(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
i)  少なくとも94.8重量％のマグネシウム、
ii)  2.5〜4.6重量％のネオジム、
iii)  0.05〜0.40重量％のイットリウム、
iv)  0.03〜0.65重量％のジルコニウム、
v)  最大0.02重量％のカルシウム、及び
vi)  最大0.007重量％の鉄を含有する不可避不純物
からなる、高温用途用の軽量合金であって、
軽量合金がY-Fe金属間化合物を含有しない合金である、高温用途用の軽量合金。
【請求項２】
高圧ダイカスト(HPDC)、砂型鋳造、インベストメント鋳造、及び金型鋳造からなる群から選択されるプロセスに使用することができる、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
その後に圧延を行う双ロール鋳造、又は、その後に鍛造、押し出し、もしくは圧延を行う直接チル鋳造のいずれかを含むプロセスに使用することができる、請求項１に記載の合金。
【請求項４】
HPDCに使用することができる、請求項２に記載の高温用途用の軽量合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温での用途のための耐クリープ性マグネシウム系合金に関するものであり、当該合金は、特に高圧ダイカストに適しているが、砂型鋳造、インベストメント鋳造、金型鋳造、並びに直接チル鋳造又は双ロール鋳造を含むプロセスにおいても有利に使用される、良好な鋳造性を示す。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム産業は劇的な成長を経験しており、一部は、燃料の経済性及び排出を改善するための輸送産業の需要によるものである。加えて、マグネシウム合金の消費者用途、例えば電動手工具、芝生及び庭園の設備、電子及び光学の機器等では、重量低減において、大きく進歩してきている。上記用途を大幅に拡大するために、新たな改良合金が要求される。
【０００３】
高圧ダイカスト(HPDC)は、大量生産でのその生産性及び適合性により、主な鋳造形態である。現在では、HPDCプロセスで使用される、最も一般的で新しいマグネシウム合金は、Al含有合金である。しかしながら、これらの合金は、60〜100 MPaの高応力下での、150〜170℃より高い温度では、機能することができない。特許文献１は、0.1〜2.0重量％のZn、2.1〜5.0重量％のRE元素(Ce系ミッシュメタル)、最大0.4重量％の、Zr、Hf及びTiからなる群から選択される少なくとも2つの元素の組み合わせ、並びに、場合により、最大0.5重量％のMn、及び最大0.5重量％のCaを含有するマグネシウム系合金を記載する。当該合金の高圧ダイカストでは、低い強度(TYS=120 MPa、UTS=165 MPa)及び伸度(E= 2％)になる。
【０００４】
特許文献２は、1.5〜4.0％のRE元素、0.3〜0.8％のZn、0.02〜0.1％のAl、4〜25 ppmのBe、並びに、場合により最大0.2％のZr、0.3％のMn、0.5％のY、及び0.1％のCaを含有するマグネシウム系合金を記載する。ダイカスト条件下での当該合金は、低い引張強度(TYS=130 MPa、UTS=160 MPa)及び伸度(E=1〜3％)を示す。
【０００５】
特許文献３は、2〜5％のRE元素(主に、La及びCeであり、ここで、La含量はCe含量よりも多い)、及び0.2〜0.8％のZnを含有するマグネシウム系合金に関する。加えて、当該合金は、場合により、Y、Gd、Zr、Mn、Ca、及びBeを含有する。これらの合金はまた、高圧ダイカスト用に設計されるが、非常に低い値の伸度、TYS、及びUTSを示す。
【０００６】
特許文献４は、0.1〜2.5％のZn、0.3〜1.0％のZr、0.8〜4.5％のNd、0.5〜5.0％のY、0.8〜4.5％のGd、及び0.01〜0.05％のMnを含有するMg系合金を記載する。当該合金は、砂型鋳造プロセスを対象にしており、完全T6処理後に、最適特性を示す。
【０００７】
特許文献５は、0.8〜6.0重量％のY、0.5〜4.0重量％のNd、0.1〜2.2重量％のZn、0.3〜1.1重量％のZr、最大0.05％のCu、及び最大0.2％のMnを含有する、熱処理及び時効マグネシウム系合金を記載する。上記特許により請求されている比較的広い濃度範囲により、当該合金は非常に多様な特性を示し、加えて、それらは砂型鋳造プロセス用のみに設計される。
