(57)【要約】【課題】耐クリープ性に優れ、砂型鋳造又は重力鋳造により鋳造した場合であっても十分な強度を有するマグネシウム合金鋳造品の製造方法の提供。【解決手段】マグネシウム合金鋳造品の製造方法では、先ず、Ａｌを４．５〜１１.０質量％、Ｃａを０．３〜１．７５質量％、Ｓｎを０．１５〜１．５質量％、Ｚｎを０．１〜１．５質量％、Ｍｎを０．１〜０．５質量％含み、残部がＭｇおよび不可避的不純物からなるマグネシウム合金を用いてマグネシウム合金鋳造品を砂型鋳造又は重量鋳造により鋳造する鋳造工程を行う。次に、該マグネシウム合金鋳造品を３９０〜５３０℃で１〜１７時間溶体化処理する溶体化処理工程と、該マグネシウム合金鋳造品を１００〜２５０℃で１〜１０時間時効処理する時効処理工程とを行う。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを４．５〜１１.０質量％、Ｃａを０．３〜１．７５質量％、Ｓｎを０．１５〜１．５質量％、Ｚｎを０．１〜１．５質量％、Ｍｎを０．１〜０．５質量％含み、残部がＭｇおよび不可避的不純物からなるマグネシウム合金を用いてマグネシウム合金鋳造品を砂型鋳造又は重力鋳造により鋳造する鋳造工程と、該マグネシウム合金鋳造品を３９０〜５３０℃で１〜１７時間溶体化処理する溶体化処理工程と、該マグネシウム合金鋳造品を１００〜２５０℃で１〜１０時間時効処理する時効処理工程とを有することを特徴とするマグネシウム合金鋳造品の製造方法。
【請求項２】
該マグネシウム合金がＳｒを０．０１〜０．３質量％含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金鋳造品の製造方法。
【請求項３】
該マグネシウム合金がＮａを０．０１〜０．１質量％含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマグネシウム合金鋳造品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金鋳造品の製造方法に関し、特に耐クリープ性に優れたマグネシウム合金鋳造品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐クリープマグネシウム合金としては下記特許文献１に所載の合金が公知である。特許文献１の耐クリープマグネシウム合金は、Ａｌを６．５〜１１．０質量％、Ｃａを０．３〜１．９質量％、Ｓｎを０．１５〜１．５質量％、Ｍｎを０．１〜０．５質量％、Ｓｒを０．０１〜０．３質量％、Ｎａを０．０３〜０．５質量％含み残部がＭｇおよび不可避的不純物からなり、耐クリープ性、耐食性、鋳造性（ダイカスト性）、防燃性及び防振性に優れるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の耐クリープマグネシウム合金はダイカスト法で鋳造した場合には十分な強度が得られるが、重力鋳造や砂型鋳造により鋳造した場合には強度が低くなり、自動車部品等の構造材等には用いることができないという問題を有している。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐クリープ性に優れ、重力鋳造又は砂型鋳造で鋳造した場合であっても十分な強度を有するマグネシウム合金鋳造品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、Ａｌを４．５〜１１.０質量％、Ｃａを０．３〜１．７５質量％、Ｓｎを０．１５〜１．５質量％、Ｚｎを０．１〜１．５質量％、Ｍｎを０．１〜０．５質量％含み、残部がＭｇおよび不可避的不純物からなるマグネシウム合金を用いてマグネシウム合金鋳造品を砂型鋳造又は重力鋳造により鋳造する鋳造工程と、該マグネシウム合金鋳造品を３９０〜５３０℃で１〜１７時間溶体化処理する溶体化処理工程と、該マグネシウム合金鋳造品を１００〜２５０℃で１〜１０時間時効処理する時効処理工程とを有することを特徴とするマグネシウム合金鋳造品の製造方法を提供している。
【０００７】
ここで、該マグネシウム合金は更にＳｒを０．０１〜０．３質量％含むことが好ましい。
