JP2003183756A - Aluminum alloy for semi-solid molding - Google Patents

Aluminum alloy for semi-solid molding

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JP2003183756A
JP2003183756A JP2001381924A JP2001381924A JP2003183756A JP 2003183756 A JP2003183756 A JP 2003183756A JP 2001381924 A JP2001381924 A JP 2001381924A JP 2001381924 A JP2001381924 A JP 2001381924A JP 2003183756 A JP2003183756 A JP 2003183756A
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aluminum alloy
semi
solid
alloy
temperature
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Japanese (ja)
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Mitsuru Adachi
充 安達
Satoshi Sato
智 佐藤
Nobuhiro Ishizaka
信啓 石坂
Shigeo Hirose
茂雄 広瀬
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Ube Machinery Corp Ltd
SSAluminum Co Ltd
Original Assignee
Ube Machinery Corp Ltd
Showa Light Alloy Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum alloy for semi-solid metal molding which yields a cast product having an excellent strength at elevated temperature and little shrinkage cavity. <P>SOLUTION: The aluminum alloy for semi-solid molding contains 4.0-7.9 mass% Si, 2.0-7.0 mass% Cu, 1.5-3.5 mass% Mg, 0.03-0.30 mass% Ti, if required, 0.001-0.01 mass% B, and/or at least one of 0.2-1.0 mass% Fe, 0.2-1.0 mass% Mn and 0.5-2.5 mass% Ni, and the balance being Al and unavoidable impurities. The aluminum alloy is subjected to metal molding in a solid-liquid state achieved by cooling an alloy having a crystal nucleus at right above or below the melting point. The solid-liquid state having a crystal nucleus is achieved by cooling (at an average cooling rate of 0.01-1°C/s) a liquid-state alloy having a crystal nucleus at a temperature equal to or higher than the liquidus, or a solid-liquid-state alloy having a crystal nucleus at a temperature below liquidus and equal to or higher than the molding temperature, to reach the molding temperature in a retainer. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造性に優れ、耐
熱強度に優れた半凝固成形用のアルミニウム合金に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum alloy for semi-solid forming which is excellent in castability and heat resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】鋳造製品を高品質化する方法の一つとし
て、液体から温度を下げて得られる所定温度の固液共存
状態の金属を成形する半凝固成形法、および、一旦固化
した金属の温度を目標温度まで上げて得られる固液共存
状態の金属を成形する半溶融成形法が注目されている。
とりわけ、鋳物製品のコストが安い半凝固成形法は、液
体から直接温度を低下させて目標温度に到達せしめた球
状結晶を有する半凝固金属を金型内で加圧成形するた
め、今後、用途の多様化が期待される方法である。
2. Description of the Related Art As one of the methods for improving the quality of a cast product, a semi-solid forming method for forming a metal in a solid-liquid coexisting state at a predetermined temperature obtained by lowering a temperature from a liquid, and a method for forming a once solidified metal Attention has been paid to a semi-melt forming method for forming a solid-liquid coexisting metal obtained by raising the temperature to a target temperature.
In particular, the semi-solidification molding method, which has a low cost for casting products, is for pressure-molding a semi-solidified metal having spherical crystals whose temperature is lowered directly from a liquid to reach a target temperature in a mold. This is a method that is expected to diversify.

【0003】この半凝固成形法において耐熱用の鋳物を
製造する場合、通常、JIS鋳物用合金であれば、AC
8A、AC8B、および、AC8C合金が用いられる。
これらの合金は、いずれもSiが8.5%を超え、上限
値が、それぞれ、13.0%、10.5%、および、1
0.0%と高い値を示すものである。
When a heat-resistant casting is produced by this semi-solid forming method, AC is usually used for JIS casting alloys.
8A, AC8B, and AC8C alloys are used.
In all of these alloys, Si exceeds 8.5% and the upper limit values are 13.0%, 10.5%, and 1 respectively.
It shows a high value of 0.0%.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法にはいくつかの課題がある。第1に、耐熱合金の
半凝固金属を保持容器から排出する場合、Siの高い合
金では排出し難いために、連続運転を必要とするレオキ
ャスト法としては採用できない。これは、Siの高い合
金では表皮生成型の凝固をするために、保持容器の壁面
近く、しかも、温度が下がりやすい上部の温度が低下す
ることで、凝固殻が形成されるためである。
However, the above-mentioned method has some problems. First, when the semi-solidified metal of the heat-resistant alloy is discharged from the holding container, it is difficult to discharge it with an alloy having a high Si, and therefore it cannot be adopted as a rheocast method that requires continuous operation. This is because an alloy having a high Si causes skin-forming type solidification, so that the solidified shell is formed near the wall surface of the holding container, and at the same time, the temperature at the upper portion where the temperature tends to decrease decreases.

