(57)【要約】【課題】  本発明は、Ａｌを合金の基とする従来合金Ａ３５４よりも軽量化が期待でき、ダイカストに好適な耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品を提供する。また、例えば自動車などの過給機に好適な耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品である。本発明の前記部品と同じ成分組成の合金溶湯を用い、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状を有し、耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車を得ることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制したことを特徴とする耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品。
【請求項２】
質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％を含むことを特徴とする請求項１に記載の耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品。
【請求項３】
ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状を有するコンプレッサ羽根車形状にダイカスト成形されてなり、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した成分組成を有することを特徴とする耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車。
【請求項４】
複数の羽根部が交互に配列された長羽根と短羽根からなることを特徴とする請求項３に記載の耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車。
【請求項５】
Ｇｄ、Ｙは、それぞれ質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％であることを特徴とする請求項３または４に記載の耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車。
【請求項６】
質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した成分組成を有する合金溶湯を、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状にダイカスト成形した成形体を用意する段階と、該成形体に対して時効処理を施す段階とを含む、ことを特徴とする耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車の製造方法。
【請求項７】
前記成形体に対してＨＩＰ処理を施す段階を含むことを特徴とする請求項６記載の耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車の製造方法。
【請求項８】
合金溶湯のＧｄ、Ｙは、それぞれ質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％であることを特徴とする請求項６または７に記載の耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品に関し、また、例えば過給機に使用される鋳造コンプレッサ羽根車およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車、建設機械、船舶などの内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関からの排気ガスを利用して排気側のタービン羽根車を回転させ、このタービン羽根車と同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させて外気を吸気して圧縮する。そして、圧縮した空気を内燃機関に供給して内燃機関の出力向上を図る機能を有する。
【０００３】
上述の過給機に使用されるタービン羽根車は、内燃機関から排出される高温の排気ガスに曝されるため、通常は耐熱強度に優れるニッケル合金やＴｉＡｌ合金（チタンアルミニウム合金）等が使用される。一方、コンプレッサ羽根車は、外気を吸気する部分で利用されて高温に曝されることがないため、通常はＡｌ合金（アルミニウム合金）等が使用され、例えば米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規定のＡｌ−９％Ｓｉ−１．８％Ｃｕ−０．５％Ｍｇ合金である３５４．０（Ａ３５４）からなる鋳造コンプレッサ羽根車は多く利用される。
【０００４】
近年は、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的でタービン羽根車およびコンプレッサ羽根車をより高速回転させるための種々の検討がなされ、高速回転によってコンプレッサ羽根車に作用する遠心力が増大すると予測される。また、コンプレッサ羽根車は、高速回転することで曝露温度が従来よりも上昇して２００℃を超え、あるいは２５０℃にも達すると予測される。このため、２００℃や２５０℃といった高温域においても耐熱性を有し高強度であって、さらに軽量のコンプレッサ羽根車が必要になると予測され、従来合金Ａ３５４よりも軽量化が期待でき、鋳造に好適なＭｇ合金（マグネシウム合金）の適用が望まれる。
