JP2004277761A

JP2004277761A - Creep resistant magnesium alloy for high strength die casting

Info

Publication number: JP2004277761A
Application number: JP2003067381A
Authority: JP
Inventors: Kodeeru Francois; コデールフランソワ
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】鋳造を容易にし、高い強度を持つ耐クリープマグネシウム合金を提供することを可能にするとともに、また合金中のアルミニウム含有量は高く保持されているので、強度、硬度、金型鋳造能力特性も優れた値を示し、さらにカルシウムや希土類金属を含むことによって粒界においてＭｇ２Ｓｉを析出しやすくすること。
【解決手段】４．０ないし９．０％のアルミニウム、０．８ないし２．０％のシリコンおよび０．１ないし１．２％のマグネシウムとから成り、アルミニウムおよびシリコンが、マグネシウムとのバランスを取りながら含まれるとともに、０．１ないし１．３％のカルシウムが含まれ、０．０１ないし１．５％の希土類金属が含まれている高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金。
【選択図】図１[PROBLEMS] To facilitate the casting and to provide a creep-resistant magnesium alloy having high strength, and also to maintain high aluminum content in the alloy, so that strength, hardness, and mold casting ability characteristics are provided. Shows an excellent value, and further contains Mg and rare earth metals to facilitate precipitation of Mg 2 Si at grain boundaries.
The invention comprises 4.0 to 9.0% aluminum, 0.8 to 2.0% silicon and 0.1 to 1.2% magnesium, wherein the aluminum and silicon balance the magnesium. A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting containing 0.1 to 1.3% of calcium and 0.01 to 1.5% of a rare earth metal, while being contained.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウムおよびシリコンが、マグネシウムとのバランスを取りながら含まれている高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、燃費のより良い車を生産するニーズが増加しており，自動車産業は、１２０℃を越える温度のエンジンの周辺に配設されるダイカスト部品用に軽量でクリープ抵抗を備えたマグネシウム合金をデザインし続けている。そのような高温であって時には振動も加わる状況におけるボルトによって結合された部分は徐々に弱り、結局考えられる多くの故障のうちの例の一つとしてはオイル漏れが生ずることである。
【０００３】
アルミニウムがマグネシウムに加えられると、どの合金化元素よりも強度、硬さおよび腐食抵抗が改善される最も好ましい効果がもたらされることは良く知られているとともに、合金をさらに容易に鋳造できるようにするもので、そしてそれが故に高圧ダイカスト（金型鋳造）における必須条件となる主たる添加物である。しかしながら、アルミニウムを含むマグネシウム合金の機械的特性は、粒子の滑りによるクリープの故に１２０℃を越える温度では急激に減少するのである。この場合におけるクリープのメカニズムは、結晶粒界において見い出されるＭｇ１７Ａｌ１２の析出に関係しており、かかる結晶粒界はこれらの合金における結晶粒界をつなぎとめる力を持たないものである。例えば、一般的な金型鋳造のマグネシウム合金ＡＺ９１は、高温ではめったに使用されない。何故なら高温においてはかなりの強度を失うからである。
【０００４】
それ故にかかるクリープの問題を解決する異なる手法が提案されている。それらの中の一つは、アルミニウムが完全に亜鉛で置きかえられたマグネシウム合金が開示され、結晶粒界におけるＭｇ１７Ａｌ１２の析出の発生を抑制する（例えば特許文献１および特許文献２参照）。亜鉛はアルミニウムと似たような利点をもたらすが、亜鉛はアルミニウムより強度と延性（可塑性）が高い。
【０００５】
その他のアプローチとしては、Ａｌｙ −Ｍｅｚ（又はＭｇｘ −Ａｌｙ −Ｍｅｚ）タイプの結晶粒界で特定の析出を生み出すアルミニウムと強く結びつく合金元素（Ｍｅ）を加える方法がある。このようにして有害なＭｇ１７Ａｌ１２の形成を避けるものである。アルミニウムと強く結びつく合金元素としては、例えばカルシウム、希土類金属、ストロンチウムがある。
【０００６】
このアプローチに基づく多くの特許が公開された。例えば、カルシウムを最大４重量％含むカルシウム含有を含むＭｇＡｌ合金を開示するものである（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
市販のマグネシウム合金ＡＥ４２は、ミッシュメタルやジジム（ｄｉｄｙｍｉｕｍ：ｎｅｏｄｙｍｉｕｍとｐｒａｓｅｏｄｙｍｉｕｍの混合物）の形態におけるマグネシウム合金に加えられる希土類金属が、クリープ特性を改善する結晶粒界（例えばＡｌ４Ｍｇ４Ｃｅ、Ｍｇ１２Ｃｅ）における分散された複雑な析出の形態をとることを促進することを示す、もう一つの例である。同様に、７重量％以上の希土類金属を含有するＭｇ−Ａｌ合金が示されている（例えば特許文献４参照）。
【０００８】
ノランダ（Ｎｏｒａｎｄａ）は、マグネシウム合金を含むストロンチウムを開発した（例えば特許文献５参照）。結晶粒界におけるＡｌ１７Ｍｇ５Ｓｒ３のような異なったタイプの析出物の形態は、クリープ抵抗の改善を解明することを示唆していた。
【０００９】
最後に上述された２つの言及に対するもう一つの異なったアプローチは、アルミニウム含有量や導入シリコンを減少させるものである。これは、結晶粒界に発生する析出物の量を減らし、そして急激に冷却する金型鋳造においては、シリコンがマグネシウムと結合し、結晶粒界においてＭｇ２Ｓｉの形態を採る。商業上の例は、ＡＳ４１とＡＳ２１である。また次の添加物であるカルシウムと希土類金属を含有するＭｇ−Ａｌ−Ｓｉのマグネシウム合金が公開されている（例えば特許文献６参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０８−０２０８３５号公報（第２−３頁、第１図、第２図）
【特許文献２】
特開平０６−３０６５２３号公報（第２−３頁）
【特許文献３】
特開平０９−２７２９４５号公報（第４−５頁）
【特許文献４】
特開平０８−０５３７２２号公報（第２−３頁）
【特許文献５】
米国特許第６３２２６４４号公報（第１−２頁）
【特許文献６】
特開２００２−０２０８３１号公報（第２−３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のアルミニウムが完全に亜鉛で置きかえられたマグネシウム合金は、亜鉛が、アルミニウムと似たような利点をもたらすとともに、アルミニウムより強度と延性（可塑性）が高いが、多量（例えば６重量％）に加えられた場合、出来上がったマグネシウム合金の密度は増え、軽量のマグネシウム部品をデザインするというアイデアに反するという問題があった。
【００１２】
また上記従来の結晶粒界で特定の析出を生み出すアルミニウムと強く結びつく合金元素（Ｍｅ）を加える方法における例えば、カルシウムを最大４重量％含むＭｇＡｌ合金においては、カルシウムを１重量％を超過して含むマグネシウム合金は、高温割れの傾向があるので、ダイカストすなわち金型鋳造は困難であるという問題があった。
【００１３】
さらに上記従来のマグネシウム合金に希土類金属が加えられたマグネシウム合金においては、希土類金属の高いコストを考慮すれば、これらの合金はますます高価なものになってしまうという問題があった。
【００１４】
また上記従来のノランダによって開発されたストロンチウムを含むマグネシウム合金においては、ストロンチウムはマグネシウムとの反応性が高く、また０．５重量％程度のストロンチウムを含む金型鋳造にも多孔性欠陥が発見されたことが見い出される。これは金型鋳造部品の機械的特性の信頼性を減少させる傾向にあるという問題があった。
【００１５】
さらに上記従来の次の添加物であるカルシウムと希土類金属を含有するＭｇ−Ａｌ−Ｓｉのマグネシウム合金においては、アルミニウム含有量が２ないし４重量パーセントと少ないため、鋳造が難しく、一般的な金型鋳造マグネシウム合金より大幅に低い強度を示すという問題があった。