【0005】第2に、凝固殻の発生を防止するために、
単にSi量を抑えた場合、高温強度が低下し、耐熱合金
としては不適切であり、所要の機械的特性との関係で、
Si量を単に低減することはできない。
Second, in order to prevent the formation of solidified shells,
If the amount of Si is simply suppressed, the high temperature strength will decrease and it will be unsuitable as a heat resistant alloy, and in relation to the required mechanical properties,
The amount of Si cannot be simply reduced.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明においては、第1の発明では、Siの
含有量を低減し、かつ、その低減に合せて、他の元素の
含有量を調整し、結晶核を有する融点直上、直下の合金
を冷却した後、固液共存状態において金型成形を施すア
ルミニウム合金であって、質量比で、Si:4.0〜
7.9%、Cu:2.0〜7.0%、Mg:1.5〜
3.5%、Ti:0.03〜0.30%、残部Alおよ
び不可避不純物よりなることを特徴とする半凝固成形用
アルミニウム合金とした。
In order to solve such a problem, in the present invention, in the first invention, the content of Si is reduced, and in accordance with the reduction, other elements are added. An aluminum alloy, the content of which is adjusted, and the alloy immediately above and below the melting point having crystal nuclei is cooled and then subjected to mold forming in a solid-liquid coexisting state, in a mass ratio of Si: 4.0 to 4.0.
7.9%, Cu: 2.0 to 7.0%, Mg: 1.5 to
The aluminum alloy for semi-solid forming was characterized by 3.5%, Ti: 0.03 to 0.30%, the balance being Al and unavoidable impurities.

【0007】そして、アルミニウム合金の固液共存状態
に関して、第1の発明を主体とする第2の発明では、前
記結晶核を有する融点直上、直下の合金を冷却した後得
られる固液共存状態のアルミニウム合金は、結晶核を有
する液相線温度以上の液体状態のアルミニウム合金、ま
たは、結晶核を有する液相線温度より低く成形温度以上
の固液共存状態のアルミニウム合金を、保持容器内で成
形温度まで冷却して得られることを特徴とした。
Regarding the solid-liquid coexistence state of the aluminum alloy, in the second invention mainly based on the first invention, the solid-liquid coexistence state obtained after cooling the alloy just above and just below the melting point having the crystal nucleus is obtained. Aluminum alloy is a liquid state aluminum alloy having crystal nuclei above the liquidus temperature, or a solid-liquid coexisting aluminum alloy having crystal nuclei below the liquidus temperature above the forming temperature in a holding container. It was characterized by being cooled to a temperature.

【0008】第2の発明を主体とする第3の発明では、
前記成形温度までの冷却を、0.01〜1℃/sの平均
冷却速度で行なうことを特徴とした。
In the third invention, which is mainly based on the second invention,
The cooling to the molding temperature is performed at an average cooling rate of 0.01 to 1 ° C./s.

【0009】第1、2または3の発明を主体とする第4
の発明では、アルミニウム合金の液相線温度に対する過
熱度が50℃未満の溶湯を、治具を使用せず、直接、保
持容器に注湯して、前記結晶核を生成することを特徴と
した。
A fourth aspect of the invention, which is the first, second or third invention
In the invention, the molten alloy having a superheat degree with respect to the liquidus temperature of the aluminum alloy of less than 50 ° C. is directly poured into the holding container without using a jig to generate the crystal nuclei. .

【0010】さらに、アルミニウム合金の成分組成に関
して、第1、2、3または4の発明を主体とする第5の
発明では、B:0.001〜0.01%を含むことを特
徴とした。また、第1、2、3、4または5の発明を主
体とする第5の発明では、Fe:0.2〜1.0%、M
n:0.2〜1.0%、Ni:0.5〜2.5%のうち
1種または2種以上を含むことを特徴とした。
Further, regarding the component composition of the aluminum alloy, the fifth invention mainly consisting of the first, second, third or fourth invention is characterized by containing B: 0.001 to 0.01%. Further, in the fifth invention mainly composed of the first, second, third, fourth or fifth invention, Fe: 0.2 to 1.0%, M
One or more of n: 0.2 to 1.0% and Ni: 0.5 to 2.5% are included.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1に、溶湯から、直接、半凝固
状態のアルミニウム合金を成形するプロセスを示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a process of directly forming a semi-solidified aluminum alloy from a molten metal.

