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立体造形

耐熱・難燃性マグネシウム合金によりパワートレイン耐熱部材を軽量化

福岡県

株式会社戸畑製作所

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 耐熱・難燃性マグネシウム合金鋳造によるパワートレイン耐熱部材の開発
基盤技術分野 立体造形
対象となる産業分野 自動車
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(小型化・軽量化)、環境配慮
キーワード 難燃性マグネシウム合金、自動車部材、エンジン部材、燃費向上
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成21年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

自動車の燃費向上を目的に、パワートレイン耐熱部材は軽量化が求められている。マグネシウム合金は現行のアルミニウム合金より軽量であるが、耐熱性が低いため実用化に至ってない。本開発は希土類を用いずに安価で耐熱性・耐摩耗性・振動減衰性に優れたマグネシウム合金開発を行い、耐熱鋳造部材の製造技術およびリサイクル技術を確立し、開発合金に最適化した形状設計技術を同時に開発して次世代軽量耐熱部材の開発を行う

開発した技術のポイント

マグネシウム合金による耐熱鋳造部材の製造技術およびリサイクル技術を確立
・耐熱合金の開発→硬さ:110HB、高温引張強さ:130MPa(250℃)
・介在物制御方法の確立→高温疲労強度:63MPa(250℃)、応力集中部欠陥なし
・形状最適設計
・リサイクル技術の確立→リターン材使用率60%
(新技術)
<耐熱性マグネシウム合金による部材>
特徴
・部材が軽量、振動減衰性が高く摩擦係数が低い
・従来の鋳造合金(AZ91)よりも高い耐熱性を持つ
・希土類を使わず、リサイクル可能のため、低コストかつ安定供給が可能

マグネシウム合金(AZ91)の発火温度とCa添加量の関係
具体的な成果

耐熱合金を開発、硬さ118HV3(112HB相当)が得られた
・引張強さの目標値130MPa(250℃)を満たすために許容される欠陥寸法が√area=600μmであることを示した
・実機を想定したモデル磨耗試験手法を確立、さらに、開発合金の摩耗特性改善に最適な表面処理皮膜を選定欠陥制御方法を確立
・開発合金を対象に、応力集中部位において疲労強度の目標値63MPa(250℃)を満足するために許容される欠陥寸法が√area=137μmであることを示した
・組織観察や機器分析による凝固組織評価、シミュレーションの解析結果と試作品製造
・評価を検証すること鋳造方案を確立形状最適設計、リサイクル技術(リターン材使用率60%)を確立
・実機評価により、開発合金の高温領域で優れた強度を示すことを実証
・軽量化および振動・騒音の低減において、理論通りの効果を実証
・酸素分析値から酸化物介在物の存在確率を推定し管理する品質管理基準、リターン材使用時の金属不純物の品質管理基準を策定、リターン材使用率60%を達成
目標を達成するための欠陥寸法測定試験結果
~欠陥制御がなされていない開発合金鋳造材の250℃における疲労強度は50MPa程度であるので、目標の高温疲労強度を満足するためには、応力集中部位に存在する欠陥寸法を√area=137μm程度に低減すればよい~

知財出願や広報活動等の状況

特許:「耐熱性および難燃性を有するマグネシウム合金およびその製造方法」(特願2011-154088)

研究開発成果の利用シーン

パワートレイン耐熱部材に限らず、類似組成のマグネシウム合金による研究や試作を実施している。

エンジン部材への適用例

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H27年度の実用化に向け、補完研究を継続
・エンジン部材試作品、インゴット・ビレット等鋳造素材のサンプルあり

エンジン部材の試作例
提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造、試験・分析・評価、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

・省エネルギー化→開発部材により軽量化および振動・騒音の低減において理論通り効果を実証
・新素材の実現→耐熱・難燃性マグネシウム合金は高温(250℃)で引張強度130MPa、疲労強度63MPa、室温で硬さ110HBを達成し、Al合金(AC8A)同等を実現
・環境負荷削減→リサイクル材の使用率60%(Al合金鋳造材と同等)を達成

今後の実用化・事業化の見通し

補完研究を継続しつつ、販路開拓を実施
・本事業の課題として残った量産体制の構築「量産技術の確立」「品質保証技術の確立」を行うため、補完研究を継続中
・補完研究においては数kgから数10kgレベルの鋳造素材製造技術の確立を目指し、研究開発を実施
・早期の実用化・用途拡大を目指し、自動車エンジン部材と並行して汎用エンジン部材として、あるいは塑性加工材向けの鋳造素材として販路開拓を行っている

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社戸畑製作所
事業管理機関 公益財団法人福岡県産業・科学技術振興財団
研究等実施機関 株式会社戸畑製作所
株式会社ダイハツメタル
国立大学法人九州大学
国立研究開発法人産業技術総合研究所
福岡県工業技術センター

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社戸畑製作所(法人番号:2908-01-002498)
事業内容 非鉄金属の鋳造・加工・溶接メーカー
社員数 128 名
本社所在地 〒800-0211 福岡県北九州市小倉南区新曽根8-21
ホームページ http://www.tobata-s.com/
連絡先窓口 営業部
メールアドレス tosei@tobata-s.com
電話番号 093-471-7789