CN104718303B

CN104718303B - 车辆用铝合金及车辆用部件

Info

Publication number: CN104718303B
Application number: CN201380053592.7A
Authority: CN
Inventors: 福田征秀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: US20150275336A1; WO2014061329A1; MY178526A; CA2888542C; CN104718303A; BR112015008179A2; CA2888542A1; JP5894289B2; JPWO2014061329A1

Abstract

本发明提供一种即使使用含有Fe、Cu等杂质的铝材料也能够确保适于车辆部件的韧性的车辆用铝合金、以及车辆用部件。所述车辆用铝合金，以重量％计，设定Fe：0.2～1.0％、Mn：0.01～0.7％，含有Si及Cu，且含有剩余部分的Al及不可避免的杂质，金属间化合物的尺寸为30μm以下。

Description

车辆用铝合金及车辆用部件

技术领域

本发明涉及车辆用铝合金及车辆用部件。

背景技术

作为汽车或二轮车的车轮等要求高强度和高韧性两者的部件的材料，目前，提出了在原铝锭中添加了几种元素的铝压铸合金(也叫做铝一次合金)。(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003-27169号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，如专利文献1记载的压铸铝合金使用铝锭时，铝锭价格高和铝锭的制造会排出大量CO₂，因此，理想的是：将铝的再生材料(废料)作为原料，制造再生铝合金(也叫做铝二次合金)。但是，使用再生铝材时，会混入使韧性(延展性)降低的Fe、Cu等。因此，要求韧性的材料中难以使用再生铝。

本发明是鉴于上述情况而开发的，目的在于，提供一种即使使用含有Fe、Cu等杂质的铝材料，也能够确保适于车辆部件的韧性的车辆用铝合金及车辆用部件。

用于解决问题的技术方案

为了达成上述目的，本发明的车辆用铝合金以重量％计，设定Fe：0.2～1.0％、Mn：0.01～0.7％，并含有Si及Cu，且含有余量的Al及不可避免的杂质，金属间化合物的尺寸为30μm以下。

根据本发明，使用再生铝材那样的作为杂质含有Fe、Cu等的铝原料，可以获得具有适合于车辆部件的韧性的车辆用铝合金。另外，由于含有Fe而具有防止压力铸造中的烧熔的效果，因此，适合于采用压力铸造而制造车辆用部件的用途。

另外，优选上述的车辆用铝合金含有Fe：0.3～0.9％、Mn：0.2～0.5％，且金属间化合物的尺寸为25μm以下，金属间化合物形成块状。

该情况下，可以获得具有更加优异韧性的车辆用铝合金。

另外，优选上述的车辆用铝合金含有Fe：0.3～0.8％、Mn：0.2～0.4％，并含有Mg(镁)及Zn(锌)，且金属间化合物的尺寸为15μm以下。

该情况下，即使含有源自再生锭铝材等的Mg及Zn，也可以获得具有更加优异的韧性的车辆用铝合金。

另外，本发明的车辆用部件使用上述的车辆用铝合金而构成。

本发明的车辆用部件使用车辆用铝合金而构成，所述车辆用铝合金以重量％计含有Fe：0.2～1.0％、Mn：0.01～0.7％，含有Si及Cu，含有余量的Al及不可避免的杂质，其中，金属间化合物的尺寸为30μm以下。

根据本发明，使用再生铝材那样含有Fe、Mn、Cu等作为杂质的铝原料，可以提供具有合适的韧性的车辆用部件。

另外，优选上述的车辆用部件使用车辆用铝合金，所述车辆用铝合金含有Fe：0.3～0.9％、Mn：0.2～0.5％，金属间化合物的尺寸为25μm以下，金属间化合物形成块状。

该情况下，可以获得具有更加优异的韧性的车辆用部件。

另外，更优选上述的车辆用部件使用车辆用铝合金，所述车辆用铝合金含有Fe：0.3～0.8％、Mn：0.2～0.4％，且含有Mg及Zn，金属间化合物的尺寸为15μm以下。

该情况下，即使含有源自再生锭铝材等的Mg及Zn，也可以获得具有更加优异韧性的车辆用部件。

另外，上述的车辆用部件可以通过对所述车辆用铝合金进行压力铸造成型而成。

另外，上述的车辆用部件的板厚可以设定为15mm以下。

根据本发明，在对铝原料进行铸造而制造的车辆用部件中，通过缩短铸造时的凝固时间，能够对使韧性降低的针状的金属间化合物的生长进行抑制，可以提供具有更加合适特性的车辆用部件。

