JP2004162140A

JP2004162140A - Al-Mg ALLOY FOR DIE CASTING AND METHOD FOR MANUFACTURING DIE-CAST PRODUCT MADE FROM Al-Mg ALLOY

Info

Publication number: JP2004162140A
Application number: JP2002331111A
Authority: JP
Inventors: Yuji Okada; 裕二岡田; Yoshihiro Shimizu; 吉広清水
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an Al-Mg alloy for die casting causing little solidification cracking and giving high quality of conformance, and to provide a method for manufacturing the Al-Mg alloy for providing a die-cast product having little solidification cracking and high quality of conformance. <P>SOLUTION: The Al-Mg alloy comprises 0.3 mass% or less Si, 2 to 5% Mg, 0.3 to 2% Mn and the balance Al with unavoidable impurities, while a content of either element of Zn, Na, Sr or Ca is controlled to respectively less than 1.0%, less than 100 ppm, less than 100 ppm or less than 50 ppm. The method for manufacturing the die-cast product made of the Al-Mg alloy is characterized by controlling of the time in cooling the Al-Mg alloy from 550°C to a predetermined temperature into a predetermined time or shorter. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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アルミニウム合金製ダイカスト製品の製造方法に関し、特に高強度、高靭性のダイカスト製品となるダイカスト用アルミニウム合金及び高強度、高靭性のアルミニウム合金製ダイカスト製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体を構成する材料には高い強度・靭性が求められている。従来、自動車の車体等を構成する材料としては軟鋼板が汎用されていた。近年、車体の軽量化を目的として、車体のアルミニウム合金化が進められている。
【０００３】
高強度、高靭性をもつアルミニウム合金としてはＡＣ７Ａや、ＡＤＣ６のようなＡｌ−Ｍｇ系合金がある。この材料系は熱処理を行わなくても高い強度と靭性とをもつことが知られている。Ａｌ−Ｍｇ系合金の代表的な従来技術について以下に説明する。
【０００４】
従来の成形性に優れたアルミニウム合金とその製造方法として、Ｍｇが５．０〜８．０％、Ｂｅが５〜８０ｐｐｍ、Ｎａが１〜５ｐｐｍ含有するアルミニウム合金、並びに更に、Ｃｕが０．１〜０．５％、Ｍｎが０．０３〜０．２０％、Ｃｒが０．０３〜０．２０％及びＴｉが０．０１〜０．１５％のうち１種以上を含有するアルミニウム合金について、Ｂｅ元素の働きについて開示している（特許文献１）。
【０００５】
そして、従来の超塑性アルミニウム合金の製造方法として、ミッシュメタル、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａから選ばれる１種以上が０．１％〜１％、Ｍｇが４〜１５％含有するアルミニウム合金において鋳造・均質化熱処理後、４００℃以下で、加工度５０％以上の１パス圧延のみの圧延加工を施す方法で、Ｎｉ元素の働きについて開示している（特許文献２）。
【０００６】
また、従来の自動車ボディパネル用アルミニウム合金板及びその製造方法として、Ｍｇが２．０〜８．０％、Ｍｎが０．８０％以下、Ｃｕが０．５０％以下、Ｓｉが１．２％以下、Ｆｅが１．５％以下、Ｔｉが０．２０％以下、Ｚｎが０．５％以下、Ｃｒが０．３５％以下含むアルミニウム合金及び更にＮａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｋ、Ｂｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｅのうちの１種以上が０．００５〜０．３％含むアルミニウム合金での各元素の働きについて開示している（特許文献３）。
【０００７】
更に、従来のＡｌ−Ｍｇ系合金厚板の製造法として、Ｍｇを２〜６％含有するＡｌ合金を厚さ６〜４０ｍｍの板材に加工する熱間圧延において最終圧延時の温度を３５０〜４５０℃とし３０秒以内に３５０℃以下の温度に強制冷却する方法が開示されている（特許文献４）。
【０００８】
そして、従来の耐蝕性に優れるアルミニウム合金材の製造方法として、Ｍｇが２％以上、Ｓｉが０．０１％以上のアルミニウム合金を５００℃以上に加熱後、４００〜５００℃における平均冷却速度を８℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却する方法が開示されている（特許文献５）。
【０００９】
また、従来の成形加工後の外観性が優れたアルミニウム合金圧延板の製造方法として、Ｍｇが４〜５％、Ｍｎが０．２〜０．４％、Ｆｅが０．１５〜０．３５％、Ｔｉが０．０１〜０．０５％含むアルミニウム合金において均質化熱処理、熱間圧延及び冷間圧延を行い最終板厚とし、最終冷間圧延の圧延率を８〜２０％とし、その後５００〜５６０℃で１０秒以下加熱した後、１００℃／分以上の冷却速度で１００℃まで冷却する方法が開示されている（特許文献６）
そして、従来の強度かつ耐蝕性に優れる高成形性Ａｌ−Ｍｇ系合金及びその製造方法として、Ｍｇが４〜６％、Ｃｕが０．０４〜０．１０％を含有し、Ｚｒ０．０５〜０．２０％、Ｈｆ０．０５〜０．２０％の少なくとも１種を含み、大きさ２００〜５００ÅのＺｒ域或いはＨｒ系金属間化合物が分散粒子として体積分率で０．５〜２．０％含まれるアルミニウム合金及びそのアルミニウム合金において４００〜５５０℃で均質化熱処理を施し、熱間圧延と冷間圧延を行った後、軟質化焼鈍を施し、次いで３０％以上の冷間圧延を行った後、４５０〜５５０℃で高温短時間の焼鈍を施し、その後８０〜１０００℃／分の平均冷却速度で１００℃まで冷却する方法が開示されている（特許文献７）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２４７５７７号公報
【特許文献２】
特開平８−７４０１３号公報
【特許文献３】
特開平１１−６１３１１号公報
【特許文献４】
特開昭６３−８９６４８号公報
【特許文献５】
特開平３−２７７７４９号公報
【特許文献６】
特開平１０−２１９４１２号公報
【特許文献７】
特開平５−７８７７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車車体等にアルミニウム合金を採用するに当たり、大型で薄肉の部材からなる自動車の車体等の製造をダイカストにより、できるだけ一体的に大型のまま製造することが製造コスト低減のために望まれる。従来のＡｌ−Ｍｇ系合金は流動性が低く、かつ凝固収縮が大きいので凝固割れの発生が多く、優れた材料特性を生かしてのダイカストへの適用が困難である。
【００１２】
従来のダイカスト用に適したアルミニウム合金としてはＡｌ−Ｓｉ系合金が主流である。しかしながら、Ａｌ−Ｓｉ系合金はダイカスト用に適しているものの、高強度・高靭性のダイカスト製品を得るにはダイカスト後にＴ６処理等の熱処理を行う必要がある。
【００１３】
本発明者らは、製造コスト削減のために、アルミニウム合金製のダイカスト製品に対して熱処理を省略することを検討した。そのために、熱処理が必須でないＡｌ−Ｍｇ系合金の凝固割れの発生を抑制することで、ダイカスト性の向上を図った。
【００１４】
本発明のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金は、凝固割れの発生が少なく製造品質が高いダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金を提供することを解決すべき課題とする。また、本発明のＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法は、凝固割れの発生が少なく製造品質が高いダイカスト製品が得られるＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法を提供することを解決すべき課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意研究を行った結果、Ａｌ−Ｍｇ系合金において組成の適正化を行うことで凝固割れの発生を抑制できることを見出し、その知見に基づき以下の発明に想到した。
【００１６】
すなわち、質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、Ｚｎが１．０％未満、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であることを特徴とするダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金（請求項１）。
【００１７】
質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、Ｎａが１００ｐｐｍ未満、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であることを特徴とするダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金（請求項２）。
【００１８】
質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、Ｓｒが１００ｐｐｍ未満、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であることを特徴とするダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金（請求項３）。
【００１９】
質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、Ｃａが５０ｐｐｍ未満、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であることを特徴とするダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金（請求項４）。
【００２０】
なお、以上の発明において、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｓｒ及びＣａの各成分は任意成分であり、それぞれ全く含まない場合もある。
【００２１】
そして、質量基準で、０．４％未満のＴｉを含有することが好ましい（請求項５）。この範囲内でチタンを含有することにより、Ａｌの結晶が適正な大きさに微細化し、強度が向上するものと考えられる。
【００２２】
また、質量基準で、Ｆｅの含有量が０．３％以下であること（請求項６）、Ｎｉの含有量が０．３％以下であること（請求項７）が好ましい。ここでＦｅ及びＮｉの含有量を上記範囲とすることで、Ｆｅ又はＮｉを含んだ化合物の晶出を抑制して靭性の低下を抑制できる。
【００２３】
更に、質量基準で、２０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍのＢｅを含有することが好ましい（請求項８）。Ｂｅは、２０ｐｐｍ以上の含有量とすることで溶湯の酸化を防止できると共に、１５０ｐｐｍ以下の含有量で充分な効果が発揮できコストを低減できる。
【００２４】
質量基準で、Ｃｕの含有量が０．２％以下とすることが好ましい（請求項９）。Ｃｕの含有量をＡｌ−Ｍｇ系合金中で上記範囲とすることで、伸びが向上すると共に耐食性の低下を防止できる。
【００２５】
そして、引張り強さが１００ＭＰａ以上で、かつ伸びが１５％以上であることが好ましい（請求項１０）。自動車の車体にアルミニウム合金を適用する場合に、この範囲内の強度及び靭性をもつことで、軟鋼から代替した場合の軽量化の効果が効果的に得られる。
【００２６】
更に上記課題を解決する目的で本発明者らはＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法について検討を行い、溶融したＡｌ−Ｍｇ系合金を冷却する条件を適正化することによりダイカスト製品の凝固割れの発生を抑制できることを見出し以下の発明を行った。
【００２７】
すなわち、本発明のＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法は、Ａｌ−Ｍｇ系合金を溶融状態で鋳型に射出する射出工程と、該鋳型内で、該Ａｌ−Ｍｇ系合金の温度を５５０℃から３００℃にまで３４秒未満で冷却する冷却工程と、を有することを特徴とする（請求項１１）。
【００２８】
そして、前記冷却工程に代えて、前記鋳型内で、前記Ａｌ−Ｍｇ系合金の温度を５５０℃から４００℃にまで１２秒未満で冷却する工程を有するＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法である（請求項１２）。
【００２９】
また、前記冷却工程に代えて、前記鋳型内で、前記Ａｌ−Ｍｇ系合金の温度を５５０℃から４５０℃にまで７秒未満で冷却する工程を有するＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法である（請求項１３）。
【００３０】
Ａｌ−Ｍｇ系合金における凝固割れの発生の一因としては、液相線と固相線との間が広く、なおかつ凝固収縮が大きいためにひけ巣が発生しやすいことが挙げられる。ひけ巣が発生する部位は最終凝固部位であるので、凝固時の残留応力が高く割れが発生しやすい。そこで、ダイカストにおけるＡｌ−Ｍｇ系合金からなる溶湯を冷却してダイカスト製品を得る冷却工程において、Ａｌ−Ｍｇ系合金が凝固収縮を生起する温度を速やかに通過させることにより、凝固収縮の発生部位を分散させることができる。その結果、応力集中による凝固割れの発生が抑制できるものと考えられる。また、速やかにＡｌ−Ｍｇ系合金を凝固させることにより生成する結晶が微細化するために、凝固収縮による応力集中に耐えることができることも凝固収縮の発生が抑制できた一因であると考えられる。