【００１６】
そこで本発明者は、アルミニウムおよびシリコンを、マグネシウムとのバランスを取りながら含有させ、純度が高く硬い共晶析出物Ｍｇ２Ｓｉを持つ微小構造を形成するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、鋳造を容易にし、高い強度を持つ耐クリープマグネシウム合金を提供することを可能にするとともに、また合金中のアルミニウム含有量は高く保持されているので、強度、硬度、金型鋳造能力特性も優れた値を示し、さらにカルシウムや希土類金属を含むことによって粒界においてＭｇ２Ｓｉを析出しやすくするという目的を達成する本発明に到達した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
アルミニウムおよびシリコンが、マグネシウムとのバランスを取りながら含まれ、純度が高く硬い共晶析出物Ｍｇ２Ｓｉを持つ微小構造を備えている
ものである。
【００１８】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第１発明において、
４．０ないし９．０重量％のアルミニウムおよび０．８ないし２．０重量％のシリコンが、０．１ないし１．２重量％のマグネシウムとのバランスを取りながら含まれている
ものである。
【００１９】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第２発明において、
０．１ないし１．３重量％のカルシウムが含まれている
ものである。
【００２０】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第３発明において、
０．０１ないし１．５重量％の希土類金属が含まれている
ものである。
【００２１】
本発明（請求項５に記載の第５発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第４発明において、
避けられない不純物を含む
ものである。
【００２２】
本発明（請求項６に記載の第６発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第５発明において、
１．２重量％以下のマンガンを含む
ものである。
【００２３】
本発明（請求項７に記載の第７発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第６発明において、
０．１重量％以下の亜鉛を含む
ものである。
【００２４】
本発明（請求項８に記載の第８発明）の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、
前記第７発明において、
０．５重量％以下のストロンチウムを含む
ものである。
【００２５】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、アルミニウムおよびシリコンが、マグネシウムとのバランスを取りながら含まれ、純度が高く硬い共晶析出物Ｍｇ２Ｓｉを持つ微小構造を備えているので、鋳造を容易にし、高い強度を持つ耐クリープマグネシウム合金を提供することを可能にするという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る第２発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第１発明において、４．０ないし９．０重量％のアルミニウムおよび０．８ないし２．０重量％のシリコンが、０．１ないし１．２重量％のマグネシウムとのバランスを取りながら含まれているので、鋳造を容易にし、高い強度を持つ耐クリープマグネシウム合金を提供することを可能にするとともに、また合金中のアルミニウム含有量は高く保持されているので、強度、硬度、金型鋳造能力特性も優れた値を示すという効果を奏する。
【００２７】
上記構成より成る第３発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第２発明において、０．１ないし１．３重量％のカルシウムが含まれているので、結晶粒界におけるＭｇ２Ｓｉの析出を容易にするという効果を奏する。
【００２８】
上記構成より成る第４発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第３発明において、０．０１ないし１．５重量％の希土類金属が含まれているので、結晶粒界におけるＭｇ２Ｓｉの析出を容易にするという効果を奏する。
【００２９】
上記構成より成る第５発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第４発明において、避けられない不純物を含むことを許容するものであるので、不純物管理を不要にし、製造を容易にし、コストダウンを可能にするという効果を奏する。
【００３０】
上記構成より成る第６発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第５発明において、１．２重量％以下のマンガンを含むので、マンガン鉄を形成することにより、腐食を制御するという効果を奏する。
【００３１】
上記構成より成る第７発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第６発明において、０．１重量％以下の亜鉛を含むので、機械的特性を改善するとともに、塩水性の腐食抵抗を高めるという効果を奏する。
【００３２】
上記構成より成る第８発明の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、前記第７発明において、０．５重量％以下のストロンチウムを含むので、共晶析出物の発生を抑制するという効果を奏する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００３４】
（実施形態）
本実施形態の高強度ダイカスト用耐クリープマグネシウム合金は、４．０ないし９．０重量％のアルミニウム、０．８ないし２．０重量％のシリコンおよび０．１ないし１．２重量％のマグネシウムとから成り、アルミニウムおよびシリコンが、マグネシウムとのバランスを取りながら含まれるとともに、０．１ないし１．３重量％のカルシウムが含まれ、０．０１ないし１．５重量％の希土類金属が含まれているものである。
【００３５】
本実施形態における目的としては、純度が高く硬い共晶析出物Ｍｇ２Ｓｉを持つ微小構造を備えた、高い強度を持つ耐クリープマグネシウム合金を提供することがあげられる。また合金中のアルミニウム含有量は高く保持されているので、強度、硬度、金型鋳造能力特性も優れた値を示す。さらにカルシウムや希土類金属を含むことによって粒界においてＭｇ２Ｓｉは析出しやすくなる。
【００３６】
クリープは、応力下で時間とともに変形が進行していくことと定義される。よってクリープは、引っ張りや圧縮応力の作用しているどの部分においても生じている。しかし自動車部品の場合は、ほとんどの部品がネジで固定されるかボルトで固定されている。そしてこの固定部分は一般的に最も圧縮力の影響を受ける部分である。もしそのような固定部分に一定時間応力がかかった場合、ボルトの締め付け力は次第に緩くなっていくだろう。残っているボルトの締め付け力を最初にボルトにかかった初期荷重で割ったものをボルト荷重保持率、ＢＬＲと呼んでいる。
【００３７】
前記固定部分の適切な設計を行えば、荷重が作用している状況下でボルトが締まる傾向にある部分の機械システムを発達させることができる。しかし、変形の対象となる部分において違う部材の材料をつなぎ合わせる時、著しく複雑になる。例えば、自動車における典型的な締め具はマグネシウム合金でできた二つの部分か、あるいはマグネシウム合金製の一方の部分とアルミニウム合金製の他方の部分から成っている。前記マグネシウム合金製の一方の部分は一般的にフランジ部であり成り、アルミニウム合金製の他方の部分がケース部である。
【００３８】
さらには、ボルトジョイントにおける初期荷重が、締め具がその役割をする期間（サービスライフ）において適切な締め付け力を維持できるような規定の範囲内でなければならない。ジョイント（締め具）の的確かつ最適な性能は、相対的な動きに関連する液漏れ、磨耗、腐食その他を防止することである。
【００３９】
クリープは、温度に依存する現象であるので、それが故に高温では応力が作用している物質の変形の割合を増すことになる。低温および高温の突然のサイクリックな変動や激しい振動騒音が、自動車のエンジン周辺部の状況を最も良く表していることを認めなければならない。これらの状況は概して，クリープ現象を促進させるものではないかもしれないが、部品を取付ける際に初めてボルトを締めた時に発生した摩擦トルクを弱め、そのためさらにボルトが緩むことを引き起こすものである。
【００４０】
つまり、クランプジョイントには、不充分な硬度および圧縮強度のマグネシウム合金では塑性変形してしまうほどの圧縮応力が作用する可能性がある。これは、温度が下がった時にジョイントが緩むと、ボルトにおける引張荷重が低下するので、ジョイントのさらなる不具合をもたらす。それゆえ、優れたボルト負荷維持特性を持った軽量マグネシウム合金を開発するに当たって、十分な強度および硬度を考慮しなければならない。
