(57)【要約】      （修正有）【課題】加工性に優れ、圧延が容易な高加工性マグネシウム合金を提供する。【解決手段】Ｚｎは、塑性加工中の集合組織化を緩和し、加工応力を低下させる効果があり、該Ｚｎの含有量は、０．０５≦Ｚｎ≦０．６ｍａｓｓ％とし、Ｚｒは、凝固組織を微細化させる効果があり、該Ｚｒの含有量は、０．６０≦Ｚｒ≦１．２０ｍａｓｓ％とし、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなる高加工性マグネシウム合金で、前記Ｚｎ含有量は、０．２０≦Ｚｎ≦０．５ｍａｓｓ％が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０５≦Ｚｎ≦０．６ｍａｓｓ％、及び
０．６０≦Ｚｒ≦１．２０ｍａｓｓ％
を含み、
残部がＭｇ及び不可避的不純物からなる高加工性マグネシウム合金。
【請求項２】
前記Ｚｎ含有量は、
０．２０≦Ｚｎ≦０．５ｍａｓｓ％
である請求項１に記載の高加工性マグネシウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高加工性マグネシウム合金に関し、さらに詳しくは、航空機、自動車、家電品、電動工具等に用いられる高加工性マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は、工業用金属材料の中でも最も軽量であるため、航空機や自動車用の構造材料、ノートパソコン、ＭＤプレーヤー、携帯電話等の情報機器の筐体用材料として注目されている。マグネシウム合金は、一般に、ダイカスト、砂型／金型鋳造、押出し、圧延等の方法を用いて種々の形状に加工されている。また、マグネシウム合金には、目的の材料特性を得るために、各種の合金成分（例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、希土類元素など）が添加される。
マグネシウム合金（ＡＳＴＭ規格）としては、具体的には、
（１）Ａｌ及びＺｎを主要添加元素として含み、相対的に強度は低いが、加工性に富むＡＺ系合金（例えば、ＡＺ２１Ｘ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃ、ＡＺ６１Ａ、ＡＺ８０Ａなど）、
（２）Ｚｒ及びＺｎを主要添加元素として含み、ＡＺ系に比べて加工性に劣るが、高強度が得られるＺＫ系合金（例えば、ＺＫ２１Ａ、ＺＫ４０Ａ、ＺＫ６０Ａなど）、
（３）Ｚｎ及びＭｎを主要添加元素として含み、加工性に富むＭ１Ａ、
（４）Ｚｎ及びＣｕを主要添加元素として含むＺＣ７１、
（５）Ａｌ及びＭｎを主要添加元素として含み、主としてダイカストに用いられるＡＭ系合金（例えば、ＡＭ５０、ＡＭ６０など）、
などがある。
【０００３】
マグネシウム合金は、軽量であることに加えて、（１）比強度、比剛性が鋼やアルミニウムより優れている、（２）振動吸収性が良い、（３）電磁波シールド性が良い、（４）耐くぼみ性（物体が衝突した際に発生するクボミの発生の程度）は、アルミニウムや軟鉄より良好である、（５）再加工時のエネルギーが少なく、リサイクル性が良い、（６）放熱性が良い、（７）寸法安定性が良い、（８）機械的切削性が良い、等の優れた特徴がある。しかしながら、マグネシウム合金は、最密六方構造であるため、冷間加工性に劣るという問題がある。
【０００４】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、リチウムβ組織を有するリチウム含有マグネシウム合金が開示されている。同文献には、６重量％以上のリチウムを含有し、残部がマグネシウムからなる合金は、薄肉の鍛造成形に適している点が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、引き抜き加工により線条体とし、線条体を２５０℃未満で塑性加工するマグネシウム基合金成形体の製造方法が開示されている。同文献には、引き抜き加工後に塑性加工を行うと、押出材や圧延材を塑性加工する場合に比べて、加工温度を低下することができる点が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０２０８３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、マグネシウム合金の製造において、塑性加工プロセスの研究が盛んに行われている。その中でも工業的に量産可能である圧延加工プロセスが注目されている。圧延材は、鋳造材に比べて組織が微細であるため、成形性、強度、剛性に優れている。また、圧延時に素材の鋳造欠陥を圧着できるというメリットもある。
しかしながら、従来のマグネシウム合金は、加工性が非常に悪く、圧延加工には高度な加工技術を要するため、製品価格の高騰を招いている。そのため、マグネシウム合金の使用は、一部の電化製品の筐体など、特定の分野に限られている。今後、マグネシウム合金の需要を拡大するためには、展伸材の量産化によるコスト削減が重要である。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、加工性に優れ、圧延が容易な高加工性マグネシウム合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る高加工性マグネシウム合金は、