【0012】このプロセスによれば、保持容器2にラド
ル1からアルミニウム合金溶湯3を注湯した後、保持容
器上部、下部を断熱材4で保温しながら、保持容器2の
外周部をエアー5で冷却することで、保持容器内合金の
温度の均一化を図り、さらに、最終的に、保持容器2か
らの該合金の排出を容易にするために、高周波誘導コイ
ル7で、さらに温度の均一化を図った後、半凝固状態の
アルミニウム合金6を保持容器2から、スリーブに排出
し、次いで、成形金型中で成形する。
According to this process, after the molten aluminum alloy 3 is poured into the holding container 2 from the ladle 1, the upper and lower parts of the holding container are kept warm by the heat insulating material 4, while the outer peripheral portion of the holding container 2 is filled with the air 5. By cooling, the temperature of the alloy in the holding container is made uniform, and finally, in order to facilitate discharge of the alloy from the holding container 2, the temperature is further made uniform by the high frequency induction coil 7. After that, the semi-solidified aluminum alloy 6 is discharged from the holding container 2 into a sleeve, and then molded in a molding die.

【0013】この時、アルミニウム合金中のSi含有量
が8.0%以上になると、保持容器2の壁面付近におい
て凝固殻が形成し、その結果、半凝固状態のアルミニウ
ム合金6を保持容器2から排出することが困難となる。
At this time, when the Si content in the aluminum alloy becomes 8.0% or more, a solidified shell is formed in the vicinity of the wall surface of the holding container 2, and as a result, the semi-solidified aluminum alloy 6 is removed from the holding container 2. Difficult to discharge.

【0014】そこで、アルミニウム合金を、結晶核を有
する融点直上、直下の合金を冷却した後、固液共存状態
において金型成形を行なうに際し、成分組成が、質量比
で、Si:4.0〜7.9%、Cu:2.0〜7.0
%、Mg:1.5〜3.5%、Ti:0.03〜0.3
0%、必要に応じて、B:0.001〜0.01%、お
よび/または、Fe:0.2%〜1.0%、Mn:0.
2〜1.0、Ni:0.5〜2.5のうち1種または2
種以上を含み、残部Alおよび不可避不純物よりなるア
ルミニウム合金を用いれば、容器内で保持するアルミニ
ウム合金を液体状態から半凝固状態まで温度低下せしめ
るに当たり、保持容器の壁面付近において凝固殻が形成
し難くなり、その結果、半凝固状態のアルミニウム合金
を保持容器から容易に排出することが可能となる。
Therefore, when the aluminum alloy is cooled immediately above and below the melting point having crystal nuclei and then subjected to die molding in the solid-liquid coexisting state, the composition of components is Si: 4.0 to mass ratio. 7.9%, Cu: 2.0 to 7.0
%, Mg: 1.5 to 3.5%, Ti: 0.03 to 0.3
0%, as required, B: 0.001 to 0.01%, and / or Fe: 0.2% to 1.0%, Mn: 0.
2 to 1.0, Ni: 0.5 to 2.5, one or two
When an aluminum alloy containing at least one kind and containing the balance Al and unavoidable impurities is used, it is difficult for a solidified shell to form near the wall surface of the holding container when the temperature of the aluminum alloy held in the container is lowered from the liquid state to the semi-solidified state. As a result, the semi-solidified aluminum alloy can be easily discharged from the holding container.

【0015】それ故、本発明の半凝固用アルミニウム合
金(本発明アルミ合金)は、鋳造用合金として連続運転
装置に適用でき、しかも、保持容器からの排出後金型内
で加圧成形されて収縮巣がほとんどない、耐熱強度に優
れた鋳物製品に製造される。
Therefore, the aluminum alloy for semi-solidification of the present invention (aluminum alloy of the present invention) can be applied to a continuous operation apparatus as a casting alloy, and after being discharged from the holding container, it is pressure-formed in the mold. Manufactured into cast products with excellent shrinkage resistance and almost no shrinkage cavities.

【0016】球状結晶を有する固液共存状態のアルミニ
ウム合金を得るには、結晶核を有する液相線温度以上の
液体状態のアルミニウム合金、または、結晶核を有する
液相線温度より低く成形温度以上の固液共存状態のアル
ミニウム合金を、保持容器内で成形温度まで冷却する。
この冷却の際、平均冷却速度を0.01〜1℃/sとす
ることが好ましい。
In order to obtain a solid-liquid coexisting aluminum alloy having spherical crystals, an aluminum alloy in the liquid state having a crystal nucleus or higher than the liquidus temperature, or having a crystal nucleus lower than the liquidus temperature and a forming temperature or higher. The aluminum alloy in the solid-liquid coexisting state of is cooled to the forming temperature in the holding container.
At the time of this cooling, it is preferable to set the average cooling rate to 0.01 to 1 ° C./s.

