CN111094607B - Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法。铸件用Al－Si－Mg系铝合金的制造方法中，对具有下述合金组成的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料实施热处理，该合金组成中，含有5质量％以上10质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、0.03质量％以上0.5质量％以下的Sb、0.0004质量％以上0.0026质量％以下的Be、且剩余部分包括Al和不可避免的杂质。

Description

Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法

技术领域

本发明涉及Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法。本发明特别适合如用于汽车部件的大型铸件材料。

背景技术

已知一种铸件用合金(ASTM(American Society for Testing and Materials，美国材料和试验协会)所规定的记号为A356的合金等)，其是含有硅(Si)的铝(Al)合金，其中，为了提高铸造性良好的Al－Si系铝合金的机械特性而添加了镁(Mg)。为了提高强度而添加的Mg有可能在熔融状态下被氧化而耗减，促进氧化物的生成或气体吸收。因此，已知在Al－Si－Mg系铝合金中添加铍(Be)来抑制Mg的耗减的方法。

另外，关于Al－Si－Mg系铝合金还已知，向例如JIS(Japanese IndustrialStandards，日本产业规格)H5202所规定的记号为AC4C的合金或记号为AC4A的合金添加锑(Sb)时，共晶组织中的Si相得到改良(微细化)，延伸性提高(参照专利文献1)。

然而，对添加有Sb的Al－Si－Mg系铝合金进行固溶处理等高温下的热处理时，铸件表面有可能发生黑色化，外观变差。因此，为了抑制铸件表面的黑色化，提出了向添加有Sb的Al－Si－Mg系铝合金大量添加Be、或复合添加Be和Ca等(参照专利文献2、专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭52－156117号公报

专利文献2：日本特开昭63－162832号公报

专利文献3：日本特开昭59－064736号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

如专利文献2所述，如果为0.05质量％以上，则可抑制黑色化。由于Be是稀有金属，所以价格昂贵，并且由于Be的粉尘有强烈的毒性，所以对Be的处理需要十分小心。

本发明鉴于上述情况而提出，目的在于提供一种Be的含量少且热处理后外观优异的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法。

用于解决技术问题的技术方案

本方式中，在Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法中，对具有下述合金组成的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料实施固溶处理，接着进行淬火，之后实施时效处理，该合金组成中，含有5质量％以上10质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、0.03质量％以上0.5质量％以下的Sb、0.0004质量％以上0.0026质量％以下的Be、且剩余部分包括Al和不可避免的杂质。

作为优选的方式，上述热处理包括：在2小时以上12小时以下的范围内保持500℃以上550℃以下的温度的固溶处理；上述固溶处理后的淬火处理；和在上述淬火处理后在2小时以上12小时以下的范围内保持120℃以上180℃以下的温度的时效处理。

发明的效果

根据本发明的方式，能够提供一种Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法。

附图说明

图1是说明铸件用Al－Si－Mg系铝合金的相对于Be含量的色差和Mg耗减量的关系的说明图。

图2是表示热处理后的铸件外观的侧面的例子的图。

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，但本发明不限定于此。以下说明的实施方式的构成要素能够适当进行组合。另外，也存在没有使用部分构成要素的情况。另外，以下说明的实施方式中的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的内容、实质上相同的内容、所谓等同范围的内容。

(合金组成)

本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金含有5质量％以上10质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、0.03质量％以上0.5质量％以下的Sb和0.0004质量％以上0.0026质量％以下的Be、且剩余部分包括Al和不可避免的杂质。

Si有助于铸造性、机械性能。Si的含量达到5质量％以上时，铸造性的提高变得显著。在铸造汽车部件那样的大的铸件的情况下，铸造性是重要的。由于Si的添加导致Si系结晶物容易粗大化，延伸性容易降低，因此，需要将Si的含量抑制在10质量％以下。另外，Si在进行时效处理时，与Mg一同以Mg－Si系化合物的形式析出，有助于提高强度。

对本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金进行时效处理时，Mg与Si一同以Mg－Si系化合物的形式析出，因此，Mg具有提高强度的作用。该作用在Mg的含量为0.2质量％以上、更优选为0.3质量％以上时变得显著。相反，Mg的含量多于1.0质量％时，促进延伸性的下降以及氧化物的生成，还成为硬点等不良的原因。因此，Mg的含量为0.3质量％以上0.5质量％以下时，强度提高，抑制延伸性的降低以及氧化物的生成，因而更优选。