【００３１】
そして、本発明方法において、Ａｌ−Ｍｇ系合金として前述の本発明のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金を用いることにより、凝固割れの発生がより効果的に抑制できる（請求項１４）。
【００３２】
また、本発明方法により製造されたダイカスト製品は、前記冷却工程の後に、熱処理を行わなくても高い強度及び靭性をもつ（請求項１５）。ダイカスト後の熱処理を省略することで、より一層の低コスト化が達成できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について実施形態に基づいて説明を行う。本明細書中において特に限定しない場合には「％」は全体の質量を基準とする。
【００３４】
（ダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金）
本実施形態のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金の基本成分は、質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であるＡｌ−Ｍｇ系合金である。
【００３５】
Ｓｉの含有量を０．３％以下とすることでダイカスト製品中のＳｉ由来の針状晶が減少し、針状晶を球晶等の破壊の起点とならない形態に変化させるための熱処理が不要となる。Ｓｉの含有量は好ましくは０．１％以下である。
【００３６】
Ｍｇの含有量を２％以上、より好ましくは２．５％以上更に好ましくは３．０％以上とすることで充分な強度をダイカスト製品に付与することができる。Ｍｇの含有量を５％以下、より好ましくは４．５％以下更に好ましくは４．０％以下とすることで充分な伸びをダイカスト製品に付与することができる。一般的に、Ｍｇはアルミニウム合金の機械的性質を向上する作用をもつ。上記範囲内で添加することで鋳造性、鍛造性、耐応力腐食割れ性の向上が認められる。
【００３７】
Ｍｎの含有量を０．３％以上、より好ましくは０．５％以上更に好ましくは０．８％以上とする。Ｍｎの含有量を２％以下、より好ましくは１．５％以下更に好ましくは１．３％以下とする。Ｍｎは再結晶化を抑制する作用をもつ。上記範囲内で添加することで、再結晶組織の生成を抑制し、耐応力腐食割れ性、機械的性質を向上すると共に、効果が飽和せず且つ不溶性化合物が生成しないことによる機械的性質が向上する。
【００３８】
そして、本実施形態のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｚｎ、Ｎａ、Ｓｒ又はＣａからなる少なくとも１以上の元素の含有量を所定範囲内に制限することを必須とする。含有量を上述の範囲内に制限する元素の選択は任意の組み合わせが採用できる。ここで、それぞれの元素の含有量は独立して制御できる。含有量を制御して所定範囲内に制限する元素の数が多いほど凝固割れの発生を効果的に抑制できるので好ましい。以下に各元素について好ましい含有量の範囲を具体的に示す。
【００３９】
Ｚｎの含有量は好ましくは１％未満、より好ましくは０．５％以下とする。Ｚｎは一般的にアルミニウム合金の機械的性質を向上する作用をもつ。Ｚｎを上記範囲内に制御することで、凝固収縮が小さくなると共に、鋳造性、鍛造性、耐応力腐食割れ性及び伸びが向上する。
【００４０】
Ｎａの含有量は好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ以下とする。Ｓｒの含有量は好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ以下とする。Ｃａの含有量は好ましくは５０ｐｐｍ未満、より好ましくは２０ｐｐｍ以下とする。
【００４１】
更に、本実施形態のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂｅ又はＣｕからなる１以上の元素の含有量を所定範囲内に制限することが好ましい。含有量を制限する元素の選択は任意の組み合わせが採用できる。ここで、それぞれの元素の含有量は独立して制御できる。なお、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂｅ及びＣｕについても、前述のＺｎ、Ｎａ、Ｓｒ及びＣａの含有量に関わらず、それぞれ独立して含有量を制御することにより、凝固割れの発生を抑制できる場合もある。
【００４２】
Ｔｉ含有量の下限は好ましくは０％超、より好ましくは０．０５％以上とすることで、Ａｌ−Ｍｇ系合金の結晶が微細化でき、凝固割れの発生を抑制できる。そしてＴｉ含有量の上限は好ましくは０．４％未満、より好ましくは０．３％以下とすることで、Ａｌ−Ｍｇ系合金の結晶の大きさを適正化すると共に不溶性化合物の生成を抑制でき、凝固割れの発生を抑制できる。
【００４３】
Ｆｅの含有量は好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．１５％以下とすることで、Ｆｅを含んだ不溶性化合物の生成を抑制でき、靭性の低下を防止できる。Ｎｉの含有量は好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．１５％以下とすることで、Ｎｉを含んだ不溶性化合物の生成を抑制でき、靭性の低下を防止できる。
【００４４】
Ｃｕの含有量は好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１％以下とすることで、伸びを向上できる。
【００４５】
Ｂｅ含有量の下限は好ましくは２０ｐｐｍ以上、より好ましくは５０ｐｐｍ以上とすることで、Ａｌ溶湯中でのＭｇの酸化が防止できる。そしてＢｅ含有量の上限は好ましくは１５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下とすることで、効率的な酸化防止ができ、製造時の無駄が少なくなり、コスト低下を図ることができる。
【００４６】
本ダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金は引張り強さが１００ＭＰａ以上で、かつ伸びが１５％以上であることが好ましい。引っ張り強さは０．２％耐力での値である。
【００４７】
本発明のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金の特定に当たり、元素の含有量の測定はＭｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂｅ、ＣｕについてはＩＣＰ発光分光法（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａ；誘導結合プラズマ）により、Ｎａについては原子吸光分光光度計により行う。
【００４８】
なお、ＫについてもＮａに準じて含有量を規制することが好ましい。ＫはＮａと同族元素であり、Ａｌとは偏晶型の平衡状態図となるため表面、界面に富化し易い。しかも融点はＮａの９７．８℃に対してＫは６３．３℃と更に低い。従って、ＫもＮａと同様に凝固割れを惹起させるおそれがある。
【００４９】
（Ａｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法）
本実施形態のＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法は射出工程と冷却工程とを有する。射出工程はＡｌ−Ｍｇ系合金を溶融状態で鋳型に射出する工程である。冷却工程はその鋳型内で、Ａｌ−Ｍｇ系合金を５５０℃から所定温度にまで至る時間を所定時間に制御する工程である。
【００５０】
本来、溶融したＡｌ−Ｍｇ系合金の凝固が開始する温度である液相線（およそ６４０℃）となってから、所定温度となるまでの温度を所定時間に制御することが好ましいが、測定の容易さ等の観点から５５０℃から所定温度にまで至る時間を所定時間に制御している。鋳型内でＡｌ−Ｍｇ系合金の溶湯は速やかに冷却されるために、正確な温度変化を測定することが困難だからである。測定精度が向上することで、鋳型内での溶湯温度の測定がより精密に行うことができるようになれば、Ａｌ−Ｍｇ系合金の液相線である６４０℃付近を本発明における５５０℃に代えて冷却時間の基準に用いることも可能である。なお、本発明の条件（５５０℃から所定温度にまで冷却される時間を所定時間にする）に従う限り、６４０℃付近から所定温度にまでについても好ましい冷却条件になっているものと推測できる。
【００５１】
射出工程は特に限定されない。一般的なダイカストの方法・装置が採用できる。製造されるダイカスト製品が大きい程、凝固割れが発生し易いので、本発明方法が好ましく適用できる。冷却工程における所定温度としては、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃が採用できる。
【００５２】
所定温度として、３００℃を採用する場合には、所定時間としては３４秒未満、好ましくは３０秒以下、より好ましくは２８秒以下、更に好ましくは２０秒以下とする。所定温度として、３５０℃を採用する場合には、所定時間としては２２秒未満、好ましくは１７秒以下、より好ましくは１２秒以下、更に好ましくは１０秒以下とする。
【００５３】
所定温度として、４００℃を採用する場合には、所定時間としては１２秒未満、好ましくは９秒以下、より好ましくは８秒以下、更に好ましくは６秒以下とする。所定温度として、４５０℃を採用する場合には、所定時間としては７秒未満、好ましくは６秒以下、より好ましくは５秒以下、更に好ましくは４秒以下とする。所定温度として、５００℃を採用する場合には、所定時間としては３秒未満、好ましくは２秒以下、より好ましくは１秒以下とする。
【００５４】
冷却工程における所定時間を制御する方法としては特に限定しない。例えば、鋳型の温度を制御したり、鋳型の熱容量を制御することで行うことができる。鋳型の温度を低くすると冷却速度は大きくなり、所定時間は短くできる。鋳型の熱容量を大きくすると冷却速度は大きくなり、所定時間は短くできる。鋳型の温度はダイカスト製品を鋳型から取り出した後に冷却することや、鋳型に設けられた保温・冷却手段により制御できる。保温・冷却手段としては例えば鋳型内に設けられた流路内に保温・冷却媒体を流すことで行える。熱容量については鋳型を大きくしたり、比熱の大きい材料を鋳型内に設けることで達成できる。
【００５５】
本実施形態の方法に適用されるＡｌ−Ｍｇ系合金は、質量基準で、Ｓｉが０．３質量％以下、Ｍｇが２％以上、５％以下、Ｍｎが０．３％以上、２％以下、並びに残部がＡｌ及び不可避不純物であるＡｌ−Ｍｇ系合金を基本とする。各元素の組成比については前述のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金の欄で説明したとおりなので更なる説明は省略する。更に、本方法におけるＡｌ−Ｍｇ系合金として前述のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金を使用することができる。
【００５６】
また、冷却工程の後に、特に熱処理を行わなくても製造されたダイカスト製品は充分な強度及び靭性をもつ。なお、本明細書における「熱処理」とは、ダイカスト製品に対して合金の固溶面温度以上、固相面温度以下の範囲で溶質元素（Ｍｇ、Ｍｎ等）を固溶化する処理、及び固溶面温度以下で固溶した元素を析出させる処理である。
【００５７】
【実施例】
〔ダイカスト方法及び評価方法〕
本実施例におけるダイカストは鋳型としてのリブ付試験金型を用いて行った。リブ付試験金型は３ドアタイプの１５００ｃｃクラスの乗用車のセンターピラー（２ｍｍ厚、長さ１３００ｍｍ、幅３５０ｍｍ；リブの幅３ｍｍ、リブ長さ５００ｍｍ）を成形する金型である。このリブ付試験金型に対して、型締力が２４５ＭＮ（２５００ｔ級）のダイカスト装置を用いて溶融したＡｌ−Ｍｇ系合金を射出して試験試料を製造した。リブ付試験金型内にＡｌ−Ｍｇ系合金を射出した（射出工程）後に、射出工程前のリブ付試験金型の温度を変化させることで冷却速度を変化させた（冷却工程）。製造されたダイカスト製品の評価はリブに発生したひび割れの長さの総和で判断した。また、冷却工程における型内のＡｌ−Ｍｇ系合金の温度変化挙動を測定するために、リブ付試験金型内に温度センサを設け経時的に温度を測定した。
【００５８】
〔試験１：凝固割れの発生とＭｇ含有量との関係について〕
（試験試料１〜７の作製）
Ｍｇ含有量が１．０％（試験試料１）、１．９％（試験試料２）、２．５％（試験試料３）、３．５％（試験試料４）、４．２％（試験試料５）、４．８％（試験試料６）、５．４％（試験試料７）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｍｇ含有量の制御は、まずＭｇ含有量が１．０％（試験試料１）のＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した後に、Ｍｇを徐々に添加して組成を変化させた。他の元素の組成については、Ｍｎが０．７％、Ｃｕが０．１５％、Ｓｉが０．１５％、Ｆｅが０．１８％、Ｎｉが０．２１％、Ｔｉが０．１３％、Ｂｅが１１０ｐｐｍ、Ｚｎが０．９％、Ｎａが１００ｐｐｍ、Ｓｒが５０ｐｐｍ、Ｃａが５０ｐｐｍであった。評価結果を表１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１より明らかなように、Ｍｇの含有量には上限下限共に適正範囲が存在し、１．９％超、４．８％未満が好ましく、２．５％以上、４．２％以下がより好ましい。
【００６１】
〔試験２：凝固割れの発生とＴｉ含有量との関係について〕
（試験試料８〜１４の作製）
Ｔｉ含有量が０．００％（試験試料８）、０．０５％（試験試料９）、０．１３％（試験試料１０）、０．１８％（試験試料１１）、０．２５％（試験試料１２）、０．３１％（試験試料１３）、０．４０％（試験試料１４）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｔｉ含有量の制御は、まずＴｉ含有量が０．００％（試験試料８）のＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した後に、Ｔｉを徐々に添加して組成を変化させた。他の元素の組成については、Ｍｇが２．５％、Ｍｎが０．７％、Ｃｕが０．１５％、Ｓｉが０．１５％、Ｆｅが０．１８％、Ｎｉが０．２５％、Ｂｅが１２０ｐｐｍ、Ｚｎが０．５％、Ｎａが５０ｐｐｍ、Ｓｒが５０ｐｐｍ、Ｃａが５０ｐｐｍであった。結果を表２に、冷却工程における温度変化を図１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００６２】
【表２】

