JP2005226161A

JP2005226161A - アルミニウム合金のキャスティング

Info

Publication number: JP2005226161A
Application number: JP2005033891A
Authority: JP
Inventors: Hubert Koch; フーベルト・コッホ; Ruediger Franke; リュディガー・フランケ
Original assignee: Aluminium Rheinfelden GmbH
Current assignee: Aluminium Rheinfelden GmbH
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2005-08-25
Also published as: ATE338149T1; NO20050682L; KR20050081168A; BRPI0500277A; CA2496140A1; MXPA05001576A; US20050173032A1; CN1654694A; DE502005000072D1; EP1564308B1; EP1564308A1; NO20050682D0; ES2270403T3

Abstract

【課題】熱応力部品の製造、特に重力金型鋳造、低圧チル鋳造およびサンドキャスティングに適した、優れた耐熱性を有するアルミニウム合金キャスティングを提供する。
【解決手段】優れた耐熱性を有するキャスティングであって、マグネシウムを２〜４重量％ケイ素を０．９〜１．５重量％マンガンを０．１〜０．４重量％クロムを０．１〜０．４重量％鉄を最大０．２重量％銅を最大０．１重量％亜鉛を最大０．２重量％チタンを最大０．２重量％ジルコニウムを最大０．３重量％ベリリウムを最大０．００８重量％バナジウムを最大０．５重量％含み、その残部としてアルミニウムを含み、その他の元素および製造により生じた不純物は、それぞれ最大０．０２重量％であり、総計で最大０．２重量％である合金を含む。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、優れた耐熱性を有するアルミニウム合金のキャスティングに関する。
現在、熱応力部品として、通常はＡｌＳｉ合金が用いられており、この場合の耐熱性は、合金にＣｕを添加することによって達成される。しかしながら、銅はまた、ヒートクラック性を高め、キャスタビリティーに悪影響を与える。通常、特定の耐熱性が必要とされる用途は、自動車構造におけるシリンダーヘッドの分野で見出される（例えば、Ｆ．Ｊ．Ｆｅｉｋｕｓ，“ＯｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｉｕｍＳｉｌｉｃｏｎＣａｓｔｉｎｇＡｌｌｏｙｓｆｏｒＣｙｌｉｎｄｅｒＨｅａｄｓ”，Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉ−Ｐｒａｘｉｓ１９９９年，２号，５０〜５７頁を参照）。

ＷＯ−Ａ−００４３５６０では、ダイキャスティング、スクイズキャスティング、チキソ成形（ｔｈｉｘｏｆｏｒｍｉｎｇ）およびチキソ鍛造（ｔｈｉｘｏｆｏｒｇｉｎｇ）プロセスにおける安全な部品を製造するための、Ｍｇを２．５〜７．０重量％、Ｓｉを１．０〜３．０重量％、Ｍｎを０．３〜０．４９重量％、Ｃｒを０．１〜０．３重量％、Ｔｉを最大０．１５重量％、Ｆｅを最大０．１５重量％、Ｃａを最大０．００００５重量％、Ｎａを最大０．００００５重量％、Ｐを最大０．０００２重量％、その他の不純物をそれぞれ最大０．０２重量％含み、その残部はアルミニウムである、アルミニウム合金が開示されている。

本発明は、熱応力部品の製造に適した優れた耐熱性を有するアルミニウム合金を製造する目的に基づく。本合金は、特に、重力金型鋳造、低圧チル鋳造、および、サンドキャスティングに適している。

合金からキャスティングされる部品は、高い延性と共に高い強度を有するべきである。この部品の望ましい機械的特性は、以下のように定義される：
降伏強度Ｒｐ０．２＞１７０ＭＰａ、
引張強度Ｒｍ＞２３０ＭＰａ、
破断点伸びＡ５＞６％。

