WO2012049990A1

WO2012049990A1 - マグネシウム合金の線状体及びボルト、ナット並びにワッシャー

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Publication number: WO2012049990A1
Application number: PCT/JP2011/072720
Authority: WO
Inventors: 鉄也桑原; 西川　太一郎; 中井　由弘; 亮丹治; 美里草刈
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2013-04-12
Also published as: CN103180473A; US20130209195A1; JP5720926B2; DE112011103441T5; JP2012082474A; TW201237187A

Abstract

質量％で、Ｚｎ：０．１％～６％、Ｃａ：０．４％～４％含有し、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金から構成される線状体であり、温度：１５０℃、応力：７５ＭＰａ、保持時間：１００時間の条件で当該線状体にクリープ試験を行ったとき、この線状体は、クリープひずみが１．０％以下である。ＺｎがＣａと相互に作用して耐熱性を向上させ、クリープ特性に優れる線状体とすることができる。Ｚｎ及びＣａを特定の範囲で含有することで、塑性加工性にも優れる線状体とすることができる。

Description

マグネシウム合金の線状体及びボルト、ナット並びにワッシャー

　本発明は、マグネシウム合金からなる線状体、及びこの線状体から形成されたボルト、ナット並びにワッシャーに関するものである。特に、耐熱性及び塑性加工性に優れ、ボルトなどの締結部品の素材に好適なマグネシウム合金の線状体に関する。

　マグネシウム合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れていることから、航空機部品、車両部品、電子・電気製品の筐体といった各種の構造部材の材料に利用することが検討されている。

　例えば、特許文献１では、ねじの素材にマグネシウム合金を利用することを提案している。特許文献１には、押出材を引き抜いて得られたマグネシウム合金からなるワイヤ（線状体）に鍛造加工や転造加工といったねじ用の塑性加工を施してねじを製造することが開示されている。

ねじやボルトといった締結部品を用いて金属部材同士を締結することがある。この場合、金属部材と締結部品とが異種の金属で構成されていたり、ボルトとナットといった締結部品が異種の金属で構成されていると、異種の金属間で電食が発生したり、高温環境下では、熱膨張量の差により、締結状態が緩んだりする恐れがある。従って、特に、マグネシウム合金からなる部材同士を締結部品で締結する場合、上記電食の発生や締結状態の緩和を防止できるように、当該締結部品もマグネシウム合金から構成されたものを利用することが好ましい。また、これらボルトなどの締結部品は、金属の線状体を素材とし、この素材に塑性加工を施すことで製造すると、生産性に優れて好ましい。

特開２００５－０４８２７８号公報

　しかし、従来、耐熱性に優れ、かつ、ボルトなどの締結部品の素材に適した塑性加工性を有するマグネシウム合金の線状体が検討されていない。

　航空機部品や車両部品などの部品では、高温環境下で使用するものがある。従って、マグネシウム合金からなる締結部品に対しても、耐熱性に優れることが望まれることから、その素材となる線状体にも耐熱性に優れることが求められる。

　一方、マグネシウム合金は、室温（代表的には２０℃程度）での塑性加工性が悪いことから、特許文献１に記載されるように、塑性加工性が大きくなる温度にまでマグネシウム合金からなる素材を加熱して塑性加工を施す。ここで、例えば、耐熱性に優れる元素をマグネシウム合金に添加することで、線状体の耐熱性の向上を図ることが考えられる。しかし、添加元素の増加は、塑性加工性の低下を招く傾向にあり、塑性加工にあたり上述のように素材を加熱しても、塑性加工中に素材に割れなどを生じ、締結部品の生産性の低下を招く。

　そこで、本発明の目的の一つは、耐熱性及び塑性加工性の双方に優れるマグネシウム合金の線状体を提供することにある。また、本発明の別の目的は、耐熱性に優れるボルト、ナット及びワッシャーを提供することにある。

