TWI473675B

TWI473675B - 鎂合金板材

Info

Publication number: TWI473675B
Application number: TW98102362A
Authority: TW
Inventors: 沼野正禎; 河部望; 大石幸廣; 森信之; 奧田伸之; 井上龍一
Original assignee: 住友電氣工業股份有限公司
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2015-02-21
Also published as: US8852363B2; KR101742897B1; TW200936272A; US20110003139A1; RU2010135345A; AU2009207225B2; WO2009093420A1; CN101925682B; CN101925682A; EP2239348A1; BRPI0907034A2; EP2239348A4; KR20100102142A; AU2009207225B9; JP2009174008A; JP4613965B2; KR20150114582A; AU2009207225A1; EP2239348B1; RU2482206C2

Description

鎂合金板材

本發明涉及鎂合金板材，及該板材經塑性加工得之成形體；特別是塑性加工性優良且剛性高之鎂合金板材。

於鎂含有種種添加元素之鎂合金已見利用於手機、筆電等行動裝置的外殼及汽車零件等。鎂合金因具有六方晶之結晶構造(hcp構造)，常溫下塑性加工性不足，故上述外殼等鎂合金製品係以模鑄法、流變鑄造法之鑄造材為主流。

為提升鎂合金之塑性加工性，專利文獻1提議，於鎂合金之晶粒內分散以複數的25×10^-12 πm² 以上2500×10^-12 πm² 以下(等面積圓直徑10~100μm)之析出物。專利文獻2則揭示，將鎂合金中結晶析出物微細化至最大徑為20μm以下，可得優良之塑性加工性(成形性)。

專利文獻1　日本專利特開2003-239033號公報

專利文獻2　國際公開第06/003899號小冊

於一般的熱塑性加工，鍛造係不易發生皸裂之代表性加工法。可以想見，即使係鍛造加工，析出物之最大徑仍以20μm以下為佳。但是，專利文獻1所述之鎂合金原材料係使析出物到處均勻存在於其全體，而表面側亦恐怕會有較粗大析出物存在。原材料表面側若有超過20μm之粗大析出物存在，則塑性加工時容易發生破裂，塑性加工性差。

而專利文獻2所述之鎂合金材雖於其全體到處存在有結晶析出物，但因其最大徑係20μm以下，塑性加工時不易破壞，塑性加工性優良。可是，為輕量化而降低鎂合金材之厚度則剛性下降，受衝擊時鎂合金材恐易於發生凹陷等之變形。

故本發明之一目的係在提供，塑性加工性及剛性俱優之鎂合金板材。本發明之另一目的在提供，剛性優良之鎂合金成形體。

板材於彎曲時，位在彎曲內側之一方的表面受到壓縮應力，位於彎曲外側的另一表面受到拉伸應力之作用。例如，有析出物粒子存在之板材，其表面側若有粗大析出物存在，則在上述應力之作用下，容易成為破裂之起點。但是，此板材厚度方向的中心及其附近實質上無上述應力，或其作用應力小於表面側。故板材中心及其附近有較粗大析出物存在，應該也不易發生破裂。又，析出物之剛性(或彈性係數)高於母材鎂合金本身，使如此之高剛性物存在於板材中心及其附近，可提高板材之剛性。尤以此高剛性物粗大至某一程度，即可有效提高板材之剛性。基於此一見解，本發明之板材係使表面側與中心部分存在有大小不同之粒子。

本發明之鎂合金板材係於鎂合金母材中含有彈性係數高於母材合金之硬質粒子。以於該板材厚度方向，板材各表面起至板材厚度40%之區域為表面區域，其餘為中央區域時，存在於中央區域之硬質粒子的最大徑係超過20μm未達50μm，存在於表面區域之硬質粒子的最大徑係20μm以下。最大徑之測定方法如後述。

本發明之板材因存在於表面區域之硬質粒子的最大徑僅係20μm以下，硬質粒子在塑性加工時不易成為破裂等之起點，塑性加工性優良。且本發明之板材因於中央區域存在有高剛性之較大粒子，特別是比表面區域的粒子大之粒子，此中央區域在彎曲之際不易有應力作用，塑性加工性不易受影響。又，本發明之板材於中央區域有上述粗大粒子存在，板材之剛性得以提高。以下更詳細說明本發明。

[鎂合金板材] <鎂合金>

本發明之板材實質上係由鎂合金與硬質粒子構成。鎂合金係由超過50質量%之鎂(Mg)、添加元素與無法避免的雜質所構成之合金；添加元素有例如，鋁(Al)、鋅(Zn)、錳(Mn)。含有Al之鎂合金耐蝕性優良。尤以含有2.5質量%以上未達6.5質量%之Al時，塑性加工容易進行，含有6.5質量%以上且20質量%以下時，耐蝕性更高。使其在2.5質量%以上則如後述當硬質粒子為析出物時，析出物易於生成，在20質量%以下則可抑制塑性加工性之變差。添加Al，含有Zn、Mn等元素之鎂合金，強度、延伸等機械特性及耐蝕性優於鎂單質。如此之鎂合金者有ASTM規格之AZ系合金、AM系合金，具體而言有AZ31、AZ61、AZ63、AZ80、AZ81、AZ91及AM60、AM100等。調整添加元素之含量即可得具有所欲特性之鎂合金。

