2.  供試材および実験方法 

AZ31 マグネシウム合金板の成形性に及ぼす鍛造加工温度の影響 

日大生産工（院）  ○保坂 悟   日大生産工      勝田 基嗣

1.  緒言 

 AZ31 マグネシウム合金板の常温成形性を

前報では鍛造加工を施した後，圧延によっ て作製した板材が良好な成形性が得られるこ とを報告した．しかし，加工時の中間焼きな まし温度 623K では板材に亀裂が生じること があり成形性に悪影響を与えた可能性がある． 

そこで本実験では，加工時の中間焼きなま し温度を 723K に設定し，鍛造加工，圧延を施 した板材が機械的性質，成形性にいかなる影 響を及ぼすかを検討した． 

2.  供試材および実験方法 

 本実験の供試材は AZ31 マグネシウム合金

AZ31B に含まれる Mn は Al₆Mn となる化合物を 晶出し，その化合物の大きさが後々の成形性 に大きく影響を及ぼす．本実験ではそのよう な影響を除去し，純粋な鍛造と圧延による諸 性質の変化を検討するため Mn の添加されて いない素材を採用した．Table 

1

厚さ 15mm の板を

Table  2

圧下した後，さらにその厚みから 30%圧下し た．その際，中間焼きなまし温度は 723K で行 った．最終的に初期の厚さ 15mm から 6mm とし,

圧下率 60%とした．その後，それぞれの板を

Table  3

①材：鋳造材を圧延のみで作製した板 

②材：鋳造材を鍛造によって 40%圧下後，圧 延により作製した板 

③材：鋳造材を鍛造によって 60%圧下後，圧 延により作製した板 

板の最終圧延方向を RD 方向とした．圧延は直 径 150mm の 2 段ロール圧延機を使用し，ロー ル周速 100mm/sec，ロールを加熱せずに常温 で圧延を行うコールドロール法を用いた．熱 間圧延は①材は板厚 10mm から 1 パスの圧下率 30%で最終板厚 0.8mm になるまで 7 回圧延を行 った．②材，③材は，1 パス目は圧下率 0〜5%，

2 パス目は圧下率 20%で圧延を行った．その後，

圧下率 30%で最終板厚 0.8mm になるまで②材 は 8 回，③材は 7 回圧延を行った．また，1 パス行うごとに 723K‑1h で中間焼きなましを 施した．これらの作製した板材に対し，各試 験片形状に機械加工した後，523K‑2h，573K‑1h，

623K‑1h，673K‑1h，723K‑1h で最終焼きなま しを施し，諸性質を測定した．なお，全ての 熱処理は酸化防止のためアルゴンガス雰囲気 中にて行った． 

組織観察は光学顕微鏡にて板の RD 方向に 対して平行な断面を観察し，結晶粒径をチン マー法にて算出した． 

  硬さ試験はマイクロビッカース試験機を用 い，試験荷重を 0.05kgf（0.49N），加圧時間 を 10sec とした． 

曲げ試験は 180°押し曲げ法で行った．面 内異方性を検討するため 0°，45°，90°の 3 方向から JIS 3 号試験片を採用し，常温にて 試験速度 1.67mm/sec で行い，試験片表面を観 察して曲げ判定，スプリングバック率の値を 算出した．試験は無潤滑で行った． 

Al Zn Mn Fe Si Cu Ni Mg

AZ31 3.29 1.1 <0.01 <0.007 <0.02 <0.002 <0.005 Bal.

Table 1 Chemical composition (mass%)

Influence of temperature of forging processing to give to a formability of a magnesium alloy sheets.

Satoru HOSAKA and Mototsugu KATSUTA

絞り試験は，ポンチ径 40mm，ポンチ肩半径 4mm，

ダイスの穴径は 43mm，ダイス肩半径 8mm とし た．絞り速度は 2.3mm/sec，しわ押さえ力 0.8t(7.85KN)で試験を行い，LDR を算出し た．

潤滑剤にはカーボングリスを用いた． 

  集合組織観察は，板の表面で行い，底面 {0001}の極点図を作成した． 

3.  実験結果および考察  3.1  組織観察 

Fig.1

図中の A，B，C はハンマーで叩いた面，中間 の面，台座と接する面を示す．②材，③材と もに平均結晶粒径は微細化され，②材は非常 に微細化した組織となった． 

Fig.2

N 1st 2nd

Thickness

(mm) 15.00 Av.9

Temp ※1

Forging reduction

(%) 40 Thickness

(mm) 15.00 Av.9 Av.6

Temp ※1 ※1

Forging reduction

(%)

40 30

②材

③材

Table 2 Forging process conditions.

※1･･･Intermediate annealing at 723K-1h

N 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th 7th 8th

Thickness

(mm) 10.00 7.00 4.90 3.43 2.40 1.68 1.18 0.80

Temp ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※2

Rolling reduction

(%) Thickness

(mm) Av.9 Av.9 7.00 4.90 3.43 2.40 1.68 1.18 0.80

Temp ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※2

Rolling reduction

(%)

0-5 20 Thickness

(mm) Av.6 Av.6 4.90 3.43 2.40 1.68 1.18 0.80

Temp ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※1 ※2

Rolling reduction

(%)

0-5 20

①材

30

③材

30

②材

30

Table 2 Rolling process conditions.

