KR20060019599A

KR20060019599A - 마그네슘기 합금 나사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20060019599A
Application number: KR1020057024081A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 오이시; 노조무 카와베; 켄자부로 하시모토; 켄지 후쿠다
Original assignee: 스미토모 덴코 스틸 와이어 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-03-03
Also published as: EP2012027A1; JP2005048278A; WO2004113742A1; US20120277007A1; EP1640622B1; JP4782987B2; EP1640622A1; DE602004024310D1; US20060130947A1; EP1640622A4; KR100958479B1

Abstract

본 발명은, 강도가 뛰어난 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사를 생산성 좋게 제조할 수 있는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법, 및 마그네슘기 합금 나사를 제공하는 것을 과제로 한 것이며, 그 해결수단에 있어서, 인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어에 나사의 헤드부를 성형하는 헤드가공을 온간(溫間)으로 실시해서, 나사 블랭크를 제조하는 헤드단조(鍛造)공정과, 상기 나사 블랭크에 나사산을 성형하는 전조(轉造)가공을 온간으로 실시해서, 나사를 제조하는 전조공정을 구비한다. 헤드단조공정에서 헤드가공은, 상기 와이어를 고정하는 유지 다이스, 및 나사의 헤드부를 성형하는 펀치를 이용해서 실시하여, 상기 유지 다이스 및 펀치를 가열하는 동시에, 적어도 유지 다이스를 140℃이상 250℃이하로 가열함으로서 상기 와이어를 140℃이상 250℃미만으로 가열하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

마그네슘기 합금 나사 및 그 제조방법{MAGNESIUMBASE ALLOY SCREW AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

마그네슘기 합금은, 알루미늄보다도 가볍고, 비강도, 비강성이 강철이나 알루미늄보다도 뛰어나며, 항공기부품, 자동차부품 등 외에, 각종 전기제품의 보디 등에도 널리 이용되고 있다.

그런데, Mg 및 그 합금은, 최밀육방격자(hcp)구조이기 때문에, 연성이 부족해서, 실온에서의 소성가공성이 매우 나쁘다. 예를 들면, 일반적인 금속재료를 이용했을 경우, 나사가공은, 실온에서 실시되지만, 마그네슘기 합금을 이용했을 경우, 실온에서 나사가공과 같은 단조(鍛造)가공을 실시할 수 없다.

상기 마그네슘기 합금의 가공성은, 온도에 의해서 크게 변화하여, 소재온도를 높게 함으로서, 나사가공과 같은 큰 소성가공이 가능해진다. 그래서, 종래, 마그네슘기 합금을 이용해서 나사를 제조하는 경우, 나사가공 시에 소성가공이 가능한 정도로 소재를 가열하는 것이 실시되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1~3에는, 마그네슘기 합금 소재를 초소성현상이 발현되는 온도, 혹은 소성가공성이 커지는 온도로 가열해서 나사가공하는 기술이 기재되어 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2000-283134호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개2000-343178호 공보

[특허문헌 3]

일본국 특개2001-269746호 공보

도 1은 시험예 1에서 이용한 단조장치에서, 유지 다이스 및 절단 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도

도 2는 시험예 1에서 이용한 단조장치에서, 펀치부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도

도 3은 시험예 2에 이용한 전조장치에서, 전조 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도

도 4는 시험예 2에 이용한 전조장치에서, 슛 레일 및 전조 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1O: 유지 다이스 1Oa: 센터구멍

11: 다이스 홀더 11a: 히터구멍

12: 히터 13: 온도센서

14: 단열재 15: 절단 다이스

15a: 절단칼날구멍 20A, 20B: 펀치

21: 펀치 홀더 21a: 히터구멍

22: 히터 23: 온도센서

24: 단열재 30A: 가동 다이스

30B: 고정 다이스 31: 히터구멍

32: 히터 33: 온도센서

34: 단열재 40: 슛 레일

41: 지지부재 42: 로드

43: 히터 44: 온도센서

100: 나사 블랭크 101: 축부

그러나, 상기 초소성현상이 생기는 온도나 소성가공성이 커지는 온도는, 250℃이상이라고 하는 고온이다. 그런 연유로, 종래의 방법에서는, 나사가공을 실시할 때에 이용되는 유지 다이스나 펀치 등의 금형(가공재)이 고온에 노출됨으로서, 수명이 현저히 저하되어, 생산성 좋게 나사를 제조할 수 없다고 하는 문제가 있다.

종래, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사를 얻기 위하여, 나사가공과 같은 강(强)가공을 실시하는 경우, 상기 특허문헌 1~3에 기재되는 바와 같이, 대체로 피가공재인 마그네슘기 합금의 압출재를 250℃이상으로 가열하는 것이 필요하게 된다. 그런 연유로, 250℃이상이라고 하는 고온용의 가열설비가 필요하게 될 뿐만 아니라, 나사가공에 이용되는 가공재도 고온에 노출됨으로서 수명이 짧아져서, 고비용도 초래한다. 따라서, 250℃이상의 가열은, 공업적 생산에 있어서 결코 바람직하지 않다.

또, 최근, 나사강도의 가일층의 향상이 요구되고 있지만, 압출재를 250℃이상으로 가열하여 나사가공을 실시해서 얻을 수 있는 나사에는, 강도의 향상에 한계가 있다. 따라서, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사에 대해서, 강도향상을 위한 적절한 방법이 요구되고 있다.

그래서, 본 발명의 주된 목적은, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사를 생산성 좋게 제조할 수 있는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법을 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 인장 강도가 뛰어난 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사를 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은, 일반적으로 250℃미만의 온도에서 나사가공이라고 하는 강가공이 곤란하게 되는 마그네슘기 합금에 대해서 여러 가지 검토한 결과, 사전에 특정의 인발가공에 의해 얻어진 와이어를 이용함으로서, 250℃미만의 온도에서도 나사가공이 가능함을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또, 얻어진 마그네슘기 합금 나사가 뛰어난 인장특성을 구비한다라는 식견에 의거하여, 본 발명을 규정한다.

즉, 본 발명 마그네슘기 합금 나사의 제조방법은, 인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어에 나사의 헤드부를 성형하는 헤드가공을 온간으로 실시해서, 나사 블랭크를 제조하는 헤드단조공정과, 상기 나사 블랭크에 나사산을 성형하는 전조가공을 온간으로 실시해서, 나사를 제조하는 전조공정을 구비한다. 그리고, 상기 헤드단조공정에서 헤드가공은, 상기 와이어를 고정하는 유지 다이스, 및 나사의 헤드부를 성형하는 펀치를 이용해서 실시하여, 상기 유지 다이스 및 펀치를 가열하는 동시에, 적어도 유지 다이스를 140℃이상 250℃이하로 가열함으로서 상기 와이어를 140℃이상 250℃미만으로 가열한다.

