自動車用金属材料

東北地域ものづくり企業基礎力向上セミナー「平成29年度地域中核企業創出・支援事業（とうほく自動車関連部素材産業競争力強化事業）」
ものづくり基礎講座（第55回技術セミナー）

東北大学金属材料研究所
正橋直哉

2018.3.23（月）13:35～14:15
東北大学金属材料研究所 講堂
1

世界の自動車販売台数

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

2https://www.mitsui.com/mgssi/ja/report/detail/__icsFiles/afieldfile/2016/10/21/140728m_ohkusu.pdf

車両重量と燃費の相関

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

変速機形式や駆動形式に拠らず、車体重量の増加と共に燃費が悪化していることか
ら、車体の軽量化が燃費向上の有効な手段であることがわかる。
3
車両重量と燃費の関係(http://www.mlit.go.jp/jidosha/jidosha_fr10_000019.html)

自動車業界の展望

2018/1/31 読売新聞

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

2017/12/21 日本経済新聞

2017/7/29 日本経済新聞

4自動車の金属製主要部材

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

ｱｸｽﾙﾊｳｼﾞﾝｸﾞ
ｲﾝｽﾂｰﾙﾒﾝﾄﾊﾟﾈﾙﾘﾝﾌｫｰｽ

ｼｮｯｸｱﾌﾞｿｰﾊﾞｰ

ｼｰﾄﾌﾚｰﾑ

ｻｽﾍﾟﾝｼｮﾝﾒﾝﾊﾞ(前)ﾏﾌﾗｰ

ｻｽﾍﾟﾝｼｮﾝﾒﾝﾊﾞ(後)ﾗｼﾞｴｰﾀｰ

ｴｷｿﾞｰｽﾄﾏﾆﾌｫｰﾙﾄﾞ

ﾌﾚｰﾑ

ﾛｱｱｰﾑ
ﾄﾙｸｺﾝﾊﾞｰﾀ

ﾊﾞﾝﾊﾟｰ

自動車の使用素材の割合
2011

5

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

2020
3.92%

7.84%

2.91%

7.77%
38.83%

19.61%
29.13%
1.96%
7.84%

58.82%
1.94%

19.42%

Steel
Al
Other metals
Plastic/Comp.
Glass
Other Materials

出所 ： OICA「Steel Perspectives for The Automotive Industry」① 鉄鋼主体から、 Al・Mg・複合材等の軽量素材が増加する。
② 高張力鋼を含む軽量化材の占める割合が今後20年間で2倍に増える。
③ 各材料の高性能化やコスト低減等の開発と共に、これら材料の組み合わせによる最適化が図られる。
④ その結果、異種材料の接合技術、異なる特性の同一素材の複層化技術、異種材料からなる複合化技術へのニーズが高まる。

6

自動車に求められる材料と技術

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

軽量化は絶対ゴールだが、安全性を考えると金属は必須

軽量金属としてAlやMgの比率を高める
世界初の全鋼製モノコックフレー
ムのランチアラムダ（1922年）

高強度のSteel材料を開発する

日本初の量産モノコック構造車の
富士重工業スバル360（1958年）

軽量素材とSteelの混用が不可欠
世界初の量産オールアルミモノ
コックのホンダNSX（1990年）

高強度材料の成型加工性の確保

異種材料間の接合技術と成型加工技術が必要

軽量化とコストﾌﾛﾝﾄﾊﾞﾝﾊﾟｰﾋﾞｰﾑに780MPaハイテン
を採用ホンダストリーム（2006年）

7

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

8
http://www.meti.go.jp/meti_lib/report/2014fy/E004083.pdf

高強度材利用による軽量化

まてりあ

53 (2014)584-588

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

590 MPa 級ハイテン材と1500 MPa 級
ハイテン材の強度比を等価とすると考えた場合、590 MPa 級では2.4 mm
必要であった板厚が，1500 MPa 級に置換することにより1.6 mm で同じ強度を持たせることが出来ることができ、強度を約2.5倍にすれば，約33%9の板厚＝重量が削減できる

