(57)【要約】     【課題】３００ＭＰａ以上の引張強度および均質な機械的特性を有し、押出し加工によって容易に製造できるＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金材の提供。  【解決手段】６％以上・１５％以下のＡｌ、および４％以下のＺｎ、残部Ｍｇから成り、同Ａｌの４０％以上が固溶Ａｌである高強度マグネシウム合金押出し材、断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径が１０μｍ以下である高強度マグネシウム合金押出し材、および外周近傍の合金材を構成する結晶の平均粒径Ａと断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径Ｂとの比が１．３≧Ａ／Ｂ≧０．７である高強度マグネシウム合金押出し材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
６％（重量％、以下同様）以上・１５％以下のＡｌおよび４％以下のＺｎを含有し、残部Ｍｇから成り、同Ａｌの４０％以上が固溶Ａｌであることを特徴とする高強度マグネシウム合金押出し材。
【請求項２】
断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度マグネシウム合金押出し材。
【請求項３】
外周近傍の合金材を構成する結晶の平均粒径Ａと断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径Ｂとの比が１．３≧Ａ／Ｂ≧０．７あることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度マグネシウム合金押出し材。
【請求項４】
静水圧押出しされたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の高強度マグネシウム合金押出し材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系の高強度マグネシウム合金押出し材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や家電製品等の各種部分品に多用されるＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系の高強度マグネシウム合金材として、下記特許文献１は、機械的性質、成形性あるいは耐食性を改善する目的で、Ｍｎの添加ならびに結晶組織の微細化を提案している。すなわち、この種合金材のｈｃｐ構造が、合金の加工性および耐食性を阻害する傾向にあることから、Ａｌ含有量を２．０〜４．０％として、Ｍｇ１７Ａｌ１２のβ相の強度を向上させる。さらには、Ｚｎ含有量を０．５０〜２．０％として強度を高めるとともに、０．１０〜１．０％のＭｎを添加して耐食性を向上している。一方、合金結晶の最大粒径を１５０μｍ以下および平均粒径を３０μｍ以上に制御することで、合金の機械的性質の向上をはかるとしている。
【０００３】
ところが、この種のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金材の機械的特性は、含有するＡｌの固溶量に依存するところが大きい点を考慮する必要がある。また、本合金材は熱間押出しにより製作されるのが一般的であるが、押出し工程における発熱作用がＡｌ−Ｍｇ化合物の析出を加速させて合金材に要求される諸特性を確保することが困難になる。さらに、この熱間押出しが通常の条件下で実施される限り、ビレットの中央部と表層部における合金結晶の平均粒径差が３０％を超えるので、押出し材をさらに機械加工すると、その後の形状によっては、部材表面での疲労強度の低下等の機械的性質、あるいは耐食性の劣化などに問題を生じさせるおそれがある。実際、この特許文献の方法でも２００〜５００℃の熱間押出しによっているだけである。
【特許文献１】特開２００１−１８１７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、すぐれた機械的特性、とくに、３００ＭＰａ以上の引張強度ならびに機械的特性の均質性を有し、押出し加工によって容易に製造できるＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金材の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を容易に解決するために、