【００６３】
表２より明らかなように、Ｔｉの含有量には上限下限共に適正範囲が存在し、０％超、０．４０％未満が好ましく、０．０５％以上、０．３１％以下がより好ましく、０．１３％以上、０．２５％以下が更に好ましい。
【００６４】
〔試験３：凝固割れの発生とＺｎ含有量との関係について〕
（試験試料１５〜２３の作製）
Ｚｎ含有量が０．０％（試験試料１５）、０．５％（試験試料１６）、０．９％（試験試料１７）、１．０％（試験試料１８）、１．３％（試験試料１９）、１．４％（試験試料２０）、１．７％（試験試料２１）、１．７％（試験試料２２）、２．１％（試験試料２３）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｚｎ含有量の制御は、まずＺｎ含有量が０．０％（試験試料１５）のＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した後に、Ｚｎを徐々に添加して組成を変化させた。他の元素の組成については、Ｍｇが４．２％、Ｍｎが１．５％、Ｃｕが０．２％、Ｓｉが０．２％、Ｆｅが０．２５％、Ｎｉが０．２１％、Ｔｉが０．１５％、Ｂｅが７０ｐｐｍ、Ｎａが５０ｐｐｍ、Ｓｒが５０ｐｐｍ、Ｃａが５０ｐｐｍであった。結果を表３に、冷却工程における温度変化を図１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００６５】
【表３】

