図1は、板状または塊状のマグネシウム合 金出発素材を加工して高強度で高耐衝撃性の マグネシウム合金素材を得るまでの工程を図 解的に示している。

 出発素材は、板状または塊状のマグネシ� ��ム合金である。図示した実施形態では、厚� ��t1が3~10mmの板材を使用している。後の塑性� �工で出発素材に歪を導入することになるが� �歪導入サイトが多いという観点から出発素� �として鋳造材を使用するのが好ましい。

 出発素材の温度を室温~250℃にし、この出 発素材に対して圧下率70%以上の塑性加工を施 し、動的再結晶を生じさせずに大量の歪を導 入する。図示した実施形態では、塑性加工は 、出発素材を1対のロール間に通す圧延加工� �あり、1パス後の板材の厚みは0.4~0.9mmとなる� ��圧下率とは、加工前の素材の厚み減少率で� ��る。

 出発素材の板厚が3mmで、塑性加工後の板� ��が0.9mmであれば、圧下率は次のように求め� �れる。

 圧下率(%)={(3.0-0.9)/3.0}×100=70
 マグネシウムはHCP結晶構造で低温では底面� ��べりしか起こらないので、従来の技術常識� ��は、マグネシウム合金板材を室温で圧延す� ��場合には、割れや破断を避けるために20%以� ��の圧下率にしなければならないと考えられ� ��いた。一般的には、割れや破断を避けるた� ��にマグネシウム合金板材の圧延を300℃以上� ��温度で行っている。その場合でも、圧下率� ��25%以下であった。

 本願発明者らは室温下でマグネシウム合� ��板材に対して圧延加工を行い、圧下率と素� ��の割れとの関係を調べた。本願発明者らの� ��験では、圧下率を20%~60%の範囲にしたとき素 材の割れが発生したが、圧下率を70%以上にす ると素材の割れは発生しなかった。この結果 は、今までの技術常識からは予測できないこ とである。この実験結果については、後に写 真を示して説明する。

 出発素材に対する塑性加工では、動的再� ��晶を生じさせずに大量の歪を導入すること� ��重要である。塑性加工時に動的再結晶によ� ��て素材が結晶組織を持つようになると、後� ��押出加工時に結晶粒が粗大化してしまい、� ��終マグネシウム合金素材が微細な結晶組織� ��有さなくなる。動的再結晶を生じさせない� ��いう観点から、塑性加工時の出発素材の温� ��を250℃以下にすることが必要である。経済� ��の観点および動的再結晶を確実に防ぐとい� ��観点からすれば、塑性加工時の出発素材の� ��度を50℃以下にするのが望ましい。

 出発素材に対する塑性加工としては、圧� ��加工に限られず、出発素材を圧縮変形させ� ��プレス加工であってもよい。この場合であ� ��ても、上記の加工条件が当てはまる。

 出発素材に対して大量の歪を導入する塑� ��加工を行った後、素材を粉砕して粉体を作� ��する。さらにこの粉体を圧縮して固めて押� ��加工用の粉体ビレットを作製する。出発素� ��に対する塑性加工を終了した段階から圧粉� ��化までの工程では、粉体を窒素ガスやアル� ��ンガス等の不活性ガス雰囲気中に置いて粉� ��表面の酸化防止を図ることが望ましい。

 図1に示した最後の工程として、粉体ビレ ットを150~400℃の温度で押出加工する。この� �出加工時に大量の歪を含む素材の内部で動� �再結晶が生じるので、最終的に得られるマ� �ネシウム合金素材は、微細な結晶組織を有� �るものとなる。

 図2は、縦軸に圧延温度をとり、横軸に1� �スあたりの圧下率(%)をとった座標に、マグ� �シウム合金素材に対する従来の一般的な圧� �加工の領域、左海らの報告(軽金属学会第109� ��秋期大会講演概要(2005))に記載された高速圧 延の領域、および本発明の塑性加工の領域を 示している。

