JP2004292885A - 機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳造材 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車用足回り部品用等の高強度、高靭性等が要求される部品への適用が可能な機械的特性に優れた鋳造材の提供を目的とする。
【解決手段】Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が60%以上、Siサイズ3μm以下、Siアスペクト比0.6以上になるように凝固速度を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が60%以上、Siサイズ3μm以下、Siアスペクト比0.6以上になるように凝固速度を制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金を固相と液相とが混在した半溶融状態にしてダイカスト鋳造することにより得られる鋳造材に関する。
特に、自動車の足回りの部品、駆動制御部品等に適用できる高い強度特性のみならず、大きい伸び特性を有する鋳造材に係る。
【0002】
【従来の技術】
自動車のサスペンション用部品、アクチュエーター用部品等に使用される足回り部材や、アンチロックブレーキシステム用部品等に使用されるABSボディ等の駆動制御部材等においては、高強度のみならず、内部品質欠陥が少なく、耐衝撃性、耐繰り返し疲労強度、加工性等が要求される。
そこで、チクソキャスト法あるいは、レオキャスト法と称されているアルミダイカスト鋳造法が提案されている。
【0003】
チクソキャスト法は、ビレットを加熱して固相と液相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法で、レオキャスト法は溶融金属を液相線と固相線の間まで除冷し、液相中に固相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法とされている。
このような半溶融状態のアルミニウム合金を用いた鋳造方法は、従来の高温溶湯を用いた鋳造方法に比較して、低温で鋳込むので、ひけ巣や偏析が少なく、内部品質に優れた鋳造材が得られる。
【0004】
例えば、特開2000−355206号公報には、半溶融金属を用いたダイカスト鋳造法にて自動車用サスペンション部材を製造する例が開示されている。
しかし、金型キャビティ内に半溶融金属を層流充填し、良好な湯流れを確保しただけでは、その後の熱処理によっても充分な機械的特性、特に高い伸び特性が得られずに自動車用足回り部材等への適用が不充分であった。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−355206号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車用足回り部品用等の高強度、高靭性等が要求される部品への適用が可能な機械的特性に優れた鋳造材の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、半溶融金属を金型のキャビティ内に鋳込時及び鋳込んだ後の凝固速度がα相の面積比率及び、共晶部のSi結晶粒子径又は、Si結晶粒子形状に大きな影響を与え、それにより鋳造材の機械的特性が変化することに着目し、本発明に至ったものである。
【0008】
本発明の技術的要旨は、Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が60%以上になるように凝固速度制御しつつ、鋳造して得られた鋳造材である。
ここで、α相面積比率は、鋳造材の要部断面を顕微観察し、共晶部を除いた部分にてα相の面積比率を求めた値をいう。
【0009】
鋳造材の共晶部においては、金属組織中のSi結晶粒子の平均サイズが3μm以下になるように凝固速度を制御するのが良い。
ここで、Si結晶粒子の平均サイズとは、鋳造材の要部断面を金属顕微鏡で観察し、共晶部のSi結晶粒子の長径と短径とを測定した値の平均値をいう。
【0010】
金属組織中のSi結晶粒子の短径/長径の値をアスペクト比とすると、アスペクト比が0.6以上であるのが良い。
【0011】
本発明に用いられるアルミニウム合金としては、Al−Si−Mg系合金であり、Si:6.5〜7.5重量%,Mg:0.20〜0.45重量%のものが良く、Fe:0.55重量%以下、Zn:0.35重量%以下、Cu:0.25重量%以下のものがより好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
Si:6.5〜7.5重量%,Mg:0.20〜0.45重量%,残部が実質的にAlであるAl−Si−Mg系合金の溶湯を除冷し、固相率20〜70%範囲内になるように半溶融金属を調整し、各種冷却条件にてダイカスト鋳造した。
ここで、製品形状としては、略直方体のものと丸棒形状のものを用いて、金型内の冷却水の水量及び金型キャビティ内への層流充填速度を変化させて鋳造した。
この鋳造材を490〜530℃にて溶体化処理し、170〜200℃にて人工時効処理した後に試験片を切り出して機械的特性を測定した。
【0013】
その結果を図1(表1)に示す。
表1において、直方体形状の鋳造材に対しては、JIS−5号試験片を切り出し、丸棒形状の鋳造材に対してはJIS−14号試験片を切り出してJIS Z2241に基づいて測定した。
鋳造材の要部断面を顕微観察測定した際のSi共晶部を共晶部Si要因とし、共晶部を除いた部分でのα相をα相要因とそれぞれ表示した。
【0014】
各要因の測定方法は、共晶部の参考写真を示した図2にて説明すると、Si結晶粒子の短径aと長径bを測定し、aとbとの平均をSiサイズ径とし、a/bの値をSiアスペクト比とした。
Si面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したSi結晶粒子の占有率を示す。
