JP2017226892A - マグネシウム合金の塑性加工部材 - Google Patents
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Abstract
Description
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とからなり、
AlおよびCaを主成分とする金属間化合物のビッカース硬度の平均値が、350〜600である。
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とからなり、
AlおよびCaを主成分とする金属間化合物のビッカース硬度の平均値が、350〜600である。
従来技術で説明したように、マグネシウムにカルシウムやアルミニウムを混合したマグネシウム合金は、難燃性を発揮できるようになる。例えば、アルミニウムとカルシウムを添加元素に含む難燃性のマグネシウム合金であるAMX602やAZX612などは、難燃性を有する。
(2)金属間化合物の粒径。特に、粒径の小さな金属間化合物が、全体の中で少ないこと
(3)母相の粒径
実施の形態1におけるマグネシウム合金の塑性加工部材は、
全体に対して、8.0質量%〜11.0質量%のAlと、
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とからなり、
AlおよびCaを主成分とする金属間化合物(代表組成:Al2Ca)のビッカース硬度の平均値が、350〜600である。
具体的には、走査型電子顕微鏡によって撮影されたマグネシウム合金塑性加工部材1の断面組織写真において、粒径が1μm以下である金属間化合物(析出相、代表組成Mg17Al12相)の面積率が、2%以上であることが、好適である。
マグネシウム合金塑性加工部材1は、マグネシウムを主成分とする母相を含む。この母相は、塑性加工を加えた際に生じる再結晶粒を含んでおり、マグネシウム合金塑性加工部材1は、母相再結晶粒を含んでいることになる。
全体に対して、8.0質量%〜11.0質量%のAlと、
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とからなることが、その一つの前提である。これは、Al2Caを主成分とする金属間化合物(晶出相)のビッカース硬度が350〜600(平均値)となることについても同様である。
一例として、本発明のマグネシウム合金塑性加工部材1は、室温引張り試験において340MPa以上の引張強度を有する。更には、8%以上の破断伸びを有する
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZn、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCa、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMn、
残部のマグネシウム。
組成比率は、次の通りである。
全体に対して、8.0質量%〜11.0質量%のAl、
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZn、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCa、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMn、
残部のマグネシウムと不可避混合物。
金属間化合物(晶出物、代表組成:Al2Ca)のビッカース硬度が、350〜600(平均値)である。このような硬度を有することで、金属間化合物が脆すぎたり、衝撃に対してセンシティブになりすぎたりしないようになる。結果として、マグネシウム合金塑性加工部材1においては、金属間化合物(晶出物)を基点として生じうる破壊や破損が生じにくい。
走査型電子顕微鏡によって撮影されたマグネシウム合金塑性加工部材1の断面組織写真において、粒径が1μm以下である金属間化合物(析出物、代表組成:Mg17Al12相)の面積率が、断面組織全体に対して2%以上である。微細である粒径1μm以下の金属間化合物(析出物)が、母相を含んだ断面組織全体で、2%以上の面積率を有することで、母相の延性を劣化させずに強度が高まる。微細であることで、析出物の硬度が低かったとしても、析出物周辺での応力集中が起こりづらくなり、脆さや衝撃に対する弱さが低減するからである。
マグネシウム合金塑性加工部材1の母相再結晶粒の平均粒径は、5μm未満である。母相再結晶粒の平均粒径が、5μm未満と微細であることで、母相そのものの強度と延性がバランスよく高まる。
図1の製造工程で製造されたマグネシウム合金塑性加工部材1は、室温引張り試験において340MPa以上の引張強度を有する。更には、8%以上の破断伸びを有する。このような引張強度と破断伸びを有することで、加工の容易性、圧力や衝撃に対する強度、延性を発揮できる。
図3は、本発明の実施の形態2における溶体化処理を説明する模式図である。ステップST4における溶体化処理は、図1のステップST2とステップST3との間において実施される。
ステップST3にて、マグネシウム合金2には、塑性加工工程が施される。この塑性加工工程での塑性加工によって、マグネシウム合金塑性加工部材1が得られる。
図4は、本発明の実施の形態2における押し出し加工を示す模式図である。上述の通り、塑性加工については、押し出し加工、圧延加工、鍛造加工、引き抜き加工などがある。このうち、ステップST4を経て製造されたマグネシウム合金2は、押し出し加工されて押し出し材とされることがある。
以下に、それぞれの製造されたものを説明する。
比較例1のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理はなされず、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
比較例2のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
12.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が480℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
比較例3のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
6.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が420℃、
押し出し加工での処理温度が300℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
比較例4のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が420℃、
押し出し加工での処理温度が350℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
(比較例5)
比較例5のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
6.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が510℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例1のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が450℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例2のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が480℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例3のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が510℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例4のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が525℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例5のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
11.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が480℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例6のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