【００６６】
表３より明らかなように、Ｚｎは含有量が少ないほど凝固割れの発生が少なく、０．９％未満が好ましく、０．５％以下がより好ましい。
【００６７】
〔試験４：凝固割れの発生とＮａ含有量との関係について〕
（試験試料２４〜２７の作製）
Ｎａ含有量が１０ｐｐｍ（試験試料２４）、５０ｐｐｍ（試験試料２５）、９５ｐｐｍ（試験試料２６）、１３０ｐｐｍ（試験試料２７）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｎａ含有量の制御は、まずＮａ含有量が１０ｐｐｍ（試験試料２４）のＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した後に、Ｎａを徐々に添加して組成を変化させた。他の元素の組成については、Ｍｇが３．５％、Ｍｎが１．１％、Ｃｕが０．２％、Ｓｉが０．２％、Ｆｅが０．２％、Ｎｉが０．２％、Ｔｉが０．２５％、Ｂｅが５０ｐｐｍ、Ｚｎが０．５％、Ｓｒが５０ｐｐｍ、Ｃａが５０ｐｐｍであった。結果を表４に、冷却工程における温度変化を図１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００６８】
【表４】

【００６９】
表４より明らかなように、Ｎａは含有量が少ないほど凝固割れの発生が少なく、９５ｐｐｍ未満が好ましく、５０ｐｐｍ以下がより好ましい。
【００７０】
〔試験５：凝固割れの発生とＳｒ含有量との関係について〕
（試験試料２８〜３２の作製）
Ｓｒ含有量が１０ｐｐｍ（試験試料２８）、５０ｐｐｍ（試験試料２９）、９０ｐｐｍ（試験試料３０）、１２０ｐｐｍ（試験試料３１）、１５０ｐｐｍ（試験試料３２）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｓｒ含有量の制御は、まずＳｒ含有量が１０ｐｐｍ（試験試料２８）のＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した後に、Ｓｒを徐々に添加して組成を変化させた。他の元素の組成については、Ｍｇが４．８％、Ｍｎが１．２％、Ｃｕが０．２％、Ｓｉが０．２％、Ｆｅが０．２％、Ｎｉが０．２％、Ｔｉが０．１５％、Ｂｅが７０ｐｐｍ、Ｚｎが１．０％、Ｎａが５０ｐｐｍ、Ｃａが５０ｐｐｍであった。結果を表５に、冷却工程における温度変化を図１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００７１】
【表５】

【００７２】
表５より明らかなように、Ｓｒは含有量が少ないほど凝固割れの発生が少なく、９０ｐｐｍ未満が好ましく、５０ｐｐｍ以下がより好ましい。
【００７３】
〔試験６：凝固割れの発生とＣａ含有量との関係について〕
（試験試料３３〜３６の作製）
Ｃａ含有量が１０ｐｐｍ（試験試料３３）、２０ｐｐｍ（試験試料３４）、４５ｐｐｍ（試験試料３５）、５５ｐｐｍ（試験試料３６）に制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。Ｃａ含有量の制御は、まずＣａ含有量がそれぞれの値となるようにＡｌ−Ｍｇ系合金を製造した。各試験試料の組成及び評価の結果を表６に、冷却工程における温度変化を図１に示す。冷却工程における温度変化は後述する試験７における試験試料４２（図６）とほぼ同様であった。
【００７４】
【表６】

【００７５】
表６より明らかなように、Ｃａは含有量が少ないほど凝固割れの発生が少なく、４５ｐｐｍ未満が好ましく、２０ｐｐｍ以下がより好ましい。
【００７６】
〔試験７：凝固割れの発生と冷却工程における温度変化挙動との関係について〕
（試験試料３７〜４４の作製）
Ｍｇが３．５％、Ｍｎが０．８％、Ｃｕが０．２％、Ｓｉが０．２％、Ｆｅが０．２％、Ｎｉが０．２％、Ｔｉが０．２５％、Ｂｅが１１０ｐｐｍ、Ｚｎが０．５％、Ｎａが５０ｐｐｍ、Ｓｒが５０ｐｐｍ、Ｃａが２０ｐｐｍに制御したＡｌ−Ｍｇ系合金を用意し、これらのＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて試験試料を製造した。冷却工程における温度変化挙動を変化させた（試験試料３７〜４４）。
【００７７】
評価結果を表６に、冷却工程において、Ａｌ−Ｍｇ系合金が５５０℃に達してからの経過時間に対する温度変化を図１（試験試料３７）、図２（試験試料３８）、図３（試験試料３９）、図４（試験試料４０）、図５（試験試料４１）、図６（試験試料４２）、図７（試験試料４３）及び図８（試験試料４４）に示す。また、各試験試料３７〜４４について、Ａｌ−Ｍｇ系合金の温度が５５０℃から３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃まで冷却される時間を表７に併せて示す。
【００７８】
【表７】

