マグネシウム合金部材、エアコン用圧縮機及びマグネシウム合金部材の製造方法
【課題】自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用可能な機械的強度及び高温での疲労強度を出現できる、マグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法を提供し、更に、必要な機械的強度及び高温での疲労強度を備えたマグネシウム合金を機構部品に使用したエアコン用圧縮機を提供する。
【解決手段】質量％で、カルシウムＣａを０．３〜１０％、アルミニウムＡｌを０．２〜１５％、マンガンＭｎを０．０５〜１．５％含有し、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウムＭｇ及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工（押出し加工）してマグネシウム合金部材を形成する。これにより、マグネシウム合金部材において、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現でき、自動車エアコン用圧縮機の機構部品をマグネシウム合金部材で形成して、圧縮機の重量を軽減できる。
【解決手段】質量％で、カルシウムＣａを０．３〜１０％、アルミニウムＡｌを０．２〜１５％、マンガンＭｎを０．０５〜１．５％含有し、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウムＭｇ及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工（押出し加工）してマグネシウム合金部材を形成する。これにより、マグネシウム合金部材において、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現でき、自動車エアコン用圧縮機の機構部品をマグネシウム合金部材で形成して、圧縮機の重量を軽減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム、カルシウム、マンガンを含有するマグネシウム合金部材、当該マグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機、及び、前記マグネシウム合金部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品において、軽量化のために、低比重であるマグネシウム合金を用いる場合があり、従来、マグネシウム合金の適用部品は、高強度や耐熱性が要求されないケーシングやカバーなどの部品が主であったが、強度や耐熱性を向上させたマグネシウム合金が開発されている。
例えば、特許文献１〜３には、鋳造性及び耐熱性を向上させたマグネシウム合金が開示され、特許文献４には、高温での強度及び鍛造性を向上させたマグネシウム合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３２０６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７７９６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６２０９０号公報
【特許文献４】特開２０００−１０４１３７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車部品の中でも、自動車エアコン用圧縮機は、エンジン近傍に設置され、暴露温度が１００〜１５０℃程度になるため、圧縮機の部品素材には耐熱性が求められ、更に、圧縮機における圧縮を担う機構部品では、高温での高い疲労強度が求められる。
しかし、特許文献１〜３に開示されるマグネシウム合金は鋳造用であるため、機械的強度が不十分であり、圧縮機のような高温での高強度が要求される部品には適用できないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献４，５に開示されるマグネシウム合金は、強度及び鍛造性に優れているとしても、高温疲労強度に関する検証がなく、圧縮機の機構部品への適用可能性が不確かであった。
更に、マグネシウム合金に高価な希少金属を添加すれば、マグネシウム合金の強度を上げることができるが、この場合、コスト高となってしまい、圧縮機の機構部品の素材としては不向きである。
そこで、本発明は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用可能な機械的強度及び高温での疲労強度を出現できる、マグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法を提供し、更に、必要な機械的強度及び高温での疲労強度を備えたマグネシウム合金製の機構部品を備えたエアコン用圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工することを特徴とする。
【０００７】
カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの双方を添加することで、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物と、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物が粒界に晶出し、室温での機械的強度及び耐熱性が向上する。
これらの晶出物は、Ｃａ／Ａｌの質量比が変わることで変化し、特に、Ｃａ／Ａｌの質量比を０．６〜１．７とした場合、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物であるＭｇ2Ｃａと、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物である（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａとが同時に晶出し、機械的強度と耐熱性の向上に大きな効果がある。
【０００８】
一方、Ｃａ／Ａｌの質量比が１．７よりも大きくなると、Ｍｇ2Ｃａのみ、若しくは、僅かな（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａが晶出する程度で、機械的強度の向上効果は期待できず、Ｃａ／Ａｌの質量比が０．６よりも小さくなると、Ｍｇ‐Ａｌ系化合物であるβ‐Ｍｇ17Ａｌ12が晶出し、耐熱性に悪影響を及ぼす。
また、マンガンＭｎを少量添加することで、結晶粒径が微細化し、機械的強度が向上する。マンガンＭｎの添加量は、０．０５〜１．５％の範囲が適切であり、この範囲を外れると、結晶粒径の微細化の効果が低くなって、機械的強度の向上効果は期待できない。
【０００９】
そして、上記組成のマグネシウム合金からなる鋳造素材に、２５０〜５００℃で塑性加工を施すと、高温での高い疲労強度を出現でき、２５０〜５００℃での塑性加工後のマグネシウム合金部材は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度及び高温での疲労強度である、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現する。
尚、塑性加工の温度が２５０℃を下回ると、充分な歪み量を確保できないために成形ができず、割れなどが発生し、また、５００℃を上回ると、高温酸化や部分的な溶解が発生し、疲労強度の向上効果は期待できない。