종래, 마그네슘기 합금을 이용해서 나사를 얻는 경우, 피가공재에는, 압출재가 이용되고 있으며, 250℃이상으로 가열하지 않으면 나사가공을 실시할 수 없었다. 이것에 대하여, 본 발명에서는, 250℃미만의 가열로 나사가공을 실시하기 위해, 후술하는 특정의 인발가공에 의해 얻어진 와이어를 이용하는 것을 규정한다.

인발가공에 의해 얻어진 인발재는, 합금의 평균결정입경이 20㎛이상으로 불균일이 큰 압출재에 대하여, 합금의 평균결정입경이 1O㎛이하, 또한 최대결정입경이 15㎛이하의 균일적이며 미세한 조직을 가진다. 또, 압출재와 비교해서 인발재는, 치수정밀도가 양호하며 편경차가 작기 때문에, 나사가공을 실시하는 유지 다이스 등의 가공재를 개재해서 와이어의 가열을 실시하는 경우, 안정된 확실한 가열이 가능하다. 또한, 압출재와 비교해서 인발재는, 장척인 선재(線材)로 할 수 있기 때문에, 연속적으로 선재를 공급할 수 있기 때문에, 예를 들면, 선재의 절단으로부터 나사의 헤드부의 성형을 연속해서 실시할 수 있다. 본 발명은, 상기와 같은 특성을 가지는 인발재를 이용함으로서, 가열온도의 저하, 즉, 250℃미만에서의 나사가공을 실현한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어는, 단면이 원형형상의 선재를 절단해서 얻으면 된다. 상기 선재를 얻기 위한 인발가공은, 예를 들면, 가공온도에의 승온속도: 1℃/sec~100℃/sec, 가공온도: 50℃이상 200℃이하(보다 바람직하게는 150℃이하), 가공도: 인발가공 1회(1패스)에 대해서 1O%이상, 선속: 1m/sec이상으로 압출재를 인발한 후, 얻어진 선재에 100℃이상 400℃이하, 보다 바람직하게는 150℃이상 400℃이하의 온도로 가열하는 것을 들 수 있다. 이 가열소둔은, 인발에 의해 도입된 변형의 회복, 및 재결정의 촉진에 의한 결정립의 가일층의 미세화에 유효하다. 이 가열온도의 유지시간은 5~20분 정도가 바람직하다. 이와 같은 특정의 인발가공을 실시함으로서, 상기와 같이 합금조직을 미세화, 구체적으로는, 평균결정입경 1O㎛이하, 최대결정입경 15㎛이하로 할 수 있다. 그리고, 상기 합금조직의 미세화에 의해, 와이어의 가열온도를 250℃미만으로 해도 소성가공성을 향상시킬 수 있어서, 소망하는 나사를 얻는 것이 가능하다.

상기 인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어를 이용해서, 우선 나사 블랭크(헤드부가 성형되어 있으며, 축부(軸部)에 나사산이 형성되어 있지 않은 상태의 중간제품)를 단조로 제조한다. 이때, 단조, 구체적으로는 헤드가공은, 온간으로 실시한다. 구체적인 온도로서는, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어를 140℃이상 250℃미만으로 가열한다. 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어의 가열온도가 140℃미만에서는, 단조 도중에 균열 등이 생겨서 헤드가공을 실시할 수 없을 우려가 있다. 특히, M6과 같은 큰 직경의 나사를 제작하는 경우, 가열온도는 180℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 가열온도가 높을수록 소성가공성이 향상되는 반면, 다이스 등의 가공재의 수명이 저하되어 가기 때문에, 생산성을 고려해서, 상한은 250℃로 한다. 또한, 가공하는 헤드부의 형상(-나사, +나사, 육각나사, 리벳 등), 가공속도, 나사사이즈 등에 의해, 보다 낮은 온도, 구체적으로는 180℃이하에서의 가공도 가능하다.

상기 헤드단조공정에서 헤드가공은, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어를 고정하는 유지 다이스, 및 나사의 헤드부를 성형하는 펀치를 이용해서 실시하면 되고, 통상의 헤드가공에 이용되고 있는 가공재를 이용해도 된다. 그리고, 본 발명에서는, 헤드단조공정에 있어서의 와이어의 가열을, 상기 유지 다이스 및 펀치의 쌍방을 가열함으로서 실시한다. 이때, 적어도 유지 다이스를 140℃이상 250℃이하로 가열한다. 유지 다이스 및 펀치의 쌍방을 상기 온도로 가열하면, 와이어 전체를 균일적으로 가열할 수 있어서 바람직하다. 가열온도가 140℃미만이면, 와이어를 140℃이상으로 가열하지 못하며, 단조 도중에 균열 등이 생겨서 헤드가공을 실시하지 못하고, 250℃ 초과이면, 유지 다이스나 펀치의 수명을 단축시킨다.

상기 유지 다이스나 펀치는, 각각 다이스 홀더, 펀치 홀더에 고정시켜 두며, 이들 홀더에 가열수단을 구비해 두고, 이 가열수단에 의해 상기 유지 다이스나 펀치의 가열을 실시해도 된다. 가열수단으로서는, 전열식의 카트리지히터 등을 들 수 있다. 가열수단의 장착은, 홀더에 구멍을 형성하여, 이 구멍에 삽입함으로서 실시하는 구성으로 하면, 보수의 면에서 바람직하다. 또, 홀더에는, 온도를 조정할 수 있도록 온도센서를 구비해 두어도 되며, 장착은, 상기 가열수단과 마찬가지로 구멍을 형성해서, 이 구멍에 삽입함으로서 실시해도 된다.

홀더에 가열수단을 구비하는 경우, 가열상태의 유지에 의한 열효율의 향상, 및 홀더가 장착되는 단조장치 본체에의 열영향을 고려해서, 홀더의 외주의 적어도 일부, 특히, 홀더에서 단조장치 본체와의 접촉부분에, 단열재를 배치하는 것이 바람직하다. 홀더의 외주를 둘러쌓도록 단열재를 배치해도 된다.

또한, 복수의 펀치를 구비하여, 다단계에 걸쳐서 나사의 헤드부를 성형하는 경우, 어느 단계에서도, 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어를 상기 온도로 가열해서 헤드가공을 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 복수의 펀치를 동일한 펀치 홀더에 고정해 두면, 펀치의 가열수단을 공통시킬 수 있다.

