(57)【要約】【課題】歩留り、軽量化、生産性、量産性に優れ、室温でプレス加工（及び深絞り加工）が可能なマグネシウム材料を提供する。【解決手段】多結晶板材を構成している結晶粒の結晶面（０００１）と前記マグネシウム材料板材の表面とのなす角度が３０°以上である前記結晶粒の体積比率が５０％以上であることを特徴とするマグネシウム材料板材を提供する。【選択図】　　　　図１
2004084023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶板材を構成している結晶粒の結晶面（０００１）と前記マグネシウム材料板材の表面とのなす角度が３０°以上である前記結晶粒の体積比率が５０％以上であることを特徴とするマグネシウム材料板材。
【請求項２】
前記角度が６０°以上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材料。
【請求項３】
前記結晶粒の粒径が、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のマグネシウム材料。
【請求項４】
前記結晶粒の結晶面（０００１）が、前記マグネシウム材料において等方的に分布していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマグネシウム材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板及び厚材から塑性加工によって、車両ボディ、計器パネル、パソコン筐体、携帯等のモバイル家電の筐体、ロボットの内外骨格、または甲板等に使用されるマグネシウム材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護あるいは改善のために循環型社会への移行が鮮明となり、ＣＯ２削減に関する京都議定書以降は、容器包装や家電や建設に関する各種リサイクル法が順次成立して施行されている。これに伴って、材料技術分野でも重大な変遷が起こっている。
【０００３】
近年、リサイクル性に乏しいプラスチック素材の適用が制限されてきており、軽量、高強度、リサイクル性、または、電磁波遮蔽性や電磁波減衰能に優れるマグネシウム系材料がこれらの代替材料として有力となってきている。このため、今後、かなりの割合でマグネシウム材料が使用されていくものと期待されている。
【０００４】
ここで、マグネシウム系の材料の加工方法として、例えば、ダイキャスト法やチクソキャスト法等の溶融状態での加工方法、または、プレスフォージングが一般的に知られている。これらの加工方法では、加工対象であるマグネシウム系の材料を比較的に高温にしてから加工する点で共通している。
【０００５】
上記の加工方法のように、加工対象となる材料を高温にすることは、製品の多少によらず多大の設備と付随すべき工程とが必要となる。このため、その生産性を十分に高めることが難しい。また、マグネシウム系の材料とアルミニウムや鉄鋼等の材料とを比較すると、アルミニウム材料や鉄鋼材料では、一般的なプレス加工のマグネシウム材料への適用については、歩留りが良く、薄肉軽量化が容易であり、粉塵や溶融体による発火や爆発がなく安全であり、製品成形サイクルが溶融法の数分の１と短く、自動化が可能で量産効果が出しやすい等の多くの長所を有している。しかし、マグネシウム系の材料では、室温または常温での加工性が著しく劣るという致命的な欠点を有し、素材からの成形コストが著しく大きい。このことがマグネシウム系の材料の普及を妨げる主要因となっている。
【０００６】
上記の欠点を緩和するために、例えば、マグネシウムの結晶粒の大きさをできるだけ小さくする方法が検討されている。この方法は、従来の比較的に大きな結晶粒、例えば、数十〜数百μｍ以上を有する材料と比較すると、室温域における一軸引張試験の伸び値が大きくなる傾向が見出されている。しかしながら、この方法であっても、室温における十分な加工性を備えるまでには至っていない。
【０００７】
また、特開平９−４１０６６号公報では、マグネシウム材料にリチウム元素を特定量含有させることにより、結晶構造を等軸晶系に変え、これによって冷間プレスが可能なマグネシウム合金が得られることを開示している。しかしながら、この方法では、リチウムを多量に添加する必要があるため、従来からのマグネシウム合金等が有する耐熱性や耐食性等の特長を生かした加工ができない。また、上記の特開平９−４１０６６号公報では、リチウム等の他の材料を添加しても加工に際しては１５０℃の前処理を必要とするため、同様に、室温において十分な加工性を備えるまでには至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明は、室温域において加工することができるマグネシウム材料を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、歩留り、軽量化、生産性、量産性に優れ、プレス加工や深絞り加工が室温において可能なマグネシウム材料を提供する。
