(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材がマグネシウムであって、合金成分として少なくともアルミニウム５質量％以上を含有する軽金属合金を固相／液相が共存する半溶融状態であって固相率７０％以下の半溶融状態とした後、射出成形して平均結晶粒径２００μｍ以下並びにマグネシウム初晶α相が粒径１２０μｍ以下の成形物となし、その成形物を３００〜５００℃×３０分〜１０時間の範囲内で均質化熱処理して、射出成形品の粒界に存在するＭｇＡｌ化合物を母材に固溶させ、該射出成形品を鍛造工程に付することを特徴とする軽金属合金鍛造製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽金属合金、特に合金成分としてアルミニウムを含有するマグネシウム合金の成形性に優れた軽金属合金鍛造製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムまたはマグネシウムを母材とする軽金属合金、特にアルミニウムを合金成分とするマグネシウム合金は軽量でかつ鍛造等の塑性加工を施すことにより所定の機械的強度を確保できる素材として注目されている。しかしながら、通常の溶解鋳造法で型内に鋳込んだ鋳造品は鍛造等の塑性加工性に欠け、所定の機械的強度を確保するのが難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、アルミニウムおよびマグネシムを含有する軽金属合金においてかかる塑性加工性に欠ける原因を探求すると、第１に、アルミニウムおよびマグネシムが併存する場合は粒界にＡｌ12Ｍｇ17で示される化合物が生成し、これが塑性加工性に影響を与える。他方、溶解鋳造法で鋳込んだ鋳造品にはマグネシム初晶α相がないが、固相／液相が共存する半溶融状態で射出成形した成形品にはマグネシム初晶α相が存在する。したがって、この初晶α相の存否が上記ＡｌＭｇ化合物の影響を緩和し、塑性加工性の向上に影響を与えるものと思われる。
第２に、上記マグネシウムの初晶α相の粒径は固相／液相比率である固相率が小さくなるに伴い小さくなるが、それだけでは塑性加工性の向上はそれほど認められない。しかしながら、均質化熱処理に付する場合、短時間処理で塑性加工性が著しく向上することが見出された。これは溶解鋳造法では認められなかった効果である。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、塑性加工性を向上させるマグネシウムの初晶α相を有する軽金属合金射出成形材およびその製造方法並びに軽合金鍛造製品を提供することにある。
本発明の第２の目的は均質化熱処理により塑性加工性を向上させることができる軽金属合金射出成形材およびその製造方法並びに軽合金鍛造製品を提供することにある。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は母材がマグネシウムであって、合金成分として少なくともアルミニウム５質量％以上を含有する軽金属合金を固相／液相が共存する半溶融状態であって固相率７０％以下の半溶融状態とした後、射出成形して平均結晶粒径２００μｍ以下並びにマグネシウム初晶α相が粒径１２０μｍ以下の成形物となし、その成形物を３００〜５００℃×３０分〜１０時間の範囲内で均質化熱処理して、射出成形品の粒界に存在するＭｇＡｌ化合物を母材に固溶させ、該射出成形品を鍛造工程に付することを特徴とする軽金属合金鍛造製品の製造方法を提供するものである。
マグネシウムの初晶α相を生成させるためには射出成形を半溶融射出成形法に基づいて行う必要がある。ここで、半溶融射出成形法による射出成形とは、固相／液相が共存する半溶融状態とした後、射出成形することをいう。
【０００６】
母材がマグネシウムである場合は、合金成分として少なくともアルミニウム５質量％以上を含有し、平均結晶粒径２００μｍ以下であるのが好ましい。
アルミニウムが５質量％未満では、所定の機械強度が得られないからである。したがって、本発明において好ましいマグネシウム合金としては、ＡＳＴＭ規格のＡＺ６１，ＡＺ８０，ＡＺ９１等、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金が挙げられる。また、平均結晶粒径が２００μｍ以上では塑性加工性の一つである鍛造時の限界据え込み率５０％以下となるためである。
【０００７】
特に、マグネシウム初晶α相が粒径１２０μｍ以下であって、均質化熱処理にて実質的にＭｇＡｌ化合物を母材に固溶してなる射出成形材は従来の溶解鋳造法では得られなかった成形性の向上が認められ（図１参照）、射出成形材を直接鍛造成形に付すことが可能で、鍛造に至るプロセスを簡略化することができる。
【０００９】
本発明方法は、特に軽金属合金が母材がマグネシウムであって、合金成分として少なくともアルミニウム５質量％以上を含有する場合に有効であり、固相率７０％以下の半溶融状態で射出成形されると、マグネシウム初晶α相が粒径１２０μｍ以下となり、均質化熱処理効果が発揮されるようになる（図１参照）。
【００１０】
均質化熱処理の条件は射出成形品の粒界に存在するＭｇＡｌ化合物を母材に固溶させるに十分な３００〜５００℃×３０分〜１０時間の範囲内で選ばれる。すなわち、ＭｇＡｌ化合物の粒径及び（合金成分に関係する）量、成形品の質量などを考慮すべきである。
【００１１】
本発明によって得られる軽金属合金射出成形材は限界据込み率６０％以上の成形性を有するので、直接鍛造工程に付し軽合金鍛造製品を製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
以下の組成を有するＡＺ８０のマグネシウム合金を用意し、図３に示す半溶融射出成形機（型式：ＪＬＭ−４５０Ｅ，株式会社日本製鋼所製）を用いて次の条件下に射出成形を行った。この射出成形機は成形材料の固相線温度より上であって液相線温度より下の温度にスクリュー押出機中で合金を加熱して半溶融状態とし、高速射出機構により金型キャビティ内にショットするものである。
【００１３】
【表１】
マグネシウム合金組成
（単位：質量％）
Ａｌ  Ｚｎ  Ｍｎ  Ｆｅ    Ｓｉ  Ｃｕ    Ｎｉ    Ｍｇ
合金Ａ  8.1   0.45  0.27  0.0018  0.03  0.0025  0.0009  Bal.
