(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２重量％以上で１０重量％以下のアルミニウムと４重量％以下のカルシウムを含有し、アルミニウム含有量に対するカルシウム含有量の比率が０.８以下に設定されたマグネシウム合金を材料に用い半溶融射出成形法で形成されたマグネシウム合金製の鍛造用素材を用い、鍛造率の最大値を４０％以上に設定して、この最大鍛造率で鍛造される部分の固相率が１０％以上かつ６０％以下に設定された鍛造用素材を、１００［ｍｍ／ｓ］以上の鍛造速度で鍛造することを特徴とする鍛造部材の製造方法。
【請求項２】
２５０〜４００℃の鍛造温度で鍛造することを特徴とする請求項１記載の鍛造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半溶融射出成形法で成形され一定以上の高速で鍛造されるマグネシウム合金製の鍛造用素材を用いた鍛造部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばマグネシウム（以下、適宜、その元素記号Ｍｇで表示する。）及びその合金あるいはアルミニウム（以下、適宜、その元素記号Ａｌで表示する。）及びその合金などの軽金属を材料とした軽金属製部材を製造する方法としては、鋳造法をベースにしたものが最も一般的である。この鋳造法の一種として、軽金属溶湯を高圧で鋳型内へ注入充填することにより鋳造プロセスの高速化を実現し、その生産性の大幅な向上を図ることができるようにした、所謂、ダイキャスト法は、従来から良く知られている。
また、軽金属溶湯をその融点以上の完全溶融状態で鋳型内に注入充填する通常の溶解鋳造法に対して、軽金属溶湯を（基本的にはその融点未満の）半溶融状態で鋳型内に注入充填するようにした半溶融鋳造法も公知である。
【０００３】
更に、近年では、特にМｇ及びその合金等について、射出成形法を用いた軽金属製部材の製造方法が実用化されつつある。この方法は、溶融状態の軽金属溶湯を射出成形装置を用いてその射出ノズルから成形型の成形キャビティ内に射出充填するもので、鋳造法に比して短いサイクルタイムで効率良く成形品（軽金属製部材）を製造することができる。また、この射出成形法は、例えばダイキャスト法などの鋳造法に比べた場合、作業環境面では比較的クリーン（清浄）で安全性もより高く、また、品質面においても、引け巣などの欠陥が少なく、かつ高精度で均質な軽金属成形品を得ることができるプロセスとして知られている。
この射出成形法においても、軽金属溶湯を（基本的にはその融点未満の）半溶融状態にして射出ノズルから成形キャビティ内に射出充填するようにした、所謂、半溶融射出成形方法が知られている（例えば、特公平２−１５６２０号公報参照）。
【０００４】
上記射出成形法においてのみならず鋳造法においても、半溶融状態の金属溶湯を用いた場合、溶湯温度（以下、完全に溶融した状態ではなく半溶融状態のものであっても「溶湯」と称する。）が低いので、所謂「バリ」が出にくくなり高速および／または高圧での射出にも適しており、生産性の向上を図る上でも有利となる。
更に、金属溶湯を半溶融状態として成形キャビティに充填することにより、完全に溶解した液相部分中に未溶解の固相部分が混在した溶湯がそのまま充填されるので、層流に近い状態で充填されるようになり、ガスの巻き込みが比較的少なくて済み、比較的均質な組織が得られる。これにより、得られた部材全体としての機械的特性を高めることが可能になる。
【０００５】
尚、本明細書において、「固相」とは「軽金属溶湯が半溶融状態である場合において溶融されずに固体状態を維持している部分」を言い、また、「液相」とは「完全に溶融されて液体状態となっている部分」を言う。上記「固相」は、得られた軽金属製部材の凝固組織を観察することにより、「半溶融の金属溶湯状態で溶融されずに固体状態を維持していた部分」として、「半溶融の金属溶湯状態で完全に溶融されて液体状態となっていた」液相部分とは、容易に識別することができる。得られた部材について「固相」という場合は、「半溶融の軽金属溶湯状態で溶融されずに固体状態を維持していた（固相であった）部分」を言う。
また、本明細書において、「固相率」とは、「半溶融状態の金属溶湯において溶湯全体（固相＋液相）に対する固相の割合」を言い、射出後の成形品の凝固組織を観察することにより、観察領域全体に対する「固相」であった部分の割合（面積比率）として、数値的に求めることができる。
【０００６】
