成果報告書詳細
管理番号20110000001350
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 マグネシウム鍛造部材技術開発プロジェクト
公開日2011/11/26
報告書年度2006 - 2010
委託先名財団法人素形材センター 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P06034
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約「マグネシウム試作鍛造部品の評価、解析、データ集積」においては、マグネシウム合金の試作鍛造を行ない、鍛造部品の組織および機械的特性を評価した。そして、鍛造部品の組織および機械的特性の関係を整理し、マグネシウム合金鍛造データベースを構築した。一方、従来の押出材に比べて低コストの鍛造素材として期待される、マグネシウム合金連続鋳造材について鍛造データベースを活用し、結晶粒微細化の効果を利用した新規鍛造プロセスを構築した。新規鍛造プロセスは、まずサーボプレス装置を用いて検証したが、その後、サーボプレス以外の装置への拡張が可能であることも見出した。この新規プロセスにより、従来よりも低い温度でのマグネシウム合金の鍛造が可能になり、試作鍛造品は室温でアルミニウム合金と同等あるいはそれ以上の機械的特性を示した。「マグネシウム合金鍛造加工における微細組織と変形機構との関連性の解明」においては、マグネシウム合金連続鋳造材の鍛造においては、鍛造プロセス中の結晶粒微細化挙動、すなわち動的再結晶挙動が重要となる。このような結晶粒微細化を鍛造プロセスに利用するために、マグネシウム合金の高温変形中の動的再結晶挙動について検討した。結晶粒内の溶質元素濃度が不均一なAZ91およびAZX911合金鋳造材の高温圧縮変形に伴う再結晶メカニズムを調べ、素材の均質化処理により圧縮加工中にMg17Al12(β相)が再結晶粒界に動的析出し、再結晶粒粗大化が顕著に抑制され、押出し加工の中間プロセスを経なくても充分再結晶粒の微細化が可能であることを明らかにした。一方、動的再結晶により均一微細組織を得るための最適添加元素選定の根拠となる、積層欠陥エネルギー算出のための第一原理計算による偏析エネルギーの算出を行い、データベースを完成した。その結果、Al、Yはマグネシウム合金の動的再結晶に効果的であることが分かった。 「マグネシウム合金のリサイクルに係わる課題抽出」においては、過熱水蒸気処理による電子機器筐体スクラップ(AD91D)の塗装除去技術について検討し、400℃以上の温度域で除去可能であることを明らかにした。また、湿式法による無機不純物除去技術として、除去剤を含む処理溶液中での各種金属(Cu、Ni、Mg、ステンレス)の溶解速度について検討し、リサイクルプロセスへの適用可能性について明らかにした。 リサイクルプロセスで用いられる破砕機等の内部で発生する着火性火花の電磁波測定による遠方監視システムについて検討し、その基本概念を確立した。これまでに蓄積したマグネシウム粉塵の爆発特性についての知見に基づいて、爆発災害防止対策ガイドラインを策定し、市中マグネシウムスクラップの安全なハンドリング方法として提案した。加工で生じたマグネシウムの切削粉や板材等の固体リサイクルを検討するため、熱間押出しによる鍛造素材化を行い、鍛造素材の後方押し出し鍛造を行った。そして鍛造加工後の鍛造品の形状、組織等の検討結果から、最適な鍛造素材が得られる固体リサイクルプロセスおよび条件、そして最良な鍛造品が得られる鍛造加工条件を明らかにした。それらの結果を収集し、鍛造加工データの構築を行った。固体リサイクルされたマグネシウム合金の諸特性に及ぼす混入物の影響を調べることを目的に、各種試験を実施しリサイクル材の力学特性を測定するとともに、組織観察を行い混入物の状態を観察した。その結果、疲労特性等への混入物の悪影響を低減させるには、混入物を1~2μm以下に微細化するとともに、均一に分散させることが重要であることなどがわかった。
英文要約New forging method was developed for magnesium alloy. The most important point of this new forging method is grain refinement during processing. As a stock of forging, we used cast magnesium alloys (AZ91) with low cost, instead of the extruded alloy. A double-action press driven by 8 geared-shafts connected to each digital servo-motor was used for forging. Forging was conducted continuously at one press stroke. The reheating temperature was 573K. The material was mostly changed from the dendritic structure to the fine grain structure during the upsetting at 573K. Consequently the forgings had very fine dynamic recrystallized structures at the most of places. The mechanical properties were most improved by one stroke forging at 3573K of the material temperature. The tensile strength was 359 MPa, the 0.2% proof stress was 240 MPa and the elongation was 20 %. This result suggests that the cast magnesium alloy with low cost, instead of the extruded alloy, can be used as a material for forging.
As a new purifying process using super heated steam was developed, magnesium scrap from the manufacturing process was tested in laboratory scale. Safety evaluations for magnesium scrap handling such as Minimum Explosive Dust Concentration, Minimum Ignition Energy, and Minimum Ignition Temperature were studied in the existence of an irrelevant material. New purification recycling process for magnesium scrap from used products was studied to use an actual automobile scrap. In addition, the super heated steam (SHS) technique was applied to remove paint impurities on magnesium parts of electronic devices and its effectiveness was confirmed under the conditions of 673K and 12kg/h of SHS and 20 min of processing time. The developed mechanical separation system between magnesium and aluminum shredded fragments was modified to increase the processing speed. As the safety evaluation of magnesium scrap handling, it was clarified that magnesium powder is not ignited when surrounding air velocity become 4.0m/s. The basic apparatus to detect ignition spark which is likely to be generated in the recycling process was developed.
As the solid-state recycling technology, as cast and extruded magnesium alloy of AZ31, homogenized magnesium alloys of AZ91 and AZX911, billets made form AZ91 and AZX911 magnesium chip and billet made from AZ31 magnesium scrap, which was cleaned with SHS, were forged at elevated temperature with mechanical press and die set designed for backward forging. The influence of forging temperature and punch geometry on forged product was investigated. Surface crack, which appeared on the surface of the product, disappeared with the increasing of forging temperature. With increasing in punch radius and land height, the surface crack became small and disappeared from the product. From above research, the backward forging of the billets were possible at the temperature of 573K, the punch radius of 3mm and the land height of 4mm.
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