世界初のマグネシウム合金鋳造技術を開発【NEDO】

2015年1月22日

―鍛造に適した小径連続鋳造材料の製造技術でコストを半減―

NEDOと三協立山㈱は、小型鍛造品向けに適したマグネシウム合金小径連続鋳造ビレットの製造技術を開発しました。世界で初めて鍛造に直接供給できるマグネシウム小径ビレット（φ55～100mm）の連続鋳造を可能にする技術を確立したもので、従来と比べ約50％のコストダウンが実現できます。

1．概要

実用金属として最軽量のマグネシウム合金は構造材料として広く普及している鉄やアルミニウムに比べ、極めて軽量、高い比強度^※1、および減衰性^※2といった優れた性能を有し、自動車、家電、ロボットのほか、あらゆる機械産業分野において、構造体の大幅な軽量化が期待されています。一方、マグネシウム合金は鍛造^※3をはじめとした塑性加工^※4の際、割れが生じやすく、加工が困難なことがコスト高に繋がり、普及拡大を阻害する要因となっていました。マグネシウム合金における高強度・高信頼性部材の工業化には、組織制御による高強度化が可能で、生産性が高く、品質・コスト両面での競争力がある鍛造技術の確立が必要とされてきました。
特に産業機械や輸送機器向けに用いられる小型鍛造部品は、鋳造^※5ビレット^※6（φ155～300）を押出^※7加工することで、小型鍛造に供給できる品質（組織の微細化）とサイズに塑性加工した押出棒を製造し、これを原材料に用いる製法がとられていますが、高コストな素材や生産性の課題が製品コストを押し上げる要因となっており、この市場拡大におけるネックのひとつになっています。
このたび、NEDOと三協立山㈱は、小型鍛造品向けに適したマグネシウム合金小径連続鋳造ビレットの製造技術を開発しました。世界で初めて鍛造に直接供給できるマグネシウム小径ビレット（φ55～100mm）の連続鋳造を可能にする技術を確立したもので、従来と比べ約50％のコストダウンが実現できます。

図：本鋳造技術の概念図

2．今回の成果

マグネシウムの断熱鋳型鋳造法を新たに確立しました。当該鋳造法は鋳型を断熱構造とすることで鋳型内の溶湯を極力凝固させずに鋳型下端より噴出される冷却水のみで急冷凝固させます。これにより、従来のビレット組織に比べ格段に微細・均一な凝固組織（結晶粒度：最小で50μm/デンドライトアーム間隔（DAS）^※8 ： 15μm以下：両値とも、従来のマグネシウムビレットの1/2以下）を確保し、優れた鍛造成形性を実現しています。

3．今後の予定

現在、軽量化が要求される鍛造部材分野への適用に向けた提案と用途開発を推進中です。あわせて、量産化に向けた対応として、製造コストの低減を実現し得る多面同時連続鋳造技術の開発に着手し、従来の量産ビレットと同等の素材コストの実現に向けた各種生産技術の構築を進めています。
開発材を素材とした高品質マグネシウム鍛造部材を自動車、家電、ロボットのほかあらゆる機械産業分野に供給し、マグネシウムの特性を活かした軽量製品、振動吸収性等に優れた高機能製品、ハイグレード製品への適用が期待されます。
なお、2015年1月28日から30日に東京ビッグサイトで開催される「nanotech2015」にサンプル展示します。

〈サンプルについて〉
・要求性能、サイズに応じたサンプル提供を開始しています。

【用語解説】
※1 比強度
物質の強さを表す物理量のひとつで、密度あたり引張強さである。「引張強さ ÷ 密度」で得られ、比強度が大きいほど、軽いわりに強い材料である。
※2 減衰性
材料が耐久限度以下の応力サイクル（振動）を受けたとき、そのエネルギーを熱として吸収、消散させること。
※3 鍛造
金属を叩いて圧力を加える事で、金属内部の空隙をつぶし、結晶を微細化し、結晶の方向を整えて強度を高めると共に目的の形状に成形する加工方法。
※4 塑性加工
材料に大きな力を加えて変形させることによって、目的とする形状に加工すること。
※5 鋳造
材料を融点よりも高い温度で熱して液体にしたあと、型に流し込み、冷やして目的の形状に固める加工方法。
※6 ビレット
押出、圧延、鍛造用に調整された鋳造材。
※7 押出
塑性加工の一種であり、耐圧性の型枠に入れられた素材に高い圧力を加え、一定断面形状のわずかな隙間から押出すことで求める形状に加工する方法である。
※8 デンドライトアーム間隔
金属材料の凝固過程に生じる樹枝状組織において、隣接する二次アーム間の中心間距離。