更に、本明細書において、軽金属溶湯について「半溶融状態」とは、基本的には、「固体状態の原料（固相）と溶融して液体状態となった原料（液相）とが共存している状態」を言い、通常、原料をその融点未満に加熱することによって得られる状態である。但し、軽金属溶湯の温度が実質的にその融点もしくは融点直上で、固相率が実質的に０（零）％に等しい場合も、この「半溶融状態」に含まれるものとする。
尚、軽金属溶湯自体がこのような実質的に固相率０％の場合でも、例えば半溶融射出成形法において現実の射出成形工程を考えれば、射出ノズルから型内への１回（１ショット）の射出が終って次回（次ショット）の射出が行われるまでの間に、射出ノズルの溶湯供給経路内の金属溶湯が冷やされてノズル先端側に凝固部分（所謂、コールドプラグ）や固相率の高い高固相部分が生じるので、実際に成形キャビティ内に射出される軽金属溶湯には、不可避的に固相部分が含まれることになる。
【０００７】
一方、上述の鋳造法や射出成形法に比してより高強度の軽金属製部材を得ることが求められる場合には、最も一般的には鍛造法が採用される。また、この鍛造法で軽金属製部材を製造する製造法の一種として、例えば特開平６−２９７１２７号公報に開示されているように、鍛造加工に先立って鋳造法によりその鍛造加工に適した素材（鍛造用素材）を成形し、この素材を所定の鍛造型にセットして鍛造加工を行うようにした、所謂、鋳造鍛造法が知られている。
【０００８】
この鋳造鍛造法によれば、鋳造（素材）段階で鍛造加工による完成品（鍛造部材）の形状に比較的近似した半製品形状に成形することができる。これにより、鍛造工程を仕上鍛造の１工程のみに簡略化することが可能になり、また、複雑な形状の部材でも鍛造できるようになる。更に、鍛造性の余り良くない材料でも支障無く鍛造加工を行えるように素材の組織を調整することも可能になる。
尚、この鋳造鍛造法における鍛造用素材の成形を、鋳造法の代わりに射出成形法で行うこともできる。
【０００９】
また、上記Ｍｇ合金等の軽合金は、例えば自動車においてもホイールなどの材料として既に実用に供されているのであるが、このＭｇ合金を、温度的あるいは強度的により使用条件が厳しい例えば内燃機関（エンジン）周りの機構部品（例えばエンジン吸排気バルブのバルブリフタ等）などの材料として適用することを考えた場合、常温での強度特性はもとより、例えば、１５０℃程度の高温においても一定以上（例えば２２０ＭＰａ程度以上）の高い引張強度や優れた耐クリープ特性が求められる。
このような場合、特に、鋳造や射出成形などの成形加工では所要の特性を安定して得ることは一般に難しく、加工時に緻密な材料組織が得られる塑性加工、特に、一定以上の鍛造率で鍛造することが最も好ましく、従って、良好な鍛造性を確保する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、所要の機械的特性を得るために鍛造用素材を鍛造する場合、実用的には、量産時の生産性を確保する観点から、鍛造プロセスにおけるサイクルタイムをできるだけ短くすることが求められる。このため、サイクルタイムに関係した鍛造条件としては、一般に、大略１００［ｍｍ／ｓ］以上の鍛造速度で行う高速鍛造で行うことが要求される。
しかしながら、鍛造速度が低い範囲（１００［ｍｍ／ｓ］未満の範囲）では支障無く鍛造が行え、塑性加工による強度向上効果が有効に得られる材料であっても、高速鍛造を行うと、容易に割れが発生したり、あるいは、鍛造率を高めても却って強度低下傾向が生じ場合があるなど、十分な機械的特性の向上効果を得ることができない場合が生じるという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、高速鍛造を行っても、割れなどの不具合を発生することなく、また、十分な機械的特性を得ることができるマグネシウム合金製の鍛造部材の製造方法を提供することを基本的な目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、上記の技術的課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、半溶融成形法または半溶融鋳造法で形成された軽合金製の鍛造用素材について、一定以上（２重量％以上）のＡｌを含有せしめることにより、室温強度の向上および／または鋳造性の確保を有効に達成でき、また、他の元素（カルシウム：Ｃａ）を併せて添加することにより、高温（１５０℃）でも高い引張強度（２２０ＭＰａ程度以上）が確保できること、また、固相率が高くなると、引張強度は一般に低下するのであるが、鍛造による強度向上効果は大きくなること、更に、低固相率では、鍛造率がある程度以上高くなると引張強度が却って低くなるという現象が生じるが、固相率を一定以上（１０％以上）に高く設定した場合には、かかる強度低下傾向は生じないこと、また更に、Ａｌ及びカルシウム（Ｃａ）を含有したＭｇ合金製の鍛造用素材においては、Ｃａ量が一定以下（４重量％以下）の範囲においてはこのＣａ含有量が高いほど耐クリープ特性が向上すること、また、Ｃａ／Ａｌ比（Ａｌ含有量（重量）に対するＣａ含有量（重量）の比率）が一定以下（０．