【０００８】
特許文献６は、0.2〜0.8重量％のZn、0.2〜0.8重量％のZr、2.7〜3.3重量％のNd、0.0〜2.6重量％のY、及び0.03〜0.25％のCaを含有するマグネシウム系鋳造合金を記載する。当該合金は、重力鋳造後及び完全T6熱処理後、並びに押出し及び鍛造の後に、高強度及び高耐クリープ性を示す。しかしながら、HPDCについて検討されていない。
【０００９】
特許文献７は、0.35〜0.8重量％のZr、2.5〜3.6重量％のNd、0.0〜0.4重量％のZn、0.0〜0.5重量％のCa、及び0.0〜0.02重量％の不純物を含有するマグネシウム合金を記載する。当該合金は、中間母合金Mg-Nd、Mg-Ca、及びMg-Zrを調製するステップ、並びに前記母合金をNd、Ca、及びZrにより合金化するステップを含む、二段階プロセスにより調製される。技術が複雑であることから、最終的な合金製品の費用が著しく増大する。
【００１０】
特許文献８は、2.0〜4.5％のNd、0.2〜1.0％のZr、0.2％〜7.0％のHRE(原子番号62〜71の重希土類元素)、場合により最大0.4％の他のRE元素、最大0.5％のY、最大1.3％のZn、最大0.5％のMn、及び最大0.4％のHf又はTiを含有する耐クリープ性合金を記載する。当該合金は、主に砂型鋳造用に設計され、加えて、当該合金は重希土類元素、例えばGdを1.0〜1.6％の量で使用するために高価である。
【００１１】
特許文献９は、1.5〜5.0％のNd、0.1〜4.0％のY、0.1〜2.0％のCa、及び0.1〜1.0％のZrを含有する生分解性のマグネシウム合金に関する。当該合金は、押し出しにより医療用インプラントを製造するために設計される。高含量のCaにより、HPDCプロセスにおいて、多孔性、脆性、及び高温割れが増大する。
【００１２】
特許文献１０は、2.0〜4.0％のY、0.5〜4.0％のNd、0.05〜1.0％のZr、0.0〜5.5％のGd、0.0〜5.5％のDy、0〜5.5％のEr、0.0〜0.2％のYb、及び0.0〜0.04％のSmを含有するマグネシウム合金に関する。加えて、Gd、Dy及びErの総含量は、0.3〜12重量％の範囲である。当該合金は、砂型鋳造専用であり、また、展伸用合金としても使用することができる。当該合金は、HPDCプロセスには不適切である。さらに、高含量の重希土類元素により、これらの合金の費用は高くなる。
【００１３】
特許文献１１は、0.0〜10.0％のY、0.0〜5.0％のNd、0.00〜1.2％のZr、0.0〜0.3％のGd、及び0.0〜0.2％のSmを含有するマグネシウム合金であって、Ho、Lu、Tm、及びTbの総含量が、0.5〜5.5％の範囲である、前記マグネシウム合金を記載する。当該合金は、医療用インプラントの製造専用である。Y、Nd、並びに重希土類元素Ho、Lu及びTmの非常に広い濃度範囲により、当該合金は非常に多様な特性を示す。当該合金は、HPDCプロセスに適しておらず、高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第6,193,817号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第1866452号明細書
【特許文献３】国際公開第2009/086585号
【特許文献４】旧ソ連特許第1,360,223号(SU 1,360,223)
【特許文献５】米国特許第4,116,731号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第1329530号明細書
【特許文献７】中国特許出願公開第1752251号明細書
【特許文献８】欧州特許出願公開第1641954号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第2009/0081313号明細書
【特許文献１０】国際公開第2010/038016号
【特許文献１１】国際公開第2011/117628号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の課題は、高圧ダイカスト(HPDC)用途に適するマグネシウム合金を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる課題は、HPDC用途において割れを生じない鋳造を可能にするマグネシウム系合金を提供することである。