보다 효율적으로 헤드가공을 실시하기 위해서, 상기 인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 선재를 절단수단에 공급하는 공급공정과, 공급된 선재를 절단수단에 의해 정척 길이로 절단해서 피가공재인 와이어를 얻는 절단공정과, 절단된 와이어를 단조수단에 운반하는 운반공정과, 운반된 와이어에 상기 순서에 의해 나사의 헤드부를 성형하는 헤드단조공정을 연속적으로 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같은 가공은, 연속적인 가공이 가능한 단조장치에 의해 실시할 수 있고, 공지의 단조장치를 이용해도 된다.

상기 절단수단에는, 와이어를 유지하는 절단 다이스를 구비해 두고, 상기 가열수단을 구비하는 다이스 홀더에 이 절단 다이스를 고정시켜서, 상기 절단공정은, 이 절단 다이스에 의해 와이어를 유지하고, 다이스 홀더의 가열수단에 의해 절단 다이스를 가열함으로서 와이어를 가열해서 실시하는 것이 바람직하다. 절단공정에서 와이어가 가열됨으로서, 와이어는, 헤드가공을 실시하는 유지 다이스나 펀치 등의 가공재에 운반될 때, 어느 정도의 온도까지 가열되고 있으며, 헤드단조공정에 있어서의 가열을 용이하게, 또한 단시간에 실시해서 가공속도를 높일 수 있다. 즉, 생산성을 더욱더 향상시킬 수 있다. 특히, 유지 다이스와 절단 다이스를 동일한 다이스 홀더로 유지하는 구성으로 함으로서, 유지 다이스의 가열수단과 절단 다이스의 가열수단을 공통시킬 수 있기 때문에, 유지 다이스의 가열과 동시에 절단 다이스의 가열도 실시할 수 있어서, 보다 효율적이다. 또, 부품을 공통시키는 것에서, 단조장치의 부품점수를 줄일 수도 있다.

상기와 같이 절단공정에서, 절단 다이스의 가열에 의해 와이어를 가열함으로서, 헤드단조공정에 있어서의 가열의 용이성이나 가공속도의 향상이라고 하는 효과에 부가해서, 절단성도 개선시킬 수 있다. 절단 시에 와이어의 온도가 불충분하면, 절단면이 거칠어지는, 절단가공 시에 잘린 부스러기가 발생된다고 하는 문제가 생길 우려가 있다. 절단면은, 헤드가공 후의 형상에 영향을 미치기 때문에, 매끄러운 것이 요망된다. 또, 잘린 부스러기가 있으면, 잘린 부스러기를 포함시킨 상태에서 헤드가공이 실시되었을 경우, 상기와 마찬가지로 헤드가공 후의 형상에 영향이 나타나기 때문에, 잘린 부스러기가 나오지 않는 것이 요망된다. 상기에 부가해서, 와이어의 온도가 불충분한 상태에서 절단을 실시하면, 절단된 와이어의 정밀도가 나빠서, 단조수단(유지 다이스)에의 삽입성을 악화시킬 우려가 있다. 따라서, 절단성을 보다 향상시키기 위해서는, 와이어를 충분히 가열하는 것이 요망된다. 그래서, 보다 고속으로, 보다 안정적으로, 와이어를 충분히 가열할 수 있도록, 와이어를 직접 가열하는 와이어가열수단을 구비하고, 절단 다이스의 가열과 와이어가열수단의 가열의 쌍방에 의해 와이어를 가열하는 것이 바람직하다. 절단 다이스에 의한 간접적인 가열과, 와이어가열수단에 의한 직접적인 가열에 의해, 와이어의 절단성이 향상되어서, 헤드부의 형상의 안정화나, 유지 다이스에의 삽입성의 향상을 도모할 수 있다. 또, 온도상승에 시간이 걸리는 큰 직경의 나사를 제작하는 경우, 보다 빠르게 가열할 수 있기 때문에, 매우 효과적이다. 와이어가열수단으로서는, 열풍의 분사를 실시하는 드라이어 등을 들 수 있다.

본 발명에서는, 상기와 같이 소성가공성이 뛰어난 인발재를 이용함으로서, 헤드가공의 가공속도를 크게 하는 것도 가능하며, 나사의 생산성을 확보할 수 있다. 구체적으로는, 헤드가공의 가공속도를 1OO㎜/sec이상으로 할 수 있다. 일반적으로, 마그네슘기 합금의 가공도는, 가공속도에 큰 영향을 받아, 가공속도가 커짐에 따라서 가공 가능한 가공도가 작아진다. 이것에 대하여, 본 발명은, 상기와 같이 뛰어난 소성가공성을 지니는 인발재를 이용함으로서, 250℃미만이라고 하는 가열온도이며, 또한 1OO㎜/sec이상이라고 하는 공업적 생산레벨의 가공속도로 나사가공이 가능하다.

상기 단조공정에 의해 얻어진 나사 블랭크에 나사산을 성형하는 전조가공을 실시하여, 나사를 제조한다. 이때, 전조는, 온간으로 실시한다. 구체적으로는, 상기 헤드단조공정을 거쳐서 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 나사 블랭크를 100℃이상 250℃미만으로 가열해서 실시하는 것이 바람직하다. 10O℃미만에서는, 전조 도중에 균열 등이 생겨서 나사산의 성형을 실시할 수 없을 우려가 있으며, 250℃ 초과에서는 가공재의 수명을 저하시킨다.

상기 전조가공은, 전조 다이스를 이용해서 실시하면 되고, 통상의 전조가공에 이용되고 있는 가공재를 이용해도 된다. 그리고, 전조공정에 있어서의 나사 블랭크의 가열은, 상기 전조 다이스를 100℃이상 250℃미만으로 가열함으로서 실시하는 것을 들 수 있다. 100℃미만이면, 나사 블랭크를 100℃이상으로 가열하지 못하고, 250℃ 초과이면, 전조 다이스의 수명을 단축시킨다. 특히, M6과 같은 큰 직경 나사인 경우에는, 150℃이상의 가열이 바람직하다.

상기 전조 다이스의 가열은, 전조 다이스에 직접 가열수단을 구비해서, 이 가열수단에 의해 실시하는 것을 들 수 있다. 가열수단으로서는, 전열식의 카트리지히터 등을 들 수 있다. 가열수단의 장착은, 전조 다이스에 구멍을 형성하여, 이 구멍에 삽입함으로서 실시하는 구성으로 하면, 보수성이 보다 바람직하다. 또, 온도조정이 용이하게 될 수 있도록 온도센서를 전조 다이스에 장착해도 된다. 이 장착도, 상기 가열수단과 마찬가지로 구멍을 형성해서, 이 구멍에 삽입함으로서 실시해도 된다.