８以下）の範囲では所要の鍛造率を確保した上で高速鍛造における割れ発生率を極めて低く抑制できることを見出した。
【００２６】
本願の請求項１の発明(以下、第１の発明という)に係る鍛造部材の製造方法は、２重量％以上で１０重量％以下のアルミニウムと４重量％以下のカルシウムを含有し、アルミニウム含有量に対するカルシウム含有量の比率が０.８以下に設定されたマグネシウム合金を材料に用い半溶融射出成形法で形成されたマグネシウム合金製の鍛造用素材を用い、鍛造率の最大値を４０％以上に設定して、この最大鍛造率で鍛造される部分の固相率が１０％以上かつ６０％以下に設定された鍛造用素材を、１００［ｍｍ／ｓ］以上の鍛造速度で鍛造することを特徴としたものである。
ここに、Ａｌ含有量の下限値を２重量％としたのは、この値以上のＡｌを含有させることにより、鍛造速度が１００［ｍｍ／ｓ］以上の高速鍛造を行った場合でも、室温強度の向上および／または鋳造性の確保を有効に達成でき、また、他の元素(カルシウム：Ｃａ)を併せて添加することにより、高温（１５０℃）において十分な引張強度（２２０ＭＰａ程度以上）を確保することができるからであり、一方、Ａｌ含有量の上限値を１０重量％としたのは、Ａｌ量がこの値を越えて増加してもＡｌ添加の効果が飽和するからである。
また、Ｃａを含有せしめたのは耐クリープ特性を向上させるためであり、また、Ｃａ含有量の上限値を４重量％としたのは、Ｃａ量がこの値を越えて増加しても耐クリープ特性向上の効果が飽和するからである。特に、Ａｌ含有量に対するＣａ含有量の比率（Ｃａ／Ａｌ比）を０.８以下としたのは、この範囲であれば、所要の鍛造率（５０％）を確保した上で、高速鍛造においても割れ発生率を極めて低く抑えることができるからである。
更に、鍛造率の最大値を４０％以上とし、また、この最大鍛造率で鍛造される部分の固相率を１０％以上としたのは、固相率をこの値以上に設定することにより、４０％以上の高い鍛造率においても引張強度の低下傾向が生じることを防止でき、また、得られた鍛造部材の強度バラツキを小さく抑えることができるからである。一方、固相率の上限値を６０％としたのは、固相率がこの値を上回ると、半溶融状態の溶湯の粘性が高くなりすぎて、かかる溶湯を用いた成形もしくは鋳造が難しくなり、特に、射出成形法を用いた連続した製造プロセスによる鍛造用素材の製造を行うことが実際上極めて難しくなるからである。
【００３０】
また、本願の請求項２に係る発明(以下、第２の発明という)は、上記第１の発明において、２５０℃〜４００℃の鍛造温度で鍛造することを特徴としたものである。
【００３１】
ここに、鍛造温度の下限値を２５０℃としたのは、鍛造温度がこの値以上であれば、鍛造性が良好で高い限界据え込み率（７０％以上）を確保して、例えばエンジン回りの機構部品（例えばバルブリフタ）など一定以上の高い強度を要する部材・部品等にも適用することが可能だからであり、また、鍛造温度の上限値を４００℃としたのは、鍛造温度がこの値を越えると、鍛造温度の上昇による鍛造性向上効果が飽和し、しかも、素材表面が酸化したり、素材の一部分に溶融が生じて鍛造割れを招く場合があり、また、高温保持中に材料組織内で粒成長が生じて鍛造性の悪化を招く惧れがあるからである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、鍛造用素材の成形に半溶融射出成形法を採用した場合を例にとって、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る鍛造用素材の成形について説明する。図１は、本実施の形態に係る軽金属製鍛造用素材の射出成形を行う射出成形装置の概略構成を示す部分断面説明図である。
この図に示すように、上記射出成形装置１は、所謂スクリュー式のもので、先端部にノズル３を有し外周に配置されたヒータ４で加熱されるシリンダ２と、該シリンダ２及びそれに連接された成形機本体内５で回転可能に支持されたスクリュー６と、例えばモータ機構および減速機構等を備えスクリュー６を回転駆動する回転駆動装置７と、原料が投入され貯えられるホッパ８と、ホッパ８内の原料を計量して成形機本体５内に送給するフィーダ９とを備えている。