上記用途のために、本合金の腐食傾向はできるだけ低く保たれるべきであり、合金は、それに応じて優れた疲労強度を有していなければならない。本合金のキャスタビリティーは、現在用いられるＡｌＳｉＣｕキャスティング合金のキャスタビリティーよりも優れているはずであり、本合金は、ヒートクラックの傾向を有さないはずである。

用語「キャスティング」は、キャスティングのみで製造された単なる部品と同様に、プレモールドとしてキャスティングされ、続いて熱成形または冷却成形により最終寸法に成形されたものも含む。

単なるキャスティングの例としては、サンドキャスティング、重力金型鋳造、低圧チル鋳造、ダイキャスティング、チキソキャスティング、または、スクイズキャスティングでもっぱら製造されたキャスティングが挙げられる。

成形によりキャストプレモールドで実施される成形操作は、例えば、鍛造、および、チキソ鍛造である。
本発明に係る目的は、
マグネシウムを２〜４重量％
ケイ素を０．９〜１．５重量％
マンガンを０．１〜０．４重量％
クロムを０．１〜０．４重量％
鉄を最大０．２重量％
銅を最大０．１重量％
亜鉛を最大０．２重量％
チタンを最大０．２重量％
ジルコニウムを最大０．３重量％
ベリリウムを最大０．００８重量％
バナジウムを最大０．５重量％含み、その残部としてアルミニウムを含み、その他の元素および製造により生じた不純物は、それぞれ最大０．０２重量％であり、総計で最大０．２重量％であるアルミニウム合金によって達成される。

合金の元素それぞれについては、以下の含量範囲が好ましい：
Ｍｇは、２．５〜３．５重量％、特に２．７〜３．３重量％
Ｓｉは、０．９〜１．３重量％
Ｍｎは、０．１５〜０．３重量％
Ｃｒは、０．１５〜０．３重量％
Ｔｉは、０．０５〜０．１５重量％
Ｆｅは、最大０．１５重量％
Ｃｕは、最大０．０５重量％
Ｂｅは、０．００２〜０．００５重量％
Ｖは、０．０１〜０．１重量％
Ｚｒは、０．１〜０．２重量％。

本合金の元素の効果は、大体以下のように特徴付けることができる：
ケイ素は、マグネシウムと組み合わせると、特に熱硬化が重要な場合において、相当する硬化が得られる。好ましくは、Ｔ６状態への熱処理であり、例えば、５５０℃で１２時間での溶液のアニーリング、それに続く１６０〜１７０℃で８〜１０時間の人工的なエージングである。

マンガンとクロムとの組み合わせは、１８０℃以下の温度を維持する場合において優れた耐熱性を付与する。
チタンおよびジルコニウムは、細粒化のために用いられる。優れた細粒化は、キャスティング特性の改善に実質的に貢献する。

ベリリウムは、バナジウムと組み合わせると、ドロス形成を減少させる。
本発明に係るキャスティングの用途として好ましい分野は、熱応力部品、特に圧力容器、コンプレッサーハウジング、および、エンジン部品、例えば自動車構造におけるシリンダーヘッドである。このような部品は、好ましくは、サンドキャスティング、または、チル鋳造プロセスで製造される。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、下記の好ましい実施形態の例の説明および図面により生じ、図面は、以下の通りである：
図１〜３は、本発明に係る合金、および、従来技術の比較合金の、温度を５００時間持続させて付与した後の温度の関数としての、引張強度、降伏強度および破断点伸びを示す。

本発明に係る合金は、ＡｌＭｇ３Ｓｉ１ＭｎＣｒを用い、比較合金は、Ｆ．Ｊ．Ｆｅｉｋｕｓ，“ＯｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｉｕｍＳｉｌｉｃｏｎＣａｓｔｉｎｇＡｌｌｏｙｓｆｏｒＣｙｌｉｎｄｅｒＨｅａｄｓ”，Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉ−Ｐｒａｘｉｓ１９９９年，２号，５０〜５７頁によるＡｌＳｉ７ＭｇＣｕ１を用い（その組成は表１に示す）、これらを持続温度を付与した状態での長期にわたる挙動に関して比較した。

