JP2741642B2 - 高強度マグネシウム合金 - Google Patents

高強度マグネシウム合金

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耕平 久保田
ナイテ ギュンター
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は室温及び高温強度に優れ
たマグネシウム合金に関し、より詳しくは自動車エンジ
ン部品などの軽量化において要請されている473K程
度までの高温でも十分な強度を有するマグネシウム合金
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年地球環境保全の意識の高まりから、
自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材料の
開発が強く求められようになってきた。
【0003】マグネシウム合金は現在実用化されている
金属材料の中で最も低密度であり、今後の自動車用軽量
材料として強く期待されている。現在最も一般的に用い
られているマグネシウム合金はMg−Al−Zn−Mn
系合金(例えば、AZ91合金=Mg−9Al−1Zn
−0.5Mn)であり、この合金の鋳造技術等の周辺技
術は完成段階にあり、自動車軽量化にあたって先ずこの
合金が検討されている。また、耐熱用マグネシウム合金
としてマグネシウムに希土類元素(RE)を添加した合
金、例えばMg−RE−Zr系合金が開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Mg−Al−Zn−Mn系合金は393K以上で強度が
低下し、自動車エンジン部品の中でも耐熱性が要求され
る用途には適さない。また、上記の耐熱性Mg−RE−
Zr系合金においてはREは重元素であるため溶湯中で
REが下部に偏る傾向があり、また必須成分として用い
ているZrの添加が不安定であり、コスト高になる。
【0005】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、耐熱
性と室温強度の両方が要求される自動車エンジン部品用
材料に適した新規な高強度マグネシウム合金を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために種々検討を重ねた結果、マグネシウム
に適量のアルミニウムと適量のカルシウムとを所定の比
率で添加することにより室温及び高温での強度が向上す
ることを見出した。
【0007】上記AZ合金等にカルシウムを添加するこ
とにより室温及び高温での強度が向上することは既に知
られている。しかしながら、これらの場合のカルシウム
添加量は一般に0.15重量%以下であり、AZ合金の
強度を補完するする程度に用いられているに過ぎない。
これに対し、カルシウム添加量を1.4〜10重量%と
し、且つアルミニウム添加量の0.7倍以上とすること
により室温及び高温での強度が著しく向上することを見
出し、本発明に到達した。
【0008】
【0009】即ち、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金はアルミニウム2〜10重量%及びカ
ルシウム1.6〜10重量%を含有し、Ca/Alの比
が0.7以上であり、更にそれぞれ1.6〜2重量%の
ケイ素、及び(又は)4重量%以下の希土類元素(例え
ば、イットリウム、ネオジム、ランタン、セリウム、ミ
ッシュメタル)と2重量%以下のジルコニウムとの組合
わせを含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物か
らなることを特徴とする。
【0010】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、アルミニウムはマグネシウム
固溶し、時効硬化性を示し、合金の機械的性質を向上さ
せる。アルミニウムの添加効果はその添加量の増加に伴
って増加するが、2重量%未満では不十分であり、また
10重量%で飽和に達する。更にアルミニウムの添加量
が増加するに従って合金の伸びが低下する。従って、本
発明の室温及び高温強度に優れたマグネシウム合金にお
いてはアルミニウム添加量を2〜10重量%、好ましく
は3〜9重量%とする。
【0011】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、カルシウムは高温強度の向上に
有効な元素である。しかしカルシウムの添加量が1.4
重量%未満の場合及びCa/Alの比が0.7未満の場
合にはその合金の高温強度が不十分である。またカルシ
ウム添加量の増加に伴って高温強度は向上するが、コス
ト高になる。コスト面を考慮するとカルシウムを10重
量%を越えて添加してもメリットがない。Ca/Alの
比を0.7以上にするとマグネシウム合金中に晶出する
析出物の組織形態が変化し、Mg−Ca化合物が晶出し
て優れた高温強度特性を示すようになる。従って、本発
