CN102301021A - 加压铸造用铝合金及该铝合金的铸件 - Google Patents

加压铸造用铝合金及该铝合金的铸件 Download PDF

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大城直人
川井清文
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Abstract

本发明提供一种屈服强度及延伸率优异，而且不易烧结，取代ADC10及ADC 12得到的加压铸造用铝合金和用该合金加压铸造的高韧性铝合金铸件。其特征在于，该铝合金含有：Si：4.0～9.0重量％、Mg：0.5～1.0重量％、Fe：0.55重量％以下、Mn：0.30～0.6重量％及Cr：0.10～0.25重量％，余量包含Al和不可避免的杂质。根据这样的构成，可以提供比现有的ADC 12屈服强度及延伸率更优异，而且不易烧结的加压铸造用铝合金及铝合金的铸件。

Description

加压铸造用铝合金及该铝合金的铸件
技术领域
本发明涉及韧性优异的加压铸造用铝合金及利用该合金制成的铝合金铸件。
背景技术
铝合金重量轻，并且还具有优异的导热性及高的耐腐蚀性等诸多特性，因此，作为构成部件的原材料广泛用于汽车及产业机械、飞机、家电制品及其它各种领域。作为其中之一有压铸用铝合金领域，作为其代表，有日本工业标准JIS H5302中规定的ADC 10或者ADC 12为代表的A1-Si-Cu系压铸用合金。该A1-Si-Cu系压铸用合金多用于汽车的化油器、气缸体、气缸盖等盖类及外壳类等用途、或者汽车以外的铸造部件中、特别是压铸部件。
但是，根据最近的节能对策的推进，从以汽车为主的其它机械类的轻量化观点出发，讨论了在施加力的部分也积极导入压铸部件，用于这种用途的铝合金中，不用说铸造性，还要满足经济性，而且要求比现有的ADC 12具有更高的屈服强度及延伸率(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2001-49376号公报(第2页)
发明内容
发明要解决的课题
所以，本发明的主要课题是能够提供一种屈服强度及延伸率优异，而且不易烧结，能够取代ADC 10及ADC 12的加压铸造用铝合金、和由该合金加压铸造而成的韧性高的铝合金铸件。
用于解决课题的手段
根据第一发明，提供一种加压铸造用铝合金，其特征在于，“含有：Si：4.0～9.0重量％、Mg：0.50～1.0重量％、Fe：0.55重量％以下、Mn：0.30～0.60重量％以及Cr：0.10～0.25重量％，余量包含Al和不可避免的杂质”。
在此发明中，由于配合有4.0～9.0重量％的Si，因此能够在抑制延伸率下降的同时，提高铝合金熔液的流动性，另外，由于配合有0.50～1.0重量％的Mg，因此能够在抑制延伸率下降的同时，提高铝合金的屈服强度。另外，由于将Fe控制在0.55重量％以下，因此能够抑制由Al-Si-Fe构成的针状晶体的结晶引起的铝合金的韧性下降，另外，由于配合了0.30～0.60重量％的Mn，因此能够防止铸造时铝合金和模型之间的烧结，从而能够提高铸造性。而且，由于配合了0.10～0.25重量％的Cr，因此能够在抑制延伸率下降的同时，防止铸造时铝合金和模型的烧结。
如上，本发明中，仅通过将6种元素成分按规定的比例进行配合，就能够制造出屈服强度及延伸率优异，不易发生烧结的加压铸造用铝合金的铸锭。
第二发明在第一发明的基础上，提供一种铸造用铝合金，其特征在于，“添加30～200ppm的选自Na、Sr及Ca的至少一种”，第三发明在第一或第二发明的基础上，提供一种铸造用铝合金，其特征在于，“添加0.05～0.20重量％的Sb”。
在这些发明中，能够将共晶Si的粒子细化，能够进一步提高铝合金的韧性及强度。
第四发明在第一～第三发明中的任一发明的基础上，提供一种加压铸造用铝合金，其特征在于，“添加0.05～0.30重量％的Ti”，第五发明在第一～第四发明中的任一发明的基础上，提供一种加压铸造用铝合金，其特征在于，还“添加1～50ppm的B”。
