JP2002339030A - ダイカスト用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度および靭性が高く疲労に対する耐久性が
大きいアルミニウム合金を特に再生塊ベースのインゴッ
トにより容易に形成可能とするダイカスト用アルミニウ
ム合金およびそのダイカスト製品を提供する。 【解決手段】 Ｓｉが６．５〜１０ｗｔ％、Ｍｇが０．
２〜０．５ｗｔ％、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎの合計元素が０．
５〜１．２ｗｔ％であって、含有ｗｔ％に基づき算出さ
れるＦｅ／（Ｍｎ＋Ｃｒ）の値が１．３以下となるよう
にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎのうちいずれか１種以上を含み、不
純物が２．０ｗｔ％以下、残部をアルミニウムとしたダ
イカスト用アルミニウム合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダイカスト用アルミ
ニウム合金及びそのダイカスト鋳造方法並びにダイカス
ト製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動二輪車その他の自動車の車体フレー
ムやホイール、あるいは船外機のケーシングやスイベル
ジョイントその他の構造材およびプロペラ等は、強度と
靭性を必要としダイカストによる鋳造部品として製造さ
れる。特に自動二輪車の後輪を支持するリヤフレーム
は、その前端部が車体中央でメインフレームに軸支さ
れ、後端部側が後輪を支持するとともに緩衝器が連結さ
れ、前端部側の軸支点を中心に揺動して後輪の振動を吸
収する。したがって、このような自動二輪車のリヤフレ
ームにおいては走行中に大きな振動荷重が作用し、時に
は衝撃的な荷重となる。このため、特に振動荷重に対す
る強度や剛性および疲労に対する耐久性が必要になる。

【０００３】このような車体フレーム等を構成するダイ
カスト用合金として、従来一般に軽量で且つ強度および
靭性が高いアルミニウム合金が用いられている。このア
ルミニウム合金のインゴットは、新規なアルミニウム金
属を用いて合金を形成する新塊ベースのインゴットの
他、再生アルミニウム合金を用いた再生塊ベースのイン
ゴットが使用可能である。再生塊ベースのアルミニウム
合金を用いれば、資源の節約とともに省エネルギーやこ
れによる環境保全が図られ、且つコストの低減が図られ
る。

【０００４】このようなダイカスト合金が特開平8-4157
5号公報に記載されている。この公報は、Ａｌ−Ｓｉを
ベースとするダイカスト合金であって、９．５〜１１．
５ｗｔ％のＳｉと、０．１〜０．５ｗｔ％のＭｇと、
０．５〜０．８ｗｔ％のＭｎと、最大０．１５ｗｔ％の
Ｆｅと、最大０．０３ｗｔ％のＣｕと、最大０．１０ｗ
ｔ％のＺｎと、最大０．１５ｗｔ％のＴｉとを含み、残
部がＡｌと永続的微粒化用の３０〜３００ｐｐｍのＳｒ
であるアルミニウム合金を開示する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載のダイカスト合金は、合金を構成する個々の元素
についての含有量に着目してそれぞれその重量割合を規
定したものであり、一定の特性に影響する一部の同類元
素全体の含有量や元素間の比率については考慮されてな
く、所望の強度や靭性が得られる合金の組成を特定でき
ない。

【０００６】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、強度および靭性が高く疲労に対する耐久性が大き
いアルミニウム合金を特に再生塊ベースのインゴットに
より容易に形成可能とするダイカスト用アルミニウム合
金およびそのダイカスト鋳造方法並びにダイカスト製品
の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、Ｓｉが６．５〜１０ｗｔ％、Ｍｇが
０．２〜０．５ｗｔ％、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎの合計元素が
０．５〜１．２ｗｔ％であって、含有ｗｔ％に基づき算
出されるＦｅ／（Ｍｎ＋Ｃｒ）の値が１．３以下となる
ようにＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎのうちいずれか１種以上を含
み、不純物が２．０ｗｔ％以下、残部をアルミニウムと
したことを特徴とするダイカスト用アルミニウム合金を
提供する。

