JP2000104137A

JP2000104137A - マグネシウム合金鍛造素材、及び鍛造部材並びに該鍛造部材の製造方法

Info

Publication number: JP2000104137A
Application number: JP10278507A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sakamoto; 和夫坂本; Yukio Yamamoto; 幸男山本; Yasuaki Ishida; 恭聡石田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-11
Also published as: EP0990710A1; CN1249355A; KR20000023503A

Abstract

(57)【要約】【課題】常温及び高温での機械的特性並びに鍛造性に
優れ、かつ比較的低廉な、Ｍｇ合金鍛造素材及び鍛造部
材並びに該鍛造部材の製造方法を提供する。【解決手段】マグネシウム合金鍛造素材において、少
なくともアルミニウムとカルシウムとを含有し、３００
℃において７０％以上の限界据え込み率を有することを
特徴とし、また、２重量％以上で６重量％以下のアルミ
ニウム及び０.５重量％以上で４重量％以下のカルシウ
ムを含有し、平均結晶粒径が３００μｍ以下であること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、少なくともアル
ミニウムとカルシウムとを含有したマグネシウム合金鍛
造素材及び鍛造部材並びに該鍛造部材の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、マグネシウム（以下、適
宜、その元素記号Ｍｇで表示する。）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(軽量)であり、
例えば、より一層の燃費向上が求められている自動車な
どにおいても、更なる軽量化を達成することなどを目的
として、従来用いられていた軽量材料としてのアルミニ
ウム（以下、適宜、その元素記号Ａｌで表示する。）合
金などに替えて、各種部品等の材料としてその採用が拡
大しつつある。

【０００３】上記Ｍｇ合金は、鍛造を含む塑性加工ある
いは鋳造や射出成形を含む成形などにより加工が可能
で、例えば、本願出願人は、特許第２６７６４６６号
（以下、これを従来技術１と称する。）において、６重
量％〜１２重量％のＡｌを含有したＭｇ合金からなる鋳
造部材を鍛造し、その鍛造後に所謂Ｔ６熱処理（溶体化
処理後に人工時効処理を行う熱処理）を施すようにした
Ｍｇ合金製部材を提案した。

【０００４】また、本願出願人は、特開平９−２７２９
４５号公報（以下、これを従来技術２と称する。）にお
いて、耐クリープ特性を確保しつつ優れた成形性や延び
率を得ることなどを目的として、２重量％〜６重量％の
Ａｌおよび０.５重量％〜４重量％のカルシウム（以
下、適宜、その元素記号Ｃａで表示する。）を含有し、
かつ、Ｃａ／Ａｌ比が０.８以下のＭｇ合金を、半溶融
状態で射出成形するようにした耐熱Ｍｇ合金部材を開示
した。

【０００５】更に、特開平９−２６３８７１号公報（以
下、これを従来技術３と称する。）では、高温と室温の
両方について強度の信頼性が求められる自動車用エンジ
ン部品として適用し得る室温強度および高温強度に優れ
たＭｇ合金製部品を得ることなどを目的として、希土類
−Ｃａ又はＹ系のＭｇ合金を熱間鍛造するようにした高
強度Ｍｇ合金製の熱間鍛造品が開示されている。

【０００６】上記Ｍｇ合金は、例えば自動車においても
ホイールなどの材料として既に実用に供されているので
あるが、このＭｇ合金を、温度的あるいは強度的により
使用条件が厳しい例えば内燃機関（エンジン）周りの機
構部品（例えばエンジン吸排気バルブのバルブリフタ
等）などの材料として適用することを考えた場合、常温
での強度特性はもとより、例えば、１５０℃程度の高温
においても一定以上（例えば２２０ＭＰａ以上）の高い
引張強度や優れた耐クリープ特性が求められる。更に、
上記バルブリフタの場合、シリンダヘッドの孔部壁面お
よびカムと摺接する（若しくはカムと摺接する調整シム
と接する）冠面部には高い耐磨耗特性が要求される。

【０００７】上記のようなある程度の高温（例えば１５
０℃程度）で一定以上（例えば２２０ＭＰａ以上）の高
い引張強度や優れた耐クリープ特性などの機械的特性を
確保することが求められる場合、鋳造や射出成形などの
成形加工では所要の特性を安定して得ることは一般に難
しく、加工時に緻密な材料組織が得られる塑性加工、特
に、一定以上の鍛造率で鍛造することが最も好ましい。
従って、Ｍｇ合金としては、上記のような機械的特性を
得る上で、良好な鍛造成を確保する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術１の場合には、鍛造性は確保できるものの、Ａｌ
含有量が多いので耐クリープ特性が低く、高温での使用
に適するものではない。ＡｌとＭｇとは耐クリープ特性
等の高温特性に悪影響を及ぼす化合物を形成し易いこと
が知られており、Ａｌ含有量が一定以上多いと、高温域
でこの有害な化合物が多数析出して耐クリープ特性を確
保できなくなるからである。また、従来技術２の場合に
は、あくまでも射出成形品であるので、鍛造品のような
高い機械的特性、特に高温での安定した強度を確保する
ことが難しく、適用可能な対象範囲は、鍛造品に比べて
かなり限られたものと成らざるを得ない。更に、従来技
術３の場合には、高価な希土類元素を含有するものであ
るので、非常にコスト高となり、実用性に欠けるという
難点があった。