（１）６％以上・１５％以下のＡｌおよび４％以下のＺｎを含有し、残部Ｍｇから成り、同Ａｌの４０％以上が固溶Ａｌである高強度マグネシウム合金押出し材、
（２）断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径が１０μｍ以下である上記（１）に記載の高強度マグネシウム合金押出し材、
（３）外周近傍の合金材を構成する結晶の平均粒径Ａと断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径Ｂとの比が１．３≧Ａ／Ｂ≧０．７ある上記（１）または（２）に記載の高強度マグネシウム合金押出し材、および
（４）静水圧押出しされた（１）（２）または（３）に記載の高強度マグネシウム合金押出し材である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、ＡｌおよびＺｎの含有量ならびにＡｌの固溶比を上記の特定範囲に規定することにより、３００ＭＰａ以上の高強度を付与したＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系の合金材であって、熱間押出しあるいは静水圧押出しにより容易に製造できるものである。さらには、押出し材の断面中央部の平均結晶粒を細かくするとともに、外周近傍部と断面中央部との結晶粒径比をも規制することで、押出し材の機械的性質をより向上し、その均質性も十分に確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系押出し合金材は、６％以上・１５％以下のＡｌおよび４％以下のＺｎを含有する。Ａｌは、Ｍｇマトリックス中に固溶し、あるいはＭｇ−Ａｌ化合物もしくはＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ化合物のかたちで分散析出し、合金材の強度を向上する効果がある。そして、このためにはＡｌは６％以上が必要であり、８％以上の含有が好ましい。しかし、Ａｌのこの効果は、１２〜１４％になると飽和し、場合によっては、押出し後の合金材に割れが発生するおそれがあるので、１５％以下に抑制する必要がある。
【０００８】
また、本発明のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系押出し合金材は、合金材の強度をより向上するために４％以下のＺｎをも含有させる。Ｚｎは、合金材中において
Ｍｇ−Ｚｎ化合物として存在して析出強化のように機能してその強度をさらに高めるが、この目的のためには０．２％以上ないし１％以上、できれば３％以上が好ましい。しかし、４％以上になると、その効果が飽和し、場合によっては、合金材の成形性の低下あるいはＺｎの偏析を招くので、４％以下とする。
さらに本発明のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系押出し合金材は、上記Ａｌの合金中における固溶状態を次のように制御することが重要な特徴である。すなわち、合金材中に含有する総Ａｌを１００％として、その４０％以上を固溶させることとし、好ましくは、５０％以上の固溶Ａｌ量を確保する。Ａｌの固溶限は、押出し温度に比例的に増大し、結果的には、押出し前の固溶Ａｌ量を高くしておき、さらに押出し条件および押出し後の冷却条件を制御することで所定の固溶Ａｌ量を確保することができる。
【０００９】
なお、押出し前に合金組織の均質化または固溶Ａｌ量の増加等の目的で溶体化処理したビレットを使用する場合、いったん冷却してから押出し温度まで再加熱すると、その過程でＡｌの析出が進行することになる。したがって、この場合は、溶体化処理後に押出し温度までそのまま冷却して直ちに押出しを行なって所望の固溶Ａｌ量を効率よく十分に確保するとよい。ちなみに、このような溶体化処理条件は合金組成により変化するが、３２０〜４３０℃、６〜２４時間が適当である。また、逆に固溶Ａｌ量を減少させるには、押出し後に１５０〜２５０℃で数時間の熱処理を実施すれば、時効析出により容易に所定の固溶Ａｌ量が得られる。
【００１０】
