WO2004024967A1

WO2004024967A1 - 耐クリープＭｇ合金

Info

Publication number: WO2004024967A1
Application number: PCT/JP2003/011720
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Omura; Youji Yamada
Original assignee: Ryobi Ltd.
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2004-03-25
Also published as: AU2003261589A1

Abstract

Ａｌを１．５～５．０質量％、Ｓｉを０．５～１．８質量％、Ｃａを０．３～１．５質量％、Ｓｂを０．００５～１．５質量％、Ｍｎを０．１～０．４質量％含み、残部Ｍｇと不可避的不純物からなる耐クリープＭｇ合金である。必要に応じＳｒが０．００５～１．５質量％含まれる。本発明品である試料５はＡＥ４２合金である試料３と同程度かそれ以上の耐クリープ性を備える。

Description

明細書耐クリープ Mg合金技術分野

本発明は耐クリープ合金に関し、特に、高温環境下使用で要求される耐クリープ、耐熱強度、耐食性を有し、しかも铸造割れなどの錄造欠陥が生じない、鏡造性にすぐれた耐クリープ合金（例えば、ダイカスト用 Mg合金）に関する。背景技術

従来、自動車用部品の素材に使用される Mg合金としては、例えば A S TMB 9 3に制定されるダイカスト用 Mg合金があり、その中でも A S系合金が耐熱性に優れている。 AS系合金のうち、 AS 4 1合金は、比較的高い耐クリープ性を有し、マニュアル車用ミッションケースなどの耐熱部品に用いられる。

従来のマグネシウム合金の例として、ダイカスト性に優れた Mg _ S i -C a過共晶合金がある。この合金は重量％で C a力 SO.3〜3.0%、 3 1が 1. 4〜 3. 0 %含み残部が実質的に M gからなる（例えば特開平 8— 26 0090号公報参照）。

また、耐熱性と耐クリープ性を備え、ダイカスト鐯造が可能なマグネシゥム合金として、重量⁰ /₀で A 1が 1. 0〜6. 5%、 3 丄が0. 5〜 1. 6%、 31)が0. 00 1から 1. 0 5%を含み、残部 Mg及び不純物からなるマグネシウム合金が提案されている（例えば特開平 7— 1 1 3 73号公報参照）。

また、引っ張り強度とクリーブ特性に優れた高強度マグネシウム合金として、重量⁰ /₀で、 A 1が 1 . 0〜4 . 0 %、希土類元素が 1 . 0〜8 . 0 %、 C aが 0 . 3〜 1 . 3 %、 M nが 0 . 1〜 2 . 0 %、残部が M g 及び不可避的不純物からなるマグネシゥム合金が提案されている（例えば特開平 8— 4 1 5 7 6号公報参照）。

ここでォートマチック車用ミッションケースなどの温度環境下においては、更に高いクリープ特性が要求され、 A S 4 1合金でも不十分である。また、 A S 2 1合金を用いた場合では、铸造が困難となる。

A S 2 1合金および A S 4 1合金に C aを添加すると、更に優れた耐クリーブ合金を得ることができるが、満足できる耐クリーブ特性には至つていない。又、铸造割れ等の铸造性に問題が生じる。

希土類元素を含む代表的なダイカスト用合金である A E 4 2合金は、耐クリープ特性が A S 2 1合金及び A S 4 1合金よりも優れている。しかし、焼付きと型残りなどの铸造性に問題があり、ダイカストが困難となる。また、他の例えば A Z 9 1 D合金等と比較すると、コストが高く量産性に難点がある。

また、上記公報記載のマグネシウム合金の他に、新たな組成からなるマグネシウム合金を提案して、多様化の要請に応える必要がある。特に希土類元素は高価であり、焼付き等の铸造性の問題を起こすため、希土類元素を用いずに耐クリーブ、鍀造性を備えたマグネシウム合金の出現が期待される。発明の開示