【００７９】
表７より明らかなように、射出工程後、冷却工程において鋳型内でダイカスト製品の冷却速度を変化させた結果、冷却速度が大きい試験試料は冷却速度が小さい試験試料よりも凝固割れの発生の抑制が確認された。
【００８０】
具体的には、５５０℃から３００℃まで冷却される時間を３４秒未満、好ましくは３０秒以下、より好ましくは２８秒以下、更に好ましくは２０秒以下とすることで凝固割れの発生が抑制できた。そして、５５０℃から３５０℃まで冷却される時間としては２２秒未満、好ましくは１７秒以下、より好ましくは１２秒以下、更に好ましくは１０秒以下であった。
【００８１】
また、５５０℃から４００℃まで冷却される時間としては１２秒未満、好ましくは９秒以下、より好ましくは８秒以下、更に好ましくは６秒以下であった。５５０℃から４５０℃まで冷却される時間としては７秒未満、好ましくは５秒以下であった。５５０℃から５００℃まで冷却される時間としては３秒未満、好ましくは２秒以下であった。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のダイカスト用Ａｌ−Ｍｇ系合金は微量元素の含有量を適正範囲に制御することによって、得られるダイカスト製品の凝固割れの発生が抑制でき、高品質なダイカスト製品を得ることができた。
【００８３】
また、本発明のＡｌ−Ｍｇ系合金製ダイカスト製品の製造方法は、冷却工程におけるＡｌ−Ｍｇ系合金の５５０℃から所定温度に至るまでの時間を所定時間内とすることによって、得られるダイカスト製品の凝固割れの発生が抑制でき、高品質なダイカスト製品を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における試験７の試験試料３７の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図２】実施例における試験７の試験試料３８の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図３】実施例における試験７の試験試料３９の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図４】実施例における試験７の試験試料４０の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図５】実施例における試験７の試験試料４１の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図６】実施例における試験７の試験試料４２の冷却工程における温度変化及び試験１〜６の試験試料の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図７】実施例における試験７の試験試料４３の冷却工程における温度変化を示すグラフである。
【図８】実施例における試験７の試験試料４４の冷却工程における温度変化を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy for die casting and a die casting product made of an aluminum alloy, and particularly to a method for manufacturing an aluminum alloy for die casting to be a high strength, high toughness die casting product and a method for manufacturing a high strength, high toughness aluminum alloy die casting product. .
[0002]
[Prior art]
High strength and toughness are required for the material forming the body of an automobile. Conventionally, a mild steel plate has been widely used as a material for forming a body of an automobile or the like. 2. Description of the Related Art In recent years, aluminum alloying of a vehicle body has been promoted for the purpose of reducing the weight of the vehicle body.
[0003]
Aluminum alloys having high strength and high toughness include Al-Mg alloys such as AC7A and ADC6. It is known that this material system has high strength and toughness without heat treatment. A typical prior art of an Al-Mg based alloy will be described below.
[0004]
Conventional aluminum alloys having excellent formability and a method for producing the same include an aluminum alloy containing 5.0 to 8.0% of Mg, 5 to 80 ppm of Be, and 1 to 5 ppm of Na, and further, 0.1% of Cu. About 0.5%, Mn is 0.03 to 0.20%, Cr is 0.03 to 0.20%, and Ti is 0.01 to 0.15%. The function of the Be element is disclosed (Patent Document 1).
[0005]
As a conventional method for producing a superplastic aluminum alloy, 0.1% to 1% of one or more selected from misch metal, Zr, V, W, Ti, Ni, Nb, Ca, Co, Mo, and Ta; It discloses the function of the Ni element in a method of performing a rolling process of only one-pass rolling at a temperature of 400 ° C. or less and a working ratio of 50% or more after casting and homogenizing heat treatment in an aluminum alloy containing 4 to 15% of Mg. (Patent Document 2).
[0006]
Further, as a conventional aluminum alloy plate for an automobile body panel and a method for manufacturing the same, Mg is 2.0 to 8.0%, Mn is 0.80% or less, Cu is 0.50% or less, and Si is 1.2%. Hereinafter, an aluminum alloy containing 1.5% or less of Fe, 0.20% or less of Ti, 0.5% or less of Zn, and 0.35% or less of Cr, and further, Na, Sr, Sb, Ca, Te, Ba, The function of each element in an aluminum alloy containing 0.005 to 0.3% of one or more of Li, K, Bi, P, As, and Se is disclosed (Patent Document 3).
[0007]
Furthermore, as a conventional method for producing an Al-Mg alloy thick plate, in hot rolling in which an Al alloy containing 2 to 6% of Mg is processed into a plate material having a thickness of 6 to 40 mm, the temperature during final rolling is set to 350 to 450. The method of forcibly cooling to a temperature of 350 ° C. or lower within 30 seconds at a temperature of 30 ° C. is disclosed (Patent Document 4).
[0008]
As a conventional method for producing an aluminum alloy material having excellent corrosion resistance, an aluminum alloy containing 2% or more of Mg and 0.01% or more of Si is heated to 500 ° C. or more, and then the average cooling rate at 400 to 500 ° C. is increased to 8%. A method of cooling to a temperature of 400 ° C. or less at a rate of at least ° C./min is disclosed (Patent Document 5).
[0009]
Further, as a conventional method for producing a rolled aluminum alloy sheet having excellent appearance after forming, Mg is 4 to 5%, Mn is 0.2 to 0.4%, and Fe is 0.15 to 0.35%. , An aluminum alloy containing 0.01 to 0.05% of Ti is subjected to a homogenizing heat treatment, hot rolling and cold rolling to obtain a final sheet thickness, a final cold rolling reduction of 8 to 20%, and then 500 to 500%. A method is disclosed in which heating is performed at 560 ° C. for 10 seconds or less and then cooled to 100 ° C. at a cooling rate of 100 ° C./min or more (Patent Document 6).
As a conventional high-formability Al-Mg-based alloy having excellent strength and corrosion resistance and a method for producing the same, Mg contains 4 to 6%, Cu contains 0.04 to 0.10%, and Zr 0.05 to 0. 0.2%, at least one of Hf 0.05 to 0.20%, and a Zr region or Hr-based intermetallic compound having a size of 200 to 500 ° in a volume fraction of 0.5 to 2.0% as dispersed particles. The aluminum alloy and the aluminum alloy are subjected to a homogenizing heat treatment at 400 to 550 ° C., subjected to hot rolling and cold rolling, subjected to softening annealing, and then subjected to cold rolling of 30% or more. There is disclosed a method in which annealing is performed at 450 to 550 ° C. for a short time at a high temperature and then cooled to 100 ° C. at an average cooling rate of 80 to 1000 ° C./min (Patent Document 7).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-5-247577
[Patent Document 2]
JP-A-8-74013
[Patent Document 3]
JP-A-11-61311
[Patent Document 4]
JP-A-63-89648
[Patent Document 5]
JP-A-3-27749
[Patent Document 6]
JP-A-10-219412
[Patent Document 7]
JP-A-5-78772
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in adopting an aluminum alloy for an automobile body or the like, it is desired to manufacture an automobile body or the like made of a large-sized and thin-walled member as large as possible by die casting in order to reduce the production cost. Conventional Al-Mg based alloys have low fluidity and large solidification shrinkage, so that many solidification cracks occur, and it is difficult to apply them to die casting by taking advantage of excellent material properties.
[0012]
Al-Si alloys are mainly used as conventional aluminum alloys suitable for die casting. However, although an Al-Si alloy is suitable for die casting, it is necessary to perform heat treatment such as T6 treatment after die casting in order to obtain a die-cast product having high strength and high toughness.
[0013]
The present inventors have studied to omit the heat treatment for an aluminum alloy die-cast product in order to reduce the manufacturing cost. For this reason, die-casting properties have been improved by suppressing the occurrence of solidification cracks in Al-Mg-based alloys, for which heat treatment is not essential.
[0014]
The Al-Mg alloy for die casting of the present invention is to solve the problem of providing an Al-Mg alloy for die casting that has low solidification cracking and high production quality. Further, the method for producing an Al-Mg based alloy die-cast product of the present invention solves the problem of providing a method for producing an Al-Mg based alloy die-cast product capable of producing a die cast product with low solidification cracking and high production quality. Tasks to be done.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have conducted intensive studies for the purpose of solving the above problems, and as a result, have found that the occurrence of solidification cracking can be suppressed by optimizing the composition of an Al-Mg-based alloy. I thought.
[0016]
That is, on a mass basis, Si is 0.3% by mass or less, Mg is 2% or more, 5% or less, Mn is 0.3% or more, 2% or less, Zn is less than 1.0%, and the balance is Al and An Al-Mg alloy for die casting, which is an unavoidable impurity (Claim 1).
[0017]
0.3% by mass or less of Si, 2% or more and 5% or less of Mg, Mn of 0.3% or more and 2% or less, Na of less than 100 ppm, and the balance being Al and unavoidable impurities on a mass basis. An Al-Mg alloy for die casting, characterized by the following (claim 2).
[0018]
0.3 mass% or less of Si, 2% or more and 5% or less of Mg, Mn of 0.3% or more and 2% or less, Sr of less than 100 ppm, and the balance being Al and inevitable impurities on a mass basis. An Al-Mg based alloy for die casting, characterized in that:
[0019]
0.3 mass% or less of Si, 2% or more and 5% or less of Mg, Mn of 0.3% or more and 2% or less, Ca is less than 50 ppm, and the balance is Al and inevitable impurities on a mass basis. An Al-Mg based alloy for die casting, characterized by the following (claim 4).
[0020]
In the above invention, the components of Si, Zn, Na, Sr, and Ca are optional components, and may not be contained at all.
[0021]
And it is preferable to contain less than 0.4% of Ti on a mass basis (claim 5). It is considered that by containing titanium within this range, Al crystals are refined to an appropriate size and strength is improved.
[0022]
It is preferable that the content of Fe is 0.3% or less (claim 6) and the content of Ni is 0.3% or less (claim 7) on a mass basis. Here, when the contents of Fe and Ni are in the above ranges, the crystallization of the compound containing Fe or Ni can be suppressed, and the decrease in toughness can be suppressed.
[0023]
Furthermore, it is preferable to contain 20 ppm to 150 ppm Be on a mass basis (claim 8). Be at a content of 20 ppm or more can prevent oxidation of the molten metal, and at a content of 150 ppm or less, a sufficient effect can be exhibited and the cost can be reduced.
[0024]
It is preferable that the content of Cu be 0.2% or less on a mass basis. By setting the content of Cu in the above range in the Al-Mg-based alloy, elongation can be improved and a decrease in corrosion resistance can be prevented.
[0025]
And it is preferable that tensile strength is 100 MPa or more and elongation is 15% or more (claim 10). When an aluminum alloy is applied to the body of an automobile, by having strength and toughness within these ranges, the effect of reducing the weight when replacing mild steel can be obtained effectively.
[0026]
Furthermore, for the purpose of solving the above-mentioned problems, the present inventors studied a method of manufacturing an Al-Mg based alloy die-cast product, and solidified the die-cast product by optimizing the cooling conditions of the molten Al-Mg based alloy. The inventors have found that the occurrence of cracks can be suppressed and have made the following invention.
[0027]
That is, the method for producing a die-cast product made of an Al-Mg-based alloy according to the present invention includes an injection step of injecting the Al-Mg-based alloy into a mold in a molten state, and setting the temperature of the Al-Mg-based alloy to 550 in the mold. A cooling step of cooling from 300C to 300C in less than 34 seconds (Claim 11).
[0028]
Then, in place of the cooling step, a method of manufacturing a die-cast product made of an Al-Mg-based alloy having a step of cooling the temperature of the Al-Mg-based alloy from 550 ° C to 400 ° C in less than 12 seconds in the mold. (Claim 12).
[0029]
In addition, in place of the cooling step, a method for manufacturing a die-cast product made of an Al-Mg-based alloy, comprising a step of cooling the temperature of the Al-Mg-based alloy from 550 ° C to 450 ° C in less than 7 seconds in the mold. (Claim 13).
[0030]
One cause of solidification cracking in the Al-Mg alloy is that a shrinkage cavity is likely to occur due to a wide space between the liquidus line and the solidus line and a large solidification shrinkage. Since the area where the shrinkage cavities occur is the final solidification area, the residual stress at the time of solidification is high and cracks are likely to occur. Therefore, in the cooling step of cooling the molten metal made of the Al-Mg alloy in die casting to obtain a die-cast product, the temperature at which the Al-Mg alloy causes solidification shrinkage is quickly passed to reduce the portion where solidification shrinkage occurs. Can be dispersed. As a result, it is considered that solidification cracking due to stress concentration can be suppressed. In addition, since the crystals generated by rapidly solidifying the Al-Mg-based alloy become finer, the ability to withstand stress concentration due to solidification shrinkage is also considered to be one reason that the occurrence of solidification shrinkage was suppressed. .
[0031]
In the method of the present invention, the use of the above-described Al-Mg alloy for die-casting of the present invention as the Al-Mg alloy allows the occurrence of solidification cracks to be more effectively suppressed (claim 14).
