专利名称：耐热镁合金及合金铸件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种耐热镁合金及合金铸件的制造方法，尤其涉及在基于压力铸造等 的批量生产前的新产品的试产阶段中，用于铸造基于砂型铸造的试产品的耐热镁合金及耐 热镁合金铸件的制造方法。
背景技术：
因近年来轻量化需求的提高，重量比铝合金更轻的镁合金受到瞩目。该镁合金是 在实用金属材料中重量最轻的材料，除了要求机体轻量化的飞机产业以外，随着环境意识 的提高，尤其在发展车体(车辆)的进一步轻量化的汽车产业等各产业界中作为零件材料 受到瞩目。于是，响应这种产业界的要求，提出了如下耐热镁合金耐热性等机械特性和基于 抑制生产成本的压力铸造等的批量生产性等优异的由镁-铝-钙3元类构成(例如，参照 专利文献1 专利文献4等)。专利文献1中公开有如下耐热镁合金含有6 12重量％的铝、0. 05 4重量％ 的钙、0. 5 4重量％的稀土类元素、0. 05 0. 50重量％的锰、及0. 1 14重量％的锡，余 量由镁及不可避免杂质构成，并且耐热性、铸造性优异，并且公开有如下耐热镁合金在由 这种成分组成构成的耐热镁合金中进一步含有0. 05 0. 2重量％的锆、0. 03 0. 2重量％ 的碳中至少1种而构成，并且耐热性、铸造性优异。专利文献2中公开有含有如下成分而成的镁合金至少86重量％的镁、4. 8 9. 2 重量％的铝、0. 08 0. 38重量％的锰、0. 00 0. 9重量％的锌、0. 2 1. 2重量％的钙、 0. 05 1. 4重量％的锶、0. 00 0. 8重量％的稀土类元素。专利文献3中公开有含有如下成分而成的镁合金至少85. 4重量％的镁、4. 7 7. 3重量％的铝、0. 17 0. 60重量％的锰、0. 0 0. 8重量％的锌、1. 8 3. 2重量％的钙、 0. 3 2. 2重量％的锡、0. 0 0. 5重量％的锶。专利文献4中公开有如下镁合金在对含有2 9重量％的铝、6 12重量％的 锌、及0. 1 2. 0重量％的钙且余量由镁及不可避免杂质构成的镁合金依次施以固溶处理 和人工时效处理的状态下，室温时具有至少140MPa的0. 2%的耐力，且具有65HV以上的维 氏硬度。专利文献1 日本专利公开2005-68550号公报专利文献2 日本专利公开2004-238678号公报专利文献3 日本专利公开2004-238676号公报专利文献4 日本专利公开2002-266044号公报但是，利用耐热镁合金通过高压压铸法批量生产新设计的新产品，例如，油盘、汽 缸头盖、汽缸体等汽车用零件以及使其实用化时，必须在该工序之前的零件设计到实用化 的开发阶段，铸造少数具备批量生产时接近的机械特性的试产品，由此对新规设计零件进 行检验，即，作为单体及基于多个零件的装配之后的状态对各种功能或特性进行事先评价、确认。然而，通过以往的技术利用镁合金制造新产品的试产品时，尚未确立实现在能够 以低成本且在短期间内铸造的铸型中利用最简易的砂型的铸造技术，因此，以往如果不是 从新产品的开发阶段(试产阶段)制作与批量生产时相同的压力铸造用印模，则无法试产祷造试广品。因此，以往，必须花费开发期间才能开始试产铸造，其结果开发费用增高的同时， 期间被延长，因此强烈渴望实现飞机产业或汽车产业等各产业界的开发技术人员以更廉价 且短期间试产铸造试产品，且可以评价确认(实际验证)机械特性等的试产铸造技术。艮口， 强烈渴望实现与印模相比能够以廉价且短期间制作的基于砂型的试产品的试产铸造技术。
发明内容