【００１０】
ここで、前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理を施すことができ、好ましくは、塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理を施した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理を施すことが好ましい。
溶体化加熱の処理温度が４５０〜５１０℃の範囲であると、粒界及び粒内が微細な析出物によって強化され、局所変形が抑えられ、均一変形領域が大きくなるために、高温での加工軟化が起こり難くなり、高温疲労強度が向上する。
【００１１】
溶体化加熱の処理温度が４５０℃を下回ると、固溶体が形成し難くなり、粒界及び粒内の析出物の量が低下し、適正な状態とならず、高温疲労強度の向上は期待できない。一方、溶体化加熱の処理温度が５１０℃を上回ると、合金の一部が溶融するバーニングが生じ、気孔欠陥が生じる。
また、溶体化加熱の処理時間は、０．０８時間を下回ると、十分な溶体化処理ができないので、保持時間は０．０８時間よりも長いことが好ましい。
【００１２】
また、焼入れに使用する冷却は、温水であってもよいし、なんらかの添加剤を加えたものでもよく、公知の焼入れ用の冷却であれば様々なものを適用できる。
人工時効処理における処理温度が１５０℃を下回ると、適正な硬さに向上させるために処理時間が長くなり、処理温度が２５０℃を上回ると、硬さ及び強度が低下してしまうので、人工時効処理における処理温度は、１５０〜２５０℃の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
また、人工時効処理の保持時間が０．３時間を下回ると、十分な時効硬化が得られないので、人工時効処理における保持時間は、０．３時間以上とすることが好ましい。
前記塑性加工として、押出し加工を施すことができ、押出し加工を２５０〜５００℃で行えば、割れや表面酸化を抑制しつつ、疲労強度を向上させることができる。
また、上記のマグネシウム合金部材を、エアコン用圧縮機の機構部品に使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用可能な機械的強度及び高温での疲労強度、具体的には、室温の０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃の疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現できるマグネシウム合金部材を提供でき、更に、係るマグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機を提供できる。
従来、自動車エアコン用圧縮機の機構部品には、高強度アルミニウム合金が用いられているが、本発明によると、高強度アルミニウム合金と略同等の機械的強度（引張強度）及び高温疲労強度をマグネシウム合金部材において出現できるから、高強度アルミニウム合金に比べて低比重であるマグネシウム合金部材への置き換えが可能となり、自動車エアコン用圧縮機の大幅な重量低減を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
表１は、マグネシウム合金におけるアルミニウムＡｌ、カルシウムＣａ、マンガンＭｎの含有率（質量％）を変更した複数種の試料それぞれにおける室温（例えば１０〜３５℃）での引張強度（ＭＰａ）及び０．２％耐力（ＭＰａ）を示す。
表１の「判定」は、０．２％耐力が、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される値である３００ＭＰａ以上であることを○印で示し、０．２％耐力が３００ＭＰａ未満であることを×印で示すものである。
【００１６】
０．２％耐力の要求値としての３００ＭＰａは、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に用いられているアルミニウム合金鍛造材（Ｔ６処理：溶体化処理後、人工時効処理）の０．２％耐力を基準として設定した。
表１の結果を得た試料は、表中の含有率としたマグネシウム合金の鋳造品を作成し、この鋳造素材に塑性加工（熱間間接押出加工）を施したものであり、熱処理（Ｔ６処理）を施していないものである。
【００１７】
より詳細には、合金溶製は電気抵抗炉を用いて大気中で行い、溶湯の酸化防止には、ＳＦ6とＣＯ2の混合ガスを用いた。そして、攪拌後に、Ｃａ添加時の酸化物除去のためＡｒガスを流してバブリングを行い、３００℃に加熱したビレット用金型に鋳込んで、鋳造素材を作製した。
また、間接押出加工には油圧プレス機を用い、３５０℃に加熱した金型の中に、押出し加工用の試料を投入し、１０分間保持してから、押出し比を２０とした押出し加工を開始した。尚、押出し比とは、塑性加工前の断面積／塑性加工後の断面積である。
【００１８】
また、押出し材の引張特性を評価するための引張試験においては、万能試験機を用いる一方、押出し方向と荷重負荷方向とが平行になるように試験片を採取し、試験部直径４mm、評点距離２０mmのＪＩＳ１４Ａ号試験片を作製し、試験速度は、初期ひずみ速度１×１０−3ｓ−1の条件で行った。
表１の最下段は、ＪＩＳ規定素材であるＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）での引張強度（ＭＰａ）及び０．２％耐力（ＭＰａ）を参考値として示してあり、表中の「判定」は、このＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）の０．２％耐力である３００ＭＰａ以上であるか否かを示す。
【００１９】
表１において、実施例１〜１１の試料は、カルシウムＣａを０．３〜１０％、アルミニウムＡｌを０．２〜１５％、マンガンＭｎを０．０５〜１．５％含有し、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウムＭｇ及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材に、３５０℃の塑性加工（押出し加工）を施したものである。
一方、比較例１〜７の試料は、カルシウムＣａの含有率、アルミニウムＡｌの含有率、マンガンＭｎの含有率、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比のうちの少なくとも１つが、前記範囲から外れているマグネシウム合金の鋳造素材に、３５０℃の塑性加工（押出し加工）を施したものである。
【００２０】
尚、表１における「Ｃａ＋Ａｌ」は、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計の質量％を示す。
表１に示すように、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比０．６〜１．７を満たす実施例１〜７の試料は、いずれも０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａ以上であり、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度を満たしており、圧縮機の機構部品として用いることができることを示している。
【００２１】
