JP2011208253A - Aluminum die-cast alloy for vehicle material - Google Patents

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JP2011208253A JP2010078774A JP2010078774A JP2011208253A JP 2011208253 A JP2011208253 A JP 2011208253A JP 2010078774 A JP2010078774 A JP 2010078774A JP 2010078774 A JP2010078774 A JP 2010078774A JP 2011208253 A JP2011208253 A JP 2011208253A
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恭 ▲高▼橋
Masahide Fukuda
Yasushi Takahashi
征秀 福田
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Honda Motor Co Ltd
本田技研工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum die-cast alloy combining high strength with high toughness even when raw material containing a large amount of Fe such as low-cost regenerated lump aluminum is used.SOLUTION: The aluminum die-cast alloy for a vehicle material uses Al-Si as the base. The alloy is obtained by die-casting alloy containing, by weight, 5 to 12% Si, 0.1 to 1.0% Mg, ≥0.16% Fe, ≤1.5% Mn, ≤1.0% Cu and ≤2.0% Zn, and admixed with either or both of 0.03 to 0.2% Ti and 0.005 to 0.2% Sr for fining its metallic structure, and the balance Al with inevitable impurities, and by subjecting the die-cast alloy to rapid cooling by water quenching or cooling by cooling water solution of ≤100°C, within 0 to 5 min after the die casting.

Description

本発明は、車両材料用アルミダイカスト合金に関する。   The present invention relates to an aluminum die casting alloy for vehicle materials.
自動車や二輪車の車輪など高強度と高靭性の両方が要求される部品の材料として、従来、新塊アルミニウム(アルミニウム一次合金ともいう)に、いくつかの元素を添加したアルミダイカスト合金が提案されている。(例えば、特許文献1参照)。   As a material for parts that require both high strength and high toughness such as wheels for automobiles and motorcycles, aluminum die-casting alloys with several elements added to new lump aluminum (also called aluminum primary alloy) have been proposed. Yes. (For example, refer to Patent Document 1).
特許第3255560号公報Japanese Patent No. 3255560
ところで、上記特許文献1に記載のアルミダイカスト合金のように新塊アルミニウムを使用すると、靭性に悪影響を及ぼすFeの含有量を0.15重量%以下に抑制することができ、高強度と高靭性とを両立できる。しかしながら、アルミニウムのリサイクル材である再生塊アルミニウム(アルミニウム二次合金ともいう)を出発原料として使用した場合、Feが不可避的に混入するため、高強度と高靭性とを両立できないという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低コストな再生塊アルミニウムなどの、Feを多く含む原料を使用した場合であっても、高強度と高靭性とを併せ持つアルミダイカスト合金を提供することを目的とする。
By the way, when new lump aluminum is used as in the aluminum die cast alloy described in Patent Document 1, the content of Fe that adversely affects toughness can be suppressed to 0.15% by weight or less, and high strength and high toughness are achieved. And both. However, when recycled lump aluminum (also referred to as an aluminum secondary alloy), which is a recycled aluminum material, is used as a starting material, there is a problem that both high strength and high toughness cannot be achieved because Fe is inevitably mixed.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is an aluminum die casting alloy having both high strength and high toughness even when a raw material containing a large amount of Fe, such as low-cost recycled lump aluminum, is used. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、Al−Siをベースとする車両材料用アルミダイカスト合金であって、該合金は、重量%でSi:5〜12%、Mg:0.1〜1.0%、Fe:0.16%以上、Mn:1.5%以下、Cu:1.0%以下、Zn:2.0%以下とし、その他、金属組織の微細化のため、Ti:0.03〜0.2%、Sr:0.005〜0.2%を、どちらか一方あるいは両方添加して、残部がAlおよび不可避的不純物からなる合金をダイカストし、ダイカスト後、0〜5分以内で、水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液にて急冷することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is an aluminum die-casting alloy for vehicle materials based on Al-Si, which is Si: 5-12% by weight, Mg: 0.1-1 0.0%, Fe: 0.16% or more, Mn: 1.5% or less, Cu: 1.0% or less, Zn: 2.0% or less, and Ti: 0 in order to refine the metal structure. Add one or both of 0.03 to 0.2% and Sr: 0.005 to 0.2%, and die-cast an alloy consisting of Al and unavoidable impurities, and after die casting, 0 to 5 minutes And quenching with water or quenching with a cooling aqueous solution of 100 ° C. or lower.