明の室温及び高温強度に優れたマグネシウム合金におい
てはカルシウム添加量を1.4〜10重量%、好ましく
は2〜8重量%とし、Ca/Alの比を0.7以上、好
ましくは0.75以上とする。
【0012】Mg−Al合金に一般に2重量%以下の量
で添加されている亜鉛は本発明のマグネシウム合金にお
いても有効であり、強度を向上させる効果を有する。し
かし亜鉛の添加量が2重量%を越えるとMg−Al化合
物の晶出が生じるので好ましくない。
【0013】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、ケイ素とカルシウムとの組合わ
せは極めて有効であり、高温強度を向上させる効果を有
する。しかしケイ素の添加量が2重量%を越えると初晶
Mg2 Siが粗大となり、機械的強度が低下するので好
ましくない。
【0014】希土類元素(例えば、イットリウム、ネオ
ジム、ランタン、セリウム、ミッシュメタル)はマグネ
シウム合金の高温強度を向上させることは公知であり、
最近は、特にネオジム及びイットリウムが耐熱用マグネ
シウム合金に使われている。この効果はカルシウムとの
併用により更に向上することが判明した。この併用によ
る効果の向上は希土類元素添加量4重量%で飽和する。
コスト面を考慮すると希土類元素を4重量%を越えて添
加してもメリットがない。
【0015】実施例1,2及び比較例1〜3 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表1に示す組成の合金
となるように原材料をを装入し、溶解させた。坩堝とし
てSUS304材を使用し、フラックス等は使用しなか
った。その溶湯を25mm×50mm×300mmの金型中に
鋳込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試
験用鋳物からJIS4号試験片を作成した。なお、熱処
理はいずれも500K、10時間である。これらの試験
片を用いて以下の試験を実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度298K及び473K、引張
強度の測定単位=MPa、破断時伸び=%で測定。 測定結果は表1に示す通りであった(表中の%は破断時
伸びである)。
【0016】
【表1】 合 金 組 成 298K 473K 例番号 Al Ca Mg その他 引張強度 引張強度 実施例 3.0 3.0 残 Si:1.8 260 4 190 8 比較例1 3.0 1.0 残 240 4 110 8 比較例2 6.0 3.0 残 260 3 120 7 比較例3 9.0 5.0 残 280 3 130 7
【0017】
【発明の効果】本発明のマグネシウム合金は、従来実用
されている汎用のMg−Al−Zn−Mn系合金よりも
室温及び高温強度に優れており、軽量且つ耐熱性が要求
される自動車エンジン部品に適した汎用の耐熱性軽量マ
グネシウム合金である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 隆二 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 久保田 耕平 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱 業株式会社総合研究所内 (72)発明者 ギュンター ナイテ ドイツ連邦共和国 D−6350 バッド ナウハイム マイヌスストラッセ 9 (72)発明者 エバハード イー シュミット ドイツ連邦共和国 D−8755 アルゼナ ウ アイ ウンターフランクフルト イ グラウワー ストラッセ 2E (56)参考文献 特開 平3−90530(JP,A) 特開 平3−97824(JP,A) 特開 平3−47941(JP,A) 特開 昭50−115606(JP,A) 特開 昭61−3863(JP,A) 特公 昭45−2813(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム2〜10重量%及びカルシ
    ウム1.4〜10重量%を含有し、Ca/Alの比が
    0.7以上であり、更に1.6〜2重量%のケイ素を含
    有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からなるこ
    とを特徴とする室温及び高温強度に優れた鋳造用マグネ
    シウム合金。
  2. 【請求項2】 アルミニウム2〜10重量%及びカルシ
    ウム1.4〜10重量%を含有し、Ca/Alの比が
    0.7以上であり、更に4重量%以下の希土類元素と2
    重量%以下のジルコニウムとの組合わせを含有し、残部
    がマグネシウムと不可避の不純物からなることを特徴と
    する室温及び高温強度に優れた鋳造用マグネシウム合
    金。
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