【００１４】
【表２】
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【００１５】
マグネシウム合金は切削して切粉状となし、ホッパーに投入されるが、固相率（固相／液相）はシリンダー内の加熱温度で調整した。
種々の固相率における射出成形品の初晶α相の成否を顕微鏡写真で確認するとともにその平均粒径を測定した。結果は以下の表３の通りである。
【００１６】
また、上記射出成形したままの材料と均質化熱処理（４００℃×１８０分間）後空冷した材料とを以下の鍛造成形性評価方法により試験した。その結果、固相率７０％以下で初晶α相１２０μｍ以下となり、固相率の低下とともに初晶α相の粒径は小さくなるが、成形性の向上はほとんど見られない。しかしながら、初晶α相が１２０μｍ以下から均質化熱処理効果が発揮され、初晶α相の粒径が小さくなる程その向上は著しいことが分かった。
上記鍛造成形性評価方法としては、円柱状テストピースを用いた据え込み試験により求めた限界据え込み率により評価する方法を用いた。即ち、直径１６ｍｍ、高さ２４ｍｍの円柱状テストピースを、高さ方向に据え込み鍛造し、テストピースの割れが生じる時の高さＨを測定し、以下の式（I）
【数１】
限界据え込み率（％）＝（（２４−Ｈ）／２４）×１００  （I）
より限界据え込み率を求めて評価した。
【００１７】
【表３】
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なお、第１成形性とは均質化熱処理前の３００℃における成形性（限界据え込み率）をいい、第２成形性とは均質化熱処理後の３００℃における成形性（限界据え込み率）をいう。
【００１８】
以上の結果をグラフにすると図１に示す通りである。また、均質化熱処理前後の成形性の変化を固相率１０％と７０％の場合と同一組成のマグネシウム合金を連続鋳造した場合とを比較すると図２に示す通りである。すなわち、本発明以外では初晶α相の存在が認められないので、均質化熱処理の効果は認められず、本発明の場合でも固相率７０％以下で均質化熱処理効果が発揮され始め、固相率が低下するぼど初晶α相の粒径が小さくなり、次第に成形性が向上することが認められる。
【００１９】
上記マグネシウム合金を用い、固相率１０％で射出成形した半溶融射出成形材Ａ（図４）、固相率７０％で射出成形した半溶融射出成形材Ｂ（図５）、ダイカストした場合Ｃ（図６）および金型鋳造（連続鋳造）した場合Ｄ（図７）を比較すると、前二者では初晶α相が認められるのに、後二者の場合は初晶α相が認められない。
【００２０】
また、上記半溶融射出成形材ＡおよびＢでは４００℃で３時間という比較的短い均質化熱処理で粒界に存在するＭｇ17Ａｌ12化合物がほとんど固溶して消失する（図８および図９参照）のに対し、金型鋳造材Ｄの場合は４００℃で６時間均質化熱処理を施してもほとんど固溶しない（図１０参照）。この結果は均質化熱処理の成形性の向上の存否に現れている。
【００２１】
以上ＡＺ８０マグネシウム合金について種々の効果を確認したが、このマグネシウムの初晶α相はマグネシウムとアルミニウムを含有する軽合金を半溶融射出成形法で射出成形する限り晶出するものである。また、マグネシウムとアルミニウムを含有する軽金属合金を溶解鋳造する限り粒界に存在するＭｇ17Ａｌ12化合物が析出する。したがって、本発明方法は広くマグネシウムとアルミニウムを含有する軽金属合金に適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、少なくともマグネシウムとアルミニウムとを含む軽合金において、射出成形によりマグネシウムの初晶α相が存在し、連続鋳造に比して優れた成形性を示す。特に上記初晶α相が１２０μｍ以下の場合は、粒界に析出するＭｇ17Ａｌ12化合物が均質化熱処理により母材に固溶して消失するので、より優れた成形性を示すことになる。
このような本発明射出成形材を用いることにより鍛造成形が容易になり、マグネシウム合金の鍛造品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＡＺ８０マグネシウム合金の半溶融射出成形における固相率と初晶α相の平均粒径、均質化熱処理前後の成形性の関係を示すグラフ。
【図２】  本発明による均質化熱処理前後の成形性に及ぼす効果と連続鋳造における均質化熱処理前後の成形性に及ぼす効果とを対比したグラフ。
【図３】  本発明で用いる半溶融成形機の概略図である。
【図４】  固相率１０％で射出成形した半溶融射出成形材Ａの組織を示す顕微鏡写真である。
【図５】  固相率７０％で射出成形した半溶融射出成形材Ｂの組織を示す顕微鏡写真である。
【図６】  ＡＺ８０マグネシウム合金のダイカスト材の組織を示す顕微鏡写真である。
【図７】  ＡＺ８０マグネシウム合金の金型鋳造材の組織を示す顕微鏡写真である。
【図８】  図４で示す半溶融射出成形材を均質化熱処理した後の組織を示す顕微鏡写真である。
【図９】  図５で示す半溶融射出成形材を均質化熱処理した後の組織を示す顕微鏡写真である。
【図１０】  図７で示す半溶融射出成形材を均質化熱処理した後の組織を示す顕微鏡写真である。
【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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【図９】
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【図１０】
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