【００１７】
本発明の課題はまた、強度及び延性、並びに200℃の温度において長時間操作するための特性の優れた組み合わせを有するマグネシウム系合金を提供することである。
【００１８】
本発明の別の課題は、砂型鋳造、インベストメント鋳造、及び金型鋳造にも適している合金であり、鋳造性、クリープ性能、及び耐腐食性の優れた組み合わせを示す合金を提供することである。
【００１９】
本発明のなおさらなる課題は、圧延、鍛造及び押し出し等、その後に塑性加工操作を行う、直接チル鋳造及び双ロール鋳造にも適している合金を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる別の課題は、前記挙動及び特性を示し、手ごろな価格である合金を提供することである。
【００２１】
本発明の他の課題及び利点は、以下の記載によって明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、少なくとも94.8重量％のマグネシウム、2.5〜4.6重量％のネオジム、0.05〜0.40重量％のイットリウム、0.03〜0.65重量％のジルコニウム、及び付随的な不純物からなる、高圧ダイカスト(HPDC)プロセス用の軽量合金を提供する。一つの実施形態では、本発明による合金は、最大0.02重量％のカルシウムをさらに含有する。本発明による合金は、原子番号が61〜70である重希土類(HRE)元素を本質的に含まない。本発明による合金は、セリウム、ランタン、及びプラセオジムを本質的に含まない。本発明による合金は、亜鉛を本質的に含まない。一つの実施形態では、本発明による合金は、4.3重量％超の量のNd及びYを含有する。前記付随的な不純物は、通常、最大0.02重量％の量の、Si、Fe、Cu、及びNiを含む。本発明による軽量合金は、最高200℃の高温での長期操作に適している。本発明によるHPDC及び他の用途のための合金は、優れた鋳造特性、高強度、高耐クリープ性、高耐腐食性を示し、当該合金から製造された物品は、高温で優れた性能を示す。本発明による合金は、高圧ダイカスト(HPDC)に使用することができるが、砂型鋳造、インベストメント鋳造、及び金型鋳造からなる群から選択されるプロセスにも使用することができる。本発明による合金は、その後に圧延を行う双ロール鋳造、又は、その後に鍛造、押し出し、もしくは圧延を行う直接チル鋳造のいずれかを含むプロセスにも使用することができる。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では、軽量合金は、HPDCに有利に使用される。一つの実施形態では、HPDCに好ましい合金は、2.8〜4.3重量％のNd、0.06〜0.25重量％のY、0.05〜0.4重量％のZr、及び0.0〜0.02重量％のCaを含有する。本発明の好ましい実施形態では、HPDCに使用される合金は、200℃において、少なくとも153 MPaの引張降伏強度(TYS)、200℃において、少なくとも152 MPaの圧縮降伏強度(CYS)、200℃、100 MPaの応力下において、1.5×10-10/s以下の最小クリープ速度、及び2.65 mpy以下の腐食速度を示す。耐酸化性、流動性、及び固着性(dies sticking)を特徴とする相対的な単位で評価した場合、本発明による合金は、少なくとも96％の鋳造性を示すことが好ましい。
【００２４】
本発明は、2.8〜4.6重量％のNd、0.06〜0.25重量％のY、0.05〜0.4重量％のZr、及び0.0〜0.02重量％のCaを含有する合金の鋳造物品に関するものであり、当該物品は、150〜250℃での1〜10時間の直接時効を含むT5処理後に、強度及び延性の優れた組み合わせを示す。一つの実施形態では、前記物品は、175〜225℃での1〜6時間の直接時効を含むT5処理後に、強度及び延性の優れた組み合わせを示す。
【００２５】
本発明による合金はまた、砂型鋳造、インベストメント鋳造、金型鋳造、及びそれらの低圧変更鋳造にも適しており、一つの実施形態では、合金は、2.7〜3.4重量％のNd、0.15〜0.40重量％のY、0.3〜0.6重量％のZr、及び0.0〜0.02重量％のCaを含有する。本発明は、前記合金の鋳造物品に関するものであり、当該物品は、520〜560℃での1〜16時間の固溶化熱処理、その後の焼入れ媒体中での冷却、及びその後の200〜270℃での1〜16時間の時効を含む完全T6熱処理後に、性能特性の優れた組み合わせを示す。一つの実施形態では、前記物品は、535〜545℃での3〜5時間の固溶化熱処理、その後の焼入れ媒体中での冷却、及びその後の225〜250℃での3〜6時間の時効を含む完全T6熱処理後に、性能特性の優れた組み合わせを示す。