【０００９】この発明は、上記諸問題に鑑みてなされた
もので、常温および高温での機械的特性に優れ、また、
鍛造性に優れ、かつ比較的低廉な、マグネシウム合金鍛
造素材及び鍛造部材並びに該鍛造部材の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、上記の
技術的課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、少なくとも
Ａｌ及びＣａを含有したＭｇ合金製の鍛造素材におい
て、Ｃａ量が一定以下（４重量％以下）の範囲において
はこのＣａ含有量が高いほど耐クリープ特性が向上する
こと、及びＡｌ量が一定以下（６重量％以下）の範囲で
は耐クリープ特性が良好に維持されること、また、Ａｌ
量が一定以上（２重量％以上）の範囲では高温(１５０
℃)で高い引張強度(２２０ＭＰａ以上)が確保できるこ
と、更に、Ｃａ／Ａｌ比（Ａｌ含有量（重量）に対する
Ｃａ含有量（重量）の比率）が一定以下(０.８以下)の
範囲では所要の鍛造率を確保した上で高速鍛造における
割れ発生率を極めて低く抑制できること、また更に、鍛
造素材の平均結晶粒径が小さいほど鍛造時に高い限界据
え込み率を確保できることを見出した。

【００１１】そこで、本願の請求項１の発明(以下、第
１の発明という)に係るＭｇ合金鍛造素材は、少なくと
もＡｌとＣａとを含有し、３００℃において７０％以上
の限界据え込み率を有することを特徴としたものであ
る。

【００１２】ここに、限界据え込み率を７０％以上とし
たのは、上記Ｍｇ合金鍛造素材を鍛造して得られる鍛造
部材を、例えばエンジンのバルブリフタなど一定以上の
高い強度を要する部材・部品等に用いる場合には、７０
％以上の限界据え込み率を確保することが好ましいから
である。また、この場合において、鍛造温度が３００℃
であれば、鍛造温度の上昇による鍛造性向上効果が飽和
する温度よりも低く、かつ、高温酸化が問題となる４０
０℃よりも十分に低く、高温での酸化による悪影響も回
避できる。

【００１３】また、本願の請求項２の発明(以下、第２
の発明という)に係るＭｇ合金鍛造素材は、２重量％以
上で６重量％以下のＡｌ及び０.５重量％以上で４重量
％以下のＣａを含有し、平均結晶粒径が３００μｍ以下
であることを特徴としたものである。

【００１４】ここに、Ａｌ含有量の下限値を２重量％と
したのは、Ａｌ量がこの値を下回ると高温（１５０℃）
で十分な引張強度（２２０ＭＰａ以上）を確保すること
が難しくなるからであり、また、Ａｌ含有量の上限値を
６重量％としたのは、Ａｌ量がこの値を越えると耐クリ
ープ特性が低下するからである。一方、Ｃａ含有量の下
限値を０.５重量％としたのは、Ｃａ量がこの値を下回
ると耐クリープ特性が低下するからであり、また、Ｃａ
含有量の上限値を４重量％としたのは、Ｃａ量がこの値
を越えて増加しても耐クリープ特性向上の効果が飽和す
るからである。更に、鍛造素材の平均結晶粒径が３００
μｍ以下としたのは、平均結晶粒径がこの値を下回る
と、所要の（５０％以上の）限界据え込み率を確保する
ことが難しくなるからである。

【００１５】更に、本願の請求項３に係る発明(以下、
第３の発明という)は、上記第１または第２の発明にお
いて、Ａｌ含有量に対するＣａ含有量の比率（Ｃａ／Ａ
ｌ比）が０.８以下であることを特徴としたものであ
る。

【００１６】ここに、上記Ｃａ／Ａｌ比を０.８以下と
したのは、この範囲であれば、所要の鍛造率（５０％）
を確保した上で、高速鍛造においても割れ発生率を極め
て低く抑えることができるからである。

【００１７】また、更に、本願の請求項４に係る発明
(以下、第４の発明という)は、上記第１〜第３のいずれ
か一の発明において、鍛造加工に先立って射出成形にて
所定形状に予備成形されていることを特徴としたもので
ある。

【００１８】また、更に、本願の請求項５の発明(以
下、第５の発明という)に係るＭｇ合金鍛造部材の製造
方法は、上記第１〜第４の発明のいずれか一に係るＭｇ
合金鍛造素材であって２重量％以上で６重量％以下のＡ
ｌ及び０.５重量％以上で４重量％以下のＣａを含有し
たＭｇ合金鍛造素材を熱間鍛造することを特徴としたも
のである。

【００１９】ここに、Ａｌ含有量の下限値を２重量％と
したのは、Ａｌ量がこの値を下回ると高温（１５０℃）
で十分な引張強度（２２０ＭＰａ以上）を確保すること
が難しくなるからであり、また、Ａｌ含有量の上限値を
６重量％としたのは、Ａｌ量がこの値を越えると耐クリ
ープ特性が低下するからである。一方、Ｃａ含有量の下
限値を０.５重量％としたのは、Ｃａ量がこの値を下回
ると耐クリープ特性が低下するからであり、また、Ｃａ
含有量の上限値を４重量％としたのは、Ｃａ量がこの値
を越えて増加しても耐クリープ特性向上の効果が飽和す
るからである。

【００２０】また、更に、本願の請求項６に係る発明
(以下、第６の発明という)は、上記第５の発明におい
て、上記Ｍｇ合金鍛造素材であってＡｌ含有量に対する
Ｃａ含有量の比率（Ｃａ／Ａｌ比）が０.８以下のもの
を、４００［ｍｍ／秒］以上の鍛造速度で熱間鍛造する
ことを特徴としたものである。

【００２１】ここに、上記Ｃａ／Ａｌ比を０.８以下と
したのは、この範囲であれば、所要の鍛造率（５０％）
を確保した上で、高速鍛造においても割れ発生率を極め
て低く抑えることができるからである。また、鍛造速度
を４００［ｍｍ／秒］以上としたのは、例えばエンジン
のバルブリフタなどの機構部品等の部品類を製造する際
には、この程度の鍛造速度を確保して生産性を高めるこ
とが求められるからである。

【００２２】また、更に、本願の請求項７に係る発明
(以下、第７の発明という)は、上記第５または第６の発
明において、上記熱間鍛造における鍛造温度が２５０℃
〜４００℃の範囲であることを特徴としたものである。

