(57)【要約】【課題】強度と靭性に優れたマグネシウム基合金線を得ることができるマグネシウム基合金の伸線方法を提供する。【解決手段】マグネシウム基合金の被加工材を複数枚のダイスに連続的に挿通して複数パスの伸線を行うマグネシウム基合金の伸線方法である。被加工材は重量％でＺｎ：１．０〜１０．０％を含む。各ダイス１３よりも上流において被加工材２０を加熱手段１１で加熱して伸線を行う。加熱温度は１５０℃〜３５０℃が望ましい。加熱手段１１とダイス１３との間に冷却手段１２を設けることも好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム基合金の被加工材を複数枚のダイスに連続的に挿通して複数パスの伸線を行うマグネシウム基合金の伸線方法であって、
前記被加工材は重量％でＺｎ：１．０〜１０．０％を含み、
各ダイスよりも上流において被加工材を加熱して伸線を行うことを特徴とするマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項２】
被加工材の加熱温度が１５０℃〜３５０℃であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項３】
被加工材の加熱温度が２００℃以上であり、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満に冷却して各ダイスを通過させることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項４】
最初のパスにおいて、被加工材の加熱温度が２００℃以上であり、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満５０℃以上に冷却してダイスを通過させ、
第２パス以降において、被加工材の加熱温度が２００℃以上であり、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満に冷却してダイスを通過させることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項５】
高周波加熱装置により被加工材を加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項６】
１パスの加工度（断面減少率）が１０％以上２８％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項７】
被加工材に潤滑液が付着した状態で伸線され、この潤滑液が１００℃以上に加熱されていることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項８】
最終線径が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【請求項９】
さらに、重量％でＭｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のマグネシウム基合金の伸線方法。
【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基合金の伸線方法に関するものである。特に、細線を容易に得ることができるマグネシウム基合金の伸線方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム基合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディーなどにも広く利用されている。例えば、特許文献１には、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｘ系（Ｘ：Ｙ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｍｍ）の高強度のマグネシウム基合金が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３３７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｍｇおよびその合金は、最密六方格子構造であるため延性に乏しく、塑性加工性が極めて悪い。そのため、Ｍｇおよびその合金のワイヤを得ることは極めて困難であった。例えば、鋳造材の熱間圧延や熱間押出しによって丸棒が得られるものの、靭性が低く伸線することが難しい。
