JP2010090459A - Aluminum alloy die casting and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばリベットやボルトによって接合される自動車用部品などに好適に用いられるアルミニウム合金ダイカストに係わり、延性に富み、ボルトやリベットによる締結時に生ずる局部変形に耐え、亀裂の発生を防止することができるアルミニウム合金ダイカストと、このようなダイカストの製造方法に関するものである。 The present invention relates to an aluminum alloy die casting suitably used for, for example, automotive parts joined by rivets and bolts, and is excellent in ductility, resists local deformation that occurs when fastening with bolts and rivets, and prevents the occurrence of cracks. The present invention relates to an aluminum alloy die casting that can be manufactured and a method for producing such a die casting.
従来のアルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系の成分系が採用され、高温短時間溶体化及び急速冷却による溶体化処理によって延性の向上を行っている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献記載のものなど、これまでのアルミニウム合金鋳物では、比較的高延性とされるものであっても、セルフピアスリベット接合や部品寸法精度による板隙をボルトで締結する際に局部変形を付与すると、容易に亀裂が生じることがあった。したがって、腐食環境下では鋼製のリベットやボルトとアルミニウム合金との間で電食が発生しやすいという問題があった。 Conventional aluminum alloy castings such as those described in the above-mentioned patent documents, even if they have relatively high ductility, do not undergo local deformation when tightening the plate gap due to self-piercing rivet joining or component dimensional accuracy with bolts. When applied, cracks may easily occur. Therefore, there has been a problem that in a corrosive environment, electrolytic corrosion is likely to occur between a steel rivet or bolt and an aluminum alloy.
そのため、例えば、リベット締結部近傍にシール剤を貼付したり、接着剤を塗布したりすることによって、腐食環境から遮断するなどの対策がなされている。しかし、これら副資材の塗布により部材外観の美栄えが低下し、また、環境劣化によりその防錆性能確保期間が制限される場合がある。 Therefore, for example, measures such as blocking a corrosive environment by applying a sealant near the rivet fastening portion or applying an adhesive are taken. However, the appearance of the member appearance is reduced by the application of these auxiliary materials, and the rust prevention performance securing period may be limited due to environmental degradation.
本発明は、従来のアルミニウム合金鋳物における上記課題を解決するためになされたものである。
そして、その目的とするところは、局部変形に対して良好な延性、張出し成形性を有し、亀裂の発生及び進展に対する優れた抵抗力を有し、シール剤などによる防錆処理の省略をも可能にするアルミニウム合金ダイカストを提供することにある。さらに、このようなアルミニウム合金ダイカストの製造方法を提供することにある。
This invention is made | formed in order to solve the said subject in the conventional aluminum alloy casting.
And the purpose is that it has good ductility and stretch formability against local deformation, has excellent resistance to the occurrence and development of cracks, and omits rust prevention treatment with sealant etc. The object is to provide an aluminum alloy die casting which makes it possible. Furthermore, it is providing the manufacturing method of such an aluminum alloy die-casting.
本発明者らは、上記目的を達成すべく、合金成分や鋳造方法、鋳造後の熱処理などについて鋭意検討を重ねた結果、少量のＭｇと比較的多量のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のダイカスト用Ａｌ合金を用いることに着目した。そして、このような合金を用いたダイカストに特定の条件下で溶体化処理を施して、共晶Ｓｉを微細化し、表面硬度を低くコントロールすることによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。 In order to achieve the above object, the present inventors have made extensive studies on alloy components, casting methods, heat treatment after casting, and the like, and as a result, Al-Si-Mg system containing a small amount of Mg and a relatively large amount of Si. Attention was focused on the use of Al alloys for die casting. Then, it is found that the above-mentioned problems can be solved by subjecting a die casting using such an alloy to a solution treatment under specific conditions to refine eutectic Si and control the surface hardness to be low. It came to completion.