【００２３】ここに、鍛造温度の下限値を２５０℃とし
たのは、鍛造温度がこの値以上であれば、良好な限界据
え込み率（７０％以上）を確保して、例えばエンジンの
バルブリフタなど一定以上の高い強度を要する部材・部
品等にも適用することが可能だからであり、また、鍛造
温度の上限値を４００℃としたのは、鍛造温度がこの値
を越えると、鍛造温度の上昇による鍛造性向上効果が飽
和し、しかも、酸化し易くなるからである。

【００２４】また、更に、本願の請求項８に係る発明
(以下、第８の発明という)は、上記第５〜第７の発明の
いずれか一において、上記熱間鍛造に先立って上記鍛造
素材に、３００℃〜５００℃の温度範囲で５時間〜５０
時間保持する熱処理を施すことを特徴としたものであ
る。

【００２５】ここに、熱処理温度の下限値を３００℃と
したのは、それ未満では、熱処理による鍛造成形性の向
上効果が小さいからであり、また、熱処理温度の上限値
を５００℃としたのは、それより高くしても鍛造成形性
の向上効果が飽和する上に、酸化や部分的な溶解の起こ
ることが有り、メリットが無いからである。一方、熱処
理温度保持時間の下限値を５時間としたのは、それ未満
では、熱処理による鍛造成形性の向上効果が小さいから
であり、また、熱処理温度保持時間の上限値を５０時間
としたのは、それより長時間熱処理しても鍛造成形性の
向上効果は飽和するからである。

【００２６】また、更に、本願の請求項９に係る発明
(以下、第９の発明という)は、上記第５〜第８の発明の
いずれか一において、上記熱間鍛造における鍛造率が１
０％以上であることを特徴としたものである。

【００２７】ここに、上記鍛造率を１０％以上としたの
は、鍛造率がこの値を下回ると、実用上、鍛造前の素材
内部の微視的な欠陥を潰して素材を鍛錬する効果を得る
ことが難しいからである。

【００２８】また、更に、本願の請求項１０に係る発明
(以下、第１０の発明という)は、上記第５〜第９の発明
のいずれか一において、上記熱間鍛造で得られた鍛造部
材に、１００℃〜２５０℃の温度範囲で５時間〜５０時
間保持する熱処理を施すことを特徴としたものである。

【００２９】ここに、熱処理温度の下限値を１００℃と
したのは、それ未満では、熱処理による強度向上効果が
小さいからであり、また、熱処理温度の上限値を２５０
℃としたのは、それより高いと、熱処理による強度向上
効果は飽和するからである。一方、熱処理温度保持時間
の下限値を５時間としたのは、それ未満では、熱処理に
よる強度向上効果が小さいからであり、また、熱処理温
度保持時間の上限値を５０時間としたのは、それより長
時間熱処理しても、強度向上効果は飽和するからであ
る。

【００３０】また、更に、本願の請求項１１の発明(以
下、第１１の発明という)に係るＭｇ合金鍛造部材は、
少なくともＡｌとＣａとを含有するＭｇ合金鍛造素材を
鍛造して得られる鍛造部材であって、１５０℃において
２２０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とした
ものである。

【００３１】ここに、１５０℃における引張強度を２２
０ＭＰａ以上としたのは、例えばエンジンのバルブリフ
タなど１５０℃程度の高温下で一定以上の高い強度（２
２０ＭＰａ以上の引張強度）を要する部材・部品等に用
いることができるようにするためである。

【００３２】また、更に、本願の請求項１２に係る発明
(以下、第１２の発明という)は、上記第１１の発明にお
いて、上記Ｍｇ合金鍛造部材が、内燃機関に組み込まれ
るバルブリフタであることを特徴としたものである。

【００３３】また、更に、本願の請求項１３に係る発明
(以下、第１３の発明という)は、上記第１２の発明にお
いて、上記バルブリフタの冠面部の鍛造率が２０％以上
であることを特徴としたものである。

【００３４】ここに、上記バルブリフタの冠面部の鍛造
率を２０％以上としたのは、高い強度が求められるこの
部分について、鍛造前の素材内部の微視的な欠陥を潰し
て素材を鍛錬する効果を得るためであり、また、所要の
引張強度（室温で２５０ＭＰａ以上）を確保するためで
ある。

【００３５】また、更に、本願の請求項１４に係る発明
(以下、第１４の発明という)は、上記第１３の発明にお
いて、上記バルブリフタの冠面部の表面にニッケルメッ
キ処理が施されていることを特徴としたものである。

【００３６】また、更に、本願の請求項１５に係る発明
(以下、第１５の発明という)は、上記第１３の発明にお
いて、上記バルブリフタの冠面部の表面に鉄（Ｆｅ）溶
射処理が施されていることを特徴としたものである。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１１〜図１３
は、本実施の形態に係るマグネシウム合金鍛造素材を用
いて鍛造部材のサンプルを得る方法を模式的に示したも
のである。本実施の形態では、図１に示すように、縦Ａ
１×横Ｂ１×長さＬ１の直方体状のマグネシウム合金製
鍛造素材Ｍ１を用意し、図２に示すように、この素材Ｍ
の例えば横方向を一対の固定プレートＰ１で挟んで拘束
し、この状態で縦方向（図２における紙面方向）に圧縮
荷重を加えて塑性加工（鍛造）を行い、鍛造部材のサン
プルを作成した。

【００３８】この結果、素材Ｍ１の縦方向寸法は、初期
のＡ１からＡ２に変化し（短くなり）、また、長さは初
期のＬ１からＬ２に変化する（長くなる）。この場合、
この鍛造による鍛造率は次式で算出される。鍛造率＝（Ａ１−Ａ２）／Ａ１×１００［％］… 尚、本実施の形態では、マグネシウム合金鍛造素材Ｍ１
の初期（図１１参照）の基本寸法を、例えば、Ａ１＝Ａ
２＝１２［ｍｍ］，Ｌ１＝５０［ｍｍ］とした。このよ
うにして得られた鍛造部材サンプルをそれぞれ供試材と
し、これら供試材から各種試験に適応した寸法・形状の
試験片を切り出して作成し、以下に述べるような各種の
試験を行った。