【０００５】
また、特許文献１に記載の技術で得られる材料形状は、直径６ｍｍ、長さ２７０ｍｍの短い棒材にすぎず、記述されている方法（粉末の押し出し）で長尺の線材を得ることはできない。特に、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｍｍ等の添加元素を数原子％オーダーで含むため、高コストであるだけでなく、リサイクル性にも劣る。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、強度と靭性に優れたマグネシウム基合金線を得ることができるマグネシウム基合金の伸線方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数パスの伸線を連続して行う際、各パスの伸線条件を特定することで上記の目的を達成する。
【０００８】
すなわち、本発明マグネシウム基合金の伸線方法は、マグネシウム基合金の被加工材を複数枚のダイスに連続的に挿通して複数パスの伸線を行うマグネシウム基合金の伸線方法であって、前記被加工材は重量％でＺｎ：１．０〜１０．０％を含み、各ダイスよりも上流において被加工材を加熱して伸線を行うことを特徴とする。
【０００９】
各パスにおいて被加工材を加熱して連続伸線を行うことで、延性に乏しいマグネシウム基合金が伸線できる。特に、加熱と伸線による塑性加工により、マグネシウム基合金の結晶粒径を微細かつ均一にし、多パスの伸線を可能にすることで、細径のワイヤを得ることができる。
【００１０】
ここで、被加工材の加熱温度は１５０℃〜３５０℃とすることが好ましい。特に、ダイス直前の被加工材の温度を１５０℃〜３５０℃とすることが望ましい。このような温度範囲に被加工材の加熱温度を限定することで、複数パスの伸線を確実に行うことができる。特に、３パス以上、より好ましくは５パス以上の多パスの伸線を行うことができる。より好ましい加熱温度は２００〜３００℃である。
【００１１】
上記被加工材の加熱手段は特に限定されないが、高周波加熱装置により加熱することが好ましい。高周波加熱装置によりインラインにて均一な被加工材の加熱を行うことができる。高周波の周波数は数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚとすることで所定温度に昇温することができる。加熱の効率を考えると高周波の周波数は１００ｋＨｚ程度が有効である。
【００１２】
被加工材の加熱温度を２００℃以上とした場合、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満に冷却して各ダイスを通過させることが望ましい。加熱したままの被加工材では強度が低く、伸線すると断線しやすいが、加熱された被加工材を冷却することで、断線を生じることなくより多パスの伸線を行って、細径の線材を得ることができる。冷却の具体的手段は衝風や水冷が挙げられる。好ましい冷却速度は５０℃／ｓｅｃ以上程度である。
【００１３】
また、最初のパスと第２パス以降とで加熱後の冷却条件を変えても良い。つまり、最初のパスにおいて、被加工材の加熱温度を２００℃以上とし、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満５０℃以上に冷却してダイスを通過させる。続いて、第２パス以降において、被加工材の加熱温度を２００℃以上とし、加熱された被加工材をダイス挿入直前に２００℃未満に冷却してダイスを通過させることが好ましい。特に、第２パス以降において、室温などの５０℃未満にまで冷却しても伸線が可能である。
【００１４】
通常、伸線前の母材には押出材が用いられる。押出材は結晶粒径やそのサイズのばらつきが大きく、冷間で伸線することができない。これに対し、一旦２００℃以上に加熱して最初のパスでの伸線が行われると、その際の加熱と塑性加工によりマグネシウム基合金の結晶粒径を微細かつ均一にできる。そのため、第２パス以降では、２００℃以上に加熱後、室温にまで冷却しても伸線を行うことができる。室温での伸線は、加熱した伸線に比べて線径精度に優れる。
【００１５】
本発明方法による連続伸線において、１パスの加工度（断面減少率）は１０％以上２８％以下であることが好ましい。１パスの加工度が１０％未満では加工効率が低く、逆に２８％を超えると多パスでの加工が難しく、細径の線材を得ることが難しくなる。
【００１６】
