JPH073374A - 耐熱マグネシウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理をしない鋳造のままでクリープ特性に
優れた耐熱マグネシウム合金を提供する。 【構成】 重量％でＳｎ：６.0〜２０.0％、Ｓｉ：0.２
〜２.0％を含み、残部がマグネシウムと不可避物質とか
らなり、優れたクリープ特性を有することを特徴とする
耐熱マグネシウム合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリープ特性に優れた
鋳造用マグネシウム合金に関し、さらに詳しくは、熱処
理なしでも使用に耐える、成分として錫（Ｓｎ）と珪素
（Ｓｉ）を含有する耐熱マグネシウム合金に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、材料の軽量化へのニーズが高ま
り、実用合金中最も密度の小さいマグネシウム合金が注
目されている。しかしながら、このマグネシウム合金
は、一般に高温（１００℃以上）下でのクリープ特性が
よくないという問題を有している。

【０００３】そこで、この問題を解決するため、重量％
で、Ｓｎ：１.0〜１２.0％、Ａｌ：４〜１０％、残りマ
グネシウムであるマグネシウム基合金（特許庁編，「技
術動向シリーズ 特許からみた合金」，社団法人発明協
会，昭和58年６月15日発行，第1077頁，特許７１０９
２）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マグネシウム合金のク
リープ強度の向上には固溶などによる母相の強化と、粒
界の強化が必要である。しかしながら、上記Ｍｇ−１.0
〜１２.0％Ｓｎ−４〜１０％Ａｌ合金は、両者の添加元
素ともに固溶強化に寄与する元素であり、マグネシウム
合金の粒界を強化するには適切な元素ではない。特に、
粒界に晶出するＡｌを多量に含む相はクリープ特性に害
を及ぼし、二次クリープ速度を大きくしてしまうという
欠点を有している。従って、この従来のマグネシウム合
金は、クリープ特性が十分ではないという問題を有して
いる。

【０００５】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００６】（発明の目的）本発明の目的は、熱処理を
しない鋳造のままでクリープ特性に優れた耐熱マグネシ
ウム合金を提供するにある。

【０００７】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、まず、マグネ
シウム合金のクリープ特性の挙動について検討した。そ
の結果、クリープ特性を改善するためには、高融点化合
物を晶出し、固溶強化も期待でき、かつ拡散係数の小さ
い元素が不可欠であることに着眼した。そして、これら
特性を有する添加元素成分として、Ｓｎが顕著な効果が
あることを見いだし、このＳｎを第１添加元素とするＭ
ｇ−Ｓｎ合金系を選定した。さらに本発明者らは、この
Ｍｇ−Ｓｎ合金に対して、クリープ特性の改善に有効で
あるとともに、鋳放しのままでも良好なクリープ特性を
発現できる合金用添加元素としてＳｉに着目し、熱処理
をしない鋳造のままでクリープ特性に優れた耐熱マグネ
シウム合金を得るに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（第１発明の構成）本発明の耐熱マグネシウム合金は、
重量％でＳｎ：６.0〜２０.0％、Ｓｉ：0.２〜２.0％を
含み、残部がマグネシウムと不可避物質とからなること
を特徴とする。

【０００９】（第２発明の構成）本発明の耐熱マグネシ
ウム合金は、重量％でＳｎ：６.0〜２０.0％、Ｓｉ：0.
２〜２.0％と、少なくともＡｌ，Ｚｎのうちの一種以上
４.0％以下を含み、残部がマグネシウムと不可避物質と
からなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本第１発明および第２発明の耐熱マグネシウム
合金が優れた効果を発揮するメカニズムについては、未
だ必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。

【００１１】（第１発明の作用）本発明の耐熱マグネシ
ウム合金は、添加元素としてＳｎとＳｉを含有してな
る。この耐熱マグネシウム合金の基本系をなすＭｇ−Ｓ
ｎ合金は、溶融温度が高い共晶系合金である。このた
め、高温まで機械的性質が安定である。また、粒界はＳ
ｉとの化合物である高融点のＭｇ₂ Ｓｉによって強化さ
れ、粒界すべりによる変形を抑制するとともに、粒界拡
散の抵抗となり、二次クリープ速度を抑制する。

【００１２】錫（Ｓｎ）の含有量は、６.0重量％以上２
０.0重量％以下である。Ｓｎは、固溶強化によってマグ
ネシウムを強化する元素である。Ｓｎの含有量が６.0重
量％未満の場合は、十分な強化向上効果が得られず、二
次クリープ速度は小さくならない。また、該含有量が２
０.0重量％を超える場合は、脆弱な共晶相が増加し靱性
が著しく低下する。