【0017】また、結晶核の生成方法として、Ti単独
添加、または、TiとBの複合添加の場合、合金の液相
線温度に対する過熱度が50℃未満の溶湯を、治具を使
用せずに、直接、保持容器に注湯する。結晶核生成のた
めに、治具を用いずに、直接、保持容器に注ぐ場合の溶
湯の液相線温度に対する過熱度は50℃未満を標準とす
るが、初晶の球状化をより確実なものにするために、過
熱度を30℃未満とすることがより好ましい。
When Ti alone or a combination of Ti and B is added as a method for generating crystal nuclei, a molten metal having a superheat degree of less than 50 ° C. with respect to the liquidus temperature of the alloy is used without using a jig. Then, pour the molten metal directly into the holding container. When pouring directly into a holding vessel without using a jig to generate crystal nuclei, the standard superheat degree to the liquidus temperature of the molten metal is less than 50 ° C., but the spheroidization of the primary crystal is more reliable. In order to achieve this, it is more preferable that the degree of superheat is less than 30 ° C.

【0018】また、結晶核の発生を目的として、保持容
器に注湯する前に冷却板を使用したり、注湯後あるいは
注湯中に、加振棒に溶湯を接触させたりする方法も、本
発明合金に適用することができる。成形は、金型内で行
なうが、成形の方法は、半凝固アルミニウム合金を、一
旦、スリーブに移し、その後、金型内に充填して加圧成
形する方法以外に、型内に、直接、半凝固アルミニウム
合金を載置して、その後加圧成形するプレスあるいは鍛
造する方法や、押し出し成形法にも適用できる。
In order to generate crystal nuclei, a method of using a cooling plate before pouring the molten metal into a holding container, or a method of bringing the molten metal into contact with a vibrating rod after or during pouring is also possible. It can be applied to the alloy of the present invention. Molding is carried out in a mold, but the method of molding is to transfer the semi-solidified aluminum alloy to a sleeve once, and then to fill in the mold and perform pressure molding. It is also applicable to a method of placing a semi-solidified aluminum alloy and then press-molding or forging, or an extrusion molding method.

【0019】ここで、本発明アルミ合金を構成する各種
元素の含有量の限定理由および添加効果について詳述す
る。なお、以下、「%」は質量比を意味する。
Here, the reasons for limiting the contents of various elements constituting the aluminum alloy of the present invention and the effect of addition will be described in detail. In the following, "%" means mass ratio.

【0020】Siは、合金の鋳造性、機械的性質を改善
し、熱膨張係数を低下させるのに重要な成分であるが、
その含有量が4.0%未満では、ピストンに重要な熱膨
張係数が大きい。一方、8%以上では、保持容器の中で
製造された半凝固金属を容器から排出することが困難に
なる。このため、Siの含有量は4.0〜7.9%とし
た。好ましくは、6.0〜7.5%である。
Si is an important component for improving the castability and mechanical properties of the alloy and lowering the coefficient of thermal expansion.
When the content is less than 4.0%, the coefficient of thermal expansion important for the piston is large. On the other hand, if it is 8% or more, it becomes difficult to discharge the semi-solidified metal produced in the holding container from the container. Therefore, the Si content is set to 4.0 to 7.9%. It is preferably 6.0 to 7.5%.

【0021】Cuは、アルミマトリックスへ固溶し、ま
た、Niと共存するときAl3Ni(Cu)2などの微細な
高融点晶出物となり、高温強度を向上させるのに重要な
成分である。また、Cuは、時効処理でAl2Cuとし
て析出して、材料強度を向上させるが、その含有量が
2.0%未満では、十分な上記強度向上効果が得られ
ず、高温強度が不十分である。一方、7.0%を超える
と半凝固成形法においても収縮巣が発生しやすくなり、
また、鋳造時に偏析が多くなるために熱処理しても固溶
できず機械的性質が著しく低下することになる。このた
め、Cuの含有量は2.0〜7.0%とした。好ましく
は、3.0〜6.0%である。
Cu forms a solid solution in the aluminum matrix, and when it coexists with Ni, it becomes a fine refractory crystallized substance such as Al 3 Ni (Cu) 2 and is an important component for improving the high temperature strength. . Further, Cu precipitates as Al 2 Cu in the aging treatment to improve the material strength, but if the content thereof is less than 2.0%, the above strength improving effect cannot be sufficiently obtained and the high temperature strength is insufficient. Is. On the other hand, if it exceeds 7.0%, shrinkage cavities are likely to occur even in the semi-solidification molding method,
In addition, since segregation increases during casting, it cannot form a solid solution even after heat treatment, resulting in a marked decrease in mechanical properties. Therefore, the content of Cu is set to 2.0 to 7.0%. It is preferably 3.0 to 6.0%.