ハイテン使用比率の増加と高グレード化

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

① ハイテン化率は2003年度は40%、2008年度は48％、2013年度は約56％と年々増加。
② ハイテン材のグレードは2003年度は590 MPa 級の使用比率が13％、2008年度は42％、2013年度は34％に低下したが780 MPa 級や980 MPa 級、ホットスタンプ材(1500 MPa 級)等が適用されてきた。
まてりあ

1053 (2014)584-588

冷延ハイテンの強度と特性の関係
60

120

IF鋼板

40

100

DP鋼板

30

TRIP鋼板20
10

ﾏﾙﾃﾝｻｲﾄ鋼板

HSLA鋼板

穴広げ率 / %引張伸び / %

50

60

DP鋼板

40

HSLA鋼板TRIP鋼板

1200

IF鋼板
DP鋼板

ﾏﾙﾃﾝｻｲﾄ鋼板

1000

2.0

TRIP鋼板1.0

HSLA鋼板

降伏強度 / MPa

ランクフォード値

ﾏﾙﾃﾝｻｲﾄ鋼板

0

2.5

0.5

IF鋼板

80

20

0

1.5

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

800

TRIP鋼板HSLA鋼板

600

DP鋼板

400
200

IF鋼板

0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

引張強度 / MPa

引張強度 / MPa
ふぇらむ 18（2013）48_53

強度を決める因子は何か

11

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

12

固溶強化・析出強化

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

13

http://www.nssmc.com/company/nssmc/science/pdf/V1.pdf

ホールペッチの関係

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

粒界が転位の運動の障害となる y  0  k y  d 1 / 2      ホールペッチの式
純鉄の降伏応力の粒径依存性
N.J. Petch, Phil Mag., 3(1958)1089

降伏応力

結晶粒径
材料定数

14

ハイテンとは？

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

① 高張力鋼（High Tensile Strength Steel）とは合金成分や組織の制御により、一般鋼材よりも強度を向上させた鋼材で、ハイテンあるいは高抗張力鋼と称する。
②

おおむね490 MPa程度以上のものを称し、590 MPa、780 MPa程度が主流だが、近年は1,000 MPa以上のものもある（超高張力鋼）。

③

同一強度を確保するには、一般鋼材を用いる場合に比べて薄肉化できるため、主要構造部材の軽量化に貢献する。

④ プレス時は成形不良が発生しやすい。また、ヤング率は一般鋼と大差無いため、弾性変形による歪発生が嫌われる部位には、薄肉化を適用出来ない。

15
https://y100.isij.or.jp/ferrum/PDF/PDFOpen.php?PNAME=SEC/VOL01805/2013_Vol.018_No.05_0220.pdf

成形性に応じたミクロ組織制御の考え方 2018. Mar.第55回技術セミナー
23, 13:35~14:15 正橋直哉

①高強度と成形性を両立させるた
めに、軟らかい組織の中に固い組織を分散させる複合組織化を採用する。
☞

複合組織の有効性②局部的に大きな変形が必要なフランジ成形性や曲げ性が要求される、骨格構造材やシャシー系部材
では、応力集中回避可能な均一組織が有利。
☞

均一組織の有効性

16

https://y100.isij.or.jp/ferrum/PDF/PDFOpen.php?PNAME=SEC/VOL01805/2013_Vol.018_No.05_0220.pdf

水焼入れ方式によるミクロ組織の制御

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉①

低温焼き戻し（青線）：硬質マルテンサイト量多い☞ 曲げ変形部材用②

高温焼き戻し（赤線）：硬質マルテンサイト量少ない☞ 絞り変形部材用
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転位組織

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

強加工したFe-Mn-C合金組織
左のセル境界近傍
多量の転位が複雑に絡み合い
セル境界を形成する境界の転位密度は特に高い強加工したFe-Cr-Mo組織

セル境界は存在しない
18

析出物と転位

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

Fe-Nb-C合金中の転位
左写真赤丸の析出物
析出物の電子線回折

転位が析出物に拘束されている

析出物はNbC
19

ホットスタンプ

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

オーステナイト変態点(830°C) 以上に加熱した鋼板を金型にて成形と急冷却を同時に行うことで成形と焼入れ処理を施す成形技術で、1500 MPa級の強度を有する。
板