【０００８】
また、該マグネシウム合金は更にＮａを０．０１〜０．１質量％含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐クリープ性に優れ、砂型鋳造又は重力鋳造により鋳造した場合であっても十分な強度を有するマグネシウム合金鋳造品を製造することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実験１のマグネシウム合金の組成を示す表１の図である。
【図２】実験1〜３に用いた試験片の形状を示す図である。
【図３】実験１の耐クリープ性の実験の様子を示す側面図である。
【図４】実験１における本発明の実施形態によるマグネシウム合金鋳造品と比較材料の耐クリープ性実験の測定結果を示す図である。
【図５】実験２のマグネシウム合金の組成を示す表２の図である。
【図６】実験２における本発明の実施形態によるマグネシウム合金鋳造品と比較材料の引張特性実験の測定結果を示す図である。
【図７】実験３のマグネシウム合金の組成を示す表３の図である。
【図８】実験３における本発明の実施形態によるマグネシウム合金鋳造品と比較材料の引張特性実験の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係るマグネシウム合金について説明する。このマグネシウム合金は、Ａｌ（アルミニウム）が４．５〜１１.０質量％、Ｃａ（カルシウム）が０．３〜１．７５質量％、Ｓｎ（スズ）が０．１５〜１．５質量％、Ｚｎ（亜鉛）が０．１〜１．５質量％、Ｍｎ（マンガン）が０．１〜０．５質量％、Ｓｒ（ストロンチウム）が０．０１〜０．３質量％、Ｎａが０．０１〜０．１質量％含まれ、残部はＭｇ（マグネシウム）と不可避的不純物である。Ａｌ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｇは必須の元素であり、Ｓｒ、Ｎａは任意の元素である。
【００１２】
Ａｌを添加すると湯流れ性や割れ性などの鋳造性及び防燃性に効果あるが、Ｍｇ１７Ａｌ１２化合物を晶出するため耐クリープ性が低下する。Ａｌの添加量が１１．０質量％を超えると高い耐クリープ性が得られない。従って、Ａｌ添加量は１１．０質量％以下とした。一方、Ａｌの添加量が４．５質量％未満であると、湯流れ性や割れ性などの鋳造性が低下する。従って、Ａｌの添加量は４．５質量％以上とした。良好な鋳造性及び引張特性を有するためにはＡｌは７．５〜１１．０質量％の範囲がより好ましい。
【００１３】
Ｃａを添加するとマグネシウム合金の防燃性を向上させ、ある程度の高い鋳造温度でも鋳造を可能とする。また、ＣａＡｌ２として晶出し、粒界すべりを制御させて耐クリープ性を向上させる。しかし、添加しすぎると湯流れ性、粒界割れ性、焼付き性が低下して健全な鋳造品を得ることができない。従って、Ｃａの添加量は１．７５質量％以下とした。一方で、Ｃａの添加量が０．３質量％未満であると、十分な耐クリープ性が得られない。従って、Ｃａの添加量は０．３質量％以上とした。
【００１４】
Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金でＡｌとＣａだけでは金型に焼付きや粒界割れを発生し、鋳造が困難であるが、Ｓｎを添加すると焼付きが激減する。また、ＳｎはＣａと接合し、Ｓｎ−Ｃａ化合物を晶出して粒内変形を制御する。また、Ｓｎを添加することにより粒界割れが改善する。ただ、Ｓｎの添加量が１．５質量％を超えると、割れ性への効果があまりなく、むしろ焼付きなどが発生しやすくなる。又、Ｓｎの添加量を増やすと耐食性が低下し、十分な耐食性が得られなくなる。従って、Ｓｎの添加量は１．５質量％以下とした。一方、Ｓｎの添加量が０．１５質量％未満であると、鋳造割れや金型への焼付きを起こしやすく、健全な鋳造品を得ることができない。従って、Ｓｎの添加量は０．１５質量％以上とした。
【００１５】