α相部は参考写真図3に示したように、短径Sと長径Lとを測定し、SとLの平均をα相サイズとし、S/Lをα相アスペクト比とした。
α相面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したα相占有率を示す。
【0015】
熱処理条件は、表1に示した上段が溶体化処理するための加熱条件であり、下段が人工時効処理条件である。
【0016】
表1に示した測定結果に基づいて、各要因の重回帰分析を実施した結果、引張強度に対しては図4に示すように、Siアスペクト比が有意と検定され、伸びに対しては、図5に示すようにSiサイズ、Siアスペクト比、α相面積率が高度に有意と検定された。
なお、表1中に示す、破断判定はJIS Z2241に基づいて引張り試験をした際に、A:標点間中心から標点間距離の1/4以内で破断した場合、B:標点間中心から標点間距離の1/4を超え、標点間内で破断した場合、C:標点間外で破断した場合として判定評価した。
【0017】
重回帰分析の結果、自動車の足回り部品用に用いられる部材にアルミニウム合金鋳造材を適用するためには、強度に対しては熱処理条件を調整することで充分に可能であるが、伸びに対しては、α相面積率(比率)60%以上又はSiサイズが3μm以下、又はSiアスペクト比0.6以上でなければ製品に要求される伸び7%以上が確保できないことが明らかになった。
ここで、Siサイズ、Siアスペクト比等の値は、鋳造材の要部断面を顕微鏡観察し、約n=5〜10の平均的な値を意味し、特異的な値が除かれている。
【0018】
図6にSiアスペクト比とSiサイズの関係を示したように、高度に負の相関を示した。
これは、Si結晶粒子が粗大化すると球状から棒状に成長し、変化したためと推定される。
【0019】
実際の製品鋳造においては、製品の形状、大きさ等を考慮し、α相面積率又は/及びSiサイズ又は/及びSiアスペクト比が上記の範囲内に入るように鋳造条件、凝固速度条件が選定されることで条件設定される。
このようにして、本発明により得られた鋳造材を用いて、例えばアクチュエターボディ部材、サスペンションアーム部材を製作し、自動車部品として試作評価した結果、疲労耐久試験等を合格することができた。
【0020】
【発明の効果】
Al−Si−Mg系のアルミニウム合金をを用いて半溶融状態にして、ダイカス鋳造すると、それにより得られる鋳造材は従来、強度的には優れているが、伸びが悪く、自動車の足回り部品等には適用が困難であったのに対して、本発明においては、凝固速度を適切に制御し、α相面積率、Siサイズ、Siアスペクト比を調整することで伸び特性にも優れた鋳造材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(表1)鋳造材の各要因と機械的性質(特性)の測定結果を示す。
【図2】Si共晶部の参考写真を示す。
【図3】α相部の参考写真を示す。
【図4】引張強度に対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図5】伸びに対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図6】Siアスペクト比とSiサイズの相関分析結果を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金を固相と液相とが混在した半溶融状態にしてダイカスト鋳造することにより得られる鋳造材に関する。
特に、自動車の足回りの部品、駆動制御部品等に適用できる高い強度特性のみならず、大きい伸び特性を有する鋳造材に係る。
【0002】
【従来の技術】
自動車のサスペンション用部品、アクチュエーター用部品等に使用される足回り部材や、アンチロックブレーキシステム用部品等に使用されるABSボディ等の駆動制御部材等においては、高強度のみならず、内部品質欠陥が少なく、耐衝撃性、耐繰り返し疲労強度、加工性等が要求される。
そこで、チクソキャスト法あるいは、レオキャスト法と称されているアルミダイカスト鋳造法が提案されている。
【0003】
チクソキャスト法は、ビレットを加熱して固相と液相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法で、レオキャスト法は溶融金属を液相線と固相線の間まで除冷し、液相中に固相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法とされている。
このような半溶融状態のアルミニウム合金を用いた鋳造方法は、従来の高温溶湯を用いた鋳造方法に比較して、低温で鋳込むので、ひけ巣や偏析が少なく、内部品質に優れた鋳造材が得られる。
【0004】
例えば、特開2000−355206号公報には、半溶融金属を用いたダイカスト鋳造法にて自動車用サスペンション部材を製造する例が開示されている。
しかし、金型キャビティ内に半溶融金属を層流充填し、良好な湯流れを確保しただけでは、その後の熱処理によっても充分な機械的特性、特に高い伸び特性が得られずに自動車用足回り部材等への適用が不充分であった。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−355206号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車用足回り部品用等の高強度、高靭性等が要求される部品への適用が可能な機械的特性に優れた鋳造材の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、半溶融金属を金型のキャビティ内に鋳込時及び鋳込んだ後の凝固速度がα相の面積比率及び、共晶部のSi結晶粒子径又は、Si結晶粒子形状に大きな影響を与え、それにより鋳造材の機械的特性が変化することに着目し、本発明に至ったものである。
【0008】
