(57)【要約】【課題】ダイカスト鋳造の複雑形状の成形性、鍛造品の高信頼性、高強度性を同時に実現し、安価で高品質な鍛造品を製造する方法、該製造方法で得られる鍛造品を提供すること。【解決手段】マグネシウム合金のダイカスト鋳造素材を２５０〜５５０℃に保持し、金型温度を該ダイカスト鋳造素材の保持温度よりも１０〜５０℃低く維持して部分的に又は全面的に鍛造加工を施して強度を向上させるマグネシウム合金鍛造品の製造方法、及び該製造方法で得られるマグネシウム合金鍛造品。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金のダイカスト鋳造素材を２５０〜５５０℃に保持し、金型温度を該ダイカスト鋳造素材の保持温度よりも１０〜５０℃低く維持して部分的に又は全面的に鍛造加工を施して強度を向上させることを特徴とするマグネシウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項２】
ダイカスト鋳造と鍛造加工とを連続して行うことを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項３】
ダイカスト鋳造直後に再加熱せずに鍛造加工を施すことを特徴とする請求項１又は２記載のマグネシウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項４】
マグネシウム合金が
（１）アルミニウム１〜１０質量％、亜鉛０．２〜５質量％、及び銀０．２〜５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも一種、
（２）希土類金属０．２〜５質量％、カルシウム０．０２〜５質量％、ストロンチウム０．０２〜５質量％及びケイ素０．２〜５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、及び
（３）マンガン１．５質量％以下、ジルコニウム１．５質量％以下よりなる群から選ばれた少なくとも１種
を含み、残部がマグネシウム及び不可避の不純物からなるマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のマグネシウム合金鍛造品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の製造方法により得られるマグネシウム合金鍛造品。
【請求項６】
ダイカスト鋳造素材に比較して引張強さが１０％以上、伸びが２０％以上向上していることを特徴とする請求項５記載のマグネシウム合金鍛造品。
【請求項７】
１５０℃での引張強さが１６０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項５又は６記載のマグネシウム合金鍛造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム合金鍛造品及びその製造方法に関し、より詳しくは、本発明はダイカスト鋳造と鍛造とを複合させることで、ダイカスト鋳造の複雑形状の成形性、鍛造の高信頼性、高強度性を同時に実現する複合加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界においては燃費向上のための軽量化の必要性から軽量材料のニーズが高まり、樹脂材料や軽量金属材料が用いられてきている。しかし、樹脂材料は一般的にリサイクルが困難であるため地球環境保全の点で問題があるのに対して、金属材料は一般的にリサイクルが容易であるため、その用途の拡大が特に期待されている。軽量金属材料のうち最も軽量であるマグネシウム合金はこれまでステアリングホイール、シートベルト、エアバックリテーナーなど内装部品に用いられてきたが、今後はエンジン部品やトランスミッション部品などパワートレイン系の部品への用途拡大が検討されている。内装品については延性に優れたマグネシウム合金ＡＭ５０、ＡＭ６０系合金をダイカスト鋳造で製品化している。一方、これから用途拡大が期待されているパワートレイン系においては、強度と１５０℃前後での耐クリープ性に優れた耐熱性マグネシウム合金のダイカスト鋳造での製品化が始められている。なお、耐熱性マグネシウム合金としてはマグネシウム−アルミニウム系に希土類金属やカルシウムを添加したもの等種々のマグネシウム合金が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