本発明によれば、化学成分の重量比を上記範囲に調整したうえでダイカストし、ダイカスト後に上記条件の熱処理を施すので、靭性低下を招く針状のFe系金属間化合物の生成を抑制しつつ金属組織を微細化することができ、高い靭性を確保しつつ高い強度を得ることができる。これにより、低コストな再生塊アルミニウムなどの、Feを多く含む原料を使用した場合であっても、高強度と高靭性とを併せ持ち、自動車や二輪車において強度を要求される部品としても好適なアルミダイカスト合金を得ることができる。   According to the present invention, the weight ratio of the chemical components is adjusted to the above range, and die casting is performed. After the die casting, the heat treatment is performed under the above-described conditions. The metal structure can be refined, and high strength can be obtained while ensuring high toughness. As a result, even when raw materials containing a large amount of Fe, such as low-cost recycled lump aluminum, are used, it has both high strength and high toughness, and is also suitable as a component that requires strength in automobiles and motorcycles. A die-cast alloy can be obtained.
また、前記アルミダイカスト合金における水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液での急冷を、ダイカスト後、1分以内に行ってもよい。
この場合、デンドライトを確実に微細化させることができるので、確実に、高強度かつ高靭性なアルミダイカスト合金を得ることができる。
Further, water quenching in the aluminum die casting alloy or rapid cooling with a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less may be performed within 1 minute after die casting.
In this case, the dendrite can be surely miniaturized, so that an aluminum die cast alloy having high strength and high toughness can be obtained with certainty.
また、前記アルミダイカスト合金は、焼入れあるいは冷却水溶液での急冷を行った後、100〜300℃で加熱保持してもよい。
この場合、短時間で時効硬化を発生させることができるので、短時間で、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
The aluminum die cast alloy may be kept at 100 to 300 ° C. after quenching or quenching with a cooling aqueous solution.
In this case, since age hardening can be generated in a short time, an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained in a short time.
また、前記加熱保持の加熱時間を、2〜24時間としてもよい。
この場合、時効硬化を確実かつ十分に発生させることができるので、確実に、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
The heating time for the heating and holding may be 2 to 24 hours.
In this case, since age hardening can be generated reliably and sufficiently, an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained with certainty.
本発明によれば、例えば低コストな再生塊アルミニウムなどの、Feを多く含む原料を使用した場合であっても、高強度と高靭性を併せ持ち、自動車や二輪車において強度を要求される部品としても好適なアルミダイカスト合金を得ることができる。
また、確実に高強度かつ高靭性なアルミダイカスト合金を得ることができる。
また、短時間で、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
また、確実に、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
According to the present invention, for example, even when a raw material containing a large amount of Fe, such as low-cost recycled lump aluminum, is used, it has both high strength and high toughness, and as a component that requires strength in automobiles and motorcycles. A suitable aluminum die casting alloy can be obtained.
Moreover, an aluminum die-cast alloy having high strength and high toughness can be obtained with certainty.
In addition, an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained in a short time.
In addition, an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained with certainty.