【００４１】
本発明に基づく実施形態のマグネシウム合金の開発過程の順序およびその結果について、要約し以下に述べる。
【００４２】
（１）アルミニウム（４．０〜９．５重量％アルミニウム）
図１に示すように、マグネシウム合金内に含まれるアルミニウム重量と、それに付随するバルク硬さおよび引張降伏点強度の間の関係は、ほぼ線形であり合金の強度特性に対するアルミニウムの重要性を示している。
【００４３】
アルミニウム含有量が４重量％以下だと、ボルトを締める際にフランジ部分が塑性変形に耐えるだけの十分な強度が得られない。さらには、マグネシウム合金のダイカスト（金型鋳造）特性は、クラッキングが簡単且つ流動的に起こる水準までさがり、そして複雑でうすい壁厚の鋳造合金部品からなる自動車部品として最大限に利用できるものではない。
本発明において、アルミニウム含有量の上限は９．５重量％である。これ以上アルミニウム含有量を増やしても更なる強度増加は得られず、粒界に生じる有害なＭｇ１７Ａｌ１２の析出物が大きくなる一方である。
【００４４】
本発明の実施形態においては、アルミニウム含有率の上限は９．５重量％に決められている。これよりも高いアルミニウム含有率においては強度が高くなることはなく、さらには粒界に膨大な量のＭｇ１７Ａｌ１２が析出する。アルミニウム含有率が、４．５重量％〜７．５重量％の範囲において、強度と延性のすぐれた組み合わせとなる。
【００４５】
（２）シリコン（０．８〜２．０重量％）
一方シリコンは、マグネシウム合金の流動性およびある程度の硬度を改善するので、結晶粒界をスピンする硬くて微細なＭｇ２Ｓｉが析出することによって、ボルト負荷維持率を改善し、本来の長所を維持する。
【００４６】
シリコン含有率が、０．８重量％未満だとマグネシウム合金のボルト負荷維持率を著しく改善するほどのＭｇ２Ｓｉが析出しない。しかし、シリコン含有率が２．０重量％を越えると鋳造するのに７００℃以上に温度を上げなくてはいけなくなるので、鋳造しがたいマグネシウム合金となってしまう。
【００４７】
（３）カルシウム（０．１〜１．３重量％）
カルシウムは、凝固中にアルミニウムと反応し結びつき、結晶粒界においてＡｌ２Ｃａを析出しボルト負荷維持率を改善する。カルシウム含有率が１．３重量％を越えるとマグネシウム合金は高温割れを起こしやすくなるので金型鋳造には向かない。カルシウム含有率が０．１重量％未満だとボルト負荷保持力の改善に著しい効果が得られない。
【００４８】
（４）希土類金属（０．０１〜１．５重量％）
希土類金属を付加すると、粒界において分散した複雑な析出物が形成され、マグネシウム合金のボルト負荷維持率を改善する。
希土類金属は、よくマグネシウム合金に加えられるが、その希土類金属としては、主にセリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、ランタノイド族のいくつかの元素を含むミッシュメタルか、約８５重量％のネオジムと１５重量％のプラセオジムからなるジジムが用いられる。
【００４９】
希土類金属含有量が０．０１重量％未満だと、ボルト負荷維持率は著しく改善されない。さらにそのような低量だと、廃材から希土類金属を取り出しにくくなる。希土類金属を付加することによってマグネシウム合金のコストが高くなってしまうほか、さらに鉄のような不純物が介入するという問題も生じる。よって、実用的で経済的な上限は１．５重量％となる。
【００５０】
（５）マンガン（０．１重量％〜１．２重量％）
マンガン付加量を１．２重量％以下にすると、腐食の元となる鉄と結びつき、マンガン鉄を形成することにより腐食を制御することができる。０．１重量％未満だと上述したような望まれる効果は得られない。
【００５１】
（６）亜鉛（１．５重量％まで）
亜鉛を１．５重量％まで加えると、一般的にマグネシウム合金の機械特性はさらに改善され、さらに鉄、銅、ニッケルのような重金属の不純物の制御が困難である場合において塩水性の腐食抵抗を高める効果もある。
【００５２】
（７）ストロンチウム（０，５重量％まで）
マグネシウム合金にシリコンとともに０．５重量％より多くのストロンチウムが加えられると、Ｍｇｗ−Ｓｉｘ−Ｓｒｙ−ＲＥｚのような複雑な共晶析出物が微小構造内にあらわれる。これらの大きな析出物は、マグネシウム合金の機械特性を悪くする粗い針状晶を持つ。
【００５３】
さらに、希土類金属は、この共晶析出物と結びつくので、アルミニウムと結びついてクリープ抵抗を高めることができない。したがって、ストロンチウムはシリコンを含んだマグネシウム合金に注意深く加えなければならない。それゆえストロンチウム含有量の上限は０，５重量％となる。
【００５４】
【実施例】
以下本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
【００５５】
（実施例）
試験研究の結果、アルミニウム、亜鉛、マンガン、シリコン、カルシウム、希土類金属、ストロンチウムなどの合金元素が、本発明の利点を証明する本実施例のダイカスト用マグネシウム合金（金型鋳造マグネシウム合金）の機械的特性および、ボルト負荷維持率に影響を与えることが分かった。
【００５６】
機械的特性は、焼き戻した鋳造品としての試験片を常温において引っ張りビッカース硬さ試験を行って評価した。
引っ張り強度試験に用いる試験片１を図２に示す。
【００５７】
ボルト維持率（ＢＬＲ）試験、すなわちボルトジョイントにおける圧縮応力の緩みを評価するもので、図３に示されるような実験用に組み立てられたボルトアッセンブリーを用いて行い、自動車部品に見られる典型的なクリープ挙動をシュミレートする。前記実験用ボルトアッセンブリーは、フランジ試験片２１、容器試験片２２、ワッシャ２３、および歪み計が組み込まれた標準のＭ８ボルト２４とから成る。
【００５８】
フランジ試験片２１は、肉厚８ｍｍ、高さ１０ｍｍで、中央部分に深さ９ｍｍの穴があいているシリンダーである。マグネシウム合金フランジ試験片は、本発明の実施例で述べられる化学的組成を持ち、他方のフランジ試験片は、比較すべき化学的組成を持ち、同様に金型鋳造されたものである。
【００５９】
容器試験片２２は、シリコン及び銅を夫々１１及び２．５重量％を含有するアルミニウムであらわされる高純度シリコン鍛造アルミニウム合金から機械加工された厚さ８０ｍｍ、縦横４０ｍｍの矩形ブロックである。容器試験片の中央にはＭ８ボルトを取り付けるための深さ２０ｍｍの細い螺子穴があいている。ワッシャ２３はアルミニウム合金Ａ６０６１Ｐからできていて、厚さ３ｍｍ、外径１８ｍｍ、内径９ｍｍである。
【００６０】
標準Ｍ８鋼製ボルト２４は、ネジ長さが２３ｍｍで、公称応力１０００ＭＰａのものが用いられている。ボルトの頭の中央部には直径２ｍｍの穴があいており、その中に、管状のひずみ計が取扱説明書に従って適切な接着剤とともに挿入されている。
【００６１】
ボルトの引っ張り強度を測定するために、歪みに対しての応力の較正曲線を示す必要がある。この較正は、常温においてＡｍｓｌｅｒ牽引機を用いて行われ、応力値はキロニュートンｋＮで表される。歪みに対する応力の較正値によって回帰線がプロットされる。較正曲線の結果として、当然０．９９９以上の相関係数（Ｒ２）が得られる。不適切な較正曲線やひずみ計が異常に高い引っ張り抵抗を示した場合、このようなボルトは試験では用いられない。
【００６２】
この較正処置は、ボルトが実験用に組み立てられる前に行う。さらにもう一度ＢＬＲ試験が終わって、前記実験用ボルトアッセンブリーが外されてから、同様に較正処置を行わなければならない。何故なら、試験中に歪み計の状態すなわち抵抗が変わってしまうからである。
【００６３】
前記ＢＬＲ試験は、自動車のエンジン周辺部で起きる典型的な稼動状況をシュミレートして行われる。実験用組み立て（アッセンブル）ボルトは常温において４５ＭＰａまで締め付け、その後、稼動温度である１３０℃まで加熱され、その温度で３００時間保持する。そして実験用組み立てボルトをオーブンから取りだし、室温で一日中冷却する。違う試験片を用いて、稼動温度１５０℃まで加熱して３００時間その温度で保持した物についても同様に実験を行う。
【００６４】
ボルト負荷維持率は、パーセンテージ表示され、ＢＬＲ試験後の残余応力を初期応力で割ったものとして計算される。またこれらの応力はともに常温において計測されたのものである。
【００６５】
【具体例】
本発明の具体例について、以下に詳しく説明するが、本発明はそれに限定されるものではないものである。
【００６６】
（具体例１）
具体例１の各金型鋳造マグネシウム合金は、表１および表２に示されるような化学組成を持っているが、このマグネシウム合金は保護用のＳＦ６ガス雰囲気を維持するためにしっかりと覆われた電気抵抗溶融加熱炉を用いて作成された。金型鋳造の燃焼室温度は各試験片において６５０〜７００℃の範囲において適応する。プランジャー速度は、０．６〜１０ｍ／ｓの範囲に及び、鋳造圧は通例大体１１０秒間のサイクルで３５ＭＰａのレンジで変動する。金型作動温度は、代表的に２３０〜２６０℃の範囲内である。
【表１】

