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JPH0625791A - 高強度マグネシウム合金 - Google Patents

高強度マグネシウム合金

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JPH0625791A
JPH0625791A JP9732492A JP9732492A JPH0625791A JP H0625791 A JPH0625791 A JP H0625791A JP 9732492 A JP9732492 A JP 9732492A JP 9732492 A JP9732492 A JP 9732492A JP H0625791 A JPH0625791 A JP H0625791A
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Japan
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high temperature
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Ryuji Ninomiya
隆二 二宮
Kohei Kubota
耕平 久保田
Naite Guenter
ナイテ ギュンター
E Schmidt Eberhard
イー シュミット エバハード
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GEA Group AG
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Metallgesellschaft AG
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 亜鉛3〜8重量%、カルシウム0.8〜5重
量%及び銅0〜10重量%を含有し、所望により更にそ
れぞれ2重量%以下のマンガン、ジルコニウム及びケイ
素、及び4重量%以下の希土類元素からなる群から選ば
れた少なくとも1種の元素を含有し、残部がマグネシウ
ムと不可避の不純物からなる室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金。 【効果】 本発明の合金は、従来実用されている汎用の
Mg−Al−Zn−Mn系合金よりも室温及び高温強度
に優れており、軽量且つ耐熱性が要求される自動車エン
ジン部品に適した汎用の耐熱性軽量マグネシウム合金で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は室温及び高温強度に優れ
たマグネシウム合金に関し、より詳しくは自動車エンジ
ン部品などの軽量化において要請されている473K程
度までの高温でも十分な強度を有するマグネシウム合金
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年地球環境保全の意識の高まりから、
自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材料の
開発が強く求められようになってきた。
【0003】マグネシウム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であり、今後の自動車用軽量
材料として強く期待されている。現在最も一般的に用い
られているマグネシウム合金はMg−Al−Zn−Mn
系合金(例えば、AZ91合金=Mg−9Al−1Zn
−0.5Mn)であり、この合金の鋳造技術等の周辺技
術は完成段階にあり、自動車軽量化にあたって先ずこの
合金が検討されている。また、耐熱用マグネシウム合金
としてマグネシウムに希土類元素(RE)を添加した合
金、例えばMg−RE−Zr系合金が開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Mg−Al−Zn−Mn系合金は393K以上で強度が
低下し、自動車エンジン部品の中でも耐熱性が要求され
る用途には適さない。また、上記の耐熱性Mg−RE−
Zr系合金においてはREは重元素であるため溶湯中で
REが下部に偏る傾向があり、また必須成分として用い
ているZrの添加が不安定であり、コスト高になる。
【0005】現在自動車エンジン用ピストン材料として
使用されているA390(Al−18%Si系合金)と
同等の高温強度を持つ軽量材料の開発が望まれている。
【0006】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、耐熱
性と室温強度の両方が要求される自動車エンジン部品用
材料に適した新規な耐熱性高強度マグネシウム合金を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために種々検討を重ねた結果、マグネシウム
に適量の亜鉛及び適量のカルシウム、更に所望により適
量の銅を添加することにより室温及び高温での強度が向
上することを見出した。
【0008】上記AZ合金等にカルシウムを添加するこ
とにより室温及び高温での強度が向上することは既に知
られている。しかしながら、これらの場合のカルシウム
添加量は一般に0.15重量%以下であり、AZ合金の
強度を補完するする程度に用いられているに過ぎない。
これに対し、カルシウム添加量を0.8〜5重量%と
し、亜鉛添加量を3〜8重量%とし、更に所望により銅
を10重量%以下の量で添加することにより室温及び高
温での強度が著しく向上することを見出し、本発明に到
達した。
【0009】即ち、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は亜鉛3〜8重量%及びカルシウム
0.8〜5重量%を含有し、残部がマグネシウムと不可
避の不純物からなることを特徴とする。
【0010】また、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金は亜鉛3〜8重量%、カルシウム0.