上述的车辆用部件可以作为摩托车用车轮(10)。

根据本发明，可以提供具有合适的韧性的摩托车用车轮。

另外，上述的车辆用部件可以作为将辐条(15)及轮圈(17)的厚度设定为15mm以下的摩托车用车轮(10)。

发明的效果

根据本发明，使用再生定铝材那样含有Fe、Cu等作为杂质的铝原料，可以获得具有适合于车辆部件的韧性的车辆用铝合金。另外，由于含有Fe而具有防止压力铸造中的烧熔的效果，因此，适合于采用压力铸造而制造车辆用部件的用途。另外，即使含有源自再生铝材等的Mg及Zn，也可以获得具有更加优异韧性的车辆用铝合金。

另外，使用再生锭铝材那样含有Fe、Mn、Cu等作为杂质的铝原料，可以提供具有合适的韧性的车辆用部件，例如可以提供具有合适韧性的摩托车用车轮。

另外，在对铝原料进行铸造而制造的车辆用部件中，通过对板厚进行抑制能够缩短铸造时的凝固时间，能够对使韧性降低的针状的金属间化合物的生长进行抑制，可以提供具有更加合适的特性的车辆用部件。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的摩托车用车轮的结构的图，(A)是俯视图，(B)是剖视图，

图2是表示车辆用铝合金的金属间化合物尺寸与韧性之间的相互关系的例子的图表；

图3是表示Fe量对车辆用铝合金的特性的影响的图表，(A)表示Fe量与金属间化合物的尺寸之间的相互关系，(B)表示Fe量与韧之间的相互关系；

图4是表示Mn量对车辆用铝合金的特性的影响的图表，(A)表示Mn量和金属间化合物的尺寸之间的相互关系，(B)表示Mn量与韧性之间的相互关系；

图5是将Mn量设定为0％时的铝压铸品的组织的光学显微镜照片；

图6是将Mn量设定为0.3％时的铝压铸品的组织的光学显微镜照片；

图7是将Mn量设定为0.8％时的铝压铸品的组织的光学显微镜照片；

图8是表示Cu量与韧性之间的关系的图表。

符号说明

10 摩托车用车轮

11 轮毂

15 辐条

17 轮圈

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示应用了本发明的实施方式的摩托车用车轮10的结构的图，(A)是俯视图，(B)是剖视图。

该图1所示的摩托车用车轮10是轮毂11、自轮毂11放射状延伸的多个辐条15、安装有轮胎(图示略)的轮圈17，通过压力铸造一体成型的车轮。如图1(B)所示，辐条15及轮圈17为薄壁设计。

但是，摩托车用车轮10等用于车辆部件的车辆用铝合金要求延展特性(韧性)。通常，作为铝材料包含的作为杂质的Fe的含量越增大，韧性就越降低，但发明人等得知：该韧性的降低受到在初晶α-Al晶之间形成的金属间化合物的影响。该金属间化合物是在初晶之后凝固的共晶中包含的Al-Fe-Si共晶或Al-Fe-Mn-Si共晶，这些共晶在比α-Si共晶更高的高温下生成。这些金属间化合物根据铝合金的组成、特别是根据Fe和Mn的量而成为各种各样的形状，生成针状、板状或块状。发明人等认为：这些含有Fe的金属间化合物的尺寸越大，铸造品的韧性越降低。在此所说所谓金属间化合物的尺寸不是面积或体积，而是任意一个方向上的最大长度。因此，金属间化合物生长成针状或板状的情况下，尺寸容易变大。

为了抑制金属间化合物的尺寸，有效的是，提高冷却速度且不产生浇铸不满现象。铸造品的厚度越薄，越能够以高精度对铸造时的冷却状态进行控制。例如，摩托车用车轮10由于辐条15及轮圈17为薄壁，因此可以期待这些部位的韧性的提高。发明人等了解到：通过将辐条15及轮圈17的厚度设定为15mm以下，能够对尺寸较大的金属间化合物的生成进行抑制，得到优异的韧性。

另外，如上所述，金属间化合物的形状及尺寸对铝合金的组成产生影响。在原料使用再生锭铝材的情况下，Fe、Mn、Cu等作为杂质混入产生影响。

作为再生锭铝材，已知包括非铁金属废料中主要以铝窗框(挤出材料)或形变合金铝材为主原料的形变系废料、和含有铸造屑或切碎的破碎材料的铸件系废料。

表1对于大多数流通的再生铝材的例子的组分进行表示。

[表1]

