(57)【要約】【課題】鋳物性に優れた高強度の鋳造用マグネシウム合金と共に、このような合金を用いたダイカスト製品の製造方法及びマグネシウムダイカスト製品を提供すること。【解決手段】マグネシウム合金の成分組成を質量比で、Ａｌ：４．０〜１３．０％、Ｓｎ：０．１〜１５．０％、Ｚｎ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．６０％、必要に応じてさらに、Ｚｒ：０．０５〜０．５０％のＺｒ及び０．０１〜０．５０％のＣｕの少なくとも一方を含有するものとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、４．０〜１３．０％のＡｌと、０．１〜１５．０％のＳｎと、０．１〜３．０％のＺｎと、０．０５〜０．６０％のＭｎを含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物から成ることを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】
質量比で、４．０〜１３．０％のＡｌと、０．１〜１５．０％のＳｎと、０．１〜３．０％のＺｎと、０．０５〜０．６０％のＭｎと共に、０．０５〜０．５０％のＺｒ及び／又は０．０１〜０．５０％のＣｕを含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物から成ることを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマグネシウム合金をダイカスト法により鋳造品に成形することを特徴とするダイカスト製品の製造方法。
【請求項４】
得られた鋳造品に時効処理を施すことを特徴とする請求項３に記載のダイカスト製品の製造方法。
【請求項５】
得られた鋳造品に溶体化処理を施した後、時効処理を施すことを特徴とする請求項３に記載のダイカスト製品の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の方法により製造されたことを特徴とするダイカスト製品。
【請求項７】
自動車の車体部品であることを特徴とする請求項６に記載のダイカスト製品。
【請求項８】
ステアリングメンバー、シートフレーム、ドアインナー、バックドアインナー、又はストラットハウジングであることを特徴とする請求項７に記載のダイカスト製品。
【請求項９】
自動車のシャシー部品であることを特徴とする請求項６に記載のダイカスト製品。
【請求項１０】
サスペンションメンバー、フレーム、サスペンションリンクメンバー、又はエンジンクレードルであることを特徴とする請求項９に記載のダイカスト製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の車体部品として好適に用いられるマグネシウム合金と、このようなマグネシウム合金を用いたダイカスト製品の製造方法、さらには当該製造方法によるマグネシウムダイカスト製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車を始めとする車両や各種産業機械などに用いられる材料の軽量化に対するニーズが高まり、実用合金中で最も密度の小さいマグネシウム合金が注目されている。
しかしながら、このマグネシウム合金は、軽量金属としての実績が多いアルミニウム合金鋳物造材に較べて強度が低いという問題を呈している。
【０００３】
このようなマグネシウム合金としては、例えば特許文献１〜３に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開平７−３３７４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３８６７６号公報
【特許文献３】特開２００５−６８５５０号公報
【０００４】
すなわち、上記特許文献１には、質量比で、６．０〜２０．０％のＳｎ（錫）、０．２〜２．０％のＳｉ（けい素）を含有し、さらにＡｌ（アルミニウム）及びＺｎ（亜鉛）のうちの少なくとも１種を４．０％以下含むクリープ特性に優れたマグネシウム合金が記載されている。
【０００５】