전조 다이스에 가열수단을 구비하는 경우, 가열상태의 유지에 의한 열효율의 향상, 및 전조 다이스가 장착되는 전조장치 본체에의 열영향을 고려해서, 전조 다이스의 외주를 둘러쌓도록, 특히, 전조 다이스에서 전조장치 본체와의 접촉부분에, 단열재를 배치하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 헤드단조공정 및 전조공정에서, 마그네슘기 합금 소재를 특정의 범위로 가열함으로서, 생산성 좋게 나사가공을 실시할 수 있지만, 더욱더 생산효율을 향상하기 위해서 헤드단조공정으로부터 전조공정으로 이행할 때에도, 소재를 가열하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 헤드단조공정에 의해 얻어진 나사 블랭크를 전조 다이스에 이행시키는 이행수단을 100℃이상 250℃미만으로 가열함으로서 나사 블랭크를 가열하는 것을 들 수 있다. 이행수단으로서는, 슛 레일 등을 들 수 있다. 통상의 나사가공에 이용되고 있는 구성의 것을 이용해도 된다. 그리고, 이 이행수단에 전열식의 카트리지히터 등의 가열수단을 장착해서 가열하면 된다. 이와 같이 헤드단조공정으로부터 전조공정으로 이행하는 기간에서도 마그네슘기 합금 소재를 가열하는, 즉, 나사 블랭크를 예비 가열함으로서, 전조가공을 실시할 때의 가열시간을 단축시킬 수 있기 때문에, 전조가공을 고속화할 수 있어서, 생산효율을 향상시킬 수 있다.

상기 공정에 의해 얻어진 마그네슘기 합금 나사는, 인장 강도가 220MPa이상이라고 하는 뛰어난 강도를 가진다. 또한 인장 강도를 향상시키기 위해서는, 나사의 헤드부를 성형하는 헤드가공과, 나사산을 성형하는 전조가공을 실시한 후, 얻어진 나사에 100℃이상 350℃미만의 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 열처리에 의해, 나사의 합금조직을 보다 미세한 결정립을 가지는 조직으로 할 수 있으며, 230MPa이상이라고 하는 보다 높은 인장 강도를 가지는 나사를 얻을 수 있다.

본 발명은, 합금조성에 의하지 않고, 실온 정도(예를 들면, 20℃)에서의 가공성이 부족한 hcp구조를 가지는 마그네슘기 합금에서 유효하다. 예를 들면, 주조용 마그네슘기 합금이나 전신용 마그네슘기 합금을 이용할 수 있다. 구체적으로는, Al을 0.1질량%이상 12질량%이하 함유하는 것이나, Zn: 0.1질량%이상 10질량%이하 및 Zr: 0.1질량%이상 2.0질량%를 함유하는 것, 그 외에, 내열성이 뛰어난 희토류 원소를 5.0질량%이하 함유하는 것을 들 수 있다. Al을 함유하는 경우, 또한, Mn: 0.1질량%이상 2.0질량%이하, Zn: 0.1질량%이상 5.0질량%이하, Si: 0.1질량%이상 5.0질량%이하로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 들 수 있다. 상기 합금조성으로서 대표적인 ASTM기호에 있어서의 AZ계, AS계, AM계, ZK계, EZ계 등을 이용할 수 있다. Al의 함유량으로서, 질량%로 0.1~2.0%미만의 것과, 2.0이상~12.0%의 것을 구별해도 된다. 상기 화학성분 외에는 Mg 및 불순물이 함유되는 합금으로서 이용되는 것이 일반적이다. 불순물에는, Fe, Si, Cu, Ni, Ca 등을 들 수 있다.

AZ계에서 Al의 함유량이 2.0~12.0질량%로 되는 것으로서, 예를 들면, AZ31, AZ61, AZ91 등을 들 수 있다. AZ31은, 예를 들면, 질량%로 Al: 2.5~3.5%, Zn: 0.5~1.5%, Mn: 0.15~0.5%, Cu: 0.05%이하, Si: 0.1%이하, Ca: 0.04%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AZ61은, 예를 들면, 질량%로 Al: 5.5~7.2%, Zn: 0.4~1.5%, Mn: 0.15~0.35%, Ni: 0.05%이하, Si: 0.1%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AZ91은 예를 들면, 질량%로 Al: 8.1~9.7%, Zn: 0.35~1.0%, Mn: 0.13%이상, Cu: 0.1%이하, Ni: 0.03%이하, Si: 0.5%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AZ계에서 Al의 함유량이 0.1~2.0질량%미만으로 되는 것으로서, 예를 들면, AZ10, AZ21 등을 들 수 있다. AZ10은, 예를 들면, 질량%로 Al: 1.0~1.5%, Zn: 0.2~0.6%, Mn: 0.2%이상, Cu: 0.1%이하, Si: 0.1%이하, Ca: 0.4%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AZ21은, 예를 들면, 질량%로 Al: 1.4~2.6%, Zn: 0.5~1.5%, Mn: 0.15~0.35%, Ni: 0.03%이하, Si: 0.1%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다.

AS계에서 Al의 함유량이 2.0~12.0질량%로 되는 것으로서, 예를 들면, AS41 등을 들 수 있다. AS41은, 예를 들면, 질량%로 Al: 3.7~4.8%, Zn: 0.1%이하, Cu: 0.15%이하, Mn: 0.35~0.60%, Ni: 0.001%이하, Si: 0.6~1.4%를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AS계에서 Al의 함유량이 0.1~2.0질량%미만으로 되는 것으로서 AS21 등을 들 수 있다. AS21은, 예를 들면, 질량%로 Al: 1.4~2.6%, Zn: 0.1%이하, Cu: 0.15%이하, Mn: 0.35~0.60%, Ni: 0.001%, Si: 0.6~1.4%를 함유하는 마그네슘기 합금이다.

AM계에서는, 예를 들면, AM60, AM100 등을 들 수 있다. AM60은, 예를 들면, 질량%로 Al: 5.5~6.5%, Zn: 0.22%이하, Cu: 0.35%이하, Mn: 0.13%이상, Ni: 0.03%이하, Si: 0.5%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다. AM100은, 예를 들면, 질량%로 Al: 9.3~10.7%, Zn: 0.3%이하, Cu: 0.1%이하, Mn: 0.1~0.35%, Ni: 0.01%이하, Si: 0.3%이하를 함유하는 마그네슘기 합금이다.

ZK계에서는, 예를 들면, ZK40, ZK60 등을 들 수 있다. ZK40은, 예를 들면, 질량%로 Zn: 3.5~4.5%, Zr: 0.45%이상을 함유하는 마그네슘기 합금이다. ZK60은, 예를 들면, 질량%로 Zn: 4.8~6.2%, Zr: 0.45%이상을 함유하는 마그네슘기 합금이다.