在这些发明中，特别是即使在Si量少的情况、及使用冷却速度慢的铸造方法的情况下，也能够使铝合金的晶粒微细化，其结果能够提高该铝合金的延伸率。
第六发明提供一种铝合金铸件，其特征在于，“由第一～第五发明中任一发明所述的铝合金加压铸造而成”。
由第一～第五发明中的任一发明所述的铝合金加压铸造而成的铸件(例如压铸部件)，铸造性良好，能够大量生产，同时屈服强度和延伸率优异(即韧性高)，因此，可以适用于施加力的部分，例如汽车用构造部件等长期重复施与振动载荷，且碰撞时施加冲击的部件。
发明效果
根据本发明，能够提供比现有的ADC 12屈服强度及延伸率更优异，而且不易烧结的加压铸造用铝合金、和由该合金加压铸造而成的高韧性的铝合金铸件。
具体实施方式
下面，列举具体实例详细说明本发明的实施方式。
本发明的加压铸造用铝合金(以下，简称“铝合金”)主要含有4.0～9.0重量％的Si(Si；硅)、0.50～1.0重量％的Mg(镁)，0.55重量％以下的Fe(铁)、0.30～0.60重量％的Mn(锰)及0.10～0.25重量％的Cr(铬)，余量包含Al(铝)和不可避免的杂质。下面说明各元素的特性。
Si(Si；硅)用于在将铝合金熔融后加压铸造时提高其流动性。
Si相对于铝合金整体的重量的配合比例如上所述优选为4.0～9.0重量％的范围。这是因为，在Si的配合比例不足4.0重量％的情况下，铝合金的熔融温度及铸造温度变高，同时，铝合金熔融时的流动性下降，因此，在加压铸造时不能确保充分的熔液流动性，反之，Si的配合比例大于9.0重量％的情况下，虽然铝合金熔融时的流动性充分，但是延伸率降低。
Mg(镁)在铝合金中的Al母材中主要以固溶的状态或作为Mg2Si而存在，用于赋予铝合金屈服强度及抗拉强度。
Mg相对于铝合金整体的重量的配合比例如上所述优选为0.50～1.0重量％的范围。这是因为，Mg的配合比例不足0.50重量％的情况下，不能充分确保屈服强度及抗拉强度这样的机械特性的提高，反之，Mg的配合比例大于1.0重量％的情况下，铝合金的延伸率急速下降。
已知，Fe(铁)具有防止加压铸造时的烧结的效果，在ADC 12等一般的压铸用铝合金中添加0.5重量％以上。但是，该Fe会结晶出由Al-Si-Fe构成的针状晶体，使铝合金的韧性降低。因此，本发明中，为了防止由Fe引起的铝合金的韧性降低，将Fe的含量抑制在0.55重量％以下，另一方面，如下所述作为防烧结材料配合规定量的Mn及Cr，防止加压铸造时烧结的发生。
Mn(锰)主要用于防止铸造时铝合金和模型的烧结。
Mn相对于铝合金整体的重量的配合比例如上所述优选为0.30～0.60重量％，更优选为0.40～0.55重量％的范围。Mn的配合比例不足0.30重量％的情况下，在铸造铝合金时，铝合金和模型之间会发生烧结，反之，Mn的配合比例大于0.60重量％的情况下，铸造时虽然不会出现烧结的问题，但是合金的延伸率降低。
另外，本发明的铝合金中，如上所述，相对于合金整体的重量，Mn的配合比例最大容许至0.60重量％，因此，可以将铝罐回收材料等Mn含量高的Al-Mn系废料作为合金原料的一部分使用。
Cr(铬)主要在铝合金熔融时以熔融状态存在，另外，在固体时以在Al相中固溶的状态或者作为Cr系化合物而结晶的状态存在，用于防止铝合金铸造时铝合金和模型的烧结。
Cr相对于铝合金整体的重量的配合比例如上所述优选为0.10～0.25重量％，更优选为0.10～0.15重量％的范围。Cr的配合比例不足0.10重量％的情况下，在加压铸造铝合金时，铝合金和模型之间会发生烧结，反之，Cr的配合比例大于0.25重量％的情况下，加压铸造时虽然不会出现烧结的问题，但是铝合金的延伸率急剧下降。
根据以上的配合比例，如果调整Si、Mg、Fe、Mn及Cr的配合比例，则能够防止在加压铸造时铝合金和模型的烧结，同时，可以得到具有优异的屈服强度和延伸率的加压铸造用铝合金锭。