 マグネシウム合金素材に対する従来の一� ��圧延では、圧延温度が300~400℃で、圧下率が 25%以下である。左海らの報告に記載された高 速圧延では、圧延温度が室温から350℃で、圧 下率が約60%以下である。本発明の塑性加工で は、圧延温度が室温から250℃で、圧下率が70% 以上である。

 本願発明者らは、マグネシウム合金板材� ��室温で圧延加工して、圧下率と素材の割れ� ��の関係を調べた。図3は、加工後の素材の写 真を示している。図3から明らかなように、� �下率が20%、40%、60%では素材の割れ(破断)が発 生した。一方、圧下率を80%、90%にしたとき、 素材の破断は生じず均一に圧延加工して大量 の歪を導入することができた。80%以上の圧下 率で圧延加工すると、素材の先端部または末 端部で多少の耳割れが生じることがあるが、 素材は後工程で粉砕処理されるので、特に問 題とはならない。

 図4は、縦軸に圧延温度をとり、横軸に1� �スあたりの圧下率(%)をとった座標に、破断(� ��れ)の有無を示す記号を記入したものである 。圧下率を20%にしたとき、室温では素材の破 断が生じたが、圧延温度を100℃以上にすれば 破断なしで均一圧延加工をすることができた 。圧下率を40~60%にしたとき、圧延温度が100℃ 以下では素材の破断が生じたが、圧延温度を 200℃以上にすれば破断なしで均一圧延加工を することができた。圧下率を70%以上にしたと き、室温以上の温度で破断なしで均一圧延加 工をすることができた。

 本願発明者らは、圧延加工時のマグネシ� ��ム合金素材の予熱温度と、圧延加工後の金� ��組織との関係を調べた。図5は、その結果を 示す組織写真である。

 圧下率を20%~40%にして圧延加工した場合、 予熱温度が25℃であれば加工後の素材は再結� ��組織を有していないが、予熱温度を400℃に� ��ると動的再結晶により結晶化した組織を有� ��るものとなった。圧下率を70%にして圧延加� ��した場合、予熱温度が200℃以下であれば加� ��後の素材は再結晶組織を有していないが、� ��熱温度を300℃以上にすると動的再結晶によ� ��結晶化した組織を有するものとなった。圧� ��率を80%にして圧延加工した場合、予熱温度� ��200℃以下であれば加工後の素材は全く再結� ��組織を有していないが、予熱温度が250℃の� ��き、素材の一部のみが動的再結晶により結� ��化していることが認められた。また、圧下� ��が80%で予熱温度を300℃以上にすると、素材� ��ほぼ全体が動的再結晶により結晶化した。� ��って、予熱温度の上限を250℃とすることに� ��義がある。圧下率を90%にして圧延加工した� ��合、予熱温度が25℃であれば素材は再結晶� �織を有していないが、400℃の予熱温度にす� �と素材は結晶化した。

 図6は、縦軸に圧延温度をとり、横軸に1� �スあたりの圧下率(%)をとった座標に、再結� �の有無を示す記号を記入したものである。� �下率を70%以上にし、圧延温度を250℃以下に� �れば、再結晶をすることなく圧延加工をす� �ことが可能となる。

 図7は、圧下率80%の圧延加工時のマグネシ ウム合金出発素材の予熱温度と、圧延加工後 のマグネシウム合金素材の硬度との関係を示 す図である。出発素材の予熱温度が250℃以下 で圧延加工した場合、圧延加工後のマグネシ ウム合金素材の硬度(Hv)は90以上であるが、予 熱温度が300℃以上の温度で圧延加工をした場 合、圧延加工後のマグネシウム合金素材の硬 度(Hv)が90未満になることが認められた。

 本願発明者らは、マグネシウム合金の出� ��原料の形態、圧延加工条件、押出加工条件� ��変えて加工を行い、最終的に得られたマグ� ��シウム合金素材の機械的特性を比較した。� ��の結果を表1に示す。