上述鎂合金係以矽(Si)及鈣(Ca)含量盡量低者為佳。Si及Ca少，則耐蝕性不易變差，耐熱性提升，同時成形溫度也不易變高。具體而言，以合計0.5質量%以下為佳。

構成表面區域之母材鎂合金，與構成中央區域之母材鎂合金可具相同或不同組成。例如，表面區域可係塑性加工性優良之AZ31，中央區域可係防蝕性優良之AZ91。

<硬質粒子> <<組成>>

硬質粒子係以彈性係數高於母材鎂合金(例如AZ91：彈性係數45GPa)者為之。如此之硬質粒子有例如Al₁₇ Mg₁₂ 等之Al-Mg系析出物、以及Al-Mn系析出物、Mg-Zn系析出物等金屬間化合物。這些金屬間化合物應具有200GPa左右之彈性係數。其它硬質粒子有，不易與鎂反應之化合物，例如，碳化矽(SiC：彈性係數260GPa)、氮化鋁(AlN：彈性係數200GPa)、氮化硼(BN：彈性係數369GPa)等之陶瓷類，鑽石(C：彈性係數444GPa)等單一元素物質。這些陶瓷粒子、單一元素粒子彈性係數高於金屬間化合物析出物，可更提高板材之剛性。

<<使硬質粒子存在於板材之方法>>

析出生成硬質粒子時，係藉調整本發明板材之製造條件，生成硬質粒子(析出物)。如此則不必另外準備粒子材料。使硬質粒子存在於鎂合金母材之另一方法係，例如，以上述不易與鎂反應之化合物、物質為硬質粒子時，於板材中央區域，在可有硬質粒子存在之範圍內使這些化合物、物質插入熔化中的母材之任意處所混合於母材，即可製造出剛性優良之本發明板材。本發明板材亦可兼有析出物粒子與陶瓷粒子。並亦可係，存在於中央區域之硬質粒子，與存在於表面區域之硬質粒子為不同組成者。

<<彈性係數>>

本發明板材為提高剛性，含有硬度高於母材之硬質粒子。為更提高板材之剛性，硬質粒子以係母材硬度之2倍以上為佳，10倍以上更佳。且硬質粒子之彈性係數宜係50GPa以上。彈性係數在50GPa以上則板材剛性之提升效果大，彈性係數愈高效果愈大，故100GPa以上為更佳。

製造板材時經反應生成硬質粒子者，板材中之硬質粒子的彈性係數可能隨其構成物之組成比、結晶構造而異。因此，可於製造板材後，適當測定板材中硬質粒子之彈性係數加以確認。彈性係數之測定方法可係例如，藉機械加工等取出所製作之板材的中央區域，以藥液溶解母相(鎂合金)後，使用其殘渣測定硬質粒子之體積，並藉彎曲試驗作中央區域之彈性測定，以這些測定結果藉複合定律得彈性係數。以此一複合定律法難以得到所欲精度時，亦可藉微韋克斯硬度計等直接測定上述殘渣之物性値。而於熔化中之母材插入成為硬質粒子的原料粒子時，可預先測定原料粒子之彈性係數，即易於作材料設計。此時，可藉彈性係數選定原料粒子，而因原料粒子微細等而難以測定彈性係數時，可例如，以藥液溶解鑄造材之母相(鎂合金)，測定殘渣(粒子)之硬度，推測彈性係數。

<<大小>>

本發明板材之最大特徵為，存在於表面側之硬質粒子，與存在於內部之硬質粒子的大小(最大徑)不同。首先，以於板材厚度方向距離板材各表面40%厚度以上之區域，亦即含板材厚度方向中心之20%板材厚度的區域為中央區域，以距板材各表面未達40%厚度之區域，亦即隔著中央區域而存在之區域，含板材表面之板材厚度40%為止的區域各為表面區域。析出物、陶瓷類大多延伸韌性低，當硬質粒子係由如此之析出物等構成時，中央區域過大則塑性加工性有變差之虞。因而，本發明板材係以板厚20%之區域為中央區域，而當中央區域為板厚10%之區域，亦即，以板材表面起45%板厚之區域為表面區域，則塑性加工性更優良而更佳。並且，為無礙於塑性變形性，使存在於表面區域之硬質粒子(下稱表面粒子)的最大徑為20μm以下。硬質粒子之最大徑係板材厚度方向之最大長度。表面粒子係以盡可能小者為佳，5μm以下更佳。特別是，考量板材之耐蝕性、塗裝性等工藝性，則以露出板材最表面之硬質粒子盡量少，且其最大徑5μm以下為佳，1μm以下更佳。又，考慮上述工藝性，則以板材最表面實質上無硬質粒子存在為佳。實際使用之際，板材表面不平滑時，亦可施以切削、研磨等修整加工。此時，於修整加工後決定中央區域及表面區域。

