(57)【要約】【課題】高延性かつ高引張り強度のマグネシウム合金棒線材の製造方法の提供。【解決手段】被加工材を１４０℃〜３５０℃の引抜き加工温度にまで昇温する昇温工程と、前記引抜き加工温度で前記被加工材をダイスを通して引き抜く加工工程と、得られた引き抜き材を直ちに冷却する冷却工程とを備えたマグネシウム合金棒線材の製造方法であって、前記昇温工程から前記冷却工程までの間に、前記被加工材の温度が１４０℃以上である時間が８秒以下であり、かつ、前記冷却工程において前記引き抜き材は８０℃／秒以上の冷却速度で温度８０℃以下まで冷却されることを特徴とするマグネシウム合金棒線材の製造方法。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を１４０℃〜３５０℃の引抜き加工温度にまで昇温する昇温工程と、
前記引抜き加工温度で前記被加工材をダイスを通して引き抜く加工工程と、
得られた引き抜き材を直ちに冷却する冷却工程とを備えたマグネシウム合金棒線材の製造方法であって、
前記昇温工程から前記冷却工程までの間に、前記被加工材の温度が１４０℃以上である時間が８秒以下であり、かつ、前記冷却工程において前記引き抜き材は８０℃／秒以上の冷却速度で温度８０℃以下まで冷却されることを特徴とするマグネシウム合金棒線材の製造方法。
【請求項２】
更に、前記昇温工程に先立って被加工材に溶体化処理及び時効処理がこの順序で施される請求項１のマグネシウム合金棒線材の製造方法。
【請求項３】
前記溶体化処理は、温度３８０〜４５０℃で６時間以上の条件下で行なわれ、かつ、前記時効処理は、温度１５０〜２００℃で２時間以上の条件下で行なわれる請求項１または２のマグネシウム合金棒線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマグネシウム合金棒線材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マグネシウム合金材料は、家電製品の筐体、自動車のステアリング及びシート、並びに各種ケースなどへの需要が増加しているが、これらマグネシウム合金製の部材を固定する場合、概ね、鉄鋼製のねじやボルト等の締結材が使用されている。しかし、このように、鉄とマグネシウム合金とが直接接触した場合、電食によってマグネシウム合金が腐蝕される結果、締結材の緩みや脱落が生じることがある。
【０００３】
したがって、電食防止の観点からすると、締結材についてもマグネシウム合金製であることが望ましい。このようなことから、締結材の加工用素材として、マグネシウム合金の棒材や線材（以下、マグネシウム合金棒線材という）の需要が高まっている。そして、所望の径を有するマグネシウム合金棒線材が製造されているが、その製造は、通常、引き抜き加工によって実施されている。
【０００４】
具体的には、その引き抜き加工は、被加工材であるマグネシウム合金の棒線材を、例えば高周波加熱炉等によって所定温度以上に加熱し、かつ、これに固体若しくは液体の潤滑剤を塗布した状態で、ダイスに通して引き抜いてより細径化することによって実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、金属マグネシウム及びマグネシウム合金の結晶系は一部の合金を除き六方晶である。この六方晶の材料の加工性は非常に大きな温度依存性を有していて、室温下で塑性加工することはほとんど不可能である。
例えば、マグネシウム合金ＡＺ３１の場合、その被加工材の温度が１４０℃以下のときにはほとんど塑性加工することができない。そのため、実際の引抜き加工においては、加工の安定性を考慮して被加工材を２００℃以上に加熱することが必要とされる。
【０００６】
しかしながら、このように被加工材を高温まで加熱して加工すると、製造されたマグネシウム合金棒線材は延性に乏しくなり、また引張強さも小さくなって実使用時に難点が生ずる。
本発明は、上記した問題を解決し、良好な延性を有するマグネシウム合金棒線材の製造方法の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、被加工材を１４０℃〜３５０℃の引抜き加工温度にまで昇温する昇温工程と、前記引抜き加工温度で前記被加工材をダイスを通して引き抜く加工工程と、得られた引き抜き材を直ちに冷却する冷却工程とを備えたマグネシウム合金棒線材の製造方法であって、前記昇温工程から前記冷却工程までの間に、前記被加工材の温度が１４０℃以上である時間が８秒以下であり、かつ、前記冷却工程において前記引き抜き材は８０℃／秒以上の冷却速度で温度８０℃以下まで冷却されることを特徴とするマグネシウム合金棒線材の製造方法が提供される（請求項１）。
【０００８】
上記した製造方法においては、更に、前記昇温工程に先立って被加工材に溶体化処理及び時効処理がこの順序で施されることが好ましい（請求項２）。
例えば、前記溶体化処理は、温度３８０〜４５０℃で６時間以上の条件下で行なわれ、かつ、前記時効処理は、温度１５０〜２００℃で２時間以上の条件下で行なわれる（請求項３）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金棒線材の製造方法（以下、製造方法Ａという）を、図面に基づいて説明する。
