(57)【要約】  【課題】  ダイカスト鋳造等により製造したマグネシウム合金材に熱間で所定加工率以上の塑性加工を施すことで、鋳造時に生じるミクロポロシティを低減させ、結晶組織を微細化させて加工組織とし、その後冷間鍛造して得られた軽量で強度アップしたマグネシウム合金鍛造部材を提供すること。  【解決手段】  ダイカスト鋳造、低圧鋳造又は重力鋳造により製造したマグネシウム合金材に２５０〜４５０℃の温度で加工率４０％以上の塑性加工を施し、その後冷間鍛造したものであるマグネシウム合金鍛造部材、及びその製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト鋳造、低圧鋳造又は重力鋳造により製造したマグネシウム合金材に２５０〜４５０℃の温度で加工率４０％以上の塑性加工を施し、その後冷間鍛造したものであることを特徴とするマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項２】
鋳造に用いるマグネシウム合金の化学組成が、
アルミニウム０．２〜１０質量％、亜鉛０．２〜７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部材。
【請求項３】
鋳造に用いるマグネシウム合金の化学組成が
アルミニウム０．２〜１０質量％、亜鉛０．２〜７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１種、及び
マンガン０．１〜１．５質量％、ジルコニウム０．４〜１．５質量％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部材。
【請求項４】
鋳造に用いるマグネシウム合金の化学組成が
アルミニウム０．２〜１０質量％、亜鉛０．２〜７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１種、及び
希土類金属０．０２〜５質量％、カルシウム０．０２〜５質量％、ストロンチウム０．０２〜５質量％、イットリウム０．０２〜５質量％及び銅１〜５質量％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部材。
【請求項５】
鋳造に用いるマグネシウム合金の化学組成が
アルミニウム０．２〜１０質量％、亜鉛０．２〜７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１種、
マンガン０．１〜１．５質量％、ジルコニウム０．４〜１．５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、及び
希土類金属０．０２〜５質量％、カルシウム０．０２〜５質量％、ストロンチウム０．０２〜５質量％、イットリウム０．０２〜５質量％及び銅１〜５質量％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部材。
【請求項６】
鋳造により製造したマグネシウム合金材の結晶粒径が５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項７】
鋳造によりニアネット成形されていることを特徴とする１〜６の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項８】
スクイズダイカスト鋳造、部分スクイズダイカスト鋳造、層流ダイカスト鋳造、真空ダイカスト鋳造又は半溶融ダイカスト鋳造を採用することにより鋳造マグネシウム合金材中のミクロポロシティが減少していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項９】
結晶粒径が２５ミクロン以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項１０】
１００〜２００℃の温度域で冷間鍛造加工又は冷間鍛造プレス成形して得られたものであることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項１１】
ダイカスト鋳造、低圧鋳造又は重力鋳造によりマグネシウム合金材を製造し、そのマグネシウム合金材に２５０〜４５０℃の温度で加工率４０％以上の塑性加工を施し、その後冷間鍛造することを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のマグネシウム合金鍛造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷間鍛造で得られたマグネシウム合金鍛造部材に関し、より詳しくは、ダイカスト鋳造等により製造したマグネシウム合金材に熱間で所定加工率以上の塑性加工を施すことで、鋳造時に生じるミクロポロシティを低減させ、結晶組織を微細化させて加工組織とし、その後冷間鍛造して得られたマグネシウム合金鍛造部材、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネシウム合金鍛造用素材は連続鋳造によって製造するか、あるいは連続鋳造し押出加工することによって製造されている（例えば、特許文献１参照）。