【表２】

【００６７】
合金を構成する各金属のバランスをとるのはマグネシウムである。鉄や胴やニッケルなどの避けられない不純物混入量を抑えた鋳造合金を提供するためには、まだ加工していない原料や高純度の鋳造方法を選ぶ際に特別な配慮が必要である。必要ならマンガンや亜鉛を加えることにより、不純物は０．００４重量％未満に抑えられる。
【００６８】
請求項４における本発明の金型鋳造マグネシウム合金の化学組成をよく示すものとしてＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４として表す。請求項７は亜鉛を加えたときの場合について、Ｂ１、Ｂ２として表され、また請求項９はストロンチウムを加えた場合について、Ｃ１、Ｃ２として表す。
【００６９】
表２は、請求項４に対応する試験片の化学組成に、１つまたは複数の元素の含有量を操作したもので、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と表す。そしてＳ１、Ｓ２は０．５重量％以上のシリコンを含んだマグネシウム合金に、悪い影響を与える０．５重量％以上のストロンチウムを混入させたもので、請求項８で示した化学組成通りではない。
【００７０】
表３に示される市販の金型合金ＡＤＣ１２（日本基準ではアルミニウム金型鋳造のＨ５３０２）は、その優れた金型鋳造方法により、マグネシウム合金のクリープ抵抗と比較した際、機械加工や機械的特性は自動車部品により適応したものとなる。本発明の具体例における市販の金型鋳造マグネシウムの化学組成は表４に示される。
【表３】