【００３３】
また、上記成形機本体５内には、具体的には図示しなかったが、スクリュー６をノズル３側に前進させる高速射出機構が設けられている。この高速射出機構は、所定のタイミングでスクリュー６を前進させるとともに、該スクリュー６が予め設定された距離だけ後退するとそれを検知してスクリュー６の回転を停止させ、同時にその後退動作も停止させるように構成されている。
【００３４】
上記射出成形装置１は、ノズル３の内部通路と成形キャビティ１１に繋がるランナ部１２とが連通するように位置設定された上で、シリンダ２の先端側を金型１０に結合して用いられる。
上記ホッパ８に投入されてその内部に貯えられた原料は、フィーダ９で所定量が計量されて成形機本体５内に供給され、スクリュー６の回転によって加熱状態のシリンダ２内に送給される。送給された原料は、このシリンダ２の内部でスクリュー６の回転により十分に攪拌・混錬されながら所定温度に加熱される。本実施の形態では、かかるプロセスによって、より好ましくは、原料の融点未満の半溶融状態の軽金属溶湯を得るようにした
【００３５】
このようにして得られた半溶融状態の軽金属溶湯がスクリュー６の前方に押し出されるに連れて、その圧力で該スクリュー６が後退して行く。尚、他の手法として、スクリューを所望の速度で強制的に後退させるようにしても良い。
スクリュー６が予め設定された距離だけ後退すると、成形機本体５内の上記高速射出機構（不図示）がそれを検知してスクリュー６の回転を停止させ、同時にその後退動作も停止させる。尚、原料の計量を、スクリュー６の後退距離を設定することによって行うようにしても良い。
【００３６】
そして、回転が停止し後退位置にあるスクリュー６を、高速射出機構（不図示）によって前進させ所定の力で押し出すことより、ノズル３から金型１０内に半溶融状態の軽金属溶湯が射出される。つまり、ノズル３からランナ部１２を介して成形キャビティ１１内に軽金属溶湯が射出充填されるようになっている。
本実施の形態では、原料として軽金属の一種であるマグネシウム（Мｇ）合金を用い、これを例えば切り粉状のペレットの形態で射出成形装置１のホッパ８に供給するようにした。上記ホッパ８から成形機本体５内に通じる通路には、より好ましくは不活性ガス（例えばアルゴンガス）が充填され、原料（Ｍｇ合金ペレット）の酸化反応の防止が図られている。
【００３７】
上記金型１０の成形キャビティ１１は、より好ましくは、この射出成形の後に行われる鍛造加工に用いられる鍛造型（不図示）の成形キャビティと近似した形状に形成されており、後工程で得られるべき製品である鍛造部材と近似した半製品形状の射出成形品（鍛造用素材）を得ることができる。
これにより、鍛造工程を仕上鍛造の１工程のみに簡略化することが可能になり、また、複雑な形状の部材でも鍛造できるようになる。更に、鍛造性の余り良くない材料でも支障無く鍛造加工を行えるのである。
【００３８】
また、上記射出成形装置１のスクリュー６の前進速度（好ましくは、後退速度も）が１［ｍ／ｓ］以上になるように設定した。尚、上述の半溶融射出成形法ではなく、完全溶融状態の溶湯を用いて行う射出成形法によって鍛造用素材を成形する場合においても、スクリュー速度を１［ｍ／ｓ］以上になるように設定することが好ましい。また、鍛造用素材の製造を、これら射出成形法ではなくダイカスト鋳造法で行う場合でも、プランジャ速度を１［ｍ／ｓ（メートル／秒）］以上に設定することがより好ましい。
ここに、ダイカスト鋳造法におけるプランジャ速度および射出成形法におけるスクリュー速度の下限値を１［ｍ／ｓ］としたのは、この値未満では、鍛造用素材製造時のガス巻き込みによるガス欠陥の発生を低減できるものの、製造時のサイクルタイムが長くなり過ぎて、実用性に欠けるからである。
【００３９】
更に、本実施の形態では、上記射出成形装置１を用いて軽合金製の鍛造用素材を射出成形するに際して、固相率を６０％以下に設定して成形を行った。ここに、固相率の上限値を６０％としたのは、固相率がこの値を上回ると、半溶融状態の溶湯の粘性が高くなりすぎて、かかる溶湯を用いて連続した射出成形プロセスによる製造を行うことが実際上極めて難しくなるからである。
尚、このような射出成形以外の例えば半溶融鋳造などのプロセスを適用する場合においては、固相率を８０％以下に設定することが好ましい。この場合、固相率の上限値を８０％としたのは、固相率がこの値を上回ると、半溶融状態の溶湯の粘性が高くなりすぎて、かかる溶湯を用いた成形もしくは鋳造を行うことが実際上極めて難しくなるからである。