於此，鎂合金經鑄造則通常有析出物析出。因此，以析出物為表面粒子時，控制製造條件即可調整表面粒子之大小為上述特定大小。並且，表面粒子含陶瓷粒子時，可使用上述特定範圍內之陶瓷粒子。又，表面粒子可係到處均勻分散於表面區域，亦可愈靠近表面愈少，亦即，其存在係朝向中心遞增。分散狀態可藉例如製造條件之控制作調整。詳細控制方法如後述。

另一方面，為提高剛性，使存在於中央區域之硬質粒子(下稱內部粒子)的最大徑超過20μm。內部粒子大者可提高剛性，但過大則使塑性加工性變差，故使其未達50μm。較佳者為超過20μm且40μm以下。

<<含量>>

表面粒子之體積含量係以占板材總體積0.5%以上且15%以下為佳。表面粒子之含量在上述範圍，則與中央區域之材料特性差異小，可抑制板材塑性加工性之變差。另一方面，中央區域若非有某程度之硬質粒子存在，則無法充分提高剛性，過多則容易變脆。內部粒子之具體體積含量係以占板材總體積0.5%以上且未達15%為佳。硬質粒子係得自析出物時，調整鎂合金之組成，控制製造條件即可調整硬質粒子之含量；硬質粒子係得自陶瓷粒子時，調整混合量即可調整硬質粒子之含量。

<<形態>>

本發明板材之代表性形態有鑄造材，及該鑄造材經壓延、擠壓等一次塑性加工，更經熱處理的一次加工材。上述鑄造材，因表面側之硬質粒子係微粒，較粗大之硬質粒子實質上不存在於表面區域，壓延等之際不易破裂，塑性加工性優良。如此之鑄造材經一次塑性加工即可去除鑄造時之缺陷等而改善表面性狀。特別是經總壓下率30%以上之壓延加工的板材，不只表面性狀改善，拉伸強度、延伸等機械特性亦優於鑄造材。鑄造材經壓延等塑性加工則會有應變導入，故本發明板材可於塑性加工後經熱處理以去除應變。如同鑄造材，得到之一次加工材塑性加工性優良，壓製加工、鍛造加工等二次塑性加工時不易破裂。

<<厚度>>

藉由調整製造條件，本發明板材可具種種厚度。尤以經壓延等可得1mm以下之薄板。並且，本發明板材於中央區域存在有較粗大之內部粒子而剛性提高，如上製成薄板時也不易發生凹陷等變形。

<<被覆層>>

本發明板材其表面可具有被覆層。代表性之被覆層有，經防蝕處理(化成處理或陽極氧化處理)得之防蝕被膜，與裝飾等目的之塗裝膜。具有防蝕被膜則耐蝕性提高，具有塗裝膜則商品價値提高。本發明板材經塑性加工時，防蝕被膜不易因塑性加工受到損傷，故可於塑性加工前或塑性加工後形成。塑性加工前具有防蝕被膜，則塑性加工時防蝕被膜傾向具有潤滑劑之功能。塗裝膜有因塑性加工受損之虞，故以於塑性加工後形成為佳。

[成形體]

經壓延等一次塑性加工的一次加工材(本發明板材)再經壓製加工、鍛造加工等二次塑性加工，可得本發明鎂合金成形體。該本發明成形體如同本發明板材，因中央區域存在有較粗大之內部粒子，剛性高，不易發生變形等。

本發明成形體亦可具有被覆層。所具被覆層尤以防蝕被膜與塗裝膜為佳。

[製造方法]

以本發明鎂合金板材為鑄造材時，可藉例如以下方法製造。

<鑄造材之製造> <<兩區域以析出物為硬質粒子時>>

本發明鎂合金板材中存在之硬質粒子係得自析出物時，其製造包括例如，準備鎂合金熔體之步驟，與將該熔體鑄造成板材之步驟；鑄造步驟中，進行冷卻使熔體表面之冷卻速度為50K/秒以上且1000K/秒以下，並控制最終凝固所需時間。直言之，係設定表面側與中心部分之溫度差，使熔體凝固。特別是，將表面側驟冷以防表面側有粗大析出物析出，並控制凝固時間使內部緩慢冷卻，以使板材厚度方向之中心及其附近有粗大析出物析出。凝固時間之控制係藉例如調整鑄造速度為之。

