KR101369353B1 - 마그네슘 합금의 선형체, 볼트, 너트 및 와셔 - Google Patents

마그네슘 합금의 선형체, 볼트, 너트 및 와셔 Download PDF

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다이치로 니시카와
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금의 선형체를 제공한다. 마그네슘 합금의 선형체는, 질량%로 Y: 0.1%∼6%를 함유하고, Al: 0.1%∼6%, Zn: 0.01%∼2%, Mn: 0.01%∼2%, Sn: 0.1%∼6%, Ca: 0.01%∼2%, Si: 0.01%∼2%, Zr: 0.01%∼2% 및 Nd: 0.01%∼2%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 함유하며, 잔부가 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 온도 150℃, 응력 75 MPa에서 100시간의 조건으로 크리프 시험을 행하여 얻어지는 크리프 변형이 1.0% 이하이다.

Description

마그네슘 합금의 선형체, 볼트, 너트 및 와셔{LINEAR OBJECT, BOLT, NUT AND WASHER EACH COMPRISING MAGNESIUM ALLOY}
본 발명은, 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금의 선형체에 관한 것이다. 특히 볼트, 너트 및 와셔 등의 체결 부품의 소재에 사용하기에 적합한 마그네슘 합금의 선형체에 관한 것이다.
마그네슘 합금은, 알루미늄보다 가볍고, 비강도, 비강성이 강철이나 알루미늄보다 우수하여, 항공기 부품, 차량 부품 및 각종 전기 제품의 하우징 등에 이용하는 것이 검토되고 있다(특허문헌 1 참조).
예컨대 특허문헌 1에는, 내열성이 우수한 희토류 원소를 5.0 질량% 이하 함유하는 마그네슘 합금[ASTM 기호에서의 EZ계(EZ33)]이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 인발 가공에 의해 얻어진 마그네슘 합금으로 이루어지는 와이어(선형체)에 단조 가공이나 전조 가공 등의 나사 가공(소성 가공)을 실시하여 나사를 얻는 것이 기재되어 있다.
그런데, 마그네슘 합금의 부재끼리를 체결 부품을 이용하여 체결하는 경우, 전식(電食)의 문제를 해소하기 위해, 마그네슘 합금의 체결 부품을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 마그네슘 합금 부재를 이종 재료의 체결 부품으로 체결한 경우, 고온 환경에서는 열팽창량의 차에 의해 체결 부품(예컨대 볼트)이 느슨해지는 것으로 생각되기 때문에, 이 점으로부터도 열팽창률이 대략 같은 마그네슘 합금의 체결 부품을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 마그네슘 합금은, 전기 화학적으로 비(卑)금속이기 때문에, 부식을 일으키기 쉽고, 내식성이 뒤떨어진다고 하는 결점이 있다. 그래서, 마그네슘 합금의 체결 부품을 사용하는 경우는, 부품 표면에 코팅을 실시하여, 내식성의 향상을 도모할 것이 요구된다. 예컨대 특허문헌 2에는, 전기 전도체(특히 금속제 공작물)에 무기 코팅을 실시하는 코팅 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-48278호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공표 제2001-503478호 공보
그러나, 종래의 마그네슘 합금은, 내열성과 소성 가공성의 양립이 충분하지 않다.
마그네슘 합금 부재를 마그네슘 합금의 체결 부품으로 체결한 제품을 고온 환경하에서 사용하는 것이 상정된다. 한편, 마그네슘 합금은, 소성 가공성이 매우 좋지 않고, 소성 가공성이 커지는 온도까지 가열하여 열간에서 가공해야 한다. 이 때문에 마그네슘 합금의 내열성을 향상시키는 것이 중요한 과제의 하나이지만, 내열성을 향상시키는 것은 소성 가공성의 저하로 이어진다. 따라서, 예컨대 체결 부품의 소재에 사용되는 마그네슘 합금의 선형체는, 내열성과 소성 가공성을 고도한 레벨로 양립시킬 것이 요구된다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적 중 하나는, 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금의 선형체를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 이 마그네슘 합금의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 볼트, 너트 및 와셔를 제공하는 것에 있다.