对如表1所例示的形变系废料材和铸件系废料进行适当选择，或进行混合作为车辆用铝合金的原料时，该铝原料含有Si、Fe、Mg、Mn、Cu、Zn等。也可以将这些再生铝材与铝锭材混合作为铝原料使用，但这种情况也难以避免杂质的混入。

Fe在Al-Si系合金的铸造品中使韧性降低。由于Fe量多时会生成大量针状的Al-Si-Fe系金属间化合物，因此会使韧性降低。另一方面，Fe具有防止对压力铸造品的模型进行烧熔的效果。

Mn被添加在含有Fe的Al-Si系合金中的情况下，生成块状的Al-Si-Fe-Mn系的金属间化合物，具有对上述的针状或板状的Al-Si-Fe系金属间化合物的生成进行抑制的效果。但是，另一方面，在Mn量多的情况下，金属间化合物的尺寸变大，铸造品的韧性降低。

一般认为，Cu会使铸造品的韧性降低，是损害抗蚀性的杂质。

一般认为，Zn为损害抗蚀性的杂质。

Mg具有提高抗拉强度和耐力的效果，但伴随Mg量的增加，韧性降低。

Si具有使铝合金的铸造时的熔融金属的流动性提高的效果。

发明人等对以再生铝材为原料的车辆用铝合金的组成及金属间化合物的尺寸进行了各种研究，发现在下述情况下获得了具有适于车辆用部件的韧性的铝压铸品：以重量％计，设定Fe：0.2％以上1.0％以下、Mn：0.01％以上0.7％以下，含有Si及Cu，含有余量的Al及不可避免的杂质，金属间化合物的尺寸为30μm以下。该情况下，如后述的实施例所示，可获得具有至少5％以上的延展性的铝压铸品。

由此，即使含有源自再生锭铝材等的Fe、Mn、Cu等杂质，也可以获得具有适于车辆用部件的韧性的铝压铸品。

另外，Fe量虽然在使用再生铝材的情况下难以避免被混入，但只要将Fe量设定在0.2％以上，就可以对多数的含有再生铝材的原料进行利用。并且，由于含有Fe还具有防止压力铸造中的烧熔的效果，因此，尤其适合通过铝压力铸造而制造车辆用部件的情况。

另外，在设定Fe：0.3％以上0.9％以下、Mn：0.2％以上0.5％以下，且，金属间化合物的尺寸为25μm以下，金属间化合物形成块状的情况下，作为提高Fe的下限值的效果也可以利用含有大量Fe的废料，从而可以获得具有作为车辆用部件的韧性更加优异的铝压铸品。该情况下，如后述的实施例所示，获得了具有至少7％以上的延展性的铝压铸品。另外，通过将Fe量设定为0.3％以上，可以利用更多的再生铝材作为原料。

另外，在设定Fe：0.3～0.8％、Mn：0.2～0.4％，含有Mg及Zn，且，金属间化合物的尺寸为15μm以下的情况下，即使含有源自再生锭铝材等的Mg及Zn，也能够获得具有作为车辆用部件的韧性更加优异的铝压铸品。该情况下，如后述的实施例所示，获得具有至少10％以上的延展性的铝压铸品。

另外，关于Si量，在以重量％计为6.0％以上的情况下，可以使熔融金属的流动性良好，在以重量％计为12.0％以下的情况下，可以确保铸造品的延展性(韧性)，因此优选将Si量设定为6.0％以上、12.0％以下。

关于Cu量，由于Cu会使韧性降低，因此优选含有较少的Cu，但以再生锭铝材为原料的情况下，难以避免Cu的混入。在上述的组成中，如果将Cu量设定为1.0％以下，可以提供以再生锭铝材为原料，且具有合适的韧性的铝压铸品。即，在Cu量为1.0％以下的范围内，可允许Cu的混入。

关于Mg，也难以避免源自再生铝材的混入。在上述的组成中，如果将Mg量设定为0.05％以上、0.4％以下，就可以提供以再生铝材为原料，且具有合适的韧性的铝压铸品。

关于Zn，虽然也难以避免源自再生铝材的混入，但在上述的组成中，如果将Zn量设定为0.3％以上、1.0％以下，就可以提供以再生铝材为原料，且具有合适的韧性的铝压铸品。

实施例

下面，详细地说明本发明的实施例，但不应基于该实施例的记载而限定性地解释本发明。

在以下的实施例中，使用采用了本发明的实施例1～9、作为比较对象的比较例1～5、及、如参考例1～6的24那样的组分构成的铝合金，试制铝压铸品，进行评价。

各实施例的样式、物性的测定结果及评价如表2所示。

[表2]