【表４】

【００７１】
自動車部品に使用するマグネシウム合金の調査中に、実験用組み立てボルトが１３０℃で３００時間保持したものについて、ＢＬＲが少なくとも５０重量％得られることが必要であると分かった。さらに、実験用組み立てボルトを１５０℃で３００時間維持されたものにおいては、少なくともＢＬＲが４０重量％得られることが望まれる。
【００７２】
これらのＢＬＲ量は、一般的なアルミニウム合金のＡＤＣ１２より少ない。しかし、このことを実践して明らかにするのは困難である。なぜなら表６に示すように、マグネシウム合金の方がアルミニウム合金よりもすぐにクリープ変形をおこしてしまうからである。これは長い時間、稼動温度である１５０℃に保持した場合により顕著なものとなる。
【表６】

【００７３】
本発明の具体例のマグネシウム合金のＢＬＲ値は全て、稼動温度１３０℃および１５０℃で３００時間保持した際に求められる最低限のＢＬＲ値を満足し、表５に示すように優れた強度や伸び率をも有する。
【表５】

【００７４】
本発明の全ての具体例の試験片において、鋳造による欠陥は無く、引っ張り強度は２２０ＭＰａ以上、伸び率は４重量％を越えるという結果となった。これは、結晶粒界に見られる硬くて微細な（純度の高い）Ｍｇ２Ｓｉ、Ａｌ２Ｃａや、複雑な希土類金属の析出物によって、優れたクリープ抵抗が生じたと同時に、相対的にアルミニウムを多く含むことによって、金型鋳造特性および機械的特性が改善されることを示している。
【００７５】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のマグネシウム合金内に含まれるアルミニウム重量と、それに付随するバルク硬さおよび引張降伏点強度の間の関係を示す線図である。
【図２】本発明の実施例における引っ張り強度試験に用いられる試験片を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例におけるボルト維持率試験に用いられるボルトアッセンブリーを示す斜視図である。
【符号の説明】
１試験片
２１フランジ試験片
２２容器試験片
２３ワッシャ
２４標準のＭ８ボルト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-strength creep-resistant magnesium alloy for die casting in which aluminum and silicon are contained in balance with magnesium.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing need to produce more fuel-efficient vehicles, and the automotive industry has been developing magnesium alloys with light weight and creep resistance for die-casting components located around engines with temperatures above 120 ° C. We continue to design. In such hot and sometimes vibrating situations, the parts joined by the bolts gradually weaken, and one of the many possible failures is an oil leak.
[0003]
It is well known that the addition of aluminum to magnesium has the most favorable effect of improving strength, hardness and corrosion resistance over any alloying element, and also makes the alloy easier to cast And it is therefore a major additive which is a prerequisite in high pressure die casting. However, the mechanical properties of magnesium alloys containing aluminum sharply decrease at temperatures above 120 ° C. due to creep due to particle sliding. The creep mechanism in this case is related to the precipitation of Mg17Al12 found at the grain boundaries, which do not have the power to hold the grain boundaries in these alloys. For example, common die cast magnesium alloy AZ91 is rarely used at high temperatures. This is because at high temperatures, considerable strength is lost.
[0004]
Therefore, different approaches to solving such creep problems have been proposed. One of them discloses a magnesium alloy in which aluminum is completely replaced with zinc, and suppresses generation of Mg17Al12 at crystal grain boundaries (for example, see Patent Documents 1 and 2). Zinc offers similar advantages to aluminum, but zinc is stronger and more ductile (plastic) than aluminum.
[0005]
Another approach is to add an alloying element (Me) that is strongly associated with aluminum, which produces a specific precipitation at the Aly-Mez (or Mgx-Aly-Mez) type grain boundary. In this way, harmful formation of Mg17Al12 is avoided. Alloying elements that are strongly associated with aluminum include, for example, calcium, rare earth metals, and strontium.
[0006]
Many patents based on this approach have been published. For example, it discloses a MgAl alloy containing calcium containing up to 4% by weight of calcium (for example, see Patent Document 3).
[0007]
Commercially available magnesium alloy AE42 is a rare earth metal added to a magnesium alloy in the form of misch metal or dymium (a mixture of neodymium and prasodymium), and is dispersed at grain boundaries (eg, Al4Mg4Ce, Mg12Ce) that improve creep properties. Another example is shown to facilitate taking the form of complex precipitations that have been made. Similarly, an Mg-Al alloy containing 7% by weight or more of a rare earth metal is disclosed (for example, see Patent Document 4).
[0008]
Noranda has developed strontium containing a magnesium alloy (see, for example, US Pat. The morphology of different types of precipitates, such as Al17Mg5Sr3 at the grain boundaries, has been suggested to elucidate the improved creep resistance.
[0009]
Finally, another different approach to the two references mentioned above is to reduce the aluminum content and the silicon introduced. This reduces the amount of precipitates generated at the grain boundaries and, in a rapidly cooling mold casting, silicon combines with magnesium and takes the form of Mg2Si at the grain boundaries. Commercial examples are AS41 and AS21. Further, a magnesium alloy of Mg-Al-Si containing the following additives, calcium and a rare earth metal, has been disclosed (for example, see Patent Document 6).
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-020835 (page 2-3, FIG. 1, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-06-306523 (pages 2-3)
[Patent Document 3]
JP-A-09-272945 (pages 4-5)
[Patent Document 4]
JP-A-08-053722 (pages 2-3)
[Patent Document 5]
U.S. Pat. No. 6,322,644 (page 1-2)
[Patent Document 6]
JP-A-2002-020831 (pages 2-3)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the magnesium alloy in which the conventional aluminum is completely replaced with zinc, zinc provides similar advantages to aluminum and has higher strength and ductility (plasticity) than aluminum, but has a large amount (eg, 6% by weight). If added, the density of the resulting magnesium alloy would increase, contradicting the idea of designing lightweight magnesium parts.
[0012]
Further, in the above-mentioned conventional method of adding an alloy element (Me) which strongly binds to aluminum which causes a specific precipitation at a crystal grain boundary, for example, in a MgAl alloy containing up to 4% by weight of calcium, calcium exceeds 1% by weight. The magnesium alloy has a problem that it is difficult to die-cast, that is, to mold, since it tends to be hot cracked.
[0013]
Further, in the case of the above-mentioned conventional magnesium alloys in which a rare earth metal is added with a rare earth metal, there is a problem that these alloys become more expensive in view of the high cost of the rare earth metal.
[0014]
In addition, in the magnesium alloy containing strontium developed by the conventional Noranda, strontium has high reactivity with magnesium, and a porous defect was found in a mold casting containing about 0.5% by weight of strontium. Is found. This has the problem that the reliability of the mechanical properties of the die cast parts tends to decrease.
[0015]
Further, in the Mg-Al-Si magnesium alloy containing calcium and a rare earth metal, which is the next conventional additive, the aluminum content is as small as 2 to 4% by weight, so that casting is difficult, and a general mold is used. There is a problem that the strength is significantly lower than that of the cast magnesium alloy.
[0016]
Therefore, the present inventor focused on the technical idea of the present invention in which aluminum and silicon are contained while maintaining a balance with magnesium to form a microstructure having a high purity and a hard eutectic precipitate Mg2Si. As a result of repeated research and development, it has become possible to provide a creep-resistant magnesium alloy that is easy to cast and has high strength.Also, since the aluminum content in the alloy is kept high, strength, hardness, gold The present invention has also achieved the present invention which achieves the object of easily precipitating Mg2Si at the grain boundaries by including calcium and rare earth metals by further exhibiting excellent values of the mold casting ability characteristics.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting of the present invention (the first invention according to claim 1)
Aluminum and silicon are included in balance with magnesium and have a microstructure with high purity and hard eutectic precipitate Mg2Si
Things.
[0018]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the present invention (the second invention according to claim 2) comprises:
In the first invention,
4.0-9.0% by weight of aluminum and 0.8-2.0% by weight of silicon are contained in balance with 0.1-1.2% by weight of magnesium.
Things.
[0019]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the present invention (the third invention according to claim 3) comprises:
In the second invention,
Contains 0.1-1.3% by weight calcium
Things.