先行するアルミニウム部材の用途を見ると、自動車のパワートレイン系部品ではピストン、シリンダヘッド、油圧部品など多くの鍛造品が用いられている。これらはマグネシウム合金ダイカスト製品で対応できない高強度、高信頼性の用途であり、現状ではマグネシウム合金では対応できない。アルミニウムダイカスト製品と比較するとマグネシウムダイカスト製品は強度的には１０％以上低く、アルミニウムダイカスト製品を同一サイズのマグネシウムダイカスト製品で代替することは困難であり、多くの場合、部分的な肉厚アップやリブ追加等の強度確保の対策を必要としている。しかし、これらの対策はマグネシウムダイカスト製品の重量アップに繋がってしまう。そこでマグネシウムダイカスト製品では強度要件を満たせない部位につき強度を向上させる技術が求められている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６０４６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウムダイカスト部材をマグネシウムダイカスト部材に代替した場合には、機械的特性でアルミニウムダイカスト部材より剛性、引張り強さが１０％程度低下すること、特に自動車パワートレイン系部材では、その使用温度環境から耐熱性マグネシウム合金を使用するが、クリープ強度についてはエンジンオイルの温度域（１５０℃近辺）でアルミニウムダイカスト材と同等となっているが、剛性、圧縮強さが相対的に低いために、例えばボルト締結において残存軸力がアルミニウムダイカスト部材より２０％程度低下してしまう。剛性は材料の一時的な物理特性であり、大きく変化させることができないが、強度特性を１０％以上向上させることが課題である。一方、マグネシウム鍛造部材は鍛造用素材が高価であるため自動車産業等において広く使用できる状況ではない。また、汎用マグネシウム合金では標準的な鍛造温度では加工硬化が望めず、アルミニウム鍛造部材のような高強度化が望めない。また、耐熱性マグネシウム合金では鍛造用素材が生産されていない。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の有する課題に鑑みて為されたものであり、マグネシウム合金のダイカスト鋳造と鍛造とを複合させることで、ダイカスト鋳造の複雑形状の成形性、鍛造品の高信頼性、高強度性を同時に実現する複合加工技術により安価で高品質な鍛造品の製造方法、該製造方法で得られる鍛造品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記の目的を達成するために種々検討を重ねた結果、マグネシウム合金のダイカスト鋳造と鍛造加工とを組み合わせた複合加工技術により、マグネシウムダイカスト部品の高強度化が達成されることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明のマグネシウム合金鍛造品の製造方法は、マグネシウム合金のダイカスト鋳造素材を２５０〜５５０℃に保持し、金型温度を該ダイカスト鋳造素材の保持温度よりも１０〜５０℃低く維持して部分的に又は全面的に鍛造加工を施して強度を向上させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のマグネシウム合金鍛造品は、上記の製造方法により得られるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、マグネシウム合金のダイカスト鋳造と鍛造とを複合させることで、ダイカスト鋳造の複雑形状の成形性、鍛造品の高信頼性、高強度性を同時に実現でき、安価で高品質な鍛造品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のマグネシウム合金鍛造品の製造方法においては、マグネシウム合金のダイカスト鋳造素材を２５０〜５５０℃に保持し、金型温度を該ダイカスト鋳造素材の保持温度よりも１０〜５０℃低く維持して部分的に又は全面的に鍛造加工を施して強度を向上させるのであるが、その条件を精査した結果、鍛造においてダイカスト鋳造素材の温度を２５０〜５５０℃、望ましくは２５０〜４００℃に保持し、金型温度を該ダイカスト鋳造素材の保持温度よりも１０〜５０℃、望ましくは１０〜３０℃低く保持することによりダイカスト鋳造素材の鍛造が可能であることを見出した。また、鍛造加工の所要圧力は汎用合金で４〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2以上である。
【００１２】
ダイカスト部品の部分的な鍛造加工の場合には一般的に大きな鍛圧率は取れないが、ＡＭ５０ダイカスト材で鍛圧率５０％の場合、ダイカスト鋳造素材に比較して引張強さが１０％以上、伸びが２０％以上向上する。
【００１３】
本発明のマグネシウム合金鍛造品の製造方法においては、ダイカスト鋳造と鍛造加工とを連続して行うことができ、その場合にダイカスト鋳造直後に再加熱せずに鍛造加工を施すことがコスト面で好ましい。
【００１４】
本発明のマグネシウム合金鍛造品の製造方法においては、種々のマグネシウム合金を用いることができる。耐熱性マグネシウム合金は、その特性上塑性加工性に劣ることが多いが、耐熱性と塑性加工性（伸び値５％以上）を両立させた耐熱性マグネシウム合金として下記のマグネシウム合金を用いることが好ましい。
【００１５】
（１）アルミニウム１〜１０質量％、亜鉛０．２〜５質量％、及び銀０．２〜５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも一種、
（２）希土類金属０．２〜５質量％、カルシウム０．０２〜５質量％、ストロンチウム０．０２〜５質量％及びケイ素０．２〜５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、及び
（３）マンガン１．５質量％以下、ジルコニウム１．５質量％以下よりなる群から選ばれた少なくとも１種