0.5質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が480℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例7のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
9.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.5質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が510℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例8のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
7.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が510℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例9のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
8.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が510℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
実施例10のマグネシウム合金の塑性加工部材は、
10.0質量%のAl、
0.7質量%のZn、
2.0質量%のCa、
0.2質量%のMn、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物で製造され、
溶体化処理での処理温度が495℃、
押し出し加工での処理温度が280℃、
で製造されたマグネシウム合金の塑性加工部材である。
1 溶体化処理なし(比較例1)
2 420℃で48時間の溶体化処理の後、水冷する(溶体化処理が420℃の例)
3 まず420℃で48時間の溶体化処理の後、水冷する。これに次いで、450℃〜525℃で48時間の溶体化処理の後、水冷する(溶体化処理が450℃〜525℃の例)
の、いずれかで(溶体化処理の温度によって1〜3のいずれかが行われる)溶体化処理がなされる。
装置:マイクロビッカース硬度試験機(Mitutoyo HM−200)
荷重:0.0005kgf
負荷時間:10秒
測定点:5〜10点
測定面:押出し方向に平行な断面
装置:インストロン万能試験機(INSTRON 5565Q6662)
試験片平行部寸法:直径2.5mm、長さ14mm(JIS14A準拠)
クロスヘッド速度:2mm/分(初期歪み速度:2.4×10−3S−1)
ひずみゲージ使用
ビッカース硬度:186−268(平均:236)
引張強度:373MPa
耐力:284MPa
破断伸び:11%
ビッカース硬度:397−801(平均:617)
引張強度:393MPa
耐力:277MPa
破断伸び:4%
ビッカース硬度:212−295(平均:259)
引張強度:317MPa
耐力:208MPa
破断伸び:14%
ビッカース硬度:228−310(平均:274)
引張強度:316MPa
耐力:208MPa
破断伸び:12%
(比較例5)
ビッカース硬度:344−425(平均:379)
引張強度:318MPa
耐力:210MPa
破断伸び:19%
ビッカース硬度:337−572(平均:415)
引張強度:359MPa
耐力:246MPa
破断伸び:15%
ビッカース硬度:386−583(平均:465)
引張強度:366MPa
耐力:241MPa
破断伸び:16%
ビッカース硬度:377−566(平均:483)
引張強度:367MPa
耐力:265MPa
破断伸び:17%
ビッカース硬度:397−658(平均:516)
引張強度:344MPa
耐力:236MPa
破断伸び:19%
ビッカース硬度:361−688(平均:565)
引張強度:386MPa
耐力:277MPa
破断伸び:8%
ビッカース硬度:360−577(平均:470)
引張強度:384MPa
耐力:240MPa
破断伸び:14%
ビッカース硬度:395−682(平均:475)
引張強度:358MPa
耐力:241MPa
破断伸び:15%
ビッカース硬度:513−612(平均:573)
引張強度:317MPa
耐力:202MPa
破断伸び:17%
ビッカース硬度:395−602(平均:513)
引張強度:342MPa
耐力:221MPa
破断伸び:18%
ビッカース硬度:436−516(平均:486)
引張強度:379MPa
耐力:265MPa
破断伸び:14%
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物であることが適切であると確認された。
また、実施例と比較例との比較において、強度および延性を両立させるマグネシウム合金の組成加工部材が実現される態様を、SEM写真からも確認した。
11 内部空間
21 マグネシウム合金
Claims (15)
- 全体に対して、8.0質量%〜11.0質量%のAlと、
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とからなり、
Al及びCaを主成分とする金属間化合物のビッカース硬度の平均値が、350〜600である、マグネシウム合金の塑性加工部材。 - Mg及びAlを主成分とする金属間化合物(代表組成:Mg17Al12相)がマグネシウム母相内に析出している、請求項1記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 走査型電子顕微鏡によって撮影された前記マグネシウム合金の塑性加工部材の断面組織写真において、粒径が1μm以下である前記金属間化合物の面積率が、2%以上である、請求項1または2記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 前記マグネシウム合金の塑性加工部材のマグネシウム母相再結晶粒の平均粒径が5μm未満である、請求項1から3のいずれか記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 室温引張り試験において340MPa以上の引張強度および8%以上の破断伸びを有する、請求項1から4のいずれか記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 塑性加工前の前記マグネシウム合金が所定温度の加熱による溶体化処理を受けた、請求項1から5のいずれか記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 前記所定温度は、450℃〜525℃である、請求項6記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 所定の塑性加工を経て製造された前記マグネシウム合金の塑性加工部材であって、
前記塑性加工が、押し出し加工、圧延加工、鍛造加工および引き抜き加工のいずれかである、請求項1から5のいずれか記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。 - 前記押し出し加工前の前記マグネシウム合金および押し出し加工用金型が、250℃〜300℃に加熱されてから、前記押し出し加工が行われる、請求項8記載のマグネシウム合金の塑性加工部材。
- 請求項1から9のいずれか記載のマグネシウム合金の塑性加工部材を用いて、所定用途に使用される構造部材。
- 前記所定用途は、電子機器、精密機器、工作機械および輸送機器のいずれかである、請求項10記載の構造部材。
- 全体に対して、8.0質量%〜11.0質量%のAlと、
全体に対して、0.0質量%〜3.0質量%のZnと、
全体に対して、0.5質量%〜2.5質量%のCaと、
全体に対して、0.0質量%〜0.6質量%のMnと、
残部のマグネシウムおよび不可避混合物とが溶融される溶融工程と、
前記溶融されて得られる溶融合金を冷却固化してマグネシウム合金を得る冷却工程と、
前記マグネシウム合金に所定の塑性加工を行う塑性加工工程と、を備え、
Al及びCaを主成分とする金属間化合物(代表組成:Al2Ca)のビッカース硬度が、350〜600である、マグネシウム合金の塑性加工部材の製造方法。 - 走査型電子顕微鏡によって撮影された前記マグネシウム合金の塑性加工部材の断面組織写真において、粒径が1μm以下である前記金属間化合物(代表組成:Mg17Al12相)の面積率が2%以上である、請求項12記載のマグネシウム合金の塑性加工部材の製造方法。
- 前記塑性加工は、押し出し加工であり、
前記押し出し加工前の前記マグネシウム合金が、450℃〜525℃の加熱による溶体化工程を更に備える、請求項12または13記載のマグネシウム合金の塑性加工部材の製造方法。 - 前記押し出し加工前において、前記マグネシウム合金および押し出し加工用金型が、250℃〜300℃に加熱される事前加熱工程を、更に備える、請求項14記載のマグネシウム合金の塑性加工部材の製造方法。
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