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Info
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
シウム合金においては、アルミニウムはマグネシウムに
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
Claims (2)
- 【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。 - 【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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