　本発明者らは、ＣａとＺｎとの双方を特定の範囲で含有することで、ＣａとＺｎとが相互に作用して耐熱性を向上できる、との知見を得た。かつ、本発明者らは、Ｃａ及びＺｎの双方を特定の範囲で含有することで、マグネシウム合金の線状体の添加元素の含有に伴う塑性加工性の低下を低減でき、この特定の組成のマグネシウム合金からなる線状体は、ボルトなどを塑性加工により製造可能な程度に十分な塑性加工性を有することができる、との知見を得た。本発明は、上記知見に基づくものである。

　本発明のマグネシウム合金の線状体は、Ｚｎを０．１質量％以上６質量％以下、Ｃａを０．４質量％超４質量％以下含有し、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金から構成される線状体であり、以下の条件で上記線状体にクリープ試験を行ったとき、クリープひずみが１．０％以下である。上記クリープ試験条件は、温度：１５０℃、応力：７５ＭＰａ、保持時間：１００時間とする。

　本発明マグネシウム合金の線状体は、Ｃａ及びＺｎを特定の範囲で含有する特定の組成から構成されることで、上記クリープ試験を行ったときのクリープひずみが１．０％以下と小さく、優れたクリープ特性を有する。従って、本発明線状体は、耐熱性に優れる。かつ、上記特定の組成から構成されることで本発明線状体は、塑性加工性にも優れ、例えば、ボルト、ナット、ワッシャーといった締結部品を、塑性加工を含む製造工程により十分製造することができる。従って、本発明線状体は、上記締結部品の素材、その他、種々の塑性加工が施される二次製品の素材に好適に利用することができる。また、材料の除去量が少ない（材料ロスが少ない）塑性加工により上記締結部品を製造できるため、本発明線状体を素材とすることで、上記締結部品を生産性よく製造することができる。

　更に、本発明線状体により得られた締結部品、即ち、本発明線状体に塑性加工を施して得られた本発明ボルト、本発明ナット、及び本発明ワッシャーは、耐熱性に優れる。従って、本発明ボルト、本発明ナット、及び本発明ワッシャーを利用することで、高温環境での使用であっても、強固な締結状態を長期に亘り維持することができると期待される。特に、本発明ボルトは、耐熱性に優れることから、高温環境での使用であっても、ボルトの軸力を高められることで、強固な締結状態を維持することができる。

　以下、本発明をより詳細に説明する。
　本発明線状体は、上記クリープひずみが小さいほど耐熱性に優れると言える。そのため、上記クリープひずみは、０．８％以下、特に０．５％以下が好ましい。

　Ｃａは、耐熱性を向上させ、クリープ特性の改善に寄与する。Ｃａが０．４質量％以下では、クリープ特性が低く、Ｃａが多いほどクリープ特性が向上する傾向にある。しかし、Ｃａを０．４質量％超、特に、１質量％以上といった高濃度に含有する場合、伸びが低下し易く、引抜加工といった塑性加工の際に割れや断線などが生じ易い。これに対し、例えば、後述するように鋳造材に特定の熱処理を施したり、引抜加工途中に特定の中間熱処理を施したりすることは、塑性加工時の割れや断線などの低減に効果があるとの知見を得た。従って、本発明線状体では、Ｃａを０．４質量％超含有する。但し、Ｃａが４質量％超では、塑性加工性が低下するため、４質量％以下とする。Ｃａのより好ましい含有量は、０．５質量％以上３．２質量％以下である。

　　Ｚｎは、Ｃａとの相互作用により耐熱性を向上させ、クリープ特性の改善に寄与する。Ｚｎが０．１質量％未満では、クリープ特性が低く、６質量％超では、塑性加工性が低下する。Ｚｎのより好ましい含有量は、１．０質量％以上５．４質量％以下である。

　上記ＺｎとＣａとの原子数比Ｚｎ：Ｃａは、Ｚｎ：Ｃａ＝１：０．５～２、特にＺｎ：Ｃａ＝１：０．８～１．５が好ましい。原子数比が上記範囲を満たすことで、上述のようにＺｎとＣａとの相互作用による耐熱性の向上効果を更に得易いと期待される。原子数比は、例えば、ＩＣＰ発光分光分析などで各元素の含有量（質量）を調べ、各元素の原子量と質量との関係から演算により求められる。