【０００８】この構成によれば、Ｓｉ含有量を６．５〜
１０ｗｔ％としたため、鋳造性が向上する。Ｓｉが６．
５ｗｔ％未満では合金の融点が６２０℃以上となって溶
解温度および鋳造温度が高くなり、金型にダメージを与
えるとともに湯流れ性が悪くなる。Ｓｉが１０ｗｔ％を
越えると、Ｍｇ含有量の変化により急激に伸びが低下す
る。特に伸びや耐力および引張り強さに関し、Ｓｉ含有
量が約７％および９％付近で良好な特性が得られること
が実験的に判明している。したがって、この含有量を含
んだ６．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲とすることにより
他の条件と合わせて所望特性のアルミニウム合金が得ら
れる。

【０００９】Ｍｇは引張り強さ及び耐力を向上させるた
めに添加し、０．２ｗｔ％未満では塗装工程での焼付け
硬化やＴ６処理等での機械的性質の向上が期待できな
い。逆に０．５ｗｔ％を越えると伸びが急激に低下す
る。したがって、０．２〜０．５ｗｔ％のＭｇの範囲で
目的とする強度に合わせてＭｇ含有量を調整する。

【００１０】Ｆｅは、ダイカストでは焼付き防止のため
の有効成分として一般には０．５ｗｔ％以上添加されて
いる。しかし、このＦｅは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅの針状の
化合物を生成し、材料の靭性を著しく低下させる。これ
を抑制するためにＭｎやＣｒが添加される。Ｆｅによる
靭性低下を防止するために単純にＦｅ含有量を０．１ｗ
ｔ％まで低下させてダイカスト鋳造を行うと、数ショッ
トでアルミ合金と金型が焼付いて溶着してしまう。本発
明においては、ＣｒからＦｅまでの（Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ）遷移金属元素の総量が０．５ｗｔ％以上含まれてい
ることにより、金型との焼付きはゲートスピード７０ｍ
／ｓにおいても発生しないことが確認された。しかし、
これらの元素の総量が増えれば析出物が増加するため、
伸びが低下する。本発明では、これらの遷移元素総量を
１．２ｗｔ％以下とすることにより伸びを確保してい
る。

【００１１】また、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎの含有ｗｔ％に基
づき算出されるＦｅ／（Ｍｎ＋Ｃｒ）の値は、１．３以
下である。これにより、Ｆｅの針状相の晶出を抑制し、
ダイカスト鋳造品の伸びの低下を抑えることができる。

【００１２】また、不純物の量は、２ｗｔ％以下とす
る。これにより、再生塊のアルミニウム合金を用いた場
合に耐食性を充分に確保できる。不純物としては、Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｓｒ，Ｔｉ等がある。

【００１３】好ましい構成例では、ストロンチウム（Ｓ
ｒ）を０．００５０〜０．０１５０ｗｔ％含むことを特
徴としている。

【００１４】この構成によれば、ストロンチウムの添加
により、共晶Ｓｉが改良され靭性が向上する。

【００１５】さらに好ましい構成例では、前記不純物と
して、ＴｉとＢを含み、このうちＴｉは０．０３〜０．
１５ｗｔ％であることを特徴としている。

【００１６】これにより、鋳造品の割れ防止が図られ
る。

【００１７】本発明においてはさらに、上記アルミニウ
ム合金を用いたダイカスト鋳造方法として、ダイカスト
鋳造後に鋳造物の特性改善用熱処理を施すとともに塗装
工程を有するダイカスト鋳造方法において、前記特性改
善用熱処理は、前記塗装工程における焼付け乾燥工程に
より行うことを特徴とするダイカスト鋳造方法を提供す
る。