これに対し、カルシウムＣａの含有率が０．３〜１０％の範囲を外れる比較例１及び比較例４、また、アルミニウムＡｌの含有率が０．２〜１５％の範囲を外れる比較例２及び比較例３では、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
また、カルシウムＣａの含有率及びアルミニウムＡｌの含有率が、０．２〜１５％の範囲内であっても、比較例５及び比較例６のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７の範囲を外れると、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
【００２２】
更に、カルシウムＣａの含有率及びアルミニウムＡｌの含有率が０．３〜１０％の範囲内であり、かつ、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７の範囲内であっても、マンガンＭｎを含有しない比較例７では、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
即ち、上記引張試験の結果から、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７を満足するマグネシウム合金であることが、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度（０．２％耐力が３００ＭＰａ以上）を得るための条件となることが分かる。
【００２３】
カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの双方を添加することで、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物と、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物が粒界に晶出し、室温での機械的強度及び耐熱性が向上するが、実施例１〜１１のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比を０．６〜１．７とした場合、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物であるＭｇ2Ｃａと、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物である（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａとが同時に晶出し、機械的強度と耐熱性とが向上したものと推察される。
これに対し、比較例６のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が１．７よりも大きくなると、Ｍｇ2Ｃａのみ、若しくは、僅かな（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａが晶出する程度となることで、機械的強度を十分に向上させることができず、また、比較例５のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６よりも小さくなると、Ｍｇ‐Ａｌ系化合物であるβ‐Ｍｇ17Ａｌ12が晶出し、耐熱性に悪影響を及ぼしたものと推察される。
【００２４】
また、比較例７のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比を０．６〜１．７の範囲内としても、マンガンＭｎを添加しない場合には機械的強度が不足するのに対し、実施例１〜１１のように、マンガンＭｎを少量添加することで、０．２％耐力を３００ＭＰａ以上とすることができる。これは、マンガンＭｎを少量添加することで、結晶粒径が微細化し、機械的強度が向上したものと推定される。マンガンＭｎの添加量は、０．０５〜１．５％の範囲が適切であり、この範囲を外れると、結晶粒径の微細化の効果が低くなって、機械的強度の向上効果は期待できない。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表２は、表１に示した実施例３の含有率、即ち、カルシウムＣａを３．３％、アルミニウムＡｌを３．７％、マンガンＭｎを０．３３％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．８９、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計を７％としたマグネシウム合金の鋳造素材を試料とし、この鋳造素材に施す押出し加工（塑性加工）における押出比及び押出温度を複数種に異ならせ、押出し加工後の試料それぞれにおける０．２％耐力を求めた試験結果を示す。
表２に示す試験では、押出し比を１０，２０，４０，６０の４種類に設定したが、それぞれの押出し比における押出し温度が、２５０〜５００℃の範囲内であれば、割れや表面酸化が発生することなく、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを上回った。
【００２７】
これに対し、押出し比を２０としたときに、押出し温度を２５０〜５００℃の範囲を下回る２３０℃とすると割れが発生して機械的強度が得られず、また、押出し温度を２５０〜５００℃の範囲を上回る５１７℃とすると、表面酸化が発生して、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回った。
即ち、塑性加工（押出し加工）の温度を、２５０〜５００℃の範囲内とすることで、３００ＭＰａ以上の０．２％耐力を出現できることが分かる。塑性加工の温度が２５０℃を下回る場合には、充分な歪み量を確保できないために成形ができず、割れなどが発生し、また、５００℃を上回る場合には、高温酸化や部分的な溶解が発生することで、疲労強度の向上効果は期待できない。
【００２８】
【表２】
【００２９】
表３は、２５０〜５００℃の塑性加工後（押出し加工後）に、熱処理（Ｔ６処理）を施した場合と、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかった場合とで、それぞれに１５０℃疲労強度（高温疲労強度）を計測した結果を示す。
尚、試料としては、表１に示した実施例３の含有率、即ち、カルシウムＣａを３．３％、アルミニウムＡｌを３．７％、マンガンＭｎを０．３３％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．８９、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計を７％としたマグネシウム合金の鋳造素材を、押出し比２０、押出し温度３５０℃で押出し加工したものを用いた。
【００３０】
更に、表３には、比較対象として、ＪＩＳ規定素材であるＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）における１５０℃疲労強度を示してある。前述のように、Ａｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）は、自動車エアコン用圧縮機に用いられているから、このＡ４０３２−Ｔ６の１５０℃疲労強度（１００ＭＰａ）以上の１５０℃疲労強度を出現できれば、Ａ４０３２−Ｔ６に代わる部材として用いることができることになる。