【００３９】表１は、本実施の形態に係るマグネシウム
合金鍛造素材の特性を調べるための各種試験に用いた試
料（本発明実施例１〜６及び比較例１〜４）の化学成分
およびＣａ／Ａｌ比（アルミニウム含有量に対するカル
シウム含有量の比率）を示している。つまり、表１に示
した各試料（鍛造素材）を用いてそれぞれ鍛造部材のサ
ンプルを製作し、以下に述べるような各種試験に供し
た。尚、表１において、各数値は重量％を示しており、
また、Ａｌ（アルミニウム），Ｃａ（カルシウム），Ｍ
ｎ（マンガン），Ｓｉ（珪素）及びその他（不純物）以
外の残部は、Ｍｇ（マグネシウム）である。

【００４０】

【表１】

【００４１】まず、主要な添加元素であるＡｌ（アルミ
ニウム），Ｃａ（カルシウム）の含有量が鍛造部材の高
温での機械的性質に及ぼす影響を調べる試験を行った。
図１および図２は、Ｃａ含有量およびＡｌ含有量が鍛造
部材の定常クリープ速度に及ぼす影響を調べた試験結果
をそれぞれ示している。尚、これらクリープ試験の試験
条件および供試材の設定条件は、以下の通りとした。・試験温度：１５０℃ ・荷重条件：１００ＭＰａ・供試材の鍛造率：５０％

【００４２】図１の試験結果に示されるように、定常ク
リープ速度は、Ｃａ量が０.５重量％(本発明実施例２)
から４重量％（本発明実施例５）の範囲では、Ｃａ量が
増加するに連れて低下しており、この範囲ではＣａ含有
量の増加に伴なって耐クリープ特性が向上することが分
かった。一方、Ｃａ量が４重量％を越えると（比較例
２）、定常クリープ速度は略一定となっており、Ｃａ含
有量の増加による耐クリープ特性向上の効果がこの値
（４重量％）を超えると飽和することが分かった。尚、
Ｃａを全く含まない比較例１の場合には、クリープ速度
が定常状態に至らず、試験開始後１０［ｈｒ］(時間)で
試験片が破断しており、対クリープ特性が著しく劣って
いることが分かった。

【００４３】また、図２の試験結果から良く分かるよう
に、定常クリープ速度は、Ａｌ量が６重量％（本発明実
施例６）以下の範囲では略一定の低い値に維持される
が、Ａｌ量がこの値を超えると急速に上昇している。す
なわち、Ａｌ含有量を６重量％以下とすることにより、
良好な耐クリープ特性が得られることが分かった。

【００４４】図３は、高温での引張強度に及ぼすＡｌ含
有量の影響を示している。この高温引張試験の試験条件
および供試材の設定条件は、以下の通りとした。・試験温度：１５０℃ ・供試材の鍛造率：５０％

【００４５】この図３の試験結果から良く分かるよう
に、高温での引張強度はＡｌ量が３重量％（本発明実施
例１）以上の範囲では略一定の高い値に維持され、Ａｌ
量がこの値を下回って２重量％（本発明実施例７）にな
ると若干の低下傾向を示すようになるが、依然として高
い値（２２０ＭＰａ以上）を保っている。すなわち、Ａ
ｌ含有量が２重量％以上であれば、高温(１５０℃)でも
十分な引張強度を確保することができ、更に、より好ま
しくは、３重量％以上であれば、より高い引張強度をよ
り安定して維持できることが分かった。

【００４６】この高温引張強度としては、鍛造部材を例
えばエンジンのバルブリフタなど、１５０℃程度の高温
雰囲気下で一定以上の高い強度を要する部材・部品等に
用いる場合には、実用上、少なくとも２２０ＭＰａ以上
を確保することが好ましい。図３の高温引張試験で用い
た各試料の場合には、いずれも、１５０℃の高温雰囲気
下で２２０ＭＰａ以上の引張強度を確保することがで
き、上記のような一定以上の高い強度を要する部材・部
品等に対しても十分に適用することができる。

【００４７】次に、Ｃａ／Ａｌ比がＭｇ合金鍛造素材の
鍛造性に及ぼす影響を調べる試験を行った。図４は、高
速鍛造を行った場合における割れ発生率に及ぼすＣａ／
Ａｌ比の影響を示している。尚、本明細書中において、
「高速鍛造」とは、略１００［ｍｍ／秒］以上の鍛造速
度で行う鍛造を言うものとする。上記図４の高速鍛造試
験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の通りと
した。・鍛造温度：３５０℃ ・鍛造速度：４００［ｍｍ／秒］・鍛造率：１０％，２５％，５０％の３種類

【００４８】図４の試験結果から良く分かるように、Ｃ
ａ／Ａｌ比が０.８（本発明実施例４）以下の範囲で
は、鍛造率の如何に拘わらず、割れ発生率は最高でも
０.１％以下と極めて低い値に抑制することができる。
一方、Ｃａ／Ａｌ比が０.８を越えると（本発明実施例
５）、鍛造率が２５％及び５０％のものについては割れ
発生率が急速に高くなる。しかし、鍛造率が１０％のも
のについては、Ｃａ／Ａｌ比が０.８以下の場合と同じ
く、割れの発生は全く認められなかった。以上より、実
用性は比較的低いものの鍛造率が１０％であれば、Ｃａ
／Ａｌ比の如何に拘わらず高速鍛造においても割れは発
生せず、また、鍛造率が２５％以上（２５％及び５０
％）の場合には、Ｃａ／Ａｌ比を０.８以下とすること
により、高速鍛造における割れ発生率を極めて低く抑制
して、十分な鍛造性を確保できることが分かった。