【００１８】この構成によれば、焼付け乾燥のための加
熱により、加熱条件を適宜選定して材質硬化等の特性改
善が図られるため、鋳造物の特性改善のためのＴ４〜Ｔ
７等の熱処理を省略でき、プロセスの簡略化およびコス
トの低減が図られる。また、Ｔ４〜Ｔ７の熱処理を行っ
た場合においても、さらに十分良好な熱処理効果が得ら
れる。

【００１９】さらに本発明においては、上記本発明のア
ルミニウム合金を用いたダイカスト製品として、ダイカ
スト鋳造後の塗装工程において、静電塗装による上塗り
後、１３０℃以上１５０℃以下の温度で１０分間以上保
持する焼付け乾燥工程を実施し、その後徐冷あるいは水
冷して形成したことを特徴とするアルミニウム合金から
なるダイカスト製品を提供する。

【００２０】この構成によれば、例えばＴ４〜Ｔ７のい
ずれかの熱処理等により改善されたダイカスト鋳造品の
強度や成形性が、塗装工程での熱処理における過時効等
により損なわれることはなく、充分な強度、靭性および
疲労に対する耐久性を備えたダイカスト製品が得られ
る。なおこの場合、このような温度条件で焼入れ塗装が
可能な塗料を選定する必要がある。

【００２１】

【実施例】本発明の材料実験に用いた合金材料の成分を
以下の表１〜表３に示す。表１はテスト材（イ）〜
（リ）の材種を示す。これらのテスト材においてＳｉ−
Ｍｇの組成を変えて実験しその影響を調査した。この実
験結果に基づいて本発明の材料を開発した（後述の表
２）。テスト材（イ）は７Ｓｉ−０．１５Ｍｇ、テスト
材（ロ）は７Ｓｉ−０．３０Ｍｇ、テスト材（ハ）は７
Ｓｉ−０．４５Ｍｇ、テスト材（ニ）は９Ｓｉ−０．１
５Ｍｇ、テスト材（ホ）は９Ｓｉ−０．３０Ｍｇ、テス
ト材（ヘ）は９Ｓｉ−０．４５Ｍｇ、テスト材（ト）は
１１Ｓｉ−０．１５Ｍｇ、テスト材（チ）は１１Ｓｉ−
０．３０Ｍｇ、テスト材（リ）は１１Ｓｉ−０．４５Ｍ
ｇの材種である。

【００２２】

【表１】

【００２３】表２は本発明の開発材（ヌ）〜（ワ）の材
種の成分を示す。開発材（ヌ）は新塊ベースのインゴッ
トを用いたものであり、開発材（ル）〜（ワ）は再生塊
ベースのインゴットを用いたものである。これらの開発
材は、本発明の特許請求の範囲におけるアルミニウム合
金の基本組成に適合している。

【００２４】

【表２】

【００２５】表３は、比較例として比較材（カ）〜
（ツ）および海外特許材（ネ）の材種の成分を示す。比
較材（カ）はＡＤＣ１２、比較材（ヨ）はＡＤＣ１２、
比較材（タ）はＡＤ４ＣＨ、比較材（レ）は実用合金、
比較材（ソ）は実用合金、比較材（ツ）はＣｒ添加合金
の成分を示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】表４は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金における、
機械的性質に及ぼす合金元素の影響を調査するために多
変量解析を行ったテスト結果を示す。破断伸びには（Ｆ
ｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ）量が最大の要因であった。引張り強さ
および耐力にはＭｇ量が最大の要因であった。すなわ
ち、表に示すように、引張り強さ特性については、Ｍｇ
とＣｕはプラス側に影響し、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ）はマ
イナス側に影響し、このうちＭｇ量が最大要因となる。
耐力特性については、ＭｇおよびＳｉがともにプラス側
に影響し、このうちＭｇが最大要因となる。破断伸び特
性については、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ）およびＳｉがとも
にマイナス側に影響し、このうち（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ）
が最大の要因となっている。