　本発明線状体は、Ｃａ及びＺｎの双方を上述のように特定の範囲で含有することで、耐熱性に優れる上に、塑性加工性にも優れる。Ｃａ及びＺｎに加えて、Ａｌ，Ｓｎ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｚｒ，及びＳｒから選択される１種以上の元素を含有するマグネシウム合金であると、機械的特性、鋳造性、耐食性などに優れる線状体とすることができる上に、上記各元素の含有量を以下の特定の範囲にすることで、これらの元素の含有に伴う塑性加工性の低下を抑制できる。上記各元素の含有量は、質量％でＡｌ：０．１％以上６％以下、Ｓｎ：０．１％以上６％以下、Ｍｎ：０．０１％以上２％以下、Ｓｉ：０．０１％以上２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上４％以下、Ｓｒ：０．０１％以下４％以下が挙げられる。上記列記した元素のうち、特に、Ｚｒは、結晶粒の微細化に効果があり、微細組織によるマグネシウム合金の強度の向上や、塑性加工性の向上を図ることができ、Ｍｎは、強度の向上に効果がある。

　なお、ここでは、線状体とは、直径φ（横断面が多角形や楕円形などの非円形の場合は等面積円相当径）が１３ｍｍ以下、長さが直径φの１００倍以上のものとする。また、線状体は、所定の横断面形状及び寸法を有し、長尺又は所定の長さに切断された一定長さの棒材、線材、管材、形材を含む。

　本発明線状体は、特定の組成のマグネシウム合金からなる適宜な素材に、引抜加工や押出加工、圧延加工といった塑性加工を施すことで得られる。塑性加工を施す上記素材は、例えば、特定の組成に調整したマグネシウム合金を溶解した後、所定形状の鋳型に鋳込んで鋳造した鋳造材、任意形状の鋳造材に熱処理（例えば、後述の均質化熱処理など）を施した熱処理材、任意形状の鋳造材又は熱処理材に圧延加工を施した圧延材、任意形状の鋳造材又は熱処理材に押出加工を施した押出材、任意形状の鋳造材又は熱処理材に引抜加工を施した引抜材が挙げられる。特に、本発明線状体は、最終的に引抜加工を施して得られたものが好ましい。　

　上記鋳造材には、３００℃以上の温度で熱処理を施すことが好ましい。このような高温の熱処理（均質化熱処理）を施すことで、鋳造材に形成された樹枝状の晶出物に含まれる合金元素を母相に固溶させることができる。そして、この熱処理により得られた熱処理材（溶体化材）は、晶出物が球状で小さくなっている、又は晶出物が実質的に無くなった組織となっており、このような組織は、塑性加工性の向上に寄与すると期待される。より具体的な熱処理条件としては、温度：３００℃～４２０℃、保持時間：１時間～１００時間が挙げられる。

　本発明線状体の一形態として、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上、引張強さが２６０ＭＰａ以上である形態が挙げられる。また、本発明線状体の一形態として、伸びが４％以上である形態が挙げられる。特に、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上、引張強さが２６０ＭＰａ以上、及び伸びが４％以上である形態が好ましい。

　特定の組成から構成され、上述のように引抜加工などの塑性加工を施して製造される本発明線状体は、０．２％耐力や引張強さが高く、強度に優れる。そのため、例えば、本発明線状体にボルト形成のための塑性加工（鍛造加工や転造加工など）を施した場合、強度（軸力）の高いボルトが得られる。また、伸びが４％以上である本発明線状体は、塑性加工時、十分に伸びることができるため割れなどが生じ難く、塑性加工性に優れる。０．２％耐力や引張強さ、伸びは、高いほど好ましく、０．２％耐力は２２０ＭＰａ以上、特に２４０ＭＰａ以上が好ましく、引張強さは２８０ＭＰａ以上、特に３００ＭＰａ以上が好ましく、伸びは５％以上、特に６％以上が好ましい。

