CN106255770A - 压铸用铝合金以及使用该铝合金的铝合金压铸件 - Google Patents

Abstract

本发明提供尽管以能够发挥机械性能提高效果的比例含有Cu，耐腐蚀性也不会显著恶化，适合于汽车的重要保安部件等的压铸用铝合金，以及用该合金压铸而成的铝合金压铸件。即，本发明为压铸用铝合金，其特征在于，以重量％计，含有0.03％＜Cu≦0.7％、6.0％＜Si≦11.0％、0.15％≦Mg≦0.50％、0.05％≦Fe≦0.6％、0.05％≦Ti≦0.25％、Mn≦0.8％、0.10％≦Cr≦0.40％，剩余部分包含Al和不可避免的杂质。

Description

压铸用铝合金以及使用该铝合金的铝合金压铸件

技术领域

本发明涉及一种机械特性和抗腐蚀性优异的压铸用铝合金以及使用该合金的铝合金压铸件。

背景技术

铝合金由于轻量且成形性和量产性优异，因此在汽车、产业机械、飞机、家电制品等各种领域中作为其构成部件原材料而被广泛使用。

其中，在汽车用途中，以车身轻量化和与其相伴的节省燃料费为目的，正在扩大将铝合金压铸件用于车体和车轮部分部件等。这样，近年来，虽然使用铝合金的部件被大量采用，但另一方面，由于这些部件多数为重要的安全保证部件，因此，不仅要求屈服强度和延性这样的机械性能，而且从需要的使用寿命和使用环境等观点出发，还要求能够耐长期使用的耐腐蚀性。因此，现有的合金即使其能够满足所涉及部件要求的机械特性，但开始产生不能满足耐腐蚀性的事情。

于是，作为解决这样的问题的技术之一，例如在以下的专利文献1中公开了一种压铸用铝合金，作为适合于汽车的轮(车轮)等的安全构成要素的材料，该压铸用铝合金包含9.5～11.5重量％的Si、0.1～0.5重量％的Mg、0.5～0.8重量％的Mn、最大0.15重量％的Fe、最大0.03重量％的Cu、最大0.10重量％的Zn、最大0.15重量％的Ti，剩余部分由Al及作为持久的微粒化剂的30～300ppm的Sr构成。

根据该技术，将通过电池作用而使铝合金腐蚀的Cu的含有比例抑制为最大0.03重量％，因此可以提供具有高耐腐蚀性的压铸用铝合金。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许第3255560号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，为了提高耐腐蚀性，若如上所述那样限制Cu的含有比例，则实质上不可能使用废料原料，不仅不能经济地制造铝合金，而且成为构筑循环型社会方面的瓶颈。另外，对于铝合金来说，虽然Cu具有提高抗拉强度和0.2％屈服强度这样的机械性能的效果，但如果将Cu的含有比例限制在0.03重量％以下，则也变得不能期待上述效果。

因此，本发明的主要课题是提供一种压铸用铝合金、以该合金压铸而得到的铝合金压铸件。该压铸用铝合金尽管以能够发挥提高机械性能的效果的比例含有Cu，也不会使耐腐蚀性显著恶化，适合于汽车的重要安全保证部件等。

用于解决课题的手段

本发明的第1发明为压铸用铝合金，其特征在于，“以重量％计，含有0.03％＜Cu≦0.7％、6.0％＜Si≦11.0％、0.15％≦Mg≦0.50％、0.05％≦Fe≦0.6％、0.05％≦Ti≦0.25％、Mn≦0.8％、0.10％≦Cr≦0.40％，剩余部分包含Al和不可避免的杂质”。

在该发明中，由于能够在大于0.03重量％且0.7重量％以下的范围内含有Cu，所以除了可使用回收原料以外，特别是能够提高抗拉强度和0.2％屈服强度这样的机械性能。另外，在以上述范围内含有Cu的同时，由于含有0.10重量％以上且0.40重量以下的Cr，因此能够防止耐腐蚀性的恶化。

如上所述，在本发明中，仅通过以规定的比例含有7种元素成分，利用它们的相互作用，就能够安全且简便地制造不仅铸造性和机械性能、而且耐腐蚀性也优异的压铸用铝合金的铸锭。

予以说明，在本发明的压铸用铝合金中，优选添加30～200ppm的选自Na、Sr和Ca中的至少一种和添加0.05～0.20重量％的Sb。通过这样操作，能够使共晶Si粒子细化，能够进一步提高铝合金的韧性和强度。