(A)は、Al−Si系合金のダイカスト鋳造品におけるMg量と耐力との関係の一例を示す図表、(B)は、同Mg量と伸びとの関係の一例を示す図表である。(A) is a chart showing an example of the relationship between the amount of Mg and the yield strength in a die-cast article of an Al—Si based alloy, and (B) is a chart showing an example of the relationship between the amount of Mg and the elongation. 同鋳造品におけるFe量と伸びとの関係の一例を示す図表である。It is a graph which shows an example of the relationship between the amount of Fe and elongation in the cast product. 同鋳造品における二次デンドライトアームスペーシング(DASII)と疲労強度との関係の一例を示す図表である。It is a graph which shows an example of the relationship between the secondary dendrite arm spacing (DASII) and fatigue strength in the cast product. 同鋳造品におけるSr添加有無と伸びとの関係の一例を示す図表である。It is a graph which shows an example of the relationship between the presence or absence of Sr and elongation in the cast product. 同鋳造品におけるダイカスト鋳造後水焼入れまでの時間と耐力との関係の一例を示す図表である。It is a graph which shows an example of the relationship between the time to water quenching after die-casting and proof stress in the cast product. Mgを含むAl−Si系合金のダイカスト鋳造品における、焼入れ後の人工時効時間とロックウェル硬さとの関係の一例を示す図表である。It is a graph which shows an example of the relationship between the artificial aging time after hardening, and Rockwell hardness in the die-casting product of the Al-Si type alloy containing Mg. 本発明を適用したアルミダイカスト合金(実施例)と、本発明の要件を満たさないアルミダイカスト合金(比較例)の機械的性質を示す図表である。It is a graph which shows the mechanical property of the aluminum die-casting alloy (Example) to which this invention is applied, and the aluminum die-casting alloy (comparative example) which does not satisfy the requirements of this invention.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、化学成分重量比が、Si(珪素):5〜12%、Mg(マグネシウム):0.1〜1.0%、Fe(鉄):0.16%以上、Mn(マンガン):1.5%以下、Cu(銅):1.0%以下、Zn(亜鉛):2.0%以下を含み、Ti(チタン):0.03〜0.2%、Sr(ストロンチウム):0.005〜0.2%の両方あるいはどちらか一方を含み、残部がAl(アルミニウム)および不可避的不純物からなる合金をダイカスト鋳造し、ダイカスト鋳造後、0〜5分以内で、水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液にて急冷する焼入れを行い、焼入れ後、100〜300℃の温度に加熱保持する人工時効処理を行うことにより製造される。
以下に、本実施形態に係るアルミダイカスト合金の化学成分重量比および熱処理条件の限定理由をその作用と共に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The aluminum die casting alloy according to the present embodiment has a chemical component weight ratio of Si (silicon): 5 to 12%, Mg (magnesium): 0.1 to 1.0%, Fe (iron): 0.16% or more. Mn (manganese): 1.5% or less, Cu (copper): 1.0% or less, Zn (zinc): 2.0% or less, Ti (titanium): 0.03-0.2%, Sr (strontium): 0.005 to 0.2% or any one of them, the balance being Al (aluminum) and inevitable impurities are die-cast, within 0-5 minutes after die-casting It is manufactured by quenching with water or quenching rapidly with a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less, and after quenching, performing an artificial aging treatment by heating and holding at a temperature of 100 to 300 ° C.
The reason for limiting the chemical component weight ratio and the heat treatment conditions of the aluminum die cast alloy according to the present embodiment will be described below together with its action.
(Si:5〜12%)
Siは、アルミニウム合金のダイカスト鋳造において、溶湯の流動性を向上させる効果を持つ元素である。Si量が重量%で5%以上の場合には溶湯の流動性を良好とすることができ、12%以下の場合にはダイカスト鋳造品の伸びを確保できるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のSi量は、5%以上、12%以下であることが好ましい。
(Si: 5-12%)
Si is an element having an effect of improving the fluidity of the molten metal in die casting of an aluminum alloy. When the amount of Si is 5% or more by weight, the fluidity of the molten metal can be improved, and when it is 12% or less, the elongation of the die cast product can be secured. Therefore, the aluminum die casting alloy according to this embodiment The amount of Si is preferably 5% or more and 12% or less.