EZ계의 희토류 원소(RE)로서, 통상은 Pr과 Nd의 혼합물이 이용되는 경우가 많다. EZ계에서는, 예를 들면, EZ33 등을 들 수 있다. EZ33은, 예를 들면, 질량%로 Zn: 2.0~3.1%, Cu: 0.1%이하, Ni: 0.01%이하, RE: 2.5~4.0%, Zr: 0.5~1%를 함유하는 마그네슘기 합금이다.

마그네슘 단체로는 충분한 강도를 얻는 것이 어렵지만, 상기의 화학성분을 함유함으로서 바람직한 강도를 얻을 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명에서는, 상기와 같이 마그네슘기 합금으로 이루어지는 인발재를 이용함으로서, 나사가공을 실시할 때의 가열온도를 250℃미만으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 나사가공 시, 압출재에 그대로 나사가공을 실시하는 종래와 같이 250℃이상의 고온으로 가열할 필요가 없으므로, 유지 다이스 등의 가공재의 수명을 연장시킬 수 있으며, 또, 종래와 같은 고온용의 가열수단을 불필요로 할 수 있다. 따라서, 본 발명 제조방법을 이용하면, 마그네슘기 합금 나사를 생산성 좋게 얻을 수 있다.

또, 상기 본 발명 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘기 합금 나사는, 뛰어난 강도를 구비하고 있으며, 특히, 나사가공 후에 특정의 열처리를 실시함으로서, 보다 뛰어난 강도를 구비하는 나사로 할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

(시험예 1-1)

질량%로, Al: 3.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.15%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AZ31 상당재)의 압출재(Ø8.0㎜, Ø5.25㎜)를 준비하였다. Ø8.0㎜의 압출재에는, 약 160℃의 온도, 및 1패스 당의 단면감소율: 20%이하의 가공도로 Ø5.25㎜까지 인발한(160℃에의 승온속도: 약 10℃/sec, 선속: 16m/sec) 후, 350℃×15min의 열처리를 실시하고, 인발 시의 변형 제거, 재결정에 의한 조직의 균일미세화를 실시하였다. 얻어진 Ø5.25㎜의 인발재의 조직을 조사했던바, 평균결정입경: 7.5㎛, 최대결정입경: 10.2㎛였다. 또, 동일한 조건에서 Ø1.66㎜의 인발재도 제작하였다(평균결정입경: 6.8㎛, 최대결정입경: 9.8㎛).

상기에 의해 얻어진 Ø5.25㎜ 및 Ø1.66㎜의 인발재, 및 인발가공을 실시하고 있지 않은 Ø5.25㎜의 압출재(평균결정입경: 28㎛, 최대결정입경: 75㎛)를 장척인 선재인 채 단조장치에 공급해서, 나사의 헤드부의 가공을 실시하였다.

본예에서 헤드가공은, 헤드가공할 때에 와이어를 고정하는 유지 다이스, 및 나사의 헤드부를 성형하는 복수의 펀치를 구비하는 단조장치를 이용해서 실시하였다. 이 단조장치는, 또한, 공급된 장척인 선재를 정척 길이로 절단 가능한 절단수단과, 절단된 와이어를 유지 다이스에 운반하는 운반수단을 구비하여, 선재의 절단으로부터 헤드부의 성형을 연속적으로 실시 가능한 것이다.

또, 본예에서는, 유지 다이스, 및 펀치를 가열 가능한 가열수단을 각각 구비하여, 이 가열수단에 의해, 유지 다이스 및 펀치를 개재해서, 절단된 와이어를 가열 가능으로 하였다. 도 1은, 본예에 이용한 단조장치에서, 유지 다이스 및 절단 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도이다. 유지 다이스(10)는, 다이스 홀더(11)에 고정되고, 이 다이스 홀더(11)에는, 히터구멍(11a)이 형성되어, 이 히터구멍(11a)에 전열식의 카트리지히터(12)를 삽입하고 있는 동시에, 다이스 홀더(11)의 온도를 조정할 수 있도록 별도로 형성한 구멍에 온도센서(13)도 마찬가지로 삽입하고 있다. 이 다이스 홀더(11)는, 도시하지 않은 단조장치 본체에 고정된다. 그런 연유로, 다이스 홀더(11)에서 단조장치 본체와의 접촉면(도 1에서는 좌우, 지면안쪽의 3면)에는, 단열재(14)를 배치하고, 다이스 홀더(11)의 가열온도의 유지에 의한 열효율의 향상과, 장치 본체의 보호를 도모한다. 또, 본예에서는, 유지 다이스(10) 외에, 절단공정에서 와이어를 유지하는 절단 다이스(15)를 다이스 홀더(11)에 구비한다. 따라서, 히터(12)는, 유지 다이스(10) 및 절단 다이스(15)의 쌍방을 가열 가능하며, 절단공정에서 절단 다이스(15)를 가열함으로서, 선재를 정척 길이의 와이어로 절단할 때, 절단 다이스(15)의 가열에 의해 와이어를 가열할 수 있다. 이와 동시에, 유지 다이스(10)의 가열도 실시할 수 있다.

도 2는, 본예에 이용한 단조장치에서, 펀치부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도이다. 본예에서는, 2개의 펀치(20A, 20B)를 구비하고, 펀치(20A)에 의해 나사 블랭크의 예비 성형을 실시하여, 펀치(20B)에 의해, 헤드부를 완성시킨 나사 블랭크를 얻는 구성이며, 펀치(20B)로서 플러스 헤드의 것을 이용하였다. 이들 펀치(20A, 20B)는, 펀치 홀더(21)에 유지되며, 이 펀치 홀더(21)에는, 히터구멍(21a)이 형성되고, 이 히터구멍(21a)에 전열식의 카트리지히터(22)를 삽입하고 있는 동시에, 펀치 홀더(21)의 온도를 조정할 수 있도록 별도로 형성한 구멍에 온도센서(23)도 마찬가지로 삽입하고 있다. 이 펀치 홀더(21)도, 도시하지 않은 단조장치 본체에 고정되기 때문에, 열효율의 향상과, 장치 본체에의 열유출의 방지를 도모하기 위해, 펀치 홀더(21)에서 단조장치 본체와의 접촉면(도 2에서는 지면안쪽의 1면)에 단열재(24)를 배치하고 있다.