０．０５≦Ｚｎ≦０．６ｍａｓｓ％、及び
０．６０≦Ｚｒ≦１．２０ｍａｓｓ％
を含み、
残部がＭｇ及び不可避的不純物からなる。
前記Ｚｎ含有量は、０．２０≦Ｚｎ≦０．５ｍａｓｓ％が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
Ｍｇに所定量のＺｒを添加すると、鋳造組織が微細化される。また、Ｚｒに加えて、さらに所定量のＺｎを添加すると、塑性加工中の集合組織化（ＨＣＰ構造の（０００１）面の配向）が緩和される。そのため、塑性加工性が向上し、圧延加工も容易化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  高加工性マグネシウム合金］
本発明に係る高加工性マグネシウム合金は、以下のような添加元素を含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなる。各添加元素の種類及びその添加量の限定理由は、以下の通りである。
【００１２】
（１）  ０．０５≦Ｚｎ≦０．６ｍａｓｓ％。
Ｚｎは、塑性加工中の集合組織化を緩和し、加工応力を低下させる効果がある。このような効果を得るためには、Ｚｎ含有量は、０．０５ｍａｓｓ％以上が好ましい。Ｚｎ含有量は、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｚｎ含有量が過剰になると、固溶強化によって母相の強度が上がり、加工性はかえって低下する。従って、Ｚｎ含有量は、０．６ｍａｓｓ％以下が好ましい。Ｚｎ含有量は、さらに好ましくは、０．５ｍａｓｓ％以下である。
【００１３】
（２）  ０．６０≦Ｚｒ≦１．２０ｍａｓｓ％。
Ｚｒは、凝固時に核となるαＺｒを生成させる。微細なαＺｒが多量に生成するほど、マグネシウム合金の組織を微細化させることができる。このような効果を得るためには、Ｚｒ含有量は、０．６ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｚｒ含有量が過剰になると、微細化効果が飽和するだけでなく、高コスト化と材料の高比重化を招く。従って、Ｚｒ含有量は、１．２０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【００１４】
（３）  不可避的不純物
不可避的不純物としては、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａなどがある。これらは、マグネシウム合金の加工性、耐食性などを低下させない量以下が好ましい。
特に、Ａｌ含有量が過剰になると、Ｚｒ添加による結晶粒の微細化効果が薄れる。従って、Ａｌ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【００１５】
［２．  高加工性マグネシウム合金の製造方法］
本発明に係る高加工性マグネシウム合金は、所定の組成となるように配合された原料を溶解し、鋳造することにより得られる。
【００１６】
マグネシウム合金の溶解は、一般に、溶解炉に主原料（例えば、Ｍｇ地金、Ｍｇスクラップなど）及び成分調整用原料（例えば、粒状Ｚｎ、粒状Ｚｒなど）を入れ、所定の温度で加熱することにより行う。溶解温度及び溶解時間は、特に限定されるものではなく、合金組成に応じて最適な条件を選択する。通常は、６００〜９００℃で溶解させる。
【００１７】
鋳造方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。組織が微細で緻密な鋳塊を得るためには、金型鋳造法を用いるのが好ましい。
鋳造温度は、合金組成に応じて最適な温度を選択する。一般に、鋳造温度が高くなるほど、鋳造性は向上するが、鋳造温度が高すぎると、十分な過冷却が得られず、結晶粒が粗大化する。鋳造温度は、通常、６００〜９００℃である。
【００１８】
［３．  高加工性マグネシウム合金の作用］
現在、マグネシウム合金のほとんどがダイキャストを始めとする鋳造プロセスで製造されている。しかしながら、鋳造材では、
（１）大型の薄板製造が困難である、
（２）高強度・高剛性が得られにくい、
（３）鋳造欠陥が発生する、
などの問題があり、適用製品の拡大ができずにいる。
一方、最近では、鋳造に替わり、塑性加工プロセスの研究も盛んに行われている。しかしながら、従来のマグネシウム合金は、加工性が不十分である。
【００１９】
これに対し、本発明に係る高加工性マグネシウム合金は、従来の合金に比べて、高い加工性を持ち、圧延加工も可能となる。
これは、
（１）Ｍｇに所定量のＺｒを添加すると、鋳造組織が微細化されるため、
（２）Ｚｒに加えて、さらに所定量のＺｎを添加すると、塑性加工中の集合組織化が緩和されるため、