※

1

Intermediate annealing at 623K-1h

※2･･･Final annealing at 523K-2h,548K-1h,

573K-1h,623K-1h and 723K-1h.

②材 ③材

A

B

C

100μm

Fig.1 Changes in microstructure with sectional positions of sheets after

forging prcessing.

①材 ②材 ③材

F

523K

573K

623K

673K

723K

100μm RD

Fig.2 Changes in microstructures of sheets

with annealing temperatures.

3.2  粒径測定 

 Fig.3

結晶粒径は②材，③材ともに C が最も微細化 し，続いて A，B の順で結晶粒は小さくなった．

②材と③材を比較すると②材の平均結晶粒径 は 9.49μm，③材の平均結晶粒径は 23.79μm と 10μm 以上の差が現れた．これは③材が 2 回目の鍛造加工の際に，723K‑1h で中間焼き なましを施したこと，さらに，2 回目の鍛造 加工は 1 回目の鍛造加工よりも板材の変形量 が少ないために③材は②材よりも結晶粒径は 大きく現われたと考えられる． 

Fig.4

3.3  硬さ試験 

Fig.5

焼きなましを施していない F 材は①材，②材，

③材ともに HV66 前後であった．最も結晶粒 径が微細化した焼きなまし温度 523K では圧 延による内部ひずみが除去されたため硬さは 減少し，HV54 前後となった．焼きなまし温度 723K では HV47 前後であった． 

3.4  曲げ試験 

Table  4

○は曲げ成形可能であったもの，△は微小な 亀裂が確認できたもの，×は割れが生じたも のを示している．①材，②材，③材ともにポ ンチ径 R1 において全条件で亀裂や割れが生 じた．それ以外の条件では良好な曲げ性を示 した．一般的にはポンチ径 R4 が限界とされて いるが本実験ではそれ以下の半径でも成形が 可能となり良好な曲げ成形結果を示した．

0 10 20 30 40 50 60 70 80

523 573 623 673 723

Annealing temperature  (K)

G ra in  s iz e   ( μ m )

①材

②材

③材

Fig.4  Changes  in  grain  size  with    sectional  positions  of  sheets  after  forging  processing.

0 5 10 15 20 25 30

A B C

Sectional position

G ra in  s iz e   ( μ m )

②材

③材

Fig.3  Changes  in  grain  size  with              annealing  temperatures.

40 50 60 70

F 523 573 623 673 723 Annealing temperature  (K)

H ar dn es s   ( H V )

①材

②材

③材

Fig.5  Changes  with  vikers  hardness 

    With  annealing  temperatures.

3.5  絞り試験 

 Fig.6

圧延のみの材材に最も大きな差が見られ，鍛 造加工の影響が顕著に現われた温度である．

焼きなまし温度 573K では結晶粒径は 10μm 前後に成長しているが，再結晶により残留ひ ずみが除去されたため最高値が得ることがで きた．焼きなまし温度 623K では結晶粒径が成 長し，673K 以上ではさらに粗大化したため LDR は低下し続けた． 

3.6  集合組織 

 Fig.7

③材の焼きなまし温度による{0001}の集合組 織を示す． F 材は最終圧延方向に集積が集中 し，焼きなまし温度 523K 以上では集積が中央 を中心に四方に拡散する傾向が現われた．焼 きなまし温度 523K と 573K が最も集積は四方 にバランスよく分散した． 

4.  結言 

1)鍛造後の結晶粒径は，②材が約 9.49μm，

③材が 23.79μm と約 15μm の差が現われた．

圧延後の結晶粒径は，①材，②材，③材に ほとんど違いは現われず，鍛造加工の影響 は見られなかった． 

2)硬さ試験は，結晶粒径の結果と同様に，① 材，②材，③材で大きな差はなく鍛造加工 の影響は見られなかった． 

3)曲げ試験は，ポンチ半径 R2 まで良好な曲げ 成形が可能であった．R1 では割れが生じた． 

4)絞り試験は，焼きなまし温度 573K で良好な 絞り成形が可能であった．特に③材におい ては本実験最高値である LDR=1.825 が得ら れ鍛造加工の影響が見られた．  

5)集合組織は，限界絞り比(LDR)で高い値が得 られた焼きなまし温度 523K と 573K で集積 が四方に最もバランス良く分散した状態 が見られた． 

R4 R3 R2 R1 R4 R3 R2 R1 R4 R3 R2 R1   0° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   45° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   90° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   0° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   45° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   90° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   0° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   45° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   90° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   0° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   45° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   90° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   0° 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   45° 〇 〇 ○ × 〇 〇 〇 × 〇 〇 〇 ×   90° 〇 ○ ○ × 〇 〇 ○ × 〇 〇 ○ × 723K

③材

523K

673K 573K

623K

①材 ②材

Table  4  Result  of  bending.

○：Success    △：Crack    ×：Destruction 

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

523 573 623 673 723 Annealing temperature  (K)

L D R

①材

②材

③材

Fig.6  Changes  in  LDR  with  annealing    temperatures. 

523K 673K

573K

623K {0001}

F

1.000 2.250 3.500 4.750 6.000 12.000 18.000 RD

TD

723K

分割強度

Fig.7  Changes  in  {0001}pole  figures  of 

sheets  annealing  temperatures.