【００２６】
本発明による合金は、鍛造、押し出し、及び圧延に有利に使用することができ、一つの実施形態では、合金は、2.8〜3.8重量％のNd、0.20〜0.40重量％のY、0.35〜0.60重量％のZr、及び0.0〜0.02重量％のCaを含有する。本発明は、前記合金の鋳造物品に関するものであり、当該物品は、200〜250℃での1〜16時間の時効を含むT5熱処理後に、性能特性の優れた組み合わせを示す。
【００２７】
本発明は、200〜250℃もの高温での用途のために設計された、耐クリープ性マグネシウム系合金を提供し、当該合金は、良好な鋳造性、及び低い熱間割れ感受性を示し、当該合金は、強固であり、耐腐食性であり、優れた延性を有する。
【００２８】
本発明は、以下のステップ、i)強撹拌下、765〜785℃で、マグネシウムと、ネオジム及びジルコニウムとを合金化するステップ、ii)溶融物を20〜40分間静置して、鉄を沈降させるステップ、iii)Y-Fe金属間化合物の形成を防ぐために、強撹拌を避けながら、イットリウムを添加するステップ、iv)場合により、静置するステップの前にカルシウムを添加するステップ、v)溶融合金を30〜60分間静置するステップ、並びにv)所望の形態で鋳造するステップを含む、最高200℃の高温での長期操作用の軽量合金の製造方法であって、ステップを、固化するまでCO2+0.5％HFC134aの保護雰囲気下で実施し、合金中のマグネシウムの量が、少なくとも94.8重量％であり、ネオジムの量が2.5〜4.6重量％であり、イットリウムの量が0.05〜0.40重量％であり、ジルコニウムの量が0.03〜0.65重量％であり、カルシウムの量が0.00〜0.02％である、前記方法を提供する。このように製造された軽量合金は、高圧ダイカストに特に適するが、砂型鋳造、インベストメント鋳造、及び金型鋳造に有利に使用することができる。
【００２９】
本発明による合金は、94重量％超のマグネシウム、2.5〜4.6重量％のネオジム、0.05〜0.40重量％のイットリウム、0.03〜0.65重量％のジルコニウム、場合により最大0.02重量％のカルシウム、及び付随的な不純物を含有する。合金は、通常、最大0.007重量％の鉄、最大0.001重量％のニッケル、最大0.003重量％の銅、最大0.015重量％の珪素、及び最終的に他の付随的な不純物を含有する。本発明の合金は、高い引張降伏強度及び圧縮降伏強度、並びに高い延性の優れた組み合わせを示す。新規合金の大きな利点は、それらの高いクリープ破壊応力、クリープ強度、及び低い最小クリープ速度、並びにGM 9540サイクル腐食試験により測定される低い腐食速度に関する。したがって、本発明の合金は、優れた性能特性、良好な鋳造性、及び比較的手ごろな費用を兼ね備える。本発明による物品は、先行する鋳造プロセス及び塑性加工操作に依存して、T5又はT6熱処理を施すことが好ましい。
【００３０】
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、以下の実施例によって、さらには添付の図面を参照することで、容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は表1であり、本発明によるHPDCの合金(実施例1〜7)及び比較合金(比較例1〜7)の化学組成を示す。
【図２】図２は表2であり、表1の合金のダイ鋳造性評価結果を示す。
【図３】図３は表3であり、表1の合金の機械的特性及び腐食特性を示す。
【図４】図４は表4であり、表1の合金のクリープ特性を示す。
【図５】図５は表5であり、本発明による砂型鋳造の合金(実施例8〜14)及び比較合金(比較例8〜14)の化学組成を示す。
【図６】図６は表6であり、表5の合金の機械的特性及び腐食特性を示す。
【図７】図７は表7であり、本発明による鍛造後の合金(実施例15〜18)及び比較合金(比較例15〜18)の化学組成を示す。
【図８】図８は表8であり、表7の合金の機械的特性を示す。