본원의 발명자들은, 예의 연구한 결과, 질량%로 Y: 0.1%∼6%를 함유하고, Al: 0.1%∼6%, Zn: 0.01%∼2%, Mn: 0.01%∼2%, Sn: 0.1%∼6%, Ca: 0.01%∼2%, Si: 0.01%∼2%, Zr: 0.01%∼2% 및 Nd: 0.01%∼2%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 함유하며, 잔부가 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금을, 선형체(와이어)로 가공했을 때, 우수한 내열성과 소성 가공성을 발휘하는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 마그네슘 합금의 선형체는, 상기 조성의 마그네슘 합금으로 이루어지고, 이하의 조건으로 크리프 시험을 행하여 얻어지는 크리프 변형이 1.0% 이하인 것을 특징으로 한다. 단 크리프 시험 조건은, 온도 150℃, 응력 75 MPa에서 100시간으로 한다.
본 발명의 마그네슘 합금의 선형체는, 상기 조성을 구비하고, 상기 크리프 시험에서의 크리프 변형이 1.0% 이하이며, 크리프 특성이 양호하다. 크리프 변형은 0.2% 이하, 특히 0.1% 이하가 바람직하다.
Y는, 내열성을 향상시켜, 크리프 특성을 개선한다. Y가 0.1 질량% 미만인 경우, 크리프 특성이 저하된다. 한편, Y가 6 질량% 초과인 경우, 소성 가공성이 저하된다. 바람직한 Y의 함유량은 1.75 질량% 이하이며, 이러한 비교적 낮은 함유량이어도, 내열성과 소성 가공성이 고도한 레벨로 양립하는 것을 기대할 수 있다.
Y 이외에 Al, Zn, Mn, Sn, Ca, Si, Zr 및 Nd로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유함으로써, 기계적 성질, 주조성, 내식성 등을 개선할 수 있고, 또한 각 원소의 함유량을 상기 범위로 한정함으로써, 소성 가공성을 악화시키지 않는다. 예컨대 Zn을 함유하는 경우, Zn의 함유량을 1.25 질량% 미만으로 하는 것이 바람직하고, 이 경우라도, 내열성과 소성 가공성이 고도한 레벨로 양립할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 선형체란, 직경(단면이 다각형인 경우는 등면적 원의 상당 직경)(φ)이 13 ㎜ 이하, 길이가 직경(φ)의 100배 이상인 것이며, 선형체에는, 정해진 단면 형상 및 치수를 갖는 길거나 또는 정해진 치수인 봉재, 선재, 관재, 형재가 포함된다. 선형체는, 예컨대 마그네슘 합금을 용해한 후, 정해진 형상의 주형에 주입하여 주조하거나, 임의의 형상의 주조재에 압연 가공, 압출 가공 또는 인발 가공을 실시하거나 하여 얻을 수 있다. 특히, 선형체는, 최종적으로 인발 가공을 실시하여 얻는 것이 바람직하고, 인발 가공에 제공하는 소재로서는, 주조재, 압연재 또는 압출재 모두 좋다.
상기 본 발명의 선형체는, 0.2% 내력이 200 MPa 이상, 인장 강도가 260 MPa 이상인 것이 바람직하다. 또는 연신율이 4% 이상인 것이 바람직하다. 또한 0.2% 내력, 인장 강도 및 연신율이 상기 특성 모두를 만족시키는 것이 보다 바람직하다.
0.2% 내력이 200 MPa 이상, 인장 강도가 260 MPa 이상인 것으로, 강도가 우수하다. 이 때문에, 예컨대 선형체에 소성 가공을 실시하여 볼트를 얻은 경우, 강도(축력)가 높은 볼트를 얻을 수 있다. 또한 연신율이 4% 이상인 것으로, 소성 가공성이 우수하다. 0.2% 내력은 230 MPa 이상, 특히 250 MPa 이상이 바람직하고, 인장 강도는 280 MPa 이상, 특히 300 MPa 이상이 바람직하며, 연신율은 5% 이상, 특히 6% 이상이 바람직하다.