另外，除上述各元素成分外，也可以将选自Na(钠)、Sr(锶)、Ca(钙)和Sb(锑)的至少一种作为改良处理材料添加。通过添加这样的改良处理材料，可以将共晶Si的粒子细化，能够进一步提高铝合金的韧性和强度。
在此，改良处理材料相对于铝合金整体的重量的添加比例优选为：在该改良处理材料为Na、Sr及Ca的情况下为30～200ppm的范围，在Sb的情况下为0.05～0.20重量％的范围。这是因为，在改良处理材料的添加比例不足30ppm(在Sb的情况下0.05重量％)的情况下，难以将铝合金中的共晶Si的粒子微细化，反之，改良处理材料的添加比例大于200ppm(在Sb的情况下0.20重量％)的情况下，铝合金中的共晶Si的粒子可以充分微细化，即使在此水平以上再增加添加量，添加效果也不会提高。
另外，代替上述改良处理材料，或者与改良处理材料一同也可以添加Ti(钛)及B(硼)的至少一种。这样，通过添加Ti及B的至少一种，能够使铝合金的晶粒微细化，提高该合金的延伸率。另外，特别是在Si量少的情况下及使用冷却速度慢的铸造方法的情况下这种效果显著。
Ti及B相对于铝合金整体的重量的添加比例优选为：在Ti的情况下为0.05～0.30重量％的范围，在B的情况下为1～50ppm的范围。这是因为，Ti的添加比例不足0.05重量％或者B的添加比例不足1ppm的情况下，难以将铝合金中的晶粒微细化，反之，Ti的添加比例大于0.30重量％的情况下或者B的添加比例大于50ppm的情况下，铝合金中的晶粒充分微细化，即使在此水平以上再增加添加量，添加效果也不会提高。
在制造本发明的铝合金时，首先，准备将Al、Si、Mg、Fe、Mn及Cr的各元素成分按上述规定的比例而配合的原料。接着，将该原料投入带前炉的熔化炉或密闭熔化炉等熔化炉中，使它们熔化。对于熔化后的原料即铝合金熔液，根据需要实施脱氢处理及脱夹杂物处理等精制处理。然后，将精制的熔液浇注到规定的铸型中，使其固化，由此，将铝合金的熔液成形为合金铸锭等。
另外，使用本发明的铝合金铸造铝合金铸件(铸造品)时可使用压铸法等加压铸造法。通过使用这样的加压铸造法，能够高效地大量生产铸造品。
然后，通过这些铸造法制得的铝合金铸件，根据需要实施固溶处理及时效处理等。这样，通过对铝合金铸件实施固溶处理及时效处理，能够改良铝合金铸件的机械特性。
实施例
下面，列举实施例具体说明本发明，但是本发明不限于实施例。另外，实施例及比较例中的各机械特性(抗拉强度、延伸率、0.2％屈服强度)通过(株)岛津制作所社制的万能试验机(AG-IS 100kN)测定。
实施例1
通过将Si的配合比例设为6.37重量％，Mg的配合比例设为0.84重量％，Fe的存在比例设为0.45重量％，Mn的配合比例设为0.44重量％，Cr的配合比例设为0.11重量％，且使余量为Al，调制以成为本发明中的铝合金的元素组成范围内的方式配合的熔液。另外，该熔液中，作为不可避免的杂质含有0.09重量％的Cu(铜)及0.08重量％的Zn(锌)。
接着，将该熔液不通过真空压铸，而通过普通的压铸机以射出速度5m/秒(浇口速度100m/秒)进行压铸铸造，制作符合ASTM(AmericanSociety for Tes ting and Material)标准的圆棒试样。
然后，将制作好的圆棒试样在铸造状态下作为机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例2
除了将Si的配合比例设为6.59重量％，Mg的配合比例设为0.82重量％，Fe的存在比例设为0.52重量％，Mn的配合比例设为0.51重量％，Cr的配合比例设为0.15重量％以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例3
除了将Si的配合比例设为6.58重量％，Mg的配合比例设为0.93重量％，Fe的存在比例设为0.52重量％，Mn的配合比例设为0.50重量％，Cr的配合比例设为0.15重量％以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例4