Ｍｎを添加するとＦｅによる耐食性の影響を防ぐことができ耐食性に効果があるが、Ｍｎの添加量が０．５質量％を超えると、金型への焼付きが発生するなど鋳造性が低下する。従って、Ｍｎの添加量は０．５質量％以下とした。一方、Ｍｎの添加量が０．１質量％未満であると、耐食性が低下する。従って、Ｍｎの添加量は０．１質量％以上とした。なお、Ｍｎは耐クリープ性の向上にも効果を奏する。
【００１６】
Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金はダイカスト法で鋳造した場合には高強度を有するが、砂型鋳造や重力鋳造で鋳造した場合には十分な強度が得られない。また、熱処理を行っても機械的特性についての効果を得ることが出来ないが、Ｚｎを添加することにより熱処理による効果が得られるようになる。Ｚｎ添加によりＣａとＺｎが規則的に配列した単原子ＧＰゾーンが析出し、この板状の析出物により大きな時効硬化をもたらす。このＧＰゾーンはＣａとＺｎが単一の（０００１）面上で規則的に配列した構造を有する。さらに、ピーク時効段階においてＭｇＣａＺｎ相とΒ‘−ＭｇＺｎ２相が形成される。ただ、Ｚｎの添加量が１．５質量％を超えると割れなどの鋳造性、耐食性などが低下する。従ってＺｎの添加量は１．５質量％以下とした。一方、Ｚｎの添加量が少ないとＧＰゾーンが形成されず、０．１質量％未満であると、熱処理の効果が認められない。従って、Ｚｎの添加量は０．１質量％以上とした。
【００１７】
少量のＳｒは、耐クリープ性において効果が少ないが、Ｓｒを添加するとマグネシウム合金の鋳造性を向上し、粒界割れなどを防ぐことができる。また、ＳｒはＭｇ１７Ａｌ１２の粒界への晶出を制御することができる。Ｓｒの添加量が０．３質量％を超えると、焼付きが発生しやすくなる。従って、Ｓｒの添加量は０．３質量％以下とした。一方、Ｓｒの添加量が０．０１質量％未満であると、ひけ割れや粒界割れ等への効果はあまり得られない。従って、Ｓｒの添加量は０．０１質量％以上とした。
【００１８】
Ｎａを添加すると防燃性に効果があるが、Ｎａの添加量が０．５質量％を超えると、耐食性や引張特性に悪影響を及ぼす。従って、Ｎａの添加量は０．５質量％以下とした。一方で、Ｎａの添加量が０．０３質量％未満であると防燃性の効果をあまり得られない。従って、Ｎａの添加量は０．０３質量％以上とした。
【００１９】
なお、通常存在する不可避的不純物は０．００４質量％未満のＦｅ（鉄）、０．００１質量％未満のＮｉ（ニッケル）、０．０８質量％未満のＣｕ（銅）等である。  
【００２０】
砂型鋳造又は重力鋳造による鋳造工程の後、鋳造されたマグネシウム合金鋳造品に対して溶体化処理工程を行うと機械的性質を向上することができる。熱処理温度が３９０℃未満では、溶体化処理が不完全となり、５３０℃を超えると熱処理中に燃焼し、防燃ガスが必要となる。従って、溶体化処理温度を３９０〜５３０℃の範囲とする。また、処理時間が１時間未満では溶体化の効果が得られず、１７時間を越えるとフクレ等の欠陥が発生する。従って、溶体化処理時間は１〜１７時間の範囲とする。
【００２１】
溶体化処理工程の後、マグネシウム合金鋳造品に対して時効処理工程を行うと時効硬化し、機械的性質を向上させることができる。処理温度が１００℃未満では時効析出が不完全となり、２５０℃を超えると析出が進行し、整合性のある析出物が得られない。従って、時効処理温度を１００〜２５０℃の範囲とする。また、処理時間が１時間未満では析出が不完全となり十分な析出硬化が得られず、１０時間を越えると過時効となり整合性のある析出物が得られない。従って、時効処理時間は１〜１０時間の範囲とする。
【００２２】
本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品と比較材料について種々の実験を行った。
（実験１）