そこで本発明は、 A E 4 2合金と同程度の耐クリープ特性を備え、優れた铸造性とコスト的にも A E 4 2合金と比較して安価な耐クリーブ M g合金を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、 A 1を 1 . 5〜5 . 0質量％、 S iを 0. 5〜 1. 8質量。 /o、 C aを 0. 3〜1. 5質量％、 S bを 0. 005〜 1. 5質量⁰ /₀、 Mnを 0. 1〜0. 4質量％含み、残部 Mgと不可避的不純物からなる耐クリープ Mg合金を提供している。

3系合金に0 &、 S b及ぴ Mnを所定量添加することにより、耐クリーブ性を飛躍的に向上させることができ、耐食性も良好となる。又、 AE 42合金よりもコスト的に安価とすることができ、更に、 S iが共晶域前後に含まれるために铸造性に優れている。更に C a及び S bの添加により、合金の溶解 ·铸造時の溶湯の難燃性が向上し、 700〜72 0 °C程度の高い溶湯温度であっても合金が燃焼しない。

なおここで、 S rを 0. 005〜1. 5質量⁰ /₀含むのが望ましい。 S rを 0. 005〜1. 5質量％添加することで耐クリープ性がさらに向上し、 AE 42と同程度かそれ以上の耐クリープ性が得られる。図面の簡単な説明

第 1図は、実験 1の耐クリープ性実験に用いた試料の形状を示す図。第 2 (a) 図は、実験 1の耐クリープ性実験の様子を示す上面図。第 2 (b) 図は、実験 1の耐クリープ性実験の様子を示す側面図。第 3図は、本発明の実施の形態による耐クリーブ Mg合金及ぴ比較試料の実験 1による耐クリーブ性に関する測定の結果を示す図。

第 4 (a) 図は、本発明の実施の形態による耐クリープ Mg合金及ぴ比較材料の割れ性評価のために铸造した試片の形状を示す正面図。第 4 (b) 図は、本発明の実施の形態による耐クリープ Mg合金及び比較材料の割れ性評価のために铸造した試片の形状を示す側面図。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態による耐クリープ Mg合金について説明する。この耐クリープ Mg合金は、 A 1 (アルミ-ゥム）が 1. 5〜 5 · 0質量。 /₀、 S i (ケィ素）が 0. 5〜： 1. 8質量⁰ /₀、 C a (カルシウム) が 0. 3 〜1. 5質量⁰ /₀、 Mn (マンガン）が 0. 1〜0. 4質量⁰ /。、 S b (ァンチモン）が 0. 005〜1. 5質量⁰ /₀、 S r (ストロンチウム）が 0. 005〜1. 5質量％含まれ、残部は Mg (マグネシウム) と不可避的不純物である。 A l、 S i、 C a、 S b、 Mg、 Mnは必須の元素であり、 S rは任意の元素である。

ここで、 A 1の含有量が 5. 0質量％を越えると、耐クリープ性と耐食性は低下し、 AE 42合金並の耐クリープ性が得られない。従って、 A 1添加量は 5. 0質量％以下とした。一方、 A 1の含有量が 1. 5質量％未満であると、铸造性（割れ性）が改善されず、割れや湯流れに問題が生じ、良好な铸造を行うことができなくなる。従って、 A 1添加量は 1. 5質量％以上とした。

S iは、添加量を增加させるほど、 Mg合金の耐クリープ性及ぴ鎊造性を向上させることができる。しかし、 S iの添加量を增加しすぎると液相線温度が上昇し、铸造温度を上げなければならない。 S iの添加量が 1. 8質量％を越えると、液相線温度が 700°Cを越えるために铸造が困難となる。また、耐食性が低下する。従って、 S iの添加量は 1. 8質量％以下とした。一方で、 S iの添加量が 0. 5質量％未満であると、耐クリープ性が低下する。また、割れ性等の鎊造性にも悪影響を及ぼし、やはり铸造が困難になる。従って、 S iの添加量は 0. 5質量％以上とした。