8〜5重量%及び銅10重量%以下を含有し、残部がマ
グネシウムと不可避の不純物からなることを特徴とす
る。本発明の室温及び高温強度に優れたマグネシウム合
金は、所望により、更にそれぞれ2重量%以下のマンガ
ン、ジルコニウム及びケイ素、及び4重量%以下の希土
類元素(例えば、イットリウム、ネオジム、ランタン、
セリウム、ミッシュメタル)からなる群から選ばれた少
なくとも1種の元素を含有することができる。
【0011】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、カルシウムは高温強度の向上に
有効な元素である。しかしカルシウムの添加量が0.8
重量%未満の場合にはその合金の高温強度が不十分であ
る。またカルシウム添加量の増加に伴って高温強度は向
上するが、その添加効果はカルシウム添加量5重量%で
飽和に達する。コスト面を考慮するとカルシウムを5重
量%を越えて添加してもメリットがない。従って、本発
明の室温及び高温強度に優れたマグネシウム合金におい
てはカルシウム添加量を0.8〜5重量%、好ましくは
1〜5重量%とする。
【0012】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、亜鉛は室温強度の向上に有効な
元素である。しかし亜鉛の添加量が3重量%未満の場合
にはその合金の室温強度は、Mg−Al系合金の強度に
満たず、不十分である。また亜鉛添加量の増加に伴って
室温強度は向上するが、その添加効果は亜鉛添加量8重
量%で飽和に達し、また8重量%を越えて添加すると合
金の延性が減少することになる。従って、本発明の室温
及び高温強度に優れたマグネシウム合金においては亜鉛
添加量を3〜8重量%、好ましくは4〜7重量%とす
る。
【0013】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、銅は室温強度及び高温強度の両
方の向上に有効な元素であり、銅添加量の増加に伴って
それらの強度は向上するが、その添加量が10重量%を
越えると鋳物中で重力偏析が生じて均一な鋳物が製造で
きなくなる。従って、本発明の室温及び高温強度に優れ
たマグネシウム合金においては銅を添加する場合にはそ
の添加量を10重量%以下、好ましくは2〜10重量%
とする。
【0014】なお、本発明の室温及び高温強度に優れた
マグネシウム合金においては、カルシウムと亜鉛、又は
カルシウムと亜鉛と銅との複合添加によっても、アルミ
ニウムとカルシウムとの複合添加の場合のような化合物
の生成による高温不安定性は認められなかった。即ち、
Mg−Al−Ca系合金においてはAl−Ca化合物が
形成されるのでこの化合物を加工、熱処理等により安定
化させなければならないが、Mg−Zn−Ca系合金及
びMg−Zn−Cu−Ca系合金の場合にはこのような
熱に対して不安定な化合物の析出がないので、鋳造材の
ままで高温状態での使用が可能である。
【0015】Mg合金に一般に2重量%以下の量で添加
されているジルコニウム及びマンガンは本発明のマグネ
シウム合金においても有効であり、組織を微細にし、強
度を向上させる効果を有する。
【0016】本発明の室温及び高温強度に優れたマグネ
シウム合金においては、ケイ素とカルシウムとの組合わ
せは極めて有効であり、高温強度を向上させる効果を有
する。しかしケイ素の添加量が2重量%を越えると初晶
Mg2 Siが粗大となり、機械的強度が低下するので好
ましくない。
【0017】希土類元素(例えば、イットリウム、ネオ
ジム、ランタン、セリウム、ミッシュメタル)はマグネ
シウム合金の高温強度を向上させることは公知であり、
最近は、特にネオジム及びイットリウムが耐熱用マグネ
シウム合金に使われている。この効果はカルシウムとの
併用により更に向上することが判明した。この併用によ
る効果の向上は希土類元素添加量4重量%で飽和する。
コスト面を考慮すると希土類元素を4重量%を越えて添
加してもメリットがない。
【0018】
【実施例】
実施例1〜12及び比較例1〜2 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表1に示す組成の合金
となるように原材料をを装入し、溶解させた。坩堝とし
てSUS304材を使用し、フラックス等は使用しなか
った。その溶湯を25mm×50mm×300mmの金型中に
鋳込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試
験用鋳物からJIS4号試験片を作成した。なお、熱処
理はいずれも500K、10時間である。これらの試験
片を用いて以下の試験を実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度298K及び473K、引張
強度の測定単位=MPa、破断時伸び=%で測定。 測定結果は表1に示す通りであった(表中の%は破断時
伸びである)。
【0019】
【表1】
【0020】実施例13〜26及び比較例3〜4 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表2に示す組成の合金
となるように原材料をを装入し、溶解させた。坩堝とし
てSUS304材を使用し、フラックス等は使用しなか
った。その溶湯を25mm×50mm×300mmの金型中に
鋳込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試