　上述のように本発明線状体は、耐熱性に優れる上に塑性加工性に優れるため、塑性加工を施す二次製品の素材に好適に利用することができる。この塑性加工は、例えば、押出加工、引抜加工、鍛造加工、転造加工、圧造加工、圧延加工、プレス加工、曲げ加工、絞り加工などが挙げられ、これらの加工を単独で或いは組み合わせて、本発明線状体に施すことができる。また、二次製品は、例えば、ボルト、ナット及びワッシャーなどの締結部品の他、軸類、ピン、リベット、歯車、板材、プレス材、航空機部品、車両部品、及び各種の電子・電気製品の部品や筐体が挙げられる。

　本発明ボルトは、例えば、本発明線状体を所定の寸法に切断した棒片に、ヘッド部を成形する鍛造加工や、軸部にねじ山を成形する転造加工を施すことで得られる。

　本発明ナットは、例えば、本発明線状体を所定の寸法に切断した棒片を金型に入れ、圧力を加えてねじ孔をあけながら所定形状に成形する圧造加工を施した後、ねじ孔にねじ切りを行うことで得られる。

　本発明ワッシャーは、例えば、本発明線状体を所定の寸法に切断した棒片にプレス加工や圧造加工を施すことで得られる。

　本発明ボルト及びナット、或いは本発明ボルト、ナット及びワッシャーを組み合わせて締結構造を構築した場合、いずれもマグネシウム合金（好ましくは同一組成のマグネシウム合金）から構成されることで、これら締結部品間での電食の発生や熱膨張の差により生じる結合状態の緩みなどを抑制することができる。

　本発明ボルト、ナット又はワッシャーの一形態として、その表面に、腐食から保護するコーティングを施した形態が挙げられる。

　上記ボルトなどの表面にコーティングを施すことにより、ボルトなどの使用環境中に含まれる腐食成分の接触で、マグネシウム合金が腐食することを防止でき、上記ボルトなどの耐食性を向上することができる。また、ボルト、ナット及びワッシャーなどの締結部品の他、上述した軸類、ピン、リベット、歯車、板材、プレス材、航空機部品、車両部品、又は各種の電子・電気製品の部品や筐体も、その表面に上記コーティングを施した形態とすることができる。

　上記コーティングは、使用環境中に含まれる腐食成分に対して耐食性を有する材料からなり、腐食成分の侵入を防ぐ構造を有するものを好適に利用できる。例えば、上記コーティングには、無機コーティング剤や有機コーティング剤を用いることができ、耐熱性や耐久性などの観点から、無機コーティング剤が好適である。ここで、ボルトなどのように使用中に応力（荷重）が加わる部品にコーティングを施す場合、セラミックス、金属又は樹脂などの助剤を必要に応じてコーティングに添加することで、コーティングの強度を向上することができる。

　上記コーティングには、公知のコーティング技術を利用することができる。コーティング剤には、例えばドルケン（Ｄｏｅｒｋｅｎ）株式会社のＤＥＬＴＡシリーズを用いることができる。

　上記コーティングの厚みは、１μｍ以上２０μｍ未満が好ましい。厚みが１μｍ以上であることで、十分な耐食性を得ることができ、厚みが２０μｍ未満であることで、部品の寸法精度に影響を与え難い。

　ボルトなどの部品表面にコーティングを施す際には、前処理として、脱脂処理、化成処理、ショットブラストやサンドブラストなどといった表面処理を施すと、当該部品とコーティングとの密着性を向上できる。また、コーティングを施す際にコーティングを熱処理する場合は、コーティング剤が施された部品を構成するマグネシウム合金の結晶組織への熱影響を考慮して、当該熱処理の温度を２５０℃未満とすることが好ましい。