また、上記特許文献２によれば、同じく質量比で、少なくとも８５．４％以下のＭｇ（マグネシウム）、４．７〜７．３％のＡｌ、０．１７〜０．６０％のＭｎ（マンガン）、０．０〜０．８％のＺｎ、１．８〜３．２％のＣａ（カルシウム）、０．３〜２．２％のＳｎ、０．０〜０．５％のＳｒ（ストロンチウム）を含むマグネシウム合金が記載されている。
【０００６】
そして、上記特許文献３には、同じく質量比で、Ａｌを６〜１２％、Ｃａを０．０５〜４％、ＲＥ（希土類元素）を０．５〜４％、Ｍｎを０．０５〜０．５０％、Ｓｎを０．１〜１４％含有するマグネシウム合金と共に、さらに０．０５〜０．２％のＺｒ（ジルコニウム）と０．０３〜０．２％のＣ（炭素）のうちの少なくとも一方を含有するマグネシウム合金が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のマグネシウム合金においては、クリープ特性を改善すべく、耐熱性向上元素としてのＳｎ及びＳｉを含有するものであるが、Ｓｎを含有するものの、Ａｌ含有量が低いことから、鋳造性（湯流れ、鋳造われ）に劣るという問題がある。また、上記特許文献２に記載のマグネシウム合金は、鋳造性向上元素としてＳｎを含有するものの、Ｃａを添加していることから、結晶粒界に脆性的な晶出物を形成することがあり、延性に劣る傾向がある。
【０００８】
そして、上記特許文献３に記載のマグネシウム合金においては、α−Ｍｇ相中にＳｎを固溶させることにより耐熱性を向上させているが、Ｓｎを含有するものの、Ｃａ及び希土類元素が添加されていることから、同様に結晶粒界に脆性的な晶出物を形成することがあり、延性に劣るという問題がある。
さらに、このような希土類元素を含有するマグネシウム合金においては、再溶解時に金属間化合物を形成するため、リサイクル性に劣るという問題もある。
【０００９】
本発明は、従来のマグネシウム合金における上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、鋳物性に優れた高強度の鋳造用マグネシウム合金と共に、このような合金から成るマグネシウムダイカスト製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、マグネシウム合金への添加成分やその添加量について鋭意検討を重ねた結果、Ｃａや希土類元素を添加することなく、Ａｌを含有させた上で、所定量のＳｎ、Ｚｎなどを添加することによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１１】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明のマグネシウム合金は、質量比で、４．０〜１３．０％のＡｌ（アルミニウム）と、０．１〜１５．０％のＳｎ（錫）と、０．１〜３．０％のＺｎ（亜鉛）と、０．０５〜０．６０％のＭｎ（マンガン）を含有し、必要に応じて、さらに０．０５〜０．５０％のＺｒ（ジルコニウム）及び０．０１〜０．５％のＣｕ（銅）の少なくとも一方を含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物から成ることを特徴としている。
【００１２】
そして、本発明のダイカスト製品の製造方法においては、上記マグネシウム合金をダイカスト法によって鋳造するようにしており、必要に応じて、さらに時効処理を施すようにしている。
【００１３】
また、本発明のダイカスト製品は、上記製造方法により製造されたものであって、例えば自動車用の各種部品に適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マグネシウム合金の成分組成を質量比で、Ａｌ：４．０〜１３．０％、Ｓｎ：０．１〜１５．０％、Ｚｎ：０．１〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．６０％を含有するものとしたため、鋳物性に優れた高強度のマグネシウム合金とすることができ、当該合金を用いることによって、鋳造欠陥のない高強度のダイカスト製品を容易に得ることができる。
さらに、必要に応じて、０．０５〜０．５０％のＺｒ及び０．０１〜０．５０％のＣｕの少なくとも一方を添加することによって、上記に加えて、強度が向上するという優れた特性を発揮するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のマグネシウム合金について、その化学成分の限定理由と共に、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１６】
