2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of innovative lightweight cladding magnesium alloy materials and their hot forging characteristics
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18K04800
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
渡利 久規 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90210971)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
羽賀 俊雄 大阪工業大学, 工学部, 教授 (00212134)
鈴木 真由美 富山県立大学, 工学部, 教授 (20292245)
山崎 敬則 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (80342476)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 急冷凝固 / 高濃度Al含有マグネシウム合金 / クラッド材 / 接合 / 双ロール法 / 熱間鍛造 / 金属間化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，市販材料よりも高いアルミニウムを含有した、AZ系およびAM系の高濃度Al含有マグネシウム合金を基材とした，革新的軽量クラッド材料を製造することを目的として，数値目標を満たす高強度マグネシウム合金の基材を製造し，その基材に目的に応じて機能性を持たせた二層クラッド材を製造することを目標としている．今年度は，クラッド材のベースとなる基材の製造実験、および得られた高強度マグネシウム合金の基材の機械的性質の調査，急冷凝固によって得られた高強度マグネシウム合金材の結晶組織の観察，金属間化合物の分布状態を調査した．その結果，以下のことを明らかにした．
（１）市販材料よりも高濃度のアルミニウムを含有した、AZ系およびAM系の高濃度Al含有マグネシウム合金の双ロール鋳造解析を行い，アルミニウム含有量１０％以上のマグネシウム合金の各製造条件における凝固点の推定，固相率分布，冷却速度の推定を行い，実際の実験と比較しその妥当性を検証した．
（２）幅150mm,厚さ15mmのAZ系およびAM系マグネシウム合金を急冷凝固法によって製造し，15mm程度の板厚を有するAZ系およびAM系高濃度Al含有量マグネシウム合金の適切な製造条件を明らかにした．
（３）急冷凝固したAZ系およびAM系高濃度Al含有量マグネシウム合金の機械的性質を調査した．アルミウム含有量を一定以上に含有させることで250MPa以上の0.2%耐力が得られることを明らかにした．
（４）急冷凝固した高アルミニウム含有マグネシウム合金の金属間化合物についてEDSDによる調査を行った．粒内および粒界には微細なMg17Al12の析出が見られた．これらの金属間化合物は，凝固時に連続析出および不連続析出したものであることを確認した．これら金属間化合物は溶体化処理することで粒内に固溶することを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題では，耐力250MPa, 伸び10％，平均結晶粒径15μmの高強度微細Ｍｇ合金を基材とする革新的軽量Mg合金クラッド材の製造を目指して、今年度は市販材料よりもAl含有量が高いAZ系およびAM系マグネシウム合金の製造実験を行い，平均結晶粒は30μmとなってしまった以外は、目標とする革新的軽量Mg合金クラッド材の基材を製造することができ, 以下に示すように80%以上は予定の目標達成率であり、予定どおりに進捗していると判断した．
（１）幅150mm, 厚さ15mmのAZ系およびAM系マグネシウム合金の厚板を急冷凝固法のひとつである双ロール法によって製造可能な条件を見つけた．
（２）得られた革新的軽量Mg合金クラッド材の基材の機械的性質を調査した．AZ系の高アルミニウム含有Mg合金については，アルミウム含有量を11.5%以上にすることで，250MPa以上の0.2%耐力が得られることを明らかにした．AM系の材料に付いては、アルニウム含有量を12.0％以上で，0.2%耐力が得られることを明らかにした．
（３）均一伸びについては，AZ系，AM系ともにアルミニウム含有量11％以下では鋳造まま材では10％以下の伸びとなった．AZ系では12%のアルミニウムを含有したものが，最大で12.5%の伸びを示したが，AM系マグネシウム合金の場合には12%のアルミニウムを含有したものが，最大で9.5%の伸びを示した．
（４）AZ系高アルミニウム含有マグネシウム合金の金属間化合物について結晶組織の観察を行った．その結果，粒内および粒界には微細なMg17Al12の析出が見られた．これらの金属間化合物は，凝固時に連続析出および不連続析出したものであること，および凝固時に晶出したMg17Al12は，溶体化処理することで粒内に固溶できることを明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では，市販材料よりも高いアルミニウムを含有したAZ系およびAM系の高濃度Al含有マグネシウム合金を基材とした，革新的軽量クラッド材料を製造することを目的としている．今年度は革新的軽量クラッド材料の機材となる15㎜程度の基材の製造条件や得られた板材の機械的性質，およびクラッド材の製造の際に問題となる可能性のある金属間化合物の分布の状態等について調査を完了した．その結果，双ロール法による急冷凝固法で得られた厚さ15mm程度の厚板材の冷却速度は，923K/s～1273K/s程度であり，MgとAlの金属間化合物は粒内および粒界に微細に分散する形で晶出する．今後は微細な結晶粒を有する高濃度Al含有マグネシウム合金を基材として，マグネシウム合金の弱点を補うため，Al/MgおよびCu/Mgの二層軽量クラッド材料を1台のロールキャスターで製造する実験を行う．この1プロセスで得られた，Al/高濃度Al含有マグネシウム合金クラッド材およびCu/高濃度Al含有マグネシウム合金クラッド材については，二つの方法において製造の可能性を探る予定である．
一つは，直接双ロール法によって，AlとMg合金の溶湯から直接的にクラッド材を製造するプロセス，もうひとつは摩擦攪拌を利用してクラッド材を製造する方法である．クラッド製造実験では，これらの二つのプロセスにおいて製造された二層クラッド材をSEM－EDXおよびSEM-EBSDを用いて界面のミクロ組織の観察，XRD，EPMAによる金属間化合物の析出の状況を詳細に調査する．さらに，クラッド材の引張せん断試験を行い，目標値であるせん断応力50MPaを満足できるかどうかを含めて，界面の接合の状況を明らかにすることでクラッド材料としての健全性を客観的に評価する予定である．クラッド材としての評価を行った後には，クラッド材の熱間鍛造試験を行い鍛造性の調査を行う．
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Research Products
(2 results)