Sb具有将共晶组织中的Si微细化、提高延伸性的作用。该作用在Sb的含量达到0.03质量％以上时变得显著，如果多于0.5质量％，则有可能生成粗大的Mg－Sb化合物，导致延伸性降低。

如专利文献2所记载，以往认为如果Al－Si－Mg系铝合金中的Be含量不多，就不能抑制铸件表面的黑色化。本发明的发明人反复进行了深入研究，结果发现：Al－Si－Mg系铝合金中的Be含量与铸件表面的黑色化之间，并不是单纯的反比例的关系。即发现了：在Al－Si－Mg系铝合金中的Be的含量达到规定阈值之前，不易发生铸件表面的黑色化，而当Be的含量增加到多于规定阈值时，容易发生黑色化，如果Be的含量进一步增加，例如达到0.05质量％以上，则抑制黑色化。

具体说明如下，Be在铝合金的熔液表面形成致密的钝化的氧化覆膜，抑制铝合金熔液的氧化。另外，Be抑制铝合金中的Mg的耗减。为了进一步提高效果，需要含有0.0004质量％以上的Be。但是，在Be含量多于0.0026质量％的情况下，铸造后，对铸锭实施固溶处理、水淬、时效处理、所谓的JIS H0001规定的调质记号为T6的热处理(以下称为T6热处理。)时，铸件表面容易黑色化。推测这有可能是因为T6热处理导致铸件表面的氧化铝层变厚，从而铸件表面黑色化。在本实施方式中，Be的含量为0.0004质量％以上0.0026质量％以下，因此，T6热处理导致的铸件表面的黑色化被抑制。

本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金中，也可以作为铸造组织的微细化材料，将选自钛(Ti)和硼(B)中的至少一种元素的元素组以Ti≤0.15％、B≤0.01％含有。

另外，本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金中，也可以允许有不可避免地混入的杂质，但优选将容易混入的铁(Fe)抑制为0.15％以下、将其它不可避免的杂质的元素抑制为0.05％以下。

另外，本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金中，也可以允许有不可避免地混入的钙(Ca)，但Ca的含量达到0.01质量％以上时，气体吸收变得激烈，熔液流动变差。因此，本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金中，优选将Ca的含量抑制为0质量％以上且低于0.01质量％，更优选将Ca的含量抑制为0质量％以上且0.005质量％以下。

[制造方法]

下面，对使用上述本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金制造铸件材料的制造方法的一例进行说明。

(熔化工序)

通过已知方法熔炼下述合金组成的铝合金，该合金组成含有5质量％以上10质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、0.03质量％以上0.5质量％以下的Sb和0.0004质量％以上0.0026质量％以下的Be，且剩余部分包括Al和不可避免的杂质。

对所得到的铝合金熔液实施成分调整、除渣、脱气处理等熔液处理。在含有Ti、B作为微细化材料的情况下，例如，将由Al－Ti－B合金形成的棒硬化剂(微细化材料)在铸造前添加到铝合金熔液。

(铸造工序)

将通过熔化工序得到的铝合金熔液注入铸型，得到铸锭。

(T6热处理)

对通过铸造工序得到的铸锭实施T6热处理，得到本实施方式的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料。T6热处理是对铸锭依次实施固溶处理、淬火处理、时效处理的热处理。

作为固溶处理的条件，在2小时以上12小时以下的范围内保持500℃以上550℃以下的固溶处理温度。作为固溶处理的条件例，保持4小时535℃的固溶处理温度。如果固溶处理温度低于500℃的温度、或者温度保持时间小于2小时，则固溶的效果小。如果固溶处理温度高于550℃，则有可能发生局部熔融(过烧，burning)。另外，即使温度保持时间超过12小时，也观察不到Mg、Si的元素的固溶量的变化，导致成本增加。

作为淬火处理，对进行固溶处理后的铸锭进行水冷。在淬火处理中，所使用的水可以是温水。

淬火处理后，对形成了过饱和固溶体的铸锭进行时效处理。作为时效处理的条件，在2小时以上12小时以下的范围内保持120℃以上180℃以下的时效处理温度。作为时效处理的条件例，保持6小时150℃的时效处理温度。