表３の疲労強度を得た疲労試験（回転曲げ試験）及び疲労強度の算出は、日本機械学会編「日本機械学会基準 統計的疲労試験方法（改訂版）ＪＳＭＥ Ｓ−００２−１９９４」に準じて行い、試験温度１５０℃、回転数３０００rpm、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝−１で行った。表３の疲労強度は、１０7回での結果である。
【００３１】
疲労試験に用いた試験片は、丸棒型試験片であって、チャック部の径を８．５mm、破断部の径を４mmとし、押出し方向と荷重負荷方向とが垂直になるように採取し、破断部は、切削による条痕の影響を無くすため、耐水研磨紙にて研磨した後、仕上げにバフ研磨した。
また、Ｔ６処理として、横型管状炉を用いて５００℃のＡｒガス気流中に３０分（０．５時間）保持する溶体化処理後、１８０℃のオイルバスを用いて２時間の人工時効処理を施した。尚、熱処理時間（保持時間）は、試料を投入してからの時間である。
【００３２】
表３に示したように、Ａ４０３２−Ｔ６の１５０℃疲労強度が１００ＭＰａであるのに対し、２５０〜５００℃の温度で塑性加工（３５０℃での押出し加工）を行った後、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかったマグネシウム合金部材の１５０℃疲労強度は１１７ＭＰａであるのに対し、同じ素材で同じ塑性加工を施した後に、更に熱処理（Ｔ６処理）を施したマグネシウム合金部材の１５０℃疲労強度は１３２ＭＰａであった。
【００３３】
即ち、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７であるマグネシウム合金の鋳造素材に対し、２５０〜５００℃の塑性加工を施せば、熱処理（Ｔ６処理）を施さなくてもＡ４０３２−Ｔ６を上回る１５０℃疲労強度を出現できる。そして、熱処理（Ｔ６処理）を施せば、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかった場合に比べて更に１５０℃疲労強度を向上させることができる。
【００３４】
換言すれば、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７であるマグネシウム合金の鋳造素材に対し、２５０〜５００℃の塑性加工を施して形成したマグネシウム合金部材は、熱処理（Ｔ６処理）を施さなくても、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に用いることができる室温での０．２％耐力及び高温での疲労強度、具体的には、３００ＭＰａ以上の室温０．２％耐力及び１００ＭＰａ以上の１５０℃疲労強度を出現でき、更に、熱処理（Ｔ６処理）を施せば、高温での疲労強度がより強くなる。
従って、高強度アルミニウム合金を用いていた自動車エアコン用圧縮機の機構部品を、マグネシウム合金部材で形成することができ、これによって圧縮機の大幅な重量低減を実現できる。
【００３５】
【表３】
【００３６】
ところで、熱処理（Ｔ６処理）では、塑性加工（押出し加工）後に行う溶体化処理において、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持することが好ましく、また、焼入れ処理後に行う人工時効処理において、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持することが好ましい。
溶体化加熱の処理温度が４５０〜５１０℃の範囲であると、粒界及び粒内が微細な析出物によって強化され、局所変形が抑えられ、均一変形領域が大きくなるために、高温での加工軟化が起こり難くなり、高温疲労強度を向上させることができる。
【００３７】
これに対し、溶体化加熱の処理温度が４５０℃を下回ると、固溶体が形成し難くなり、粒界及び粒内の析出物が低下し、適正な状態とならず、高温疲労強度の向上は期待できない。一方、溶体化加熱の処理温度が５１０℃を上回ると、合金の一部が溶融するバーニングが生じ、気孔欠陥が生じてしまう。
また、溶体化加熱の処理時間は、０．０８時間を下回ると、十分な溶体化処理ができないので、保持時間は０．０８時間よりも長いことが好ましい。
【００３８】
また、人工時効処理における処理温度が１５０℃を下回ると、適正な硬さに向上させるために処理時間が長くなり、処理温度が２５０℃を上回ると、硬さ及び強度が低下してしまうので、人工時効処理における処理温度は、１５０〜２５０℃の範囲とすることが好ましい。
また、人工時効処理の保持時間が０．３時間を下回ると、十分な時効硬化が得られないので、人工時効処理における保持時間は、０．３時間以上とすることが好ましい。
表３の結果を得た熱処理（Ｔ６処理）における温度及び保持時間は、前述の温度範囲及び時間範囲を満たしている。
【００３９】
以上説明したように、本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法によると、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現でき、従来使用していたＡｌ合金鍛造材Ａ４０３２に置き換えて用いることができる。
そして、マグネシウム合金部材の比重は、Ａｌ合金鍛造材Ａ４０３２よりも小さいので、自動車エアコン用圧縮機の機構部品を、マグネシウム合金で形成すれば、圧縮機の重量を大きく低減でき、車両の軽量化、引いては燃費性能の改善に寄与できる。
【００４０】
本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材を適用する自動車エアコン用圧縮機の機構部品としては、斜板式圧縮機用シューやピストン、及び、スクロール式圧縮機用うず巻体などがある。
尚、本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用することを前提として開発されたものであるが、適用対象を自動車エアコン用圧縮機の機構部品に限定するものではなく、定置式エアコン圧縮機の機構部品に適用することも可能である。
また、塑性加工を押出し加工に限定するものでもなく、鍛造加工、圧延加工、引き抜き加工などであってもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム、カルシウム、マンガンを含有するマグネシウム合金部材、当該マグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機、及び、前記マグネシウム合金部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品において、軽量化のために、低比重であるマグネシウム合金を用いる場合があり、従来、マグネシウム合金の適用部品は、高強度や耐熱性が要求されないケーシングやカバーなどの部品が主であったが、強度や耐熱性を向上させたマグネシウム合金が開発されている。
例えば、特許文献１〜３には、鋳造性及び耐熱性を向上させたマグネシウム合金が開示され、特許文献４には、高温での強度及び鍛造性を向上させたマグネシウム合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３２０６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７７９６号公報
【特許文献３】特開２００４−１６２０９０号公報
【特許文献４】特開２０００−１０４１３７号公報