つぎに、本発明の高強度マグネシウム合金押出し材は、その断面中央部における結晶の平均粒径を１０μｍ以下に調整したことを特徴とする。結晶の粒径が合金材の機械的性質を左右することは周知のとおりであるが、本合金では、とくに断面中央部における結晶の平均粒径を１０μｍ以下にすることにより、合金押出し材の引張り強度が著しく増大させることができる。とりわけ４〜８μｍの範囲がきわめて顕著であり、１０μｍ以上では効果が低減する。なお、前記特許文献の例では、結晶の平均粒径を３０μｍ以下にすることとしており、必ずしも微細ではない。
【００１１】
ところで、押出し温度が低いほど、押出し加工後の結晶の粒径がやや小さくなる傾向があるが、静水圧押出しの場合は、押出し温度が結晶粒径よりも固溶Ａｌ量に与える影響の方が大きいので、両者のバランスを考慮して静水圧押出しの条件を設定する必要がある。これらのことを考えると、静水圧押出しの押出し温度は、１５０〜３００℃の範囲が安全である。
【００１２】
また、本発明は、上記の結晶粒径について、合金押出し材の断面中央部および外周近傍の大小関係を、両者の比率を一定の範囲に制御することにより、合金材の機械的特性に強く影響する合金組織の均一性をさらに有効に向上させたことが他の特徴である。すなわち、外周近傍の合金材を構成する結晶の平均粒径Ａと断面中央部の合金材を構成する結晶の平均粒径Ｂとの比を１．３≧Ａ／Ｂ≧０．７とすると、合金材の機械的特性のばらつきが実用上ほぼ無視できるほどに小さくなる。なお、この範囲は、後述の実施例で明らかなように多数の実験により特定されたものである。
【００１３】
本発明の高強度マグネシウム合金押出し材の製造にあたっては、通常の熱間押出しによることは勿論可能であるが、静水圧押出しによる方が効果的である。静水圧押出しは、押出し過程において余分のせん断力や摩擦力を作用させないで、押出し中の加工発熱を抑制するとともに、外周部と中心部との加工度差が小さくできる利点がある。なお、静水圧押出しを下記のような条件により実施すると、よい製品が製造できる。
【００１４】
・押出し比：１０以上、好ましくは２０以上。ただし、５０以上は効果が飽和する。
【００１５】
・押出し速度：２０ｍ／ｍｉｎ以下。
【００１６】
・押出し前の熱処理：３２０〜４３０℃・６〜２４時間の溶体化処理。
【００１７】
・押出し後の熱処理：１５０〜２５０℃・数時間の加熱処理。
（実施例）
表１に記載したように、本発明に属する各種組成のマグネシウム合金ならびにいくつかの比較合金を真空溶解炉で溶解してφ１４０ｍｍ×３００ｍｍの鋳塊を作成した。そして、各鋳塊を製品速度５〜１０ｍ／ｍｉｎで静水圧押出しおよび通常の熱間押出しをした。この場合、押出し比は１０、２０、４０とし、比較のために５および５０のものも実施した。なお、合金中における固溶Ａｌ量を調整するために、押出し前に４３０℃・６時間の溶体化処理を行ない、１５０〜４００℃まで急冷してその温度で押出しを行なった。
【００１８】
得られた各押出し材の固溶Ａｌ量は、次のようにして定量し評価した。これらのＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ合金には、そのマトリックス中に固溶するＡｌおよびＺｎならびにＭｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ｚｎ、およびＭｇ−Ａｌ−Ｚｎのごとき析出物が存在するが、固溶Ａｌについてつぎの手順で定量した。まず、各押出し材を押出し方向と直行する断面方向に切断して研磨し、この断面について、Ｘ線回析法により、上記析出物を定量した。但し、本合金系ではＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ化合物はほとんど形成されないため、定量の対象外とする。ついで、Ｍｇ−Ａｌの析出物中に含まれているＡｌの量を計算し、Ａｌ総含有量からその合計値を差し引いた値を以って固溶Ａｌ量とした。
【００１９】
なお、これらの実施条件は下記のとおりである。
【００２０】
・使用機器：理学電気社製のＲＩＮＴ１５００型Ｘ線回析装置
・ターゲット材：銅
・単色化：モノクロメータ使用
・スリット：発散１０、散乱１０、受光０．１５ｍｍ
・走査速度：２０／ｍｉｎ．
・サンプリング幅：０．０２０
・測定範囲（２θ）：２００〜９００
・定量に使用する感度係数および回折線
Ｍｇ１７Ａｌ１２の感度係数：0.814
使用する回折線：図１のＸ線回折図に示すとおり