すなわち、本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明のアルミニウム合金ダイカストは、質量比で、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金から成るものであって、共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、面積率が７．５〜１４．０％の範囲であると共に、表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで６０〜８０であることを特徴とする。 That is, the present invention is based on such knowledge, and the aluminum alloy die casting of the present invention has a mass ratio of 7.0 to 12.0% Si and 0.05 to 0.60% Mg. The eutectic Si has an average radius of 0.5 to 1.5 μm, an area ratio of 7.5 to 14.0%, and a surface hardness of Vickers. The hardness Hv is 60 to 80.
また、本発明のアルミニウム合金ダイカストの製造方法においては、上記成分のダイカスト用アルミニウム合金を用いて、ダイカスト法により鋳造したのち、さらに溶体化後強制空冷することを特徴としている。 The aluminum alloy die casting manufacturing method of the present invention is characterized in that the aluminum alloy for die casting having the above components is cast by the die casting method, and then forced air cooling is performed after solution forming.
本発明によれば、７．０〜１２．０質量％のＳｉと、０．０５〜０．６０質量％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金から成り、共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、共晶Ｓｉの面積率が７．５〜１４．０％、表面硬度が６０〜８０Ｈｖのアルミニウム合金ダイカストとしたから、良好な延性、成形性を有し、亀裂の発生及び進展に対する優れた抵抗力を備えたものとなる。
また、本発明の製造方法においては、上記成分のダイカスト用アルミニウム合金を用いて、ダイカスト法により鋳造したのち、さらに溶体化後強制空冷するようにしたから、上記のような共晶Ｓｉが晶出し、上記硬さを備えたアルミニウム合金ダイカストを得ることができる。
According to the present invention, it is composed of an aluminum alloy for die casting containing 7.0 to 12.0% by mass of Si and 0.05 to 0.60% by mass of Mg, and the average radius of eutectic Si is 0.5. Aluminum alloy die-casting with ~ 1.5μm, eutectic Si area ratio of 7.5 ~ 14.0%, surface hardness of 60 ~ 80Hv, good ductility and formability, crack generation and progress It has excellent resistance to.
Further, in the production method of the present invention, the above-described eutectic Si is crystallized because it is cast by the die casting method using the aluminum alloy for die casting having the above components and then further forcedly cooled after solution treatment. An aluminum alloy die casting having the above hardness can be obtained.
以下、本発明のアルミニウム合金ダイカストについて、合金成分や溶体化処理条件などの限定理由やその作用と共に、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, the aluminum alloy die casting of the present invention will be described in more detail together with the reasons for limitation such as alloy components and solution treatment conditions and the action thereof. In the present specification, “%” represents mass percentage unless otherwise specified.
本発明のアルミニウム合金ダイカストは、上記したように、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有し、共晶Ｓｉが平均半径０．５〜１．５μｍの範囲内に微細化され、しかもその面積率が７．５〜１４．０％であると共に、６０〜８０Ｈｖの低い表面硬度を備えたものである。
ここで、共晶Ｓｉとは、共晶組織内に晶出しているＳｉを意味する。
As described above, the aluminum alloy die casting of the present invention contains 7.0 to 12.0% Si and 0.05 to 0.60% Mg, and the eutectic Si has an average radius of 0.5 to 1. It is refined within a range of 0.5 μm, and its area ratio is 7.5 to 14.0% and has a low surface hardness of 60 to 80 Hv.
Here, eutectic Si means Si crystallized in the eutectic structure.
Ｓｉ：７．０〜１２．０％
Ｓｉ（ケイ素）は、引張強度、疲労強度、硬さを増すのに有効であると共に、溶湯に流動性を与え、鋳造性を向上させる作用を有する元素であるが、その含有量が７．０％に満たない場合は流動性が低下して、十分な鋳造性を確保することができない。
また、Ｓｉ含有量が１２．０％を超えると、初晶Ｓｉが晶出し、靭性が低下するため、Ｓｉを７．０〜１２．０％の範囲で添加しなければならない。
Si: 7.0 to 12.0%
Si (silicon) is an element that has an effect of increasing tensile strength, fatigue strength, and hardness, and also imparts fluidity to the molten metal and improves castability, but its content is 7.0. If it is less than%, the fluidity is lowered and sufficient castability cannot be ensured.