本発明方法において、伸線速度は数ｍ〜数十ｍが好ましい。線径が細くなるほど速い速度で伸線できる傾向にある。実際の伸線速度は、線材の製造効率と断線の有無を考慮して適宜決定すれば良い。
【００１７】
さらに、本発明方法では、被加工材に潤滑液が付着した状態で伸線することが好適である。潤滑液を用いることで、断線を抑制してより確実に細線にまで伸線することができる。被加工材に潤滑液を付着させる手段は、潤滑液中に被加工材及びダイスを浸漬したり、潤滑液を被加工材及びダイスにかけること等があげられる。その際、潤滑液が１００℃以上に加熱されていることが望ましい。１００℃以上に加熱した潤滑液を被加工材に付着させて伸線することで、多パスの伸線を行ってより細径の線材を得ることができる。特に、０．５ｍｍ以下のマグネシウム基合金線を得ることもできる。
【００１８】
この伸線方法が適用されるマグネシウム基合金には、Ｚｎ：１．０〜１０．０重量％を含有する鋳造用マグネシウム基合金と展伸用マグネシウム基合金のいずれも利用することができる。マグネシウム単体では十分な強度を得ることが難しいが、Ｚｎの含有量を上記のように限定したマグネシウム基合金は連続伸線を行うことで好ましい強度と靭性が得られる。特に、１．０〜１０．０重量％のＺｎに加えて、重量％でＭｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含むものが好適である。より具体的には、例えば、ＡＳＴＭ記号におけるＺＫ系、ＥＺ系などが利用できる。
【００１９】
ＺＫ系におけるＺＫ６０は、例えば、重量％でＺｎ：４．８〜６．２％、Ｚｒ：０．４％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ４０は、例えば、重量％で、Ｚｎ：３．５〜４．５％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ１０は、例えば、重量％でＺｎ：０．８〜１．５％、Ｚｒ：０．４〜０．８％を含有するマグネシウム基合金である。
【００２０】
ＥＺ系におけるＥＺ３３は、例えば、重量％でＺｎ：２．０〜３．１％、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．０１％以下、ＲＥ：２．５〜４．０％、Ｚｒ：０．５〜１％を含有するマグネシウム基合金である。ここで、ＲＥは希土類元素であり、通常はＰｒとＮｄの混合物が利用されることが多い。
【００２１】
上記化学成分の他にはＭｇおよび不純物が含まれる合金として利用されることが一般的である。不純物には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃａなどが挙げられる。
【００２２】
また、本発明伸線方法は、次のような伸線装置により伸線されることが好ましい。すなわち、被加工材が挿通されるダイスと、ダイスを通過した被加工材を巻き取る巻取り手段と、ダイスの上流において被加工材を加熱する加熱手段とを有し、これらダイス、巻取り手段及び加熱手段を１パスのユニットとして、複数ユニットが直列に配置されている伸線装置を用いる。
【００２３】
加熱手段は被加工材を１５０〜３５０℃に加熱できるものが好適である。具体例としては、高周波加熱装置が挙げられる。
【００２４】
さらに、ダイスと加熱手段との間に、加熱された被加工材を冷却する冷却手段を有することが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（伸線装置）
まず、本発明方法を実施するための伸線装置を図１に基づいて説明する。図１は同装置の概略構成図である。この装置は、図示しないサプライより被加工材２０が供給され、複数パスのユニット１０を通って連続伸線が行われる。各パスのユニット１０は、上流側から順に、加熱手段１１、冷却手段１２、ダイス１３、巻取り手段１４を具えている。加熱手段１１は搬送される被加工材２０を所定温度に加熱する高周波加熱装置である。冷却手段１２は加熱手段で加熱された被加工材２０を冷却する衝風冷却装置である。ダイス１３は被加工材２０を通過させることで減面加工を行う穴ダイスである。このダイス１３の上流側には、潤滑油を供給する潤滑油ボックス１５が一体化されている。巻取り手段１４はダイス１３を通過して減面された被加工材２０を巻き取る巻取り釜である。図１では３パス分のみ伸線装置のユニットを示しているが、実際にはさらに複数のユニットが下流にも設けられている。
【００２６】