【００４０】
上記射出成形装置１を用いて射出成形された軽合金製の鍛造用素材について、鍛造速度が１００［ｍｍ／ｓ］を越える高速鍛造を行っても、割れなどの不具合を発生することなく、また、十分な機械的特性を得ることができるようにするために、種々の試験を行った。以下、これらの試験について説明する。
図２〜図４は、本実施の形態に係る軽合金製の鍛造素材を用いて鍛造部材のサンプルを得る方法を模式的に示したものである。本実施の形態では、図２に示すように、縦Ａ１×横Ｂ１×長さＬ１の直方体状のマグネシウム合金製鍛造素材Ｍ１を用意し、図３に示すように、この素材Ｍの例えば横方向を一対の固定プレートＰ１で挟んで拘束し、この状態で縦方向（図３における紙面方向）に圧縮荷重を加えて塑性加工（鍛造）を行い、図４に示すような鍛造部材のサンプルを作成した。
【００４１】
この結果、素材Ｍ１の縦方向寸法は、初期のＡ１からＡ２に変化し（短くなり）、また、長さは初期のＬ１からＬ２に変化する（長くなる）。この場合、この鍛造による鍛造率は次式▲１▼で算出される。
鍛造率＝（Ａ１−Ａ２）／Ａ１×１００［％］…▲１▼
尚、本実施の形態では、マグネシウム合金鍛造素材Ｍ１の初期（図１１参照）の基本寸法を、例えば、Ａ１＝Ａ２＝１２［ｍｍ］，Ｌ１＝５０［ｍｍ］とした。
このようにして得られた鍛造部材サンプルをそれぞれ供試材とし、これら供試材から各種試験に適応した寸法・形状の試験片を切り出して作成し、以下に述べるような各種の試験を行った。尚、以下の各試験において、鍛造速度は１００〜４００［ｍｍ／ｓ］とした。
これら一連の試験において試料として用いた合金の化学組成を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0003603658.tif 000002
【００４３】
まず、鍛造による強度向上効果に及ぼす固相率の影響を調べる試験を行った。この試験では、射出成形のみによる（鍛造用素材のままの）サンプルと、射出成形後に２５％の鍛造率で鍛造加工を行ったサンプルとについて、それぞれ固相率を１０〜５０％の範囲で変化させ、各々の引張強度を測定した。尚、この試験において、鍛造用素材のままのサンプルは、内部欠陥がほとんど無い高品質のものであった。
【００４４】
試験結果を図７に示す。この図７のグラフから分かるように、鍛造前および鍛造後のいずれのものにおいても、固相率が高くなるほど引張強度は低下しているが、鍛造したものの場合には、その低下の度合いが少ない。つまり、固相率が高くなるほど、鍛造による強度向上の効果が大きくなることが分かった。
従って、高固相率で使用するものについては、鍛造加工を施すことがより有利に作用することになる。
【００４５】
次に、鍛造部材の引張強度に及ぼす固相率と鍛造率の影響をを調べる試験を行った。この試験では、固相率が異なる３種の鍛造用素材（固相率：７％，１３％及び４５％）について、鍛造率を０〜５０％の範囲で変化させ、各々の引張強度を測定した。
【００４６】
試験結果を図８に示す。この図８のグラフから分かるように、固相率が１０％以上（固相率：１３％及び４５％）のものについては、鍛造率が高いほど引張強度も高くなる。一方、固相率が１０％未満（固相率：７％）のものについては、鍛造率が４０％程度までの範囲では、鍛造率が高いほど引張強度も高くなるが、鍛造率が４０％程度を越えると、引張強度は却って低下することが分かった。
【００４７】
次に、鍛造部材の引張強度およびそのバラツキに及ぼす固相率と鍛造率の影響を調べる試験を行った。この試験では、射出成形後に行う鍛造加工の鍛造率２５％の場合と鍛造率が５０％の場合について、それぞれ固相率を７〜４５％の範囲で変化させ、各々の引張強度（最大強度および最小強度）を測定した。
【００４８】
試験結果を図９（鍛造率：２５％）及び図１０（鍛造率：５０％）に示す。これらのグラフから分かるように、固相率が１０％以上の範囲では、引張強度の最大値と最小値のバラツキ幅は略一定であるが、固相率が１０％未満の範囲では、このバラツキ幅が急激に大きくなっている。つまり、引張強度のバラツキをできるだけ小さく抑えるには、固相率を１０％以上に設定することが好ましいことが分かった。
【００４９】
以上より、この４０％以上の高い鍛造率においても引張強度の低下傾向が生じないようし、更に、得られた鍛造部材の強度バラツキを小さく抑えるようにするには、固相率を１０％以上に設定すれば良いことが分かった。
