JP2004001010A - 高靱性薄肉ダイカスト鋳物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高靱性薄肉ダイカスト鋳物は,最小肉厚t1 が1.2mm≦t1 ≦3mmである板状をなし,且つAl−Mg系合金を用いてダイカスト法により鋳造されたものである。その鋳物は,両面にそれぞれチル層2を有し,また両チル層2の厚さの和が最小肉厚t1 に関して占める割合PをP≧18%に設定されている。Al−Mg系合金は,3.5wt%≦Mg≦4.5wt%,0.8wt%≦Mn≦1.5wt%,Si<0.5wt%,Fe<0.5wt%,0.1wt%≦Tiおよび/またはZr≦0.3wt%ならびに残部Alよりなる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高靱性薄肉ダイカスト鋳物に関する。この種の鋳物は,例えば自動車用車体,シャーシ部品等として用いられる。
【0002】
【従来の技術】
ダイカスト鋳物の高靱性化を図る場合,例えば,優れた靱性を有するAl−Mg系合金を用いる,という手段が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら鋳造材料の選択のみでは,その鋳造材料のもたらす靱性値が限度であって,それを上回る靱性向上効果を得ることはできない。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は,鋳造材料の選択とダイカスト法によるチル化を併用して高靱性化を達成された薄肉ダイカスト鋳物を提供することを目的とする。
【0005】
前記目的を達成するため本発明によれば,最小肉厚t1 が1.2mm≦t1 ≦3mmである板状をなし,且つAl−Mg系合金を用いてダイカスト法により鋳造されたものであり,両面にそれぞれチル層を有すると共に両チル層の厚さt3 ,t4 の和が前記最小肉厚t1 に関して占める割合PをP≧18%に設定され,前記Al−Mg系合金は,3.5wt%≦Mg≦4.5wt%,0.8wt%≦Mn≦1.5wt%,Si<0.5wt%,Fe<0.5wt%,0.1wt%≦Tiおよび/またはZr≦0.3wt%ならびに残部Alよりなる,高靱性薄肉ダイカスト鋳物が提供される。
【0006】
前記のように構成すると,薄肉ダイカスト鋳物が靱性の良好なAl−Mg系合金より構成され,またその断面構造が,比較的粗い金属組織の主体を,比較的厚く,且つ緻密な金属組織を持つ2つのチル層により挟んだサンドイッチ構造となり,しかも両チル層に溶湯中の不純物の多くが取籠められることもあって,前記肉厚t1 を持つ薄肉ダイカスト鋳物の伸びδをδ≧15%に向上させて,その高靱性化を図ることが可能である。ただし,前記割合PがP<18%では伸びδがδ<15%となる。チル層の厚さを増すためには,低温の金型に溶湯を高速充填して,型冷却によりダイカスト鋳物表面の冷却速度を高めることが必要であるが,この手段を薄肉ダイカスト鋳物に適用すると,湯回り不良等の鋳造品質の劣化を招き易い。このような不具合を生じることなく,薄肉ダイカスト鋳物の伸び向上を図るためには,前記割合Pの上限値は60〜70%に設定される。
【0007】
Al−Mg系合金において,各化学成分の添加理由および添加量限定理由等は次の通りである。
【0008】
Mg:Mgはダイカスト鋳物の強度および靱性の向上に寄与する。ただし,Mg<3.5wt%では溶湯の流動性が悪化し,一方,Mg>4.5wt%ではダイカスト鋳物の靱性が低下し,また凝固が遅れた部分にAl−Mg共晶金属間化合物が偏析して鋳造割れを招来する。
【0009】
Mn:この合金は,ダイカスト鋳物の靱性確保のためFe含有量を低く設定しており,また比較的融点が高いため,金型に対して焼付きを生じ易い。Mnは耐焼付き性向上元素として寄与し,大型の薄肉ダイカスト鋳物の高速充填鋳造にとって不可欠の元素である。またMnは強度向上元素でもある。ただし,Mn<0.8wt%では合金の耐焼付き性が低下し,一方,Mn>1.5wt%ではダイカスト鋳物の強度は向上するものの,その靱性が低下し,また溶湯の流動性も悪化する。
【0010】
Si:Siはダイカスト鋳物の強度向上に寄与するが,Si≧0.25wt%ではMg2 Si金属間化合物が増加するためダイカスト鋳物の靱性が低下する。
【0011】
Fe:Feはダイカスト鋳物の強度向上に寄与するが,Fe≧0.5wt%ではFe系晶出物が生成されるためダイカスト鋳物の靱性が低下する。
【0012】
TiおよびZr:前記Tiおよび/またはZrとは,TiおよびZr(即ち,Ti+Zr)ならびにTiまたはZr,つまりTiおよびZrの少なくとも一方を用いることを意味する。TiおよびZrは,ダイカスト鋳物の金属組織を微細化して鋳造割れを防止し,また溶湯の流動性向上に寄与する。ただし,Tiおよび/またはZr<0.1wt%では金属組織の微細化効果が不十分になるため溶湯の流動性が悪化し,一方,Tiおよび/またはZr>0.3wt%ではTi−Al系高温晶出物の現出により溶湯の流動性が悪化する。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1において,薄肉ダイカスト鋳物1は,最小肉厚t1 が1.2mm≦t≦3mm(平均肉厚t2 が1.5mm≦t2 ≦2mm)である板状をなし,且つAl−Mg系合金を用いて鋳造されたものである。薄肉ダイカスト鋳物1は,両面にそれぞれチル層2を有し,両チル層2の厚さt3 ,t4 の和sが最小肉厚t1 に関して占める割合P,つまり,P=(s/t1 )×100(%)をP≧18%に設定されている。また薄肉ダイカスト鋳物1は金型のキャビティ内における溶湯の最大流動距離dがd≧200mmといったように大型である。