因此，本发明为解决所述课题而发明的，提供一种以如下作为目的而进行改进的 耐热镁合金及耐热镁合金铸件的制造方法以基于压力铸造等的批量生产铸造作为前提， 通过能够以廉价且短期间进行的简易的砂型铸造实现新产品的设计或开发阶段中的试产 品的试产铸造；并且，可通过砂型铸造进行能够得到基于压力铸造的批量生产品的大致 75%以上的机械特性的试产品的试产铸造。在此，压力铸造品的75%以上的机械特性是指在试产功能评价中成为主要所需规 格的静态拉伸试验中的0. 2%的耐力与压力铸造作对比为75%以上。本发明人员经长年深入研究重复各种实验的结果，发现了可以解决所述课题的方 法，以至于完成本发明。S卩，本发明的耐热镁合金，含有镁、铝、钙，其特征在于，含有超过9. 20质量％ 12. 6质量％的铝、0. 9 2. 0质量％的钙、0. 0005 0. 1000质量％的铍、及0. 10 0. 45质量％的锰(Mn)，余量由镁及不可避免杂质构成。在此，本发明的耐热镁合金优选含有超过9. 50质量％ 10. 5质量％的所述铝、超 过1. 2质量％ 2. 0质量％的所述钙、0. 0010 0. 0100质量％的所述铍。并且，本发明的耐热镁合金优选进一步含有1. 0质量％以下的锌或/及0. 60质 量％以下的锶、0. 005质量％以下的铁、0. 10质量％以下的硅、0. 020质量％以下的镍、 0. 030质量％以下的铜。并且，在本发明的耐热镁合金铸件的制造方法中，熔化耐热镁合金，并将其合金熔 融金属浇注到铸型中而铸造铸件，其特征在于，包括处理工序，对所述合金熔融金属进行630 670°C下基于熔剂的精炼处理、或 630 730°C下基于惰性气体的脱气处理、或者通过在200Τοπ·以下的减压下放置所述合 金熔融金属来进行的除气处理中的任意一种以上的处理；填充工序，在该处理工序之后，在 670 730°C的熔融金属温度下，向腔表面的温度平均在45°C以上的所述铸型内浇注所述 合金熔融金属。在此，所述耐热镁合金优选含有超过9. 20质量％ 12. 6质量％的铝、0. 9 2. 0 质量％的钙、0. 0005 0. 1000质量％的铍、及0. 10 0. 45质量％的锰，余量由镁及不可 避免杂质构成，而且含有超过9. 50质量％ 10. 5质量％的铝、超过1. 2质量％ 2.0质 量％的钙、及0. 0010 0. 0100质量％的铍，进一步含有1. 0质量％以下的锌、0. 60质量％以下的锶、0. 005质量％以下的铁、0. 10质量％以下的硅、0. 020质量％以下的镍、及0. 030质量％以下的铜。并且，优选如下所述熔剂由10 15质量％的氟化钙、40 46质量％的氯化钡、 6 11质量％的氯化钾、30 38质量％的氯化镁、及混入各种不可避免杂质的粉体构成， 在浇注于所述铸型的总熔融金属重量的0. 2 0. 5质量％的范围内，将该粉体投入到所述 合金熔融金属中并使之混勻之后，继续进行20分钟以内的所述合金熔融金属的搅拌工作 和该搅拌工作后5分钟以上的熔融金属静置。并且，优选如下通过以流量3 10公升/分钟、3分钟以上的时间向所述合金熔 融金属内送入氩气来进行所述脱气处理，所述氩气的纯度为97%以上，并且，所述氩气向所 述合金熔融金属内的送入是通过使具有多个氩气成为气泡而喷出的微细孔的气体供给管 浸渍于所述合金熔融金属内来进行的，并且，所述铸型为砂型，其模具主材料包含30%以上 的锆砂。而且，在本发明的耐热镁合金铸件的制造方法中，优选所述铸件的含氢量在 20cc/100gMg 以下。发明效果根据本发明，可以通过简易的砂型进行新设计的新产品即油盘、汽缸头盖、汽缸体 等汽车用零件中用于进行根据这些各零件的用途所要求的机械特性(轴力保持率、拉伸强 度、0.2耐力、伸长率等)、并且铸造中的铸造性(流动性、铸造龟裂、向模具的紧固性等)的 评价确认的试产品的试产铸造等。即，利用耐热镁合金设计开发新形状或结构的新产品时， 可以利用简易的砂型铸造在短期间内找到用于通过压力铸造等批量生产产品的铸型方案 或其铸造条件等。
图1是示意地表示测定拧紧的螺栓的轴力的状态的简要说明图。图2是表示评价拉伸特性的试料片的说明图。