【0022】Mgは、Siと共存すると、時効処理によ
りMg2Siを析出するので、高温強度を向上させるの
に重要な成分であるが、その含有量が1.5%未満で
は、上記強度向上効果が十分に得られず、高温強度が不
十分である。一方、3.5%を超えると、半凝固成形法
においても収縮巣が発生しやすくなり、また、鋳造時に
粗大なMg2Siが晶出し、偏析が多くなるために熱処
理しても固溶できず、機械的性質が著しく低下すること
になる。このため、Mgの含有量は、1.5〜3.5%
とした。好ましくは、1.5〜3.0%である。
Since Mg precipitates Mg 2 Si by aging treatment when coexisting with Si, Mg is an important component for improving the high temperature strength, but if the content thereof is less than 1.5%, the above strength is improved. The effect is not sufficiently obtained and the high temperature strength is insufficient. On the other hand, if it exceeds 3.5%, shrinkage cavities are likely to occur even in the semi-solidification molding method, and coarse Mg 2 Si crystallizes during casting and segregation increases, so a solid solution can be obtained even by heat treatment. However, the mechanical properties will be significantly reduced. Therefore, the content of Mg is 1.5 to 3.5%
And It is preferably 1.5 to 3.0%.

【0023】Tiは、球状結晶を有する半凝固金属を製
造するのに重要な成分であるが、合金の液相線温度に対
する過熱度が30℃未満の溶湯を、治具を使用せずに、
直接、保持容器に注湯する場合、その含有量が0.03
%未満では、微細球状結晶を有する半凝固金属が得られ
ない。一方、0.30%を超えると、粗大なTi化合物
が形成されて機械的性質が著しく低下することになる。
このため、Ti量は0.03〜0.30%とした。好ま
しくは、0.08〜0.20%である。
Ti is an important component for producing a semi-solidified metal having spherical crystals, but a molten metal having a superheat degree of less than 30 ° C. with respect to the liquidus temperature of the alloy is used without using a jig.
When pouring directly into the holding container, the content is 0.03
If it is less than%, a semi-solidified metal having fine spherical crystals cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.30%, a coarse Ti compound is formed and the mechanical properties are remarkably deteriorated.
Therefore, the Ti amount is set to 0.03 to 0.30%. Preferably, it is 0.08 to 0.20%.

【0024】Bは、Tiと相俟ってTi単独よりもさら
に細かい球状結晶を有する半凝固金属を製造するのに重
要な成分であるが、合金の液相線温度に対する過熱度が
50℃未満の溶湯を、治具を使用せずに、直接、保持容
器に注湯する場合、その含有量が0.001%未満で
は、Ti単独の場合よりも微細球状結晶を有する半凝固
金属が得られない。また、その含有量が0.01%を超
えても、微細化効果の向上は期待できない。このため、
Bの含有量は0.001〜0.01%とした。好ましく
は、0.001〜0.005%である。
B is an important component in combination with Ti for producing a semi-solidified metal having finer spherical crystals than Ti alone. However, the superheat degree with respect to the liquidus temperature of the alloy is less than 50 ° C. When pouring the molten metal of No. 3 directly into a holding container without using a jig, if the content is less than 0.001%, a semi-solid metal having fine spherical crystals is obtained as compared with the case of using Ti alone. Absent. Further, even if the content exceeds 0.01%, improvement of the miniaturization effect cannot be expected. For this reason,
The content of B was 0.001 to 0.01%. Preferably, it is 0.001 to 0.005%.

【0025】Feは、半凝固成形品では従来鋳造法のよ
うに板状化合物とならずに塊状化合物となり、機械的性
質を極端に低下させることなく高温強度を向上させる効
果を有する成分であるが、その含有量が0.2%未満で
は、高温強度改善が不十分である。一方、1.0%を超
えると、鋳造時に粗大なFe化合物が形成されて、機械
的性質が著しく低下することになる。このため、Feの
含有量は0.2〜1.0%とした。好ましくは、0.2
〜0.50%である。
Fe is not a plate-like compound in conventional semi-solid moldings but a lump compound instead of a plate-like compound, and is a component having an effect of improving high temperature strength without extremely deteriorating mechanical properties. If the content is less than 0.2%, the improvement in high temperature strength is insufficient. On the other hand, if it exceeds 1.0%, a coarse Fe compound is formed at the time of casting, resulting in a marked decrease in mechanical properties. Therefore, the content of Fe is set to 0.2 to 1.0%. Preferably 0.2
Is 0.50%.

【0026】Mnは、機械的性質を極端に低下させるこ
となく高温強度を向上させる効果を有する成分である
が、その含有量が0.2%未満では、高温強度改善が不
十分である。一方、1.0%を超えると、鋳造時に粗大
なMn化合物が形成され機械的性質が著しく低下するこ
とになる。このため、Mnの含有量は0.2〜1.0%
とした。好ましくは、0.2〜0.50%である。
Mn is a component having the effect of improving the high temperature strength without extremely deteriorating the mechanical properties, but if the content of Mn is less than 0.2%, the improvement of the high temperature strength is insufficient. On the other hand, if it exceeds 1.0%, a coarse Mn compound is formed at the time of casting, resulting in a marked decrease in mechanical properties. Therefore, the Mn content is 0.2 to 1.0%.
And It is preferably 0.2 to 0.50%.