除了将Si的配合比例设为6.65重量％，Mg的配合比例设为0.87重量％，Fe的存在比例设为0.44重量％，Mn的配合比例设为0.40重量％，Cr的配合比例设为0.18重量％以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例5
除了将Si的配合比例设为8.21重量％，Mg的配合比例设为0.86重量％，Fe的存在比例设为0.40重量％，Mn的配合比例设为0.37重量％，Cr的配合比例设为0.20重量％以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例6
除了将Si的配合比例设为6.47重量％，Mg的配合比例设为0.77重量％，Fe的存在比例设为0.49重量％，Mn的配合比例设为0.45重量％，Cr的配合比例设为0.13重量％以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
实施例7
除了将Si的配合比例设为4.66重量％，Mg的配合比例设为0.73重量％，Fe的存在比例设为0.43重量％，Mn的配合比例设为0.40重量％，Cr的配合比例设为0.13重量％，铸造后的圆棒试样经过T5处理以外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
另外，T5处理是指不进行固溶处理，而为了机械特性的改善或者尺寸稳定化，进行人工时效处理的热处理方法，作为具体的人工时效处理方法在160℃下加热3小时后进行空冷。
实施例8
除了将Si的配合比例设为6.51重量％，Mg的配合比例设为0.57重量％，Fe的存在比例设为0.49重量％，Mn的配合比例设为0.45重量％，Cr的配合比例设为0.13重量％，且人工时效处理时的温度设为155℃以外，设为与实施例7相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例1
通过将Si的配合比例设为7.02重量％，Mg的配合比例设为0.58重量％，Fe的存在比例设为0.45重量％，不配合Mn，Cr的配合比例设为0.29重量％，作为不可避免的杂质只含有0.01重量％的Zn，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例2
通过将Si的配合比例设为9.50重量％，Mg的配合比例设为0.62重量％，Fe的存在比例设为0.45重量％，不配合Mn，Cr的配合比例设为0.43重量％，作为不可避免的杂质只含有0.01重量％的Zn，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例3
通过将Si的配合比例设为9.89重量％，Mg的配合比例设为0.60重量％，Fe的存在比例设为0.09重量％，不配合Mn，Cr的配合比例设为0.31重量％，作为不可避免的杂质只含有0.01重量％的Zn，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例4
通过将Si的配合比例设为6.19重量％，Mg的配合比例设为0.80重量％，Fe的存在比例设为0.46重量％，Mn的配合比例设为0.36重量％，不配合Cr，作为不可避免的杂质只含有0.02重量％的Cu，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例5
通过将Si的配合比例设为6.59重量％，Mg的配合比例设为0.85重量％，Fe的存在比例设为0.44重量％，Mn的配合比例设为0.40重量％，Cr的配合比例设为0.30重量％，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例6
