JP2009119511A - Al添加マグネシウム合金押出管材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外観、強度共に良好なAl添加マグネシウム合金押出管材の製造方法の提供。
【解決手段】 アルミニウム含有量が7〜10重量%のマグネシウム合金ビレットを350〜430℃で均質化処理した後、ビレット温度380〜440℃、押出し速度1m/min以下で押出加工することを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 アルミニウム含有量が7〜10重量%のマグネシウム合金ビレットを350〜430℃で均質化処理した後、ビレット温度380〜440℃、押出し速度1m/min以下で押出加工することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、Al添加マグネシウム合金押出管材の製造方法に関する。
アルミニウムが7重量%以上添加されたマグネシウム合金は、マグネシウム合金の中でも高強度を有する。しかし、Al添加マグネシウム合金の押出加工においては、アルミニウムの添加量が多くなるに従い、変形抵抗が高くなり所要押出力が増大する、形材表面にクラックが発生しやすくなる、中空形材をポートホールダイスに代表されるホローダイス(メタルを複数に分断してダイス内に流れ込ませ、ダイス内のチャンバー室で再び溶着させる構造のダイス。図5参照。)を使用して押出加工する場合に、継ぎ目部の接合強度が著しく低下するといった問題があり、生産性や歩留まりが低下し、高コストになってしまう。
これまで、アルミニウムが7重量%以上添加されたマグネシウム合金の押出管材の製造は不可能とされており、JISH4202『マグネシウム合金継目無管』にもアルミニウムを7重量%以上添加したマグネシウム合金は制定されていない。アルミニウムが7重量%以上添加されたマグネシウム合金の押出管材が製造できない理由としては、継ぎ目接合強度を向上するためには、ビレット温度を高温化しなければならないが、実際に接合強度を満たすビレット温度にて押出しを実施すると、管材表面にクラックが多発してしまい、外観、接合強度共に良好な製品が得られないこと、管材は素材であるビレット(円柱形状)から最終形状までの変形量が大きいため、ビレット温度を高くして変形抵抗を下げなければ押出しできないが、ビレット温度を高くすると上述の通り欠陥が生ずるため、ビレット温度を高温化できないことが挙げられる。
本発明は以上に述べた実情に鑑み、外観、強度共に良好なAl添加マグネシウム合金押出管材の製造方法の提供を目的とする。
上記の課題を達成するために請求項1記載の発明によるAl添加マグネシウム合金押出管材の製造方法は、アルミニウム含有量が7〜10重量%のマグネシウム合金ビレットを350〜430℃で均質化処理した後、ビレット温度380〜440℃、押出し速度1m/min以下で押出加工することを特徴とする。
請求項1記載の発明によるAl添加マグネシウム合金押出管材の製造方法は、アルミニウム含有量が7〜10重量%のマグネシウム合金ビレットを350〜430℃で均質化処理することで、ビレットの組織が均質化して押出し性が向上し、この均質化処理をしたビレットを、ビレット温度380〜440℃、押出し速度1m/min以下で押出加工することで、外観、強度共に良好なAl添加マグネシウム合金押出管材を製造できる。
図2は、均質化処理を実施したビレット(実施例1〜4、比較例1〜5)と、均質化処理をしない鋳造ままのビレット(比較例6〜9)とを、押出条件のうちのビレット温度と押出速度を変化させて管材に押出加工したときの評価の結果を示している。評価は、押出の可否、クラックの有無、継ぎ目接合評価のための拡管試験、ミクロ組織観察、引張り試験による機械的性質、及びこれらの総合評価により行った。
ビレットは、Al,Zn,Mnをそれぞれ図2中に記載した割合で含有し、残りがマグネシウム及び不純物であるMg−Al−Zn系マグネシウム合金のビレットを使用した。
ビレットの均質化処理(熱処理)は、処理温度400℃で10時間処理した。なお、「処理温度」は、ビレットの温度である。
押出加工は、図4に示す押出装置1により行った。この押出装置1は、コンテナ2と呼ばれる加熱された耐熱容器にビレット3を挿入して、ステム4によってダミーブロック5を介してビレット3を押し込み、所定の形状孔を有するダイス6を介して押出加工するものである。ダイス6は、ホローダイスの一種であるポートホールダイスを使用した。このダイス6は、図5に示すように、ダイマンドレル(上型)6aとダイキャップ(下型)6bとを組み合わせて構成され、ダイマンドレル6aのポート7にメタルが分断して流れ込み、ダイス内のチャンバー室8で再び溶着して管材となって押し出される。
押出条件のうちコンテナ温度とダイス温度は、図2に示す固定条件とした。押出した管材の形状は、外径90mm、肉厚15mmの丸パイプ形状である。
ビレットは、Al,Zn,Mnをそれぞれ図2中に記載した割合で含有し、残りがマグネシウム及び不純物であるMg−Al−Zn系マグネシウム合金のビレットを使用した。
ビレットの均質化処理(熱処理)は、処理温度400℃で10時間処理した。なお、「処理温度」は、ビレットの温度である。