(Mg:0.1〜1.0%)
Mgは、Al−Si系合金に添加される場合、Al(α相)に固溶する固溶強化元素として、またMg系析出相を生成させる析出強化元素として働く元素である。図1(A)に一例を示すように、Al−Si系合金においてMg量が増加すると、ダイカスト鋳造品の耐力が向上する傾向がある。また、図1(B)に一例を示すように、Al−Si系合金においてMg量が増加すると、ダイカスト鋳造品の伸びが低下する傾向がある。
さらに、Mgを含むAl−Si系合金に焼入れや溶体化処理を行った場合、Mgを過飽和に固溶する過飽和固溶体が形成され、自然時効または人工時効処理により強度を向上可能なアルミダイカスト合金を得ることができる。
そして、Mg量が0.1%以上の場合に明確な強度向上効果を得ることができ、1.0%以下の場合に靭性を確保できるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のMg量は、0.1%以上、1.0%以下であることが好ましい。
(Mg: 0.1-1.0%)
Mg, when added to an Al—Si based alloy, is an element that acts as a solid solution strengthening element that dissolves in Al (α phase) and as a precipitation strengthening element that generates a Mg based precipitated phase. As shown in FIG. 1A as an example, when the amount of Mg in the Al—Si alloy increases, the yield strength of the die cast product tends to be improved. Further, as shown in FIG. 1B, when the amount of Mg in the Al—Si alloy increases, the elongation of the die cast product tends to decrease.
Furthermore, when quenching or solution treatment is performed on an Al-Si alloy containing Mg, a supersaturated solid solution in which Mg is supersaturated is formed, and an aluminum die-cast alloy that can improve strength by natural aging or artificial aging treatment Obtainable.
And when the Mg content is 0.1% or more, a clear strength improvement effect can be obtained, and when 1.0% or less, toughness can be secured, the Mg content of the aluminum die casting alloy according to this embodiment is 0.1% or more and 1.0% or less is preferable.
(Fe:0.16%以上)
Feは、Al−Si系合金のダイカスト鋳造において、靭性を低下させる元素である。図2に一例を示すように、Al−Si系合金においてFe量が増加すると、ダイカスト鋳造品の伸びが低下する傾向がある。これは、Feの含有量が多くなると、靭性を低下させる針状のAl−Si−Fe系金属間化合物が多く生成されるためである。
一方、Feは、アルミニウム合金をダイカスト鋳造する際、金型への焼き付きを防止する性質(以下、離型性と記載する)を向上させる効果を持つ元素である。
前記針状のAl−Si−Fe系金属間化合物の生成は、後述するようにMnの添加により抑制可能であること、また、Fe量が0.16%以上の場合には離型性向上効果を確保できることから、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のFe量は、0.16%以上であることが好ましい。後述する実施例のように、Fe量が0.8%以下の場合にはMnの添加により非常に良好な靭性を確保できることから、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のFe量は、0.16%以上0.8%以下であることがより一層好ましい。
(Fe: 0.16% or more)
Fe is an element that lowers toughness in die casting of an Al—Si alloy. As shown in FIG. 2, when the amount of Fe increases in the Al—Si based alloy, the elongation of the die cast product tends to decrease. This is because when the Fe content is increased, more acicular Al—Si—Fe intermetallic compounds that reduce toughness are produced.
On the other hand, Fe is an element having an effect of improving the property of preventing seizure to a mold (hereinafter referred to as mold release property) when die casting an aluminum alloy.
The formation of the needle-like Al—Si—Fe intermetallic compound can be suppressed by adding Mn, as will be described later, and when the Fe content is 0.16% or more, the mold releasability is improved. Therefore, the amount of Fe in the aluminum die cast alloy according to this embodiment is preferably 0.16% or more. As in the examples described later, when the Fe amount is 0.8% or less, very good toughness can be secured by adding Mn. Therefore, the Fe amount of the aluminum die cast alloy according to the present embodiment is 0.16. % To 0.8% is even more preferable.