另外，还优选添加1～50ppm的B。通过这样操作，特别是在Si量少的情况下或在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伸长率。

本发明的第2发明是铝合金压铸件，其特征在于，用上述第1发明所述的压铸用铝合金压铸而得到。

用本发明的压铸用铝合金压铸而得到的铝合金压铸件，铸造性好、能够量产，同时不仅抗拉强度和硬度这样的机械特性优异，而且耐腐蚀性也优异，因此最适合例如汽车的重要安全保证部件等用途。

发明效果

根据本发明，提供一种压铸用铝合金、以该铝合金压铸而得到的铝合金压铸件。该压铸用铝合金尽管以能够发挥提高机械性能的效果的比例含有Cu，也不会使耐腐蚀性显著恶化，适合于汽车的重要安全保证部件等。

附图说明

图1是示出压铸用铝合金中Cu的含有比例与机械性能的关系的图。

图2是示出压铸用铝合金中Cu及Cr的含有比例与耐腐蚀性的关系的图。

图3是示出压铸用铝合金中Ti的含有比例与机械性能的关系的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式边示出具体例子边进行详述。

本发明的压铸用铝合金(以下，也简单地称为“铝合金”)，以重量％计，含有0.03％＜Cu(铜)≦0.7％、6.0％＜Si(硅)≦11.0％、0.15％≦Mg(镁)≦0.50％、0.05％≦Fe(铁)≦0.6％、0.05％≦Ti(钛)≦0.25％、Mn(锰)≦0.8％、0.1％≦Cr(铬)≦0.4％，剩余部分大致由Al(铝)和不可避免的杂质构成。以下，对各元素的特性进行说明。

Cu(铜)是用于提高铝合金的耐磨性、机械强度和硬度的重要元素。

如上所述，Cu相对于铝合金整体的重量的含有比例优选在大于0.03重量％且0.7重量％以下的范围内。这是因为，在Cu的含有比例为0.03重量％以下的情况下，不能得到上述的机械性能的改善效果，反之，在Cu的含有比例大于0.7重量％的情况下，产生耐腐蚀性显著下降、伸长率降低、比重增大、原材料成本增加这样的问题。

予以说明，在需要得到的铝合金具有特别高的耐蚀性的情况下，优选使该Cu的含有比例在大于0.03重量％～0.2重量％以下的范围内。

Si(硅)是确保铝合金熔化时的流动性，提高铸造性的重要元素。

如上所述，Si相对于铝合金整体重量的含有比例优选在6.0重量％以上且11.0重量％以下的范围内。这是因为，在Si的含量比例小于6.0重量％的情况下，难以确保熔液的流动性，在考虑到以一般广泛使用的通常的压铸法成型的情况下，妨碍适用于大型部件，反之，在Si的含有比例大于11.0重量％的情况下，合金的伸长率降低。

Mg(镁)是这样的成分，其主要以固溶于铝合金中铝母材的状态或作为Mg₂Si而存在，在赋予铝合金屈服强度和抗拉强度的同时，过量含有会给铸造性和耐腐蚀性带来不好影响。

如上所述，Mg相对于铝合金整体的重量的含有比例优选在0.15重量％以上且0.5重量％以下的范围内。这是因为，在Mg的含有比例小于0.15重量％的情况下，不能充分获得上述的效果，反之，在Mg的含有比例大于0.5重量％的情况下，合金的伸长率和耐腐蚀性降低。

已知Fe(铁)具有防止压铸时的烧结的效果。然而，该Fe结晶出Al-Si-Fe构成的针状晶，使铝合金的韧性降低，同时若大量添加时，则难以以合适的温度进行熔化。

如上所述，Fe相对于铝合金整体的重量的含有比例优选在0.05～0.6重量％的范围内。这是因为，在Fe的含有比例小于0.05重量％的情况下，防止压铸时的烧结的效果不充分，反之，在Fe的含有比例大于0.6重量％的情况下，虽然上述防止烧结的效果变得充分，但使该合金的韧性降低，并且使熔化温度上升，铸造性恶化。

Ti(钛)具有使晶粒微细化的效果，一般可以说是能够抑制铸造裂纹、提高机械性能(特别是伸长率)的元素。

Ti相对于铝合金整体的重量的含有比例优选在0.05重量％以上且0.25重量％以下的范围内。这是因为,在Ti的含有比例小于0.05重量％的情况下，难以使铝合金中的晶粒微细化，反之，在Ti的含有比例大于0.25重量％的情况下，铝合金的熔化变得困难，出现产生熔化剩余物质的可能性。