상기 구성의 단조장치를 이용해서 이하의 순서에 의해, 선재의 절단으로부터 헤드부의 성형을 연속적으로 실시하였다. 우선, 히터(12)에 의해 가열된 절단 다이스(15)의 절단칼날구멍(15a)에 선재를 삽입한 후 커터(도시하지 않음)로 절단하고, 절단된 와이어를 운반수단(도시하지 않음)에 의해, 히터(12)에 의해 가열된 유지 다이스(10)의 센터구멍(10a)의 위치까지 운반하고, 펀치(20A)에 의해 센터구멍(10a)에 삽입하는 동시에 헤드가공을 실시한다. 이 조작에 의해, 나사 블랭크의 예비 성형을 실시하고, 계속해서, 펀치(20B)로 헤드가공을 실시하여, 헤드부가 완성된 나사 블랭크를 얻는다.

상기 단조장치를 이용해서 상기의 순서에 의해, 히터(12, 22)의 출력을 변화시킴으로서 각 히터(12, 22)의 가열온도를 변화시켜서 와이어의 온도를 변화시키고, 다양한 온도조건에서 헤드가공을 실시하여, 헤드가공이 가능한지를 조사하였다. 본예에서는, M6용의 나사 블랭크 및 M2용의 나사 블랭크를 제작하였다. 그 결과를 표 1에 표시한다. 표 1에서, ○은 2단계의 헤드가공이 가능했던 것, ×는 균열 등이 생겨서 헤드가공을 할 수 없었던 것, ▲은 2단계의 헤드가공이 가능했지만 가열온도가 높아서, 유지 다이스나 펀치 등의 가공재의 수명의 점에서 문제가 있는 것을 표시한다. 또한, 인발재 및 압출재의 단조속도는, 모두 약 120㎜/sec로 하였다. 또, 헤드가공할 때의 와이어의 온도는, 접촉온도계에 의해 측온을 실시하였다.

피가공재	평균결정입경최대결정입경(M6용)	M6		M2
피가공재	평균결정입경최대결정입경(M6용)	와이어의 온도(℃)	가공의가부	와이어의 온도(℃)	가공의가부
인발재	7.5㎛10.2㎛	RT	×	RT	×
		105	×	107	×
		152	×	154	○
		182	○	180	○
		243	○	240	○
		266	▲	265	▲
		298	▲	301	▲
압출재	28.0㎛75.0㎛	RT	×
		108	×
		151	×
		199	×
		241	×
		270	▲
		299	▲

표 1에 표시하는 바와 같이 인발재를 이용했을 경우, M2용의 나사 블랭크에서는, 와이어의 온도가 140℃이상일 때, 헤드가공이 가능함을 알 수 있다. 큰 직경의 M6용의 나사 블랭크에서도 와이어의 온도가 180℃이상일 때, 헤드가공이 가능함을 할 수 있다. 또, 표 1에서, 인발재를 이용했을 경우, 와이어의 온도가 250℃미만에서도, 충분히 헤드단조가공을 실시할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 본예에서는, 단조속도를 120㎜/sec라고 하는 공업적 생산레벨에서의 가공을 실시했지만, 문제없이 헤드가공을 실시할 수 있었다. 또, 본예에서는, 플러스 헤드라고 하는 가공도가 큰 가공을 실시했지만, 이 경우에도, 와이어의 온도가 250℃미만에서도, 충분히 헤드가공을 실시할 수 있었다. 또한, 와이어의 온도를 250℃ 초과로 가열했을 경우도 헤드가공을 실시할 수 있었지만, 유지 다이스나 펀치 등 가공재의 수명을 고려하면, 250℃미만의 가열에 의한 가공이 요망된다.

이것에 대해서, 표 1에 표시하는 바와 같이 인발가공을 실시하고 있지 않은 압출재를 이용했을 경우, 와이어의 온도가 250℃이상으로 되도록 가열을 실시하지 않으면, 헤드가공을 실시할 수 없었다. 또, 헤드가공의 가공속도도 인발재를 이용했을 경우보다도 늦어서, 생산성이 나쁜 것으로 추측된다.

또한, 본예에서는, 도 1에 표시하는 다이스 홀더(11)에 구비하는 히터(12)로 절단 다이스(15)를 가열하고, 이 가열에 의해 선재를 간접적으로 가열해서 절단하는 구성으로 했지만, 선재를 직접적으로 가열하는 구성을 추가로 구비하고 있어도 된다. 예를 들면, 드라이어를 구비해서, 열풍을 선재에 직접 분사하는 구성으로 해도 된다. 이때, 절단 다이스(15)에 의한 가열과, 열풍에 의한 가열에 의해 선재를 보다 빠르게, 안정적으로 충분히 가열할 수 있어서, 절단성을 보다 향상시킬 수 있다. 특히, M4를 초과한다고 하는 큰 직경의 나사를 제작하는 경우에 효과적이다.

(시험예 1-2)

조성이 다른 마그네슘기 합금에서 동일한 시험을 실시하였다. 즉, 압출재에 상기 인발가공을 실시한 후, 열처리를 실시한 인발재를 이용해서, 상기와 동일한 단조장치를 이용해서, 다양한 온도에서 헤드가공을 실시하였다(M2용의 나사 블랭크 및 M6용의 나사 블랭크를 제작). 이하에, 시험에 이용한 마그네슘기 합금의 조성을 표시한다.

질량%로 Al: 1.2%, Zn: 0.4%, Mn: 0.3%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AZ10 상당재)

질량%로 Al: 6.4%, Zn: 1.0%, Mn: 0.28%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AZ61 상당재)

질량%로 Al: 9.0%, Zn: 0.7%, Mn: 0.1%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AZ91 상당재)

질량%로 Al: 1.9%, Mn: 0.45%, Si: 1.0%를 함유하고, 잔부가 Mg와 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AS21 상당재)

질량%로 Al: 4.2%, Mn: 0.50%, Si: 1.1%를 함유하고, 잔부가 Mg와 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AS41 상당재)

질량%로 Al: 6.1%, Mn: 0.44%를 함유하고, 잔부가 Mg와 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 AM60 상당재)

질량%로 Zn: 5.5%, Zr: 0.45%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금(ASTM기호 ZK60 상당재).

그러자, 어느 시료나, M2용의 나사 블랭크에서는, 와이어의 온도를 140℃이상 250℃미만으로 가열함으로서 헤드가공을 실시할 수 있었다. 특히, M6이라고 하는 큰 직경으로도, 와이어를 180℃이상으로 가열함으로서, 헤드가공을 실시할 수 있었다.

(시험예 2-1)

시험예 1에서 제작한 헤드부를 구비하는 M2용의 나사 블랭크 및 M6용의 나사 블랭크에 각각 전조가공을 실시하였다.

