JPS62218527A - 弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、車輌その他の構造用材料、自動車部品、機
械部品等に使用されるマグネシウム合金押出材、特に弾
性率に優れたマグネシウム合金押出材に関する。

なお、この明細書において「％」はいずれも重量基準で
示すものである。またマグネシウム合金またはマグネシ
ウム基合金の用語は、必ずしもマグネシウムが合金成分
中の過半量以上を占める場合のみに限らず、単にそれが
主要成分として含有される合金を含む意味において用い
られる。

従来の技術と問題点 Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ａｎ−Ｚｎ系等のマグネシウム合
金は、軽量でしかも適度の強度を有していることから、
各種構造用材料として利用されている。しかしながら、
概して弾性率が小さいことから、拐料のたわみ量との関
係で薄肉化の要請に充分に対応し得なかった。このため
、従来技術としてマグネシウム合金マトリックス中に弾
性率の高い異種材料、たとえばボロン、炭素、ＳＩＣ等
の高弾性繊維を分散させた複合材が提供されているが、
繊維材料が高価であること、複合材自体の製造法が複雑
であること等により、結果的に高強度マグネシウム合金
合金に較べて顕著に高価なものとなり、ひいてはコスト
面から用途が制限される難点があった。

一方、マグネシウム合金は、これに弾性率の高い金属間
化合物を分散させることによって弾性率を向上しうるこ
とは良く知られているところである。しかしながら、弾
性率の高い金属間化合物は高融点金属からなり、マグネ
シウム合金として考えた場合溶解温度が高くなることか
から、従来の連続鋳造法では製造が困難である。

また金型鋳造法では、金属間化合物が粗大化して機械的
性質が劣化するため、実際上高弾性金属間化合物を分散
させて弾性率を充分に向上したアルミニウム合金の工業
的生産は困難であるのが実情である。

この発明は、上記の困難性を克服して、高弾性な金属間
化合物を均一かつ微細に分散し、弾性率に優れたものと
なしうるマグネシウム合金材の簡易な製造方法を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決する為の手段 本発明者は、上記の目的において種々実験と研究の結果
、マグネシウムまたはその合金マトリックス中に含有し
て高弾性な金属間化合物をつくる弾性率向」二元素を多
量に含む溶融マグネシウム合金を、高圧下に凝固せしめ
る場合には凝固割れを生じることなく、しかも粗大な晶
出物を生成することなく押出加工に適した欠陥のないビ
レットを作製しうることを見出し、この発明を完成する
に至った。

而して、この発明の要旨とするところは、弾−５＝ 性率向上元素の１種また２種以上を１〜８０％の範囲に
含有したマグネシウム基合金を溶解し、その溶湯を加圧
凝固用金型に注湯して所定の高圧下に加圧凝固せしめる
ことによりビレットに作製したのち、該ビレットを押出
し加工することを特徴とする弾性率に優れた合金押出材
の製造方法である。

上記の弾性率向」二元素は、Ｓｉ、、Ｃｕ、、Ｎ１、Ｂ
ｅ５ＦｅＳＴｉ　、Ｖ、Ｍｎ、、Ｃｒ、ＺｒＳＮｂＳＭ
ｏ％Ｈｆ’、Ｔａ、ＷＳＮｄを包含する。

これらの許容含有量の範囲は、個々に次の範囲に制限さ
れる。即ち、 Ｓｉ：４〜７０％、Ｃｕ　：　５〜７０９６、Ｎｉ：２
〜７０％、Ｂｅ：２〜７０％、Ｆｅ：２〜７０％、Ｔｉ
：２〜７０％、ｖ　：１〜５０％、Ｍｎ　：２〜７０％
、Ｃｒ：１〜７０％、Ｚｒ：２〜８０％、Ｎｂ　：１〜
５０％、Ｍｏ：１〜５０％、Ｈｆ　：１〜７０％、Ｔａ
　：２〜７０％、Ｗ　：１〜５０％、Ｎｄ：１〜７０％
、−６＝ の範囲である。従って、それらの１種または２種以上の
含有量の総量としても、１〜８０％の範囲に制限される
。上記各成分の含有量が下限値未満である場合には、合
金の弾性率の向上効果に不十分なものとなり、」二限値
をこえると、弾性率は向上するが押出し加工が困難なも
のとなる。

弾性率向上元素を含むマグネシウム基合金は、既知の各
種の系のマグネシウム合金、特に例えばＭｇ−Ｚｎ系、
Ｍｇ−Ａｎ−Ｚｎ系合金等をベースとして、弾性率向上
元素の含有量を規定範囲に調整したものである。従って
、ベース合金中にもともと所定量のＳｔ　、Ｃｕ等の弾
性率向上元素を含む場合には、その含有量を含めて新た
な弾性率向上元素の添加量を設定し、総量において上記
規定範囲となるように調整するものである。

