JP5209162B2 - 高温特性の優れたマグネシウム基鋳造合金 - Google Patents
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Description
本発明は、高温特性の優れたマグネシウム基鋳造合金に関し、特に、塩噴霧耐食性、および150℃以上の高温における耐クリープ性、引張降伏強度、ボルト荷重維持特性の優れたマグネシウム・アルミニウム・ストロンチウム合金に関する。
マグネシウム基合金は鋳造部品として航空機産業および自動車産業で広範に用いられており、主な合金系としては下記4種類がある。
Mg−Al−Zn系(AZ91D等)
Mg−Al−Si系(AS21、AS41等)
Mg−Al−希土類(RE)系(AE41、AE42等)
マグネシウム基合金鋳造部品は、ダイカスト鋳造、砂型鋳造、永久および半永久鋳型鋳造、石膏鋳型鋳造、インベストメント鋳造等の従来の鋳造法により製造できる。
本発明は、mass%で、2〜9%のアルミニウム、0.5〜7%のストロンチウムを含み、残部がマグネシウムおよび通常マグネシウム合金に存在する不純物であるマグネシウム基鋳造合金を提供する。
AM50・・・・・・・4.17mass%Alおよび0.32mass%Mnを含有するMg合金
(供給元:Norsk-Hydro, Becancour, Quebec, Canada)
90-10 Sr-Al母合金・・90mass%Srおよび10mass%Alを含有するSr−Al母合金
(供給元:Timminco Metal, a division of Timminco Ltd.,
Haley, Ontario, Canada)
AZ91D・・・・・・8.9(8.3-9.7)mass%Al、0.7(0.35-1.0)mass%Znおよび0.18(0. 15-0.5)mass%Mnを含有するMg合金
(供給元:Norsk-Hydro)
AM50・・・・・・・4.7(4.4-5.5)mass%Alおよび0.34(0.26-0.60)Mnを含有するMg 合金
(供給元:Norsk-Hydro)
AS41・・・・・・・4.2-4.8(3.5-5.0)mass%Alおよび0.21(0.1-0.7)mass%Mnを含 有するMg合金
(供給元:Dow Chemical Company, Midland, MI)
AM60B・・・・・・5.7(5.5-6.5)mass%Alおよび0.24(0.24-0.60)mass%Mnを含有 するMg合金
(供給元:Norsk-Hydro)
AE42・・・・・・・3.95(3.4-4.6)mass%Alおよび2.2(2.0-3.0)mass%希土類元素 を含有するMg合金
(供給元:Magnesium Elektron,Inc., Flemington, NJ)
A380・・・・・・・7.9mass%Siおよび2.1mass%Znを含有するMg合金
(供給元:Roth Bros.Smelting Corp., East Syracuse, NY)
サンプルの製造
合金A1および合金A2
下記手順で2種類の合金を製造した。Dynarad MS-600電気抵抗炉内に配置した800kg坩堝内にAM50のインゴット(複数個)を装入し、装入物を溶解し、溶湯温度を670℃に安定させた後、溶湯中に90-10 Sr-Al母合金を添加した。
下記の手順で6種類の合金を製造した。Lindberg Blue-M電気抵抗炉内に配置した2kg鋼製坩堝内にAM50の250gインゴット(複数個)を装入し、装入物を溶解し、溶湯温度を675〜700℃の間に安定させた後、溶湯中に90−10 Sr−Al母合金の小片を添加した。
5種類の合金を製造した。手順は前記合金AD9〜AD14の場合と同様であった。
ダイカスト鋳造および永久鋳型鋳造により鋳造した各試験片を用いて下記の試験を行った。
ダイカスト試験片および永久鋳型試験片について、ASTM E139−83により耐クリープ性を測定した。Applied Test Systems, Inc. (ATS)Lever Arm Tester-2320クリープ試験機を用い、試験片を温度150℃に維持し、大気中に60分間曝した後、35MPaの一定応力を200時間負荷した。その後、ゲージ長さを測定し、元のゲージ長さ(1.27cm)との差を求めた。この差を1.27cmで除した値を%で表示した。
ダイカスト鋳造した試験片について、ボルト荷重維持特性を下記の手順で測定した。ダイカスト鋳造した合金の円柱から機械加工により円板状サンプル(25.4×9mm)を作製した。次いでサンプル中央部に直径8.4mmの穴をドリル加工した。外径15.75mm、内径8.55mmのワッシャを用い、トルクレンチで、サンプルにM8鋼のボルトおよびナット(1.25ピッチ)を締め付けて265lbs.in(30Nm)のトルクを負荷した。このトルクを負荷するまでに要したボルトの初期回転角を特製の器具で測定した。