C aを添加すると Mg合金の耐クリープ性が向上する。又、 C aの添加は合金の難燃性を向上させ、ある程度の高い溶湯温度でも鎳造を可能とする。しかし、添加しすぎると铸造割れ等を起こしやすくなり、健全な铸造品が得られない。 C aの添加量が 1. 5質量％を越えると、鍚造割れをおこしゃすく、健全な錶造品を得ることができない。従って、 C aの添加量は、 1. 5質量％以下とした。一方で、 C aの添加量が 0. 3質量％未満であると、十分な耐クリープ強度が得られない。従って、 C aの添加量は 0. 3質量％以上とした。

S bは、 0. 00 5〜1. 5質量％程度を添加すると耐クリープ性が増加する。又、 S bの添加は合金の難燃性を向上させる。特に C aと組み合わせることでこの効果は顕著となり、高い铸造温度によつても燃焼させずに溶解 .铸造することが可能となる。 0. 005質量％の微量添加であっても耐クリ一プ性は増加する。 S bの含有量が 0.005質量％未満ではこのような効果が生じないので、 313の添加量は0. 00 5質量％以上とした。一方で、 S bの含有量が 1. 5質量％を超えても、耐クリープ性向上の効果が認められなくなるので、 31)の添加量は1. 5 質量％以下とした。 S bの添加量をそれ以上増加させてもコストが増加するだけであり上限を 1. 5質量％とした。

S bを添加し、さらに S rを添加すると Mg合金の耐クリープ性が向上する。 S rは、 0. 005〜1. 5質量。/₀程度添加すると耐クリープ性は増加する。 S rの含有量が 0. 00 5質量％未満ではこのような効果は生じないので、 S rの添加量は 0. 00 5質量％以上とした。一方で、 S rの含有量が 1. 5質量％を超えても、耐クリープ性の向上効果は変わらないのと、コストが高くつくために上限は 1.5質量％とした。又、 S rは、 Mg— C a系特有の粒界割れ等の抑制に効果を有し、铸造割れを防止する。

Mnは耐食性を向上させる目的で添加される。 Mnの添加量が 0. 4 質量％を越えても更なる耐食性の改善は見込めず、それどころか、化合物が生成され、耐クリープ性に影響を及ぼす可能性がある。従って、 M nの添加量は、 0. 4質量％以下とした。一方で、 Mnの添加量が 0. 1質量％未満であると、耐食性の改善は見られない。従って、 Mnの添加量は、 0. 1質量％以上とした。

なお、最小量の通常存在する不可避的不純物は 0. 004質量％未満の F e (鉄）、 0. 001質量％未満の1^ 1 (ニッケル）、 0. 08質量％未満の Cu (銅）、 0. 01質量％未満の Z n (亜鉛）等である。

(実験 1)

本発明合金と比較材料について耐クリーブ性の実験を行った。 20 0°Cの温度雰囲気で、曲げ荷重を負荷したときの変位の時間変化を測定した。試験片 1は、第 1図に示されるように ASTM規格の引張試験片 (平行部の直径 6. 35 mm、標点間距離 5 Omm、長さ 210mm) を用いた。第 2 (a) 、 2 (b) 図に示されるように、試験片 1 a、 1 b、 1 cを 3本平行に並べ、その両端を支持台 2 a、 2 bにて支持した。支持台 2 aと 2 bの間の距離は 1 50 mmとした。試験片 1 a、 1 b、 1 cの中央部に 1本当たり 2 k gの加重をかけた。

試験に用いた試料の組成比は表 1に示す通りである。ここで、試料 1 は AZ 9 1 D合金、試料 2は AS 41合金、試料 3は A E 42合金、試料 4と試料 5は本発明の実施の形態による合金である。

表 1

第 3図に耐クリープ性の実験結果を示す。試料 1 (AZ 91 D合金）及び試料 2 (AS 41合金）は、耐クリープ性が悪い。試料 3 (AE 4 2合金）、試料 4 (本発明の合金一 1) 及び試料 5 (本発明の合金一 2) は、いずれも試料 1及ぴ試料 2よりも耐クリープ性に優れている。試料 4は試料 3とほぼ同程度かやや劣る程度である。試料 5は、試料 3と同程度か、それ以上の耐クリープ性を示す。

