JP2014001428A - 耐熱マグネシウム合金 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度に優れたＡｌ−Ｍｎ系マグネシウム合金において、さらに耐熱性能に優れた合金を提供する。
【解決手段】Ａｌを３．０質量％以上７．０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃａを１．５質量％以上、Ｓｉを０．４質量％以上含有し、Ｃａ／Ｓｉ≧２．０（質量比）であるマグネシウム合金を調製する。
【選択図】図１

Description

この発明は、耐熱性能に優れたマグネシウム合金に関する。

マグネシウムにアルミニウムなどの元素を添加したマグネシウム合金は、軽量で加工しやすく、様々な分野で利用されている。例えば、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎを添加したＡＺ系合金は耐力、引張強さなどが優れ、機械的強度を求める用途で有用である。また、これにさらに耐熱性を高めた合金として、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉを添加したＡＳ系合金も知られている。

しかし、ＡＳ系合金では耐熱性に限界があり、これをさらに改善する方法として、Ｃａを添加して高温特性を改善させたマグネシウム合金が知られている。

例えば、特許文献１には、Ａｌを２〜１０ｗｔ％、Ｃａを１．４〜１０ｗｔ％添加し、かつ、Ｃａ／Ａｌ≧０．７のマグネシウム合金が記載されている。Ｃａ／Ａｌの比を０．７以上に調製することでＭｇ−Ｃａ化合物を晶出させやすくし、高温時における強度を向上させている。

また、特許文献２には、Ａｌを２〜６ｗｔ％、Ｃａを０．５〜４ｗｔ％添加し、かつ、Ｃａ／Ａｌ≦であるマグネシウム合金が記載されている。これは、特許文献１のようにＣａが多すぎると、金型への焼き付きが発生しやすくなり、伸びも低下するため、Ｍｇ−Ｃａ化合物の量を適度な範囲に抑制したものである。

特開平０６−２５７９０号公報 特開平０９−２７２９４５号公報

しかしながら、これら特許文献１及び２のマグネシウム合金でも耐クリープ性が十分ではない用途があり、さらに高温時における機械的強度に優れたマグネシウム合金が求められている。そこでこの発明は、機械的強度に優れたＡｌ−Ｍｎ系マグネシウム合金において、さらに耐熱性能に優れた合金を得ることを目的とする。

Ａｌを３．０質量％以上７．０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃａを１．５質量％以上、Ｓｉを０．４質量％以上含有し、Ｃａ／Ｓｉ≧２．０（質量比）であるマグネシウム合金により、上記の課題を解決したのである。

Ｓｉを０．５質量％以上、Ｃａを２．０質量％以上とすると、さらにクリープ特性が向上したマグネシウム合金が得られやすくなる。また、Ｃａ／Ｓｉの質量比は２．５以上であるとより好ましく、３．０以上であるとさらに耐クリープ性が向上させやすくなる。

このマグネシウム合金は、１７０℃以上の環境であっても耐クリープ性が高く、クリープ歪みを０．２０％以下に抑え、高温でも優れた機械的強度を有する材料として用いることができる。

実施例におけるＣａ／Ｓｉ比に対するクリープ歪の結果をプロットしたグラフ

以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、少なくともＡｌ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｓｉを含有し、耐クリープ性に優れたマグネシウム合金である。

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ａｌを３．０質量％以上含有することが必要であり、５．５質量％以上であると好ましい。Ａｌが少なすぎるとマグネシウム合金の融点の低下が小さく、合金を調製する際や、合金を鋳造に用いる際に、高温を必要とすることになるので、作業性が低下するだけでなく、合金が焼き付きなどを起こしやすくなってしまう。３．０質量％以上であればある程度の作業性は確保でき、５．５質量％以上であると、後述するＳｉとの複合により、十分な作業性を確保できる。一方で、Ａｌが多すぎるとβ相が析出し、耐クリープ性が低下しやすくなる傾向にあり、７．０質量％以下であることが必要であり、６．５質量％以下であればこの問題をほぼ無視できる。

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｍｎを０．１質量％以上含有することが必要であり、０．３質量％以上含有していると好ましい。Ｍｎは溶湯中の不純物であるＦｅを除去し耐腐食性の低下を抑える効果があり、少なすぎるとＦｅ由来の腐食しやすさが無視できなくなるからである。一方でＭｎの含有量は０．６質量％以下であることが必要である。多すぎると、マンガンが単体で多く析出することで脆くなり、強度が低下するためである。