【特許文献５】特開２０００−１０９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車部品の中でも、自動車エアコン用圧縮機は、エンジン近傍に設置され、暴露温度が１００〜１５０℃程度になるため、圧縮機の部品素材には耐熱性が求められ、更に、圧縮機における圧縮を担う機構部品では、高温での高い疲労強度が求められる。
しかし、特許文献１〜３に開示されるマグネシウム合金は鋳造用であるため、機械的強度が不十分であり、圧縮機のような高温での高強度が要求される部品には適用できないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献４，５に開示されるマグネシウム合金は、強度及び鍛造性に優れているとしても、高温疲労強度に関する検証がなく、圧縮機の機構部品への適用可能性が不確かであった。
更に、マグネシウム合金に高価な希少金属を添加すれば、マグネシウム合金の強度を上げることができるが、この場合、コスト高となってしまい、圧縮機の機構部品の素材としては不向きである。
そこで、本発明は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用可能な機械的強度及び高温での疲労強度を出現できる、マグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法を提供し、更に、必要な機械的強度及び高温での疲労強度を備えたマグネシウム合金製の機構部品を備えたエアコン用圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工することを特徴とする。
【０００７】
カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの双方を添加することで、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物と、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物が粒界に晶出し、室温での機械的強度及び耐熱性が向上する。
これらの晶出物は、Ｃａ／Ａｌの質量比が変わることで変化し、特に、Ｃａ／Ａｌの質量比を０．６〜１．７とした場合、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物であるＭｇ2Ｃａと、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物である（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａとが同時に晶出し、機械的強度と耐熱性の向上に大きな効果がある。
【０００８】
一方、Ｃａ／Ａｌの質量比が１．７よりも大きくなると、Ｍｇ2Ｃａのみ、若しくは、僅かな（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａが晶出する程度で、機械的強度の向上効果は期待できず、Ｃａ／Ａｌの質量比が０．６よりも小さくなると、Ｍｇ‐Ａｌ系化合物であるβ‐Ｍｇ17Ａｌ12が晶出し、耐熱性に悪影響を及ぼす。
また、マンガンＭｎを少量添加することで、結晶粒径が微細化し、機械的強度が向上する。マンガンＭｎの添加量は、０．０５〜１．５％の範囲が適切であり、この範囲を外れると、結晶粒径の微細化の効果が低くなって、機械的強度の向上効果は期待できない。
【０００９】
そして、上記組成のマグネシウム合金からなる鋳造素材に、２５０〜５００℃で塑性加工を施すと、高温での高い疲労強度を出現でき、２５０〜５００℃での塑性加工後のマグネシウム合金部材は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度及び高温での疲労強度である、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現する。
尚、塑性加工の温度が２５０℃を下回ると、充分な歪み量を確保できないために成形ができず、割れなどが発生し、また、５００℃を上回ると、高温酸化や部分的な溶解が発生し、疲労強度の向上効果は期待できない。
【００１０】
ここで、前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理を施すことができ、好ましくは、塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理を施した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理を施すことが好ましい。
溶体化加熱の処理温度が４５０〜５１０℃の範囲であると、粒界及び粒内が微細な析出物によって強化され、局所変形が抑えられ、均一変形領域が大きくなるために、高温での加工軟化が起こり難くなり、高温疲労強度が向上する。
【００１１】
溶体化加熱の処理温度が４５０℃を下回ると、固溶体が形成し難くなり、粒界及び粒内の析出物の量が低下し、適正な状態とならず、高温疲労強度の向上は期待できない。一方、溶体化加熱の処理温度が５１０℃を上回ると、合金の一部が溶融するバーニングが生じ、気孔欠陥が生じる。
また、溶体化加熱の処理時間は、０．０８時間を下回ると、十分な溶体化処理ができないので、保持時間は０．０８時間よりも長いことが好ましい。
【００１２】
また、焼入れに使用する冷却は、温水であってもよいし、なんらかの添加剤を加えたものでもよく、公知の焼入れ用の冷却であれば様々なものを適用できる。
人工時効処理における処理温度が１５０℃を下回ると、適正な硬さに向上させるために処理時間が長くなり、処理温度が２５０℃を上回ると、硬さ及び強度が低下してしまうので、人工時効処理における処理温度は、１５０〜２５０℃の範囲とすることが好ましい。
【００１３】
また、人工時効処理の保持時間が０．３時間を下回ると、十分な時効硬化が得られないので、人工時効処理における保持時間は、０．３時間以上とすることが好ましい。
前記塑性加工として、押出し加工を施すことができ、押出し加工を２５０〜５００℃で行えば、割れや表面酸化を抑制しつつ、疲労強度を向上させることができる。
また、上記のマグネシウム合金部材を、エアコン用圧縮機の機構部品に使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用可能な機械的強度及び高温での疲労強度、具体的には、室温の０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃の疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現できるマグネシウム合金部材を提供でき、更に、係るマグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機を提供できる。
従来、自動車エアコン用圧縮機の機構部品には、高強度アルミニウム合金が用いられているが、本発明によると、高強度アルミニウム合金と略同等の機械的強度（引張強度）及び高温疲労強度をマグネシウム合金部材において出現できるから、高強度アルミニウム合金に比べて低比重であるマグネシウム合金部材への置き換えが可能となり、自動車エアコン用圧縮機の大幅な重量低減を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