実験１では、本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料―１及び本発明材料―２）と比較材（比較材料―１）について、１５０℃の温度雰囲気で５０時間曲げ荷重を負荷する耐クリープ性実験を行って変位を測定した。実験に用いたマグネシウム合金の組成は図１の表１に示すとおりであり、図２に示す試験片１を鋳造した。本発明材料−１は、砂型鋳造した後に、４２０℃×１６ｈｒの溶体化処理工程と、２００℃×３ｈｒの時効処理工程を行ったものである。本発明材料−２は、砂型鋳造した後に、４２０℃×１６ｈｒの溶体化処理工程と、２００℃×３ｈｒの時効処理工程を行ったものである。比較材料−１は、ダイカスト法で鋳造したものであり、熱処理を行っていない。試験片１は、ＡＳＴＭのＢ−８５の引張試験片（平行部の直径６．３５ｍｍ、標点間距離５７．５ｍｍ、長さ２１０ｍｍ）であり、図３で示されるように、試験片１の両端を支持台２ａ、２ｂの間は１５０ｍｍとし、試験片１の中央部に１９．６Ｎの荷重を所定時間かけ、試験片１に曲げ変異を生じさせた。
【００２３】
図４は耐クリープ性実験の結果を示している。本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料−１及び本発明材料−２）は、比較材料−１と同様に優れた耐クリープ性を備えている。
【００２４】
（実験２）
実験２では、本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料−３）と比較材（比較材料―２、比較材料―３及び比較材料−４）についての引張特性の実験を行った。実験に用いたマグネシウム合金の組成は図５の表２に示すとおりであり、図２に示す試験片１を鋳造した。本発明材料−３は、砂型鋳造した後に、４２０℃×１６ｈｒの溶体化処理工程と、２００℃×３ｈｒの時効処理工程を行ったものである。比較材料−２、比較材料−３及び比較材料−４は、ダイカスト法で鋳造したものであり、熱処理を行っていない。
【００２５】
図６は引張特性の実験の結果を示している。図６において、引張強さを斜線、耐力を白塗り、破断伸びを折れ線とする。本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料−３）は、比較材とほぼ同程度の値を示している。従来のＭｇ―Ａｌ―Ｃa系の耐クリープマグネシウム合金は砂型鋳造や重力鋳造によっては十分な引張特性を得ることができなかったが、この様に本発明のマグネシウム合金鋳造品は熱処理後にダイカスト材と同程度の引張特性（強度）を有することから、自動車部品等の構造材等には用いることができ、その用途を拡大することができる。
【００２６】
（実験３）
実験３では、本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料−４、本発明材料−５、本発明材料−６、本発明材料−７、本発明材料−８及び本発明材料−９）と比較材料（比較材料−５、比較材料−６及び比較材料−７）について引張特性の実験を行った。実験に用いたマグネシウム合金の組成は図７の表３に示すとおりであり、図２に示す試験片１を鋳造した。実験３における全ての材料は、砂型鋳造した後に、４３０℃×１６ｈｒの溶体化処理工程と、２００℃×２ｈｒの時効処理工程を行ったものである
【００２７】
図８は引張特性の実験の結果を示している。図８において、引張強さを斜線、耐力を白塗り、破断伸びを折れ線とする。本発明の実施形態のマグネシウム合金鋳造品（本発明材料−４、本発明材料−５、本発明材料−６、本発明材料−７、本発明材料−８及び本発明材料−９）は、ダイカスト材と同程度の値を示しているが、Ｚｎを含んでいない比較材料（比較材料−５、比較材料−６及び比較材料−７）はダイカスト材と同程度の値には至らない結果であった。この様に本発明のマグネシウム合金鋳造品はＺｎの添加により熱処理の効果が得られ、ダイカスト材と同程度の引張特性を有するので、自動車部品等の構造材等には用いることができ、その用途を拡大することができる。
【００２８】
本発明によるマグネシウム合金鋳造品の製造方法は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    試験片
２ａ  支持台
２ｂ  支持台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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