【０００５】
マグネシウム合金は、現在実用化されている金属材料の中で最も低密度であり、例えばＡｌ（アルミニウム）の約２／３、鉄の約１／４の低密度である。また、比強度、比剛性がＦｅ（鉄）やＡｌよりも優れており、例えば自動車用の軽量化材料としてＭｇ−９％Ａｌ−１％Ｚｎ−０．２％Ｍｎ合金（ＡＺ９１）などが実用されて広く利用される。また、Ｍｇ（マグネシウム）は２００℃程度の高温に曝されると引張強さなどの機械特性が低下してくるが、各種の元素を適正に添加することによって耐熱性を向上することができる。耐熱性に優れたＭｇ合金としては、例えば特許文献１に本出願人らが提案したＭｇ−Ｇｄ−Ｙ−Ｚｒ系合金などの特に鍛造用として有効な合金が知られている。
【０００６】
また、上述のコンプレッサ羽根車は、例えば、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配列された複数の羽根部とを含み、各々の羽根部が複雑な空力学的曲面形状のブレード面を表裏に有する、複雑な形状に設計される。従来、複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車は、鍛造素材から削り出して形成されるか、または、例えば特許文献２に開示されるようにプラスターモールド法により鋳造して形成される。上述のＡ３５４からなる鋳造コンプレッサ羽根車もプラスターモールド法により多く製造される。しかしながら、前記プラスターモールド法は、ゴム模型や石膏鋳型の製作、鋳造後の石膏鋳型の解体やブラスト等による鋳型滓除去清浄など、製造工程が長いために生産性や製造コストの点では不利であり改善が望まれる。
【０００７】
また、Ａｌ合金やＭｇ合金などに適用される鋳造方法のひとつとしてダイカスト（高圧射出鋳造）が知られる。ダイカストは、優れた生産性やコストパフォーマンスを有する鋳造法であり、高圧力での溶湯射出に耐えられる鋳型として金型が使用される。この金型のキャビティは、一般的にはＦｅ基合金を用いて画成されるため、鋳造時の溶湯凝固速度（冷却速度）が格段に速くなる。凝固速度が格段に早いダイカストでは、凝固組織を緻密化させる特別な元素を添加しなくても微細で緻密な鋳造組織を得ることができるので、引張強さなどの機械特性の向上が期待できる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１４７８３０号公報
【特許文献２】特開２００５−２０６９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、Ａｌを合金の基とする従来合金Ａ３５４よりも軽量化が期待でき、ダイカストに好適な耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品を提供することである。また、例えば自動車などの過給機に好適な耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車、および、そ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】
【００１０】
本発明のマグネシウムダイカスト部品は、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品である。
【００１１】
また、本発明のマグネシウムダイカスト部品は、質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％を含むことが望ましい。
【００１２】
また、本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、自動車や船舶などに使用するのが好適であり、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状を有するコンプレッサ羽根車形状にダイカスト成形されてなり、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した成分組成を有する耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車である。
【００１３】
また、本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、前記複数の羽根部が長羽根と短羽根とが交互に配列されてなる鋳造コンプレッサ羽根車とすることができる。
【００１４】
また、本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、望ましくは、Ｇｄ、Ｙは、それぞれ質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％である。
【００１５】
前記鋳造コンプレッサ羽根車は、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した成分組成を有する合金溶湯を、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状にダイカスト成形した成形体を用意し、該成形体に対して時効処理を施すことで、機械特性を改善することができる。それ故に、耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車を得ることができる。また、前記成形体に対してＨＩＰ処理を施すことができる。