【図９】図９は、腐食評価のためのGM9540サイクル試験手順を示すスキームである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ネオジム、ジルコニウム、イットリウム、及び場合によりカルシウムを含むマグネシウム系合金中の元素の特定の組み合わせが、特に高圧ダイカストにおいて、優れた特性を合金に付与することが見出された。これらの特性には、高延性、優れた耐腐食性、及び最高250℃の使用温度を達成することが可能なクリープ特性と共に、高い引張特性及び圧縮特性の優れた組み合わせが含まれる。前記特性の組み合わせは、高圧ダイカスト、砂型鋳造、並びに直接チル鋳造又は双ロール鋳造、その後の塑性加工プロセス、例えば鍛造、押し出し、及び圧延で、実現することができる。
【００３３】
本発明のマグネシウム系合金は、2.5〜4.6重量％のネオジムを含有する。Nd含量が2.5重量％未満である場合には、合金は周囲温度及び高温における強度が不十分であり、それらの耐クリープ性は250〜300℃の温度で機能するのに十分ではなく、Nd含量が4.6重量％超である場合には、割れの開始及び伝播の原因である過剰量の金属間化合物により延性が低くなることが、本発明者により見出された。本発明による合金は、0.05〜0.40重量％のイットリウムを含有する。イットリウム含量が0.05重量％未満であると、合金が酸化しやすくなり、その結果、700〜780℃での溶融金属処理中の燃焼性が増大することが見出された。一方で、イットリウム含量が0.40重量％超に増加すると、合金価格が上昇すると同時に、延性が低くなり、鋳造性が著しく悪化する。ジルコニウムは、高圧ダイカストプロセスの場合に、鉄を除去するために主に使用される。重力鋳造(砂型鋳造、インベストメント鋳造、及び金型鋳造)の場合、ジルコニウムは、結晶微細化剤としても機能する。0.03重量％のZrは合金中の鉄含量を確実に低くするのに十分であること、一方で、少なくとも0.3重量％のジルコニウムは結晶微細化に必要であることが見出された。ジルコニウム含量の上限は、Mg-Nd-Y合金中へのその溶解度が限定されるため、約0.65重量％である。
【００３４】
本発明の合金は、実質上亜鉛を含有せず、亜鉛は、Zn-Y-Nd-Zrの粗金属間化合物の形成によって、耐クリープ性及び腐食性能を悪化させ得る。さらに、本発明の合金は、Ce及びLa等の固体マグネシウム中への溶解度が低い希土類元素を含有しない。それらの元素の存在は、粗金属間化合物の形成によって、機械的特性の悪化、特に延性の悪化をもたらす。本発明の合金中に最大0.02％のカルシウムを混合することにより、耐酸化性が改善され得る。Ca含量は0.02％に制限され、これは、Ca含量が高くなると、合金のミクロ多孔性及び脆性が高くなるからである。
【００３５】
本発明の合金はまた、60より大きい原子番号の重希土類元素を含有せず、それらは合金性能を顕著に改善することなく合金価格を上昇させ得る。
【００３６】
驚くべきことに、本発明の単純な合金は、HPDC及び他の用途に適しており、同時に、優れた鋳造特性、高強度、高耐クリープ性、高耐腐食性を示し、当該合金から製造された物品は、高温で優れた性能を示す。
【００３７】
本発明によるマグネシウム合金を、比較合金と共に試験した。その結果により、新規合金は、比較合金と比較して、良好な耐酸化性及び流動性、並びに固着性に対する低い感受性を示すことが示される。本発明による合金からなるインゴット表面では、燃焼と酸化のどちらも観察されなかった。対照的に、比較合金の調製物では、合金元素の著しい酸化と望ましくない損失とが併発することもあった。耐酸化性、流動性、及び固着性に対する感受性を評価した場合、鋳造性の相対的な尺度において、本発明の組成と幾分異なる組成を有する比較合金が73〜83％であるのに対し、本発明による合金は96〜100％に達した(以下の実施例を参照)。
【００３８】
その後、新規合金及び比較合金の両方のインゴットの一部を再溶融し、高圧ダイカストにより、試験及び評価用の各種試料を生成した。残りのインゴットを再溶融し、結晶微細化し、砂型鋳造により、試験用の各種試料を調製した。その後、引張降伏強度(TYS)、最大引張強度(UTS)、パーセント伸度(%E)、圧縮強度(CYS)、及び各種クリープ特性、例えばクリープ強度、クリープ破壊強度、及び最小クリープ速度を測定した。腐食挙動はGM 9540サイクル試験により評価した。本発明による合金は、クリープ破壊応力、クリープ強度、及び耐腐食性の点で、比較合金より優れていた。本発明による合金はまた、比較合金よりも、伸度の値によって特徴づけられる、強度及び延性の良好な組み合わせを示す。