これに対して、最近、ダイカスト鋳造等の金型鋳造によって直接鍛造用素材を製造することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。その長所としては結晶粒径が微細であり、大量生産、多様な合金種への対応、高い生産性、さらにはニアネット成形への対応も可能であることである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２５４０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特にダイカスト鋳造では鋳造素材の内部に微細なミクロポロシティがあるため、その改善が求められていた。また、マグネシウム合金は冷間での塑性加工性が劣るために、一般に３００℃以上の温度での熱間鍛造が行われており、鍛造による強度向上が小さいという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、ダイカスト鋳造等により製造したマグネシウム合金材に熱間で所定加工率以上の塑性加工を施すことで、鋳造時に生じるミクロポロシティを低減させ、結晶組織を微細化させて加工組織とし、その後冷間鍛造して得られた軽量で強度アップしたマグネシウム合金鍛造部材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記の目的を達成するための方策を種々検討した結果、次の知見を得るに至った。すなわちダイカスト鋳造等で生じる鋳造マグネシウム合金材中のミクロポロシティは２５０〜４５０℃、望ましくは３００〜４００℃での熱間塑性加工で圧縮することにより低減すること、また、スクイズダイカスト鋳造、部分スクイズダイカスト鋳造、層流ダイカスト鋳造、ヴァキュラル法・減圧ダイカスト鋳造を含む真空ダイカスト鋳造又はダイカスト鋳造機を用いた半溶融ダイカスト鋳造を採用するすることにより、ダイカスト鋳造の欠点であるミクロポロシティが抑制されること、鍛造によるマグネシウム合金部材の強度向上については冷間鍛造が有効であること、一方、マグネシウム合金は冷間での塑性加工性が劣ることは既に述べたが、金属材料学からは塑性加工性は結晶粒径に依存すること、すなわち結晶が微細化されれば塑性加工性は向上すること。
【０００７】
即ち、本発明のマグネシウム合金鍛造部材は、ダイカスト鋳造、低圧鋳造又は重力鋳造により製造したマグネシウム合金材に２５０〜４５０℃の温度で加工率４０％以上の塑性加工を施し、その後冷間鍛造したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のマグネシウム合金鍛造部材は、ミクロポロシティが低減しており、結晶組織が微細化されて加工組織となっており、冷間鍛造加工により軽量で強度アップしたマグネシウム合金鍛造部材である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のマグネシウム合金鍛造部材は、マグネシウム合金溶湯からダイカスト鋳造、低圧鋳造又は重力鋳造によりマグネシウム合金材、例えば、肉厚１０ｍｍ以上の板材、直径５０ｍｍ以上の棒材、所望の最終形状に最適な三次元ニアネットシェイブ等を製造し、これらの合金材に２５０〜４５０℃の温度で加工率４０％以上の塑性加工、例えば、押出し、圧延、鍛造を施し、その後冷間鍛造すことによって得られたものである。
【００１０】
本発明のマグネシウム合金鍛造部材を製造するために用いるマグネシウム合金は、例えば
（１）アルミニウム０．２〜１０質量％、亜鉛０．２〜７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か、又は
上記（１）成分に加えて
（２）マンガン０．１〜１．５質量％、ジルコニウム０．４〜１．５質量％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か、又は
上記（１）成分に加えて
（３）希土類金属０．０２〜５質量％、カルシウム０．０２〜５質量％、ストロンチウム０．０２〜５質量％、イットリウム０．０２〜５質量％及び銅１〜５質量％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か、又は
上記（１）成分に加えて上記（２）成分及び（３）成分の両方を含み、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。それらのマグネシウム合金として、例えば、ＡＭ１００、ＡＭ６０、ＡＭ５０、ＡＭ２０、ＡＺ３１、ＡＺ６３、ＡＺ９１、ＡＺ９２、ＺＫ５１、ＺＫ６１、ＡＥ４２、ＥＺ３３、ＺＥ４１、ＺＥ６３、ＱＥ２２、ＥＱ２１、ＺＣ６３、ＡＣＭ５２２を挙げることができる。
【００１１】
上記の組成のマグネシウム合金は連続鋳造による大量生産に適しており、また小ロット生産に対応しやすいダイカスト鋳造などの金型鋳造にも適している。一般に希土類金属、カルシウム、イットリウム、ストロンチウムはマグネシウム合金の耐熱性、耐食性を向上させる、銀、銅などは毛鋳造組織を微細にし、熱間加工組織も微細にする傾向がある。これにより本発明のマグネシウム合金鍛造部材の強度向上が期待される。