상기 본 발명의 선형체는, 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수하기 때문에, 소성 가공을 실시하여 2차 제품으로 가공하기 쉽다. 소성 가공으로서는, 압출 가공, 인발 가공, 단조 가공, 전조 가공, 압조 가공, 압연 가공, 프레스 가공, 굽힘 가공, 교축 가공 등을 들 수 있고, 이들 가공을 단독으로 또는 조합하여 이용할 수 있다. 또한, 2차 제품으로서는, 볼트, 너트 및 와셔 등의 체결 부품 외, 축류, 핀, 리벳, 치차, 판재, 프레스재, 항공기 부품, 차량 부품 및 각종 전기 제품의 부품이나 하우징을 들 수 있다.
본 발명의 볼트는, 상기 본 발명의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것이다. 예컨대 볼트는, 정해진 치수로 절단한 선형체에 헤드부를 성형하는 단조 가공이나 축부에 나사산을 성형하는 전조 가공을 실시함으로써 얻어진다. 본 발명의 볼트는, 내열성이 우수한 선형체를 가공하여 얻고 있기 때문에, 고온 환경하에서 사용하여도 볼트 축력의 저하가 작다.
본 발명의 너트는, 상기 본 발명의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것이다. 예컨대 너트는, 정해진 치수로 절단한 선형체를 금형에 넣고, 압력을 가하여 나사 구멍을 형성하면서 정해진 형상으로 성형하는 압조 가공을 실시한 후, 나사 구멍에 나사 깎기를 행함으로써 얻어진다.
본 발명의 와셔는, 상기 본 발명의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것이다. 예컨대 와셔는, 정해진 치수로 절단한 선형체에 프레스 가공이나 압조 가공을 실시함으로써 얻어진다.
본 발명의 볼트 및 너트 또는 본 발명의 볼트, 너트 및 와셔를 조합하여 체결 구조를 구축한 경우, 이들 체결 부품 사이에서의 전식이나 열팽창의 차에 의한 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 볼트, 너트 또는 와셔의 표면에, 부식으로부터 보호하는 코팅을 실시하여도 좋다.
표면에 코팅을 실시하는 것에 의해, 사용 환경중에 포함되는 부식 성분이 마그네슘 합금과 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 내식성의 향상을 도모할 수 있다. 또한 볼트, 너트 및 와셔 등의 체결 부품 외, 축류, 핀, 리벳, 치차, 판재, 프레스재, 항공기 부품, 차량 부품 또는 각종 전기제품의 부품이나 하우징의 표면에, 부식으로부터 보호하는 코팅을 실시하여도 좋다.
코팅은, 사용 환경중에 포함되는 부식 성분에 대하여 내식성을 갖는 재료로 이루어지고, 부식 성분의 침입을 막는 구조를 갖는다. 코팅에는, 무기 코팅제나 유기 코팅제를 이용할 수 있고, 내열성이나 내구성 등의 관점에서, 무기 코팅제를 채용하는 것이 적합하다. 또한, 예컨대 볼트 등의 사용중에 응력(하중)이 걸리는 부품의 경우는, 코팅의 강도를 향상시키기 위해, 예컨대 세라믹스, 금속 또는 수지 등의 조제를 필요에 따라 코팅에 첨가하여도 좋다.
코팅의 두께는, 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 코팅의 두께가 1 ㎛ 미만에서는, 충분한 내식성을 얻는 것이 어렵다. 한편, 코팅의 두께가 20 ㎛ 이상이어도 내식성에 큰 변화가 없고, 오히려, 코팅이 두꺼워짐으로써 부품의 치수 정밀도에 영향을 미칠 우려가 있다.
코팅은, 공지의 코팅 기술을 이용할 수 있고, 코팅제에는, 예컨대 되르켄(Doerken) 주식회사의 DELTA 시리즈를 이용할 수 있다.