进行T6热处理后的本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金和Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的热处理后的黑色化得到抑制，外观优异。在本实施方式的铸件用Al－Si－Mg系铝合金和Al－Si－Mg系铝合金铸件材料中，熔液中的Mg的耗减量少，由于Mg有助于机械强度，并且实施了JIS H0001所规定的调质记号为T6的调质，因此，例如拉伸强度达到300MPa以上，延伸性达到10％以上。例如，将进行T6热处理后的本实施方式的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料制造为汽车部件。

[实施例]

接着，对本发明的实施例进行说明。在实施例1、实施例2或比较例1中，将具有表1的合金组成的各元素且剩余部分为Al的铝合金熔化，制造用于评价的熔液。将所制造的各评价用熔液的温度分别保持在850℃，分别测量24小时后和48小时后的Mg的含量。从熔化后立即的Mg的含量分别减去所测得的Mg的含量，计算24小时(h)后以及48小时(h)后的熔液中的Mg耗减量，将结果示于表1。

[表1]

(表1)

明确确认到，相比于Be含量低于0.0001质量％的比较例1，实施例1和实施例2的熔液中的Mg耗减量少。因此，相比于比较例1，实施例1和实施例2中，为了提高强度而添加的Mg在熔液中更不易氧化耗减，促进氧化物的生成或气体吸收的可能性被抑制。其结果，相比于比较例1，实施例1和实施例2更不易受熔融状态的影响，能够稳定地制造强度提高的铸件材料。

在比较例2、实施例3～实施例7、比较例3中，以具有表2的合金组成的各元素且剩余部分为Al的铝合金的方式，利用上述制造方法制造各铸造材料。利用相同模具的重力模具铸造，将各铸件材料铸造成船形。另外，各铸件材料在水冷后按照在保持温度535℃保持4小时的固溶处理、淬火处理、在保持温度150℃保持6小时的时效处理的顺序，进行T6热处理。

接着，依据JIS Z8722，使用色彩色差仪(KONICA MINOLTA JAPAN,INC.制造的CR－400)，对于各铸件材料的表面获得物体色。对所得到的物体色，依据JIS Z8730，以Be少于0.0001质量％的比较例2的物体色为基准，计算色差ΔE。

[表2]

(表2)

在表2中示出实施例3～实施例7和比较例3相对于比较例2的色差ΔE的结果。图1是说明铸件用Al－Si－Mg系铝合金的相对于Be含量的色差和Mg耗减量的关系的说明图。图2是表示热处理后的铸件外观的侧面的例子的图。

如图1所示可知，铸件用Al－Si－Mg系铝合金和Al－Si－Mg系铝合金铸件材料通过将Be含量设为0.0004质量％以上0.0026质量％以下，抑制熔液中的Mg耗减量，并且抑制实施JIS H0001所规定的调质记号为T6的调质后的铸件表面的黑色化。

如图2所示，比较例2和实施例6辨识为银白色，比较例3辨识为黑色。可知比较例3的Be含量多于0.0026质量％，如图2所示，发生了黑色化。如图2所示，与比较例2的色差ΔE越大，越发生黑色化。根据图2和表2可知，与比较例2的色差ΔE达到19以上时，铸件表面的黑色容易识别。

以上，示出了本实施方式的各种有用的实施例，并且予以说明。本实施方式不限定于上述的各种实施例或变形例，毋庸置疑，在不脱离该实施方式的宗旨或所附请求保护的范围所记载的内容的范围内，能够进行各种变形。

Claims (2)

1.一种Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法，其特征在于：

对具有下述合金组成的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料实施依次实施固溶处理、接着进行淬火、之后实施时效处理的热处理，所述合金组成中，含有5质量％以上10质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、0.03质量％以上0.5质量％以下的Sb、0.0004质量％以上0.0026质量％以下的Be、0质量％以上且低于0.01质量％的Ca、且剩余部分包括Al和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的Al－Si－Mg系铝合金铸件材料的制造方法，其特征在于：

所述固溶处理中，在2小时以上12小时以下的范围内保持500℃以上550℃以下的温度；所述时效处理中，在2小时以上12小时以下的范围内保持120℃以上180℃以下的温度。

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