具体实施例方式[耐热镁合金]本发明的耐热镁合金含有超过9. 21质量％ 12. 6质量％的铝(Al)、0. 9 2. 0 质量％的钙(Ca)、0. 0005 0. 00999质量％的铍(Be)、及0. 10 0. 45质量％的锰(Mn)， 余量由主成分镁(Mg)及微少量不可避免杂质构成。并且，本发明的耐热镁合金进一步含有1. 0质量％以下的锌(Zn)、0. 60质量％以 下的锶(Sr)、0. 005质量％以下的铁(Fe)、0. 10质量％以下的硅(Si)、0. 020质量％以下的 镍(Ni)、及0. 030质量％以下的铜(Cu)而构成。以下，对组成的限定理由进行说明。《超过9.21质量％ 12. 6质量％的铝》铝为有助于提高耐蚀性及铸造性的同时有助于镁合金的强化而提高铸造品的机 械强度的元素，所以若含量过小，则存在铸造性显著下降的顾虑，尤其存在无法得到良好的 流动性(液性)的顾虑。另一方面，若含量过剩，则也有时超过镁合金的母相(matrix)中的铝的固溶界限，存在非平衡晶化的β (Mgl7,A112)相显著增大，铸件品的韧性及延展性 (伸长率)下降的顾虑。因此，铝的含量设定在超过9. 21质量％ 12. 6质量％范围内，这在使本发明成立 的方面是非常重要的，优选在超过9. 50质量％ 10. 5质量％范围内。《0. 9 2. 0质量％的钙》钙为如下元素，即在镁合金中与铝共存时，以Al2Ca为代表的Al-Ca类化合物相在 凝固中主要在晶粒间界、晶粒边界晶化生长，这些热稳定的化合物相抑制晶粒内的变形及 粒界滑动等，并改善镁合金的高温强度(耐热性)，因此若含量过小，则Al2Ca相的生成少， 耐热性的提高效果变小。另一方面，若含量过剩，则存在韧性及延展性下降到实用性无法承 受的程度的顾虑。
因此，钙的含量设定在0. 9 2. 0质量％范围内，这在使本发明成立的方面是非常 重要的，优选在1.21 1.90质量％范围内。《0. 0005 0. 1000质量％的铍》铍为如下元素，即发挥防止熔化、熔剂精炼、脱气、熔融金属保持及铸造中(合金 熔融金属向模具内的填充中)的耐热镁合金的合金熔融金属的氧化燃烧作用的元素，该防 止效果起因于，就金属氧化物的生成自由能而言，铍低于镁，容易优先氧化。因此，若含量与 0. 0005质量％相比过小，则铍的优先氧化量变少，所以导致熔融金属自身的氧化燃烧显著 加快，铸造时的流动性(液性)下降。另一方面，若含量与0.1000质量％相比过剩，则导致 在合金熔融金属的表面形成需要以上的厚壁且坚固的氧化铍(BeO)的保护薄膜，这不仅成 为流动性(液性)的弊病而成为引起熔融金属浇注不满的主要原因，而且保护薄膜成为夹 杂物混入铸件品中而成为导致机械特性下降的主要原因。因此，铍的含量设定在0.0005 0. 1000质量％范围内，这在使本发明成立的方面 是非常重要的，优选在0. 0010 0. 0100质量％范围内。《0. 10 0. 45质量％的锰》锰为有助于提高镁合金的耐蚀性的元素，因此若含量与0. 10质量％相比过小，则 耐蚀性的提高效果变小。另一方面，若含量与0. 45质量％相比过剩，则无法完全熔化于合 金熔融金属中，存在导致起因于Al6Mn等脆弱化合物相的生成的韧性下降的顾虑。因此，锰的含量设定在0. 10 0.45质量％范围内，这在使本发明成立的方面是非 常重要的，优选在0. 15 0. 35质量％范围内。《1.0质量％以下的锌》锌为如下元素，即添加于Mg-Al合金中时，优先向镁合金的母相(matrix)中固溶 而有助于固溶强化的同时，有助于晶化及析出β (Mgl7、A112)相的细微且均勻的分散，因 此，若含量与1. 0质量％相比过剩，则存在牵连Mg-Si类晶化相和与此伴随的低熔点的多元 共晶反应生成的顾虑，若产生该多元共晶反应的生成，则存在凝固中途的铸造龟裂显著增 大的顾虑。因此，锌的含量设定在1.0质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要的， 优选在0. 90质量％以下。《0.60质量％以下的锶》锶为通过均勻固溶于以Al2Ca为代表的Al-Ca类化合物相中来有利于提高镁合金的耐热性的元素。但是，若含量与0. 60质量％相比过剩，则所述耐热改善效果饱和，即便超 过0. 