[0020]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the present invention (the fourth invention according to claim 4) comprises:
In the third invention,
Contains 0.01 to 1.5% by weight of rare earth metal
Things.
[0021]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting of the present invention (the fifth invention according to claim 5)
In the fourth invention,
Contains unavoidable impurities
Things.
[0022]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the present invention (the sixth invention according to claim 6) comprises:
In the fifth invention,
Contains up to 1.2% by weight of manganese
Things.
[0023]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting of the present invention (the seventh invention according to claim 7)
In the sixth invention,
Contains up to 0.1% by weight of zinc
Things.
[0024]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting of the present invention (the eighth invention according to claim 8)
In the seventh invention,
Contains 0.5% by weight or less of strontium
Things.
[0025]
Function and Effect of the Invention
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the first aspect of the present invention has a microstructure in which aluminum and silicon are contained while maintaining a balance with magnesium, and have a high purity and a hard eutectic precipitate Mg2Si. Therefore, the present invention has an effect of facilitating casting and providing a creep-resistant magnesium alloy having high strength.
[0026]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for high-strength die casting according to the second aspect of the present invention, wherein 4.0 to 9.0% by weight of aluminum and 0.8 to 2.0% by weight of silicon are contained in the first aspect. It is included in a balance with 1 to 1.2% by weight of magnesium to facilitate casting and to provide a high strength creep resistant magnesium alloy, and also to include aluminum in the alloy. Since the content is kept high, there is an effect that the strength, hardness, and mold casting ability characteristics also show excellent values.
[0027]
Since the high-strength creep-resistant magnesium alloy for high-strength die casting according to the third aspect of the present invention contains 0.1 to 1.3% by weight of calcium in the second aspect, precipitation of Mg2Si at a grain boundary is achieved. This has the effect of facilitating the operation.
[0028]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for high-strength die casting according to the fourth aspect of the present invention, which contains 0.01 to 1.5% by weight of a rare earth metal in the third aspect of the present invention, can reduce the content of Mg2 Si at the grain boundaries. This has the effect of facilitating precipitation.
[0029]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the fifth invention having the above-described structure permits the inclusion of an unavoidable impurity in the fourth invention. This has the effect of enabling cost reduction.
[0030]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the sixth aspect of the present invention, which contains 1.2% by weight or less of manganese in the fifth aspect, has the effect of controlling corrosion by forming manganese iron. To play.
[0031]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the seventh aspect of the present invention, which contains 0.1% by weight or less of zinc in the sixth aspect, improves mechanical properties and reduces saltwater corrosion resistance. It has the effect of increasing.
[0032]
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting according to the eighth aspect of the present invention, which contains 0.5% by weight or less of strontium in the seventh aspect, has an effect of suppressing generation of eutectic precipitates.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
(Embodiment)
The high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting of the present embodiment comprises 4.0 to 9.0% by weight of aluminum, 0.8 to 2.0% by weight of silicon and 0.1 to 1.2% by weight of magnesium. Aluminum and silicon are contained in balance with magnesium, 0.1 to 1.3% by weight of calcium and 0.01 to 1.5% by weight of rare earth metal are contained. Is what it is.
[0035]
An object of the present embodiment is to provide a high-strength creep-resistant magnesium alloy having a microstructure having a high purity and a hard eutectic precipitate Mg2Si. Also, since the aluminum content in the alloy is kept high, the strength, hardness, and mold casting ability characteristics also show excellent values. Further, by containing calcium and rare earth metal, Mg2Si is easily precipitated at the grain boundary.
[0036]
Creep is defined as the deformation progressing over time under stress. Therefore, creep occurs at any part where tensile or compressive stress is acting. However, in the case of automobile parts, most parts are fixed with screws or bolts. This fixed portion is generally the portion most affected by the compressive force. If such a fixed part is stressed for a certain period of time, the tightening force of the bolt will gradually decrease. The value obtained by dividing the tightening force of the remaining bolt by the initial load applied to the bolt first is called the bolt load retention ratio, BLR.
[0037]
With the proper design of the fixed part, it is possible to develop a mechanical system of the part where the bolts tend to tighten under the load conditions. However, joining different materials of material in a portion to be deformed becomes extremely complicated. For example, a typical fastener in a motor vehicle consists of two parts made of a magnesium alloy, or one part made of a magnesium alloy and the other part made of an aluminum alloy. One part of the magnesium alloy is generally a flange, and the other part of the aluminum alloy is a case.
[0038]
Furthermore, the initial load on the bolt joint must be within a specified range so that an appropriate tightening force can be maintained during a period in which the fastener plays its role (service life). The correct and optimal performance of the joint is to prevent leakage, wear, corrosion and the like associated with relative movement.
[0039]
Creep is a temperature dependent phenomenon and therefore at high temperatures will increase the rate of deformation of the stressed material. It must be recognized that sudden cyclic fluctuations in cold and hot temperatures and intense vibration noise are the best indication of the situation around the engine of a motor vehicle. While these situations may not generally promote creep, they do reduce the frictional torque generated when the bolts were first tightened during component installation, thus causing the bolts to loosen further.
[0040]
That is, a compressive stress may be applied to the clamp joint such that the magnesium alloy having insufficient hardness and compressive strength is plastically deformed. This leads to a further failure of the joint, since if the joint becomes loose when the temperature drops, the tensile load on the bolt decreases. Therefore, in developing a lightweight magnesium alloy having excellent bolt load maintaining properties, sufficient strength and hardness must be considered.
[0041]
The sequence of the development process of the magnesium alloy of the embodiment according to the present invention and the results thereof are summarized and described below.
[0042]
(1) Aluminum (4.0-9.5% by weight aluminum)
As shown in FIG. 1, the relationship between the weight of aluminum contained in the magnesium alloy and its associated bulk hardness and tensile yield strength is nearly linear, indicating the importance of aluminum to the strength properties of the alloy. I have.
[0043]
If the aluminum content is 4% by weight or less, sufficient strength cannot be obtained so that the flange portion withstands plastic deformation when tightening the bolt. Furthermore, the die-casting properties of magnesium alloys fall to a level where cracking occurs easily and fluidly, and are not fully exploitable as automotive parts consisting of complex, thin-walled cast alloy parts. .
In the present invention, the upper limit of the aluminum content is 9.5% by weight. Even if the aluminum content is further increased, no further increase in strength is obtained, and harmful Mg17Al12 precipitates generated at the grain boundaries are increasing.