(Mn:1.5%以下)
Mnは、Feを含むAl−Si系合金に添加されると、靭性に悪影響しない塊状のAl−Si−Fe−Mn系の金属間化合物を生成し、上述した針状のAl−Si−Fe系金属間化合物の生成を抑制する元素である。すなわち、Fe量が多いAl−Si系合金をダイカスト鋳造する場合であっても、Mnを添加することによりダイカスト鋳造品の靭性を確保することができる。
一方、Mnは多量添加されるとダイカスト鋳造品の靭性を低下させる元素でもある。
Mn量が1.5%以下であれば、ダイカスト鋳造品の伸びを確保できるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のMn量は、1.5%以下であることが好ましい。後述する実施例のように、Fe量が0.8%と多い場合であっても、Mn量が0.3%以上の場合には非常に良好な靭性を確保できることから、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のMn量は、0.3%以上1.5%以下であることがより一層好ましい。
(Mn: 1.5% or less)
When Mn is added to an Al-Si-based alloy containing Fe, it produces a massive Al-Si-Fe-Mn-based intermetallic compound that does not adversely affect toughness, and the above-described acicular Al-Si-Fe-based compound It is an element that suppresses the formation of intermetallic compounds. That is, even when Al-Si alloy having a large amount of Fe is die cast, the toughness of the die cast product can be ensured by adding Mn.
On the other hand, when Mn is added in a large amount, it is also an element that lowers the toughness of the die cast product.
If the amount of Mn is 1.5% or less, the elongation of the die cast product can be secured. Therefore, the amount of Mn of the aluminum die cast alloy according to this embodiment is preferably 1.5% or less. Even in the case where the Fe amount is as large as 0.8% as in the examples described later, very good toughness can be ensured when the Mn amount is 0.3% or more. The amount of Mn in the aluminum die cast alloy is more preferably 0.3% or more and 1.5% or less.
(Cu:1.0%以下、Zn:2.0%以下)
Cu量が1.0%を超える場合、またはZn量が2.0%を超える場合は、ダイカスト鋳造品の靭性が低下するため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のCu量、Zn量は、それぞれ1.0%以下、2.0%以下であることが好ましい。
(Cu: 1.0% or less, Zn: 2.0% or less)
When the amount of Cu exceeds 1.0%, or the amount of Zn exceeds 2.0%, the toughness of the die cast product decreases, so the amount of Cu and the amount of Zn in the aluminum die casting alloy according to the present embodiment are: It is preferably 1.0% or less and 2.0% or less, respectively.
(Ti:0.03〜0.2%、Sr:0.005〜0.2%の両方あるいはどちらか一方を添加)
Tiは、Al−Si系合金のダイカスト鋳造において、初晶α相(Al)を微細化してダイカスト鋳造品の強度および靭性を向上させる効果を持つ元素である。初晶α相(Al)の微細化は、すなわちデンドライトの微細化および二次デンドライトアームスペーシング(DASII)の縮小である。図3に一例を示すように、二次デンドライトアームスペーシングが小さいほど、ダイカスト鋳造品の疲労強度が高くなることが知られている。
一方、Srは、Al−Si系合金のダイカスト鋳造において、共晶Siを微細化し、ダイカスト鋳造品の強度および靭性を向上させる効果を有する元素である。図4に一例を示すように、Al−Si系合金のダイカスト鋳造において、Srを添加するとダイカスト鋳造品の伸びが向上する。
そして、Ti量が0.03%以上であれば強度および靭性を明確に向上させることができるが、0.2%を超えると、それ以上添加しても効果が変わらなくなる。また、同様にSr量が0.005%以上であれば強度および靭性を明確に向上させることができるが、0.2%を超えると、それ以上添加しても効果が変わらなくなる。
そこで、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、強度および靭性の向上のために0.03%以上のTiあるいは0.005%以上のSrを含んでいることが好ましく、強度および靭性をさらに向上させるために0.03%以上のTiおよび0.005%以上のSrを両方含んでいるとさらに好ましい。さらに、本実施形態に係るアルミダイカスト合金のTi量、Sr量は、経済性の観点からどちらも0.2%以下であることがより好ましい。
(Ti: 0.03 to 0.2%, Sr: 0.005 to 0.2% or either one is added)
Ti is an element having an effect of improving the strength and toughness of a die cast product by refining the primary α phase (Al) in die casting of an Al—Si based alloy. Refinement of the primary α phase (Al) is dendrite refinement and secondary dendrite arm spacing (DASII) reduction. As shown in FIG. 3, it is known that the fatigue strength of a die cast product increases as the secondary dendrite arm spacing decreases.