【００４９】尚、上記の高速鍛造試験とは別に、略１０
［ｍｍ／秒］の低速での鍛造試験（鍛造温度：３５０
℃）を行ったところ、鍛造率が１０％の場合は勿論のこ
と、鍛造率が２５％及び５０％の場合でも、Ｃａ／Ａｌ
比の如何に拘わらず割れの発生は全く認められなかっ
た。すなわち、鍛造速度が低い場合には、鍛造率および
Ｃａ／Ａｌ比の如何に拘わらず割れ発生はなく、鍛造性
に何ら問題が無いことが分かった。

【００５０】次に、供試材の高温強度（引張強度）およ
び鍛造性（限界据え込み率）に及ぼす熱処理の影響を調
べる試験を行った。図５は、鍛造後の熱処理が高温引張
強度に及ぼす影響を示している。この図５に示した高温
引張試験の試験条件および供試材の設定条件は、以下の
通りとした。・試験温度：１５０℃ ・供試材の種類：本発明実施例４・供試材の鍛造率：５０％・供試材の熱処理条件：熱処理無し／鍛造後に１５０℃
で３０時間保持した後に空冷

【００５１】この試験結果から良く分かるように、鍛造
後に熱処理を施すことによって、熱処理を行わなかった
場合に比べて、高温(１５０℃)での引張強度は大幅に高
くなっており、鍛造後の熱処理による高温引張強度向上
の効果を確認することができた。尚、この高温引張強度
としては、上述のように、鍛造部材を例えばエンジンの
バルブリフタなど、１５０℃程度の高温雰囲気下で一定
以上の高い強度を要する部材・部品等に用いる場合に
は、実用上、少なくとも２２０ＭＰａ以上を確保するこ
とが好ましいが、図５の試験で示した本発明実施例４の
試料の場合には、鍛造後の熱処理の有無に拘わらず、１
５０℃の高温雰囲気下で２２０ＭＰａ以上の引張強度は
十分に確保されており、上記のような高温雰囲気下で一
定以上の高い強度を要する部材・部品等に対しても十分
に適用できることが、改めて確認された。

【００５２】上記の鍛造後の熱処理における加熱温度お
よび保持時間としては、熱間鍛造で得られた鍛造部材
に、１００℃〜２５０℃の温度範囲で５時間〜５０時間
保持することが好ましい。この場合、熱処理温度の下限
値を１００℃としたのは、それ未満では、熱処理による
強度向上効果が小さいからであり、また、熱処理温度の
上限値を２５０℃としたのは、それより高いと、熱処理
による強度向上効果は飽和するからである。一方、熱処
理温度保持時間の下限値を５時間としたのは、それ未満
では、熱処理による強度向上効果が小さいからであり、
また、熱処理温度保持時間の上限値を５０時間としたの
は、それより長時間熱処理しても、強度向上効果は飽和
するからである。

【００５３】また、図６は、鍛造温度および鍛造前熱処
理が鍛造時の限界据え込み率に及ぼす影響を示してい
る。この図６に示した限界据え込み率試験の試験条件お
よび供試材の設定条件は、以下の通りとした。・供試材の種類：本発明実施例４・供試材の熱処理条件：熱処理無し／鍛造前に４１０℃
で１６時間保持した後に空冷

【００５４】ここに、限界据え込み率とは、図１４に模
式的に示すように、直径Ｄ×長さＬ３の円柱状の試験片
Ｍ２を用意し、この試験片Ｍ２に対しその長手方向に圧
縮荷重を加えて、図１５に模式的に示すように試験片を
圧縮変形（変形後の長さＬ４）させた場合に、当該試験
片にクラック（割れ）が発生する限界の据え込み率を言
う。上記図１４および図１５の例で、初期長さL３の試
験片Ｍ２を長さL４まで圧縮変形させたときに微小クラ
ックが発生したとすると、この場合の限界据え込み率
は、次式で算出される。限界据え込み率＝（L３‐L４）／L３×１００［％］… 尚、本実施の形態では、上記試験片Ｍ２の初期（図１４
参照）の基本寸法を、Ｄ＝１６［ｍｍ］，Ｌ３＝２４
［ｍｍ］とした。

【００５５】図６の試験結果から良く分かるように、熱
処理の有無に拘わらず、鍛造温度が略４００℃以下の範
囲では、鍛造温度が上昇するに連れて限界据え込み率は
高くなっており、この範囲では、鍛造温度を高めること
による鍛造性向上の効果を確認することができた。一
方、鍛造温度が４００℃を越えると鍛造性向上の効果は
飽和し、しかも、酸化し易くなる。従って、鍛造温度と
しては、４００℃以下が好ましく、酸化防止の観点から
は３５０℃以下であることがより好ましい。また、鍛造
前に熱処理を施した場合には、熱処理を行わなかった場
合に比べて、限界据え込み率が上昇しており、鍛造前の
熱処理による限界据え込み率度向上の効果を確認するこ
とができた。

【００５６】この限界据え込み率としては、一般に、実
用上、少なくとも５０％以上を確保することが好まし
く、特に、鍛造部材を例えばエンジンのバルブリフタな
どの一定以上の高い強度を要する部材・部品等に用いる
場合には、７０％以上を確保することがより好ましい。
本発明実施例４の試料の場合には、鍛造前に熱処理を施
さなくても、２５０℃を下回る鍛造温度でも７０％以上
の限界据え込み率を確保することができ、上記のような
一定以上の高い強度を要する部材・部品等に対しても十
分に適用することができる。

【００５７】上記の鍛造前の熱処理における加熱温度お
よび保持時間としては、上記鍛造素材に、３００℃〜５
００℃の温度範囲で５時間〜５０時間保持する熱処理を
施すことが好ましい。この場合、熱処理温度の下限値を
３００℃としたのは、それ未満では、熱処理による鍛造
成形性の向上効果が小さいからであり、また、熱処理温
度の上限値を５００℃としたのは、それより高くしても
鍛造成形性の向上効果が飽和する上に、酸化や部分的な
溶解の起こることが有り、メリットが無いからである。
一方、熱処理温度保持時間の下限値を５時間としたの
は、それ未満では、熱処理による鍛造成形性の向上効果
が小さいからであり、また、熱処理温度保持時間の上限
値を５０時間としたのは、それより長時間熱処理しても
鍛造成形性の向上効果は飽和するからである。