590 MPa 相当

成形加工（金型は冷却）

予備加熱

270 MPa 相当

1500 MPa 相当①金型内での冷却には10秒程度の時間が必要なため、冷間成形に対し生産性が低い。
②焼入後の製品は高強度であるため、金型による後加工では治具の損耗が激しい。
③大型連続加熱炉やレーザ設備の投資額が大きい。
20

スプリングバック

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

軟鋼、440MPa級、980MPa級のハイテン
材の冷間 プレスと、ホットスタンプに
高降伏応力、低ヤング率の材料ほよる形状凍結性を比較した デモ試験。

どスプリングバックは大きく、Ti

実際の自動車部材製造時には種々の 対

はステンレスの2～3倍高い。

策を講じてスプリングバックを低減する。
21

https://y100.isij.or.jp/ferrum/PDF/PDFOpen.php?PNAME=SEC/VOL01805/2013_Vol.018_No.05_0220.pdf

TRIP鋼

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

安定結晶粒破断

→’

準安定結晶粒
→’相変態
が次々発生

均一伸び
増大

クラック先端の応力集中部で相変態を誘起⇒靭性向上

TRIP 鋼は良好な加工性のみならず、衝突時の衝撃吸収性が大きく、引張強度 590MPa から
980 MPa の段階に入り、フロントサイドメンバやロアアーム，ピラー等で使用される。 22

自動車用材料としてのハイテンの展望①

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

高強度化には析出強化と冷却制御が有効で、マルテンサイト相で強度を確保
し、α相で成形性を持たせたDP（Dual Phase）鋼や、冷却制御により未変態γを残留させ、軟質γを加工中にマルテンサイトに変態させるTRIP（Transformation
Induced Plasticity）鋼が開発された。

②

ハイテン材は高強度・低加工性のため、深絞り・張り出し・曲げ等の塑性変形時のシワ・キレツ発生や、金型寿命低下、スプリングバックの課題がある。

③

ホットスタンプにより成形後のスプリングバックを改善し、 成形荷重抑制の利点がある一方、 加工中の表面酸化、 熱エネルギー付与が不可欠、 冷却に時間がかかり生産効率が悪い、 等により、コスト高が課題。

④

ハイテン材の溶接熱影響部における継手強度の確保と、解決のためのテン
パー通電処理による生産性の低下。
23

全身アルミニウム自動車

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

https://dcisolution.com/new-materials-are-they-making-cars-out-of-kryptonite-yet/aluminum-car/

毎日新聞2017年8月21日

1991年にAlボデイのクアトロ・スパイダーを発表。
1990年代後半：Audi A2とA8を含むAl車を量産。
2002年：Al車を15万台生産し、A6、A7、A8、R8モ
デルで、Aluminum SpaceFrame®を採用。
24
http://www.davesbodyshop.com/blog/2015/september/looking-back-at-the-history-of-audis-aluminum-ca.aspx

自動車用材料としてのアルミニウム

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

① Alの密度は2.70g/cm3で鉄の35%、融点は660.3℃で鉄より 875℃ 低く、クラーク
数は3 (7.56%)で、資源は鉄の1.6倍存在する。
② Alの結晶構造は面心立方格子 (FCC)で塑性変形が容易。
③ Alの熱伝導率237 W·(m·K)-1 は鉄の2.8倍で、電気抵抗率は28.2 nΩ·mで鉄の3.6倍。

25
http://www.metalbulletin.com/events/download.ashx/document/speaker/7769/a0ID000000X0kDSMAZ/Presentation

自動車軽量化のための開発対象部材

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

26
http://www.nedo.go.jp/activities/ZZ_00226.html

自動車におけるアルミニウム合金の利点 2018. Mar.第55回技術セミナー
23, 13:35~14:15 正橋直哉
① 走行安定性
足回り部材は、車体とホイールを結合し走行時にタイヤからの力に耐え、操縦安定性や乗り心地を左右する。これらの部
材はバネ下重量となることから、部材軽量化の効果は、軽量化より操縦安定性能の向上に大きく寄与する。
http://www.kobelco.co.jp/ecobiz/list/1174107_13068.html② 衝撃エネルギー吸収性
衝突時のエネルギーを変形しながら吸収して安全性を確保するために、変形能に優れた高強度材を押出加工で断面形状を制御し、鋼材に比べ吸収エネルギーを50%増加させる。
http://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atcl/event/15/040600053/052500006/?ST=SP③ 運動性能バンパーなど重心から離れた部品の軽量化は慣性モーメントを低減し運動性能を向上させる。外付けのため他の部品との干渉が少なく設計自由度が高い。プレスとスポット溶接の工程で製造する鋼板材に比べ、部品数、組立数低減が可能。