【００５０】
次に、本実施の形態に係るМｇ合金製の鍛造用素材の主要な添加元素であるアルミニウム（Ａｌ）及びカルシウム（Ｃａ）の含有量が鍛造部材の機械的性質（特に、高温での機械的性質）に及ぼす影響を調べる試験を行った。
表２は、本実施の形態に係るマグネシウム合金鍛造素材の特性を調べるための各種試験に用いた試料（本発明実施例１〜７並びに比較例１及び２）の化学成分およびＣａ／Ａｌ比（アルミニウム含有量に対するカルシウム含有量の比率）を示している。
つまり、表１に示した各試料（鍛造素材）を用いてそれぞれ鍛造部材のサンプルを製作し、以下に述べるような各種試験に供した。尚、表２において、各数値は重量％を示しており、また、Ａｌ（アルミニウム），Ｃａ（カルシウム），Ｍｎ（マンガン），Ｓｉ（珪素）及びその他（不純物）以外の残部は、Ｍｇ（マグネシウム）である。
【００５１】
【表２】
0003603658.tif 000003
【００５２】
図１１は、Ｃａ含有量が鍛造部材の定常クリープ速度に及ぼす影響を調べた試験結果を示している。尚、このクリープ試験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の通りとした。
・試験温度：１５０℃
・荷重条件：１００ＭＰａ
・供試材の鍛造率：５０％
【００５３】
図１１の試験結果に示されるように、定常クリープ速度は、Ｃａ量が０．５重量％（本発明実施例２）から４重量％（本発明実施例５）の範囲では、Ｃａ量が増加するに連れて低下しており、この範囲ではＣａ含有量の増加に伴なって耐クリープ特性が向上することが分かった。一方、Ｃａ量が４重量％を越えると（比較例２）、定常クリープ速度は略一定となっており、Ｃａ含有量の増加による耐クリープ特性向上の効果がこの値（４重量％）を超えると飽和することが分かった。
尚、Ｃａを全く含まない比較例１の場合には、クリープ速度が定常状態に至らず、試験開始後１０［ｈｒ］（時間）で試験片が破断しており、対クリープ特性が著しく劣っていることが分かった。
【００５４】
また、図１２は、鍛造部材の高温での引張強度に及ぼすＡｌ含有量の影響を示している。この高温引張試験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の通りとした。
・試験温度：１５０℃
・供試材の鍛造率：５０％
【００５５】
この図１２の試験結果から良く分かるように、高温での引張強度はＡｌ量が３重量％（本発明実施例１：Ａｌ量２．９重量％）以上の範囲では略一定の高い値に維持され、Ａｌ量がこの値を下回って２重量％（本発明実施例７）になると若干の低下傾向を示すようになるが、依然として高い値（２２０ＭＰａ以上）を保っている。尚、本試験における「本発明実施例」はいずれもＣａを含有している。
すなわち、Ａｌ含有量が２重量％以上であれば、高温（１５０℃）でも十分な引張強度を確保することができ、更に、より好ましくは、３重量％以上であれば、より高い引張強度をより安定して維持できることが分かった。また、Ａｌ含有量が３重量％を越えると、含有量の比較的低い範囲でも高温での引張強度向上の効果はほぼ飽和傾向を示しており、従って、１０重量％を越えれば確実に効果が飽和することが確認できた。
【００５６】
この高温引張強度としては、鍛造部材を例えばエンジンのバルブリフタなど、１５０℃程度の高温雰囲気下で一定以上の高い強度を要する部材・部品等に用いる場合には、実用上、少なくとも２２０ＭＰａ以上を確保することが好ましい。図１２の高温引張試験で用いた各試料の場合には、いずれも、１５０℃の高温雰囲気下で２２０ＭＰａ以上の引張強度を確保することができ、上記のような一定以上の高い強度を要する部材・部品等に対しても十分に適用することができる。
【００５７】
次に、Ｃａ／Ａｌ比がＭｇ合金鍛造素材の鍛造性に及ぼす影響を調べる試験を行った。
図１３は、高速鍛造を行った場合における割れ発生率に及ぼすＣａ／Ａｌ比の影響を示している。尚、本明細書中において、「高速鍛造」とは、略１００［ｍｍ／秒］以上の鍛造速度で行う鍛造を言うものとする。
上記図１３の高速鍛造試験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の通りとした。
・鍛造温度：３５０℃
・鍛造速度：４００［ｍｍ／秒］
・鍛造率：１０％，２５％，５０％の３種類
【００５８】