볼트 등의 부품의 표면에 코팅을 실시할 때는, 코팅의 밀착성을 향상시키기 위해, 전처리로서, 예컨대 탈지 처리, 화성 처리 또는 쇼트 블라스트, 샌드 블라스트 등의 표면 처리를 필요에 따라 실시하여도 좋다. 또한, 코팅을 실시할 때에 코팅을 열처리하는 경우는, 마그네슘 합금의 결정 조직에의 영향을 고려하여, 열처리 온도를 250℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마그네슘 합금의 선형체는, Y를 정해진 양 함유하고, 특정한 조성, 우수한 크리프 특성을 가짐으로써, 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수하며, 볼트, 너트 및 와셔 등의 체결 부품의 소재에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 볼트, 너트 및 와셔는, 본 발명의 마그네슘 합금의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것이며, 내열성이 우수하다.
(실시예 1)
표 1에 나타내는 조성이 되도록 각 원소를 도가니에 넣고, 전기로에서 용해하며, 주형에 유입시켜 마그네슘 합금의 빌릿을 주조하였다. 도가니와 주형으로는 고순도의 카본제의 것을 각각 사용하고, 용해와 주조는 Ar 가스 분위기하에서 행하였다. 또한, 빌릿은 φ80×90(㎜)의 원기둥체로 하였다. 다음에, 각 빌릿의 표면을 연삭하여 φ49 ㎜로 한 후, 압출 가공을 실시하여 φ13 ㎜의 봉재를 제작하였다.
압출 가공은, 가공 온도를 350℃∼450℃로 하는 것이 적합하다. 가공 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 마그네슘 합금의 소성 가공성을 높이고, 가공중에 균열 등이 생기는 것을 방지하기 쉽다. 한편, 가공 온도가 450℃를 초과하면, 가공중에 입자 성장이 진행되어 결정 입경이 조대화되고, 그 후의 소성 가공성이 악화되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 압출비에 대해서는, 5%∼20%로 하는 것이 적합하다. 압출비를 5% 이상으로 함으로써, 가공에 따르는 변형에 의해, 기계적 특성의 향상을 기대할 수 있다. 그러나, 압출비가 20%를 초과하면, 가공중에 균열이나 단선 등이 발생할 우려가 있다. 또한 압출 후의 냉각 속도는 0.1℃/sec 이상이 바람직하고, 이 하한값을 하회하면 입자 성장이 진행된다. 여기서는 가공 온도: 385℃, 압출비: 15%, 압출 속도: 0.2 ㎜/sec, 냉각 속도: 1℃/sec의 조건으로 압출 가공을 행하였다.
조성 Y Zn Zr Nd Al Mn Mg
A 3.0 1.1 --- --- --- --- 잔부
B 5.2 0.1 0.4 1.7 --- --- 잔부
C 7.0 2.5 --- --- --- --- 잔부
D --- 0.9 --- --- 2.8 0.1 잔부
상기 표 1에서의 단위는 질량%이다.
[와이어의 가공]
제작한 마그네슘 합금의 각 봉재에 인발 가공을 실시하여 φ8.9 ㎜의 선재(와이어)를 제작하였다. 모든 와이어 외관에 균열 등의 이상이 없었다. 와이어 모두 직경(φ)의 100배 이상의 길이를 가졌다.
인발 가공은, 가공 온도를 100℃∼300℃로 하는 것이 적합하다. 가공 온도를 100℃ 이상으로 함으로써, 마그네슘 합금의 소성 가공성을 높여, 가공중에 균열이나 단선 등이 생기는 것을 방지하기 쉽다. 한편, 가공 온도가 300℃를 초과하면, 가공중에 입자 성장이 진행되어 결정 입경이 조대화되고, 그 후의 소성 가공성이 악화되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 1회의 인발 가공에서의 가공도(단면 감소율)에 대해서는, 5%∼20%로 하는 것이 적합하다. 가공도를 5% 이상, 특히 10% 이상으로 함으로써, 가공에 따르는 변형에 의해, 기계적 특성의 향상을 기대할 수 있다. 그러나, 가공도가 20%를 초과하면, 가공중에 균열이나 단선 등이 발생할 우려가 있다. 또한 인발 후의 냉각 속도는 0.1℃/sec 이상이 바람직하고, 이 하한값을 하회하면 입자 성장이 진행된다.