【００１２】
ダイカスト鋳造等の金型鋳造ではその冷却速度に依存して、従来の連続鋳造の場合より微細な結晶粒径５０ミクロン以下の組織が容易に得られる。特にダイカスト鋳造の場合には合金の組成や肉厚にも依存するが２５ミクロンから１０ミクロン、或いはそれ以下の結晶粒径の組織が得られる。また、熱間で塑性加工を加えてミクロポロシティを潰す時に、さらに加工を加えることで熱間加工組織にすることで結晶粒径を２５ミクロン以下、望ましくは１０ミクロン以下にできることが判明した。勿論、ミクロポロシティを潰す条件と熱間加工組織を得る最適条件が異なる場合には、それらの二つのプロセスを実施することも可能である。
【００１３】
本発明のマグネシウム合金鍛造部材を製造するために採用する鋳造においてはニアネット成形することができる。例えば、ダイカスト鋳造において熱間鍛造を想定したニアネット成形を行い、強度向上させたい部分に熱間鍛造を加え、同部位の結晶を微細化し、さらに冷間鍛造により大幅な強度向上を図ることが望ましい。
【００１４】
本発明のマグネシウム合金鍛造部材を製造するために採用するダイカスト鋳造としてスクイズダイカスト鋳造、部分スクイズダイカスト鋳造、層流ダイカスト鋳造、真空ダイカスト鋳造又は半溶融ダイカスト鋳造を採用することにより鋳造マグネシウム合金材中のミクロポロシティを一層有効に減少させることができる。
【００１５】
上記のようにしてミクロポロシティを潰し、結晶組織を２５ミクロン以下、望ましくは１０ミクロン以下とした冷間鍛造可能なマグネシウム合金素材は、合金組成にも依存するが、室温で１０〜１５％、１５０℃で２０〜４０％の圧縮加工が可能であり、この時の加工硬化は３０％以上、多くは４０〜５０％であり、例えば、室温〜２５０℃、特に１００〜２００℃での冷間鍛造加工や鍛造プレス成形で得られたマグネシウム合金鍛造部材、例えば自動車部材で問題となる締結軸力は合金によって２０％以上向上することがある。
【００１６】
以下に実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例１〜１５及び比較例１〜３
鋳鋼鋳物製の坩堝に下記の第１表に示す組成（質量％）の各々のマグネシウム合金原料を装入して溶解させ、合金の耐食性を改善するためにその溶湯に０．２質量％のミッシュメタルを添加し且つＡｒガスをバブリングさせ、また、その溶湯の表面に希釈ＳＦ6を流動させた。溶湯温度を６５０〜７００℃に維持し、金型温度２００℃、射出速度３．５ｍ／秒の条件下でダイカスト鋳造によってφ５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのサンプルを作製した。得られた各々のダイカスト素材の硬さは第１表に示す通りであった。各々のダイカスト素材を第１表に示す熱間鍛造温度、加工率で塑性加工した。塑性加工した各々のダイカスト素材の硬さ及び結晶粒径は第１表に示す通りであった。次に、その塑性加工した各々のダイカスト素材を第１表に示す冷間鍛造温度、加工率で冷間鍛造した。冷間鍛造後のマグネシウム合金鍛造部材の硬さは第１表に示す通りであった。
【００１７】
【表１】
2009280846.tif 000002
【００１８】
上記の比較例１においては、熱間鍛造温度が低すぎたので熱間鍛造段階で割れが発生した。それで冷間鍛造は実施しなかった。比較例２においては、熱間鍛造温度が高すぎたのでその後の冷間鍛造段階で割れが発生した。また、比較例３においては、熱間鍛造段階での加工率が低すぎたのでその後の冷間鍛造段階で割れが発生した。
【００１９】
実施例１６〜１８
実施例１６〜１８において下記組成（質量％）のマグネシウム合金を用いた。
ＡＺ３１：Ｍｇ−３％Ａｌ−０．７％Ｚｎ−０．２％Ｍｎ、
ＡＭ５０：Ｍｇ−５％Ａｌ−０．２％Ｍｎ、
ＡＣＭ５２２：Ｍｇ−５％Ａｌ−２％Ｃａ−２％ミッシュメタル−０．２％Ｍｎ。
【００２０】
鋳鋼鋳物製の坩堝に上記の何れかのマグネシウム合金原料を装入して溶解させ、合金の耐食性を改善するためにその溶湯に０．２質量％のミッシュメタルを添加し且つＡｒガスをバブリングさせ、また、その溶湯の表面に希釈ＳＦ6を流動させた。溶湯温度を６５０〜７００℃に維持し、金型温度２００℃、射出速度４．５ｍ／秒の条件下でダイカスト鋳造によって□１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ又は１．５ｍｍの板材を作製した。また、各々の板材については、素材温度を３５０℃とし、圧延方向を各パス毎に９０度回転させて圧延を実施した。その圧下の程度は第２表に示す通りであった。用いた合金の種類、板材の製造法、圧下の程度、最終板材の金属組織の平均結晶粒径を第２表に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
上記実施例１６〜１８で得た板材を用い、それぞれ第３表に示す条件下で冷間鍛造を実施した。得られた本発明のマグネシウム合金鍛造部材の硬さは第３表に示す通りであった。
【００２３】
【表３】
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