[0032]
Further, the die-cast product manufactured by the method of the present invention has high strength and toughness without heat treatment after the cooling step (claim 15). By omitting the heat treatment after die casting, further cost reduction can be achieved.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In this specification, unless particularly limited, “%” is based on the entire mass.
[0034]
(Al-Mg based alloy for die casting)
The basic components of the Al-Mg-based alloy for die casting of the present embodiment are as follows: Si is 0.3% by mass or less, Mg is 2% or more, 5% or less, Mn is 0.3% or more and 2% or less on a mass basis. And the remainder is Al and an Al-Mg-based alloy that is an unavoidable impurity.
[0035]
By setting the Si content to 0.3% or less, needle-like crystals derived from Si in the die-cast product are reduced, and heat treatment for changing the needle-like crystals to a form that does not become a starting point of destruction such as spherulites is unnecessary. It becomes. The content of Si is preferably 0.1% or less.
[0036]
By setting the Mg content to 2% or more, more preferably 2.5% or more, and still more preferably 3.0% or more, sufficient strength can be imparted to the die-cast product. By setting the content of Mg to 5% or less, more preferably 4.5% or less, and still more preferably 4.0% or less, a sufficient elongation can be imparted to the die-cast product. Generally, Mg has an effect of improving the mechanical properties of an aluminum alloy. Addition within the above range improves castability, forgeability, and stress corrosion cracking resistance.
[0037]
The content of Mn is set to 0.3% or more, more preferably 0.5% or more, and still more preferably 0.8% or more. The content of Mn is set to 2% or less, more preferably 1.5% or less, and still more preferably 1.3% or less. Mn has an action of suppressing recrystallization. By being added within the above range, the formation of a recrystallized structure is suppressed, and the stress corrosion cracking resistance and mechanical properties are improved, and the mechanical properties are improved because the effect is not saturated and no insoluble compound is generated. I do.
[0038]
The Al-Mg alloy for die-casting of the present embodiment essentially requires that the content of at least one element consisting of Zn, Na, Sr or Ca be limited to a predetermined range. Any combination of elements for limiting the content within the above range can be adopted. Here, the content of each element can be controlled independently. It is preferable that the number of elements whose content is controlled to be restricted within a predetermined range is large, because the generation of solidification cracks can be effectively suppressed. The preferred range of the content of each element is specifically shown below.
[0039]
The content of Zn is preferably less than 1%, more preferably 0.5% or less. Zn generally has the effect of improving the mechanical properties of aluminum alloys. By controlling Zn within the above range, solidification shrinkage is reduced, and castability, forgeability, stress corrosion cracking resistance, and elongation are improved.
[0040]
The content of Na is preferably less than 100 ppm, more preferably 50 ppm or less. The content of Sr is preferably less than 100 ppm, more preferably 50 ppm or less. The Ca content is preferably less than 50 ppm, more preferably 20 ppm or less.
[0041]
Further, in the Al-Mg alloy for die-casting of the present embodiment, it is preferable that the content of one or more elements made of Ti, Fe, Ni, Be or Cu is limited to a predetermined range. Arbitrary combinations can be adopted for the selection of the element for limiting the content. Here, the content of each element can be controlled independently. In the case where Ti, Fe, Ni, Be and Cu can be controlled independently of the contents of Zn, Na, Sr and Ca, independently of the contents of the above-mentioned Zn, Na, Sr and Ca, thereby suppressing the occurrence of solidification cracking. There is also.
[0042]
By setting the lower limit of the Ti content to preferably more than 0%, more preferably 0.05% or more, the crystal of the Al-Mg-based alloy can be refined and the occurrence of solidification cracking can be suppressed. By setting the upper limit of the Ti content to preferably less than 0.4%, more preferably 0.3% or less, the crystal size of the Al-Mg-based alloy can be optimized and the generation of insoluble compounds can be suppressed. And the occurrence of solidification cracks can be suppressed.
[0043]
By setting the content of Fe to preferably 0.3% or less, more preferably 0.15% or less, generation of an insoluble compound containing Fe can be suppressed, and a decrease in toughness can be prevented. By setting the content of Ni to preferably 0.3% or less, more preferably 0.15% or less, generation of an insoluble compound containing Ni can be suppressed, and a decrease in toughness can be prevented.
[0044]
The elongation can be improved by setting the content of Cu to preferably 0.2% or less, more preferably 0.1% or less.
[0045]
By setting the lower limit of the Be content to preferably 20 ppm or more, more preferably 50 ppm or more, the oxidation of Mg in the molten Al can be prevented. By setting the upper limit of the Be content to preferably 150 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, efficient oxidation can be prevented, waste during production can be reduced, and cost can be reduced.
[0046]
The die-cast Al-Mg alloy preferably has a tensile strength of 100 MPa or more and an elongation of 15% or more. The tensile strength is a value at 0.2% proof stress.
[0047]
In specifying the Al-Mg alloy for die casting of the present invention, the content of elements was measured by Mg, Mn, Si, Zn, Sr, Ca, Ti, Fe, Ni, Be, and Cu by ICP emission spectroscopy (Inductively). (coupled plasma; inductively coupled plasma), and for Na with an atomic absorption spectrophotometer.
[0048]
It is preferable that the content of K is regulated according to Na. K is a homologous element to Na, and tends to be enriched at the surface and interface because Al forms a monotectic equilibrium diagram with Al. In addition, the melting point is even lower at 93.3 ° C for Na and 63.3 ° C for K. Therefore, K may cause solidification cracking similarly to Na.
[0049]
(Method of manufacturing die-cast product made of Al-Mg alloy)
The method for manufacturing a die-cast product made of an Al-Mg alloy according to the present embodiment includes an injection step and a cooling step. The injection step is a step of injecting the Al-Mg-based alloy into a mold in a molten state. The cooling step is a step of controlling the time required for the Al-Mg-based alloy to reach a predetermined temperature from 550C in the mold to a predetermined time.
[0050]
Originally, it is preferable to control the temperature from a liquidus line (approximately 640 ° C.), which is a temperature at which solidification of the molten Al—Mg-based alloy starts, to a predetermined temperature for a predetermined time. The time from 550 ° C. to a predetermined temperature is controlled to a predetermined time from the viewpoint of easiness and the like. This is because the molten Al-Mg alloy is rapidly cooled in the mold, so that it is difficult to measure an accurate temperature change. If the measurement accuracy is improved and the temperature of the molten metal in the mold can be measured more precisely, the temperature around 640 ° C., which is the liquidus of the Al—Mg based alloy, is changed to 550 ° C. in the present invention. Alternatively, it can be used as a reference for the cooling time. In addition, as long as the conditions of the present invention (the time for cooling from 550 ° C. to a predetermined temperature is set to a predetermined time) are followed, it can be assumed that the preferable cooling conditions are also from about 640 ° C. to the predetermined temperature.
[0051]
The injection step is not particularly limited. A general die casting method / apparatus can be adopted. The larger the die-cast product to be manufactured, the more likely it is for solidification cracking to occur, so that the method of the present invention can be preferably applied. As the predetermined temperature in the cooling step, 300 ° C, 350 ° C, 400 ° C, 450 ° C, and 500 ° C can be adopted.
[0052]
When 300 ° C. is employed as the predetermined temperature, the predetermined time is less than 34 seconds, preferably 30 seconds or less, more preferably 28 seconds or less, and further preferably 20 seconds or less. When 350 ° C. is adopted as the predetermined temperature, the predetermined time is less than 22 seconds, preferably 17 seconds or less, more preferably 12 seconds or less, and still more preferably 10 seconds or less.
[0053]
When 400 ° C. is adopted as the predetermined temperature, the predetermined time is less than 12 seconds, preferably 9 seconds or less, more preferably 8 seconds or less, and still more preferably 6 seconds or less. When 450 ° C. is adopted as the predetermined temperature, the predetermined time is less than 7 seconds, preferably 6 seconds or less, more preferably 5 seconds or less, and further preferably 4 seconds or less. When 500 ° C. is adopted as the predetermined temperature, the predetermined time is less than 3 seconds, preferably 2 seconds or less, more preferably 1 second or less.
[0054]
The method for controlling the predetermined time in the cooling step is not particularly limited. For example, it can be performed by controlling the temperature of the mold or controlling the heat capacity of the mold. When the temperature of the mold is lowered, the cooling rate increases, and the predetermined time can be shortened. When the heat capacity of the mold is increased, the cooling rate increases, and the predetermined time can be shortened. The temperature of the mold can be controlled by cooling after removing the die-cast product from the mold, or by a heat retaining / cooling means provided in the mold. The heat keeping / cooling means can be performed, for example, by flowing a heat keeping / cooling medium into a flow path provided in the mold. The heat capacity can be achieved by enlarging the mold or providing a material having a large specific heat in the mold.
[0055]
In the Al-Mg based alloy applied to the method of the present embodiment, Si is 0.3% by mass or less, Mg is 2% or more and 5% or less, Mn is 0.3% or more and 2% or less on a mass basis. And an Al-Mg alloy whose balance is Al and inevitable impurities. Since the composition ratio of each element is as described in the section on the Al-Mg alloy for die casting, further description is omitted. Furthermore, the above-mentioned Al-Mg alloy for die casting can be used as the Al-Mg alloy in the present method.
[0056]
Further, after the cooling step, the die-cast product manufactured without any heat treatment has sufficient strength and toughness. The term “heat treatment” used herein refers to a treatment for solidifying a solute element (Mg, Mn, etc.) in a range from the solid solution surface temperature of the alloy to the solid phase surface temperature of the die cast product. This is a process of precipitating the solid solution element at a surface temperature or lower.
[0057]
【Example】
[Die casting method and evaluation method]
Die casting in this example was performed using a test mold with ribs as a mold. The test mold with ribs is a mold for molding a center pillar (2 mm thick, 1300 mm in length, 350 mm in width; rib width 3 mm, rib length 500 mm) of a three-door 1500 cc class car. A test sample was manufactured by injecting the molten Al-Mg-based alloy into the test mold with ribs using a die casting apparatus having a mold clamping force of 245 MN (2500 t class). After injecting the Al-Mg alloy into the test mold with ribs (injection step), the cooling rate was changed by changing the temperature of the test mold with ribs before the injection step (cooling step). Evaluation of the manufactured die-cast product was judged by the total length of cracks generated in the rib. Further, in order to measure the temperature change behavior of the Al-Mg alloy in the mold in the cooling step, a temperature sensor was provided in the test mold with ribs, and the temperature was measured over time.
[0058]
[Test 1: Relationship between solidification cracking and Mg content]
(Preparation of test samples 1 to 7)
Mg content is 1.0% (test sample 1), 1.9% (test sample 2), 2.5% (test sample 3), 3.5% (test sample 4), 4.2% (test sample) Sample 5) Al-Mg based alloys controlled at 4.8% (Test sample 6) and 5.4% (Test sample 7) were prepared, and test samples were manufactured using these Al-Mg based alloys. . The Mg content was controlled by first producing an Al-Mg alloy having a Mg content of 1.0% (test sample 1) and then gradually adding Mg to change the composition. Regarding the composition of other elements, Mn is 0.7%, Cu is 0.15%, Si is 0.15%, Fe is 0.18%, Ni is 0.21%, Ti is 0.13%, Be was 110 ppm, Zn was 0.9%, Na was 100 ppm, Sr was 50 ppm, and Ca was 50 ppm. Table 1 shows the evaluation results. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0059]
[Table 1]