복수회의 인발 가공을 행하고, 초기 선 직경으로부터 최종 선 직경에 이르는 총 가공도가 20%를 초과하는 가공을 행하는 경우, 총 가공도가 20% 이하의 타이밍에서 인발 가공 후에 중간 열처리를 실시하여, 가공에 의해 도입된 변형을 제거함으로써, 그 후의 인발 가공에서 균열이나 단선의 발생을 경감할 수 있고, 총 가공도가 20% 초과인 인발 가공이 가능하다.
인발 가공에 의해 도입된 변형을 제거하기 위한 열처리 온도로서는, 100℃∼450℃로 하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 100℃ 미만에서는 변형이 충분히 제거되지 않고, 한편 500℃ 이상에서는 열처리중에 결정 입경이 조대화되고, 그 후의 소성 가공성이 악화되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 열처리는, 복수회의 인발 가공의 도중뿐만 아니라, 최종 인발 가공 후에도 실시하여도 좋다. 최종 선 직경으로 한 후에 열처리를 실시함으로써, 와이어의 강도나 연신율을 조정할 수 있다.
여기서는, 가공 온도: 250℃(단, 조성 D의 경우는 150℃), 1회의 가공도: 11%∼14%, 인발 속도: 50 ㎜/sec, 냉각 속도: 1℃/sec의 조건으로 복수회의 인발 가공을 행하여, 총 가공도: 53%, 중간 열처리 온도: 450℃(단, 조성 D의 경우는 400℃), 최종의 열처리 온도: 350℃(단, 조성 D의 경우는 400℃)로 하였다.
[와이어의 특성 평가]
제작한 각 조성의 마그네슘 합금 와이어로부터 시험편을 채취하고, 각 시험편에 대해서 크리프 시험을 실시하여, 각 와이어의 크리프 특성을 평가하였다. 또한 크리프 시험은, 시험편에 75 MPa의 일정한 하중(응력)을 가한 상태로, 150℃에서 100시간 유지하는 것으로 하고, 100 시간 후의 크리프 변형을 측정함으로써, 크리프 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 각 와이어에 대해서, 0.2% 내력, 인장 강도 및 연신율을 측정하였다. 그 결과도 표 2에 나타낸다. 또한 모두 실온에서 측정한 값이다.
와이어 조성 크리프 변형(%) 0.2% 내력(MPa) 인장 강도(MPa) 연신율(%)
WA A 0.02 286 320 7
WB B 0.02 255 322 7
WC C 0.02 302 343 3
WD D 10시간에 파단 200 270 8
조성 A 및 B의 마그네슘 합금 와이어(WA 및 WB)는, 크리프 변형이 1.0% 이하이며, 내열성(크리프 특성)이 우수한 것을 알 수 있다. 또한 0.2% 내력이 220 MPa이상, 인장 강도가 260 MPa 이상이며, 강도가 우수하고, 연신율이 4% 이상이기 때문에, 소성 가공성도 우수하다. 이것에 대하여, 조성 C의 마그네슘 합금 와이어(WC)는, 내열성과 강도가 우수하기는 하지만, 연신율이 낮다. 이 때문에 소성 가공성이 좋지 않고, 2차 제품으로 가공하기 어렵다. 조성 D의 마그네슘 합금 와이어(WD)는, 크리프 시험에서 10시간에 파단했기 때문에, 내열성이 매우 좋지 않고, 또한 강도도 낮다.
[볼트의 가공]
제작한 마그네슘 합금의 각 와이어를 정해진 치수로 절단하고, 이것에 단조가공을 실시하여 볼트 머리를 성형한 후, 전조 가공을 실시하여 나사산을 성형하여 M10 상당의 볼트를 제작하였다. 여기서는, 단조 가공 온도: 350℃, 전조 가공 온도: 190℃로 하였다.
[너트의 가공]
또한, 각 와이어를 정해진 치수로 절단하고, 이것에 압조 가공을 실시하여 나사 구멍을 형성하면서 육각형으로 성형한 후, 나사 구멍에 나사깎기를 행하여, 상기한 각 조성의 마그네슘 합금 볼트에 대응하는 동일한 조성의 너트를 제작하였다. 여기서는, 압조 가공 온도: 350℃로 하고, 나사 깎기는 실온에서 행하였다.