27

https://response.jp/article/2015/06/29/254498.html

アルミニウム合金展伸材

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

JIS規格

合金

特徴

1000系

Al

展延性、溶接性、耐食性

低強度用

2000系

Al-Cu(-Mg)

強度、切削性Cu:析出硬化（ジュラルミン）

3000系

Al-Mn(-Mg)

高強度、耐食性、成形性

Mn：再結晶温度を増加

4000系

Al-Si(-Cu-Mg-Ni) 耐摩耗性、耐熱性

材料科学的な意味

Si：熱膨張率低減、耐熱性向上

5000系

Al-Mg

成形性、溶接性、耐塩性

Mg:固溶強化

6000系

Al-Mg-Si

強度、耐食性

Mg2Si:析出硬化

7000系

Al-Zn-Mg(-Cu)

強度

MgZn2,Mg32(Al,Zn)49:析出硬化

ABCD-XY
合金

種別

X=Hの時、Y=1n：加工硬化のみ、2n：加工硬化後軟化熱処理、3n：加工硬化後安定化処理
X=Tの時、Y=2：寸法安定化熱処理、3:溶体化後冷間加工、4:溶体化後自然時効、
5:急冷後時効、6:溶体化後時効、7:溶体化後安定化、8:溶体化後冷間加工・時効
F：製造まま、O：焼鈍し材、H:加工硬化材、T：熱処理材（時効）

基本合金は0、改良合金の順に1～9（日本で開発され国際規格にないものはN）
28

自動車用材料としてのアルミニウム

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉(a) 溶体化温度: X組成の合金を単相域に加熱後に急冷し、過飽和固溶体を作ること。
(b) 時効:溶体化処理後の試料を溶解度曲線以下に保持し、安定状態に近づけること。
(c)

過冷度: 時効温度と溶解度曲線温度との差(a) 溶体化処理(c) 過冷度
大: 短時間で核生成頻度が増加
し、 微細結晶粒が得られる。
小: 結晶核は粗大化し、結晶粒径は大きくなる。

溶質原子は結晶格子を占有する(b) 時効処理
微細結晶粒組織は溶体化温度や時効温度、過冷度を制御することで得られる。
溶質原子は偏析して新相を形成する

29

時効熱処理

Temperature / ℃

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

Cu, at.%① 組成Xの合金を赤線のように急冷するとαの過飽和固溶体が生成（溶体化処理）。
②

これを溶解度曲線以下の温度で保持すると安定状態になりθ相が析出（時効）。
30Al合金の基本的な熱処理
溶体化処理

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

相安定化領域
500

Temperature, T

400

最適な過冷却と低温時効

+で微細組織が得られる

300
200

過飽和固溶体相析出終了

100

相析出開始

時効
0
10-4

10-3

10-2

10-1

1

10

102

103

104

Time, hour(a) 過飽和固溶体  を時効後θ 析出開始線を超えると θ 相析出が始まる（上図の赤線） 。
(b) θ 相はθ 析出終了線まで析出し（量が増える）、更なる時間経過により粗大化する（上図の緑線）。
31

Al-4Cu合金の微細析出物

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

’は転位で切断できず
Orowan型の硬化{100}

’はに肥大化しその場析出する

120100

整合歪により転位運動への抵抗

硬度, HB

80

’

GP



部分整合

0.290

60
0.384 nm

厚み増加
40

10 nm

整合
0.404 nm200.404 nm

100 nm
0.404 nm

0
10-3

10-2

10-1

1

10

102

1 m

103

時間, hour
1 m

亜時効

過時効

不整合
32

微細析出物の組織

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

1 min.

6 min.

3 min.

8 min.

5 min.

12 min.