通过将Si的配合比例设为6.63重量％，Mg的配合比例设为0.47重量％，Fe的存在比例设为0.49重量％，Mn的配合比例设为0.46重量％，Cr的配合比例设为0.13重量％，以成为本发明的铝合金的元素组成范以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例7
通过将Si的配合比例设为9.30重量％，Mg的配合比例设为0.78重量％，Fe的存在比例设为0.47重量％，Mn的配合比例设为0.40重量％，Cr的配合比例设为0.12重量％，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例8
通过将Si的配合比例设为9.40重量％，Mg的配合比例设为0.90重量％，Fe的存在比例设为0.47重量％，Mn的配合比例设为0.40重量％，Cr的配合比例设为0.12重量％，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
比较例9
通过将Si的配合比例设为4.72重量％，Mg的配合比例设为1.20重量％，Fe的存在比例设为0.43重量％，Mn的配合比例设为0.39重量％，Cr的配合比例设为0.13重量％，以成为本发明的铝合金的元素组成范围以外的方式进行调制，除此之外，设为与实施例1相同的条件，制作机械特性测定用的样品。得到的样品的机械特性如表1所示。
表1
Figure BDA0000078787370000101
通过表1可以看出，实施例1～8的铝合金，与比较例1～9的合金相比，特别是“延伸率”和“0.2％屈服强度”优异。即，表1中显示出，实施例合金(实施例1～8)与除了不添加Mn及Cr的配合比例大以外，和本发明合金组成非常接近的比较例1相比，实施例合金的0.2％屈服强度优异。
另外，显示出，实施例合金与除了不添加Mn及Cr的配合比例大以外，Si的配合比例也比本发明合金大的比较例2及3相比，实施例合金的延伸率和0.2％屈服强度优异。
另外，显示出，实施例合金与除了不添加Cr以外，和本发明合金相同组成的比较例4以及除了Cr的配合比例大以外，和本发明合金的组成非常接近的比较例5相比，实施例合金的延伸率优异。
另外，显示出，实施例合金与除了Mg的配合比例不足0.5重量％以外，和本发明合金的组成非常接近的比较例6相比，实施例合金的0.2％屈服强度优异。
而且，显示出，实施例合金与除了Si的配合比例大于9.0重量％以外，和本发明合金的组成非常接近的比较例7及8相比，或者，实施例合金与除了Mg的配合比例大于1.0重量％以外，和本发明合金的组成非常接近的比较例9相比，实施例合金的延伸率优异。
另外，上述各实施例1～8中，以射出速度5m/秒(浇口速度100m/秒)进行压铸铸造，此时，铝合金和模型之间完全没有发生烧结。工业上的可利用性
本发明的铝合金，不仅作为汽车构成部件，例如还可以作为产业机械及家电制品等所谓的机器的构成部件的原材料而广泛使用，特别适用于长期重复施与振动载荷，且冲撞时施加冲击的部件的材料。

Claims (6)

1.一种加压铸造用铝合金，其特征在于，含有：Si：4.0～9.0重量％、Mg：0.50～1.0重量％、Fe：0.55重量％以下、Mn：0.30～0.60重量％以及Cr：0.10～0.25重量％，余量包含Al和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的加压铸造用铝合金，其特征在于，添加30～200ppm的选自Na、Sr及Ca的至少一种。
3.权利要求1或2所述的加压铸造用铝合金，其特征在于，添加0.05～0.20重量％的Sb。
4.权利要求1～3中任一项所述的加压铸造用铝合金，其特征在于，添加0.05～0.30重量％的Ti。
5.权利要求1～4中任一项所述的加压铸造用铝合金，其特征在于，添加1～50ppm的B。
6.一种铝合金铸件，其特征在于，其由权利要求1～5中任一项所述的铝合金加压铸造而成。
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