押出加工は、図4に示す押出装置1により行った。この押出装置1は、コンテナ2と呼ばれる加熱された耐熱容器にビレット3を挿入して、ステム4によってダミーブロック5を介してビレット3を押し込み、所定の形状孔を有するダイス6を介して押出加工するものである。ダイス6は、ホローダイスの一種であるポートホールダイスを使用した。このダイス6は、図5に示すように、ダイマンドレル(上型)6aとダイキャップ(下型)6bとを組み合わせて構成され、ダイマンドレル6aのポート7にメタルが分断して流れ込み、ダイス内のチャンバー室8で再び溶着して管材となって押し出される。
押出条件のうちコンテナ温度とダイス温度は、図2に示す固定条件とした。押出した管材の形状は、外径90mm、肉厚15mmの丸パイプ形状である。
図2に示すとおり、均質化処理をしない鋳造ままのビレットで製造した比較例6〜9のうち、ビレット温度を380℃とした比較例9では、深いクラックが多発し、押出中に形材が破断してしまい、押出し不可であった(サンプル材を得ることもできなかった。)。また、ビレット温度を320℃とした比較例6では、今度はビレットの変形抵抗が大きく、押出し不可であった。ビレット温度を340℃,360℃とした比較例7,8では、押出しは可能となったが、形材表面にクラックが発生し、且つ継ぎ目接合評価の拡管試験の評価も不良であり、図1(b)に示すように、接合部ミクロ組織中に大きな空隙が観察され、総合評価はNGであった。この結果は、ビレット温度低温化で低減できるクラック発生と、ビレット温度を高温化しなければならない継ぎ目接合不良が同時に発生した状態であり、いかなるビレット温度、押出速度を選択しても、品質良好となる押出し条件は存在しないことを意味し、鋳造ままのビレットを用いる従来方法では、アルミニウム含有量が7重量%以上のマグネシウム合金押出管材の製造は不可能であることがわかる。
均質化処理を実施したビレット用いた実施例1〜4及び比較例1〜5のうち、ビレット温度を460℃とした比較例3,4ではクラックが発生し、ビレット温度を360℃以下とした比較例1,2では接合不良が発生した。
ビレット温度を380℃〜440℃とした実施例1〜4では、クラック、接合不良共に発生せず、良好な製品が得られた。また、図1(a)に示すように、ミクロ組織中に空隙は全く存在せず、接合強度も明らかに改善された。引張り強さは、300MPa以上の高強度であることが確認された。
押出速度については、ビレット温度380℃〜440℃の範囲内ならば、遅ければ遅いほど、クラック、継ぎ目接合不良が発生し難く、良好な製品が得やすい。しかし、押出速度は時間当り生産性に関わる大きなコストアップ要因のため、歩留りと生産性のバランスにより適宜に設定する必要がある。今回の例では、押出速度1m/min以下であれば、歩留りを高いレベルに保ちつつ良好な製品を得ることができ、押出速度1.5m/min(比較例5)では形材表面の一部にクラックが発生し、歩留りは低下した。
ビレット温度を380℃〜440℃とした実施例1〜4では、クラック、接合不良共に発生せず、良好な製品が得られた。また、図1(a)に示すように、ミクロ組織中に空隙は全く存在せず、接合強度も明らかに改善された。引張り強さは、300MPa以上の高強度であることが確認された。
押出速度については、ビレット温度380℃〜440℃の範囲内ならば、遅ければ遅いほど、クラック、継ぎ目接合不良が発生し難く、良好な製品が得やすい。しかし、押出速度は時間当り生産性に関わる大きなコストアップ要因のため、歩留りと生産性のバランスにより適宜に設定する必要がある。今回の例では、押出速度1m/min以下であれば、歩留りを高いレベルに保ちつつ良好な製品を得ることができ、押出速度1.5m/min(比較例5)では形材表面の一部にクラックが発生し、歩留りは低下した。
ビレットのアルミニウム含有量を7〜10重量%としているのは、7重量%以上であれば引張り強さ300MPa以上の高強度のマグネシウム合金押出管材が製造でき、10重量%を超えると押出し不可となるためである。
ビレットの均質化処理は、鋳造時に粗大に発生したMg−Al―Zn系化合物を母相中に拡散させることが目的であり、高温かつ長時間処理であるほど拡散効果は高い。しかし、440℃以上の処理温度は、ビレットに局部融解を生じ、押出し欠陥の要因となり得るため、均質化処理温度は、430℃を上限に選定する必要がある。
図3は、均質化処理温度,及び処理時間を種々異なる値に設定して均質化処理を施したビレットのミクロ組織観察写真である。
図3は、均質化処理温度,及び処理時間を種々異なる値に設定して均質化処理を施したビレットのミクロ組織観察写真である。
図3より、処理温度300℃ではMg−Al―Zn系化合物の拡散は確認できず、鋳造組織とほぼ同等であった。処理温度350℃よりMg−Al―Zn系化合物の拡散が観察され、処理1時間では約70%,処理10時間では約90%のMg−Al―Zn系化合物の拡散が確認される。処理温度400℃,及び430℃では、処理1時間で既にほとんどのMg−Al―Zn系化合物が母相内に拡散した。
これら8つのビレットを押出しした結果を、図3に合わせて示した。押出し条件は、コンテナ温度410℃,ダイス温度400℃,ビレット温度400℃,押出し速度1m/minの固定条件とし、押出した管材の形状は、外径90mm,肉厚15mmの丸パイプ形状である。評価は、押出の可否、クラックの有無、継ぎ目接合評価である。