Transition from ’ to in Al-4Cu alloy aged at 350℃
microphotos of ’33

L.K Berg et al., Acta Materialia 49 (2001) 3443

自動車用材料としてのAl合金の展望①

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

難点は、Alの価格は重量当たりで鉄鋼の 3 倍程度であることと、板材においては成形性と接合の技術的課題がある。

②

Al合金は鉄に比べ伸びが小さく、 加工シワや割れが発生しやすく、スプリン
グバックが大きい傾向にあるため、 鉄鋼と同じようなプレスが難しい。

③

Alは熱伝導率や電気伝導率が高いため、 溶接時の熱が離散し、溶接には鉄鋼の 2 倍の加圧力、 2〜3 倍の電流と、エネルギーを必要とする。このため高速回転の摩擦熱で塑性流動を起こして接合する摩擦撹拌接合やレーザー溶接、アーク溶接とレーザーを複合したハイブリッドレーザーなどの接合が必要（マツダは RX-8で摩擦撹拌点接合を採用）。

④

価格、成形性、接合、鉄鋼との複合化による電食対策などから、日本は欧米に比べAlの採用に慎重だが、 現時点でハイテン以外で使える軽量化素材でAlは有力候補で、 いずれは日本メーカーも採用の動きが出ると予想する。
34

自動車用材料としてのマグネシウム

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

① Mgは金属の中で最も軽く比重は1.8g/cm3で、Alの2/3、Tiの1/3、Feの1/4。
② Mgは薄肉でも高強度を持つため、比強度が高く、要求強度に対して部品の薄肉化、軽量化に有利。
③ 良好な放熱性（熱伝導性は150W/mk）のため、機器内部の熱を効率的に発散。

① Mgの需要は8年間で40%増加し、そのうち、Alを主体として添加したMg-Al系合金の用途が40%を占める。
②

今後、自動車用ダイカスト

をはじめとした構造材への需要拡大が予想される。
出展：マグネシウム協会ホームページ

自動車に適用されるMg合金使用量推移 2018. Mar.第55回技術セミナー
23, 13:35~14:15 正橋直哉①

自動車１台当たりのMg使用量は増加傾向にある。

②

北米、欧州に比べてアジア地域でのMg使用量は少ないが、 今後、使用量が増加する可能性が高い。

*出典：

経済産業省

36
マグネシウム産業戦略 www.meti.go.jp/policy/nonferrous_metal/strategy/magnesium02.pdf

Mg合金の適用事例①②③

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

現在適用されている部品はほとんどがダイカスト。
環境（腐食・温度）がマイルドなコックピット内での適用が多い。
パワートレイン（エンジンで発生した回転エネルギーを駆動輪に伝える装置類の総称）では耐熱合金が増加傾向。
Interior Parts

ENG Parts

・Key Clynder case
・STRG. Wheel
・STRG. MBR・STRG. Column BRKT・Seat Components
・Brake Pedal BRKT・Airbag Retainer
・Paddle Shift Switch
・Parking Brake lever
Body Panel Parts

・Rocker Cover・Oil Pan
・INT. Manifold
・Cylinder Block
D/T Parts
・T/M Case・Clutch HSG
・T/C HSG
・Transfer Case
Body Parts (Fr END)
・Radiator-core Support

Mg合金の適用事例

Chassis Parts

・Door INR
・Back Door INR・Fuel tank cover

・ENG Cradle
・Road Wheel

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉①

アルミ鋳造部品の置き換えが高級車から始まっている。

②

AZ91D は、温度環境が厳しくない部位で採用されている。

VW. Cylinder head covers

37

BMW. Intake manifold

AZ91D
VW. Manual transmission

GM. 4-wheel drive transfer cases

38
61th Annual World Magnesium Conference, New Orleans USA /May 9-12 2004

Mgの機械的性質

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉a) 結晶粒を微細にするほど、強度・延性・塑性加工性が改善される。
b) 約250℃より高温では動的再結晶と結晶粒粗大化が起こり、延性は僅かに向上するが、強度は著しく減少する。

39

添加元素Xの効果

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

ASTM規格では合金名を5つのアルファベットと数字の組合せで表記する

AZ91D

元素

効果

Al (A)

固溶硬化・析出硬化。Al増加により伸び・衝撃値は低下。鋳造性・耐食性は改善

1文字目A：主要合金元素⇒Al

Mn (M) 耐食性の改善

2文字目Z：主要合金元素

Zn (Z)