予以说明，如后所述，作为新发现，发现了本发明成分的铝合金，由于其成分组成的相互作用，在Ti的含有比例大致为0.25重量％以下的范围内，随着Ti的含有比例增加，铝合金的抗拉强度及0.2％屈服强度提高，另一方面，对伸长率几乎没有影响。

Mn(锰)与上述的Fe一样，主要用于防止压铸时铝合金与模具的烧结。该Mn也与Fe一样，若大量含有则难以以合适的温度熔化，因此在本发明中，Mn相对于铝合金的整体的重量的含有比例抑制在0.8重量％以下。

予以说明，关于该Mn的含有比例的下限没有必要特别限定，但为了显著发挥上述防止烧结的效果，优选含有0.2重量％以上的Mn。

Cr(铬)与上述的Fe和Mn一样，除了防止压铸时铝合金与模具的烧结以外，还是具有提高合金耐腐蚀性的效果的元素。

如上所述，Cr相对于铝合金整体的重量的含有比例优选在0.1重量％以上且0.4重量％以下的范围内。这是因为，在Cr的含有比例小于0.1重量％的情况下，不能充分获得上述效果，反之，在Cr的含有比例大于0.4重量％的情况下，即使再增加添加量也不能提高添加效果。

若根据以上的含有比例，调整Cu、Si、Mg、Fe、Ti、Mn及Cr的含有比例，能够得到安全性高的简单配方，同时得到不仅铸造性和机械性能，而且耐腐蚀性也优异的压铸用铝合金坯料。

予以说明，除了上述各元素成分外，也可以添加选自Na(钠)、Sr(锶)、Ca(钙)以及Sb(锑)中的至少一种作为改良处理材料。通过添加这样的改良处理材料，能够使共晶Si的粒子的细化，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在该改良处理材料是Na、Sr和Ca的情况下为30～200ppm，在改良处理材料是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小于30ppm(在Sb的情况下小于0.05重量％)的情况下，难以将铝合金中的共晶Si粒子微细化，反之，在改良处理材料的添加比例大于200ppm(在Sb的情况下大于0.20重量％)的情况下，铝合金中的共晶Si的粒子被充分微细化，即使再增加添加量也不能提高添加效果。

另外，也可以添加B(硼)来替代上述改良处理材料，或与改良处理材料一起添加B(硼)。通过这样添加B，铝合金的晶粒被细微化，能够提高该合金的伸长率。予以说明，特别是在Si量少的情况下和在使用冷却速度慢的铸造方法的情况下该效果显著。

B相对于铝合金整体的重量的添加比例优选为1～50ppm的范围。这是因为，在B的添加比例小于1ppm的情况下，难以将铝合金中的晶粒微细化，反之，在B的添加比例大于50ppm的情况下，铝合金中的晶粒被充分细微化，即使再增加添加量也不能提高添加效果。

在制造本发明的压铸用铝合金时，首先，以成为如上所述的规定比例的方式准备含有Al、Cu、Si、Mg、Fe、Ti、Mn及Cr各元素成分的原料(根据需要添加上述改良处理材料等)。接着，将该原料投入带有前炉的熔化炉或密闭熔化炉等熔化炉，使这些原料熔化。根据需要对熔化的原料(即铝合金的熔液)实施脱氢处理和脱夹杂物处理等精制处理。然后，使精制的熔液流入规定的铸模、凝固，由此将铝合金的熔液形成合金基材锭等。

另外，使用本发明的压铸用铝合金铸造铝合金压铸件后，根据需要实施固溶化处理及时效处理等。这样，通过对铝合金压铸件实施固溶化处理及时效处理等，能够改善铝合金铸件的机械特性。

实施例

以下，举出实施例具体地说明本发明，但本发明并不限于实施例。

予以说明，下述的各种合金的机械特性(具体为抗拉强度、伸长率，0.2％屈服强度)用以下的方法测定。即，使用合模力为135吨的通常的压铸机(东芝机械(株)社制造·DC135EL)，以射出速度1.0m/s、铸造压力60MPa进行压铸铸造，制作按照ASTM(AmericanSociety for Testing and Material)标准的圆棒试样。然后，使用(株)岛津制作所制造的万能试验机(AG-IS 100kN)，对毛坯铸件状态的该圆棒试样测定抗拉强度、伸长率、0.2％屈服强度。