而冷卻速度慢，則起中央偏析。該中央偏析係，於板材之長邊方向及寬度方向分散式地存在，通常被當作缺陷處置。相對於此，如上控制冷卻速度、鑄造速度以控制中央偏析，使較粗大析出物沿板材之長邊方向及寬度方向連續相聯而形成板材。因此，得自析出物之硬質粒子的大小可沿厚度方向以外之方向(例如長邊方向、寬度方向)增長，而本發明中係以硬質粒子沿厚度方向之大小為其粒徑。又，硬質粒子在垂直於板厚方向(長邊方向、寬度方向)的尺寸過大，則硬質粒子與母材於界面起剝離等，容易成為破裂之起點。因此，硬質粒子在垂直於板厚方向的最大値係以2mm以下為佳。尤其為抑制拉伸強度之下降並提高剛性，硬質粒子之最大徑(板厚方向之最大長度)，與硬質粒子為最大之方向(厚度方向、長邊方向及寬度方向中任一)的最大値之縱橫比宜係1：10以下。為更提高剛性，上述縱橫比以係1：20以上為佳，此時，單位體積的粒子數少，塑性加工時應力分散點減少，拉伸強度傾向降低。

鑄造係以使用活動鑄模之雙輥法(TWIN ROLL法)、雙帶法(TWIN BELT法)、輪帶法(BELT AND WHEEL法)等連續鑄造法進行為佳。這些鑄造法因構成鑄模面(與熔體接觸之面)的位置易於保持一定，隨鑄模的迴轉接觸熔體之面連續出現，而容易控制上述冷卻速度、鑄造速度於特定範圍。並因活動鑄模之製作精度高，可高精度製造鑄造材。鑄造並可係使熔體於垂直方向移動之垂直式鑄造，亦可係使熔體於水平方向移動之水平式鑄造。

上述鑄造步驟中，使凝固材表面側部分(主要係形成板材表面區域之部分)的冷卻速度為50K/秒以上，可抑制板材表面側有最大徑超過20μm之粗大析出物析出，使上述表面側部分開始凝固起，至凝固材中央部分(主要係形成板材中央區域之部分)凝固終結之時間為0.1秒以上，即易於使板材中心部分有最大徑超過20μm之粗大析出物存在，可充分提升剛性。冷卻速度可依凝固材(熔體)之組成適當選擇，較佳者為200K/秒以上且1000K/秒以下。冷卻速度之調整可藉調整鑄造材之目標板厚，熔體、活動鑄模之溫度，活動鑄模之驅動(迴轉)速度，鑄模與熔體之接觸長度等，適當選擇活動鑄模之材質等，調整鑄模之表面狀態及冷卻劑、脫模劑等為之。

鑄造速度可考慮鑄造材之大小、組成及冷卻速度等適當選擇。鑄造速度過慢則鑄造材中心部分亦以有如上述表面側之冷卻速度冷卻，難以有超過20μm之析出物存在，過快則中心部分之冷卻慢，而恐怕會有超過50μm之非常粗大的析出物存在。

如上控制冷卻速度、鑄造速度，使排出自活動鑄模之際熔體的凝固尚未終結。易言之，控制冷卻速度、鑄造速度，使排出自活動鑄模之時，熔體呈表面側凝固而中心部分未凝固之狀態，自鑄模排出後中心部分經徐冷而凝固。例如，活動鑄模係一對之輥時，使熔體通過輥間最接近的最小間隙之際，亦即，含輥之轉軸的平面與澆鑄口先端之間(支框區間)無凝固終結點存在而將熔體凝固，於中央區域生成大析出物。例如，在由鑄模釋出之階段，不使凝固材全體固化。此時，例如，以一對輥為活動鑄模時，通過兩輥間之凝固材內部未凝固，鑄造荷重即較小。

<<中央區域之硬質粒子含析出物以外者時>>

含有得自析出物以外之硬質粒子，例如，陶瓷粒子構成之硬質粒子的本發明板材，可使用陶瓷粒子與鎂合金之混合熔體製造。更具體言之，混合所欲之陶瓷粒子與所欲組成之鎂合金熔體準備混合熔體，使構成表面區域之鎂合金母材熔體夾有上述混合熔體，同時鑄造。此時，如同上述製造方法，控制冷卻速度、鑄造速度。得到之板材，中央區域係得自鎂合金與陶瓷粒子之複合材料。如此使用所欲之硬質粒子，即可簡便變化粒子之組成、大小。

<<鑄造材之厚度>>

鑄造材之厚度係以3mm以上且5mm以下為佳。厚度在此一範圍則可安定形成長條材，並簡易控制為所欲組織。

<熱處理>

得到之鑄造材，為組成之均勻化、塑性加工性之提升，可施以熱處理、熟化處理以使鑄造組織成為再結晶組織，另外，為如後述調整析出物等粒子之大小，可施以熱處理。調整粒子之大小的熱處理，具體條件如後述。依合金組成適當選擇溫度、時間即可。