본예에서 전조가공은, 전조 다이스를 구비하는 전조장치를 이용해서 실시하였다. 또, 본예에서는, 전조 다이스를 가열 가능한 가열수단을 구비해서, 이 가열수단에 의해, 전조 다이스를 개재해서 나사 블랭크를 가열 가능하게 하였다. 도 3은, 본예에 이용한 전조장치에서, 전조 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도이다. 본예에 이용한 전조 다이스는, 슬라이드 가능한 가동 다이스(30A)와, 고정 다이스(30B)를 각각 대향시켜서 배치시키고 있으며, 어느 다이스(30A, 30B)나, 히터구멍(31)이 형성되고, 이 히터구멍(31)에 전열식의 카트리지히터(32)를 삽입하고 있다. 또, 고정 다이스(30B)에는, 온도를 조정할 수 있도록, 별도로 형성한 구멍에 온도센서(33)를 마찬가지로 삽입하고 있다. 이들 가동 다이스(30A) 및 고정 다이스(30B)는, 도시하지 않은 전조장치 본체에 고정된다. 그런 연유로, 열효율의 향상과, 장치 본체의 보호를 도모하기 위해, 가동 다이스(30A) 및 고정 다이스(30B)에서 전조장치 본체와의 접촉면(도 3에서, 가동 다이스(30A)는 왼쪽, 지면 앞과 안쪽의 3면, 고정 다이스(30B)는 오른쪽, 지면 앞과 안쪽의 3면)에 단열재(34)를 각각 배치하고 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 각 다이스(30A, 30B)의 대향면에는, 나사 블랭크의 축부에 나사산을 성형하기 위한 홈이 형성되어 있으며, 이 대향면 사이에 나사 블랭크의 축부를 배치하고, 가동 다이스(30A)를 슬라이드시킴으로서 전조를 실시한다.

또한, 본예에서는, 나사 블랭크를 예비 가열하기 위해서, 나사 블랭크를 전조 다이스로 이행시키는 슛 레일에도, 가열수단을 구비하는 전조장치를 이용하였다. 도 4는, 본예에서 이용한 전조장치에서, 슛 레일 및 전조 다이스 부분을 모식적으로 표시하는 개략구성도이다. 슛 레일(40)은, 헤드단조공정에서 얻어진 나사 블랭크(100)를 정렬시켜서, 차례차례 전조 다이스쪽으로 이행하기 위한 부재이며, 나사 블랭크(100)의 축부(101)를 끼워둔다. 이 슛 레일(40)은, 지지부재(41)에 의해 고정되어 있다. 또, 가동 다이스(30A)와 고정 다이스(30B) 사이에는, 나사 블랭크(100)를 이송시키는 로드(42)를 구비한다. 본예에서는, 이 슛 레일(40)의 바깥쪽에 전열식의 카트리지히터(43)를 배치하는 동시에, 온도조정이 가능하도록 온도센서(44)를 배치하였다.

상기 전조장치를 이용해서, 히터(32)의 출력을 변화시켜서 전조 다이스의 가열온도를 변화시켜서 나사 블랭크의 온도를 변화시키고, 다양한 온도조건에서, 시험예 1에서 얻어진 M2용의 나사 블랭크 및 M6용의 나사 블랭크에 전조가공을 실시하고, 전조가공이 가능한지를 조사하였다. 그 결과를 표 2에 표시한다. 표 2에서, ○은 전조가공이 가능했던 것, △는 전조가공이 가능했지만 미세한 균열이 생긴 것, ×는 균열 등이 생겨서 전조가공을 할 수 없었던 것, ▲는 전조가공이 가능했지만 가열온도가 높아서, 전조 다이스 등의 가공재의 수명의 점에서 문제가 있는 것을 표시한다.

피가공재	전조 다이스의 가열온도(℃)	가공의 가부
피가공재	전조 다이스의 가열온도(℃)	M6	M2
인발재	RT	×	×
	100	△	○
	150	○	○
	200	○	○
	240	○	○
	260	▲	▲
	290	▲	▲
압출재	RT	×
	100	×
	150	×
	200	×
	240	×
	260	▲
	290	▲

표 2에 표시하는 바와 같이 인발재로 이루어지는 나사 블랭크를 이용했을 경우, 전조 다이스를 100℃이상으로 가열함으로서, 나사 블랭크가 가열되어, 전조가공이 가능함을 알 수 있다. 또, 표 2에서 전조 다이스의 온도가 250℃미만의 가열로도, 충분히 전조가공을 실시할 수 있음을 알 수 있다. 특히, M6이라고 하는 큰 직경의 나사인 경우에도, 전조 다이스의 온도가 150℃이상으로 되는 가열로 충분히 전조가공을 실시할 수 있었다. 또한, 전조 다이스의 온도를 250℃ 초과로 가열했을 경우도 전조가공을 실시할 수 있었지만, 전조 다이스 등 가공재의 수명을 고려하면, 250℃미만의 가열에 의한 가공이 요망된다.

또, 얻어진 M6의 나사의 강도를 조사해 본바, 비틀림 파단 토크는, 3.5~4.5Nㆍm이며, 강도가 뛰어남을 알게 되었다.

이것에 대해서, 표 2에 표시하는 바와 같이 인발가공을 실시하고 있지 않은 압출재로 이루어지는 나사 블랭크를 이용했을 경우, 전조 다이스를 250℃이상으로 가열하지 않으면, 전조가공할 수 없었다.

(시험예 2-2)

조성이 다른 마그네슘기 합금에서 동일한 시험을 실시하였다. 즉, 시험예 1-2에서 제작한 나사 블랭크(M2용 및 M6용)에 대하여, 다양한 온도로 가열한 전조 다이스를 이용해서 전조가공을 실시하였다. 마그네슘기 합금은, 상기에 표시하는 성분과 동일한 AZ10 상당재, AZ61 상당재, AZ91 상당재, AS21 상당재, AS41 상당재, AM60 상당재, ZK60 상당재를 이용하였다.

시험 결과, 어느 시료나, 상기 시험예 2-1과 마찬가지로, 전조 다이스의 가열을 100℃이상 250℃미만으로 함으로서, 충분히 전조가공을 실시할 수 있었다. 또, M6이라고 하는 큰 직경으로도, 상기 시험예 2-1과 마찬가지로, 150℃이상의 가열로 충분히 전조가공을 실시할 수 있었다.

(시험예 3)

시험예 1, 2와 동일한 순서에 의해 인발재에 헤드부의 헤드가공, 및 나사산의 전조가공을 실시해서 얻어진 나사에 다양한 온도조건에서 열처리를 실시하고, 얻어진 나사의 인장특성, 및 인성(靭性)을 평가하였다. 본 시험에서는, 인장특성으로서 인장 강도를 측정하였다. 또, 인성으로서, JIS B1051에 기재되는 머리부분 타격시험을 실시하여, 균열의 유무를 조사하였다.