表１は、マグネシウム合金におけるアルミニウムＡｌ、カルシウムＣａ、マンガンＭｎの含有率（質量％）を変更した複数種の試料それぞれにおける室温（例えば１０〜３５℃）での引張強度（ＭＰａ）及び０．２％耐力（ＭＰａ）を示す。
表１の「判定」は、０．２％耐力が、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される値である３００ＭＰａ以上であることを○印で示し、０．２％耐力が３００ＭＰａ未満であることを×印で示すものである。
【００１６】
０．２％耐力の要求値としての３００ＭＰａは、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に用いられているアルミニウム合金鍛造材（Ｔ６処理：溶体化処理後、人工時効処理）の０．２％耐力を基準として設定した。
表１の結果を得た試料は、表中の含有率としたマグネシウム合金の鋳造品を作成し、この鋳造素材に塑性加工（熱間間接押出加工）を施したものであり、熱処理（Ｔ６処理）を施していないものである。
【００１７】
より詳細には、合金溶製は電気抵抗炉を用いて大気中で行い、溶湯の酸化防止には、ＳＦ6とＣＯ2の混合ガスを用いた。そして、攪拌後に、Ｃａ添加時の酸化物除去のためＡｒガスを流してバブリングを行い、３００℃に加熱したビレット用金型に鋳込んで、鋳造素材を作製した。
また、間接押出加工には油圧プレス機を用い、３５０℃に加熱した金型の中に、押出し加工用の試料を投入し、１０分間保持してから、押出し比を２０とした押出し加工を開始した。尚、押出し比とは、塑性加工前の断面積／塑性加工後の断面積である。
【００１８】
また、押出し材の引張特性を評価するための引張試験においては、万能試験機を用いる一方、押出し方向と荷重負荷方向とが平行になるように試験片を採取し、試験部直径４mm、評点距離２０mmのＪＩＳ１４Ａ号試験片を作製し、試験速度は、初期ひずみ速度１×１０−3ｓ−1の条件で行った。
表１の最下段は、ＪＩＳ規定素材であるＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）での引張強度（ＭＰａ）及び０．２％耐力（ＭＰａ）を参考値として示してあり、表中の「判定」は、このＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）の０．２％耐力である３００ＭＰａ以上であるか否かを示す。
【００１９】
表１において、実施例１〜１１の試料は、カルシウムＣａを０．３〜１０％、アルミニウムＡｌを０．２〜１５％、マンガンＭｎを０．０５〜１．５％含有し、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウムＭｇ及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材に、３５０℃の塑性加工（押出し加工）を施したものである。
一方、比較例１〜７の試料は、カルシウムＣａの含有率、アルミニウムＡｌの含有率、マンガンＭｎの含有率、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比のうちの少なくとも１つが、前記範囲から外れているマグネシウム合金の鋳造素材に、３５０℃の塑性加工（押出し加工）を施したものである。
【００２０】
尚、表１における「Ｃａ＋Ａｌ」は、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計の質量％を示す。
表１に示すように、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比０．６〜１．７を満たす実施例１〜７の試料は、いずれも０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａ以上であり、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度を満たしており、圧縮機の機構部品として用いることができることを示している。
【００２１】
これに対し、カルシウムＣａの含有率が０．３〜１０％の範囲を外れる比較例１及び比較例４、また、アルミニウムＡｌの含有率が０．２〜１５％の範囲を外れる比較例２及び比較例３では、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
また、カルシウムＣａの含有率及びアルミニウムＡｌの含有率が、０．２〜１５％の範囲内であっても、比較例５及び比較例６のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７の範囲を外れると、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
【００２２】
更に、カルシウムＣａの含有率及びアルミニウムＡｌの含有率が０．３〜１０％の範囲内であり、かつ、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６〜１．７の範囲内であっても、マンガンＭｎを含有しない比較例７では、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回り、圧縮機の機構部品として用いることができないことを示している。
即ち、上記引張試験の結果から、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７を満足するマグネシウム合金であることが、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される機械的強度（０．２％耐力が３００ＭＰａ以上）を得るための条件となることが分かる。
【００２３】
カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの双方を添加することで、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物と、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物が粒界に晶出し、室温での機械的強度及び耐熱性が向上するが、実施例１〜１１のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比を０．６〜１．７とした場合、Ｍｇ‐Ｃａ系化合物であるＭｇ2Ｃａと、Ｍｇ‐Ａｌ‐Ｃａ系化合物である（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａとが同時に晶出し、機械的強度と耐熱性とが向上したものと推察される。
これに対し、比較例６のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が１．７よりも大きくなると、Ｍｇ2Ｃａのみ、若しくは、僅かな（Ｍｇ，Ａｌ）2Ｃａが晶出する程度となることで、機械的強度を十分に向上させることができず、また、比較例５のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．６よりも小さくなると、Ｍｇ‐Ａｌ系化合物であるβ‐Ｍｇ17Ａｌ12が晶出し、耐熱性に悪影響を及ぼしたものと推察される。
【００２４】