【００５８】図７および図８は、鍛造率が鍛造後の比重
および室温での引張強度に及ぼす影響をそれぞれ示して
いる。尚、これらの試験では、供試材の種類として本発
明実施例４の試料を用いた。図７の試験結果から良く分
かるように、鍛造率が略２５％以下の範囲では、鍛造率
が高まるに連れて比重も高くなるが、鍛造率がこの値
(２５％)を越えると、鍛造率上昇による比重上昇の効果
は飽和している。また、鍛造率１０％未満では、鍛造前
の素材内部の微視的な欠陥を潰して素材を鍛錬する効果
が低いので、鍛造率としては、一般に、実用上、少なく
とも１０％以上を確保することが好ましく、特に、鍛造
部材を例えばエンジンのバルブリフタなどの一定以上の
高い強度を要する部材・部品等に用いる場合には、２０
％以上を確保することがより好ましい。

【００５９】また、図８の試験結果に示されるように、
室温での引張強度は、鍛造率が上昇するに連れて高くな
り、特に、鍛造率が略２５％以下の範囲では、この値を
越える範囲に比べて、鍛造率上昇による引張強度向上効
果が高くなっている。鍛造部材を例えばエンジンのバル
ブリフタなどの一定以上の高い強度を要する部材・部品
等に用いる場合には、常温で２５０ＭＰａ以上の引張強
度を確保することが好ましく、このため、鍛造率として
は２０％以上を確保することが好ましい。

【００６０】更に、図９は、Ｍｇ合金鍛造素材の平均結
晶粒径が鍛造時の限界据え込み率に及ぼす影響を示して
いる。この図９の限界据え込み試験の試験条件および供
試材の設定条件は、以下の通りとした。・鍛造温度：４００℃ ・供試材の種類：本発明実施例４上記図９の試験結果から良く分かるように、鍛造素材の
平均結晶粒径が細かいほど、限界据え込み率が高くなっ
ており、５０％の限界据え込み率を確保するには、平均
結晶粒径を３００［μｍｍ］以下にすれば良い。

【００６１】Ｍｇ合金鍛造素材の結晶粒径を細かくする
上で、素材を射出成形によって成形することが非常に有
効であることが知られている。このように素材を射出成
形によって成形することにより、素材の平均結晶粒径を
細かくして鍛造性を向上させる（限界据え込み率を高く
する）ことができる。しかも、この射出成形で鍛造部材
としての最終形状に近い形状に予備成形することによ
り、後続する鍛造による塑性加工を容易化かつ簡略化す
ることができ、鍛造工程の生産効率を大幅に高めること
ができる。

【００６２】本実施の形態に係るＭｇ合金鍛造素材を用
いた鍛造部材をエンジンのバルブリフタに適用すること
を考えた場合、図１６に示すように、バルブリフタＷの
冠面部Ｗａは、その側面がシリンダヘッドＨｃと高速で
繰り返し摺接し、また、その頂部も、カムＳと摺接する
調整シムＣｍと接するので高い耐磨耗性が要求される。
そこで、Ｍｇ合金鍛造素材を鍛造して形成したバルブリ
フタＷの冠面部Ｗａの側面および頂部表面を含む表面Ｗ
ｆにメッキあるいは溶射等の表面処理を施してエンジン
に組み込み、所謂モータリング試験を行った。このモー
タリング試験の試験条件および供試材の設定条件は、以
下の通りとした。・エンジン回転数：３０００［ｒｐｍ］（カムシャフト
回転数：１５００［ｒｐｍ］）・試験時間：１００時間バルブリフタ冠面部の表面処理：表面処理無し／Ｎｉメ
ッキ／Ｆｅ溶射

【００６３】上記モータリング試験の試験結果を図１０
に示す。この図１０のグラフにおいて、バルブリフタ冠
面にＮｉメッキ処理またはＦｅ溶射処理を施した場合の
磨耗量は、表面処理を全く行わなかった場合の磨耗量を
基準（１）として表示されている。上記図１０の試験結
果から良く分かるように、バルブリフタ冠面にＮｉメッ
キ処理またはＦｅ溶射処理を施すことにより、何らの表
面処理を行わなかった場合に比べて、磨耗量が著しく少
なくなっており、耐磨耗性が大幅に向上している。上記
のような表面処理を行うに際して、メッキ処理は電気メ
ッキあるいは無電解メッキのいずれでも良く、また、Ｎ
ｉメッキの代わりに、Ｐ（燐）含有量の高いＮｉ‐Ｐメ
ッキを施すようにしても良い。

【００６４】尚、本発明は、以上の実施態様に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、
種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言
うまでもない。

【００６５】

【発明の効果】本願の第１の発明に係るＭｇ合金鍛造素
材によれば、７０％以上の限界据え込み率を有している
ので、Ｍｇ合金鍛造素材を鍛造して得られる鍛造部材
を、例えばエンジンのバルブリフタなど一定以上の高い
強度を要する部材・部品等に対して適用することができ
る。また、この場合において、鍛造温度が３００℃であ
るので、鍛造温度の上昇による鍛造性向上効果が飽和す
る温度よりも低く、従って経済的であり、かつ、高温酸
化が問題となる４００℃よりも十分に低いので、高温で
の酸化による悪影響も回避できる。

【００６６】また、本願の第２の発明に係るＭｇ合金鍛
造素材によれば、２重量％以上のＡｌを含有しているの
で、高温（１５０℃）で十分な引張強度（２２０ＭＰａ
以上）を確保することができ、また、０.５重量％以上
のＣａを含有し、かつ、Ａｌ含有量が６重量％以下であ
るので、良好な耐クリープ性を確保することができる。
この場合において、Ｃａ含有量は４重量％以下であるの
で、Ｃａ量増加による耐クリープ特性向上の効果を得る
上で経済的である。更に、鍛造素材の平均結晶粒径が３
００μｍ以下であるので、所要の（５０％以上の）限界
据え込み率を確保することができる。