[0060]
As is clear from Table 1, the content of Mg has an appropriate range for both upper and lower limits, preferably more than 1.9% and less than 4.8%, more preferably 2.5% or more and 4.2% or less. preferable.
[0061]
[Test 2: Relationship between solidification cracking and Ti content]
(Preparation of test samples 8 to 14)
Ti content 0.00% (test sample 8), 0.05% (test sample 9), 0.13% (test sample 10), 0.18% (test sample 11), 0.25% (test sample) Sample 12), an Al-Mg alloy controlled to 0.31% (test sample 13), and 0.40% (test sample 14) were prepared, and test samples were manufactured using these Al-Mg alloys. . The Ti content was controlled by first producing an Al-Mg alloy having a Ti content of 0.00% (test sample 8), and then gradually adding Ti to change the composition. Regarding the composition of other elements, 2.5% of Mg, 0.7% of Mn, 0.15% of Cu, 0.15% of Si, 0.18% of Fe, 0.25% of Ni, Be was 120 ppm, Zn was 0.5%, Na was 50 ppm, Sr was 50 ppm, and Ca was 50 ppm. The results are shown in Table 2, and the temperature change in the cooling step is shown in FIG. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0062]
[Table 2]

[0063]
As is clear from Table 2, the content of Ti has an appropriate range for both the upper limit and the lower limit, preferably more than 0% and less than 0.40%, more preferably 0.05% or more and 0.31% or less. 0.13% or more and 0.25% or less are more preferable.
[0064]
[Test 3: Relationship between occurrence of solidification cracking and Zn content]
(Preparation of test samples 15 to 23)
Zn content of 0.0% (test sample 15), 0.5% (test sample 16), 0.9% (test sample 17), 1.0% (test sample 18), 1.3% (test sample) Sample 19) Al-Mg based material controlled to 1.4% (Test sample 20), 1.7% (Test sample 21), 1.7% (Test sample 22), 2.1% (Test sample 23) Alloys were prepared, and test samples were manufactured using these Al-Mg based alloys. The Zn content was controlled by first producing an Al-Mg alloy having a Zn content of 0.0% (test sample 15) and then gradually adding Zn to change the composition. Regarding the composition of other elements, Mg is 4.2%, Mn is 1.5%, Cu is 0.2%, Si is 0.2%, Fe is 0.25%, Ni is 0.21%, Ti was 0.15%, Be was 70 ppm, Na was 50 ppm, Sr was 50 ppm, and Ca was 50 ppm. The results are shown in Table 3, and the temperature change in the cooling step is shown in FIG. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0065]
[Table 3]

[0066]
As is clear from Table 3, as the content of Zn is smaller, the occurrence of solidification cracking is reduced, and the content is preferably less than 0.9%, more preferably 0.5% or less.
[0067]
[Test 4: Relationship between solidification cracking and Na content]
(Preparation of test samples 24-27)
Al-Mg based alloys whose Na contents were controlled to 10 ppm (test sample 24), 50 ppm (test sample 25), 95 ppm (test sample 26), and 130 ppm (test sample 27) were prepared. A test sample was manufactured using. The Na content was controlled by first producing an Al-Mg alloy having a Na content of 10 ppm (test sample 24) and then gradually adding Na to change the composition. As for the composition of other elements, 3.5% of Mg, 1.1% of Mn, 0.2% of Cu, 0.2% of Si, 0.2% of Fe, 0.2% of Ni, Ti was 0.25%, Be was 50 ppm, Zn was 0.5%, Sr was 50 ppm, and Ca was 50 ppm. The results are shown in Table 4 and the temperature change in the cooling step is shown in FIG. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0068]
[Table 4]