 試験No.D71は本発明例であり、鋳物の板材� ��出発原料とし、1対のロールを用いて温度(� �発原料の予熱温度)25℃で圧下率84%の圧延加� �を行い、その後押出温度400℃で押出加工し� �ものである。圧延加工後の素材は再結晶組� �を有していなかった。押出加工後の押出材� �平均結晶粒径は3.36μmであった。最終的なマ� ��ネシウム合金素材の機械的特性を見ると、� ��張強度、降伏応力、伸び、硬度、衝撃吸収� ��ネルギーの特性において良好な結果を示し� ��いることが認められる。

 試験No.D78は本発明例であり、鋳物の板材� ��出発原料とし、1対のロールを用いて温度25� ��で圧下率84%の圧延加工を行い、その後押出� ��度200℃で押出加工したものである。圧延加� ��後の素材は再結晶組織を有していなかった� ��試験No.D71と比較して、押出加工時の押出温� ��が低く、その結果、押出材の平均結晶粒径� ��より小さい1.36μmであり、さらに最終的なマ グネシウム合金素材の引張強度、降伏応力、 伸び、硬度、衝撃吸収エネルギーの全ての特 性において向上が見られた。

 試験No.P1は本発明例であり、鋳物の塊状� �を出発原料とし、プレスによって温度25℃で 圧下率90%の圧縮変形加工を行い、その後押出 温度200℃で押出加工したものである。圧延加 工後の素材は再結晶組織を有していなかった 。試験No.D71と比較して、押出加工時の押出温 度が低く、その結果、押出材の平均結晶粒径 がより小さい2.15μmであり、さらに最終的な� �グネシウム合金素材の引張強度、降伏応力� �伸び、衝撃吸収エネルギーの全ての特性に� �いて向上が見られた。

 試験No.B1は比較例であり、鋳物の棒材を� �発原料とし、切削加工によりチップを切り� �し、これらのチップを400℃で押出加工した� �のである。切削作業は、チップに塑性変形(� ��たは歪)を与える。その歪量は、圧下率が約 40%前後の歪に相当すると推測できる。本発明 例と比較して、押出材の平均結晶粒径はかな り大きく、5.27μmであった。また、最終的な� �グネシウム合金素材の機械的特性を見ると� �本発明例に比べて、伸びおよび衝撃吸収エ� �ルギーの特性が劣っていることが認められ� �。

 試験No.D4は比較例であり、鋳物の板材を� �発原料とし、1対のロールを用いて温度400℃� ��圧下率97%の圧延加工を行い、その後押出温� ��400℃で押出加工したものである。本発明例� ��比べて、圧延加工時の温度が高いため、圧� ��加工後の素材は再結晶組織を有していた。� ��の再結晶組織の結晶粒径は1.35μmと微細であ った。押出加工時に微細な結晶組織が粗大化 したため、押出材の平均結晶粒径は、本発明 例のものよりも大きい4.91μmであった。また� �最終的なマグネシウム合金素材の機械的特� �を見ると、本発明例に比べて、引張強度、� �伏応力、伸び、硬度、衝撃吸収エネルギー� �全ての特性が劣っていることが認められた� �

 試験No.A15は従来例であり、鋳造材を400℃� ��温度で直接押出加工したものである。押出� ��の平均結晶粒径は本発明例のものよりも大� ��く、3.46μmであった。最終的なマグネシウム 合金素材の機械的特性を見ると、本発明例に 比べて、伸びおよび衝撃吸収エネルギーの特 性が劣っていることが認められた。

 以上、図面を参照してこの発明の実施形� ��を説明したが、この発明は、図示した実施� ��態のものに限定されない。図示した実施形� ��に対して、この発明と同一の範囲内におい� ��、あるいは均等の範囲内において、種々の� ��正や変形を加えることが可能である。