　本発明マグネシウム合金の線状体は、耐熱性に優れると共に、塑性加工性にも優れ、ボルト、ナット、ワッシャーなどの締結部品の素材に好適に利用することができる。

　本発明ボルト、ナット及びワッシャーは、耐熱性に優れる。

図１Ａは、試験例１で作製した種々の形態の組成Ｉのマグネシウム合金の金属組織を示す顕微鏡写真（４００倍）であり、鋳造材を示す。図１Ｂは、試験例１で作製した種々の形態の組成Ｉのマグネシウム合金の金属組織を示す顕微鏡写真（４００倍）であり、均質化材を示す。図１Ｃは、試験例１で作製した種々の形態の組成Ｉのマグネシウム合金の金属組織を示す顕微鏡写真（４００倍）であり、押出材を示す。図１Ｄは、試験例１で作製した種々の形態の組成Ｉのマグネシウム合金の金属組織を示す顕微鏡写真（４００倍）であり、引抜材を示す。

　以下、本発明の実施の形態を説明する。
　（試験例１）
　［ワイヤの作製］
　表１に示す各組成（質量％）となるように各元素を坩堝に入れ、電気炉で溶解し、鋳型に流し込んでマグネシウム合金のビレット（鋳造材）を作製した。坩堝及び鋳型はいずれも、高純度のカーボン製のものを使用し、溶解及び鋳造はいずれも、Ａｒ（アルゴン）ガス雰囲気下で行った。ビレットは、直径：φ８０ｍｍ×長さ：９０ｍｍの円柱体とした。次に、各ビレットの表面を研削して直径：φ４９ｍｍの研削材を作製した後、この研削材に押出加工を施して、直径：φ１３ｍｍの棒材（押出材）を作製した。表１に、組成Ｉ～ＩＩＩの添加元素の原子数も示す。なお、組成Ｉ～ＩＩＩを用いて作製した押出材の原子数比を調べたところ、表１に示す数値と同様であった。

　押出加工は、加工温度を３５０℃～４５０℃とすることが好ましい。加工温度を３５０℃以上とすることで、マグネシウム合金の塑性加工性を高め、加工中に割れなどの発生を防止し易い。加工温度が高いほど塑性加工性を高められるが、４５０℃を超えると、加工中に結晶粒の成長が進行して結晶粒が粗大になり、この粗大組織により、以降の塑性加工性を低下させる恐れがある。押出し比は、５％～２０％が好ましい。押出し比を５％以上とすることで、押出加工に伴う変形により、機械的特性の向上を期待できる。しかし、押出し比が２０％を超えると、加工中に割れや断線などが発生する恐れがある。押出後の冷却速度は０．１℃／ｓｅｃ以上であると、結晶粒の成長を抑制できて好ましい。押出後の冷却速度を上述のように速めるには、例えば、強制冷却手段を利用することが挙げられる。この試験では、加工温度：３８５℃、押出し比：１５％、押出速度：０．２ｍｍ／ｓｅｃ、冷却速度：１℃／ｓｅｃの条件で押出加工を行った。

　作製したマグネシウム合金の各棒材（押出材）に引抜加工を施して、直径：φ８．９ｍｍの線材（ワイヤ）を作製した。Ｚｎの含有量が多い組成ＩＶからなる素材は、引抜途中で断線し、十分な長さの線材が得られなかった。その他の組成Ｉ～ＩＩＩ，Ｖからなる素材は、直径φの１００倍以上の長さの線材が得られた。また、得られた線材の外観を目視確認したところ、割れなどの異常がなかった。

　引抜加工は、加工温度を１００℃～３００℃とすることが好ましい。加工温度を１００℃以上とすることで、マグネシウム合金の塑性加工性を高め、加工中に割れや断線などの発生を防止し易い。加工温度が高いほど塑性加工性を高められるが、３００℃を超えると、加工中に結晶粒の成長が進行して結晶粒が粗大になり、この粗大組織により、以降の塑性加工性を低下させる恐れがある。引抜加工は、所望の最終線径の線材が得られるように適宜な回数を施すとよい。１回の引抜加工における加工度（断面減少率）は、５％～２０％が好ましい。１回あたりの加工度を５％以上、特に１０％以上とすることで、加工に伴う変形により、機械的特性の向上を期待できる。しかし、１回あたりの加工度が２０％を超えると、加工中に割れや断線などが発生する恐れがある。引抜後の冷却速度は０．１℃／ｓｅｃ以上であると、結晶粒の成長を抑制できて好ましい。引抜後の冷却速度を上述のように速めるには、強制冷却手段を利用したり、引抜速度（線速）を調整したりすることが挙げられる。