次に、合金の結晶粒径を、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０１の結晶粒度測定法（クロスカット法）により、図２のようにして測定した。同図は線描であるが、光学顕微鏡により所定倍率で供試片断面の結晶組織を観察撮影し、その側面を縦横それぞれ３〜５本の直線によって区切り、各線上の結晶数をカウントした。そして、これら縦横各直線の長さＬ１〜Ｌ６の合計値（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６）を、各直線上にある結晶粒の個数の合計値（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４＋ｎ５＋ｎ６）で割り、倍率換算した値を以って下表１の平均結晶粒径とした（下式）。
【００２１】
（Ｌ１＋Ｌ２＋・・・）／（ｎ１＋ｎ２＋・・・）×倍率換算値＝平均結晶粒径（μｍ）
なお、この測定は、押出し材の中央部と外周から１ｍｍ以内の近傍部との双方について実施し、それぞれ３点平均をとっている。
【００２２】
また、試験片の引張り強度は、試験片断面の平均結晶粒径およびＪＩＳ１４−Ａ号試験片による引張り強度の２種について、下記条件のもとで計測した。
【００２３】
・使用機器：（株）島津製作所製ＡＧ−１００ｋＮＥ
・引張り試験片：ＪＩＳ１４−Ａ号
・試験片の形状：丸棒
・標点間の距離：３５ｍｍ
・引張り速度：２％変位までは０．５ｍｍ／ｍｉｎ．それ以降０．７ｍｍ／ｍｉｎ．
・試験温度：室温
表１にこれらの諸条件および得られた各製品の諸特性値を、実施例ならびに比較例について示す。
【００２４】
Ｎｏ．１〜１７は、Ａｌ：８．１％およびＺｎ：０．７％を含有する同じタイプのマグネシウム合金材を通常の熱間押出しおよび静水圧押出しに分けて、また押出し条件をいくつかに変えて加工したものである。押出し材中の固溶Ａｌの比率は４０％を超えて４９〜９６％の範囲に確保されており、引張り強度はいずれも３００ＭＰａを超え、満足できる機械的特性を示すことがわかる。これに対し、比較例Ｎｏ．１は引張り強度が少し不足しているが、押出し比が低いことに起因するだけである。因みに、Ｎｏ．４および５は、押出し比が高止まりすることを暗示している。また、Ｎｏ．１０比較例が押しづまりしたのは、低温で押出しが行なわれたことによるもので、実施面で配慮できることである。
【００２５】
また、Ｎｏ．１８〜４２は、同じ押出し条件のもとで、    ＡｌおよびＺｎの含有量を少しずつ変えた合金を押出したもので、Ｎｏ．１８〜２３は、Ｚｎの増量が押出し材の強度を高めることがわかる。これに対して、固溶Ａｌ量が不足すると、Ｎｏ．２５、２６のように、強度が不足する。その他の実施例は、Ａｌ、およびＺｎともに適正な含有量である。
【００２６】
Ｎｏ．４３および４４は、Ａｌが過量の場合である。
【００２７】
Ｎｏ．４５以下は、前記Ｎｏ．１〜１７と同じ成分系の合金を溶体化処理して静水圧押出しをし、固溶Ａｌ量を制御した例である。
【００２８】
以上のほか、結晶の粒径についても同表に示してある。中心部の粒径が１０μｍ以下であるＮｏ．２〜５に比較してみると、Ｎｏ．６〜９は粒径が粗大化し、また、中心部と端部との粒径比が低下しているために、強度が若干低下しており、その比率が０．７を境界としていることがわかる。Ｎｏ．１１〜１７は、高めの押出し温度が中心部の粒径を粗大化する傾向のあることを示す。
【００２９】
以上、多数の実施例を比較例とともに開示して説明したが、本発明の高強度マグネシウム合金押出し材は、ＡｌおよびＺｎの含有量を特定の範囲に規定すると同時に、さらにＡｌの合金中における固溶量をも規制することにより、良好な機械的性質を付与したことに特徴がある。これに加えて、合金の結晶粒径を規制したのも同様である。そして、これらの特徴をより十分に効果に反映させるために、合金の押出し条件による影響度を明らかにさせ、もって本発明の最良の実施形態を説明したのである。
【００３０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例の押出し材について固溶Ａｌ量の定量に用いたＭｇとＡｌ11Ｍｇ17のピークを示すＸ線回折図。
【図２】実施例の押出し材断面の顕微鏡組織の線描図。
【図１】
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【図２】
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