と考えられる。
【実施例】
【００２０】
［１．  各種マグネシウム合金の作製］
所定の組成に成分調整された原料をＦｅ製ルツボ中で溶解させ、金型鋳造することにより、種々のマグネシウム合金鋳塊を作製した。マグネシウム合金鋳塊の製造条件は、以下の通りである。
鋳造量  ：  ２．５ｋｇ
金型形状：  ｔ３０×ｗ１７０×Ｌ３００ｍｍ
鋳造温度：  ７００〜７５０℃（成分に応じて、適宜調整）
【００２１】
［２．  試験方法］
［２．１．  限界圧縮率］
鋳塊からφ１５．０×２２．５Ｌの試験片を切り出し、端面拘束圧縮試験を行った。試験温度は、１５０℃及び２００℃とした。
所定の圧縮率（２０〜７５％）において、それぞれｎ＝３で圧縮試験を行い、試験片表面の割れの有無を確認した。割れのない試験片が２個以上の時は、その圧縮率にて「圧縮加工可能」と判定した。また、圧縮加工が可能な最大の圧縮率を限界圧縮率と定義した。
【００２２】
［２．２．  変形抵抗（強度）］
鋳塊からφ１５．０×２２．５Ｌの試験片を切り出し、圧縮試験を行った。変形抵抗は、（１）式から算出した。また、圧縮試験は、歪速度一定（６．７／ｓ）の条件下で行った。
σ＝Ｆ／(α・Ａ0)  ・・・（１）
σ：変形抵抗
Ｆ：測定加重（ロードセルを用いて変形中の荷重を測定）
Ａ0：試験片の初期断面積
α：端面拘束圧縮における見かけの拘束係数
なお、αは、変形の進行とともに変化する。αについては、（２）式で表される据え込み率ｅとの関係を予め有限要素法にて導出した。
ｅ＝(ｈ0−ｈ)／ｈ0×１００  ・・・（２）
ｈ0：試験片の元の高さ
ｈ：試験片の高さ
【００２３】
［３．  結果］
表１に、試験に用いた試料の組成及び限界圧縮率を示す。また、図１に、Ｚｎ含有量と限界圧縮率との関係を示す。
表１及び図１より、
（１）Ｚｎ含有量を０．０５％以上０．６％以下とすると、試験温度１５０℃における限界圧縮率が４５％以上となり、試験温度２００℃における限界圧縮率が５５％以上となる、
（２）Ｚｎ含有量を０．２％以上０．５％以下とすると、試験温度１５０℃における限界圧縮率が５０％以上となり、試験温度２００℃における限界圧縮率が６０％以上となる
ことがわかる。
【００２４】
【表１】
2010111883.tif 000003
【００２５】
図２に、試料Ｎｏ．１２、試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．５の圧縮試験（温度：１５０℃、圧縮率：５０％）後の外観写真を示す。
図２に示すように、試料Ｎｏ．１２（ＡＺ３１相当）及び試料Ｎｏ．１（Ｋ１相当）は、いずれも５０％の圧縮試験後に割れが発生した。これに対し、適量のＺｎ及びＺｒを含む試料Ｎｏ．５は、５０％の圧縮試験後も割れが発生しなかった。
【００２６】
図３に、試料Ｎｏ．１２（ＡＺ３１相当）、試料Ｎｏ．１３、及び試料Ｎｏ．５の鋳造組織を示す。
試料Ｎｏ．１２は、結晶粒を微細化させる作用があるＺｒを含んでいないために、鋳造組織が粗くなっている。試料Ｎｏ．１３は、Ｚｒを含んでいるが、Ａｌを含んでいるために、結晶粒の微細化が不十分である。これに対し、試料Ｎｏ．５は、適量のＺｒを含み、かつ実質的にＡｌを含まないので、鋳造組織が微細になっている。
【００２７】
図４に、試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．５の応力−歪曲線を示す。図４より、適量のＺｎ及びＺｒを含む試料Ｎｏ．５は、Ｚｎを含まない試料Ｎｏ．１に比べて強度が高く、伸びも大きいことがわかる。
適量のＺｒを添加し、かつＺｎ含有量を最適化することによって、高い限界圧縮率と高い強度が得られるのは、適量のＺｒによって鋳造組織が微細化され、かつ適量のＺｎによって塑性加工中の集合組織化が緩和されるためと考えられる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る高加工性マグネシウム合金は、航空機や自動車用の構造材料、ノートパソコン、ＭＤプレーヤー、携帯電話等の情報機器の筐体用材料及びその製造方法として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ｚｎ含有量（図１（ａ）：０≦Ｚｎ≦６ｍａｓｓ％、図１（ｂ）：０≦Ｚｎ≦１ｍａｓｓ％）と限界圧縮率との関係を示す図である。
【図２】試料Ｎｏ．１２、試料Ｎｏ．１、及び試料Ｎｏ．５の圧縮試験（温度：１５０℃、圧縮率：５０％）後の外観写真である。
【図３】試料Ｎｏ．１２、試料Ｎｏ．１３、及び試料Ｎｏ．５の鋳造組織写真である。
【図４】試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．５の応力−歪曲線である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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