[볼트의 특성 평가]
제작한 각 조성의 마그네슘 합금 볼트에 대해서, 축력 완화 시험을 실시하고, 각 볼트의 축력 완화 특성을 평가하였다. 단, 조성 C의 마그네슘 합금 와이어를 이용하여 제작한 볼트는, 외관에 균열이 확인되었기 때문에, 축력 완화 시험을 실시하지 않았다.
축력 완화 시험은, 다음과 같이 하여 행하였다. 볼트 구멍을 갖는 마그네슘 합금의 판재를 준비하고, 볼트 구멍에 볼트를 삽입 관통하여 너트(볼트와 동일한 조성의 것)를 이용하여 체결한다. 이 때에, 체결 전후에서의 볼트의 연신율을 초음파 볼트 축력계(주식회사 TMI 다코타제 BOLT-MAX II)를 이용하여 측정하고, 볼트 길이의 변화량과 영률로부터 초기 축력을 산출한다. 이 때의 볼트의 체결력은 볼트 가공 전의 와이어에서의 0.2% 내력의 50%로 하고, 영률은 와이어의 인장 시험으로부터 구한 값을 이용하였다. 다음에, 볼트를 체결한 상태로, 150℃에서 24시간 유지하고, 실온까지 냉각한 후, 볼트를 제거한다. 이 때에, 제거 전후에서의 볼트의 연신율을 초음파 볼트 축력계를 이용하여 측정하고, 볼트 길이의 변화량과 영률로부터 잔류 축력을 산출한다.
상기 축력 완화 시험으로부터 얻어진 초기 축력과 잔류 축력을 기초로, 각 볼트의 축력 완화율을 다음 식에 의해 구함으로써, 축력 완화 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 축력 완화율이 작은 쪽이 축력 완화 특성이 우수하고, 볼트로서 우위이다.
축력 완화율=(초기 축력-잔류 축력)/초기 축력
볼트 조성 초기 축력(MPa) 잔류 축력(MPa) 출력 완화율(%)
BA A 90 83 8
BB B 90 81 10
BC C - - 측정 불가
BD D 90 6 93
조성 A 및 B의 마그네슘 합금 볼트(BA 및 BB)는, 축력 완화율이 작고, 축력 완화 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 이 때문에 고온 환경하에서 사용하여도 축력이 안정되고, 축력이 저하되지 않기 때문에 느슨해지는 경우가 적다. 이것에 대하여, 조성 D의 마그네슘 합금 볼트(BD)는, 축력 완화율이 90% 이상이며, 고온 환경하에서 사용한 경우에 축력이 저하되어 느슨해지는 경우가 있기 때문에, 고온 환경하에서의 사용에 충분히 견딜 수 없다. 이 경우에서, 축력 완화율은 50% 이하, 30% 이하, 특히 20% 이하가 더 바람직하다.
(실시예 2)
실시예 1과 마찬가지로 하여, 표 1에 나타내는 조성 B의 마그네슘 합금 와이어를 제작하고, 그 와이어에 볼트 가공을 실시하여, M10 상당의 동일한 마그네슘 합금 볼트를 4개 제작하였다. 또한 제작한 4개의 마그네슘 합금 볼트 중 1개를 제외하고, 다음과 같이 하여, 볼트 표면에 부식으로부터 보호하는 코팅을 실시하였다.
[코팅]
코팅을 실시하기 전의 전처리로서, 쇼트 블라스트에 의한 볼트의 표면 처리를 행하였다. 쇼트 블라스트는, 투사재에 입경 38 ㎛∼75 ㎛의 스틸샷을 사용하여, 2∼3분간 행하였다. 표면 처리 후, 볼트 표면에 코팅제[되르켄 주식회사제 DELTA-PROTEKT(등록상표) VH300]를 도포하고, 도포 후, 볼트 표면의 코팅제를 경화 반응시키기 위해 유도 가열로에 넣고, 열처리를 행하였다. 열처리는, 열처리 온도를 200℃로 하고, 5∼10초간 행하였다. 또한 코팅을 실시하는 마그네슘 합금 볼트 각각의 코팅의 두께는 2 ㎛, 18 ㎛, 25 ㎛로 하였다.