60质量％而含有也变得毫无意义。而且，就与0. 60质量％相比过剩的含有而言，存在 生成Al-Sr化合物相的顾虑。由于该Al-Sr化合物相脆弱，因此存在使镁合金的强度或延 展性等机械特性下降的顾虑。因此，锶的含量设定在0. 60质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要 的，优选在0. 40质量％以下。《0.005质量％以下的铁》铁为对铸造品的耐蚀性发挥很大影响的元素，因此若含量与0. 005质量％相比过 剩，则存在铸造品的耐蚀性显著下降的顾虑。因此，铁的含量设定在0. 005质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要 的，优选的含量在0. 003质量％以下。《0.10质量％以下的硅》硅如果是微量就不是有害元素，不会过于造成耐热镁合金的特性变化，但若含量 与0. 10质量％相比过剩，则生成Mg2Si化合物相而存在延展性及疲劳强度下降的倾向。因此，硅的含量设定在0. 10质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要 的，优选的含量在0. 07质量％以下。《0.020质量％以下的镍》镍为对铸造品的耐蚀性发挥很大影响的元素，因此若含量与0. 020质量％相比过 剩，则存在铸造品的耐蚀性显著下降的顾虑。因此，镍的含量设定在0. 020质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要 的，优选的含量在0.001质量％以下。《0.030质量％以下的铜》铜与镍相同，是对铸造品的耐蚀性发挥很大影响的元素，因此若含量与0. 030质 量％相比过剩，则有铸造品的耐蚀性显著下降的顾虑。因此，铜的含量设定在0. 030质量％以下，这在使本发明成立的方面是非常重要 的，优选的含量在0. 020质量％以下。《不可避免杂质》作为本发明所涉及的耐热镁合金中的不可避免杂质，例如可以举出铅(1 )、钛 (Ti)、锡(Sn)、以及氧化镁(MgO)等的氧化物。铅和钛如果是微量就不是有害元素，不会过于造成耐热镁合金的特性变化，但若 含量与0.01质量％相比过剩，则生成金属间化合物相而存在延展性下降的倾向。因此优选 制备(调和)成耐热镁合金中成为0.01质量％以下。锡在微量添加时不会带来特大影响，但若含有0. 02质量％以上，则生成高温下稳 定的Mg-Sn-Ca类金属间化合物相。若该金属间化合物相的生成量增加，则以提高耐热性为 目的添加的Ca在Mg-Sn-Ca类金属间化合物相的生成中被消耗掉，导致作为本类耐热合金 的主要耐热强化相的Al2Ca相相对减少，甚至牵连耐热特性的下降。因此，优选制备成耐热 镁合金中成为0. 01质量％以下。氧化镁为主要影响铸造时熔融金属的液性及铸造后的铸件的机械性质的非金属 夹杂物，因此含量的增加存在使这些的特性按比例相对下降的倾向。因此优选制备成耐热镁合金中成为1.0质量％以下。[实施例]接着，举出实施例具体说明本发明的耐热镁合金。分别准备如下制备的各种Mg-Al-Ca类合金在主成分镁中含有超过9. 50质 量％ 10. 5质量％的铝、1. 21 1. 90质量％的钙、0. 0010 0. 0100质量％的铍、0. 15 0. 35质量％的锰、及不可避免杂质(铅、钛、锡、以及氧化镁等氧化物)，进一步含有1. 0质 量％以下的锌、0. 60质量％以下的锶、0. 005质量％以下的铁、0. 10质量％以下的硅、0. 020 质量％以下的镍、及0. 030质量％以下的铜(表1的实施例1 6)。并且，通过后述的制造方法(砂型铸造)由准备的本发明合金铸造铸件，观察此时 的本各种Mg-Al-Ca类合金的铸造性的同时，利用所得到的本各种Mg-Al-Ca类合金铸件进 行评价机械特性的试验，将这些结果示于表2。[比较例]而且，在所述的铝、钙、铍的含有范围内超过其含有上限值。并且，分别准备低于含 有下限值的各种Mg-Al-Ca类合金(表1的比较例1 6)，观察通过与上述相同地后述的制 造方法进行制造时的铸造性的同时，利用所得到的各种Mg-Al-Ca类合金铸件进行评价机 械特性的试验，将这些结果示于表2。