　複数回の引抜加工を行う場合、特に、初期線径から最終線径に至る総加工度が２０％を超える引抜加工を行う場合、総加工度が２０％以下の適宜な時期に中間引抜材に中間熱処理を施すことが好ましい。中間熱処理により、当該熱処理までの引抜加工により中間引抜材に導入されたひずみを除去したり、この歪みの除去により微細な再結晶組織にしたりすることができる。この熱処理組織とすることで、当該熱処理以降の引抜加工中に割れや断線の発生を低減でき、総加工度が２０％超といった引抜加工を安定して行える傾向にある。このように引抜加工を含む塑性加工途中に、当該塑性加工が施された中間塑性加工材に対して、上記中間熱処理を施すことで、塑性加工性の向上に寄与すると期待される。

　上記中間熱処理の温度は、１００℃～４５０℃が好ましい。温度が１００℃未満ではひずみを十分に除去できず、温度が高いほど、塑性加工性を高められる傾向にあるが、４５０℃超では熱処理中に結晶粒が粗大になり、この中間熱処理以降の塑性加工性の低下を招く。特に、中間熱処理の温度は、３００℃以上が好ましく、このような高温の熱処理により、Ｃａを０．４質量％超、特に１．０質量％以上といった比較的多めに含有した組成であっても、塑性加工性をより向上できると期待される。保持時間は、０．５時間～１０時間が好ましい。

　引抜加工途中だけでなく、最終の引抜加工後にも、熱処理を施してもよい。最終線径の引抜材に熱処理を施すことで、線材の強度や伸びを所望の値に調整することができる。この最終の熱処理の条件は、温度：１００℃～４５０℃、保持時間：０．５時間～１０時間が挙げられる。

　この試験では、引抜加工の加工温度：２５０℃、１回の加工度：１１％～１４％、引抜速度（線速）：５０ｍｍ／ｓｅｃ、引抜後の冷却速度：１℃／ｓｅｃの条件で複数回の引抜加工を行い、総加工度：５３％、中間熱処理：４５０℃×１時間、最終の熱処理：３５０℃×１．５時間とした。

　［ワイヤの特性評価］
　作製した各組成のマグネシウム合金ワイヤから試験片を採取し、各試験片にクリープ試験を実施し、各ワイヤのクリープ特性を評価した。クリープ試験は、ＪＩＳ　Ｚ　２２７１（１９９９）に準じ、試験片に７５ＭＰａの一定の荷重（応力）を加えた状態で、１５０℃に１００時間保持する、という条件で行い、１００時間後のクリープひずみを測定することで、クリープ特性を評価した。その結果を表２に示す。

　また、各ワイヤの０．２％耐力、引張強さ及び伸びを測定した。その結果も表２に示す。０．２％耐力、引張強さ及び伸びはいずれも、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１（１９９８）の金属材料引張試験方法に準じ、室温にて測定した値である。

　表２に示すように、Ｃａ及びＺｎを特定の範囲で含有する組成Ｉ～ＩＩＩにより構成された試料Ｎｏ．１－１～１－３のワイヤはいずれも、クリープひずみが１．０％以下であり、耐熱性（クリープ特性）に優れることが分かる。また、試料Ｎｏ．１－１～１－３のワイヤはいずれも、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上及び引張強さが２６０ＭＰａ以上であり強度に優れる上に、伸びが４％以上であり、靭性にも優れることが分かる。従って、試料Ｎｏ．１－１～１－３のワイヤはいずれも、塑性加工性に優れると期待される。これに対し、Ｃａ及びＺｎを特定の範囲外で含有する試料Ｎｏ．１－１００は、上述のように引抜途中で破断し、塑性加工性に劣ることが分かる。Ｚｎのみを含有し、Ｃａを含有していない試料Ｎｏ．１－１１０は、クリープ試験で１０時間で破断したため、試料Ｎｏ．１－１～１－３に比較して、耐熱性が悪い上に、強度も低いことが分かる。