On the other hand, if the Si content exceeds 12.0%, primary crystal Si is crystallized and the toughness decreases, so Si must be added in the range of 7.0 to 12.0%.
Ｍｇ：０．０５〜０．６０
Ｍｇ（マグネシウム）は、熱処理によって引張強度、疲労強度、硬さを増すのに有効な元素であるが、その含有量が０．０５％に満たない場合には、このような効果を発揮することができず、所定の強度を得ることができない。逆に、Ｍｇ含有量が０．６０％を超えると、靭性が低下するため、Ｍｇを０．０５〜０．６０％の範囲で添加する必要がある。
Mg: 0.05-0.60
Mg (magnesium) is an element effective for increasing the tensile strength, fatigue strength, and hardness by heat treatment, but when such a content is less than 0.05%, such an effect is exhibited. It is not possible to obtain a predetermined strength. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.60%, the toughness decreases, so it is necessary to add Mg in the range of 0.05 to 0.60%.
共晶Ｓｉの平均半径：０．５〜２．０μｍ
微細化された共晶Ｓｉは、当該アルミニウム合金ダイカストにリベット接合等による局部変形が与えられた際の亀裂発生及び亀裂の伝播を防止する。つまり、共晶Ｓｉの微細化は、結晶の表面エネルギーを減少させ、亀裂発生及び伝播などによる表面エネルギーの開放効果を少なくし、結果として大きな局部変形を伴うような張出し成形性を大幅に向上させることができ、良好な延性、張出し成形性を確保することができる。
このとき、共晶Ｓｉの平均半径が０．５μｍより小さいと、十分な溶体化が期待できず、鋳造時のひずみが解放されないため、延性が低く、成形性も悪化する。逆に平均半径が１．５μｍを超えると、成形性、耐亀裂性が悪化するため、０．５〜１．５μｍの範囲内とすることが必要となる。
Average radius of eutectic Si: 0.5 to 2.0 μm
The refined eutectic Si prevents cracking and propagation of cracks when the aluminum alloy die casting is subjected to local deformation by rivet bonding or the like. In other words, eutectic Si miniaturization reduces the surface energy of crystals, reduces the effect of surface energy release due to crack generation and propagation, and as a result, greatly improves stretch formability with large local deformation. And good ductility and stretch formability can be ensured.
At this time, if the average radius of the eutectic Si is smaller than 0.5 μm, sufficient solution cannot be expected, and strain at the time of casting is not released, so the ductility is low and the formability is also deteriorated. On the other hand, if the average radius exceeds 1.5 μm, the moldability and crack resistance deteriorate, so it is necessary to set the average radius within the range of 0.5 to 1.5 μm.
なお、本発明において、共晶Ｓｉの平均半径とは、円相当径を意味し、画像解析装置により共晶Ｓｉの面積Ｓを求め、次式により円相当径ｌを求めることができる。
ｌ＝（４Ｓ／π）１／２
In the present invention, the average radius of eutectic Si means the equivalent circle diameter, and the area S of the eutectic Si can be obtained by an image analyzer, and the equivalent circle diameter l can be obtained by the following equation.
l = (4S / π) 1/2
表面硬度：６０〜８０Ｈｖ
表面硬度が低いと、表面の延性が向上するため、曲げ変形時の亀裂起点の発生を抑えることが可能となり、結果として良好な張出し成形性を確保することができる。
ここで、表面硬度が６０Ｈｖに満たないと、強度が得られず、８０Ｈｖを超えると延性が低下するため、本発明のアルミニウム合金ダイカストとしては、その表面硬度を上記６０〜８０Ｈｖの範囲とすることが必要である。
Surface hardness: 60-80Hv
When the surface hardness is low, the surface ductility is improved, so that it is possible to suppress the occurrence of crack starting points during bending deformation, and as a result, good stretch formability can be ensured.