験用鋳物からJIS4号試験片を作成した。なお、熱処
理はいずれも500K、10時間である。これらの試験
片を用いて以下の試験を実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度298K及び523K、引張
強度の測定単位=MPa、破断時伸び=%で測定。 測定結果は表2に示す通りであった(表中の%は破断時
伸びである)。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明のマグネシウム合金は、従来実用
されている汎用のMg−Al−Zn−Mn系合金よりも
室温及び高温強度に優れており、軽量且つ耐熱性が要求
される自動車エンジン部品に適した汎用の耐熱性軽量マ
グネシウム合金である。
【手続補正書】
【提出日】平成4年5月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】
【実施例】 実施例1〜11及び比較例1〜2 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表1に示す組成の合金
となるように原材料を装入し、溶解させた。坩堝として
SUS304材を使用し、フラックス等は使用しなかっ
た。その溶湯を25mm×50mm×300mmの金型中に鋳
込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試験
用鋳物からJIS4号試験片を作成した。なお、熱処理
はいずれも500K、10時間である。これらの試験片
を用いて以下の試験を実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度298K及び473K、引張
強度の測定単位=MPa、破断時伸び=%で測定。 測定結果は表1に示す通りであった(表中の%は破断時
伸びである)。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】
【表1】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】 実施例1225及び比較例3〜4 アルゴン雰囲気の真空溶解炉に、表2に示す組成の合金
となるように原材料をを装入し、溶解させた。坩堝とし
てSUS304材を使用し、フラックス等は使用しなか
った。その溶湯を25mm×50mm×300mmの金型中に
鋳込んで試験用鋳物を作成した。このようにして得た試
験用鋳物からJIS4号試験片を作成した。なお、熱処
理はいずれも500K、10時間である。これらの試験
片を用いて以下の試験を実施した: 引張試験:インストロン引張試験機によりクロスヘッド
速度10mm/min、測定温度298K及び523K、引張
強度の測定単位=MPa、破断時伸び=%で測定。 測定結果は表2に示す通りであった(表中の%は破断時
伸びである)。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 隆二 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 (72)発明者 久保田 耕平 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 (72)発明者 ギュンター ナイテ ドイツ連邦共和国 D−6350 バッド ナ ウハイム マイヌスストラッセ 9 (72)発明者 エバハード イー シュミット ドイツ連邦共和国 D−8755 アルゼナウ アイ ウンターフランクフルト イグラ ウワー ストラッセ 2E

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜鉛3〜8重量%及びカルシウム0.8
    〜5重量%を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不
    純物からなることを特徴とする室温及び高温強度に優れ
    たマグネシウム合金。
  2. 【請求項2】 亜鉛3〜8重量%及びカルシウム0.8
    〜5重量%を含有し、更にそれぞれ2重量%以下のマン
    ガン、ジルコニウム及びケイ素、及び4重量%以下の希
    土類元素からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素
    を含有し、残部がマグネシウムと不可避の不純物からな
    ることを特徴とする室温及び高温強度に優れたマグネシ
    ウム合金。
  3. 【請求項3】 亜鉛3〜8重量%、カルシウム0.8〜
    5重量%及び銅10重量%以下を含有し、残部がマグネ
    シウムと不可避の不純物からなることを特徴とする室温
    及び高温強度に優れたマグネシウム合金。
  4. 【請求項4】 亜鉛3〜8重量%、カルシウム0.8〜
    5重量%及び銅10重量%以下を含有し、更にそれぞれ
    2重量%以下のマンガン、ジルコニウム及びケイ素、及
    び4重量%以下の希土類元素からなる群から選ばれた少
    なくとも1種の元素を含有し、残部がマグネシウムと不
    可避の不純物からなることを特徴とする室温及び高温強
    度に優れたマグネシウム合金。
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