本発明に係る合金を、ディーツ（Ｄｉｅｚ）による試験用ロッドモールドで、円形ロッド（直径１６ｍｍ）にキャスティングした。様々な温度で５００時間持続させた温度付与の後、試験用ロッド上で、Ｔ６状態（１６５℃／６時間）における降伏強度の機械的特性（Ｒｐ０．２）、引張強度（Ｒｍ）、および、破断点伸び（Ａ５）を測定した。対応する比較合金の値は、Ｆ．Ｊ．Ｆｅｉｋｕｓの上記論文から得た。結果を図表形式で図１に示す。

降伏強度および引張強度に関して、本発明に係る合金ＡｌＭｇ３Ｓｉ１ＭｎＣｒは、確かに比較合金ＡｌＳｉ７ＭｇＣｕ１のピーク値には達しないが、その温度挙動においては「可変性が低い」。この可変性は、温度におけるわずかな変化が機械的特性の多大な変化を起こす可能性がある限り、操作中に破壊作用を与える。本発明に係る合金の降伏強度は、約１８０℃まではほぼ同レベルのままであり、２００℃までに徐々に範囲を外れ、約２００℃を超えて初めて連続的に低下し始める。連続的な低下は、合金ＡｌＳｉ７ＭｇＣｕ１より低い勾配で起こる。

破断点伸びに関して、本発明に係る合金は、１８０℃以下ではほとんど一定の値を示すことを特徴とする。高い伸び値は、好ましい破断／破損挙動を与える。本部品が破断する前に、目に見える変形が起こる。１８０℃超では、伸びは、連続的に生じる。比較合金ＡｌＳｉ７ＭｇＣｕ１においては、はっきりとした硬化作用が観察される。低い伸び値は、好ましくない破損挙動の原因となり、すなわち、本部品はわずかしか変形しないか、または、全く変形しない。温度付与のピーク下で、本部品は、徴候無しに破断する。

本発明に係る合金、および、従来技術の比較合金の、温度を５００時間持続させて付与した後の温度の関数としての引張強度を示す。本発明に係る合金、および、従来技術の比較合金の、温度を５００時間持続させて付与した後の温度の関数としての降伏強度を示す。本発明に係る合金、および、従来技術の比較合金の、温度を５００時間持続させて付与した後の温度の関数としての破断点伸びを示す。

Claims

優れた耐熱性を有するアルミニウム合金のキャスティングであって、前記合金は、
マグネシウムを２〜４重量％
ケイ素を０．９〜１．５重量％
マンガンを０．１〜０．４重量％
クロムを０．１〜０．４重量％
鉄を最大０．２重量％
銅を最大０．１重量％
亜鉛を最大０．２重量％
チタンを最大０．２重量％
ジルコニウムを最大０．３重量％
ベリリウムを最大０．００８重量％
バナジウムを最大０．５重量％含み、その残部はアルミニウムであり、その他の元素および製造により生じた不純物は、それぞれ最大０．０２重量％であり、総計で最大０．２重量％であることを特徴とする、前記キャスティング。
前記合金は、Ｍｇを２．５〜３．５重量％、特にＭｇを２．７〜３．３重量％含むことを特徴とする、請求項１に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｓｉを０．９〜１．３重量％含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｍｎを０．１５〜０．３重量％含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｃｒを０．１５〜０．３重量％含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｔｉを０．０５〜０．１５重量％含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｆｅを最大０．１５重量％含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｃｕを最大０．０５重量％含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｂｅを０．００２〜０．００５重量％含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｖを０．０１〜０．１重量％含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のキャスティング。
前記合金は、Ｚｒを０．１〜０．２重量％含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のキャスティング。
サンドキャスティングまたはチル鋳造プロセスで製造された、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のキャスティング。
圧力容器、コンプレッサーハウジングおよびエンジン部品、例えば自動車構造におけるシリンダーヘッドのための、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のキャスティングの使用。