製造方法Ａは、例えば、図１に示したマグネシウム合金線材の製造装置を用いて実施される。この製造装置は、被加工材１０が巻回されたロール１２及び製造されたマグネシウム合金線材１４を巻き取るロール１６を備えている。そして、ロール１２とロール１６間を延びる経路には、ロール１２に近い側から順に、昇温装置１８、ダイス２０、および冷却装置２２が、互いに隣接して設置されている。
【００１０】
なお、被加工材１０は、例えば、マグネシウム合金材料に対して押出し加工や線材圧延を行なうことによって得ることができる。
被加工材１０は、複数のローラ２４によって張力が付与された状態でロール１２から略一定の速度で引き出され、昇温装置１８に導入される。被加工材１０は、昇温装置１８の内部を通過する間に、例えば５０℃／秒以上の昇温速度で、これを塑性加工可能な１４０℃〜３５０℃の引抜き加工温度にまで昇温される。
【００１１】
昇温装置１８を通過し、温度範囲１４０℃〜３５０℃の引抜き加工温度まで昇温された被加工材１０は、ダイス２０に通して所定の減面率となるよう引き抜かれ、所所定線径の線材（引き抜き材）となるように伸線加工される。
ダイス２０を通って得られた引き抜き材は、ただちに、冷却装置２２に導入され、そこで、８０℃／秒以上の冷却速度にて温度８０℃以下まで冷却され、目的のマグネシウム合金線材となる。このようにして得られたマグネシウム合金線材１４はロール１６に巻き取られて保管される。
【００１２】
ここで、被加工材に対する熱処理マップを図２に示す。同図に示したように、製造方法Ａにおいて、被加工材１０の温度が１４０℃以上である時間は８秒以下であって、かつ、ダイスを通して引き抜かれた後、ただちに、その引き抜かれた引き抜き材は８０℃／秒以上の冷却速度で冷却されている。
したがって、図２からも明らかなように、被加工材は、昇温工程から冷却工程までの間、より詳しくは、昇温工程の後段、加工工程、及び冷却工程の前段を含む工程において、その温度は１４０〜３５０℃になっている。
【００１３】
そして、本発明においては、上記した温度、すなわち１４０℃以上の温度に被加工材が曝される時間は８秒以下と規制するところに一つの特徴がある。その理由は以下の通りである。
一般に、マグネシウム合金から成る被加工材は冷間加工が困難であることから、その引抜き加工温度は１４０〜３５０℃に設定される。ところで、マグネシウム合金の再結晶温度は１４０℃程度であることから、上記した温度域の引抜き加工温度においては、被加工材を伸線加工することが可能である。しかし、同時に、被加工材の結晶粒は、温度が高くなればなるほど、また、上記した１４０℃以上の温度に曝される時間が長くなればなるほど粗大化していく。すなわち、被加工材の温度が１４０℃を超えている時間が長いほどその結晶粒が粗大化し、その結果として、得られる線材の延性は乏しくなり、引張り強度も低くなる。
【００１４】
そして、本発明者らは、製造されたマグネシウム合金線材の引張り強度を２８０ＭＰａ以上、絞りを４０％以上に確保することを目標とした場合、被加工材の温度が１４０℃以上である時間を８秒以下に制限すれば、結晶粒の粗大化が抑制され、上記した目標特性を確保することができるとの事実を見出したのである。
また、このような制限に加え、本発明の冷却工程において、加工工程で得られた引き抜き材を、直に、８０℃／秒以上の冷却速度で温度８０℃以下まで冷却することは、以下の理由による。
【００１５】
引き抜き材は、ダイスから引き抜かれた直後、微細な結晶粒からなる加工組織を有するが、なおも１４０℃以上の温度にあればその組織における結晶粒の成長が進み、それは粗大化する。そして、このように粗大化した結晶粒を含むマグネシウム合金線材は延性に乏しく、引張り強さも低下する。
そのため、本発明においては、ダイスで引き抜かれた直後の引き抜き材を８０℃／秒以上の冷却速度で結晶粒の成長が事実上進行しない温度８０℃まで冷却し、引き抜き加工によって得られる微細な結晶粒組織を凍結して結晶粒の粗大化を抑制する。
【００１６】
次に、本発明の他の実施形態に係るマグネシウム合金線材の製造方法（以下、製造方法Ｂという）を説明する。
製造方法Ｂは、前処理工程を備えている以外は製造方法Ａと同じである。すなわち、製造方法Ｂにおいては、被加工材に対して、製造方法Ａを適用するのに先立つ前処理として、溶体化処理及び時効処理が施される。
【００１７】
ここで、図３は、溶体化処理及び時効処理における被加工材の温度の時間変化を示している。
具体的には、溶体化処理においては、被加工材は３８０〜４５０℃の温度で６時間以上加熱・保持した後、冷却される。この溶体化処理によって、被加工材は、均一な組成を有する固溶体となる。
【００１８】
そして、溶体化処理に続く時効処理においては、被加工材は１５０〜２００℃の温度で２時間以上加熱・保持される。この時効処理によって、被加工材の組織においては、溶体化処理によって基地に過剰に固溶した元素からなる第２相の微粒子が再結晶化時に結晶粒界に析出し、これらは基地全体にわたって均一に分散した状態で析出する。
【００１９】
製造方法Ｂにおいては、上記した前処理工程を経た被加工材が製造方法Ａに供される。このように、第２相の微粒子が基地全体に均一に分散して析出した組織を有する被加工材が１４０℃以上の温度に加熱された場合には、この微粒子のピニング効果によって、結晶粒の粗大化が抑制される。