具体的には、多結晶板材を構成している結晶粒の結晶面（０００１）と前記マグネシウム材料板材の表面とのなす角度が３０°以上である前記結晶粒の体積比率が５０％以上であることを特徴とするマグネシウム材料板材を提供する。ここで、前記角度が６０°以上である態様や、前記結晶粒の粒径が、２０μｍ以下である態様や、前記結晶粒の結晶面（０００１）が、前記マグネシウム材料において等方的に分布している態様が好ましい。
【００１０】
本発明の「マグネシウム材料」とは、一部Ｍｇ−Ｌｉ合金のような立方晶の結晶構造を有するものを除き、結晶構造が稠密六方晶であるもの全般を指しており、アルミニウム元素や、亜鉛元素、あるいは、マンガン元素等を含むマグネシウム合金一般を意味し、実用マグネシウム合金も包括する。また、ここでの「室温域」とは、加熱のための設備や工程がほとんど不要な温度を意味している。そのため、この「室温域」には、材料を加工する際に発生する加工熱によって、材料が加熱されることも含まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
表１に番号１〜番号９で示されるように、板面法線に対する（０００１）面の配向の角度を有する成分をそれぞれ含むＡＺ３１合金（アルミニウム３％と亜鉛１％とをマグネシウムに添加した材料）の板材に対して、室温で円筒深絞り成形を行った。ここで、結晶の配向は、方位顕微鏡（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、または、ＯＩＭともよばれる）装置を用い、後方電子回折法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｐａｔｔｅｒｎ、または、ＥＢＳＰともよばれる）によって行い、結晶の微小部分の方位解析をサブミクロン単位で行った。この測定結果をもとに板面法線方向からの角度が０°〜３０°の範囲と、３０°〜６０°の範囲と、６０°〜９０°の範囲と分けて＜０００１＞方向を有する結晶粒の体積比率を算出している。また、表１の番号６は従来のＡＺ３１合金（表１の備考に従来比較例１と示す）であり、番号７と番号９とは比較のために作成した材料（表１の備考に比較例２、比較例３と示す）であり、番号１〜番号５と番号８とは本発明の材料（表１の備考に本発明実施例１〜６と示す）である。
【表１】
2004084023.tif 000003
【００１２】
また、表１の番号６（従来材）と、番号２と番号５と番号８とに対応する材料の（０００１）極点図について、結晶粒毎の方位をドットで図１にそれぞれ示している。極点図は、特定の格子面の極の分布をステレオ投影したものであり、多結晶の配向を適切に表現するものである。ここで、図１では、最も内側の破線の円が３０°の配向を示し、その外側の一点鎖線の円が６０°の配向をそれぞれ示している。また、図１のドットの分布が、例えば、番号６（従来材）や番号２や番号５に示すように一様に分布していれば配向は等方的であり、例えば、番号８に示すようにある方向に偏っていれば配向は非等方性である。なお、結晶粒のサイズは、表１に示す全ての材料においてほぼ一様であった。
【００１３】
次に、上記の深絞り成形について図３に示す。成形品である円筒３０２の直径ｄ（ここでは、ｄはφ２０ｍｍとした）に対して種々の円板状のブランク材３００の直径Ｄ（ここでは、Ｄは、φ２４ｍｍ〜φ６０ｍｍの範囲とした）の板材の深絞りを行って、破断の起こらない限界絞り比（Ｌｉｍｉｔ　ｏｆ　Ｄｒａｗｉｎｇ　Ｒａｔｉｏ：　以下、「ＬＤＲ」とよぶ）を測定した。各材料におけるＬＤＲは、このブランク材３００径Ｄと成形品である円筒３０２の直径ｄとの比（Ｄ／ｄ）のうちの最大値として定義される。このＬＤＲは、数値が大きくなるほど加工が容易であることを示している。
【００１４】
室温（２５℃）において、本発明の材料のＬＤＲを測定した表１の結果を参照すると、配向が３０°〜６０°の範囲と６０°〜９０°の範囲との合計、つまり３０°以上の体積比率が大きい（５０％以上）ものでは深絞り加工性に対応するＬＤＲ値が大きいことがわかる。特に、表１の番号１〜番号７のＬＤＲ値を参照すると、６０°〜９０°での体積比率が大きくなるに従い、ＬＤＲが大きくなり加工性に優れることがわかる。
【００１５】