<一次塑性加工>

上述鑄造材(含鑄造後經熱處理者)，壓延、擠壓等之塑性加工性優良，施以如此之塑性加工，可改善表面性狀，提升拉伸強度、延伸等機械特性。尤以施行總壓下率20%以上之壓延，即可使鑄造組織實質上成為壓延組織(再結晶組織)。更佳者為總壓下率30%以上。壓延係進行1回以上，每1回之壓下率以3~30%為佳，7~20%則壓延材緣部之破裂小或不易於該處起破裂，可得平滑性優良之壓延材而更佳。壓延之際，先使被加工材之表面溫度為150~350℃，輥溫150~350℃，則不易起破裂，加工性提高，並抑制加工時之熱致結晶組織粗大化，可得壓製加工、鍛造加工等二次加工性優良之壓延材。得到之一次加工材(以壓延材為代表)之存在於兩區域的硬質粒子，其大小與鑄造材者大致相同，或因塑性加工遭粉碎而更細。一次加工材之厚度可係例如0.4mm以上且4.8mm以下。施以壓延等使鑄造材成為所欲厚度。

上述壓延等一次加工，於鑄造後連續進行，則可利用鑄造材所具之餘熱，能量效率優。而不於連續鑄造後接連進行一次塑性加工，若在一次塑性加工前於被加工材施以250~600℃且為被加工材之構成材料的固相線溫度以下之溫度施行30分鐘以上且50小時以下程度之較長時間的熱處理，則塑性加工性提高，可防止一次塑性加工時被加工材之破裂、變形。依被加工材之構成材料的組成，亦可不施以該熱處理。

連續進行複數回之一次塑性加工時，每隔特定回於被加工材施以熱處理，於得到之一次加工材施以熱處理，則可去除一次加工所導入之殘留應力、應變，提升機械特性，提高二次塑性加工性。熱處理條件可係，加熱溫度：100~600℃且為被加工材之構成材料的固相線溫度以下，加熱時間：5分鐘~5小時左右。

於上述經壓延、壓延後之熱處理的壓延材，尤以表面區域，具有平均粒徑0.5μm以上且30μm以下之微細結晶組織，二次塑性加工性優良。平均粒徑係由壓延材之切面，依JIS G 0551所規定之切斷法求出表面區域之結晶粒徑，取其平均値。平均粒徑可藉調整壓延條件(總壓下率、溫度等)、熱處理條件(溫度、時間等)加以變化。

亦可於得到之一次加工材形成被覆層，尤以防蝕被膜，再施行後敘之二次塑性加工。

<二次塑性加工>

上述一次加工材(含塑性加工後經熱處理者)，壓製加工、鍛造加工等之塑性加工性優良，施以如此之塑性加工而得之成形體，適用於有輕量之需求的種種領域。此成形體尤以當厚度薄至0.3~1.2mm左右剛性仍高，故不易發生撓曲變形，商品價値高。而成形體之厚度亦可於成形體全體並非一貫均勻。含塑性加工所致之變厚變薄部分亦無不可。

二次塑性加工係以，於室溫以上未達500℃將一次加工材加熱，提高塑性加工性之狀態下進行為佳，於加工後施以熱處理亦佳。熱處理條件可係，加熱溫度：200~450℃，加熱時間：5分鐘~40小時左右。於經二次塑性加工之二次加工材形成被覆層，成為具有被覆層之成形體，則防蝕性、商品價値提高。一次加工材具有防蝕被膜者，二次塑性加工時防蝕被膜具潤滑劑之功能，加工變得易於進行。又，形成塗裝膜者，若係於二次塑性加工後形成，則可防二次塑性加工時損傷塗裝膜而較佳。或者，亦可於一次加工材施以二次塑性加工後，依序形成防蝕被膜、塗裝膜。

本發明之鎂合金板材塑性加工性優良，且剛性優良。本發明鎂合金成形體剛性優良，不易變形。

以下說明本發明之實施形態。

使用種種組成之鎂合金，及適當之陶瓷粒子製作鑄造材，於得到之鑄造材施以適當之壓延，探察種種特性。

鑄造材係如下製作。準備表1之組成的鎂合金(其餘為Mg)熔體，以表1之條件連續鑄造所準備之熔體，製作鑄造材(寬度200mm)。厚度則各予適當變化。

試樣No.1~6之鑄造材係使用連續鑄造裝置製作，該裝置具備製作熔體之熔爐，暫時儲存來自熔爐之熔體的熔體桶(餵槽)，配置在熔爐與熔體桶之間的輸送管，自熔體桶供給熔體於活動鑄模之熔體出口，以及鑄造所供給之熔體的活動鑄模。於此係使用雙輥鑄造裝置。熔爐、輸送管、熔體出口等之外週以具備可保持熔體溫度之加熱設備為佳。又，鑄造係以在鎂合金不易與氧結合之氧未達5體積%之低氧氛圍，例如選自氬、氮及二氧化碳之一種氛圍下為佳。亦可係混合氛圍。並亦可含SF₆ 、氫氟碳等0.1~1.0體積%左右以提高防燃性。後述之試樣No.7~9亦同。以氟、硫於鎂合金熔體表面生成氟化皮膜、硫化皮膜時，與此皮膜接觸之氣體(氛圍)的氧濃度可予提高。具體而言，可於高達21體積%(其餘：主要係氮)，亦即大氣氛圍下順利試作。