また、比較例７のように、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比を０．６〜１．７の範囲内としても、マンガンＭｎを添加しない場合には機械的強度が不足するのに対し、実施例１〜１１のように、マンガンＭｎを少量添加することで、０．２％耐力を３００ＭＰａ以上とすることができる。これは、マンガンＭｎを少量添加することで、結晶粒径が微細化し、機械的強度が向上したものと推定される。マンガンＭｎの添加量は、０．０５〜１．５％の範囲が適切であり、この範囲を外れると、結晶粒径の微細化の効果が低くなって、機械的強度の向上効果は期待できない。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表２は、表１に示した実施例３の含有率、即ち、カルシウムＣａを３．３％、アルミニウムＡｌを３．７％、マンガンＭｎを０．３３％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．８９、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計を７％としたマグネシウム合金の鋳造素材を試料とし、この鋳造素材に施す押出し加工（塑性加工）における押出比及び押出温度を複数種に異ならせ、押出し加工後の試料それぞれにおける０．２％耐力を求めた試験結果を示す。
表２に示す試験では、押出し比を１０，２０，４０，６０の４種類に設定したが、それぞれの押出し比における押出し温度が、２５０〜５００℃の範囲内であれば、割れや表面酸化が発生することなく、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを上回った。
【００２７】
これに対し、押出し比を２０としたときに、押出し温度を２５０〜５００℃の範囲を下回る２３０℃とすると割れが発生して機械的強度が得られず、また、押出し温度を２５０〜５００℃の範囲を上回る５１７℃とすると、表面酸化が発生して、０．２％耐力が要求値である３００ＭＰａを下回った。
即ち、塑性加工（押出し加工）の温度を、２５０〜５００℃の範囲内とすることで、３００ＭＰａ以上の０．２％耐力を出現できることが分かる。塑性加工の温度が２５０℃を下回る場合には、充分な歪み量を確保できないために成形ができず、割れなどが発生し、また、５００℃を上回る場合には、高温酸化や部分的な溶解が発生することで、疲労強度の向上効果は期待できない。
【００２８】
【表２】
【００２９】
表３は、２５０〜５００℃の塑性加工後（押出し加工後）に、熱処理（Ｔ６処理）を施した場合と、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかった場合とで、それぞれに１５０℃疲労強度（高温疲労強度）を計測した結果を示す。
尚、試料としては、表１に示した実施例３の含有率、即ち、カルシウムＣａを３．３％、アルミニウムＡｌを３．７％、マンガンＭｎを０．３３％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比が０．８９、カルシウムＣａとアルミニウムＡｌとの合計を７％としたマグネシウム合金の鋳造素材を、押出し比２０、押出し温度３５０℃で押出し加工したものを用いた。
【００３０】
更に、表３には、比較対象として、ＪＩＳ規定素材であるＡｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）における１５０℃疲労強度を示してある。前述のように、Ａｌ合金鍛造材（Ａ４０３２−Ｔ６）は、自動車エアコン用圧縮機に用いられているから、このＡ４０３２−Ｔ６の１５０℃疲労強度（１００ＭＰａ）以上の１５０℃疲労強度を出現できれば、Ａ４０３２−Ｔ６に代わる部材として用いることができることになる。
表３の疲労強度を得た疲労試験（回転曲げ試験）及び疲労強度の算出は、日本機械学会編「日本機械学会基準 統計的疲労試験方法（改訂版）ＪＳＭＥ Ｓ−００２−１９９４」に準じて行い、試験温度１５０℃、回転数３０００rpm、周波数５０Ｈｚ、応力比Ｒ＝−１で行った。表３の疲労強度は、１０7回での結果である。
【００３１】
疲労試験に用いた試験片は、丸棒型試験片であって、チャック部の径を８．５mm、破断部の径を４mmとし、押出し方向と荷重負荷方向とが垂直になるように採取し、破断部は、切削による条痕の影響を無くすため、耐水研磨紙にて研磨した後、仕上げにバフ研磨した。
また、Ｔ６処理として、横型管状炉を用いて５００℃のＡｒガス気流中に３０分（０．５時間）保持する溶体化処理後、１８０℃のオイルバスを用いて２時間の人工時効処理を施した。尚、熱処理時間（保持時間）は、試料を投入してからの時間である。
【００３２】
表３に示したように、Ａ４０３２−Ｔ６の１５０℃疲労強度が１００ＭＰａであるのに対し、２５０〜５００℃の温度で塑性加工（３５０℃での押出し加工）を行った後、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかったマグネシウム合金部材の１５０℃疲労強度は１１７ＭＰａであるのに対し、同じ素材で同じ塑性加工を施した後に、更に熱処理（Ｔ６処理）を施したマグネシウム合金部材の１５０℃疲労強度は１３２ＭＰａであった。
【００３３】
即ち、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７であるマグネシウム合金の鋳造素材に対し、２５０〜５００℃の塑性加工を施せば、熱処理（Ｔ６処理）を施さなくてもＡ４０３２−Ｔ６を上回る１５０℃疲労強度を出現できる。そして、熱処理（Ｔ６処理）を施せば、熱処理（Ｔ６処理）を施さなかった場合に比べて更に１５０℃疲労強度を向上させることができる。
【００３４】
換言すれば、カルシウムＣａの含有率＝０．３〜１０％、アルミニウムＡｌの含有率＝０．２〜１５％、マンガンＭｎの含有率＝０．０５〜１．５％、カルシウムＣａ／アルミニウムＡｌの質量比＝０．６〜１．７であるマグネシウム合金の鋳造素材に対し、２５０〜５００℃の塑性加工を施して形成したマグネシウム合金部材は、熱処理（Ｔ６処理）を施さなくても、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に用いることができる室温での０．２％耐力及び高温での疲労強度、具体的には、３００ＭＰａ以上の室温０．２％耐力及び１００ＭＰａ以上の１５０℃疲労強度を出現でき、更に、熱処理（Ｔ６処理）を施せば、高温での疲労強度がより強くなる。
従って、高強度アルミニウム合金を用いていた自動車エアコン用圧縮機の機構部品を、マグネシウム合金部材で形成することができ、これによって圧縮機の大幅な重量低減を実現できる。
【００３５】
【表３】
【００３６】
ところで、熱処理（Ｔ６処理）では、塑性加工（押出し加工）後に行う溶体化処理において、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持することが好ましく、また、焼入れ処理後に行う人工時効処理において、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持することが好ましい。
溶体化加熱の処理温度が４５０〜５１０℃の範囲であると、粒界及び粒内が微細な析出物によって強化され、局所変形が抑えられ、均一変形領域が大きくなるために、高温での加工軟化が起こり難くなり、高温疲労強度を向上させることができる。
【００３７】
これに対し、溶体化加熱の処理温度が４５０℃を下回ると、固溶体が形成し難くなり、粒界及び粒内の析出物が低下し、適正な状態とならず、高温疲労強度の向上は期待できない。一方、溶体化加熱の処理温度が５１０℃を上回ると、合金の一部が溶融するバーニングが生じ、気孔欠陥が生じてしまう。