【００２８】

【表４】

【００２９】図１は、ダイカスト用靭性材料の組成域を
示すグラフである。図は、Ｍｎ含有量とＦｅ含有量によ
る針状晶の晶出および溶着性への影響を示す。針状晶の
晶出により材料の靭性は低下する。図中、●はＦｅの針
状晶晶出を示し、●＊は金型焼付け有りを示す。図の溶
着限界ラインより下側では焼付けが起こり、針状晶出ラ
インより下側では伸びが低下する。したがって、これら
のラインより上側の図中○の領域のＦｅ含有量およびＭ
ｎ含有量を選定する必要がある。

【００３０】図２は、破断伸びに及ぼす遷移金属元素含
有量の影響を示すグラフである。図から分かるように、
（Ｆｅ＋Ｍｎ）の含有量が増加すると伸びは低下する。

【００３１】図３は、テスト材を用いたＡｌ−Ｓｉ−Ｍ
ｇ系ダイカスト合金の実体強度を示すグラフである。実
験はＦｅとＭｎの含有量を固定して、０．５ｗｔ％Ｆｅ
−０．５ｗｔ％ＭｎとしたＦ材（熱処理を施さない鋳造
のままの材料）を用いて、破断伸び、耐力および引張り
強さについてＭｇ含有量を変えて行った。伸び特性に関
し、Ｓｉが１０％以上になると特性が低下している。

【００３２】図４は、商用ベースのインゴットを用い
て、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ダイカスト合金の開発材に対す
る実体強度の実験結果のグラフである。実験は、Ｆｅ：
０．１〜０．７ｗｔ％，Ｍｎ：０．３〜０．７ｗｔ％，
Ｍｇ：０．２５〜０．３６ｗｔ％，Ｓｒ：０．００５０
〜０．０１００ｗｔ％のＦ材を用いて、破断伸び、耐力
および引張り強さについてＳｉ含有量を変えて行った。
実験により、Ｓｉ含有量がほぼ６．５％以下およびほぼ
１０％以上になると特性低下の傾向が見られた。

【００３３】図５は、各種材料のＦ材を用いた実体強度
をＦｅ含有量で分類したグラフである。海外特許材
（ネ）は、鋳造温度条件を変えて実験した。０．１Ｆｅ
は新塊ベースのインゴットであり、０．３Ｆｅは再生塊
ベースのインゴットであり、０．５〜０．７Ｆｅはさら
にＦｅを加えたインゴットである。引張強度および耐力
に関して各材種ともほぼ同等の特性を示している。伸び
特性に関し、０．３Ｆｅの再生塊ベースのインゴットは
０．１Ｆｅの新塊ベースのインゴットと同等の特性であ
ったが、それ以上Ｆｅを増やすと特性が低下した。

【００３４】図６および図７はそれぞれ、ダイカスト部
品の破断伸びに対するＦｅ／Ｍｎ比およびＦｅ含有量の
影響を示す図である。実験は、それぞれＳｉ含有量の異
なるＦ材を用いて行った。

【００３５】図８は、塗装焼付けをしたときのベークハ
ードニングの効果を示す図であり、引張り強さと耐力に
ついて材料を変えて実験した。図から分かるように、Ｆ
材ではＭｇの影響はみられないが、塗装焼付けをする
と、０．１５Ｍｇでは耐力のみが向上し、０．３および
０．４５Ｍｇでは強度および耐力ともに向上した。なお
上記実験は、同一金型を用いて、溶湯温度および加圧圧
力について同一の鋳造条件で行い、塗装後の焼付け温度
も同一条件で行った。

【００３６】図９はダイカスト製品の製造出荷の一例を
示すフローチャートである。アルミニウム合金の素材を
鋳造し（ステップＳ１）、バリ取りを行い（ステップＳ
２）、鋳造品の素材を加工部に送り（ステップＳ３）、
加工部において切削加工し（ステップＳ４）、バフ加工
により表面研磨し（ステップＳ５）、塗装を施し（ステ
ップＳ６）、組立て作業を行い（ステップＳ７）、その
後製品として出荷する（ステップＳ８）。