図１３の試験結果から良く分かるように、Ｃａ／Ａｌ比が０．８（本発明実施例４）以下の範囲では、鍛造率の如何に拘わらず、割れ発生率は最高でも０．１％以下と極めて低い値に抑制することができる。一方、Ｃａ／Ａｌ比が０．８を越えると（本発明実施例５）、鍛造率が２５％及び５０％のものについては割れ発生率が急速に高くなる。しかし、鍛造率が１０％のものについては、Ｃａ／Ａｌ比が０．８以下の場合と同じく、割れの発生は全く認められなかった。
以上より、実用性は比較的低いものの鍛造率が１０％であれば、Ｃａ／Ａｌ比の如何に拘わらず高速鍛造においても割れは発生せず、また、鍛造率が２５％以上（２５％及び５０％）の場合には、Ｃａ／Ａｌ比を０．８以下とすることにより、高速鍛造における割れ発生率を極めて低く抑制して、十分な鍛造性を確保できることが分かった。
【００５９】
尚、上記の高速鍛造試験とは別に、略１０［ｍｍ／秒］の低速での鍛造試験（鍛造温度：３５０℃）を行ったところ、鍛造率が１０％の場合は勿論のこと、鍛造率が２５％及び５０％の場合でも、Ｃａ／Ａｌ比の如何に拘わらず割れの発生は全く認められなかった。
すなわち、鍛造速度が低い場合には、鍛造率およびＣａ／Ａｌ比の如何に拘わらず割れ発生はなく、鍛造性に何ら問題が無いことが分かった。
【００６０】
次に、限界据え込み率に及ぼす鍛造温度の影響を調べる試験を行った。
ここに、限界据え込み率とは、図５に模式的に示すように、直径Ｄ×長さＬ３の円柱状の試験片Ｍ２を用意し、この試験片Ｍ２に対しその長手方向に圧縮荷重を加えて、図６に模式的に示すように試験片を圧縮変形（変形後の長さＬ４）させた場合に、当該試験片にクラック（割れ）が発生する限界の据え込み率を言う。
上記図５および図６の例で、初期長さＬ３の試験片Ｍ２を長さＬ４まで圧縮変形させたときに微小クラックが発生したとすると、この場合の限界据え込み率は、次式▲２▼で算出される。
限界据え込み率＝（Ｌ３‐Ｌ４）／Ｌ３×１００［％］…▲２▼
尚、本実施の形態では、上記試験片Ｍ２の初期（図１４参照）の基本寸法を、Ｄ＝１６［ｍｍ］，Ｌ３＝２４［ｍｍ］とした。
【００６１】
図１４は、鍛造温度および鍛造前熱処理が鍛造時の限界据え込み率に及ぼす影響を示している。この図１４に示した限界据え込み率試験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の通りとした。
・供試材の種類：本発明実施例４
・供試材の熱処理条件：熱処理無し／鍛造前に４１０℃で１６時間保持した後に空冷
【００６２】
図１４の試験結果から良く分かるように、熱処理の有無に拘わらず、鍛造温度が略４００℃以下の範囲では、鍛造温度が上昇するに連れて限界据え込み率は高くなっており、この範囲では、鍛造温度を高めることによる鍛造性向上の効果を確認することができた。
一方、鍛造温度が４００℃を越えると鍛造性向上の効果は飽和し、しかも、素材表面が酸化したり、素材の一部分に溶融が生じて鍛造割れを招く場合があり、また、高温保持中に材料組織内で粒成長が生じて鍛造性の悪化を招く惧れがある。従って、鍛造温度としては、４００℃以下が好ましく、酸化防止の観点からは３５０℃以下であることがより好ましい。
また、鍛造前に熱処理を施した場合には、熱処理を行わなかった場合に比べて、限界据え込み率が上昇しており、鍛造前の熱処理による限界据え込み率度向上の効果を確認することができた。
【００６３】
尚、この限界据え込み率としては、一般に、実用上、少なくとも５０％以上を確保することが好ましく、特に、鍛造部材を例えばエンジンのバルブリフタなどの一定以上の高い強度を要する部材・部品等に用いる場合には、７０％以上を確保することがより好ましい。本発明実施例４の試料の場合には、鍛造前に熱処理を施さなくても、２５０℃を下回る鍛造温度でも７０％以上の限界据え込み率を確保することができ、上記のような一定以上の高い強度を要する部材・部品等に対しても十分に適用することができる。
【００６４】
上記の鍛造前の熱処理における加熱温度および保持時間としては、上記鍛造素材に、３００℃〜５００℃の温度範囲で５時間〜５０時間保持する熱処理を施すことが好ましい。
この場合、熱処理温度の下限値を３００℃としたのは、それ未満では、熱処理による鍛造成形性の向上効果が小さいからであり、また、熱処理温度の上限値を５００℃としたのは、それより高くしても鍛造成形性の向上効果が飽和する上に、酸化や部分的な溶解の起こることが有り、メリットが無いからである。一方、熱処理温度保持時間の下限値を５時間としたのは、それ未満では、熱処理による鍛造成形性の向上効果が小さいからであり、また、熱処理温度保持時間の上限値を５０時間としたのは、それより長時間熱処理しても鍛造成形性の向上効果は飽和するからである。