また、溶体化加熱の処理時間は、０．０８時間を下回ると、十分な溶体化処理ができないので、保持時間は０．０８時間よりも長いことが好ましい。
【００３８】
また、人工時効処理における処理温度が１５０℃を下回ると、適正な硬さに向上させるために処理時間が長くなり、処理温度が２５０℃を上回ると、硬さ及び強度が低下してしまうので、人工時効処理における処理温度は、１５０〜２５０℃の範囲とすることが好ましい。
また、人工時効処理の保持時間が０．３時間を下回ると、十分な時効硬化が得られないので、人工時効処理における保持時間は、０．３時間以上とすることが好ましい。
表３の結果を得た熱処理（Ｔ６処理）における温度及び保持時間は、前述の温度範囲及び時間範囲を満たしている。
【００３９】
以上説明したように、本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法によると、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に要求される、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上を出現でき、従来使用していたＡｌ合金鍛造材Ａ４０３２に置き換えて用いることができる。
そして、マグネシウム合金部材の比重は、Ａｌ合金鍛造材Ａ４０３２よりも小さいので、自動車エアコン用圧縮機の機構部品を、マグネシウム合金で形成すれば、圧縮機の重量を大きく低減でき、車両の軽量化、引いては燃費性能の改善に寄与できる。
【００４０】
本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材を適用する自動車エアコン用圧縮機の機構部品としては、斜板式圧縮機用シューやピストン、及び、スクロール式圧縮機用うず巻体などがある。
尚、本発明に係るマグネシウム合金部材及びマグネシウム合金部材の製造方法は、自動車エアコン用圧縮機の機構部品に適用することを前提として開発されたものであるが、適用対象を自動車エアコン用圧縮機の機構部品に限定するものではなく、定置式エアコン圧縮機の機構部品に適用することも可能である。
また、塑性加工を押出し加工に限定するものでもなく、鍛造加工、圧延加工、引き抜き加工などであってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工して形成したマグネシウム合金部材。
【請求項２】
前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理を施した請求項１記載のマグネシウム合金部材。
【請求項３】
前記塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理を施した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理を施した請求項２記載のマグネシウム合金部材。
【請求項４】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を塑性加工してなり、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上であるマグネシウム合金部材。
【請求項５】
前記塑性加工が押出し加工である請求項１〜４のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機。
【請求項７】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工に付すマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項８】
前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理に付す請求項７記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項９】
前記塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理に付した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理に付す請求項８記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項１０】
前記塑性加工が押出し加工である請求項７〜９のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項１】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工して形成したマグネシウム合金部材。
【請求項２】
前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理を施した請求項１記載のマグネシウム合金部材。
【請求項３】
前記塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理を施した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理を施した請求項２記載のマグネシウム合金部材。
【請求項４】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を塑性加工してなり、室温における０．２％耐力が３００ＭＰａ以上、１５０℃における疲労強度が１００ＭＰａ以上であるマグネシウム合金部材。
【請求項５】
前記塑性加工が押出し加工である請求項１〜４のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材を機構部品に使用したエアコン用圧縮機。
【請求項７】
質量％で、カルシウムを０．３〜１０％、アルミニウムを０．２〜１５％、マンガンを０．０５〜１．５％含有し、カルシウム／アルミニウムの質量比が０．６〜１．７であり、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の鋳造素材を、２５０〜５００℃で塑性加工に付すマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項８】
前記塑性加工後に、溶体化処理及び人工時効処理に付す請求項７記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項９】
前記塑性加工後に、４５０〜５１０℃の処理温度に０．０８時間以上保持する溶体化処理に付した後、１５０〜２５０℃の処理温度に０．３時間以上保持する人工時効処理に付す請求項８記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項１０】
前記塑性加工が押出し加工である請求項７〜９のいずれか１つに記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−９７３０９（Ｐ２０１２−９７３０９Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４８１６（Ｐ２０１０−２４４８１６）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
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