【0014】
前記のように構成すると,薄肉ダイカスト鋳物1が靱性の良好なAl−Mg系合金より構成され,またその断面構造が,比較的粗い金属組織の主体3を,比較的厚く,且つ緻密な金属組織を持つ2つのチル層2により挟んだサンドイッチ構造となり,しかも両チル層2に溶湯中の不純物の多くが取籠められることもあって,前記肉厚t1 を持つ薄肉ダイカスト鋳物1の伸びδをδ≧15%に向上させて,その高靱性化を図ることが可能である。
【0015】
Al−Mg系合金としては,3.5wt%≦Mg≦4.5wt%,0.8wt%≦Mn≦1.5wt%,Si<0.5wt%,Fe<0.5wt%,0.1wt%≦Tiおよび/またはZr≦0.3wt%ならびに残部Alよりなるものが用いられる。
【0016】
このAl−Mg系合金は優れた靱性を有する反面,流動性に乏しいため大型の薄肉ダイカスト鋳物1の鋳造には不向きである。そこで,前記Al−Mg系合金を鋳造材料とする,大型の薄肉ダイカスト鋳物1の鋳造に当り,真空ダイカスト法を適用し,また金型およびスリーブの温度を比較的高く設定し,その上,キャビティへの溶湯の充填時間を最適化する,といった手段を採用した。
【0017】
以下,具体例について説明する。
【0018】
Al−Mg系合金の一例として,4wt%Mg,0.9wt%Mn,0.2wt%Si,0.2wt%Fe,0.2wt%Tiおよび残部Alよりなるものを選定した。
【0019】
前記合金組成を有する溶湯を用い,また金型を真空ダイカスト装置に設置して,キャビティ内真空度:6kPa;金型温度:150〜300℃の範囲で変更;セラミック製断熱スリーブ温度:150〜300℃の範囲で変更(ただし,金型温度と同一);注湯温度:720℃;低速射出:0.5m/sec;高速射出を2〜6m/sec(ゲートスピード換算:30〜70m/sec)の範囲で変えてキャビティへの溶湯の充填時間を変更,の条件で鋳造を行い,全体の肉厚が1.5mm(最小肉厚でもある)で,金型のキャビティ内における溶湯の最大流動距離dがd≒600mmである,大型の薄肉ダイカスト鋳物を複数鋳造した。各大型の薄肉ダイカスト鋳物よりテストピースを製作し,それらテストピースについて,両チル層2の厚さt3 ,t4 の和sが肉厚t1 (1.5mm)に関して占める割合Pを求めると共に伸びδを測定した。
【0020】
表1は,各薄肉ダイカスト鋳物1に関する金型温度およびスリーブ温度,溶湯の充填時間,前記両チル層の厚さに関する割合Pおよび伸びδを示す。
【0021】
【表1】
【0022】
表1において,薄肉ダイカスト鋳物の例1,15,19,20は金型に対し焼付きを発生したもので,これらは前記割合Pの算出および伸びδの測定から除外された。
【0023】
図2は,表1に基づいて例2〜14,16,18に関し,前記割合Pと伸びδとの関係をグラフ化したものである。表1および図2から明らかなように,前記割合PをP≧18%に設定すると,伸びδ≧15%を確保して薄肉ダイカスト鋳物の靱性を向上させることができる。
【0024】
図3は,表1に基づいて充填時間と伸びδとの関係を,金型等の温度別にグラフ化したものである。図3より,伸びδ≧15%の薄肉ダイカスト鋳物を得るためには金型等の温度と充填時間とを適切に選定しなければならないことが判る。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば,前記のように構成することによって高靱性化を達成された薄肉ダイカスト鋳物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】薄肉ダイカスト鋳物の要部断面図である。
【図2】両チル層の厚さに関する割合Pと伸びδとの関係を示すグラフである。
【図3】充填時間と伸びδとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1………薄肉ダイカスト鋳物
2………チル層
Claims (1)
- 最小肉厚t1 が1.2mm≦t1 ≦3mmである板状をなし,且つAl−Mg系合金を用いてダイカスト法により鋳造されたものであり,両面にそれぞれチル層(2)を有すると共に両チル層(2)の厚さt3 ,t4 の和が前記最小肉厚t1 に関して占める割合PをP≧18%に設定され,前記Al−Mg系合金は,3.5wt%≦Mg≦4.5wt%,0.8wt%≦Mn≦1.5wt%,Si<0.5wt%,Fe<0.5wt%,0.1wt%≦Tiおよび/またはZr≦0.3wt%ならびに残部Alよりなることを特徴とする高靱性薄肉ダイカスト鋳物。
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