本発明の技術的要旨は、Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が60%以上になるように凝固速度制御しつつ、鋳造して得られた鋳造材である。
ここで、α相面積比率は、鋳造材の要部断面を顕微観察し、共晶部を除いた部分にてα相の面積比率を求めた値をいう。
【0009】
鋳造材の共晶部においては、金属組織中のSi結晶粒子の平均サイズが3μm以下になるように凝固速度を制御するのが良い。
ここで、Si結晶粒子の平均サイズとは、鋳造材の要部断面を金属顕微鏡で観察し、共晶部のSi結晶粒子の長径と短径とを測定した値の平均値をいう。
【0010】
金属組織中のSi結晶粒子の短径/長径の値をアスペクト比とすると、アスペクト比が0.6以上であるのが良い。
【0011】
本発明に用いられるアルミニウム合金としては、Al−Si−Mg系合金であり、Si:6.5〜7.5重量%,Mg:0.20〜0.45重量%のものが良く、Fe:0.55重量%以下、Zn:0.35重量%以下、Cu:0.25重量%以下のものがより好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
Si:6.5〜7.5重量%,Mg:0.20〜0.45重量%,残部が実質的にAlであるAl−Si−Mg系合金の溶湯を除冷し、固相率20〜70%範囲内になるように半溶融金属を調整し、各種冷却条件にてダイカスト鋳造した。
ここで、製品形状としては、略直方体のものと丸棒形状のものを用いて、金型内の冷却水の水量及び金型キャビティ内への層流充填速度を変化させて鋳造した。
この鋳造材を490〜530℃にて溶体化処理し、170〜200℃にて人工時効処理した後に試験片を切り出して機械的特性を測定した。
【0013】
その結果を図1(表1)に示す。
表1において、直方体形状の鋳造材に対しては、JIS−5号試験片を切り出し、丸棒形状の鋳造材に対してはJIS−14号試験片を切り出してJIS Z2241に基づいて測定した。
鋳造材の要部断面を顕微観察測定した際のSi共晶部を共晶部Si要因とし、共晶部を除いた部分でのα相をα相要因とそれぞれ表示した。
【0014】
各要因の測定方法は、共晶部の参考写真を示した図2にて説明すると、Si結晶粒子の短径aと長径bを測定し、aとbとの平均をSiサイズ径とし、a/bの値をSiアスペクト比とした。
Si面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したSi結晶粒子の占有率を示す。
α相部は参考写真図3に示したように、短径Sと長径Lとを測定し、SとLの平均をα相サイズとし、S/Lをα相アスペクト比とした。
α相面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したα相占有率を示す。
【0015】
熱処理条件は、表1に示した上段が溶体化処理するための加熱条件であり、下段が人工時効処理条件である。
【0016】
表1に示した測定結果に基づいて、各要因の重回帰分析を実施した結果、引張強度に対しては図4に示すように、Siアスペクト比が有意と検定され、伸びに対しては、図5に示すようにSiサイズ、Siアスペクト比、α相面積率が高度に有意と検定された。
なお、表1中に示す、破断判定はJIS Z2241に基づいて引張り試験をした際に、A:標点間中心から標点間距離の1/4以内で破断した場合、B:標点間中心から標点間距離の1/4を超え、標点間内で破断した場合、C:標点間外で破断した場合として判定評価した。
【0017】
重回帰分析の結果、自動車の足回り部品用に用いられる部材にアルミニウム合金鋳造材を適用するためには、強度に対しては熱処理条件を調整することで充分に可能であるが、伸びに対しては、α相面積率(比率)60%以上又はSiサイズが3μm以下、又はSiアスペクト比0.6以上でなければ製品に要求される伸び7%以上が確保できないことが明らかになった。
ここで、Siサイズ、Siアスペクト比等の値は、鋳造材の要部断面を顕微鏡観察し、約n=5〜10の平均的な値を意味し、特異的な値が除かれている。
【0018】
図6にSiアスペクト比とSiサイズの関係を示したように、高度に負の相関を示した。
これは、Si結晶粒子が粗大化すると球状から棒状に成長し、変化したためと推定される。
【0019】
実際の製品鋳造においては、製品の形状、大きさ等を考慮し、α相面積率又は/及びSiサイズ又は/及びSiアスペクト比が上記の範囲内に入るように鋳造条件、凝固速度条件が選定されることで条件設定される。
このようにして、本発明により得られた鋳造材を用いて、例えばアクチュエターボディ部材、サスペンションアーム部材を製作し、自動車部品として試作評価した結果、疲労耐久試験等を合格することができた。
【0020】
【発明の効果】
Al−Si−Mg系のアルミニウム合金をを用いて半溶融状態にして、ダイカス鋳造すると、それにより得られる鋳造材は従来、強度的には優れているが、伸びが悪く、自動車の足回り部品等には適用が困難であったのに対して、本発明においては、凝固速度を適切に制御し、α相面積率、Siサイズ、Siアスペクト比を調整することで伸び特性にも優れた鋳造材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(表1)鋳造材の各要因と機械的性質(特性)の測定結果を示す。
【図2】Si共晶部の参考写真を示す。
【図3】α相部の参考写真を示す。
【図4】引張強度に対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図5】伸びに対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図6】Siアスペクト比とSiサイズの相関分析結果を示す。
Claims (4)
- Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が60%以上になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
- Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のSi結晶粒子の平均サイズが3μm以下になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
- Al−Si−Mg系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のSi結晶粒子のアスペクト比が0.6以上になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
- Al−Si−Mg系のアルミニウム合金の成分範囲がSi:6.5〜7.5重量%,Mg:0.20〜0.45重量%,実質的残部がアルミニウムであることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の鋳造材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003086260A JP2004292885A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳造材 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003086260A JP2004292885A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳造材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004292885A true JP2004292885A (ja) | 2004-10-21 |
Family
ID=33400967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003086260A Pending JP2004292885A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳造材 |
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---|---|
JP (1) | JP2004292885A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102560204A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-11 | 北京有色金属研究总院 | 硅铝双连续复合材料及其制备方法 |
JP2013204066A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | アルミニウム合金部材およびその製造方法 |
CN103469023A (zh) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 苏州吉利不锈钢制品有限公司 | 一种用于汽车板材的铝合金的熔炼及压铸工艺 |
CN103484737A (zh) * | 2013-09-29 | 2014-01-01 | 苏州利达铸造有限公司 | 一种铝合金数码电子产品壳体及其应用 |
CN103484729A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-01-01 | 苏州吉利不锈钢制品有限公司 | 一种压铸铝合金汽车板材及其应用 |
CN103878338A (zh) * | 2014-03-19 | 2014-06-25 | 宁波东浩铸业有限公司 | 一种汽车发动机端盖的加工工艺 |
JP2019189907A (ja) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 日産自動車株式会社 | Al−Si−Mg系アルミニウム合金板 |
JP2020125528A (ja) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | 昭和電工株式会社 | アルミニウム合金鋳造材 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003086260A patent/JP2004292885A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102560204A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-11 | 北京有色金属研究总院 | 硅铝双连续复合材料及其制备方法 |
JP2013204066A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | アルミニウム合金部材およびその製造方法 |
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CN103484729A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-01-01 | 苏州吉利不锈钢制品有限公司 | 一种压铸铝合金汽车板材及其应用 |
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JP2019189907A (ja) * | 2018-04-24 | 2019-10-31 | 日産自動車株式会社 | Al−Si−Mg系アルミニウム合金板 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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