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。出発素材の一例として、板� ��が3~10mmの板材を使用している。後の塑性加� ��で出発素材に歪を導入することになるが、� ��導入サイトが多いという観点から出発素材� ��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。

 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。

 図1に示すように、圧下率70%以上の塑性加 工を施した素材に対して粉砕処理を行ない、 粉体を得る。本発明の特徴は、この粉体をさ らに一対の回転ロール間に通して圧縮変形さ せ、引き続いて圧縮変形粉体を破砕して顆粒 状粉体にすることにある。このように大圧下 塑性加工によって大量の歪を導入することに 引き続いて、ローラーコンパクターによって 粉体を圧縮変形させることにより、最終的に 得られるマグネシウム合金素材の結晶粒がよ り微細化し、強度的に優れたものとなる。

 上記のようにして得られた顆粒状粉体を� ��縮して固めて押出加工用の粉体ビレットを� ��製する。好ましくは、この粉体ビレットを1 50~400℃の温度で押出加工する。この押出加工 時に大量の歪を含む素材の内部で動的再結晶 が生じるので、最終的に得られるマグネシウ ム合金素材は、微細な結晶組織を有するもの 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。圧下率が20%、40%、60%では� ��材の割れ(破断)が発生した。一方、圧下率� �80%、90%にしたとき、素材の破断は生じず均� �に圧延加工して大量の歪を導入することが� �きた。80%以上の圧下率で圧延加工すると、� �材の先端部または末端部で多少の耳割れが� �じることがあるが、素材は後工程で粉砕処� �されるので、特に問題とはならない。

 図3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。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� ��加工後の素材は再結晶組織を有していない� ��、予熱温度を400℃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70%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再結晶組� ��を有していないが、予熱温度を300℃以上に� ��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80%にして圧延加� ��した場合、予熱温度が200℃以下であれば加� ��後の素材は全く再結晶組織を有していない� ��、予熱温度が250℃のとき、素材の一部のみ� ��動的再結晶により結晶化していることが認� ��られた。また、圧下率が80%で予熱温度を300� ��以上にすると、素材のほぼ全体が動的再結� ��により結晶化した。従って、予熱温度の上� ��を250℃とすることに意義がある。圧下率を9 0%にして圧延加工した場合、予熱温度が25℃� �あれば素材は再結晶組織を有していないが� �400℃の予熱温度にすると素材は結晶化した� �

 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、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5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、下記の4種の製造方法を 経て作製した押出材のシャルピー吸収エネル ギーおよび0.2%耐力を測定した。その結果を� �6に示す。

 1)「鋳物押出材」
 鋳造法によって作製したマグネシウム合金� ��レットを押出加工したものである。

 2)「大圧下率圧延法」
 板状または塊状のマグネシウム合金の出発� ��材に対して圧下率70%以上の塑性加工を行い� ��塑性加工後の素材を粉砕して粉体を作り、� ��の粉体を圧縮して固めた粉体ビレットを押� ��加工したものである。

 3)「RCP工法」
 マグネシウム合金からなる出発原料粉末を� ��対のロール間に通して圧縮変形させ、この� ��縮変形粉体を破砕して顆粒状粉体とし、こ� ��顆粒状粉体を圧縮して固めた顆粒状粉体ビ� ��ットを押出加工したものである。

 4)「大圧下+RCP工法」
 本発明に従った製造方法である。板状また� ��塊状のマグネシウム合金の出発素材に対し� ��圧下率70%以上の塑性加工を行い、塑性加工� ��の素材を粉砕して粉体を作る。さらに、こ� ��粉体を一対のロール間に通して圧縮変形さ� ��、この圧縮変形粉体を破砕して顆粒状粉体� ��し、この顆粒状粉体を圧縮して固めた顆粒� ��粉体ビレットを押出加工したものである。

 図6から次のことを理解できる。

 「鋳物押出材」は、そのシャルピー吸収� ��ネルギーvEが15J程度、耐力が200MPa程度であ� �。

 「大圧下率圧延法」を経た押出材であれ� ��、耐力が「鋳物押出材」と同程度であるが� ��シャルピー吸収エネルギーは30~35J程度にな� ��著しく向上している。

 「RCP工法」を経た押出材では、耐力はパ� ��回数の増加とともに向上するが、シャルピ� ��吸収エネルギーはパス回数の増加とともに� ��下する。パス回数が50回だと、シャルピー� �収エネルギーが5J以下となってしまう。

 本発明の実施形態である「大圧下+RCP工法 」を経た押出材では、耐力は「大圧下率圧延 法」の押出材よりも高い値を示し、シャルピ ー吸収エネルギーは「大圧下率圧延法」の押 出材よりも僅かに劣るものの「鋳物押出材」 よりははるかに良好な特性を示している。

 図7は、各種の押出材の強度特性を示す図 である。比較した押出材は、「市販のAZ31B合� ��」、「RCP工法」の押出材、「大圧下工法」� ��押出材、本発明例である「大圧下+RCP5パス� �の押出材である。なお、素材の材質は、い� �れもAZ31B合金である。

 図7の結果から次のことを理解できる。

 「RCP工法」の押出材では、市販のAZ31B合� �と比較して、強度(引張強度TS、耐力YS)が高� �が、シャルピー衝撃吸収エネルギー(vE)が低� ��った。

 「大圧下工法」の押出材では、衝撃吸収� ��ネルギー(vE)は市販のAZ31B合金の3~4倍であり� ��強度(引張強度TS、耐力YS)は市販のAZ31B合金� �りも高いが、「RCP工法」の押出材よりも低� �った。

 本発明例である「大圧下+RCP5パス」の押� �材では、「RCP工法」の押出材に比較して、� �度(引張強度TS、耐力YS)が僅かに低かったが� �衝撃吸収エネルギーが遥かに高かった。ま� �、「大圧下工法」の押出材に比較して、シ� �ルピー吸収エネルギーが下がったが、強度� �向上した。

 以上のことから、本発明例である「大圧� ��+RCP」の押出材であれば、強度(引張強度TS、 耐力YS)および衝撃吸収エネルギーの両者にお いて、満足できる特性が得られることを理解 できる。

 図8は、「大圧下+RCP」工法において、ロ� �ラーコンパクター(RCP)のパス回数とマグネシ ウム合金押出材の強度との関係を示す図であ る。図8に示す測定結果から、次のことを理� �できる。

 「大圧下+RCP」工法では、RCP処理回数の増 加に従い、マグネシウム合金(AZ31B)押出材の� �度(引張強度TS、耐力YS)が増加する。それに� �して、シャルピー衝撃吸収エネルギーは、RC P処理回数の増加に従い、低下する。RCP処理� �数(パス回数)が5~10回であれば、マグネシウ� �合金押出材の強度および衝撃吸収エネルギ� �の両者において、満足できる特性が得られ� �ことを理解できる。

 具体的に見ると、大圧下の塑性加工後のR CP処理回数が10回の場合、耐力(YS)は「RCP工法� ��の押出材と同等のレベルであり、衝撃吸収� ��ネルギーは、「RCP工法」の押出材よりも遥� ��に高く、市販のAZ31B合金よりも1.5~2倍程高く なっている。

 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。