【００１３】珪素（Ｓｉ）の含有量は、0.２重量％以上
２.0重量％以下である。Ｓｉは、粒界に晶出して粒界が
関与する変形機構によるクリープ変形を抑制する元素で
ある。このＳｉの含有量が0.２重量％未満の場合は、Ｍ
ｇ₂ Ｓｉの晶出量が少なく強化の効果が発現しない。ま
た、該含有量が２.0重量％を超える場合は、Ｍｇ₂ Ｓｉ
が粗大化してしまい十分な強化効果が得られず、靱性が
低下する。また、この場合は、製造上溶解温度を高温と
しなければならず、溶解が困難となる。

【００１４】以上により、本発明の耐熱マグネシウム合
金は、熱処理をしない鋳造のままでクリープ特性に優れ
た耐熱マグネシウム合金とすることができるものと考え
られる。

【００１５】（第２発明の作用）本第２発明の耐熱マグ
ネシウム合金の作用は、前記第１発明の作用と同様の作
用を奏するのに加えて、下記のような作用を奏する。

【００１６】すなわち、本発明の耐熱マグネシウム合金
は、重量％で６.0〜２０.0％のＳｎと0.２〜２.0％のＳ
ｉに加えて、さらに第４元素として、少なくともＡｌ，
Ｚｎのうちの一種以上を含んでなる。これら第４元素を
含有することにより、良好なクリープ特性を保ちつつ、
耐力、伸びを向上させて靱性が向上する。

【００１７】珪素（Ｓｉ）の含有量は、0.２重量％以上
２.0重量％以下である。Ｓｉは、粒界に晶出して粒界が
関与する変形機構によりクリープ変形を抑制する元素で
ある。このＳｉの含有量が0.２重量％未満の場合は、Ｍ
ｇ₂ Ｓｉの晶出量が少なく強化の効果が発現しない。ま
た、該含有量が２.0重量％を超える場合は、Ｍｇ₂ Ｓｉ
が粗大化してしまい十分な強化効果が得られず、靱性が
低下する。また、この場合は、製造上溶解温度を高温と
しなければならず、溶解が困難となる。

【００１８】アルミニウム（Ａｌ）の含有量は、４.0重
量％以下である。Ａｌは、固溶強化によって、耐力、伸
びを改善する元素である。Ａｌは含有量が増加するに従
って室温での引張強さや耐力は大きくなるが、Ａｌの含
有量が４.0重量％を超えると二次クリープ速度が大きく
なる。

【００１９】亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、４.0重量％以下
である。Ｚｎは、固溶強化によって耐力、伸びを改善す
るとともに、時効効果を誘起し、熱処理の効果を大きく
する元素である。Ｚｎの含有量が増加するに従って室温
での引張強さや耐力は大きくなるが、Ｚｎの含有量が
４.0重量％を超えると二次クリープ速度が大きくなる。
なお、本発明において、前記Ａｌ、Ｚｎの一方のみを前
記所定量含んでもよく、また両方を合計量で４.0重量％
以下含んでもよい。

【００２０】以上により、本発明の耐熱マグネシウム合
金は、熱処理をしない鋳造のままでクリープ特性に優れ
た耐熱マグネシウム合金とすることができるものと考え
られる。

【００２１】

【発明の効果】本第１発明および第２発明の耐熱マグネ
シウム合金は、熱処理をしない鋳造のままでクリープ特
性に優れた耐熱マグネシウム合金とすることができる。
また、本発明の耐熱マグネシウム合金は、従来のＡｌを
多く含有するダイカスト用マグネシウム合金に比べ、ク
リープ特性が優れるため、耐熱ダイカスト用合金として
も使用できる。これより、マグネシウムダイカスト品の
適用範囲が拡大し、各種部品の軽量化が可能となる。ま
た、本発明の耐熱マグネシウム合金を使用することによ
り、熱処理を施して使用されるＡｇやＺｎ、Ｒ．Ｅ．を
含む高価な砂型鋳造合金よりも単純な溶解作業でクリー
プ特性の優れた部品を作製することができるので、地金
の低コスト化、溶解作業の効率化を達成することができ
る。

【００２２】さらに、本第２発明の耐熱マグネシウム合
金は、第４元素として少なくともＡｌ，Ｚｎのうちの一
種以上を含んでなるので、前記第１発明の耐熱マグネシ
ウム合金に比べて、耐力、伸びが大きくなり、靱性がよ
り優れている。

【００２３】

【実施例】以下に、前記第１発明および第２発明をさら
に具体的にした発明（具体例）について説明する。

【００２４】（発明の具体的説明）本第１発明および第
２発明の耐熱マグネシウム合金において、Ｓｎの含有量
が８.0重量％以上２０重量％以下であることが好まし
い。Ｓｎの含有量を８.0重量％〜２０重量％とすること
により、Ｓｎによる固溶強化を十分に行うことができる
とともに、二次クリープ速度をより小さくできるので好
適である。