【００３７】アルミニウム合金の素材のダイカスト鋳造
（ステップＳ１）に先立ち、再生塊ベースのインゴット
を溶解したものに、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ母合金を添加溶解す
るようにしてもよい。これによりダイカスト鋳造品を構
成するアルミニウム合金に、不純物としてのＴｉとＢを
含有させ、このうちＴｉは０．０３〜０．１５ｗｔ％と
なるようにすると、ダイカスト鋳造品の機械的性質を向
上することができる。

【００３８】上記ステップＳ１での鋳造品に対し強度や
靭性を高めるためにステップ１において或はその後の塗
装ステップＳ６までの間にＴ４〜Ｔ７の何れかの熱処理
が施される。Ｔ４処理は溶体化処理後常温放置で自然時
効したものである。Ｔ５処理は、溶体化処理は行わずに
鋳造温度から急冷し、機械的性質の改善あるいは寸法の
安定化のために、その後人工時効する処理である。Ｔ６
およびＴ７処理は、溶体化処理後再加熱して人工時効処
理するものである。Ｔ７処理は、Ｔ６処理に比べ過時効
にすることで、寸法安定化あるいは耐応力腐食割れ性を
改善するが、強度はＴ６処理に比べて低くなる。

【００３９】本発明では、このようなＴ４〜Ｔ７の熱処
理による特性改善効果が、塗装ステップＳ６における焼
付け塗装での乾燥加熱により得られるように塗装焼付け
加熱条件を選定する。これにより、Ｔ４〜Ｔ７処理を省
略することができる。あるいは、Ｔ４〜Ｔ７処理を施し
た後さらにこの塗装焼付け処理を施して特性改善効果を
高めることができる。また、熱処理条件を比較的低温度
に選定してＴ４〜Ｔ７処理による特性改善効果が塗装焼
付けによる過時効等によって損なわれないようにするこ
とも可能である。この場合、特性改善効果が得られる温
度条件あるいは過時効防止の温度条件で塗装焼付けがで
きるような塗料を選定する必要がある。

【００４０】図１０は、図９の塗装工程（ステップＳ
６）のフローチャートである。図示したように、素材を
吊り掛けて保持し（ステップＰ１）て前処理を行う。こ
の前処理は、例えば、弱酸洗浄し（ステップＰ２）、酸
洗浄し（ステップＰ３）、水洗し（ステップＰ４）、湯
で洗浄し（ステップＰ５）、アルカリ脱脂して（ステッ
プＰ６）水洗し（ステップＰ７）、化成皮膜処理して
（ステップＰ８）水洗し（ステップＰ９）、水切り乾燥
を行う（ステップＰ１０）ものである。次に、プライマ
ー塗装（ステップＰ１１）により下塗りを行い、その後
吹付け塗装を行う（ステップＰ１２）。この吹付け塗装
は、例えば静電塗装法により全膜厚が約４０μｍとなる
ように上塗りする。このステップＰ１２の静電塗装は以
下のように行われる。

【００４１】コンベヤーに吊られた被塗装物が塗装機の
放電極に近づくと、コンベヤーがアースされているので
被塗装物は対向極となり、放電極の反対の極性が現れ
る。通常放電極が負で被塗装物は正となる。負と正の空
間は静電界を形成し、放電極の電圧を高めると対向極に
向かってコロナ放電をなし、尖った放電極付近の空気は
イオン化する。霧化された塗料の微粒子は、このイオン
の付着により荷電し、反対の極性をもつ被塗装物へと流
れていき付着する。