[实施例]

在实施例1中，通过将铝合金熔于铝原料中并添加各种元素，制备化学成分重量比为Si：8.5％、Mg：0.15％、Mn：0.20％、Fe：0.80％、Zn：0.80％、Cu：0.6％，余量由Al及不可避免的杂质构成的熔融金属。

接着，通过具备二轮车用轮胎形成用的模型的通常的压铸机，对上述熔融金属进行压力铸造，制作摩托车用车轮。

对上述二轮车用车轮的轮圈及辐条进行切断并进行机械加工，制作拉伸试验片，用拉伸试验机对该拉伸试验片的机械特性进行测定。

另外，基于将上述摩托车用车轮的轮圈及辐条切断后的切断面的光学显微镜照片，测定金属间化合物的尺寸。

在该实施例1中，获得延展性为9.8％、金属间化合物的尺寸为14μm的结果。

对于实施例2～9及比较例1～5，制备以成为表2中记载的组成比的方式含有Si、Mg、Mn、Fe、Zn、Cu，且含有余量的Al和不可避免的杂质的熔融金属，和实施例1同样地进行压力铸造，制作摩托车用车轮。由该摩托车用车轮制作和实施例1同样的试验片，进行拉伸试验机中的测定及光学显微镜照片中的金属间化合物的尺寸的测定。关于各实施例及比较例的测定结果，如表2所示。

[参考例]

在参考例1～6中，对熔融金属进行调整，使其含有Si、Mg、Cu，且含有余量的Al和不可避免的杂质，并使它们为表2中记载的组成比，与实施例1同样地进行压力铸造，制作摩托车用车轮。参考例1～6是用于研究Cu量对与铝压铸品的韧性及金属间化合物的尺寸的影响的例子，因此，采用不含Mn、Fe、Zn的组分。另外，在参考例1中，采用不含Cu的组分。

由压力铸造而成的摩托车用车轮制作和实施例1同样的试验片，进行拉伸试验机的测定及光学显微镜照片中的金属间化合物的尺寸的测定。关于各参考例的测定结果，如表2所示。

图2～图4是表示实施例及比较例的车辆用铝合金的特性的图表。

图2对于实施例1～9及比较例1～5而言，表示金属间化合物的尺寸与韧性之间的相互关系。在图2中，设定横轴为对数刻度。另外，图中(1)为线形近似曲线。

如图2所示，可以观察到：金属间化合物的尺寸越小延展性越增大的相互关系。基于各实施例及比较例的曲线及近似曲线(1)可知：金属间化合物的尺寸为30μm以下的情况下，延展性为6％以上，因此，金属间化合物的尺寸优选]值为30μm以下。如果金属间化合物的尺寸为25μm以下，延展性则为7％以上，故更优选，金属间化合物的尺寸为15μm以下时，延展性达10％以上，因此最优选。

图3是表示Fe量对于车辆用铝合金的特性的影响的图表，(A)对于实施例及比较例而言表示Fe量与金属间化合物的尺寸之间的相互关系，(B)表示Fe量与韧性之间的相互关系。在图3(A)、(B)中，为了使Fe量以外的条件一致，对实施例7、8、9及比较例4进行了绘图。图3(A)的(2)及图3(B)的(3)为线形近似曲线。

如图3(A)所示，可看到Fe量越多，金属间化合物的尺寸越增大的相互关系。另外，在图3(B)中可知，Fe量越少，越呈现优异的延展性。如上所述，这种情况也适合金属间化合物的尺寸越小，越呈现优异的延展性。

从图3(A)的近似曲线(2)及各曲线来看，作为能够使金属间化合物的尺寸为30μm以下的范围，Fe量优选1.0％以下。该情况下，延展性达8％以上。另外，从图3(B)的近似曲线(3)及各曲线来看，如果将Fe量设定为0.9％以下，则获得延展性9％以上的优异韧性，而更优选。并且，从图3(A)及(B)的各曲线可知，如果Fe量为0.8％以下，则获得优选的结果。

另外，Fe量为0.2％以上，金属间化合物的尺寸及韧性也在合适的范围，Fe量为0.3％以上也一样。由此，从再生锭铝材的利用的观点出发，Fe量优选0.2％以上，更优选0.3％以上。

图4是表示Mn量对于车辆用铝合金的特性的影响的图表，(A)对于实施例及比较例而言，表示Mn量与金属间化合物的尺寸之间的相互关系，(B)表示Mn量与韧性之间的相互关系。在图4(A)、(B)中，为了使Mn量以外的条件一致，对实施例1-6、9及比较例3、5进行绘图。