【００３９】
本発明による合金はHPDCに非常に適しており、当該合金が、150〜250℃での1〜10時間の、好ましくは175〜225℃での1〜6時間の直接T5時効の後に、優れた特性を発現させることが見出された。展伸用合金に関しては、本発明による合金が、200〜250℃での1〜16時間の直接時効の後に、非常に良好な特性に達することが見出された。本発明による合金はまた、砂型鋳造において、完全T6熱処理後に、優れた機械的特性を示すことが見出され、特に、熱処理が、520〜560℃での1〜16時間の固溶化熱処理、その後の焼入れ媒体中での冷却、及び、その後の200〜270℃での1〜16時間の時効を含む場合に、好ましくは535〜545℃での3〜5時間の固溶化処理後に、焼入れ媒体中で冷却させて、さらに、その後の225〜250℃での3〜6時間の時効の後に、良好な結果が得られた。
【００４０】
本発明は、以下の実施例において、さらに記載及び説明される。
【実施例】
【００４１】
本発明の合金を、低炭素鋼からなる150 lの坩堝で調製した。CO2 + 0.5％ HFC134aの混合物を保護雰囲気として使用した。使用した原料は以下の通りである:
マグネシウム(Mg) - 少なくとも99.8％のMgを含有する、純粋なマグネシウム、グレード9980A。
ネオジム(Nd) - 商業上純粋なNd(0.5％未満の不純物)。
ジルコニウム(Zr) - 少なくとも95％のZrを含有する、Zr95平板。
イットリウム(Y) - 商業上純粋なY(1％未満の不純物)。
カルシウム(Ca) - 純粋なCa(0.1％未満の不純物)。
【００４２】
中間物Mg-Nd、Mg-Ca及びMg-Zrの母合金を使用した、中国特許出願公開第1752251号明細書に記載される合金化手順に反して、本発明の合金は、純粋なNd及び純粋なCaを使用して調製され、これにより、プロセスは大幅に単純化され、プロセスの期間は短縮され、さらに合金価格は著しく低減する。典型的には、770〜780℃で、溶融物を強撹拌しながら、ネオジム及びジルコニウムを添加した。ジルコニウムを添加した後に、溶融物を20〜40分間維持して、鉄を沈降させた。鉄を沈降させた後に、イットリウムの過剰損失につながる、Y-Fe金属間化合物の形成を避けるために、強撹拌をしないで、イットリウムを添加した。溶融温度が785℃超に上昇しないようにして、坩堝壁からの鉄の過剰汚染を防ぐことを確実にするために、さらに、温度が765℃未満に下降しないようにして、ジルコニウムの過剰損失を防ぐことを確実にするために、合金化中に厳密な温度制御を行った。静置前にカルシウムを添加した。所要の組成物を得た後に、均質化、並びに鉄及び非金属内包物の沈降のために合金を30〜60分間保持して、その後、それらを15 kgのインゴットに鋳造した。鋳型における固化中、CO2 + 0.5% HFC134a混合物により溶融金属をガス保護することで、鋳造を実施した。345トンの型締力を有するIDRA OL-320コールドチャンバー式ダイカストマシンを使用して、ダイカスト試験を実施した。
【００４３】
測定された流動性、耐酸化性、及び固着性又は焼付き性に基づいて、鋳造性を評価した。鋳造温度は710℃であった。各特性(流動性、耐酸化性、固着性)は、相対的な尺度において、0〜10ポイント(高ければ高いほど、良好である)に割り当てることにより評価した(表2参照)。合金の総ポイントを30で割って、100を掛けることにより、「鋳造率」(0〜100％の値を有する相対的な評価値)が得られ、これは、ダイカスト合金の総合的な適合性を特徴づける。本発明による合金は、96〜100％の鋳造率であったが、一方で、比較例は、本発明の新規合金とほんのわずかしか違わなかったとしても、73〜83％の鋳造率であった。
【００４４】