【００６７】更に、本願の第３の発明によれば、基本的
には、上記第１または第２の発明と同様の効果を奏する
ことができる。しかも、その上、Ａｌ含有量に対するＣ
ａ含有量の比率（Ｃａ／Ａｌ比）が０.８以下であるの
で、所要の鍛造率（５０％）を確保した上で、高速鍛造
においても割れ発生率を極めて低く抑えることができ、
良好な鍛造性を得ることができる。

【００６８】また、更に、本願の第４の発明によれば、
基本的には、上記第１〜第３の発明のいずれか一と同様
の効果を奏することができる。特に、鍛造加工に先立っ
て射出成形にて所定形状に予備成形されているので、鍛
造素材を射出成形によって成形するで素材の平均結晶粒
径を細かくして鍛造性を向上させる（限界据え込み率を
高くする）ことができる。しかも、この射出成形で鍛造
部材としての最終形状に近似した形状に予備成形するこ
とにより、後続する鍛造による塑性加工を容易化かつ簡
略化することができ、鍛造工程の生産効率を大幅に高め
ることができる。

【００６９】また、更に、本願の第５の発明によれば、
Ｍｇ合金鍛造素材が、２重量％以上のＡｌを含有してい
るので、これを熱間鍛造することにより、高温（１５０
℃）で十分な引張強度（２２０ＭＰａ以上）を確保する
ことができ、また、０.５重量％以上のＣａを含有し、
かつ、Ａｌ含有量が６重量％以下であるので、良好な耐
クリープ性を確保することができる。この場合におい
て、Ｃａ含有量は４重量％以下であるので、Ｃａ量増加
による耐クリープ特性向上の効果を得る上で経済的であ
る。

【００７０】また、更に、本願の第６の発明によれば、
基本的には、上記第５の発明と同様の効果を奏すること
ができる。しかも、その上、Ａｌ含有量に対するＣａ含
有量の比率（Ｃａ／Ａｌ比）が０.８以下であるので、
所要の鍛造率（５０％）を確保した上で、高速鍛造にお
いても割れ発生率を極めて低く抑えることができ、良好
な鍛造性を得ることができ、また、４００［ｍｍ／秒］
以上の鍛造速度で熱間鍛造するので、例えば自動車用エ
ンジンのバルブリフタなどの機構部品等の部品類を製造
するに際して、十分に高い生産性を確保することができ
る。

【００７１】また、更に、本願の第７の発明によれば、
基本的には、上記第５または第６の発明と同様の効果を
奏することができる。特に、上記熱間鍛造における鍛造
温度が２５０℃〜４００℃の範囲であるので、良好な限
界据え込み率（７０％以上）を確保して、例えばエンジ
ンのバルブリフタなど一定以上の高い強度を要する部材
・部品等にも適用することができ、また、鍛造温度の上
限値を４００℃であるので、鍛造温度の上昇による鍛造
性向上の効果を得る上で経済的であり、しかも、高温酸
化による悪影響の回避も図ることができる。

【００７２】また、更に、本願の第８の発明によれば、
基本的には、上記第５〜第７の発明のいずれか一と同様
の効果を奏することができる。特に、上記熱間鍛造に先
立って上記鍛造素材に熱処理を施すようにしたので、限
界据え込み率をより高めることができる。

【００７３】また、更に、本願の第９の発明によれば、
基本的には、上記第５〜第８の発明のいずれか一と同様
の効果を奏することができる。特に、上記熱間鍛造にお
ける鍛造率が１０％以上であるので、鍛造前の素材内部
の微視的な欠陥を潰して素材を実用上有効に鍛錬する効
果を得ることができる。

【００７４】また、更に、本願の第１０の発明によれ
ば、基本的には、上記第５〜第９の発明のいずれか一と
同様の効果を奏することができる。特に、上記熱間鍛造
で得られた鍛造部材に熱処理を施すようにしたので、高
温（１５０℃）での引張強度を高めることができる。

【００７５】また、更に、本願の第１１の発明に係るＭ
ｇ合金鍛造部材によれば、１５０℃において２２０ＭＰ
ａ以上の引張強度を有しているので、例えばエンジンの
バルブリフタなど１５０℃程度の高温下で一定以上の高
い強度（２２０ＭＰａ以上の引張強度）を要する部材・
部品等に対して適用することができる。

【００７６】また、更に、本願の第１２の発明によれ
ば、基本的には、上記第１１の発明と同様の効果を奏す
ることができる。特に、上記Ｍｇ合金鍛造部材が、内燃
機関に組み込まれるバルブリフタであるので、バルブリ
フタを鍛造によって製造するに際して、１５０℃程度の
高温下で一定以上の高い強度（２２０ＭＰａ以上の引張
強度）を付与することができる。

【００７７】また、更に、本願の第１３の発明によれ
ば、基本的には、上記第１２の発明と同様の効果を奏す
ることができる。特に、上記バルブリフタの冠面部の鍛
造率が２０％以上であるので、より高い強度が求められ
るこの部分について、鍛造前の素材内部の微視的な欠陥
を潰して素材を鍛錬する効果を得ることができ、また、
所要の引張強度（室温で２５０ＭＰａ以上）を確保する
ことができる。

【００７８】また、更に、本願の第１４の発明によれ
ば、基本的には、上記第１３の発明と同様の効果を奏す
ることができる。特に、上記バルブリフタの冠面部の表
面にニッケルメッキ処理が施されているので、相手側部
材と繰り返し摺接するこの部分に対して十分に高い耐磨
耗性を付与することができる。