[0044]
In the embodiment of the present invention, the upper limit of the aluminum content is determined to be 9.5% by weight. At a higher aluminum content, the strength does not increase, and an enormous amount of Mg17Al12 precipitates at the grain boundaries. When the aluminum content is in the range of 4.5% by weight to 7.5% by weight, a combination excellent in strength and ductility is obtained.
[0045]
(2) Silicon (0.8-2.0% by weight)
On the other hand, silicon improves the fluidity and a certain degree of hardness of the magnesium alloy, so that hard and fine Mg2Si that spins the crystal grain boundaries precipitates, thereby improving the bolt load maintenance rate and maintaining the original advantages. .
[0046]
If the silicon content is less than 0.8% by weight, Mg2Si does not precipitate so much as to significantly improve the bolt load retention of the magnesium alloy. However, if the silicon content exceeds 2.0% by weight, it is necessary to raise the temperature to 700 ° C. or more in order to cast, so that the magnesium alloy becomes difficult to cast.
[0047]
(3) Calcium (0.1 to 1.3% by weight)
Calcium reacts and binds with aluminum during solidification and precipitates Al2Ca at grain boundaries to improve bolt load retention. If the calcium content exceeds 1.3% by weight, the magnesium alloy tends to cause hot cracking and is not suitable for die casting. If the calcium content is less than 0.1% by weight, a remarkable effect cannot be obtained in improving the bolt load holding power.
[0048]
(4) rare earth metal (0.01 to 1.5% by weight)
The addition of the rare earth metal forms complex precipitates dispersed at the grain boundaries, improving the bolt load retention of the magnesium alloy.
Rare earth metals are often added to magnesium alloys, such as misch metal containing several elements of the cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium and lanthanoid groups, or about 85% by weight of neodymium and 15% by weight. Didymium consisting of% praseodymium is used.
[0049]
If the rare earth metal content is less than 0.01% by weight, the bolt load maintenance ratio is not significantly improved. Further, such a low amount makes it difficult to extract the rare earth metal from the waste material. The addition of the rare earth metal increases the cost of the magnesium alloy, and also causes the problem that impurities such as iron intervene. Therefore, the practical and economical upper limit is 1.5% by weight.
[0050]
(5) Manganese (0.1% to 1.2% by weight)
When the added amount of manganese is 1.2% by weight or less, it is possible to control the corrosion by forming manganese iron in association with iron which is a source of corrosion. If it is less than 0.1% by weight, the desired effects as described above cannot be obtained.
[0051]
(6) Zinc (up to 1.5% by weight)
Adding zinc up to 1.5% by weight generally further improves the mechanical properties of magnesium alloys and further reduces saltwater corrosion resistance in cases where it is difficult to control impurities of heavy metals such as iron, copper and nickel. It also has the effect of increasing.
[0052]
(7) Strontium (up to 0.5% by weight)
When more than 0.5% by weight of strontium is added to the magnesium alloy with silicon, complex eutectic precipitates such as Mgw-Six-Sry-REz appear in the microstructure. These large precipitates have coarse needles which degrade the mechanical properties of the magnesium alloy.
[0053]
Furthermore, rare earth metals are associated with the eutectic precipitates, and therefore cannot be combined with aluminum to increase creep resistance. Therefore, strontium must be carefully added to magnesium alloys containing silicon. Therefore, the upper limit of the strontium content is 0.5% by weight.
[0054]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0055]
(Example)
As a result of the test research, alloy elements such as aluminum, zinc, manganese, silicon, calcium, rare earth metal, and strontium are used in the present invention to prove the advantages of the present invention. It was found that the properties and the bolt load maintenance rate were affected.
[0056]
The mechanical properties were evaluated by performing a tensile Vickers hardness test on a test specimen as a tempered casting at room temperature.
FIG. 2 shows a test piece 1 used for the tensile strength test.
[0057]
Bolt Retention (BLR) test, which evaluates the relaxation of compressive stress in a bolt joint, is performed using a bolt assembly assembled for experimentation as shown in FIG. 3 and is typical of automotive components. Simulate creep behavior. The experimental bolt assembly consists of a flange test piece 21, a container test piece 22, a washer 23, and a standard M8 bolt 24 incorporating a strain gauge.
[0058]
The flange test piece 21 is a cylinder having a thickness of 8 mm, a height of 10 mm, and a hole having a depth of 9 mm at the center. The magnesium alloy flange specimen had the chemical composition described in the examples of the present invention, while the other flange specimen had the chemical composition to be compared and was similarly die cast.
[0059]
The container test piece 22 is a rectangular block having a thickness of 80 mm and a length and width of 40 mm machined from a high-purity silicon forged aluminum alloy represented by aluminum containing 11 and 2.5% by weight of silicon and copper, respectively. At the center of the container test piece, there is a thin screw hole with a depth of 20 mm for mounting an M8 bolt. The washer 23 is made of an aluminum alloy A6061P and has a thickness of 3 mm, an outer diameter of 18 mm, and an inner diameter of 9 mm.
[0060]
The standard M8 steel bolt 24 has a screw length of 23 mm and a nominal stress of 1000 MPa. At the center of the bolt head is a 2 mm diameter hole into which a tubular strain gauge is inserted with a suitable adhesive according to the instruction manual.
[0061]
To measure the tensile strength of a bolt, it is necessary to show a calibration curve of stress against strain. This calibration is performed at normal temperature using an Amsler traction machine, and the stress values are expressed in kilonewtons kN. A regression line is plotted with the calibrated stress versus strain values. As a result of the calibration curve, a correlation coefficient (R2) of 0.999 or more is naturally obtained. If an improper calibration curve or strain gauge shows an unusually high tensile resistance, such bolts are not used in the test.
[0062]
This calibration procedure is performed before the bolt is assembled for experimentation. After the BLR test is completed again and the experimental bolt assembly is removed, the calibration procedure must be performed similarly. This is because the state of the strain gauge, that is, the resistance, changes during the test.
[0063]
The BLR test is performed by simulating a typical operating condition that occurs around the engine of a vehicle. The experimental assembly (assembly) bolts are tightened to 45 MPa at room temperature, then heated to the operating temperature of 130 ° C. and held at that temperature for 300 hours. The experimental assembly bolts are then removed from the oven and cooled at room temperature all day. Using a different test piece, an experiment is similarly performed on a material heated to an operating temperature of 150 ° C. and held at that temperature for 300 hours.
[0064]
Bolt load retention is expressed as a percentage and is calculated as the residual stress after the BLR test divided by the initial stress. These stresses were measured at room temperature.
[0065]
【Concrete example】
Specific examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited thereto.
[0066]
(Specific example 1)
Each mold-cast magnesium alloy of Example 1 has a chemical composition as shown in Tables 1 and 2, but this magnesium alloy was firmly covered to maintain a protective SF6 gas atmosphere. It was created using an electric resistance melting furnace. The combustion chamber temperature of the mold casting is adapted in the range of 650 to 700 ° C. for each test piece. Plunger speeds range from 0.6 to 10 m / s, and casting pressures typically vary in the range of 35 MPa over a cycle of approximately 110 seconds. Mold operating temperatures are typically in the range of 230-260 ° C.
[Table 1]