【0027】Niは、アルミマトリックスに固溶し、ま
た、Al3Ni、Al3Ni2、Al3Ni(Cu)2などの
高温で安定な金属間化合物として晶出し、塊状の晶出物
となるため、高温強度を向上させるのに重要な成分であ
るが、その含有量が0.5%未満では、十分な量の晶出
物が得られず、高温強度が不十分である。一方、2.5
%を超えると、半凝固成形法においても収縮巣が発生し
やすくなり、また、鋳造時に、粗大なNi化合物が形成
され機械的性質が著しく低下することになる。このた
め、Niの含有量は0.5〜2.5%とした。好ましく
は、0.8〜2.0%である。
Ni is solid-dissolved in an aluminum matrix and crystallizes as an intermetallic compound stable at high temperature such as Al 3 Ni, Al 3 Ni 2 and Al 3 Ni (Cu) 2 to form a massive crystallized substance. Therefore, it is an important component for improving the high temperature strength, but if the content is less than 0.5%, a sufficient amount of crystallized substances cannot be obtained, and the high temperature strength is insufficient. On the other hand, 2.5
If it exceeds%, shrinkage cavities are likely to occur even in the semi-solidification molding method, and a coarse Ni compound is formed during casting, resulting in a marked decrease in mechanical properties. Therefore, the Ni content is set to 0.5 to 2.5%. It is preferably 0.8 to 2.0%.

【0028】半凝固成形法では凝固時の冷却速度が速い
ために、改良元素の添加は、通常、必要ないが、製品肉
厚が厚い製品においては、共晶Siの微細化を目的とし
て、改良元素Sr、Na、Sbのいずれか1種を添加し
て、伸び値のばらつきの抑制、および、伸び値の向上を
図ることができるので、これら元素を必要に応じて添加
することができる。また、結晶粒の微細化を目的とし
て、Ti、Bを添加すること以外に、Zrを添加するこ
とでもおおむね同様の球状微細化組織を得ることができ
る。
Since the cooling rate during solidification is high in the semi-solidification molding method, addition of an improving element is usually unnecessary, but in the case of a product with a large product thickness, it is improved for the purpose of refining eutectic Si. Since any one of the elements Sr, Na, and Sb can be added to suppress the variation in elongation value and improve the elongation value, these elements can be added as necessary. In addition to the addition of Ti and B for the purpose of refining the crystal grains, Zr can be added to obtain a similar spherical microstructure.

【0029】以下、本発明の実施例について説明する
が、実施例で用いる諸条件は一例であり、本発明アルミ
合金は、これら条件に限定されるものではない。
Examples of the present invention will be described below, but the conditions used in the examples are mere examples, and the aluminum alloy of the present invention is not limited to these conditions.

【0030】(実施例)第1表に示す化学成分の合金を
溶製し、各合金について490℃×6h→60WQ→1
80℃×6hのT6処理を行い、次いで、200℃にて
100hの熱処理を施し、その後、200℃で30分加
熱保持して、引張試験を行った。得られた結果を、第1
表に併せて示す。
(Examples) Alloys having the chemical components shown in Table 1 were melted, and each alloy was 490 ° C. × 6 h → 60 WQ → 1.
A tensile test was performed by performing T6 treatment at 80 ° C. × 6 h, then performing heat treatment at 200 ° C. for 100 h, and then heating and holding at 200 ° C. for 30 minutes. The results obtained are
It is also shown in the table.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】比較合金1および2は、重力鋳造法により
得られたAC8AとAC8Cの合金である。これらの合
金は、150MPa以上の高い高温強度を有している
(表1中「σB」欄参照)。但し、これらの合金は、か
りに、保持容器内で半凝固金属を製造しても、成形に最
も適した液相率が50%付近の状態になると、保持容器
から排出できなくなってしまう(表1中「スラリー排
出」欄参照)。このため、AC8AとAC8Cの合金
は、半凝固成形法には適していない。
Comparative alloys 1 and 2 are AC8A and AC8C alloys obtained by gravity casting. These alloys have high high-temperature strength of 150 MPa or more (see "σB" column in Table 1). However, even if a semi-solid metal is produced in the holding container, these alloys cannot be discharged from the holding container when the liquidus rate most suitable for molding is around 50% (Table 1). (See "Slurry discharge" column). Therefore, the alloy of AC8A and AC8C is not suitable for the semi-solid forming method.