鋳造性、強度の改善⇒Zn

Ag (Q)

耐熱強度の改善

3文字目9：合金元素Aの重量%

Ca (X)

クリープ強度改善、燃焼防止⇒Al9%Th (H)

Zr との共存で結晶粒微細化

4文字目1：合金元素Zの重量%

Si (S)

クリープ強度の改善⇒Zn1%

Zr (K)

結晶粒微細化

5文字目D：開発された順番

RE (E)

機械的性質の改善

Y (W)Zr との共存で結晶粒微細化⇒4番目に開発

元素の後のカッコ内の記号は含有元素記号40ダイキャスト用Mg合金
Alの増加によりMg17Al12を時効析

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

Alloy

ASTM

JIS

etc

出させ、強度と靱性が改善される(耐食性は劣化する)。
Mg17Al12 と Mg32(Al, Zn)49を時効析出させ高強度化させる。
Zn添加により MgZnを析出させて強化すると同時に Zr添加により微細化させる。
Ce 添加により Mg12Ce を析出させ、クリープ強度を高める。
Th 添加は MgZnRE析出より高い
クリープ強度を得られる。

強度とダンピングの相関

41

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2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

耐久限界以下の振動にさらされるとき、Mgはエネルギー吸収および減衰特性 (ダンピング特性) において優れた機能を持つ。Mgは自動車用構造部材に適用することで、振動を吸収し材料寿命を延ばす効果に優れる。

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適用拡大に向けての課題(1) 電食

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MgにFe, Ni等が微量に含まれると著しく腐食するため高純度が必要。異種金属が水等の電解質溶液で接触すると金属間に電位差を生じ、電位の低い金属が選択的に電荷を失って溶け出して腐食（電食）するが、 Mgの標準電極電位は -2.36V と実用金属中で最も低いため 腐食し易く、化成処理、 陽極酸化、めっき等の保護が必要。

低い標準電極電位の金属がイオン化し腐食（電食）が進行する

自動車用材料としてのMg合金の展望①

主要金属の標準電極電位
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Mg合金は塑性加工性が乏しいことに加え、圧縮耐力が引張り耐力よりも低い
場合が多く、設計時に注意が必要である。

②

Mg合金は、ダイカスト用、射出成形用として用途が拡大傾向にある。曲げが作用する部位に適用することで軽量化が期待できる。また振動吸収性や軽量化に伴う放熱性、射出成形を活用したデザイン自由度等を付与可能である。

③

Al合金を例に見ると、75%以上が鋳物合金であることから、アルミダイカスト
ADC12（Al-Si-Cu-Mg-Zn-Fe）のような鋳造性に優れた合金が必要。

④

耐食性が悪くAl添加が不可欠であると共に、標準電極電位が-2.36V と実用金属中で最も低いため 、相手の金属によらず腐食するため防食表面処理が必要。

⑤

今後の適用拡大のためには、電食対策、機械特性の改善、リサイクル技術の開発が課題となる。
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全身チタン製スパーカーICONA

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イタリア・トリノの新興デザインスタジオ「ICONA（イコナ）」が、チタン製のボディを纏ったスーパーカー「VULCANO（ヴォルケーノ）」を公開しました。同車は、2015年に披露したコンセプトモデル「イコナ ヴァルカーノ チタニウム コンセプト」の市販モデルで、世界初のフルチタン製ワンオフモデルのスーパーカーとして注目を浴びています。販売価格は流石に世界初のフルチタンだけあり、驚きの2億8000万円にもなるとのこと。スーパーカー界に現れた期待の一台の走る姿を見れる日が楽しみでなりません。
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https://carnny.jp/3144