【００７９】また、更に、本願の第１５の発明によれ
ば、基本的には、上記第１３の発明と同様の効果を奏す
ることができる。特に、上記バルブリフタの冠面部の表
面に鉄（Ｆｅ）溶射処理が施されているので、相手側部
材と繰り返し摺接するこの部分に対して十分に高い耐磨
耗性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マグネシウム合金鍛造部材の定常クリープ速
度に及ぼすカルシウム含有量の影響を示すグラフであ
る。

【図２】マグネシウム合金鍛造部材の定常クリープ速
度に及ぼすアルミニウム含有量の影響を示すグラフであ
る。

【図３】マグネシウム合金鍛造部材の高温引張強度に
及ぼすアルミニウム含有量の影響を示すグラフである。

【図４】高速鍛造における割れ発生率に及ぼすＣａ／
Ａｌ火の影響を示すグラフである。

【図５】鍛造後の熱処理が高温引張強度に及ぼす影響
を示すグラフである。

【図６】限界据え込み率に及ぼす鍛造温度と鍛造前熱
処理の影響を示すグラフである。

【図７】鍛造後の比重に及ぼす鍛造率の影響を示すグ
ラフである。

【図８】室温での引張強度に及ぼす鍛造率の影響を示
すグラフである。

【図９】限界据え込み率に及ぼす鍛造素材の平均結晶
粒径の影響を示すグラフである。

【図１０】マグネシウム合金鍛造部材製バルブリフタ
のモータリング試験後の磨耗量を示すグラフである。

【図１１】本実施の形態に係るマグネシウム合金鍛造
素材の斜視図である。

【図１２】上記マグネシウム合金鍛造素材の鍛造工程
を模式的に示す説明図である。

【図１３】上記鍛造工程後のマグネシウム合金鍛造部
材サンプルの説明図である。

【図１４】本実施の形態に係るマグネシウム合金製鍛
造素材の限界据え込み率試験の初期状態を示す説明図で
ある。

【図１５】上記限界据え込み率試験の鍛造時における
マグネシウム合金製鍛造素材を模式的に示す説明図であ
る。

【図１６】本実施の形態に係るバルブリフタの要部を
示す部分断面説明図である。

【符号の説明】

Ｍ１，Ｍ２…Ｍｇ合金鍛造素材Ｗ…バルブリフタＷａ…バルブリフタの冠面部Ｗｆ…冠面部の表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ６５０６５０Ａ６８２６８２６８３６８３６９１６９１Ｂ６９１Ｃ６９４６９４Ａ６９４Ｂ６９４Ｚ (72)発明者石田恭聡広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G016 AA19 BB04 EA07 EA08 FA04 FA16 FA22 FA23 GA00 GA02 GA05 4E087 AA05 AA10 BA01 BA03 CA31 CB01 CB04 CB12 DB11 DB14 DB18 DB22 EC01 HA13 HA67 HA82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともアルミニウムとカルシウムと
を含有し、３００℃において７０％以上の限界据え込み
率を有することを特徴とするマグネシウム合金鍛造素
材。
【請求項２】２重量％以上で６重量％以下のアルミニ
ウム及び０.５重量％以上で４重量％以下のカルシウム
を含有し、平均結晶粒径が３００μｍ以下であることを
特徴とするマグネシウム合金鍛造素材。
【請求項３】アルミニウム含有量に対するカルシウム
含有量の比率が０.８以下であることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載のマグネシウム合金鍛造素
材。
【請求項４】鍛造加工に先立って射出成形にて所定形
状に予備成形されて成ることを特徴とする請求項１〜請
求項３のいずれか一に記載のマグネシウム合金鍛造素
材。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか一に係る
マグネシウム合金鍛造素材であって２重量％以上で６重
量％以下のアルミニウム及び０.５重量％以上で４重量
％以下のカルシウムを含有したマグネシウム合金鍛造素
材を熱間鍛造することを特徴とするマグネシウム合金鍛
造部材の製造方法。
【請求項６】上記マグネシウム合金鍛造素材であって
アルミニウム含有量に対するカルシウム含有量の比率が
０.８以下のものを、４００［ｍｍ／秒］以上の鍛造速
度で熱間鍛造することを特徴とする請求項５記載のマグ
ネシウム合金鍛造部材の製造方法。
【請求項７】上記熱間鍛造における鍛造温度が２５０
℃〜４００℃の範囲であることを特徴とする請求項５ま
たは請求項６に記載のマグネシウム合金鍛造部材の製造
方法。
【請求項８】上記熱間鍛造に先立って上記鍛造素材
に、３００℃〜５００℃の温度範囲で５時間〜５０時間
保持する熱処理を施すことを特徴とする請求項５〜請求
項７のいずれか一に記載のマグネシウム合金鍛造部材の
製造方法。
【請求項９】上記熱間鍛造における鍛造率が１０％以
上であることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれ
か一に記載のマグネシウム合金鍛造部材の製造方法。
【請求項１０】上記熱間鍛造で得られた鍛造部材に、
１００℃〜２５０℃の温度範囲で５時間〜５０時間保持
する熱処理を施すことを特徴とする請求項５〜請求項９
のいずれか一に記載のマグネシウム合金鍛造部材の製造
方法。
【請求項１１】少なくともアルミニウムとカルシウム
とを含有するマグネシウム合金鍛造素材を鍛造して得ら
れる鍛造部材であって、１５０℃において２２０ＭＰａ
以上の引張強度を有することを特徴とするマグネシウム
合金鍛造部材。
【請求項１２】上記マグネシウム合金鍛造部材が、内
燃機関に組み込まれるバルブリフタであることを特徴と
する請求項１１記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項１３】上記バルブリフタの冠面部の鍛造率が
２０％以上であることを特徴とする請求項１２記載のマ
グネシウム合金鍛造部材。
【請求項１４】上記バルブリフタの冠面部の表面にニ
ッケルメッキ処理が施されていることを特徴とする請求
項１３記載のマグネシウム合金鍛造部材。
【請求項１５】上記バルブリフタの冠面部の表面に鉄
溶射処理が施されていることを特徴とする請求項１３記
載のマグネシウム合金鍛造部材。