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｃａを１．５質量％以上含有することが必要であり、２．０質量％以上含有していると好ましい。Ｃａを含有することで耐熱性が向上するが、１．５質量％未満ではその効果が不十分になるからである。２．０質量％以上であるとこの耐熱性はより確実なものとなる。一方で、Ｃａが過剰に存在すると鋳造時に割れや焼きつきが発生しやすくなるため、６．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であるとより好ましい。

この発明にかかるマグネシウム合金は、Ｓｉを０．４質量％以上含有することが必要であり、０．５質量％以上含有していると好ましい。Ｓｉは上記のＡｌとともに融点を低下させる効果があり、少なすぎると作業性が低下し、鋳造に用いることが難しくなってしまう。一方で、Ｓｉ添加量が２．０質量％以上になると、粗大なＭｇ−Ｓｉ化合物が生成することで脆くなり、強度が低下するため、２．０質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であるとより好ましい。

この発明にかかるマグネシウム合金は、含有するＣａとＳｉの質量比が、２．０以上であることが必要であり、２．５以上であると好ましく、３．０以上であるとより好ましい。Ｃａ／Ｓｉの比が大きいほど耐クリープ性が向上する。この比は、上記のＣａとＳｉの含有範囲では特に上限はなく、高いほど好ましい。

この発明にかかるマグネシウム合金は、上記の元素の他に、不可避不純物を含有してもよい。この不可避不純物とは、製造上の問題、あるいは原料上の問題のために、意図に反して含有することが避けられないものである。この発明にかかるマグネシウム合金の特性を阻害しない範囲の含有量であることが必要であり、一元素あたり０．２質量％未満であることが好ましく、少ないほど好ましい。

ただし、その他の元素の中でも、上記のＣａとＭｇ以外の第２族元素、すなわち、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａの含有量が出来るだけ少ないことが好ましい。具体的には、これらを合計しても０．０５質量％未満であることが好ましく、個々の元素はいずれも検出限界未満であることが望ましい。これらの第２族元素は高価であり、コストアップ要因となるためである。特にＢａはＡｌと反応してＡｌ―Ｂａ化合物を形成するが、その共晶温度は５２８℃とＡｌ−Ｃａ化合物の共晶温度５４５℃よりも低く、より低温で分解して耐クリープ性を低下させてしまう。さらに、他の第２族元素も期待外の化合物を生じて性質を悪化させるおそれがある。

この発明にかかるマグネシウム合金は、上記の質量％の範囲となるように上記の元素を含む原料を用いて、一般的な方法で調製可能である。なお、上記の質量比及び質量％は、原料における比及び％ではなく、調製された合金や、それを鋳造などによって製造した製品における比及び％である。

この発明にかかるマグネシウム合金は、融点が適度に抑制されていて焼き付きなどが起こりにくいため、鋳造に用いやすい。また、展伸材の用途でも利用可能である。いずれも、この発明にかかるマグネシウム合金を用いて製造した製品は、高温状況下での耐クリープ性がよいものとなる。

この発明にかかるマグネシウム合金を実際に調製した例を示す。Ｍｇ以外の元素の含有成分が下記の表１のそれぞれに記載の質量％となるようにマグネシウム合金を調製し、それぞれの合金についてＪＩＳ Ｚ ２２７１で定めるクリープ試験方法に基づいて試験を行った。クリープ試験機には（株）米倉製作所製：ＣＲ−２０ＫＮを用い、試験温度は１７５℃、与えた応力は５０ＭＰａで、１００時間経過後のクリープ歪（％）を測定した。その結果を併せて表１に示す。クリープ歪≦０．１５％を◎、０．１５％＜クリープ歪≦０．２０％を○、０．２０％＜クリープ歪を×と評価した。

なお、比較例１〜４はＣａが１．５質量％未満であり、比較例２〜５はＣａ／Ｓｉの質量比が２．０未満である。これらの実施例及び比較例のデータを、Ｃａ／Ｓｉを横軸に、クリープ歪（％）を縦軸にプロットしたグラフを図１に示す。

Claims (3)

1. Ａｌを３．０質量％以上７．０質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｃａを１．５質量％以上、Ｓｉを０．４質量％以上含有し、残余がＭｇと不可避不純物であり、Ｃａ／Ｓｉの質量比が２．０以上であるマグネシウム合金。
2. Ｃａが２．０質量％以上、Ｓｉが０．５質量％以上である請求項１に記載のマグネシウム合金。
3. Ｃａ／Ｓｉの質量比が２．５以上である、請求項１又は２に記載のマグネシウム合金。

Images