Here, if the surface hardness is less than 60 Hv, the strength cannot be obtained, and if it exceeds 80 Hv, the ductility is lowered. Therefore, the surface hardness of the aluminum alloy die casting of the present invention should be in the range of 60 to 80 Hv. is required.
共晶Ｓｉの面積率：７．５〜１４．０％
共晶Ｓｉは、その大きさのみならずその晶出量も鋳物の延性に若干の影響を及ぼす。
すなわち、その面積率が７．５％に満たない場合には、鋳物の強度が不足し、逆に１４．０％を超えると延性が損なわれる傾向が認められることから、共晶Ｓｉの面積率については、７．５〜１４．０％の範囲内とすることが好ましい。
Eutectic Si area ratio: 7.5 to 14.0%
Eutectic Si not only has its size but also its amount of crystallization slightly affects the ductility of the casting.
That is, when the area ratio is less than 7.5%, the strength of the casting is insufficient. Conversely, when the area ratio exceeds 14.0%, the ductility tends to be impaired. Is preferably in the range of 7.5 to 14.0%.
共晶Ｓｉの平均円形度：０．５０以上
共晶Ｓｉは、その形状が円形に近いほど、応力集中を緩和させ、変形時における初晶α相の内部応力を抑えることができるようになり、良好な延性及び張出し成形性を確保することができる。とくに、当該円形度が０．５を下回ると、靭性が悪化する傾向があるので、共晶Ｓｉの平均円形度は、０．５０以上であることが望ましい。
なお、平均円形度とは、（４πＳ／Ｌ２）１／２（式中のＬは共晶Ｓｉの周囲長、Ｓは共晶Ｓｉの面積を示す）で表され、真円に近いほど「１」に近い値となる。
Average circularity of eutectic Si: 0.50 or more As the shape of the eutectic Si is closer to a circle, the stress concentration is relaxed and the internal stress of the primary α phase during deformation can be suppressed. Good ductility and stretch formability can be ensured. In particular, since the toughness tends to deteriorate when the circularity is less than 0.5, it is desirable that the average circularity of the eutectic Si is 0.50 or more.
The average circularity is represented by (4πS / L 2 ) 1/2 (wherein L is the perimeter length of eutectic Si and S is the area of eutectic Si). The value is close to “1”.
溶体化温度：４６０〜５００℃
上記したようなアルミニウム合金ダイカストは、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するアルミニウム合金をダイカスト法により鋳造したのち、溶体化処理を施すことによって得られるが、この時の溶体化温度としては、４６０〜５００℃の温度範囲とすることが望ましい。
すなわち、４６０℃に満たない温度では、十分に溶体化が進まず、逆に５００℃より高い温度で溶体化した場合には、共晶Ｓｉが粗大化する傾向があることによる。
Solution temperature: 460-500 ° C
The aluminum alloy die casting as described above is a solution treatment after casting an aluminum alloy containing 7.0 to 12.0% Si and 0.05 to 0.60% Mg by the die casting method. The solution temperature at this time is preferably in the temperature range of 460 to 500 ° C.
That is, when the temperature is less than 460 ° C., the solution does not sufficiently advance, and conversely, when the solution is formed at a temperature higher than 500 ° C., the eutectic Si tends to be coarsened.
溶体化保持時間：０．２５〜１．５時間（１５〜９０分）
また、溶体化温度における保持時間については、０．２５時間未満では、同様に溶体化が十分に行われず、１．５時間を超えたときには、共晶Ｓｉが粗大化する傾向があることから、０．２５〜１．５時間の範囲内とすることが望ましい。
Solution retention time: 0.25 to 1.5 hours (15 to 90 minutes)
Also, with respect to the retention time at the solution temperature, if less than 0.25 hours, solution is not sufficiently performed, and when it exceeds 1.5 hours, eutectic Si tends to coarsen, It is desirable to set it within the range of 0.25 to 1.5 hours.