【００２５】珪素（Ｓｉ）の含有量は、0.５重量％以上
１.0重量％以下であることが好ましい。Ｓｉの含有量を
0.５重量％〜１.0重量％とすることにより、該元素によ
る強化効果がより顕著になるので好適である。

【００２６】本発明の耐熱マグネシウム合金の製造方法
の一例を簡単に示すと、以下のようである。すなわち、
本合金は、各元素を純金属、合金または塩化物やフッ化
物の形態で溶融Ｍｇに添加し、鋳造することにより、良
好なクリープ特性を有する耐熱マグネシウム合金を得る
ことができる。なお、溶解作業中には、従来のマグネシ
ウム合金と同様にＳＦ₆ ガスやフラックス等による防燃
や精錬を必要において行うことが好ましい。

【００２７】第１実施例 電気炉中で予熱した高クロム合金鋼（SUS430）製坩堝
（内径：80mm，高さ：230 mm）の内面に、塩化マグネシ
ウム系のフラックスを塗布し、その中に純Ｍｇ地金を投
入して溶解した。７００℃に保持した溶湯に金属Ｓｎ、
Ｓｉを合金組成でＳｎが８重量％、Ｓｉが0.５重量％と
なるように添加し、これらが完全に溶解したことを確認
してから、精錬を行った。精錬終了後、７００℃から７
５０℃に昇温・保持した。添加金属が溶解したことを確
認したのち、１０分間保持してから１５０℃に予熱した
舟金型に注湯し、自然冷却することにより鋳造した。な
お、溶解・鋳造作業中は、燃焼防止のために溶湯表面に
ＳＦ₆ ガスを0.２ｌ／min.吹きつけるとともに、適宜フ
ラックスを溶湯表面に散布した。

【００２８】次いで、舟型鋳物（試料番号１）から、φ
８mm，ｌ＝１００mmの試験片を採取し、等分布荷重が作
用する条件で曲げクリープ試験を行った。この時の最大
作用応力は、６０ＭＰａ（弾性式による）であった。そ
の結果を、二次クリープ領域での１００時間当たりのた
わみ量を二次クリープ速度として、図１に示す。

【００２９】なお、比較のために、組成が８％Ｓｎ−４
％Ａｌ−Ｍｇ（試料番号：Ｃ１）、８％Ｓｎ−Ｍｇ（試
料番号：Ｃ２）、４％Ｓｎ−0.５％Ｓｉ−Ｍｇ（試料番
号：Ｃ３）としたほかは、前記実施例と同様にして比較
用マグネシウム合金を得、同様に性能評価試験をクリー
プ試験によって行った。得られた結果を、同様に図１に
併せて示す。

【００３０】図１より、本実施例にかかる耐熱マグネシ
ウム合金は、従来合金（試料番号：Ｃ１））に比べて二
次クリープ速度が１／5 と、クリープ特性に優れている
ことが分かる。

【００３１】第２実施例 前記第１実施例と同様にして、前記実施例のＭｇ−８％
Ｓｎ−0.５％Ｓｉ合金に対して、さらにＡｌ，Ｚｎを含
有量が２重量％となるようにそれぞれ添加し、同様にし
て本実施例の耐熱マグネシウム合金を鋳造した（試料番
号２，試料番号３）。得られたマグネシウム合金の性能
評価試験を、前記第１実施例と同様にしてクリープ試験
により行った。その結果を、図１に示す。

【００３２】クリープ試験の結果、Ａｌ，Ｚｎの添加に
より、第１実施例のＭｇ−８％Ｓｎ−0.５％Ｓｉ合金に
対して耐力は向上するが、僅かにクリープ速度が大きく
なることが分かった。しかし、その値は、従来合金の約
１／２以下であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例および第２実施例の耐熱マグネシウ
ム合金と比較用Ｍｇ合金のクリープ試験結果を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粟野 洋司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 竹内 正 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 射場 英紀 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 松井 彰 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＳｎ：６.0〜２０.0％、Ｓｉ：
   0.２〜２.0％を含み、残部がマグネシウムと不可避物質
   とからなることを特徴とする耐熱マグネシウム合金。
2. 【請求項２】 重量％でＳｎ：６.0〜２０.0％、Ｓｉ：
   0.２〜２.0％と、少なくともＡｌ，Ｚｎのうちの一種以
   上４.0％以下を含み、残部がマグネシウムと不可避物質
   とからなることを特徴とする耐熱マグネシウム合金。