【００４２】この静電塗装の後、焼付け乾燥処理が行わ
れ（ステップＰ１３）、最後に外観検査が行われる（ス
テップＰ１４）。上記焼付け乾燥処理（ステップＳ１
３）においては、例えば、１７０〜１８０℃の温度で３
０分程度保持し塗料を定着させる。これにより、従来塗
装プロセス前に行われていたＴ５処理を省略することが
できる。また、別の温度条件として、１３０℃以上１５
０℃以下の温度で１０分間以上保持するため、例えば約
１４０℃で２０分間程度保持し、その後徐冷あるいは水
冷してもよい。これにより、塗装プロセス前にＴ４〜Ｔ
７処理を行った場合に、そのＴ４〜Ｔ７処理による特性
改善効果を損なうことなく焼付け処理ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、強度
が高くしかも靭性に優れたダイカスト用アルミニウム合
金が得られる。この場合、Ｓｉ含有量を６．５〜１０ｗ
ｔ％とすることにより、特に鋳造性が向上する。また、
Ｍｇを０．２〜０．５ｗｔ％とすることにより、塗装焼
付けによる硬化作用が十分に得られる。また、Ｆｅ，Ｃ
ｒ，Ｍｎの合計元素が０．５〜１．２ｗｔ％であって、
含有ｗｔ％に基づき算出されるＦｅ／（Ｍｎ＋Ｃｒ）の
値が１．３以下となるようにＦｅ，Ｃｒ，Ｍｎのうちい
ずれか１種以上を含むことにより、Ｆｅの針状晶による
伸びの低下を抑え靭性の高い合金を得ることができる。

【００４４】このような本発明のアルミニウム合金は、
再生塊ベースのインゴットから容易に得られるため、資
源節約およびコストの低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ダイカスト用靭性材料の組成域を示すグラ
フ。

【図２】 破断伸びに及ぼす遷移金属元素含有量の影響
を示すグラフ。

【図３】 テスト材によるAl-Si-Mg系ダイカスト合金の
実体強度を示すグラフ。

【図４】 本発明のAl-Si-Mg系ダイカスト合金の実体強
度を示すグラフ。

【図５】 各種材料の実体強度のグラフ。

【図６】 破断伸びに及ぼすＦｅ／Ｍｎの影響を示すグ
ラフ。

【図７】 破断伸びに及ぼすＦｅおよびＳｉ含有量の影
響を示すグラフ。

【図８】 塗装焼付けをしたときの引張り強さと耐力の
変化を示すグラフ。

【図９】 ダイカスト製品の鋳造出荷のフローチャー
ト。

【図１０】 ダイカスト製品の塗装工程のフローチャー
ト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｂ ６３０Ｇ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉが６．５〜１０ｗｔ％、Ｍｇが０．２
   〜０．５ｗｔ％、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎの合計元素が０．５
   〜１．２ｗｔ％であって、含有ｗｔ％に基づき算出され
   るＦｅ／（Ｍｎ＋Ｃｒ）の値が１．３以下となるように
   Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎのうちいずれか１種以上を含み、不純
   物が２．０ｗｔ％以下、残部をアルミニウムとしたこと
   を特徴とするダイカスト用アルミニウム合金。
2. 【請求項２】ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００５０〜
   ０．０１５０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１に記
   載のダイカスト用アルミニウム合金。
3. 【請求項３】前記不純物として、ＴｉとＢを含み、この
   うちＴｉは０．０３〜０．１５ｗｔ％であることを特徴
   とする請求項１または２に記載のダイカスト用アルミニ
   ウム合金。
4. 【請求項４】ダイカスト鋳造後に鋳造物の特性改善用熱
   処理を施すとともに塗装工程を有するダイカスト鋳造方
   法において、前記特性改善用熱処理は、前記塗装工程に
   おける焼付け乾燥工程により行うことを特徴とする請求
   項１，２または３に記載のアルミニウム合金を用いたダ
   イカスト鋳造方法。
5. 【請求項５】ダイカスト鋳造後の塗装工程において、静
   電塗装による上塗り後、１３０℃以上１５０℃以下の温
   度で１０分間以上保持する焼付け乾燥工程を実施し、そ
   の後徐冷あるいは水冷して形成したことを特徴とする請
   求項１，２または３に記載のアルミニウム合金からなる
   ダイカスト製品。