(実験 2 )

表 2に示す 2種の铸造条件で、種々の組成比の合金を用いて、第 4 ( a ) 図、 4 ( b ) 図に示す形状の試料を铸造し、割れ、クラック、微小クラックの発生の有無を調べた。実験で使用したそれぞれの試片を表 3に示す。試片 1は A Z 9 1 D合金であり、試片 2は A E 4 2合金であり、試片 3、試片 4はそれぞれ実験 1の試料 4、試料 5に相当する本発明合金である。表 2の条件 1は通常行われる条件で、条件 2は通常用いられない。第 4 ( a ) 図、 4 ( b ) 図の試片の形状は、平行部の長さが 1 0 5 mmであり、拘束端部の角部 Rは、曲率半径 0 m mのものと 2 mmのものを錶造した。

表 2

割れ、クラックについては、目視によってチェックした。微小クラックについては、カラーチェックで確認した。割れ性の評価は、同様の条件それぞれ 1 0個の試片を作成し、铸造後に割れ、クラック、微小クラックの発生した試片の数を計上し、この数値を指標として行った。観察結果を表 3に示す。

表 3 合金鎵造条件 R (mm) 割れクラック微小クラッ良ロロク

試片 1 1 0 0 0 0 1 0

2 2 0 0 1 9 η 2 1 0 1 3 4 2

2 2 7 1 1 1

1 0 0 0 2 8

2 2 0 0 0 1 0 試片 4 1 0 0 0 2 8

2 2 0 0 0 1 0 錄造条件 2では、試片 1及ぴ試片 2についてクラックまたは微小クラックが生じ、良品を得ることはできなかった。铸造条件 1では、試片 1 (AZ 91 D合金）に割れやクラックが認められなかったが、試片 2 (A E42合金）に割れやクラックが認められた。試片 3 (本発明品一 1) 及ぴ試片 4 (本発明品一 2) では割れやクラックは認められず、微小クラックも僅かであった。

また、同じ鎵造条件 1であっても、 Rが異なると、割れ及びクラックの発生状況が異なる。試片 1 (AZ 91 D合金）については、 Rが Om mのときには割れ、クラック、微少クラックともに認められないが、 R が 2 mmのときに微小クラックを生じた試片が認められた。試片 2 (A E42合金）については、 Rが Ommのときにも、 Rが 2mmのときにも割れ、クラック、微小クラックが認められた。試片 3 (本発明品 _ 1 ) は、 Rが Ommのときにわずかに微小クラックが認められたが、 Rが 2 mmのときは認められなかった。試片 4 (本発明品一 2) は、試片 3と同様、 Rが Ommのときに僅かに微小クラックが認められたが、 Rが 2 mmのときには認められなかった。このことより、本発明の合金は、 A D 91 D合金とほぼ同程度の耐割れ性を示すことが判った。産業上の利用可能性本発明による耐クリープ Mg合金は、機械部品、例えば自動車部品や二輪車部品として利用される軽量な Mg合金部材、特に、高温環境下使用で要求される耐クリープ、耐熱強度、耐食性を有し、しかも鐃造割れなどの铸造欠陥が生じない鐽造性にすぐれた Mg合金として、利用可能性が高く、特にダイカスト用 Mg合金としての利用性に秀でる。

Claims

請求の範囲

1. A 1を 1. 5〜5. 0質量⁰ /₀、 3 1を0. 5〜1. 8質量。 /₀、じ &を0. 3〜1. 5質量⁰/。、 S bを 0. 005〜1. 5質量⁰ /₀、 Mn を 0. 1〜0. 4質量％含み、残部 Mgと不可避的不純物からなることを特徴とする耐クリープ Mg合金。

2. S rを 0. 005〜1. 5質量％含むことを特徴とする請求項 1記載の耐クリープ M g合金。