次に、製造工程について説明する。上記のような比較的
高率に弾性率向上元素を含むマグネシウム基合金は、従
来の常法として行われているような連続鋳造法では、著
しい鋳造割れの発生のために製造が困難であるが、この
発明はこの問題点を加圧凝固法の採用によって克服して
いる。即ち、上記マグネシウム合金を溶解し、その溶湯
を加圧凝固用金型内に注湯して加圧凝固せしめることに
より、欠陥のない結晶粒の微細なビレットの作製を行う
ものである。加圧凝固用金型は、これに押出機のコンテ
ナを利用するものとしてもよい。即ち、マグネシウム合
金の溶湯を直接該コンテナに注入し、ステムで加圧しつ
つ凝固させるものとしても良い。もちろん、この場合、
上記コンテナの前面は盲ダイスを付設して塞ぎ、加圧凝
固中の溶湯の吹き出しを防ぐものとすることが必要であ
る。

また、上記の注湯に際しては、前記金型を予め３００〜
３５０℃程度に加熱しておくものとすることが望ましい
。これによりビレットに一層微細な組織を得ることを可
能にする。即ち、３００℃程度未満であると、注湯後前
記マグネシウム合金の凝固がすぐに開始してしまい、加
圧凝固による効果が充分に達成され難い。一方３５０℃
をこえる高温に加熱しておくと、冷却速度が遅くなり、
晶出物が成長して上記微細化効果を充分に達成し難いも
のとなる傾向がみられる。

注湯後、すぐさま前記金型内の溶湯を加圧ピストンによ
り加圧し、凝固を進行せしめることによってビレットを
作製する。即ち、加圧凝固法によってビレットを作製す
る。この際の加圧力は５０Ｋｇｆ／ｃｉ以上であれば加
圧凝固の効果を得ることができるが、好ましくは５００
〜１００１００Ｏ／ａｉ程度とするのが良い。このよう
に、所定の加圧状態下においてマグネシウム合金を凝固
させることにより、鋳造割れを生じさせることなく、か
つ晶出物の小さなビレットを作製しうる。従って、従来
の鋳造法によってビレットを作製する場合、組織の均一
化と微細化をはかるために必要とした爾後の加熱均質化
処理を省略することが可能となり、そのための熱エネル
ギー及び処理時間の節約を達成しうる。

上記加圧力の大小は、ビレットの品質にさして大きな影
響を与えるものではない。しかしながら、５０Ｋｇｆ／
ａ！未満では、加圧凝固法による鋳造割れ防止及び結晶
粒の微細化効果に不充分であり、反面例えば１５００１
（ｆｆｆ／ｃＩｌｌをこえるような高圧を付加しても、
それに要するエネルギーの増大に見合う効果の比例的向
上を見ることができないためむしろ無益である。なお、
加圧凝固により、晶出物の微細化をはかりうる理由は、
加圧により金型と溶湯の間及び溶湯内の空隙が消滅し、
冷却速度が増大することが１つの要因になっているもの
と推測される。

上記の加圧凝固法により作製したビレットは、次にこれ
を押出加工して所期する弾性率に優れたマグネシウム合
金材とする。ここに、ビレットは一旦冷却された固相状
態のものを用いても良いが、好ましくは前記加圧凝固の
進行により、ビレットの温度が押出加工に適する温度、
例えば液相温度の約１／２程度にまで低下し半溶融状態
となった時点で加圧凝固工程を終了し、す−　１０　＝ ぐさまそのまま押出機のコンテナに装填して押出しを開
始するものとなすことが推奨される。

このような手順を採用することにより、押出加工に際し
てのビレットの加熱工程を省くことが可能となり、その
加熱に要するエネルギー及び時間を節約し、合金押出材
の製造能率の向上及び製造コストの低減の利益を享受し
つる。

発明の効果 この発明は上述のように、組成面において特に高含有率
に弾性率向上元素を含有するマグネシウム基合金からな
るものであり、かつ製造工程において先ず高圧凝固法に
よりビレットの作製を行い、然る後押出加工を行うもの
としたことにより、上記の如く弾性率向上元素を多量に
含有するにかかわらず、ビレットの作製に鋳造割れを生
じることなく、高弾性な金属間化合物が均一かつ微細に
分散したマグネシウム合金押出材を得ることができる。

従って、該合金押出し材は、極めて優れた弾性率を有し
、薄肉化の要請にも好都合に対応しうるちのとなると共
に、製造工程が簡単であることも相俟って安価に製作提
供でき、従来の複合材では価格面から実用化が阻まれて
いた用途にも好適に使用しうるちのとなしうる。

実施例 次にこの発明の実施例を比較例とともに示す。

実施例１〜４８ 第１表ないし第３表に示す各種化学組成の合金を液相温
度＋１００℃に溶解し、その溶湯を加熱した加圧凝固用
金型に注湯したのち、すぐさまこれを１０１００ＯＮ／
ｃｌ！に加圧し、該加圧下に凝固させた。そして、およ
そ液相温度の１／２程度の温度にまで冷却したとき、加
圧凝固工程を終了し、得られたビレット（直径１５ｍｔ
ｎ。

長さ１０１００ｌをすぐさま押出機のコンテナーに装入
し、直径１２麿の丸棒に押出した。上記工程において、
ビレットは鋳造割れのない状態のものが得られ、かつそ
の押出しも支障なく行い得るものであった。