150℃および室温における引張特性(引張降伏強度、極限引張強度(UTS)、伸び)をASTM E8−99およびE21−92に従って測定した。測定には、インストロン・サーボバルブ油圧式Universal試験機(モデルナンバー8502-1988)およびインストロン・エクステンショメータ(モデルナンバー2630-052)を用いた。
ダイカスト鋳造した板状試験片の耐食性をASTM B117に従って測定した。すなわち、試験片を80℃の4%NaOH溶液で洗浄し、冷水ですすいだ後、アセトンで乾燥させた。次いで、試験片を重量測定した後、SINGLETON塩噴霧試験キャビネット(モデルナンバーSCCH #22)内に、鉛直軸に対して20°傾けて立てた。この状態で試験片を5%NaOH/蒸留水の霧に200時間曝した。この試験期間中、霧槽は収集速度1cc/hrに設定し、キャビネットの諸条件を2日毎にチェックした。200時間の試験期間完了時に、試験片を取り出し、冷水で洗い、ASTM B117に従ってクロム酸溶液(硝酸銀と硝酸バリウムとを含むクロム酸)で洗浄した。次いで、サンプルを再び重量測定し、重量変化を求めた。結果をmg/cm2/日で表示した。
本発明の合金と、マグネシウム合金AZ91D、AE42、AS41、AM60Bおよびアルミニウム合金A380とについて、ダイカスト鋳造した試験片を用いて、ダイカスト鋳造した耐クリープ性、ボルト荷重維持特性、種々の引張特性を室温および150℃で試験し、また塩噴霧耐食性を試験した。結果を表2に示す。
本発明の合金と、マグネシウム合金AZ91D、AM50、AS41、AE42およびアルミニウム合金A380とについて、永久鋳型鋳造した円板試験片を用いてボルト荷重維持特性を試験した。結果を表3に示す。
本発明の合金と、マグネシウム合金AZ91DおよびAE42およびアルミニウム合金A380とについて、永外鋳型鋳造したASTM標準平坦引張試験片を用いて耐クリープ性を試験した。結果を表4に示す。
本発明の合金と、マグネシウム合金AZ91DおよびAE42およびアルミニウム合金A380とについて、永久鋳型鋳造したASTM標準平坦引張試験片を用いて、150℃で引張特性を試験した。結果を表5に示す。
Claims (10)
- mass%で、2〜9%のアルミニウム、0.5〜7%のストロンチウム、0.25〜0.60%のマンガン、および0.05%以下の亜鉛を含み、残部がマグネシウムおよび不可避不純物であり、Al−Sr−Mgを含有する長さ2〜30μm、径1〜3μmの第2相が、平均粒径10μm〜30μmのマグネシウムのマトリクス中に分散しているミクロ組織を有する高温特性の優れたマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 4〜6%のアルミニウムを含む請求項1記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 4.5〜5.5%のアルミニウムを含む請求項1記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 1〜5%のストロンチウムを含む請求項1から3までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 1〜3%のストロンチウムを含む請求項1から3までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 1.2〜2.2%のストロンチウムを含む請求項1から3までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 0.25〜0.35%のマンガンを含む請求項1から6までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 0.28〜0.35%のマンガンを含む請求項1から6までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- ダイカスト鋳造されており、150℃での平均クリープ変形が0.06%以下、150℃での平均ボルト荷重の損失が6.3°以下、150℃での平均引張降伏強度が100MPaより大きい請求項1から8までのいずれか1項記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
- 凝固速度102K/sec未満でダイカスト鋳造されており、mass%で、4.5〜5.5%のアルミニウム、1.2〜2.2%のストロンチウム、0.28〜0.35%のマンガン、および0.05%以下の亜鉛、および残部マグネシウムおよび不可避不純物から成り、前記不純物が、mass%で、Fe:0.004%以下、Cu:0.03%以下、Ni:0.001%以下である請求項1記載のマグネシウム基ダイカスト鋳造合金。
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