본예에서 이용한 인발재는, 시험예 1-1과 동일한 조성의 것을 동일한 조건에서 제작한 것을 이용하였다(Ø5.25㎜, 평균결정입경: 7.5㎛, 최대결정입경: 10.2㎛).

이 인발재에 시험예 1-1과 동일한 조건에서 헤드가공을 실시하였다. 그리고, 헤드가공이 실시된 나사 블랭크에 시험예 2-1과 동일한 조건(가열온도 150℃)에서 전조가공을 실시하였다.

표 3에 시험결과를 표시한다. 표 3에서, 「단조온도」란, 접촉온도계에 의해 와이어를 직접 측정한 온도이다. 「전조온도」란, 전조 다이스에 구비하는 온도센서에 의해 전조 다이스를 측정한 온도이다. 또, 열처리는, 어느 온도에서도 15분간으로 하였다.

피가공재	단조온도(℃)	전조온도(℃)	소둔온도(℃)	인장 강도 Mpa	타격시험결과
인발재	182	150	없음	227	합격(균열 없음)
			100	235	합격(균열 없음)
			150	248	합격(균열 없음)
			200	240	합격(균열 없음)
			250	236	합격(균열 없음)
			300	230	합격(균열 없음)
			350	233	합격(균열 없음)
			400	227	합격(균열 없음)

표 3에 표시하는 바와 같이 인발재를 이용해서 나사가공을 실시했을 경우, 250℃미만의 가열로도 충분히 나사가공을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 인장 강도 220MPa이상이라고 하는 고강도이며, 또한 인성이 뛰어난 나사를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 특히, 나사가공 후, 열처리를 실시함으로서, 또한 인장 강도의 향상을 도모할 수 있음을 알 수 있다. 또, 열처리의 온도는, 표 3에서 100~350℃가 바람직함을 알 수 있다.

본 발명 마그네슘기 합금 나사의 제조방법은, 인장특성이 뛰어난 마그네슘기 합금 나사를 얻는 데에 최적이다. 특히, 본 발명 제조방법은, 나사가공을 실시할 때의 가공온도를 보다 낮게 해서 생산성이 뛰어나기 때문에, 강도가 뛰어난 마그네슘기 합금 나사를 생산성 좋게 얻을 때에 적용할 수 있다. 또, 얻어진 마그네슘기 합금 나사는, 고강도가 요망되는 분야에 이용할 수 있다.

Claims

인장 강도가 220MPa이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사.
제 1항에 있어서,

마그네슘기 합금은, Al을 0.1~12질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사.
제 2항에 있어서,

또한, 질량%로 Mn: 0.1~2.0%, Zn: 0.1~5.0%, Si: 0.1~5.0%로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사.
제 1항에 있어서,

마그네슘기 합금은, 질량%로 Zn: 0.1~10%, Zr: 0.1~2.0%를 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사.
제 1항에 있어서,

마그네슘기 합금은, 5.0질량%이하의 희토류 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사.
인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 와이어에 나사의 헤드부를 성형하는 헤드가공을 온간으로 실시해서, 나사 블랭크를 제조하는 헤드단조공정과,

상기 나사 블랭크에 나사산을 성형하는 전조가공을 온간으로 실시해서, 나사를 제조하는 전조공정을 구비하고,

상기 헤드단조공정에 있어서 헤드가공은, 상기 와이어를 고정하는 유지 다이스, 및 나사의 헤드부를 성형하는 펀치를 이용해서 실시하고,

상기 유지 다이스 및 펀치를 가열하는 동시에, 적어도 유지 다이스를 140℃이상 250℃이하로 가열함으로서 상기 와이어를 140℃이상 250℃미만으로 가열하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항에 있어서,

유지 다이스 및 펀치는, 각각 가열 가능한 가열수단을 구비하는 다이스 홀더 및 펀치 홀더에 고정되어서, 이 가열수단에 의해 가열하고,

또한, 상기 홀더의 외주의 적어도 일부에 단열재를 구비해서, 이 단열재에 의해 유지 다이스 및 펀치의 가열상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항에 있어서,

인발가공에 의해 얻어진 마그네슘기 합금으로 이루어지는 선재를 절단수단에 공급하는 공급공정과,

공급된 선재를 절단수단에 의해 정척 길이로 절단해서 피가공재인 와이어를 얻는 절단공정과,

절단된 와이어를 단조수단에 운반하는 운반공정과,

운반된 와이어에 나사의 헤드부를 성형하는 헤드단조공정을 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 8항에 있어서,

절단수단에는, 와이어를 유지하는 절단 다이스를 구비하고,

유지 다이스는, 가열 가능한 가열수단을 구비하는 다이스 홀더에 고정되어서, 이 가열수단에 의해 가열하고,

상기 절단 다이스는, 유지 다이스의 다이스 홀더에 고정되어 있으며,

상기 절단공정은, 상기 절단 다이스에 의해 와이어를 유지하고, 다이스 홀더의 가열수단에 의해 절단 다이스를 가열함으로서 와이어를 가열해서 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 9항에 있어서,

또한, 와이어를 직접 가열하는 와이어가열수단을 구비하고,

절단 다이스의 가열에 부가해서, 상기 와이어가열수단에 의해 와이어를 가열해서 절단공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항에 있어서,

헤드가공의 가공속도가 100㎜/sec이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항에 있어서,

전조가공은, 전조 다이스를 이용해서 실시하고,

상기 전조 다이스를 100℃이상 250℃미만으로 가열해서 전조가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 12항에 있어서,

전조 다이스는, 전조 다이스를 가열 가능한 가열수단을 구비하여, 이 가열수단에 의해 가열하고, 또한, 전조 다이스의 외주를 둘러쌓도록 단열재를 구비해서, 이 단열재에 의해 다이스의 가열상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 12항에 있어서,

또한, 헤드단조공정에 의해 얻어진 나사 블랭크를 전조 다이스에 이행시키는 이행수단을 100℃이상 250℃미만으로 가열해서 이행을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항에 있어서,

또한, 전조가공을 실시한 나사에 100℃이상 350℃미만의 열처리를 실시하는 열처리공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

마그네슘기 합금의 평균결정입경이 10㎛이하, 또한 최대결정입경이 15㎛이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

마그네슘기 합금은, Al을 0.1~12질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 17항에 있어서,

또한, 질량%로 Mn: 0.1~2.0%, Zn: 0.1~5.0%, Si: 0.1~5.0%로부터 선택된 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

마그네슘기 합금은, 질량%로 Zn: 0.1~10%, Zr: 0.1~2.0%를 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.
제 6항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

마그네슘기 합금은, 5.0질량%이하의 희토류 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘기 합금 나사의 제조방법.