試樣No.1~6之鑄造材，係配置熱電偶(安立計器(股)製)使接點經常接觸於連續出自輥間之凝固材表面，由熱電偶之溫度與凝固材的移動距離求出表面側之冷卻速度。具體而言係如下進行。於熔體出口內面及凝固材表面(於此係，熔體與鑄模之接觸點S，及凝固材與鑄模之接觸終點E)，在連續出自熔體出口之凝固材寬度方向的中央部分各配置熱電偶(於此係0.05mm之焊接品)。測定相對於移經與鑄模接觸之區間(上述S點與E點之間，例如，輥之最小間隙起往下游側特定距離處為止之區間)的時間之凝固材溫度變化，由下式(1)求出的値為表面側之冷卻速度。

式(1)　(熔體出口內面之熔體溫度，與凝固材與鑄模之接觸終止之時的熱電偶測定溫度之差)/(凝固材移經與鑄模接觸之區間的時間(sec))

上述點S之溫度表示鑄造開始溫度，點E之溫度可使熱電偶與凝固材等速移動，具體而言，使熱電偶隨著半凝固狀態下之凝固材移動而測定(後敘試樣No.7~9亦同)。

觀察鑄造材之橫截面組織，測定樹枝狀結晶之間隔，代入下式(2)以試算冷卻速度，可確認與上述藉熱電偶之實測値幾乎一致。因此，亦可藉該組織觀察之手法管控冷卻速度。

式(2)　(冷卻速度)=(樹枝狀結晶間隔(μm)/35.5)^(-3.23)

於此，冷卻速度係藉變化選自輥溫、輥表面被覆材、輥材質、輥徑、輥間最小間隙及熔體溫度之一種條件，或數種條件之組合而變更。又，鑄造速度係藉變化施加於鑄造裝置之電流値而更動。以較慢鑄造速度鑄造，則有熔體凝固於輥間間隙之虞，故以使用垂直式雙輥鑄造裝置為佳。

試樣No.7~9之鑄造材係使用構成表面區域之熔體(下稱表面熔體)與構成中央區域之混合熔體製作。準備具表1之母材組成的表面熔體；於具表1之母材組成的熔體混合以最大徑40μm以下之SiC粒子作為添加粒子，準備混合熔體。並使用如第1圖具備儲存兩熔體20、21之熔化保持爐11，配置在爐11中央之阻壁12，及設置在爐11下方之熔體出口13附近的冷卻機構14之連續鑄造裝置10，製作試樣No.7~9之鑄造材。爐11外週具備圖未示之加熱設備，以保持熔體20、21於特定溫度。阻壁12係設置成延伸至熔體出口13以防兩熔體20、21混合，並使出自熔體出口13而凝固之兩熔體可成為積層狀態。於阻壁12內供給混合熔體20，於阻壁12外週面與爐11內週面所圍成之空間供給表面熔體21。冷卻機構14內部充塡有循環冷媒(例如水)，並構成為可連續高效率冷卻熔體出口13附近之熔體。該鑄造裝置10屬於垂直式鑄造裝置。

試樣No.7~9之鑄造材亦係如同試樣No.1~6配置熱電偶，求出表面側之冷卻速度。具體而言，於熔體出口內面及凝固材表面(於此係，熔體與鑄模之接觸點S，及凝固材表面達固相線溫度之點E)，在連續出自熔體出口之凝固材的寬度方向之中央部分各配置熱電偶(於此係0.05mm焊接品)，測定凝固材表面達母相之固相線溫度為止之區間長度，由下式(3)求出之値為表面側冷卻速度。

式(3)　(熔體出口內面之熔體溫度與鑄造材母相的固相線溫度)/(移經鑄造材表面達母相之固相線溫度為止之區間長度的時間(sec))

於得到之試樣No.1~8的鑄造材，施以表2、3之加工度(於此係總壓下率(%))的塑性加工(於此係壓延)，得一次加工材(於此係壓延材)。壓延係將鑄造材加熱至300℃，將輥加熱至200℃，進行複數回(每1回之壓下率：5~30%)。試樣No.9之鑄造材不施以上述塑性加工，鑄造材厚度不變。探察得到之試樣No.1~8的壓延材及試樣No.9之鑄造材的厚度(最終厚度：mm)，存在於表面區域及中央區域之硬質粒子的組成及最大徑(μm)，存在於中央區域之最大徑超過20μm之硬質粒子的體積比率(體積%)，室溫下之拉伸強度(MPa)，室溫下之延伸(%)，剛性及成形性。結果如表2、3。