を含み、残部がマグネシウム及び不可避の不純物からなるマグネシウム合金。
【００１６】
特開平６−２００３４８号公報には上記の耐熱性マグネシウム合金を含めて種々の耐熱性マグネシウム合金が記載されているが、本発明においてはそれらの耐熱性マグネシウム合金も用いることができる。
【００１７】
上記の耐熱性マグネシウム合金の鍛造加工の場合には、鍛造加工の所要圧力は１０〜２０ｋｇｆ／ｍｍ2以上となるが、その他の条件については汎用合金の場合とほぼ同じ条件で鍛造が可能であり、 鍛造率５０％で１５０℃での引張強さが１６０ＭＰａ以上の鍛造品が得られる。また、上で述べたボルト締結残存軸力は１５０℃で１０％の向上が得られる。
【００１８】
本発明で用いるダイカスト鋳造素材を製造するためのダイカスト鋳造法として種々のダイカスト鋳造法を用いることができる。高圧ダイカスト鋳造法は肉厚が制限されることがあるが、スクイズダイカスト鋳造法、低圧（ダイカスト）鋳造法、層流ダイカスト鋳造法などは、ポロシティなど内部欠陥を抑制し、肉厚部材を得るのに適した鋳造法である。本発明で用いるダイカスト鋳造素材を製造するためのダイカスト鋳造法として、例えば、特開２００１−００９５６１号公報に記載されているダイカスト鋳造法を用いることができる。本発明のマグネシウム合金鍛造品の製造方法においては、これらのダイカスト鋳造と鍛造加工とを同期させ、再加熱を行わない連続生産システムとすることが望ましい。
【００１９】
以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１
下記の合金を用い、下記のダイカスト鋳造条件、下記の鍛造条件で鍛造品を製造した。その結果は下記の通りであった。
・合金：汎用合金ＡＺ９１（Ｍｇ−９Ａｌ−０．７Ｚｎ−０．２Ｍｎ）。
・ダイカスト鋳造条件：
コールドチャンバーダイカスト機３５０Ｔ、二輪用エンジンＡＣＧカバー、
溶湯温度６６０℃（ＳＦ６希釈ガス）、鋳造圧力６００ｋｇｆ／ｍｍ2、充填直後の増  圧４００ ｋｇｆ／ｍｍ2、射出速度４ｍ／秒、キャビティへの充填時間５／１００秒、締結部肉厚１５ｍｍ、金型温度（固定、可動共）１７０℃。
・鍛造条件：
形状はダイカストで成形、締結フランジの締結穴部のφ３０につき設計肉厚５ｍｍに対  して１０ｍｍで成形、プレス鍛造により５ｍｍにして締結穴は鍛造後機械加工、
プレス鍛造機１００Ｔ、鍛造温度３００℃、上下のパンチの温度は２７０℃に設定。
・結果：
割れ等の欠陥の発生なく成形できた。
表面硬さ（ブリネル硬さ）：５００ｋｇ、硬球１０ｍｍ、保持時間３０秒
鋳造後：６５  ⇒  鍛造加工後：７３。
【００２０】
実施例２
下記の合金を用い、下記のダイカスト鋳造条件、下記の鍛造条件で鍛造品を製造した。その結果は下記の通りであった。
・合金：汎用合金ＡＭ５０（Ｍｇ−５Ａｌ−０．２Ｍｎ）。
・ダイカスト鋳造条件：
コールドチャンバーダイカスト機３５０Ｔ、四輪エアバックリテーナー、
溶湯温度６８０℃（ＳＦ６希釈ガス）、鋳造圧力６００ｋｇｆ／ｍｍ2、充填直後の増  圧４００ ｋｇｆ／ｍｍ2、射出速度４ｍ／秒、キャビティへの充填時間３／１００秒、締結部肉厚１５ｍｍ、金型温度（固定、可動共）１８０℃。
・鍛造条件：
形状はダイカストで成形、締結フランジの締結穴部のφ３０につき設計肉厚３ｍｍに対  して６ｍｍで成形、プレス鍛造により３ｍｍにして締結穴は鍛造後機械加工、
プレス鍛造機１００Ｔ、鍛造温度３００℃、上下のパンチの温度は２７０℃に設定。
・結果：
割れ等の欠陥の発生なく成形できた。
表面硬さ（ブリネル硬さ）：５００ｋｇ、硬球１０ｍｍ、保持時間３０秒
鋳造後：５５  ⇒  鍛造加工後：６２。
【００２１】
実施例３〜８
下記のマグネシウム合金を用い、下記に示す条件下で鍛造品を製造した。なお、いずれの場合にも溶解時の溶湯保持雰囲気としてＳＦ６希釈ガスを用い、押出し時のダイスは冷却管にて温度調節し、鍛造時の鍛造温度が４００℃を超える時にもＡｒガスを吹きつけながら行った。得られた鍛造品の特性は第１表に示す通りであった。
（１）Ｍｇ−１０Ａｌ−５ＭＭ−５Ｃａ−０．２Ｍｎ、
（２）Ｍｇ−１０Ａｌ−５ＭＭ−５Ｓｒ−０．５Ｃａ−０．２Ｍｎ
（３）Ｍｇ−７Ａｌ−２．５ＭＭ−２．５Ｃａ−０．５Ｓｒ−０．２Ｍｎ、
（４）Ｍｇ−１Ａｌ−０．２ＭＭ−０．０２Ｃａ−０．８Ｍｎ、
（５）Ｍｇ−５Ｚｎ−２ＭＭ−１．５Ｓｒ−０．８Ｚｒ、
（６）Ｍｇ−０．２Ｚｎ−０．２ＭＭ−０．２Ｃａ−０．６Ｚｒ、
（７）Ｍｇ−１Ｚｎ−５．５Ｙ−２ＭＭ−１．５Ｓｒ−０．５Ｚｒ−０．０２Ｃａ。
・ダイカスト鋳造条件：
コールドチャンバーダイカスト機２５０Ｔ、１５０×１５０×６の試験用板材、
溶湯温度は各合金ごとに第１表に示す温度に設定、鋳造圧力６００ｋｇｆ／ｍｍ2、充  填直後の 増圧４００ｋｇｆ／ｍｍ2、射出速度５ｍ/秒、キャビティへの充填時間２／１００秒、金型温度  （固定、可動共）１８０℃。
・鍛造条件：
プレス鍛造機１００Ｔ、自由鍛造にて展伸鍛伸、３０×３０×６の試験片を３ｍｍ厚に  する、鍛造温度、パンチ温度は各合金ごとに第１表に示す温度に設定、３００℃、上下  のパンチの温度は２７０℃に設定。
【００２２】
【表１】
2007319894.tif 000002