次いで、この押出材の弾性率を調べた。結果を各表の右
欄に示す。なお、弾性率は、上記試料から全長１００ｔ
ｒｍ、標点間距離２０Ｍ、標点間の直径８ｍの試験片を
作製し、引張試験による応力−ひずみ曲線の弾性範囲で
の傾きにより求めた。

〔以下余白〕

一　　１４　− 一　　１６　− 比較例１〜４ 下記の第４表に示す各種組成のマグネシウム合金を、従
来の常法に従って金型鋳造材に製造し、得られた試料に
つき、前記実施例の場合と同様にして弾性率を測定し、
その結果を第４表右欄に示した。

第　　４　　表 以上 一１７＝ 手続補正書 昭和６１年１０月１４日 昭和６１年　特許願　第６１９０５号 ２、発明の名称 弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製造方法３、
補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　堺市海山町６丁２２４番地 名　称　　　　昭和アルミニウム株式会社代表者　石　
井　　　親 ４、代理人 住所　　　大阪市南区鰻谷中之町７２番４５６補正命令
の日付　　（自発補正） ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 ８、補正の内容 （１）　明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり補正す
る。

（２）　同書第６頁第３行の「加圧・・・・・・注湯し
て」を削除する。

以上 特許請求の範囲 （１）　弾性率向上元素の１種また２種以上を１〜８０
％の範囲に含有したマグネシウム基合金を溶解し、その
溶湯を所定の高圧下に加圧凝固せしめることによりビレ
ットに作製したのち、該ビレットを押出し加工すること
を特徴とする弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の
製造方法。

（２）　弾性率向上元素の種類とその各単位元素の含有
量は、 Ｓｉ：４〜７０％、Ｃｕ：５〜７０％、Ｎ１　：２〜７
０％、Ｂｅ：２〜７０％、Ｆｅ：２〜７０％、Ｔｉ：２
〜７０％、ｖ　：１〜５０％、Ｍｎ：２〜７０％、Ｃｒ
：１〜７０％、Ｚｒ：２〜８０％、Ｎｂ：１〜５０％、
Ｍｏ：１〜５０％、Ｈｆ’：１〜７０％、Ｔａ：２〜７
０％、Ｗ　：１〜５０％、Ｎｄ　：１〜７０％、である
特許請求の範囲第１項記載の弾性率に優れたマグネシウ
ム合金押出材の製ｉ方法。

（３）　マグネシウム基合金は、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−
Ａρ−Ｚｎ系合金をベースとして、弾性率向上元素の含
有量を規定範囲に調整したものである特許請求の範囲第
２項記載の弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製
造方法。

（４）　ビレットの作製のための加圧凝固を、５０に’
ｊｆ／ｃ−以上の加圧条件下で行うことを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１に記載の
弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製造方法。

（５）　ビレットの作製のための加圧凝固工程を、ビレ
ットが押出加工に適する温度にまで冷却された時点で終
了し、そのまま押出加工を行うことを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１に記載の弾性
率に優れたマグネシウム合金押出材の製造方法。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性率向上元素の１種また２種以上を１〜８０％
   の範囲に含有したマグネシウム基合金を溶解し、その溶
   湯を加圧凝固用金型に注湯して所定の高圧下に加圧凝固
   せしめることによりビレットに作製したのち、該ビレッ
   トを押出し加工することを特徴とする弾性率に優れたマ
   グネシウム合金押出材の製造方法。
2. （２）弾性率向上元素の種類とその各単位元素の含有量
   は、 Ｓｉ：４〜７０％、Ｃｕ：５〜７０％、 Ｎｉ：２〜７０％、Ｂｅ：２〜７０％、 Ｆｅ：２〜７０％、Ｔｉ：２〜７０％、 Ｖ　：１〜５０％、Ｍｎ：２〜７０％、 Ｃｒ：１〜７０％、Ｚｒ：２〜８０％、 Ｎｂ：１〜５０％、Ｍｏ：１〜５０％、 Ｈｆ：１〜７０％、Ｔａ：２〜７０％、 Ｗ　：１〜５０％、Ｎｄ：１〜７０％、 である特許請求の範囲第１項記載の弾性率に優れたマグ
   ネシウム合金押出材の製造方法。
3. （３）マグネシウム基合金は、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ａ
   ｌ−Ｚｎ系合金をベースとして、弾性率向上元素の含有
   量を規定範囲に調整したものである特許請求の範囲第２
   項記載の弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製造
   方法。
4. （４）ビレットの作製のための加圧凝固を、５０ｋｇｆ
   ／ｃｍ＾２以上の加圧条件下で行うことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１に記載の
   弾性率に優れたマグネシウム合金押出材の製造方法。
5. （５）ビレットの作製のための加圧凝固工程を、ビレッ
   トが押出加工に適する温度にまで冷却された時点で終了
   し、すぐさま該ビレットを押出機のコンテナに装入して
   そのまま押出加工を行うことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれか１に記載の弾性率に優
   れたマグネシウム合金押出材の製造方法。