【００１６】
また、望ましくは、合金溶湯のＧｄ、Ｙは、それぞれ質量％でＧｄ：２．０〜３．５％、Ｙ：７．０〜９．０％である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマグネシウムダイカスト部品は、従来合金Ａ３５４に比べて軽量であり、２５０℃の高温域でも耐熱性を有し高強度が期待できる。また、前記マグネシウムダイカスト部品と同じ成分組成を有する本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、例えば自動車などに搭載される過給機用の鋳造コンプレッサ羽根車に適用することにより、従来よりも高速回転であっても、また２００℃や２５０℃といった高温環境下であっても使用できる耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車となる。また、本発明の製造方法により、本発明の耐熱性に優れた鋳造コンプレッサ羽根車を安定量産することができるので、工業上極めて有益な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のマグネシウムダイカスト部品における重要な特徴は、Ｍｇを合金の基としてＧｄ（ガドリニウム）やＹ（イットリウム）を特定の成分組成とした上で、不可避的不純物であるＺｒ（ジルコニウム）を０．１％以下に規制してダイカストに好適な成分組成を得て、該成分組成からなる耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品を得たことである。
【００１９】
以下、本発明のマグネシウムダイカスト部品に含まれる合金元素と各合金元素の含有量の限定理由について詳細に説明する。また、本明細書における各合金元素の含有量は、特に断らない場合には質量％で示す。
【００２０】
本発明のマグネシウムダイカスト部品は、質量％でＧｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制したものである。本発明では、上述したように、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制することが重要であって、これによりダイカスト成形によってマグネシウムダイカスト部品を得る際、鋳造組織に生じやすいＺｒに起因する偏析組織の形成を防止する。
【００２１】
上述の特許文献１で本出願人らが提案したＭｇ−Ｇｄ−Ｙ−Ｚｒ系合金においては、Ｚｒは合金組織を緻密化させる効果を有する重要な元素であり、Ｚｒを積極的に添加した。しかしながら、Ｚｒは偏析組織を形成しやすい欠点を有する元素でもあった。それ故に、鍛造などの塑性加工を施すことにより、形成された偏析組織を分断して微細化し、前記偏析組織に起因する強度などの機械特性の劣化を防止していた。
【００２２】
ダイカストによって得られたマグネシウムダイカスト部品は、実用上、最終製品と実質的に同一形状もしくは最終製品との近似形状を有するものであって、従来のように鍛造などの塑性加工を施すことは難しい。また、得られたマグネシウムダイカスト部品に対し、さらに塑性加工を施すことになれば生産コストや生産効率にも支障をきたす。それ故に、本発明のマグネシウムダイカスト部品では、不可避的不純物の中のＺｒを０．１％以下に規定することにより、望ましくは０％とすることにより、マグネシウムダイカスト部品における偏析組織の形成を防止する。
【００２３】
また、合金組織を緻密化させる効果を有するＺｒを不可避的不純物として０．１％以下に規制することにより、得られるマグネシウムダイカスト部品の強度などの機械特性が劣化することが懸念される。しかしながら、本発明のマグネシウムダイカスト部品は、鋳型として金型を使用するため、他の鋳造法に比べて鋳造時の溶湯凝固速度（冷却速度）を格段に速くでき、Ｚｒを添加しなくても微細で緻密な鋳造組織を得ることができて強度などの機械特性の向上が期待できる。
【００２４】
本発明のマグネシウムダイカスト部品は、Ｍｇに添加する合金元素として１．０〜３．５％のＧｄを含む。Ｇｄは、常温強度および高温強度の向上に有効な元素であり、Ｍｇに対する固溶量が比較的多く、Ｇｄの固溶量が増加するとともに合金が固溶強化されて常温強度および高温強度が増大する。しかしながら、Ｇｄ含有量が１．０％未満では前記効果が十分に得られず、Ｇｄ含有量が３．５％を超えると合金が脆化し始めるので好ましくない。本発明においては、望ましくは、Ｇｄ含有量を２．０〜３．５％とする。
【００２５】
また、本発明のマグネシウムダイカスト部品は、Ｍｇに添加する合金元素として６．０〜１２．０％のＹを含む。Ｙは、上述したＧｄと同様に、常温強度および高温強度の向上に有効な元素であり、Ｙ含有量が増加するとともに合金の常温強度および高温強度が増大する。しかしながら、Ｙ含有量が６．０％未満では前記効果が十分に得られず、Ｙ含有量が１２．０％を超えると合金が脆化し始めるので好ましくない。本発明においては、望ましくは、Ｙ含有量を７．０〜９．０％とする。
【００２６】
本発明のマグネシウムダイカスト部品においては、上述のＧｄとＹとは、合金への添加効果が畳重して相乗効果が得られる。また、それぞれの元素の添加量そのものを相互に抑制し合う効果を有する。
【００２７】
また、本発明のマグネシウムダイカスト部品における不可避的不純物は、その総含有量が０．３％以下であれば本発明の作用効果は阻害されない。