本発明のマグネシウム合金は、上記の成分組成を有していることから、強度及び鋳造性に優れたものとなるが、当該マグネシウム合金において、強度及び鋳造性が向上する理由としては、以下のように考えられる。
【００１７】
すなわち、本発明のマグネシウム合金においては、Ｓｎが添加されており、これがマグネシウム合金を形成する初晶α−マグネシウム相中に固溶し、固溶強化によって当該合金の強度が向上する。
そして、Ｓｎはマグネシウム合金溶湯における流動性向上元素として知られており、良好な作業性のもとに、湯流れ不良に基づく湯廻り不良や湯境などの欠陥のないダイカスト製品を得ることができる。
【００１８】
また、一般的に、高強度マグネシウム合金には希土類元素が添加されることが多いが、このような希土類元素添加合金においては、再溶解時に希土類元素系金属間化合物が生成するためリサイクル性に劣る（このような金属間化合物は融点が高く、再溶解しないためリサイクルできない）が、本発明においては、希土類元素を添加することなく、Ｓｎによって硬度を向上させていることから、リサイクル性にも優れると共に、Ｓｎは希土類元素よりも比較的安価なため、材料コストが低減されることになる。
【００１９】
次に、本発明のマグネシウム合金における各成分元素の作用と共に、その含有量の限定理由について説明する。
【００２０】
Ａｌ：４．０〜１３．０％
Ａｌは、鋳造性、特に湯流れ性の向上に寄与すると共に、合金の強化に有効で機械的性質を向上させる元素であるが、過剰に含有させると靭性及び強度が低下する一方、不足すると、湯流れ性を十分に向上させることができなくなることから、Ａｌ含有量を４．０％以上、１３．０％以下とすることが必要である。
【００２１】
Ｓｎ：０．１〜１５．０％
Ｓｎは、初晶α−マグネシウム母相に固溶し、固溶強化によって強度の向上に寄与する。また、Ｍｇ−Ｓｎ系の状態図によれば、Ｓｎは初晶α−マグネシウム相に最大１４．５％程度含有することができるため、時効熱処理を施すことによって、Ｍｇ２Ｓｎ相の析出強化による強度向上に寄与する。
しかし、Ｓｎの含有量が０．１％に満たない場合には、このような効果が十分に得られない。一方、Ｓｎを過剰に添加した場合には、靭性及び強度が低下すると共に、Ｓｎは比重が約７．３と大きいため、Ｓｎが過剰であると軽量合金としてのマグネシウム合金の特質を失い兼ねないので、Ｓｎの含有量を０．１％以上、１５．０％以下の範囲に規定した。
【００２２】
Ｚｎ：０．１〜３．０％
Ｚｎは、固溶強化によって耐力、伸びを向上させると共に、時効硬化を誘起して熱処理の効果を大きくするのに有効な元素であるが、その含有量が０．１％未満では、このような効果が十分に得られない。
そして、Ｚｎの含有量が増加するに従って、室温での引張り強さや耐力が大きくなるが、Ｚｎ含有量が過剰になると、却って靭性や強度が低下するので、Ｚｎ含有量を０．１％以上、３．０％以下の範囲内とすることが必要である。
【００２３】
Ｍｎ：０．０５〜０．６０％
Ｍｎは、耐食性の向上に寄与する元素であるが、添加量が少ないと目的とする効果が得られず、過剰添加によって靭性及び強度が低下することから、Ｍｎ含有量を０．０５％以上、０．６０％以下の範囲に規定した。
【００２４】
Ｚｒ：０．０５〜０．５０％
Ｃｕ：０．０１〜０．５０％
本発明のマグネシウム合金は、上記したように、Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎ及びＭｎを必須成分とするものであるが、Ｚｒ及びＣｕは、いずれも強度や延性に有効な成分であることから、必要に応じて、上記必須成分元素に加えて、それぞれ０．０５％及び０．０１％以上、０．５０％以下の範囲内で添加することができる。
すなわち、こＺｒは０．０５〜０．５０％の範囲で添加することにより、結晶粒微細化による強度と延性の向上に寄与し、さらにＣｕは０．０１〜０．５０％の範囲で添加することにより、時効熱処理時に強度向上が図れる。これらの元素が上記範囲を外れると、上記の効果は得られない。
【００２５】