　図１Ａ～図１Ｄは、組成Ｉを用いて作製した試料Ｎｏ．１－１の各形態の断面の顕微鏡写真であり、図１Ｂ～図１Ｄにおいて、結晶粒内や粒界に存在する小さい粒状体は、主として晶出物（主として、ＣａとＭｇとを含む金属間化合物）である。ここでは、鋳造材を研削した研削材（φ４９ｍｍ）から試験片を採取し、この試験片に４００℃×４８時間の均質化処理を施した均質化材も作製した。図１Ａに示す鋳造材では、樹枝状の晶出物（濃い色（黒色）で見える箇所）が存在していることが分かる。これに対し、図１Ｂに示すように、この鋳造材に均質化熱処理を施すことで、晶出物の一部は母相に固溶し、残部が球状となり、小さくなっていることが分かる。図１Ｃ，図１Ｄに示す押出材や引抜材では、微細な粒状の晶析出物が均一的に分散していることが分かる。即ち、均質加熱処理や、押出や引抜といった塑性加工を施すことで、晶析出物が微細な組織となり、このような組織を有する図１Ｂ～図１Ｄのマグネシウム合金線状体は、鍛造や転造などの塑性加工性に優れると期待される。また、塑性加工が施された押出材や引抜材は、結晶粒が微細であり、特に引抜材は押出材よりも結晶粒が非常に微細で均一的になっている。このような微細結晶組織を有することで、引抜材は、更に塑性加工性に優れると期待される。

　［ボルトの加工］
　作製したマグネシウム合金の各ワイヤ（試料Ｎｏ．１－１～１－３，１－１１０）を所定の寸法に切断し、得られた棒片に鍛造加工を施してボルト頭を成形した後、転造加工を施してねじ山を成形して、Ｍ１０相当のボルトを作製した。ここでは、鍛造加工温度：３５０℃、転造加工温度：１９０℃とした。

　［ナットの加工］
　また、作製した各ワイヤ（試料Ｎｏ．１－１～１－３，１－１１０）を所定の寸法に切断し、得られた棒片に圧造加工を施してねじ孔をあけながら六角状に成形した後、ねじ孔にねじ切りを行って、ナットを作製した。ここでは、圧造加工温度：３５０℃とし、ねじ切りは室温にて行った。

　［ボルトの特性評価］
　作製した各組成のマグネシウム合金ボルトについて、以下の軸力緩和試験を実施し、各ボルトの軸力緩和特性を評価した。

　軸力緩和試験は、次のようにして行った。ボルト孔を有するマグネシウム合金の板材を用意し、ボルト孔に作製したボルトを挿通して、このボルトと同じ組成であり、上述のようにして作製したナットを用いて締め付ける。このとき、締め付け前後でのボルトの伸びを超音波ボルト軸力計（株式会社ＴＭＩダコタ製ＢＯＬＴ－ＭＡＸ　ＩＩ）を用いて測定し、ボルト長の変化量とヤング率とから初期軸力を算出する。ヤング率はワイヤの引張試験から求めた値を用い、初期軸力が９０ＭＰａとなるようにボルト長の変化量（ボルトの締付度合い）を調整した。次に、初期軸力：９０ＭＰａでボルトを締め付けた状態で、１５０℃で２４時間保持してから室温まで冷却した後、ボルトを取り外す。この際に、取り外し前後でのボルトの伸びを超音波ボルト軸力計を用いて測定し、ボルト長の変化量とヤング率とから残留軸力を算出する。