これら8つのビレットを押出しした結果を、図3に合わせて示した。押出し条件は、コンテナ温度410℃,ダイス温度400℃,ビレット温度400℃,押出し速度1m/minの固定条件とし、押出した管材の形状は、外径90mm,肉厚15mmの丸パイプ形状である。評価は、押出の可否、クラックの有無、継ぎ目接合評価である。
図3より、処理温度300℃では形材表面に深いクラックが多発し、押出中に形材が破断してしまい、押出し不可であった。処理温度350℃×処理1時間では、継ぎ目接合不良によりNGであった。しかし、「処理温度350℃×処理10時間」、及び「処理温度400℃以上×処理1時間以上」では、押出し可能であり、クラック、接合不良共に発生せず、良好な製品が得られた。この結果より、均質化処理の効果は、処理温度範囲350℃以上〜430℃以下,処理時間1時間以上で得られることがわかる。
以上の結果より、ビレットに処理温度350℃以上430℃以下、処理時間1〜10時間以上で均質化処理を行い、ビレット温度380℃以上440℃以下、押出速度1m/min以下の押出条件で押出加工を行うことで、アルミニウムを7重量%以上含有する高強度且つ外観良好なマグネシウム合金押出管材を製造できる。
本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。押出し法は、直接押出し法に限らず、図6に示すように、ダイス6をステム4でコンテナ2内に押し込んで管材を後方に押出す間接押出し法でもよいし、ホローダイスを使用するのではなく、図7に示すように、マンドレル9でビレット3を打ち抜いて管材を押出すマンドレル方式により行うこともでき、押出し法を自由に選択して、高いレベルの要求品質、コストを満足することが可能となり、幅広い分野への高強度マグネシウム合金押出管材の提供が可能である。マグネシウム合金の組成は、アルミニウムの含有量が7〜10重量%であること以外は任意であり、亜鉛は必ずしも添加されていなくてもよい。
1 押出装置
2 コンテナ
3 ビレット
4 ステム
5 ダミーブロック
6 ダイス
2 コンテナ
3 ビレット
4 ステム
5 ダミーブロック
6 ダイス
Claims (1)
- アルミニウム含有量が7〜10重量%のマグネシウム合金ビレットを350〜430℃で均質化処理した後、ビレット温度380〜440℃、押出し速度1m/min以下で押出加工することを特徴とするAl添加マグネシウム合金押出管材の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007298391A JP2009119511A (ja) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | Al添加マグネシウム合金押出管材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2009119511A true JP2009119511A (ja) | 2009-06-04 |
Family
ID=40812261
Family Applications (1)
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JP2007298391A Pending JP2009119511A (ja) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | Al添加マグネシウム合金押出管材の製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009119511A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101905251A (zh) * | 2010-07-07 | 2010-12-08 | 中南大学 | 一种高强大直径镁合金棒材的挤压变形工艺 |
CN111822534A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-10-27 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种SiC颗粒增强AZ91D镁基复合材料管材的挤压方法 |
CN112692090A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-04-23 | 重庆理工大学 | 一种轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法 |
JP2022161560A (ja) * | 2021-04-09 | 2022-10-21 | 三菱重工業株式会社 | 航空機部材の製造方法 |
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2007
- 2007-11-16 JP JP2007298391A patent/JP2009119511A/ja active Pending
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