このような装置を用いて、順次各ユニットに被加工材を通すことで線材を得る。なお、後述する各試験例において、伸線速度は最終線径φ３．２ｍｍでは１０ｍ／ｍｉｎ、φ２．４ｍｍでは１５ｍ／ｍｉｎ、φ１．７５ｍｍでは２０ｍ／ｍｉｎ、φ１．２ｍｍでは３０ｍ／ｍｉｎ、φ０．８ｍｍでは５０ｍ／ｍｉｎである。
【００２７】
（試験例１）
ＺＫ６０合金、ＥＺ３３合金の押出材φ４．０ｍｍを準備し、上記装置を用いて、以下のダイス系列に従って最大８パスの引抜き加工を実施した。
【００２８】
ダイス系列：φ４．０→φ３．６→φ３．２→φ２．９→φ２．６→φ２．３５→φ２．１→φ１．９→φ１．７５（単位は全てｍｍ）
【００２９】
ここでは衝風冷却装置は用いず、高周波加熱装置の出口における被加工材の加熱温度を１００〜４００℃に変化させ、その後、自然放冷にて被加工材をダイスに導入して伸線加工を実施した。ダイス直前の被加工材の温度は加熱温度とほぼ同様のである。潤滑油は、常温のものを潤滑油ボックスに導入し、ダイスと被加工材に供給した。各条件において、連続伸線加工可能なパス数、最終線径、総断面減少率を調べ、伸線加工の可否を評価した。試験結果を表１、表２に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
2004181500.tif 000004
【００３２】
表１、２から明らかなように、１００℃の加熱温度では両合金において、３パスの加工しかできず、十分に連続伸線できるとは言えない。１５０℃では、６パスの加工が可能であった。更に２００℃以上３００℃の温度範囲では、すべての合金において、最終パスまで加工可能であった。この温度条件では更なる加工も可能である。また、３５０℃では６パスの加工が可能であり、４００℃になると被加工材の強度不足による断線が生じてしまい、ほとんど加工できず、表面酸化も見受けられた。以上の結果から、ダイス上流における被加工材の温度を１５０℃〜３５０℃、好ましくは２００℃〜３００℃に加熱することにより連続伸線加工が可能であることがわかる。
【００３３】
（試験例２）
次に、ＺＫ６０合金、ＥＺ３３合金の押出材φ４．０ｍｍを準備し、以下のダイス系列に従って図１に示す連続伸線機を用いて最大８パスの引抜き加工を実施した。
【００３４】
ダイス系列：φ４．０→φ３．６→φ３．２→φ２．９→φ２．６→φ２．３５→φ２．１→φ１．９→φ１．７５（単位は全てｍｍ）
【００３５】
ここでは、加熱装置出口の被加工材加熱温度を１５０〜４００℃に変化させ、衝風冷却装置によりダイス挿入直前には２００℃以下になるように被加工材の温度を調整した。本例においても、用いた潤滑油は常温である。そして、試験例１と同様に伸線加工の可否を評価した。各条件において、連続伸線加工可能なパス数、最終線径、総断面減少率を表３、表４に示す。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
【表４】
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【００３８】
表３、４に示すように、１５０℃の加熱温度ではＺＫ６０、ＥＺ３３の何れの合金においても、２パス以下の加工しかできず、十分に連続伸線できるとは言えない。しかし、２００℃以上に加熱すると１５０℃以下のダイス直前の温度であっても、問題なく最終パスまでの加工ができた。更に、各パス間で被加工材を２００℃以上に加熱すると、ダイス直前で室温まで低下させても、ＺＫ６０、ＥＺ３３の両合金において連続伸線可能であった。従って、各パス間の被加工材温度を２００℃以上とし、ダイス挿入直前に２００℃以下に冷却しても連続伸線加工は可能である。特に、冷却後の被加工材の温度が常温での加工であれば、線径精度の点で優れる。また、４００℃まで昇温してもダイス直前に冷却手段を設けることで、連続伸線加工が可能である。
【００３９】
さらに、最初のパスにおいて、被加工材を２５０℃に加熱し、ダイス直前の被加工材の温度を３０℃または１００℃にまで冷却し、第２パス以降において、被加工材を２５０℃に加熱し、ダイス直前の被加工材の温度を３０℃とした伸線加工も行った。その結果、最初のパスにおいてダイス直前の温度を１００℃としたものは８パスまで伸線可能であったが、同温度を３０℃としたものは、異なる被加工材を使って複数回試験すると１パス目で断線することもあり、８パス目まで加工可能なときもあった。これは、最初のパスに導入される被加工材は結晶粒径が粗く、そのばらつきも大きい押出材であるため、加工可能な場合と加工できない場合があり、基本的にダイス直前の温度が常温では十分な伸線が難しいのに対し、第２パス以降は既に伸線された伸線材で、結晶粒径が微細かつ均一になっているためダイス直前の温度が常温でも伸線が可能になったものと推測される。