[0069]
As is evident from Table 4, the lower the content of Na, the less the occurrence of solidification cracks, preferably less than 95 ppm, more preferably 50 ppm or less.
[0070]
[Test 5: Relationship between solidification cracking and Sr content]
(Preparation of test samples 28 to 32)
An Al-Mg based alloy with an Sr content controlled to 10 ppm (test sample 28), 50 ppm (test sample 29), 90 ppm (test sample 30), 120 ppm (test sample 31), and 150 ppm (test sample 32) was prepared. Test samples were manufactured using these Al-Mg based alloys. The Sr content was controlled by first producing an Al-Mg alloy having a Sr content of 10 ppm (test sample 28) and then gradually adding Sr to change the composition. Regarding the composition of other elements, 4.8% of Mg, 1.2% of Mn, 0.2% of Cu, 0.2% of Si, 0.2% of Fe, 0.2% of Ni, Ti was 0.15%, Be was 70 ppm, Zn was 1.0%, Na was 50 ppm, and Ca was 50 ppm. The results are shown in Table 5 and the temperature change in the cooling step is shown in FIG. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0071]
[Table 5]

[0072]
As is clear from Table 5, the smaller the content of Sr, the less the occurrence of solidification cracks. The content of Sr is preferably less than 90 ppm, more preferably 50 ppm or less.
[0073]
[Test 6: Relationship between occurrence of solidification cracking and Ca content]
(Preparation of test samples 33 to 36)
Al-Mg based alloys having Ca contents controlled to 10 ppm (test sample 33), 20 ppm (test sample 34), 45 ppm (test sample 35), and 55 ppm (test sample 36) were prepared. A test sample was manufactured using. To control the Ca content, first, an Al—Mg-based alloy was manufactured such that the Ca content became each value. Table 6 shows the composition of each test sample and the results of the evaluation, and FIG. 1 shows the temperature change in the cooling step. The temperature change in the cooling step was almost the same as the test sample 42 (FIG. 6) in Test 7 described later.
[0074]
[Table 6]

[0075]
As is evident from Table 6, the smaller the content of Ca, the less the occurrence of solidification cracks, preferably less than 45 ppm, more preferably 20 ppm or less.
[0076]
[Test 7: Relationship between solidification cracking and temperature change behavior in cooling process]
(Preparation of test samples 37 to 44)
3.5% Mg, 0.8% Mn, 0.2% Cu, 0.2% Si, 0.2% Fe, 0.2% Ni, 0.25% Ti, Be , 110 ppm of Zn, 0.5% of Zn, 50 ppm of Na, 50 ppm of Sr, and 20 ppm of Ca were prepared, and test samples were produced using these Al-Mg alloys. The temperature change behavior in the cooling step was changed (test samples 37 to 44).
[0077]
Table 6 shows the evaluation results. In the cooling step, the change in temperature with respect to the elapsed time from when the Al-Mg-based alloy reached 550 ° C is shown in FIG. 1 (test sample 37), FIG. 2 (test sample 38), and FIG. Sample 39), FIG. 4 (test sample 40), FIG. 5 (test sample 41), FIG. 6 (test sample 42), FIG. 7 (test sample 43), and FIG. 8 (test sample 44). Table 7 also shows the time for cooling the temperature of the Al-Mg alloy from 550 ° C to 300 ° C, 350 ° C, 400 ° C, 450 ° C, and 500 ° C for each of the test samples 37 to 44.
[0078]
[Table 7]

[0079]
As is clear from Table 7, as a result of changing the cooling rate of the die-cast product in the mold in the cooling step after the injection step, the test sample with a high cooling rate has a lower suppression of solidification cracking than the test sample with a lower cooling rate. Was confirmed.
[0080]
Specifically, by setting the cooling time from 550 ° C. to 300 ° C. in less than 34 seconds, preferably 30 seconds or less, more preferably 28 seconds or less, and still more preferably 20 seconds or less, the occurrence of solidification cracks can be suppressed. Was. The cooling time from 550 ° C. to 350 ° C. was less than 22 seconds, preferably 17 seconds or less, more preferably 12 seconds or less, and further preferably 10 seconds or less.
[0081]
The time for cooling from 550 ° C. to 400 ° C. was less than 12 seconds, preferably 9 seconds or less, more preferably 8 seconds or less, and still more preferably 6 seconds or less. The cooling time from 550 ° C. to 450 ° C. was less than 7 seconds, and preferably 5 seconds or less. The time for cooling from 550 ° C. to 500 ° C. was less than 3 seconds, preferably 2 seconds or less.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, the Al-Mg based alloy for die casting of the present invention can control the occurrence of solidification cracking of the obtained die cast product by controlling the content of trace elements to an appropriate range, and can produce a high quality die cast product. I got it.
[0083]
Further, the method for producing an Al-Mg based alloy die-cast product of the present invention provides a die cast product obtained by setting the time from 550 ° C to a predetermined temperature of the Al-Mg based alloy in a cooling step within a predetermined time. The generation of solidification cracking was suppressed, and a high-quality die-cast product was obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 37 of a test 7 in an example.
FIG. 2 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 38 of a test 7 in an example.
FIG. 3 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 39 of a test 7 in an example.
FIG. 4 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 40 of a test 7 in an example.
FIG. 5 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 41 of a test 7 in an example.
FIG. 6 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 42 of Test 7 and a temperature change in a cooling step of test samples of Tests 1 to 6 in Examples.
FIG. 7 is a graph showing a temperature change in a cooling step of a test sample 43 of Test 7 in Example.
FIG. 8 is a graph showing a temperature change in a cooling process of a test sample 44 of Test 7 in Example.

Claims

On a mass basis,
0.3% by mass or less of Si,
Mg is 2% or more and 5% or less,
Mn is 0.3% or more and 2% or less,
Zn is less than 1.0%,
An Al-Mg alloy for die casting, wherein the balance is Al and unavoidable impurities.

On a mass basis,
0.3% by mass or less of Si,
Mg is 2% or more and 5% or less,
Mn is 0.3% or more and 2% or less,
Na is less than 100 ppm,
An Al-Mg alloy for die casting, wherein the balance is Al and unavoidable impurities.

On a mass basis,
0.3% by mass or less of Si,
Mg is 2% or more and 5% or less,
Mn is 0.3% or more and 2% or less,
Sr is less than 100 ppm,
An Al-Mg alloy for die casting, wherein the balance is Al and unavoidable impurities.

On a mass basis,
0.3% by mass or less of Si,
Mg is 2% or more and 5% or less,
Mn is 0.3% or more and 2% or less,
Ca is less than 50 ppm,
An Al-Mg alloy for die casting, wherein the balance is Al and unavoidable impurities.

The Al-Mg alloy for die casting according to any one of claims 1 to 4, wherein the Al-Mg alloy contains less than 0.4% of Ti on a mass basis.

The Al-Mg alloy for die casting according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of Fe is 0.3% or less on a mass basis.

The Al-Mg based alloy for die casting according to any one of claims 1 to 6, wherein the content of Ni is 0.3% or less on a mass basis.

The Al-Mg-based alloy for die casting according to any one of claims 1 to 7, comprising 20 ppm to 150 ppm of Be on a mass basis.

The Al-Mg based alloy for die casting according to any one of claims 1 to 8, wherein the content of Cu is 0.2% or less on a mass basis.

The Al-Mg alloy for die casting according to any one of claims 1 to 9, wherein the tensile strength is 100 MPa or more and the elongation is 15% or more.

On a mass basis,
0.3% by mass or less of Si,
Mg is 2% or more and 5% or less,
Mn is 0.3% or more and 2% or less,
An injection step of injecting Al and an Al-Mg-based alloy that is inevitable impurities into a mold in a molten state,
A cooling step of cooling the temperature of the Al-Mg-based alloy from 550 ° C to 300 ° C in less than 34 seconds in the mold, a method for producing a die-cast product made of an Al-Mg-based alloy.

Instead of the cooling step,
The method of manufacturing an Al-Mg based alloy die-cast product according to claim 11, further comprising a step of cooling the temperature of the Al-Mg based alloy from 550 ° C to 400 ° C in less than 12 seconds in the mold.

Instead of the cooling step,
The method for producing a die-cast product made of an Al-Mg-based alloy according to claim 11, further comprising a step of cooling the temperature of the Al-Mg-based alloy from 550 ° C to 450 ° C in less than 7 seconds in the mold.

The Al-Mg based alloy die-cast product according to any one of claims 11 to 13, wherein the Al-Mg based alloy is used for the die casting according to any one of claims 1 to 10, instead of the Al-Mg based alloy. Production method.

The method for producing an Al-Mg-based alloy die-cast product according to any one of claims 11 to 14, wherein heat treatment is not performed after the cooling step.