チタンの特徴第55回技術セミナー
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Property

Data

軽量

Application

密度: 4.51 g/cm3（ステンレスの60%）
強い

引張強度: 27 ~ 55 kg/mm2（ステンレスと同程度）（Ti 合金: 50 ~ 150 kg/mm2）

耐食（塩素イオンに強い）
生体適合性（体内での溶出が小）飛行機（B787）

飛翔体

10%HCl中腐食は1mm/year 以下

熱交換器

生体細胞と親和性がある

インプラント医療器具

ジェットフォイル

熱交換器

インプラント 46

スポンジTiの製造（クロール法）
TiO2

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Mg

ｺｰｸｽ

Mg還元
（900℃）

TiCl4
生成

塩化
（1000℃）
ｽﾃﾝﾚｽ

MgCl2生成
Cl2

陰極

Mg
陽極

真空分離

破砕整粒

TiO 2 + 2C + 2Cl2 → TiCl 4 + 2CO          (1)TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2

         ( 2)

MgCl2 → Mg  Cl 2          (3)

Mg還元
に使用

MgCl2分解（電解）塩化に使用

チタンとステンレス（マフラー）47

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ステンレス

チタン

軽さ

×

○

剛性

×

○

着色

×

○

光沢

○

×

ｻｳﾝﾄﾞ

×

○

価格

○

×

ｱﾚﾙｷﾞｰ×○

http://www.ganador.co.jp/products/titan.htmlより

マフラー軽量化することにより､車全体の運動性能（走る・曲がる・止まる)が向上

通常は､6-9mm厚のフランジを使用するが､重量増加に繋がるので軽量化のメリットは大きい

バーナー色つけか薬品色つけにより、ブルーグラデーション加48
工が可能

チタンの自動車への応用例

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MIRAIの燃料電池スタック

Super・TIX・10CU(NB)のマフラー適用例．

・エキゾーストパイプ、マフラーを中心に年間約1000トンの市場がある。
・四輪車ではエキゾーストパイプが外気に曝さ・燃料電池車MIRAIの燃料電池スタックれないため空冷が期待できず、二輪でも排ガスセパレーターにチタン圧延材が採用。

浄化触媒装置近辺で排気ガス温度が高い。その・セパレーターは燃料電池スタックの基ため、工業用純チタンよりも耐熱性に優れるチタン合金が求められる。

幹部品で、耐食性・表面導電性が必要。

まてりあ 49(2010)75-77

49
http://www.kobelco.co.jp/releases/2015/1190692_14507.html

適用拡大に向けての課題(2) 機械的性質 2018. Mar.第55回技術セミナー
23, 13:35~14:15 正橋直哉
(0001)

c/a ≥ 1.633 : (0001) 充填率 > (1100) (1101) 充填率→ (0001) 滑りがおこりやすい(1100)

cc/a ≤ 1.633 : (0001) 充填率 < (1100) (1101)充填率→ (1100) (1101) 滑りがおこりやすい(1101)
MgとTiのc/aは1.623と1.587で非底面滑りが起こる
180

a

a

理想的なHCP結晶では、高さcと底面の原子間距離aの比は正四面体の高さの2倍と稜の長さの比に等しい

c 2 2

 1.633
a
3

160
140

耐力 (MPa)

a

120
100
80
60
40
20
0

引張

圧縮

50
マグネシウム合金AZ31の引張りと圧縮による耐力差

自動車用材料としてのTi合金の展望①

第55回技術セミナー
2018. Mar. 23, 13:35~14:15 正橋直哉

Tiは鋼に比べて比強度が高くAlよりも耐熱性に優れ、軽量化の効果は大きい。
例えば、鋼をチタン化することによって二輪車で約3kg、四輪車で約8kgの軽量化が可能である。また、Tiは鋼よりも熱膨張率とヤング率が小さく、熱膨張
収縮による発生応力の半減が見込まれ、熱サイクル疲労特性に有利である。

②

Ti製部品は冷間でのプレスや曲げなど種々の成形加工により製造されることから冷間成形性が要求されるが、JIS2種クラスの純Tiはこれを十分に満足する。
一方で、高強度のTi合金は加工性に劣り、その克服が課題である③

Ti合金は鋳造・鍛造自動車部品での採用が中心となると考えられる。自動車
軽量化の特性は十分だが、自動車用鋼板で求められるほど薄く加工するのは難しくコストが高いことが最大の難点。

④

今後の適用拡大のためには、加工性の改善、低コスト化、耐酸化性の改善が課題となる。
51『金属の魅力をみなおそう 第1回 組織観察』2017 March 29 14:05~14:35 東北大学金属材料研究所 正橋直哉

御清聴有難うございました

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