周囲温度及び高温での引張試験及び圧縮試験は、Instron 4483マシンを使用して実施した。引張降伏強度(TYS)、最大引張強度(UTS)、パーセント伸度(％E)、及び圧縮降伏強度(CYS)を測定した。SATEC Model M-3マシンをクリープ試験に使用した。200℃及び250℃で200時間、又は各種応力下で破壊するまで、クリープ試験を実施した。耐クリープ性は、破壊強度及びクリープ強度を測定することにより評価した。クリープ強度は、通常、特定の時間及び温度において一定量のクリープを生じるのに必要とされる、応力として定義される。所与の温度において100時間で0.2％のクリープひずみを生じる応力としてクリープ強度を報告することが一般的である。このパラメーターは、長期間での限界クリープひずみに関して、材料の負荷保持力を評価するために、設計技術者により使用される。クリープ破壊応力は、選択した試験温度において、一定時間、通常100時間で、試料破壊を生じる応力である。加えて、定常状態での最小クリープ速度(MCR)は、クリープ性能を評価するために使用された。
【００４５】
40日間のGM9540サイクル試験により、腐食挙動を評価した(図9)。試験手順は、湿潤-乾燥の移行、及び薄い電解質溶液の短時間噴霧の両方を組み合わせる、3つの主要な段階を含む。本試験では、サイクル中に、温度を徐々に上昇させる。140×100×3 mmの寸法のダイカスト板を使用した。試験前に、板をアセトン中で脱脂し、秤量した。各合金につき5つの複製品を試験した。試験の最後に、腐食生成物を、80℃で約3分間、クロム酸溶液(1リットルの溶液当たり180gのCrO3)中に剥離し、重量損失を測定した。重量損失を使用して、平均腐食速度[mpy(1年当たりのミリインチ)]を決定した。
【００４６】
表1〜4は、本発明によるHPDC合金、及び比較合金の、化学組成、鋳造性パラメーター、及び特性を示す。本発明の新規合金は、酸化傾向、流動性及び固着性に対する感受性により評価されるダイ鋳造性が著しく良好であることを実証しており(表2)、これが、最小で96％の鋳造率に反映される。表3からわかるように、新規合金では、比較合金よりも、周囲温度及び高温の両方において、引張降伏強度(TYS)及び圧縮降伏強度(CYS)が優れている。UTS値の場合も同様である。例えば、本発明による新規合金の200℃におけるTYS値は、150 MPa以上、通常153 MPa以上であるが、一方で、比較合金はより低い値を有する。さらに、新規合金は、比較合金よりも、強度及び伸度のずっと良好な組み合わせを示す。また、GM 9540サイクル試験条件下で測定された新規合金の耐腐食性(図9)も、比較合金の特性より優れており、新規合金の腐食速度は、2.9 mpy未満、通常2.7 mpy未満、例えば2.65 mpy以下である(表3)。加えて、新規合金はまた、温度範囲200〜250℃において、優れた耐クリープ性を示し、比較例よりも優れている(表4)。HPDCの新規合金のクリープ破壊強度は、典型的に、200℃において約200 MPa以上、250℃において約105 MPa以上である。新規合金のMCR値は、200℃及び100 MPaにおいて1.5×10-10/s以下、通常1.0×10-10/s以下であり、比較合金は、当該新規合金の組成とわずかしか違わなかったとしても、より大きな値を有する(表4)。
【００４７】
熱間割れ感受性が低いことを含むこれらの特性の優れた組み合わせにより、本発明の合金は、低慣性モーメント及びそれに対応する低振動が必要とされる、200〜250℃の高温において機能する可動部の、高圧ダイカスト用の最有力候補になる。
【００４８】
表5〜6は、完全T6熱処理を施した本発明による砂型鋳造合金及び比較合金の化学組成及び特性を示す。本発明の合金は、比較例と比較してTYS及び伸度の優れた組み合わせを示す。新規合金の圧縮強度はまた、周囲温度及び高温の両方でより高い。さらに、本発明の合金の優れた利点は、当該合金が、優れた機械的特性と、比較合金の耐腐食性より優れた顕著な耐腐食性とを兼ね備えることである。
【００４９】
表7〜8は、本発明の鍛造合金の化学組成及び機械的特性を示す。本発明の合金及び比較合金は、直接チル鋳造され、均質化され、鍛造され、T5熱処理された。本発明の鍛造合金は、周囲温度及び200℃の両方において、比較合金よりも高いTYS及びUTSの値を示す。本発明による合金はまた、優れた伸度及び顕著に高い圧縮降伏強度を有することが重要である。
【００５０】
本発明について、いくつかの特定の例に関して記載したが、多くの変更及び変形が可能である。したがって、添付した特許請求の範囲内であれば、具体的に記載した以外の例により、本発明を実現できると理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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