４６０℃から３００℃までの冷却速度：１〜２０℃／秒
溶体化後の冷却工程は、強制空冷によるものであるが、このときの具体的な冷却速度としては、４６０℃から３００℃の温度範囲を毎秒１℃〜２０℃の速度で冷却することが望ましい。
すなわち、毎秒１℃よりも遅い冷却速度では、合金元素が十分に固溶できないために、必要な強度が得られなくなり、毎秒２０℃よりも速い冷却速度では、強度が高くなり過ぎて、延性が低下する傾向があることによる。
Cooling rate from 460 ° C. to 300 ° C .: 1 to 20 ° C./sec The cooling process after solution is by forced air cooling. The specific cooling rate at this time is a temperature from 460 ° C. to 300 ° C. It is desirable to cool the range at a rate of 1 ° C to 20 ° C per second.
That is, at a cooling rate slower than 1 ° C. per second, the alloy elements cannot be sufficiently dissolved, so that the required strength cannot be obtained, and at a cooling rate faster than 20 ° C. per second, the strength becomes too high and ductility becomes low. Due to the tendency to decline.
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
〔溶体化温度及び保持時間の影響〕
まず、１０．７％のＳｉと、０．２３％のＭｇ、０．７％のＭｎ、０．１４％のＦｅを含有するダイカスト用アルミニウム合金を電気炉によって溶解し、乾燥窒素ガスの吹き込みによる脱ガス処理を行った。
[Effects of solution temperature and holding time]
First, an aluminum alloy for die casting containing 10.7% Si, 0.23% Mg, 0.7% Mn, and 0.14% Fe was melted by an electric furnace, and then blown with dry nitrogen gas Degassing treatment was performed.
そして、上記アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、板厚３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの矩形型試験片を鋳造し、当該試験片を４００〜５６０℃の各温度で５〜４８０分の各時間保持した後、１〜２０℃／秒という冷却速度で強制空冷した。 Then, a rectangular test piece having a thickness of 3 mm, a width of 60 mm, and a length of 150 mm is cast by the high vacuum die casting method using the molten aluminum alloy, and the test piece is formed at a temperature of 400 to 560 ° C. at a temperature of 5 to 480 After holding each minute, forced air cooling was performed at a cooling rate of 1 to 20 ° C./second.
そして、このような溶体化処理後の各試験片に時効熱処理（１８０℃×３時間）を施した後、得られた各供試材について、共晶Ｓｉの平均半径を測定し、当該平均半径と溶体化温度及び保持時間の影響を調査した。この結果を図１に示す。
なお、共晶Ｓｉの平均半径については、画像解析装置を用いた上述の方法によって、平均値を求めた。
And after giving an aging heat treatment (180 degreeC x 3 hours) to each test piece after such solution treatment, about each obtained test material, the average radius of eutectic Si is measured, The said average radius And the effects of solution temperature and holding time were investigated. The result is shown in FIG.
In addition, about the average radius of eutectic Si, the average value was calculated | required by the above-mentioned method using an image analyzer.
図１の結果から明らかなように、共晶Ｓｉの平均半径は、溶体化温度が低温で、しかも溶体化時間が短時間の場合に微細化が可能である。具体的には、溶体化温度が４６０〜５００℃、保持温度が１５〜９０分（０．２５〜１．５時間）の条件が、共晶Ｓｉの平均半径を０．５〜１．５μmに微細化するのに有効であることが確認された。 As is apparent from the results of FIG. 1, the average radius of eutectic Si can be refined when the solution temperature is low and the solution time is short. Specifically, the conditions of a solution temperature of 460 to 500 ° C. and a holding temperature of 15 to 90 minutes (0.25 to 1.5 hours) set the average radius of eutectic Si to 0.5 to 1.5 μm. It was confirmed that it was effective for miniaturization.