硬質粒子之存在可藉例如切出試樣之任意切面，以X線顯微鏡觀察該切面而確認。切出之切面需有硬質粒子顯現。具體而言，將板材切斷，使平行於厚度方向之面顯現。經確認之硬質粒子的組成係作切面之鏡面研磨後，以例如EDX等所代表之定性分析與半定量分析求出。表2、3中，「Al-Mg系」、「Mg-Zn系」粒子可視為析出物，「Si-C系」粒子可視為所添加之SiC粒子。上述組成之各粒子，彈性係數充分高於鎂合金母材，應係50GPa以上。

硬質粒子之最大徑(μm)可用特定倍率(於此係400倍)之光學顯微鏡觀察板材切面而確認。難以作光學顯微鏡觀察時，可使用X線顯微鏡。於切面之特定測定區域(於此係厚度×寬度3mm之區域)，以通過一硬質粒子之厚度方向的線段為該硬質粒子之粒徑，以最長線段為該硬質粒子之最大徑。於測定區域中，各就板材表面起至厚度45%止之表面區域，與二表面區域所夾之位於板材中央的厚度10%之中央區域，測定存在之所有硬質粒子的最大徑，找出最大之最大徑。第2圖呈示試樣No. 5之切面顯微相片。第2圖之相片呈示含板材的中央區域之中心部分(厚度僅0.15mm)，黑粒、偏白粒係硬質粒子。

最大徑超過20μm之硬質粒子的體積比率(含量)係，切出試樣之任意切面(可見積層構造之面)，就該切面以X線顯微鏡觀察1mm² 以上之截面積S(mm² )，由存在於截面積S(mm² )中之粒子總面積S₁ (mm² )及粒子個數n算出。得到之粒子總面積S₁ (mm² )除以個數n，求出粒子之平均截面積S₀ (mm² )，將該平均截面積S₀ (mm² )導入下式，求出體積比率。

式　(體積比率)=(4×n×S₀ ^1.5 )/(3×S×π)

剛性之評估係以試樣No. 1(壓延材)為基準(1.00)，將板狀之各試樣加工成薄片狀，以彎曲試驗法測定剛性係數，求出相對於試樣No.1之相對値。該彎曲試驗係依JIS Z2248實施，將薄片狀試片架設於設置在一定距離(250mm)之2個圓筒狀支柱上，以先端部形成為半圓柱狀(半徑10mm)之按押金屬錘抵住該試片之中央部，將該按押金屬錘緩慢壓入該試片，將試片彎曲至特定彎曲角度(5°)，測定該試片之彎曲彈力。試片小於特定形狀時，彎曲試驗已確認可例如，改變圓筒狀支柱與試片之接觸點的距離(下稱接觸距離)，進行與試樣No.1之比較測定作評估。具體而言，已確認接觸距離為25mm時，可得與上述條件同等之測定結果。成形性(塑性加工性)係以試樣No. 1(壓延材)為基準(△)，試樣No.1~8係於200℃以上且未達300℃之溫度，以R=5，Dia=40，作衝壓深度30mm之杯形衝壓試驗，n=5之中，就最健全之成形品進行對於一般成形體所作之表面皸裂、縐折、形狀精度等評估，較之試樣No. 1皸裂深度小，縐折少，形狀精度良好者評估為○。厚度異於試樣No.1~8之試樣No. 9，使用相對於板厚比例較大之折角R的模具，並變化壓下速度，於200℃以上且300℃以下之溫度實施杯形衝壓試驗，n=5之中，就最健全之成形體，與以相同條件進行彎曲試驗之試樣No. 1比較，表面皸裂深度小，縐折少，形狀精度良好者評估為○。而成形性試驗可採依上述彎曲試驗之使用薄片狀試片與2個圓筒狀支柱的方法。具體而言，將試片全體加熱至150~350℃後，載置該試片於該支柱上，於試片中央部以試片厚度4倍之衝壓錘進行折角90°之加工後，目該支柱移除試片，就試片曲軸垂直方向之切面，以手持放大鏡、光學顯微鏡等觀察彎曲部分外側的皸裂、損傷、其它缺陷之有無。可確認此觀察結果與上述衝壓試驗結果具有相同傾向。