【0033】比較合金3では、Ti量が少ないために球
状組織を完全に示すことが難しく、この結果、成形時に
不均一な組織を示した(表1中「初晶α」欄参照)。
In Comparative Alloy 3, it was difficult to show a spherical structure completely because of a small amount of Ti, and as a result, a non-uniform structure was shown at the time of molding (see "Primary crystal α" column in Table 1).

【0034】比較合金4では、Ti量が多いために粗大
なTi化合物が発生して、強度、伸びが低下した(表1
中「σB」欄と「δ」欄参照)。比較合金5では、Cu
量が少ないために従来の耐熱合金AC8Cよりも低い高
温強度を示す。比較合金6では、Cu量が多いために偏
析が発生しやすく、熱処理しても完全に溶体化処理を行
なうことができず、強度、伸びともに低くなった。
In Comparative Alloy 4, since the amount of Ti was large, a coarse Ti compound was generated, and the strength and elongation were lowered (Table 1
(See columns "σB" and "δ"). In Comparative Alloy 5, Cu
Due to the small amount, it exhibits lower high temperature strength than the conventional heat-resistant alloy AC8C. In Comparative Alloy 6, since the amount of Cu was large, segregation was likely to occur, the solution treatment could not be completely performed even by heat treatment, and both strength and elongation were low.

【0035】比較合金7では、Mg量が少ないために強
度を向上させるCu量を多くしても高い強度が得られな
かった。比較合金8では、Mg量が多すぎるために、従
来の耐熱合金AC8A、AC8Cと同等の高い強度は得
られるが、引け巣が発生しやすかった。
In Comparative Alloy 7, since the amount of Mg was small, even if the amount of Cu for improving the strength was increased, high strength could not be obtained. In Comparative Alloy 8, since the Mg content was too large, high strength equivalent to that of the conventional heat-resistant alloys AC8A and AC8C was obtained, but shrinkage cavities were likely to occur.

【0036】比較合金9では、Si量が少なすぎるため
に、高温強度が低かった。比較合金10では、Si量が
多すぎるために、保持容器から半凝固金属が排出されな
かった。比較合金11では、Fe量が多いために、粗大
なFe化合物が発生し、高温強度、伸びが低下し、ま
た、引け巣が発生した。
In Comparative Alloy 9, the high temperature strength was low because the amount of Si was too small. In Comparative Alloy 10, the semi-solid metal was not discharged from the holding container because the amount of Si was too large. In Comparative Alloy 11, since the Fe content was large, a coarse Fe compound was generated, the high temperature strength and the elongation were lowered, and shrinkage cavities were generated.

【0037】比較合金12では、Mn量が多いために、
粗大なMn化合物が発生し、高温強度、伸びが低下し
た。比較合金13では、Ni量が多いために、粗大な化
合物が発生して、高い強度が得られなかった。比較合金
14では、B量が多いが、B量が0.008%の本発明
例と球状結晶の形態、サイズにおいて差がなかった。
In Comparative Alloy 12, since the Mn content is large,
Coarse Mn compounds were generated, and high temperature strength and elongation were lowered. In Comparative Alloy 13, since a large amount of Ni was generated, a coarse compound was generated and high strength could not be obtained. In Comparative Alloy 14, the amount of B was large, but there was no difference in the morphology and size of the spherical crystals from the inventive example in which the amount of B was 0.008%.

【0038】一方、本発明合金1〜10では、従来のピ
ストン合金よりも低Si合金ではあるが、従来合金より
も多い量のCu、Mgを含み、必要に応じて、所要量の
Ni、Mn、Feを含んでいるので、従来と同等の高温
強度特性を示している。
On the other hand, the alloys 1 to 10 of the present invention are lower Si alloys than the conventional piston alloys, but contain Cu and Mg in a larger amount than the conventional alloys, and if necessary, required amounts of Ni and Mn. , Fe are included, so that high-temperature strength characteristics equivalent to those of conventional ones are exhibited.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のアルミニウム合金を用いれば、容器内で保持す
る金属を液体状態から半凝固状態まで温度を低下するに
当たり、保持容器壁面付近において凝固殻が形成され難
いために、半凝固金属を保持容器から排出することが容
易となる。それ故、本発明のアルミニウム合金は、連続
運転装置に適用でき、しかも、排出後金型内で加圧成形
されて収縮巣のほとんどない、高温強度に優れた鋳物製
品を製造することができる。
As is apparent from the above description,
When the aluminum alloy of the present invention is used to lower the temperature of a metal held in a container from a liquid state to a semi-solidified state, a solidified shell is unlikely to be formed in the vicinity of the wall surface of the holding vessel, so the semi-solidified metal is retained from the holding vessel. It becomes easy to discharge. Therefore, the aluminum alloy of the present invention can be applied to a continuous operation device, and can produce a cast product excellent in high-temperature strength with little shrinkage cavities by being pressure-molded in a mold after being discharged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】アルミニウム合金溶湯から、直接、半凝固金属
を製造するまでのプロセスを示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a process of directly producing a semi-solid metal from a molten aluminum alloy.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ラドル 2…保持容器 3…アルミニウム合金溶湯 4…断熱材 5…エアー 6…半凝固アルミニウム合金 7…高周波誘導コイル 1 ... Ladle 2 ... Holding container 3 ... Aluminum alloy melt 4 ... Insulation 5 ... Air 6 ... Semi-solidified aluminum alloy 7 ... High frequency induction coil