したがって、製造方法Ｂによれば、一層、製造されるマグネシウム合金線材の延性と引張り強さを高めることができる。
【００２０】
なお、溶体化処理及び時効処理は、例えば、ロール１２に巻回された状態の被加工材１０を加熱炉中で加熱することによって行なうことができる。
【００２１】
【実施例】
１．マグネシウム合金線材の製造
実施例１〜３，比較例１，２
マグネシウム合金ＡＺ３１から成る直径８ｍｍの線材を被加工材とし、これに対し、まず、温度３８０℃で１２時間の溶体化処理及び温度１５０℃で４時間の時効処理を施した。
【００２２】
そして、これら前処理が施された被加工材を、表１に示した条件にて伸線加工した。なお、減面率及び伸線速度は、いずれも、２０％，９．３ｍ／ｍｉｎとした。
また、用いた製造装置は、昇温装置１８として高周波加熱炉と、一つの固定ダイス１４と、冷却装置２２として空冷ノズルとを備え、ダイス１４はＪＩＳＶ２０製の超硬ダイスである（図１参照）。
【００２３】
なお、被加工材１２に対しては、昇温装置１８に導入する際に、その前で、ＭｏＳ２を主成分とする潤滑剤を塗布した。また、ダイス１４の温度は１４０℃とした。
実施例４
溶体化処理及び時効処理が施されていない被加工材を、表１に示した条件にて伸線加工した。なお、用いた製造装置、減面率及び伸線速度は、他の実施例と同じである。
【００２４】
２．マグネシウム合金線材の評価
各実施例及び比較例のマグネシウム合金線材について引張試験及び絞り試験を行なった。これらの結果を表１に併せて示す。
【００２５】
【表１】
2004027300.tif 000003
【００２６】
表１に示したように、被加工材の温度が１４０℃以上である時間が８秒以下であり、かつ、引き抜き材の冷却速度が８０℃／秒である実施例１〜４の場合には、引張強さ及び絞りは、それぞれ、２９０ＭＰａ以上，３５％以上である。
とりわけ、被加工材に溶体化処理及び時効処理を施した実施例１〜３の場合には、引張強さ及び絞りは、それぞれ、３００ＭＰａ以上，４２％以上である。
【００２７】
一方、被加工材の温度が１４０℃以上である時間が８秒を超えている比較例１のマグネシウム合金線材は、実施例１〜４の場合に比べ、引張強さ及び絞りがいずれも低い値を示している。
また、引き抜き材を冷却速度２０℃／秒で冷却した比較例２のマグネシウム合金線材についても、実施例１〜４の場合に比べ、その引張強さ及び絞りがいずれも低い値を示している。
【００２８】
以上の結果から明らかなように、被加工材の温度が１４０℃以上である時間を８秒以下に制限し、かつ、引き抜き材の冷却速度を８０℃／秒以上とすることによって、得られるマグネシウム合金線材の結晶粒の粗大化を抑制してその延性を高められることがわかる。
更に、昇温工程に先立って、被加工材に溶体化処理及び時効処理を施すことによって、一層、得られるマグネシウム合金線材の結晶粒の粗大化を抑制することが可能であり、その延性を高められることがわかる。
【００２９】
なお、本発明は種々変形することが可能であって、例えば、本発明を適用可能なマグネシウム合金材料はＡＺ３１に限定されることはなくＡＺ９１，ＡＭ６０，ＡＳ２１，ＡＥ４２等種々のマグネシウム合金材料に適用することができる。
そして、上記した一実施形態においては、製造装置は一つの固定ダイスのみを備えていたが、２つ若しくは３つ以上の固定ダイスを備えた製造装置によって、連続して引き抜き加工してもよい。ダイスについても固定ダイスに限られるものではなく、回転ダイスであってもよい。
【００３０】
また、例えば伸線速度及び減面率等の伸線条件については、適宜選択することが可能である。
なお、上記実施例は線材について述べたが、本発明のマグネシウム合金棒線材の製造方法を棒材の引抜き加工にも適用できることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上の結果から明らかなように、本発明のマグネシウム合金棒線材の製造方法によれば、高延性かつ高引張り強度のマグネシウム合金棒線材を製造することができる（請求項１）。
更に、請求項２に記載のマグネシウム合金棒線材の製造方法によれば、より高い延性及び引張り強度を有するマグネシウム合金棒線材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金線材の製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金線材の製造方法に含まれる各工程における被加工材の温度変化を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るマグネシウム合金線材の製造方法に含まれる前処理工程における被加工材の温度変化を示す図である。
【符号の説明】
１０　被加工材
１４　マグネシウム合金線材
１８　昇温装置
２０　ダイス
２２　冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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