽量合
金であるリチウム添加マグネシウム合金の強度及びプレ
ス加工特性（特に絞り加工特性）を向上させることが可
能となる。このため、本発明の圧延材を用いたプレス加
工部品により、カメラ、ビデオ一体型カメラ、デジタル
カメラ等のカメラの筐体、ノート型パソコン、ポケット
コンピュータ、電子手帳等の携帯情報端末の筐体、ＰＤ
Ｃ、ＰＨＳ等の移動体通信機器、ポータブルステレオ、
ラジオ等の携帯音響機器の筐体、液晶ＴＶモニター、電
話、ハンディスキャナー等の家電製品の筐体の軽量化，
高強度化を実現できる。

【００５９】

【発明の効果】本発明のマグネシウム合金によれば、プ
レス加工性の向上と、降伏強さ，引張り強度の向上の両
方を実現できる。

【００６０】さらに、アルミニウムもしくは亜鉛を０．
５重量以上％３重量％以下含有させることにより、降伏
強さ，引張り強さを更に向上できる。

【００６１】また、カルシウム、ジルコニウムなどの結
晶微粒子化剤を０．５重量％以上２重量％以下含有させ
ることによっても、降伏強さ，引張り強さの向上を実現
できる。

【００６２】また、本発明のマグネシウム合金の製造方
法によれば、熱間圧延後、圧下率３０％以上となるよう
に冷間圧延した後４０〜１５０℃まで昇温することによ
って、冷間プレス加工特性、特に絞り加工特性の向上を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マグネシウム−リチウム２元合金の状態図であ
る

【図２】（ａ）マグネシウム合金の試験片形状の説明
図、（ｂ）プレス加工性を判断する箱型形状のプレス成
形品の説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｂ６９４６９４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムを１０．５重量％以上４０重量
％以下を含有し、平均結晶粒径が３μｍ以上３０μｍ以
下であることを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】リチウムを６重量％以上１０．５重量以
下含有し、平均結晶粒径が３μｍ以上４０μｍ以下であ
ることを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のマグネ
シウム合金において、アルミニウムまたは亜鉛を０．５
重量％以上３重量％以下含有することを特徴とするマグ
ネシウム合金。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のマグネシウム合金において、結晶粒微細化剤を０．５
重量％以上２重量％以下含有することを特徴とするマグ
ネシウム合金。
【請求項５】少なくともリチウムが添加されたマグネ
シウム合金からなる鋳塊を、熱間圧延した後、圧下率３
０％以上となるように冷間圧延し、１４０℃以上１５０
℃以下の温度で熱処理することを特徴とするマグネシウ
ム合金の製造方法。