另外，使用固体发光光谱分析机(サーモフィッシャーサイエンティフィック社制造，Thermo Scientific ARL 4460)测定各种合金的合金成分。

进一步，关于耐腐蚀性，通过按照日本工业标准JIS Z2371的(中性)盐水喷雾试验进行评价。此时，使用スガ试验机(株)社制造的铜催化乙酸盐雾试验机(キャス试验机)CASSER-ISO-3进行该试验。

〈Cu对铝合金物性的影响〉

表1中示出了将Cu以外的合金成分调整为本发明范围内或调整为一定比例，同时改变Cu的含有比例而制造的压铸用铝合金的成分组成及各机械特性(抗拉强度、伸长率、0.2％屈服强度)。

表1 Cu含有比例的变化与铝合金物性的关系

如该表1所示，可看出在Cu的含有比例大致为1.0重量％以下的范围内，随着Cu的含有比例增加，铝合金的抗拉强度(参照图1-1)及0.2％屈服强度(参照图1-2)提高。

对此，可看出当Cu的含有比例大于0.7重量％时，铝合金的伸长率降低的倾向。

予以说明，表1中的合金3～11是本发明范围内的合金组成，即实施例合金。

〈含有Cr带来的耐腐蚀性提高效果〉

表2示出了不同铸造方法的各铝合金组成与耐腐蚀性的关系。

在此，表2中的压铸件是用与供给上述机械性能测定的试样同样的方法铸造的。另一方面，表2中的重力铸造的铸件是将调整为规定成分的铝合金放入模具进行重力铸造，之后与压铸同样加工为按照JIS Z2371的盐水喷雾试验用的试样(耐腐蚀性评价试样)，进行盐水喷雾试验。

表2不同铸造方法的各铝合金组成与耐腐蚀性的关系

如该表2所示，可看出在通过压铸而得到的铸造品中，在使Cu的含有比例为0.10重量％恒定的情况下，若Cr的含有比例变为0.10重量％以上，则腐蚀减量减少，耐腐蚀性变好(参照图2-1)。

另外，在通过压铸而得到的铸造品中，在使Cr的含有比例为0.20重量％恒定的情况下，随着Cu的含有比例从0.10重量％增加至0.73重量％，腐蚀减量也增加，显示了耐腐蚀性恶化的倾向(参照图2-3)。

另外，可明确在通过重力铸造而得到的铸造品中，随着Cu的含有比例的增加合金的耐腐蚀性恶化，但通过含有0.20重量％的Cr，使得腐蚀减量显著降低，能够提高耐腐蚀性(参照图2-2)。

予以说明，表2中的合金15～20、26和27为本发明范围内的合金组成，即实施例合金。

〈Ti对铝合金物性的影响〉

表3中示出了将Ti以外的合金成分调整为本发明范围内或调整为一定比例，同时改变Ti的含有比例而制造的压铸用铝合金的成分组成及各机械特性(抗拉强度、伸长率、0.2％屈服强度)。

表3 Ti的含有比例的变化与铝合金物性的关系

如该表3所示，可看出在Ti的含有比例大致为0.25重量％以下的范围内，随着Ti的含有比例增加，铝合金的抗拉强度(参照图3-1)及0.2％屈服强度(参照图3-2)提高。

与此相对，没有发现在Ti的含有比例大致为0.25重量％以下的范围内，铝合金的伸长率在Ti的含有比例之间有显著的区别(图3-3)。

予以说明，表3中的合金30～32为本发明范围内的合金组成，即实施例合金。

Claims (5)

1.压铸用铝合金，其特征在于，以重量％计，含有0.03％＜Cu≦0.7％、6.0％＜Si≦11.0％、0.15％≦Mg≦0.50％、0.05％≦Fe≦0.6％、0.05％≦Ti≦0.25％、Mn≦0.8％、0.10％≦Cr≦0.40％，剩余部分包含Al和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，添加有30～200ppm的选自Na、Sr和Ca的至少一种。

3.权利要求1或2所述的压铸用铝合金，其特征在于，添加有0.05～0.20重量％的Sb。

4.权利要求1至4任一项所述的压铸用铝合金，其特征在于，添加有1～50ppm的B。

5.铝合金压铸件，其特征在于，用权利要求1至4任一项所述的压铸用铝合金压铸而得到。