次に、室温（２５℃）と８０℃と１５０℃と２２０℃とにおいて、温度を変えて、表１の番号６のサンプル（従来材）と、表１の番号５のサンプル（本発明の配向材）とのＬＤＲを測定した結果を表２に示す。ここでは、従来材は、本発明の配向材と比較するために同様の測定を行った。その結果、従来材では室温での深絞りはほぼ不可能であり、ＬＤＲの測定に至らなかった。そのため、従来材を８０℃に加熱して深絞り成形を行うと、ＬＤＲが１．３となり測定が可能となった。さらに、従来材を１５０℃と２２０℃とに加熱した場合には、ＬＤＲは１．８となった。これに対して、本発明の実施態様では、室温（２５℃）にてＬＤＲが２．６となっている。このため、本発明のマグネシウム材料は、加工対象材料を加熱すること無く、従来材と比較して加工対象材料の加工性が飛躍的に向上していることができている。
【表２】
2004084023.tif 000004
【００１６】
ここで、番号６の従来材は、結晶粒の（０００１）面が材料の表面に対してほぼ平行に配列している状態に相当する。これに対して、図１の番号２と番号５とに示される本発明の配向材は、図１の極点図からもわかるように、さまざまな角度の配向を有する結晶粒の集合を含んでいる。このように、図１と表１の結果とからも明らかなように、結晶粒の配向は等方的な分布を有していてもよい。さらに、表１の番号８と番号９との比較から、非等方であっても、配向の３０°以上の体積比率が大きくなる（５０％以上の体積比率）と、ＬＤＲが測定できるようになっていることがわかる。このため、等方または非等方のどちらの場合にも加工性の向上が期待される。なお、表１の番号２と番号８との比較から、配向が占める体積比率が同じ場合であっても、等方的である番号２のものがＬＤＲ値は大きくなっている。このため、ある体積比率においては等方であることが好ましい場合がありうる。
【００１７】
上記の効果（室温加工性向上）が発現するメカニズムは以下のように推定される。室温（ここでは、２５℃として考えている）では、非底面すべりの臨界剪断応力σ１は、図２に示すように、底面すべりの臨界剪断応力σ２の１００倍程度の大きさ（σ１≒１００σ２）である。このため、室温では主として底面すべりのみが活動する。従来材ではこのすべり面（０００１）が板面と平行であるのに対して、本発明材では板面に対して大きく傾斜していることが加工性改善に寄与していると考えられる。
【００１８】
実施例からも明らかなように、従来のように高温に加熱することなく加熱したのと同等、あるいはそれ以上のＬＤＲが得られることから、局所的に変形量の多い部位も従来と比較して破断することなく成形できることが示される。また、加熱のための設備や温度調整のための工程や時間も必要としないため、生産性の向上、およびコスト低減への寄与が期待される。また、前述のようにほとんどすべての実用マグネシウム合金は結晶構造が稠密六方晶であることから、本発明は合金の種類によって制約を受けることなく適用できるというメリットもある。
【００１９】
プレス加工や深絞り加工では板面の広さ方向に引張及び圧縮変形が必要であるが、本発明の材料では、（０００１）面が材料の表面に対して傾斜する結晶粒を多く含んでいる。このため、本発明の材料には、比較的に活動しやすいすべり面（０００１）面が多くなり実質的に有効なすべり系が増えるため、材料が破壊されることなく変形することができると考えられるからである。
【００２０】
なお、上記のマグネシウムの結晶粒は、できれば２０μｍ以下の粒径であることが好ましい。これにより、変形に寄与するすべり系を有する結晶粒の数が増えると考えられるからである。また、本発明では、室温を２５℃として行った場合を示しているが、室温域の範囲内であれば、本実施態様の場合と同様のＬＤＲの値が得られる。このため、この室温は２５℃に限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から、本発明によって、以下に示す効果を期待することができる。
▲１▼深絞りのような大変形を伴う塑性加工ができるようになり、（コーナー部の割れなどによる）不良率が激減する。このため、室温域において塑性加工が可能になる。
▲２▼破断せずに付与可能な歪値ε（ε＝ｔ／ｒ、ｔは加工材料の肉厚であり、ｒは加工材料の半径である）が大きいので、変形対象素材の肉厚ｔを大きくでき、従来まで不可能であった厚物素材からの塑性変形が可能になる。
▲３▼高温加熱が不要となるために多大の設備費と工程数を削減できる。これによって、工程の簡略化や時間の短縮等の生産性の向上に顕著な効果があり、コスト低減が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来材と、本発明の材料とを板面法線方向からみたときの（０００１）面の配向状態を示す極点図である。
【図２】非底面すべりと（０００１）面における底面すべりの臨界剪断応力の温度依存性を示す模式図である。
【図３】本実施態様で使用した円筒深絞り評価を示す概略図である。
【符号の説明】
３００　ブランク材
３０２　円筒（成形品）
【図１】
2004084023.tif 000005
【図２】
2004084023.tif 000006
【図３】
2004084023.tif 000007