【００６５】
尚、本発明は、以上の実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更あるいは設計上の改良等が可能であることは言うまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
本願の第１の発明に係る鍛造部材の製造方法によれば、２重量％以上で１０重量％以下のアルミニウムを含有し半溶融射出成形法で形成されたマグネシウム合金製の鍛造用素材を鍛造するので、鍛造速度が１００［ｍｍ／ｓ］以上の高速鍛造を行った場合でも、室温強度の向上および／または鋳造性の確保を有効に達成でき、また、他の元素(カルシウム：Ｃａ)を併せて添加することにより、高温（１５０℃）においても十分な引張強度（２２０ＭＰａ程度以上）を効果的に確保することができる。
この場合、４重量％以下のＣａ含有したМｇ合金を材料に用いて形成されているので、高速鍛造で得られた鍛造部材の耐クリープ特性を向上させることができ、また、Ｃａ量増加による耐クリープ特性向上の効果を得る上で経済的である。特に、Ａｌ含有量に対するＣａ含有量の比率（Ｃａ／Ａｌ比）が０.８以下に設定されているので、所要の鍛造率（５０％）を確保した上で、高速鍛造においても割れ発生率を極めて低く抑えることができ、良好な鍛造性を得ることができる。特に、鍛造用素材が射出成形にて成形されているので、鍛造用素材を半溶融射出成形で製造することによるメリットを享受できる。
また、鍛造率の最大値を４０％以上に設定し、この最大鍛造率で鍛造される部分の固相率を１０％以上に設定した鍛造用素材を鍛造するので、４０％以上の高い鍛造率においても引張強度の低下傾向が生じることを防止でき、しかも、得られた鍛造部材の強度バラツキを小さく抑えることができる。
更に、固相率が８０％以下に設定されているので、半溶融状態の溶湯の粘性が高くなり過ぎることを防止でき、かかる溶湯を用いた成形もしくは鋳造を支障無く行え、特に、射出成形法を用いた連続した製造プロセスによる鍛造用素材の製造を支障無く行うことができる。
【００７７】
また、本願の第２の発明によれば、基本的には、上記第１の発明と同様の効果を奏することができる。特に、上記鍛造における鍛造温度を２５０℃〜４００℃の範囲としたので、良好な限界据え込み率（７０％以上）を確保して、例えばエンジンのバルブリフタなど一定以上の高い強度を要する部材・部品等にも適用することができ、また、鍛造温度の上限値を４００℃であるので、鍛造温度の上昇による鍛造性向上の効果を得る上で経済的であり、しかも、高温保持に起因する素材表面の酸化や鍛造性の悪化などによる悪影響も有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形装置の概略構成を示す部分断面説明図である。
【図２】本実施の形態に係るマグネシウム合金鍛造素材の斜視図である。
【図３】上記マグネシウム合金鍛造素材の鍛造工程を模式的に示す説明図である。
【図４】上記鍛造工程後のマグネシウム合金鍛造部材サンプルの説明図である。
【図５】本実施の形態に係るマグネシウム合金製鍛造素材の限界据え込み率試験の初期状態を示す説明図である。
【図６】上記限界据え込み率試験の鍛造時におけるマグネシウム合金製鍛造素材を模式的に示す説明図である。
【図７】鍛造による強度向上効果に及ぼす固相率の影響を示すグラフである。
【図８】鍛造部材の引張強度に及ぼす固相率と鍛造率の影響を示すグラフである。
【図９】鍛造部材（鍛造率：２５％）の引張強度およびそのバラツキに及ぼす固相率と鍛造率の影響を示すグラフである。
【図１０】鍛造部材（鍛造率：５０％）の引張強度およびそのバラツキに及ぼす固相率と鍛造率の影響を示すグラフである。
【図１１】マグネシウム合金鍛造部材の定常クリープ速度に及ぼすカルシウム含有量の影響を示すグラフである。
【図１２】マグネシウム合金鍛造部材の高温引張強度に及ぼすアルミニウム含有量の影響を示すグラフである。
【図１３】高速鍛造における割れ発生率に及ぼすＣａ／Ａｌ火の影響を示すグラフである。
【図１４】限界据え込み率に及ぼす鍛造温度の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１…射出成形装置
Ｍ１，Ｍ２…Ｍｇ合金鍛造用素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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