【００４０】
（試験例３）
ＺＫ６０合金、ＥＺ３３合金の押出材φ４．０ｍｍを準備し、以下のダイス系列に従って図１に示す連続伸線機を用いて最大８パスの引抜き加工を実施した。
【００４１】
▲１▼ダイス系列：φ４．０→φ３．９→φ３．８→φ３．７→φ３．６→φ３．５→φ３．４→φ３．３→φ３．２（単位は全てｍｍ、各断面減少率５〜６％）
▲２▼ダイス系列：φ４．０→φ３．８→φ３．６→φ３．４→φ３．２→φ３．０→φ２．８→φ２．６→φ２．４（単位は全てｍｍ、断面減少率１０〜１５％）
▲３▼ダイス系列：φ４．０→φ３．６→φ３．２→φ２．９→φ２．６→φ２．３５→φ２．１→φ１．９→φ１．７５（単位は全てｍｍ、各断面減少率１５〜２０％）
▲４▼ダイス系列：φ４．０→φ３．５→φ３．０→φ２．６→φ２．２→φ１．９→φ１．６→φ１．４→φ１．２（単位は全てｍｍ、各断面減少率２３〜３０％）
▲５▼ダイス系列：φ４．０→φ３．３→φ２．７→φ２．２→φ１．８→φ１．５→φ１．２→φ１．０→φ０．８（単位は全てｍｍ、各断面減少率３０〜３７％）
【００４２】
ここでは、加熱装置出口の被加工材加熱温度を２００℃とし、衝風冷却装置を用いることなく伸線加工を実施した。ダイス直前の被加工材の温度は加熱温度とほぼ同様の約２００℃である。本例においても、用いた潤滑油は常温である。そして、試験例１と同様に伸線加工の可否を評価した。各条件において、連続伸線加工可能なパス数、最終線径、総断面減少率を表５、表６に示す。
【００４３】
【表５】
2004181500.tif 000007
【００４４】
【表６】
2004181500.tif 000008
【００４５】
表５、６に示すように、ダイス系列が▲１▼▲２▼▲３▼では、すべての合金において、最終まで連続伸線加工が可能であった。しかし、各パスの断面減少率が大きいダイス系列▲５▼では、全く連続伸線できなかった。ダイス系列▲４▼では、すべての合金において５パスの加工が可能であった。６パス目の加工度を見ると２９．１％あり、それまでの加工は可能であったことから、１パスの加工度が２８％以下であれば連続伸線加工可能と考えられる。
【００４６】
（試験例４）
ＺＫ６０、ＥＺ３３合金の押出材φ４．０ｍｍを準備し、衝風冷却装置は用いることなく試験例１における加熱温度２００℃の条件にて連続伸線を繰り返し、φ１．１ｍｍのワイヤを得た。ダイス直前の被加工材の温度は加熱温度とほぼ同様の約２００℃である。得られたワイヤを以下のダイス系列に従って、図１に示す湿式連続伸線機を用いて引抜き加工を実施した。
【００４７】
ダイス系列：φ１．１→φ１．０→φ０．９１→φ０．８２→φ０．７４→φ０．６７→φ０．６１→φ０．５５→φ０．５→φ０．４５→φ０．４１→φ０．３７→φ０．３３→φ０．３→φ０．２７→φ０．２４→φ０．２２→φ０．２（単位は全てｍｍ）
【００４８】
ここでは、湿式潤滑油を室温、１００℃、１５０℃、２００℃に加熱し、加熱した潤滑油を潤滑油ボックスに供給して上記連続伸線を実施した。その結果、すべての合金において、１５０℃以上の潤滑油温度では最終パスまで加工が可能であった。これに対し、潤滑油温度が１００℃以下では、加工初期で断線した。試験例１では１５０℃の加熱では４〜６パスまでの加工しかできていないが、この試験で６パスを超える加工が可能になったのは、細線であることにより均一な加工が可能になったことや、潤滑油温度の違いなどが考えられる。従って、潤滑油を加熱して行う湿式連続伸線加工では、０．５ｍｍ以下の線径の伸線加工に有効である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明伸線方法によれば、連続伸線を行う際に各パスのダイスの上流で被加工材の加熱を行うことにより、断線を生じることなく多パスの伸線を行うことができ、細径の線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明伸線方法に用いる伸線装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０    ユニット
１１    加熱手段
１２    冷却手段
１３    ダイス
１４    手段
１５    潤滑油ボックス
２０    被加工材
【図１】
2004181500.tif 000009