[Table 2]

[0067]
It is magnesium that balances the metals that make up the alloy. Special considerations are needed when choosing raw materials that have not yet been processed or high-purity casting methods to provide cast alloys with reduced unavoidable impurities such as iron, body and nickel. Impurities can be reduced to less than 0.004% by weight, if necessary, by adding manganese or zinc.
[0068]
The chemical composition of the die cast magnesium alloy of the present invention according to claim 4 is represented as A1, A2, A3, and A4 as well. Claim 7 expresses the case where zinc is added as B1 and B2, and claim 9 expresses the case where strontium is added as C1 and C2.
[0069]
Table 2 is obtained by manipulating the chemical composition of the test piece according to claim 4 with the content of one or more elements, and is expressed as U1, U2, U3, U4, L1, L2, L3, L4. S1 and S2 are magnesium alloys containing 0.5% by weight or more of silicon mixed with 0.5% by weight or more of strontium having a bad effect, and do not conform to the chemical composition shown in claim 8. .
[0070]
The commercially available mold alloy ADC12 (H5302 of aluminum mold casting according to Japanese standards) shown in Table 3 shows that, due to its excellent mold casting method, when compared with the creep resistance of a magnesium alloy, the machining and mechanical properties are different. It will be more adapted to automotive parts. Table 4 shows the chemical composition of commercially available mold cast magnesium in an embodiment of the present invention.
[Table 3]

[Table 4]

[0071]
During the search for magnesium alloys for use in automotive parts, it was determined that it was necessary to obtain a BLR of at least 50% by weight for those experimental assembly bolts held at 130 ° C. for 300 hours. Further, it is desired that at least 40% by weight of BLR be obtained when the experimental assembly bolt is maintained at 150 ° C. for 300 hours.
[0072]
These BLR amounts are smaller than ADC12 of a general aluminum alloy. However, it is difficult to put this into practice. This is because, as shown in Table 6, the magnesium alloy causes the creep deformation more quickly than the aluminum alloy. This is more pronounced when the operating temperature is kept at 150 ° C. for a long time.
[Table 6]

[0073]
The BLR values of the magnesium alloys according to the specific examples of the present invention all satisfy the minimum BLR values required when held at operating temperatures of 130 ° C. and 150 ° C. for 300 hours, and have excellent strength and elongation as shown in Table 5. Also has a rate.
[Table 5]

[0074]
In all the test pieces of the specific examples of the present invention, there were no defects due to casting, the tensile strength was 220 MPa or more, and the elongation exceeded 4% by weight. This is because hard and fine (high purity) Mg2Si, Al2Ca and complex rare earth metal precipitates found in the grain boundaries produce excellent creep resistance and at the same time contain relatively high amounts of aluminum. This shows that the mold casting properties and the mechanical properties are improved.
[0075]
The above-described embodiment has been described by way of example, and the present invention is not limited to the embodiment. It will be recognized by those skilled in the art from the claims, the detailed description of the invention, and the drawings. Modifications and additions are possible without violating the technical idea of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the weight of aluminum contained in a magnesium alloy of an embodiment of the present invention and the attendant bulk hardness and tensile yield point strength.
FIG. 2 is a plan view showing a test piece used for a tensile strength test in an example of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a bolt assembly used for a bolt retention test in an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Test piece
21 Flange test piece
22 Container test piece
23 Washer
24 standard M8 bolts

Claims

A creep-resistant magnesium alloy for high-strength die-casting, characterized in that aluminum and silicon are contained in balance with magnesium and have a microstructure having a high purity and a hard eutectic precipitate Mg2Si.

In claim 1,
4.0 to 9.0% by weight of aluminum and 0.8 to 2.0% by weight of silicon are contained in a balance with 0.1 to 1.2% by weight of magnesium. High strength creep resistant magnesium alloy for die casting.

In claim 2,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting, characterized by containing 0.1 to 1.3% by weight of calcium.

In claim 3,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die casting, comprising 0.01 to 1.5% by weight of a rare earth metal.

In claim 4,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die casting, characterized by containing unavoidable impurities.

In claim 5,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting, comprising manganese in an amount of not more than 1.2% by weight.

In claim 6,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die-casting, containing 0.1% by weight or less of zinc.

In claim 7,
A high-strength creep-resistant magnesium alloy for die casting, containing 0.5% by weight or less of strontium.