　上記軸力緩和試験から得られた初期軸力と残留軸力とを基に、各ボルトの軸力緩和率を次式により求めることで、軸力緩和特性を評価した。その結果を表３に示す。なお、軸力緩和率が小さい方が結合状態が緩み難く、軸力緩和特性に優れ、ボルトとして優位である。
　軸力緩和率＝（初期軸力－残留軸力）／初期軸力

　表３に示すように、Ｃａ及びＺｎを特定の範囲で含有する試料Ｎｏ．１－１～１－３のワイヤから作製したボルトはいずれも、軸力緩和率が小さく、軸力緩和特性に優れることが分かる。そのため、試料Ｎｏ．１－１～１－３のワイヤから作製したボルトは、高温環境下で使用しても高い軸力を安定して維持することができ、軸力の低下による緩みが生じ難いと期待される。これに対し、Ｚｎのみを含有し、Ｃａを含有していない試料Ｎｏ．１－１１０のワイヤから作製したボルトは、軸力緩和率が９０％以上であり、高温環境下の使用時、軸力が低下して緩む恐れがあり、高温環境下での使用に十分耐えられないと考えられる。なお、軸力緩和率は５０％以下、更に３０％以下、特に２０％以下が好ましい。

　本発明の実施の形態として、ここでは、マグネシウム合金の線状体（ワイヤ）及びこれを素材に製造したボルト及びナットを説明したが、本発明線状体は、その他、ワッシャーなどの素材に好適に使用できる。

　上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、マグネシウム合金の組成（添加元素の種類、含有量）、線状体の断面形状や寸法などを適宜変更することができる。また、ボルト、ナット、ワッシャーの表面に耐食用の保護コーティングを施すことができる。

　本発明マグネシウム合金の線状体は、耐熱性に優れると共に塑性加工性にも優れており、塑性加工を施して得られる二次製品、例えば、ボルト、ナット並びにワッシャーなどの締結部品の素材に好適に利用することができる。本発明ボルト、ナット及びワッシャーは、種々の部材、特にマグネシウム合金から構成される部材の締結に好適に利用することができる。

Claims

　マグネシウム合金からなる線状体であって、
　前記マグネシウム合金は、Ｚｎを０．１質量％以上６質量％以下、Ｃａを０．４質量％超４質量％以下含有し、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
　以下の条件で前記線状体にクリープ試験を行ったとき、クリープひずみが１．０％以下であることを特徴とするマグネシウム合金の線状体。
　クリープ試験条件は、温度：１５０℃、応力：７５ＭＰａ、保持時間：１００時間とする。
　マグネシウム合金からなる線状体であって、
　前記マグネシウム合金は、
　　Ｚｎを０．１質量％以上６質量％以下、及びＣａを０．４質量％超４質量％以下と、
　　Ａｌを０．１質量％以上６質量％以下、Ｓｎを０．１質量％以上６質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｓｉを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｚｒを０．０１質量％以上４質量％以下、及びＳｒを０．０１質量％以上４質量％以下からなる群から選ばれる１種以上の元素とを含有し、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
　以下の条件で前記線状体にクリープ試験を行ったとき、クリープひずみが１．０％以下であることを特徴とするマグネシウム合金の線状体。
　クリープ試験条件は、温度：１５０℃、応力：７５ＭＰａ、保持時間：１００時間とする。
　ＺｎとＣａとの原子数比Ｚｎ：Ｃａは、Ｚｎ：Ｃａ＝１：０．５～２を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネシウム合金の線状体。
　前記線状体は、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上、引張強さが２６０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のマグネシウム合金の線状体。
　前記線状体は、伸びが４％以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のマグネシウム合金の線状体。
　請求項１～５のいずれか１項に記載のマグネシウム合金の線状体に塑性加工を施して得られたことを特徴とするボルト。
　請求項１～５のいずれか１項に記載のマグネシウム合金の線状体に塑性加工を施して得られたことを特徴とするナット。
　請求項１～５のいずれか１項に記載のマグネシウム合金の線状体に塑性加工を施して得られたことを特徴とするワッシャー。