权利要求
1.一种耐热镁合金，含有镁、铝、钙，其特征在于，含有超过9. 20质量％ 12. 6质量％的铝、0.9 2.0质量％的钙、0. 0005 0. 1000质量％的铍、及0. 10 0. 45质量％的锰，余量由镁及不可避免杂质构成。
2.如权利要求1所述的耐热镁合金，其特征在于，含有超过9. 50质量％ 10. 5质量％的铝、超过1. 2质量％ 2.0质量％的钙、及 0. 0010 0. 0100质量％的铍。
3.如权利要求1或2所述的耐热镁合金，其特征在于，进一步含有1. O质量％以下的锌或/及0. 60质量％以下的锶、0. 005质量％以下的 铁、0. 10质量％以下的硅、0. 020质量％以下的镍、及0. 030质量％以下的铜。
4.一种耐热镁合金铸件的制造方法，熔化耐热镁合金，并将其合金熔融金属浇注到铸 型而铸造铸件，其特征在于，包括处理工序，对所述合金熔融金属进行630 670°C下基于熔剂的精炼处理、或630 730°C下基于惰性气体的脱气处理、或者通过在200Τοπ·以下的减压下放置所述合金熔融 金属来进行的除气处理中的任意一种以上的处理；填充工序，在该处理工序之后，在670 730°C的熔融金属温度下，向腔表面的温度平 均在45°C以上的所述铸型内浇注所述合金熔融金属。
5.如权利要求4所述的耐热镁合金的制造方法，其特征在于， 耐热镁合金为权利要求1 3中任意一项所述的耐热镁合金。
6.如权利要求4所述的耐热镁合金铸件的制造方法，其特征在于，熔剂由如下构成10 15质量％的氟化钙、40 46质量％的氯化钡、6 11质量％ 的氯化钾、30 38质量％的氯化镁、及分别混入不可避免杂质的粉体，在浇注于所述铸型的总熔融金属重量的0. 2 0. 5质量％的范围内，将所述粉体投入 所述合金熔融金属并使之混勻之后，继续进行20分钟以内的所述合金熔融金属的搅拌工 作和该搅拌工作之后5分钟以上的熔融金属静置。
7.如权利要求4所述的耐热镁合金铸件的制造方法，其特征在于，脱气处理通过以流量3 10公升/分钟、3分钟以上的时间向所述合金熔融金属内送 入氩气来进行，所述氩气的纯度为97%以上。
8.如权利要求7所述的耐热镁合金铸件的制造方法，其特征在于，氩气向所述合金熔融金属内的送入是使具有多个氩气成为气泡而喷出的微细孔的气 体供给管浸渍于所述合金熔融金属内来进行的。
9 如权利要求4或6所述的耐热镁合金铸件的制造方法，其特征在于， 铸型为砂型，其模具主材料包含30%以上的锆砂。
10.如权利要求4 9中任一项所述的耐热镁合金铸件的制造方法，其特征在于， 通过该制造方法得到的所述铸件的含氢量为20cc/100gMg以下。
全文摘要
本发明提供耐热镁合金及合金铸件的制造方法，其能够通过砂型铸造实现与基于压力铸造的批量制品相比得到约75％的机械特性的铸件制造。该合金以质量％计含有9.20～12.6％铝、0.9～2.0％钙、0.0005～0.1000％铍、0.10～0.45％锰、1.0％以下锌、0.60％以下锶、0.005％以下铁、0.10％以下硅、0.020％以下镍、及0.030％以下铜，余量由镁及不可避免杂质构成，合金铸件制造方法包括处理工序，对耐热镁合金熔融金属进行精炼处理、脱气处理或除气处理中任一种以上处理；填充工序，在处理工序之后，在670～730℃浇注温度，向腔表面的温度平均45℃以上的铸型内浇注合金熔融金属。
文档编号C22C23/02GK102051507SQ201010536159
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月3日 优先权日2009年11月4日
发明者三币裕喜夫, 才川清二, 榊原胜弥 申请人:株式会社亚铝质提