如图4(A)及(B)所示，在Mn量为0.2％以上0.4％以下的范围，金属间化合物的尺寸特别小，显示延展性高的值。以该范围为中心，若Mn量增加或减少，则金属间化合物的尺寸增大，延展性变小。从该结果来看，Mn量为0.2％以上0.4％以下时，获得大致10％以上的延展性，可以使金属间化合物的尺寸为10μm以下，最优选。另外，Mn量为0.2％以上0.5％以下时，获得9％以上的延展性，可以使金属间化合物的尺寸为15μm以下，故优选。并且，如果将Mn量设定为0.7％以下，则获得5％以上的延展性，可以使金属间化合物的尺寸为大致20μm以下，因此，可以说是优选的。

图5～图7是表示铝压铸品的组织中的Mn量的影响的光学显微镜照片，图5是Mn量设为0％的情况，图6是Mn量设为0.3％的情况，图7是Mn量设为0.8％的情况。作为其它的组成，为Si：8.5％、Mg：0.15％、Fe：0.8％。这三张照片的倍率相同。

在图5的组织中，看到板状的金属间化合物的结晶(参照图中箭头)，还发现图中的尺寸(50μm)更长的物质。

与此相对，在图6的组织中，金属间化合物为块状(参照图中箭头)。这是由于由Mn的添加而生成了Al-Si-Fe-Mn系的金属间化合物，对针状或板状的Al-Si-Fe系金属间化合物的生成进行了抑制。

在图7的组织中，虽然未看到针状或板状的金属间化合物的结晶，但是块状的金属间化合物(参照图中箭头)较大。

如上所述，以一定程度含有Mn的铝合金可以具有优异的韧性，作为Mn量的优选量，0％除外。因此，与基于图4(A)、(B)的研究一致，优选的Mn量为0.01％以上0.7％以下。

图8是对于参考例1～6，表示Cu量与韧性之间的相互关系。图中(4)为线形近似曲线。

如图8所示，结果，Cu量越少，越得到高的韧性。根据该结果，优选Cu量少的，考虑在使用再生锭铝材时作为杂质混入的量，优选Cu量为1.0％以下即可。另外，从实施例1～9的结果来看，最优选Cu量为0.6％以下。

以上，详细说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于此，例如，除上述的压力铸造法(HDPC：High Pressure Die Cast)以外，不限于通常压力铸造法，也可以实施高真空压力铸造法。

工业实用性

本发明的车辆用铝合金显示适于车辆部件的延展性，因此能够用于包括摩托车的车辆用部件，在作为摩托车用的车轮进行实施的情况下，如上所述尤其适合。另外，作为摩托车的车辆用部件，不限于车轮，也适合要求韧性的地盘(シャーシ)系部件(摇臂、轮叉、桥等)。另外，由于含有Fe还具有防止压力铸造中的烧熔的效果，因此，尤其适合通过铝压力铸造而制造车辆用部件的情况。

Claims

1.一种车辆用铝合金，其以重量％计，含有Fe：0.3～0.8％、Mn：0.2～0.4％，并含有6.0％以上且12.0％以下的Si、1.0％以下的Cu、0.05％以上且0.4％以下的Mg、0.3％以上且1.0％以下的Zn，且余量为Al及不可避免的杂质，并通过压力铸造而成型，其中，

金属间化合物的尺寸为15μm以下，且具有10％以上的延伸特性，

所述金属间化合物的尺寸是金属间化合物的任意一个方向上的最大长度。

2.一种车辆用部件，其使用车辆用铝合金而并通过压力铸造而成型，所述车辆用铝合金以重量％计含有Fe：0.3～0.8％、Mn：0.2～0.4％，并含有6.0％以上且12.0％以下的Si、1.0％以下的Cu、0.05％以上且0.4％以下的Mg、0.3％以上且1.0％以下的Zn，且余量为Al及不可避免的杂质，其中，

3.如权利要求2所述的车辆用部件，其板厚设定为15mm以下。

4.如权利要求2或3所述的车辆用部件，其是摩托车用车轮(10)。

5.如权利要求2或3所述的车辆用部件，其是将辐条(15)及轮圈(17)的厚度设定为15mm以下的摩托车用车轮(10)。

6.如权利要求4所述的车辆用部件，其是将辐条(15)及轮圈(17)的厚度设定为15mm以下的摩托车用车轮(10)。