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 智 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産機械株式会社内 (72)発明者 石坂 信啓 千葉県市原市八幡海岸通2 昭和軽合金株 式会社内 (72)発明者 広瀬 茂雄 千葉県市原市八幡海岸通2 昭和軽合金株 式会社内Continued front page    (72) Inventor Satoshi Satoshi             1980 Okiyama, Ogushi, Obu, Yamaguchi Prefecture             Ube Industries Co., Ltd. (72) Inventor Nobuhiro Ishizaka             Showa Light Alloy Co., Ltd. 2 Yawata Kaigan Dori, Ichihara City, Chiba Prefecture             Inside the company (72) Inventor Shigeo Hirose             Showa Light Alloy Co., Ltd. 2 Yawata Kaigan Dori, Ichihara City, Chiba Prefecture             Inside the company

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶核を有する融点直上、直下の合金を
冷却した後、固液共存状態において金型成形を施すアル
ミニウム合金であって、質量比で、Si:4.0〜7.
9%、Cu:2.0〜7.0%、Mg:1.5〜3.5
%、Ti:0.03〜0.30%、残部Alおよび不可
避不純物よりなることを特徴とする半凝固成形用アルミ
ニウム合金。
1. An aluminum alloy which is subjected to mold forming in a solid-liquid coexisting state after cooling an alloy having crystal nuclei just above and just below a melting point and having a mass ratio of Si: 4.0 to 7.
9%, Cu: 2.0 to 7.0%, Mg: 1.5 to 3.5
%, Ti: 0.03 to 0.30%, the balance Al and unavoidable impurities, and an aluminum alloy for semi-solid forming.
【請求項2】 前記結晶核を有する融点直上、直下の合
金を冷却した後得られる固液共存状態のアルミニウム合
金は、結晶核を有する液相線温度以上の液体状態のアル
ミニウム合金、または、結晶核を有する液相線温度より
低く成形温度以上の固液共存状態のアルミニウム合金
を、保持容器内で成形温度まで冷却して得られることを
特徴とする請求項1記載の半凝固成形用アルミニウム合
金。
2. A solid-liquid coexisting aluminum alloy obtained by cooling an alloy immediately above and below the melting point having crystal nuclei is a liquid state aluminum alloy having crystal nuclei at a liquidus temperature or higher, or a crystal. The aluminum alloy for semi-solid forming according to claim 1, which is obtained by cooling an aluminum alloy in a solid-liquid coexisting state having a nucleus lower than the liquidus temperature and not less than the forming temperature to the forming temperature in a holding container. .
【請求項3】 前記成形温度までの冷却を、0.01〜
1℃/sの平均冷却速度で行なうことを特徴とする請求
項2記載の半凝固成形用アルミニウム合金。
3. The cooling to the molding temperature is 0.01 to
The aluminum alloy for semi-solid forming according to claim 2, which is performed at an average cooling rate of 1 ° C / s.
【請求項4】 アルミニウム合金の液相線温度に対する
過熱度が50℃未満の溶湯を、治具を使用せず、直接、
保持容器に注湯して、前記結晶核を生成することを特徴
とする請求項1、2または3記載の半凝固成形用アルミ
ニウム合金。
4. A molten metal having a superheat degree of less than 50 ° C. with respect to a liquidus temperature of an aluminum alloy, directly without using a jig.
The aluminum alloy for semi-solid forming according to claim 1, 2 or 3, wherein the crystal nuclei are generated by pouring the molten metal into a holding container.
【請求項5】 B:0.001〜0.01%を含むこと
を特徴とする請求項1、2、3または4記載の半凝固成
形用アルミニウム合金。
5. The aluminum alloy for semi-solid forming according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein B: 0.001 to 0.01% is contained.
【請求項6】 Fe:0.2〜1.0%、Mn:0.2
〜1.0%、Ni:0.5〜2.5%のうち1種または
2種以上を含むことを特徴とする請求項1、2、3、4
または5記載の半凝固成形用アルミニウム合金。
6. Fe: 0.2 to 1.0%, Mn: 0.2
.About.1.0%, Ni: 0.5 to 2.5%, and one or more of them are contained.
Or the aluminum alloy for semi-solid forming according to 5.
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