〔金属組織〕
図２は、本発明によるアルミニウム合金ダイカストの金属組織の代表例として、上記により得られた供試材のうち、５００℃×１時間の溶体化の後、強制空冷したものの組織を示すものである（６０×６０ｍｍの時、４００倍）。
その金属組織は大別して、初晶α相、共晶Ｓｉ相、Ｍｎ又はＦｅ系晶出物の３相を有している。
[Metal structure]
FIG. 2 shows, as a representative example of the metal structure of the aluminum alloy die casting according to the present invention, the structure of the specimen obtained as described above, which was subjected to forced air cooling after solution treatment at 500 ° C. for 1 hour. (400 times when 60 × 60 mm).
The metal structure is roughly divided into three phases of primary α phase, eutectic Si phase, Mn or Fe-based crystallized product.
〔溶体化後の冷却速度の影響〕
上記成分のダイカスト用アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、上記同様の矩形型試験片を鋳造し、当該試験片を５００℃に１時間保持した後、４６０℃〜３００℃までの冷却速度を種々に変化させて強制空冷したのち、上記同様の時効処理を施してリベット接合試験の供試材とした。そして、その表面硬度をそれぞれ測定した。なお、冷却速度については、強制空冷用エアーノズルの空気量を調整することによって行った。
[Effect of cooling rate after solution treatment]
Using the molten aluminum alloy for die casting of the above components, a rectangular test piece similar to the above was cast by a high vacuum die casting method, the test piece was held at 500 ° C. for 1 hour, and then cooled to 460 ° C. to 300 ° C. After forced air cooling at various speeds, the same aging treatment as described above was performed to obtain a specimen for a rivet joining test. And the surface hardness was measured, respectively. In addition, about the cooling rate, it performed by adjusting the air quantity of the air nozzle for forced air cooling.
そして、図３に示すように、得られた各供試材３を受け金型４の上に重ねて載置し、さらに薄板材２を重ねた状態で、図中上方から、径５ｍｍ、長さ７ｍｍのセルフピアスリベット１を打ち込んだ後、供試材表面をカラーチェックすることによって亀裂の有無を判別した。その結果として、溶体化後の４６０℃〜３００℃までの冷却速度と表面硬さの関係、さらに亀裂発生の有無を図４に示す。
Then, as shown in FIG. 3, each of the obtained
図４に示した結果から明らかなように、４６０〜３００℃の温度範囲における冷却速度を１〜２０℃／秒とすることによって、アルミニウム合金ダイカストの表面硬さが６０〜８０Ｈｖとなり、リベット接合時の亀裂防止が可能であることが確認された。 As is apparent from the results shown in FIG. 4, by setting the cooling rate in the temperature range of 460 to 300 ° C. to 1 to 20 ° C./second, the surface hardness of the aluminum alloy die casting becomes 60 to 80 Hv, and during rivet bonding It was confirmed that cracking of the steel was possible.
〔共晶Ｓｉの平均半径及び面積率の影響〕
上記成分のダイカスト用アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、上記同様の矩形型試験片を鋳造し、種々の条件の溶体化処理ののち、上記同様の時効処理を施し、得られた各供試材の共晶Ｓｉの平均半径及び面積率を測定した。
そして、上記同様のリベット接合試験を実施し、割れ（亀裂）発生に及ぼす共晶Ｓｉの平均半径及び面積率の影響を調査した。その結果を図５に示す。
[Effect of average radius and area ratio of eutectic Si]
By using a molten aluminum alloy for die casting of the above components, a rectangular test piece similar to the above was cast by a high vacuum die casting method, and after the solution treatment under various conditions, the same aging treatment as described above was performed and obtained. The average radius and area ratio of eutectic Si of each test material were measured.
Then, the same rivet joining test as described above was performed, and the influence of the average radius and area ratio of eutectic Si on the occurrence of cracks (cracks) was investigated. The result is shown in FIG.
図５から明らかなように、共晶Ｓｉ半径が０．５〜１．５μｍ、共晶Ｓｉの面積率が７．５〜１４．０の範囲内では、割れが発生しないことが確認された。 As apparent from FIG. 5, it was confirmed that no cracking occurred when the eutectic Si radius was 0.5 to 1.5 μm and the area ratio of eutectic Si was 7.5 to 14.0.
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