[코팅의 평가]
코팅을 실시하지 않은 마그네슘 합금 볼트 및 코팅을 실시한 마그네슘 합금 볼트에 대해서, ISO 9227:1990(JIS Z 2371:2000에 대응)에 준한 염수 분무 시험을 실시하여, 내식성을 평가하였다. 또한 염수 분무 시험은, 2000시간 행하고, 변색이 시인될 때까지의 시간(변색 발생 시간)을 측정함으로써, 내식성을 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
또한, M10 상당의 볼트에 대응하는 너트를 준비하고, 상기한 각 볼트가 너트에 체결 가능한지의 여부(볼트의 체결 가부)를 확인하였다. 그 결과도 표 4에 나타낸다.
코팅의 두께(㎛) 변색 발생 시간(시간) 볼트의 체결 가부(가:○ 부:×)
0(코팅 없음) 200 ○
2 2000 이상 ○
18 2000 이상 ○
25 2000 이상 ×
표 4의 결과로부터, 코팅을 실시한 마그네슘 합금 볼트는, 염수 부식 환경하에서 2000시간 이상 변색이 발생하지 않고, 코팅을 실시하지 않은 마그네슘 합금 볼트(코팅의 두께가 0)에 비교하여, 내식성이 우수한 것을 알 수 있다. 단, 코팅의 두께가 25 ㎛의 마그네슘 합금 볼트는, 너트에 체결할 수 없었다. 이것은, 코팅의 두께가 두꺼워짐으로써, 그 만큼 볼트의 치수(외경)가 커져, 볼트를 너트에 나사 결합할 수 없게 된 것이 원인으로 생각된다.
이상, 본 발명의 마그네슘 합금의 선형체(와이어) 및 그것을 이용한 볼트와 너트에 대해서 설명했지만, 본 발명의 선형체는 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수하기 때문에, 볼트나 너트 이외에도, 와셔 등의 소재에 적합하게 사용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 본 발명은, 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 예컨대 Y 및 그 외의 원소의 함유량을 변경하여도 좋다.
본 발명의 마그네슘 합금의 선형체는, 내열성이 우수하면서도 소성 가공성이 우수하고, 소성 가공을 실시하여 2차 제품으로 이용할 수 있다. 예컨대 볼트, 너트 및 와셔 등의 체결 부품의 소재에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 마그네슘 합금의 선형체로서,
    조성은, 질량%로
    Y: 0.1%∼6%를 함유하고,
    Al: 0.1%∼6%, Zn: 0.01%∼2%, Mn: 0.01%∼2%, Sn: 0.1%∼6%, Ca: 0.01%∼2%, Si: 0.01%∼2%, Zr: 0.01%∼2% 및 Nd: 0.01%∼2%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하며,
    잔부가 Mg 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    온도 150℃, 응력 75 MPa에서 100시간의 조건으로 크리프 시험을 행하여 얻어지는 크리프 변형이 1.0% 이하이며,
    0.2% 내력이 200 MPa 이상, 인장 강도가 260 MPa 이상
    인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 선형체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 연신율이 4% 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 선형체.
  4. 제1항에 기재된 마그네슘 합금의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것을 특징으로 하는 볼트.
  5. 제1항에 기재된 마그네슘 합금의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것을 특징으로 하는 너트.
  6. 제1항에 기재된 마그네슘 합금의 선형체에 소성 가공을 실시하여 얻어진 것을 특징으로 하는 와셔.
  7. 제4항에 있어서, 표면에, 부식으로부터 보호하는 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 볼트.
  8. 제5항에 있어서, 표면에, 부식으로부터 보호하는 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 너트.
  9. 제6항에 있어서, 표면에, 부식으로부터 보호하는 코팅이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 와셔.
  10. 삭제
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