本発明のダイカスト製品の製造方法においては、本発明の上記マグネシウム合金をダイカスト法によって鋳造するようにしており、当該マグネシウム合金は、上記のように湯流れ性にすぐれ、良好な鋳造性を備えていることから、欠陥のない健全なダイカスト製品を良好な作業性のもとに製造することができる。
このとき、ダイカスト金型を例えば１００〜２５０℃程度に予熱しておくことが望ましく、これによって湯流れ性を向上することができる。
【００２６】
また、本発明のダイカスト製品の製造方法においては、ダイカストにより得られた鋳造品に時効処理を施すことが望ましく、Ｍｇ２Ｓｎ相やβ相の析出に基づく時効硬化によって、製品の強度を大幅に向上させることができる。
また、上記時効処理に先立って、ダイカスト鋳造品に溶体化処理を施すこともでき、これによって、上記時効処理をより有効なものとすることができる。
【００２７】
すなわち、強度や延性が必要な場合、熱処理を行なう。しかし、コスト高となるため要求性能に応じて熱処理が必要か否かを判断する。
なお、上記溶体化処理条件としては、例えば３９０〜４１０℃に均一加熱した後、２〜２４時間程度保持して急冷する方法、また、時効処理条件としては、１８０〜２５０℃で４〜３２時間程度保持する条件を例示することができる。
【００２８】
また、本発明のダイカスト製品は、上記製造方法により製造されたものであって、例えば自動車用の各種部品、すなわち、ステアリングメンバー、シートフレーム、ドアインナー、バックドアインナー、ストラットハウジングなどの車体部品や、サスペンションメンバー、フレーム、サスペンションリンクメンバー、エンジンクレードルなどのシャーシー部品などに適用することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（１）マグネシウム合金
表１に示す化学成分組成を目標として都合６種のマグネシウム合金を使用し、以下の評価を行なった。
【００３１】
【表１】
2007277660.tif 000002
【００３２】
（２）溶解及び鋳造
電気抵抗炉を用いて、表１に示した６種のマグネシウム合金を大気中にて溶製した。なお、溶湯の酸化防止には、ＳＦ６＋ＣＯ２混合ガスを用いた。
また、不純物を除去するために、全溶湯量に対してＫｇＣＬ２系フラックスを１％投入し、攪拌して１０分間沈静させた後、２００〜２５０℃に予熱したダイカスト金型（１９０×４０×１１５ｍｍのブックモールド型）に上記溶湯を鋳込んだ。
【００３３】
（３）熱処理条件及び評価方法
ＤＳＣ（示差走査熱量測定）分析を実施し、その結果に基づいて、溶体化処理温度を溶湯の凝固終了温度から約１５℃低い４００〜４１０℃とし、β（Ｍｇ１７Ａｌ１２）相を固溶させる溶体化処理時間を２４時間とした。また、溶体化処理後２００℃における時効特性を調査し、ピーク時効条件を求めた。
これらの条件のもとに、各鋳造品にそれぞれ溶体化処理及び人工時効処理（Ｔ６処理）を施し、室温において硬さ試験及び引張試験を行った。
【００３４】
（４）硬さ試験結果
溶体化処理後、２００℃における時効曲線を図１に示す。
Ｓｎ添加合金は、ベース合金と比較すると硬さの増加が認められ、特に９％のＡｌを含有するＡＺ９１系の合金では、Ｓｎ添加量の増加に伴って硬さが向上することが確認された。
ただし、各合金ともピーク硬さに達するまでの時効硬化挙動に大きな変化が認められないことから、Ｓｎ添加は固溶強化に寄与するのみであって、β相の析出挙動に大きな影響を及ぼすことはないものと考えられる。
【００３５】
（５）引張試験結果
２００℃の時効温度でＴ６処理を施した各合金の引張特性を図２に示す。
この結果から明らかなように、Ｓｎ添加量が増加するに従って、耐力が増加し、Ｓｎ添加による固溶強化が顕著に現れている。
なお、湯流れ性に関しては、流動長で比較した結果、比較例２の合金系（ＡＺ９１）に対し、実施例４の合金系（ＡＺＴ９１６）は１５％向上していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例において溶製した各合金によるマグネシウムダイカストの２００℃における時効曲線を示すグラフである。
【図２】実施例において溶製した各合金によるマグネシウムダイカストのＴ６処理後の引張特性に及ぼすＳｎ添加量の影響を示すグラフである。
【図１】
2007277660.tif 000003
【図２】
2007277660.tif 000004