【００２８】
上述したように本発明のマグネシウムダイカスト部品は、Ａｌを合金の基とする従来合金Ａ３５４よりも低密度であるＭｇを基とする合金からなる部品であることから、該部品の軽量化が期待できる。また、本発明のマグネシウムダイカスト部品は、常温強度および高温強度の向上に有効なＧｄおよびＹを適正に含み、さらにはダイカストによって形成された緻密な凝固組織を有することから、２００℃さらには２５０℃の高温域でも優れた耐熱性を有することができる。それ故に、高強度が期待でき、耐熱性に優れたマグネシウムダイカスト部品となる。
【００２９】
次に、上述の本発明のマグネシウムダイカスト部品の具体例となる本発明の鋳造コンプレッサ羽根車について説明する。
【００３０】
本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するとともにハブ面とディスク面を有するハブディスク部と、前記ハブ面に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状を有している。また、複数の羽根部は、長羽根と短羽根とが交互に配列されたものであってもよい。
【００３１】
本発明の鋳造コンプレッサ羽根車の一例を、図１（ａ）および図１（ｂ）に模式的に示す。鋳造コンプレッサ羽根車１（以下、羽根車１という）は、ハブ軸部２と、該ハブ軸部２から半径方向に延在するとともにハブ面４とディスク面５を有するハブディスク部３、前記ハブ面４に配設された複数の羽根部とを含む羽根車形状を有している。また、この羽根車１の羽根部は、長羽根６と短羽根となるスプリッタ羽根７とが交互に配列され、各々が複雑な空力学的曲面形状のブレード面を表裏に有している。
【００３２】
本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、上述のダイカストに好適な成分組成からなる合金を用いて羽根車形状にダイカスト成形されたものである。それ故に、上述の本発明のマグネシウムダイカスト部品と同等の耐熱性を有することが期待できる。これとともに、ダイカスト成形によって得た鋳造コンプレッサ羽根車であることから、微細で緻密な鋳造組織が形成されており、従来合金Ａ３５４などのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金を用いてプラスターモールド法によって得る鋳造コンプレッサ羽根車よりも、引張強さや０．２％耐力などの機械特性に優れる鋳造コンプレッサ羽根車となっていることが期待できる。
【００３３】
本発明の鋳造コンプレッサ羽根車を製造する方法としては、例えば以下のような手段を採用できる。
【００３４】
まず、ダイカスト成形装置により、Ｇｄ：１．０〜３．５％、Ｙ：６．０〜１２．０％、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物であるＺｒを０．１％以下に規制した成分組成を有する合金溶湯を用い、コンプレッサ羽根車の形状を有する成形体をダイカスト成形して得る。次いで、得られた成形体に対して好適な条件、例えば２００〜３００℃の温度で時効処理を施す。さらに、必要に応じてバリ取りや研磨等の後処理を施すといった手段である。また、ダイカスト成形における各種条件は、例えば合金溶湯の射出温度、射出圧力、および射出速度等は、コンプレッサ羽根車の形状や、合金溶湯や、ダイカスト成形装置等によって適宜選択することができる。
【００３５】
また、ダイカスト成形後の成形体に対してＨＩＰ処理を施してもよい。ＨＩＰ処理は、ダイカスト成形したままの状態の成形体に鋳造時の内部欠陥が存在する場合、この内部欠陥を押し潰して微小化することができる。ＨＩＰ処理条件は、高温環境下で軟化させて塑性変形させる処理であることから、温度は４００℃以上、かつ合金を溶融させない程度の温度以下の高温が望ましく、圧力は９０ＭＰａ以上のできる限り高圧力が望ましい。そして、前記温度および前記圧力により１〜５時間保持することが好適である。これにより、鋳造時の内部欠陥の微小化が期待できる。さらには、ダイカスト成形後の成形体もしくはＨＩＰ処理後の成形体に対して均質化処理を施してもよい。
【００３６】
また、本発明の鋳造コンプレッサ羽根車は、ダイカスト成形用の金型から離型可能な程度のアンダーカットを羽根部に有していてもよい。この場合、以下のような手段を採用すればよい。例えば、ダイカスト成形する羽根車形状を有する成形体の羽根部の形状を型開き可能な形状とし、ダイカスト成形後、例えば切削、押圧、曲げなどの機械加工を施すことにより、得られた成形体の羽根部を最終形状とするといった手段である。また例えば、鋳造コンプレッサ羽根車の隣接する各羽根間の空間形状を有するスライド金型を中心軸に向かって複数対向させ、これによって形成された空間に溶湯を射出充填して羽根車形状を有する成形体を成形後、スライド金型を回動させつつ中心軸の半径方向に移動させて型開きするといった手段である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のマグネシウムダイカスト部品の具体例となる本発明の鋳造コンプレッサ羽根車の一例を模式的に示す斜視図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３８】
１：鋳造コンプレッサ羽根車
２：ハブ軸部
３：ハブディスク部
４：ハブ面
５：ディスク面
６：長羽根
７：スプリッタ羽根（短羽根）
【図１】
2009041066.tif 000003