由表2、3可知，存在於表面區域之硬質粒子的最大徑係20μm以下，存在於中央區域之硬質粒子的最大徑超過20μm且未達50μm，則作為鑄造材或作為壓延材成形性俱優，且剛性高。並因有彈性係數較高之硬質粒子存在，剛性高，拉伸強度等機械特性優良。最大徑超過20μm之硬質粒子僅存在於中央區域，表面區域有20μm以下之微細硬質粒子存在的試樣，該粗大粒子應不易成為破裂之起點，成形性優良。

並就試樣No. 1、2、4、5探察高溫(200℃、250℃)下之延伸。結果如第3圖。由第3圖知，存在於表面區域之硬質粒子的最大徑係20μm以下，存在於中央區域之硬質粒子的最大徑超過20μm未達50μm的試樣No.2、4、5，高溫下之機械特性亦優良。

上述壓延材(試樣No. 2、4~8)因成形性優良，可期待適用作例如，壓製加工用原材料。尤以高溫下機械特性優良之試樣，於例如壓製成形、深度衝壓加工，應可減少折角部分之破裂。得到之壓製加工材(成形體)因具有防蝕被膜、塗裝膜，可提高防蝕性、商品價値。

得到之試樣No. 1~9的鑄造材，在250~600℃且為固相線溫度以下之溫度範圍內，實施30分鐘~50小時之熱處理。在該溫度範圍及時間範圍內，複數之條件下，於各試樣施以熱處理，於該溫度範圍及時間範圍內，變化幅度雖小，可確認存在於鑄造材內部之粒子(析出物)的粒徑小。因此，由存在於鑄造材之粒子的大小(粒徑)，與存在於最終製品之粒子的大小(粒徑)，可適當選擇所欲之熱處理條件。例如，為使存在於最終製品之粒子小，可盡量多施以熱處理。但是，柱狀結晶組織因熱處理再結晶為粒狀而變粗大。例如，得自鋁9質量%、鋅1質量%、其餘為鎂及無法避免之雜質的鎂合金，結晶粗大至300μm以上則塑性加工性惡化。又，熱處理過久則耗能而不佳。因此，於鑄造材施以熱處理時，較佳溫度範圍係250~600℃且在固相線溫度以下，為安全且高效率短時間進行熱處理，則以300~400℃為更佳。較佳時間範圍係30分鐘~50小時，如上考慮安全及效率則以3~30小時為更佳，10~15小時尤佳。該熱處理結束時，急速冷卻則不只可防鑄造材表面氧化，得表面性狀優良之製品，並能抑制脆弱粒子之形成於結晶界面，改善塑性加工性而較佳。該冷卻速度係以10℃/分鐘以上為佳，如上考慮安全及效率則以50℃/分鐘以上為更佳，500℃/分鐘以上尤佳。

而只要不脫離本發明之要旨，上述實施形態可予適當變更，不限於如上構成。例如，可適當變更鎂合金之組成、所添加之硬質粒子的組成等。

產業上之利用可能性

本發明之鎂合金板材因壓製加工、鍛造加工等之塑性加工性優良，適用作如此的成形加工之原材料。本發明之鎂合金成形體適用作攜帶型電器之外殼、汽車零件等，有輕量化需求之領域的構造材。

10．．．連續鑄造裝置

11．．．熔化保持爐

12．．．阻壁

13．．．熔體出口

14．．．冷卻機構

20．．．混合熔體

21．．．表面熔體

第1圖表示使用混合熔體與表面熔體製造本發明板材時所用之連續鑄造裝置的模式說明圖。

第2圖為試樣No. 5之切面顯微相片。

第3圖表示實施形態中製作的試樣於高溫範圍之延伸的圖示。

Claims

一種鎂合金板材，實質上係由鎂合金構成之板材，其特徵為僅由鎂合金構成之母材中含有硬質粒子，以於該板材之厚度方向，自板材各表面起至板材厚度之40%止的區域為表面區域，其餘區域為中央區域時，存在於該中央區域之硬質粒子其最大徑超過20μm且未達50μm，存在於該表面區域之硬質粒子其最大徑係20μm以下。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中存在於該表面區域之硬質粒子其最大徑係5μm以下。
如申請專利範圍第1或2項之鎂合金板材，其中該板材係經總壓下率20%以上之壓延加工。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中構成該表面區域之母材係由含有鋁2.5質量%以上且未達6.5質量%，矽及鈣合計為0.5質量%以下之鎂合金所構成。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中構成該表面區域之母材係由含有鋁6.5質量%以上且20質量%以下，矽及鈣合計為0.5質量%以下之鎂合金所構成。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中存在於該中央區域之硬質粒子占板材總體積的體積比率係0.5%以上且未達15%。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中存在於該中央區域之硬質粒子係由析出物構成。
如申請專利範圍第1項之鎂合金板材，其中於該板材表面具有被覆層。
一種鎂合金成形體，其特徵為係於如申請專利範圍第1項之鎂合金板材施以塑性加工而成。
如申請專利範圍第9項之鎂合金成形體，其中更於其表面具有被覆層。