On the other hand, Sr is an element having an effect of making eutectic Si finer and improving the strength and toughness of the die-cast product in die-casting of an Al-Si alloy. As shown in FIG. 4, in the die-casting of an Al—Si alloy, when Sr is added, the elongation of the die-cast product is improved.
If the Ti content is 0.03% or more, the strength and toughness can be clearly improved, but if it exceeds 0.2%, the effect will not change even if it is added more. Similarly, if the amount of Sr is 0.005% or more, the strength and toughness can be clearly improved, but if it exceeds 0.2%, the effect will not change even if it is added more.
Therefore, the aluminum die cast alloy according to the present embodiment preferably contains 0.03% or more of Ti or 0.005% or more of Sr in order to improve strength and toughness, and further improves the strength and toughness. Therefore, it is more preferable to contain both 0.03% or more of Ti and 0.005% or more of Sr. Furthermore, the Ti amount and the Sr amount of the aluminum die casting alloy according to the present embodiment are more preferably 0.2% or less from the viewpoint of economy.
(ダイカスト後、0〜5分以内で水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液にて急冷)
図5に一例を示すように、Al−Si系合金のダイカスト鋳造において、ダイカスト後焼入れまでの時間が短いと、ダイカスト鋳造品の耐力が向上し、ダイカスト後焼入れまでの時間が長くなると、ダイカスト鋳造品の耐力が低下する傾向がある。これは、ダイカスト後、焼入れまでの時間が短ければ、焼入れ時の温度が高く維持されて、凝固開始時における冷却速度が速くなりデンドライトが微細化されるが、焼入れまでの時間が長ければ、焼入れ時の温度が凝固点を下回り、凝固開始時の冷却速度が遅くなりデンドライトの微細化が生じないためである。
また、一般に、焼入れに用いる液体の温度を低くすれば、焼入れ前後の温度差を大きくして凝固開始時の冷却速度をより速くすることができ、デンドライトをより微細化することができる。
本実施形態における化学成分重量比の要件を満たす合金は、ダイカスト後、0〜5分以内で水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液にて急冷すれば、焼入れにより高い強度と高い靭性とを両立させることができる。一方で、ダイカスト後、焼入れまでの時間が5分を超える場合や、焼入れに用いる液体の温度が100℃を超える場合には、焼入れを行っても高い強度を得ることができない。このため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、ダイカスト後、0分以上5分以内で、水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液により急冷されることが好ましい。さらに、ダイカスト鋳造後、焼入れまでの時間を1分以内とすれば、焼入れ前の温度低下を最小限として確実に強度向上効果と機械的性質の均一化効果を得ることができるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、ダイカスト後、1分以内で、水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液により急冷されることが、より一層好ましい。
(After die-casting, quenching with water within 0 to 5 minutes or quenching with a cooling aqueous solution of 100 ° C or less)
As shown in FIG. 5, in die casting of an Al—Si alloy, if the time until quenching after die casting is short, the yield strength of the die casting product is improved, and if the time until quenching after die casting is long, die casting There is a tendency for the yield strength of the product to decrease. This is because if the time until quenching is short after die casting, the temperature during quenching is maintained high, the cooling rate at the start of solidification is increased and the dendrite is refined, but if the time until quenching is long, quenching is performed. This is because the temperature at that time is below the freezing point, the cooling rate at the start of solidification is slow, and dendrite is not refined.
In general, if the temperature of the liquid used for quenching is lowered, the temperature difference before and after quenching can be increased, the cooling rate at the start of solidification can be increased, and the dendrite can be further refined.
An alloy that satisfies the requirements of the chemical component weight ratio in the present embodiment can achieve both high strength and high toughness by quenching if quenched in water or within a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less within 0 to 5 minutes after die casting. be able to. On the other hand, when the time until quenching after die casting exceeds 5 minutes or when the temperature of the liquid used for quenching exceeds 100 ° C., high strength cannot be obtained even if quenching is performed. For this reason, it is preferable that the aluminum die-casting alloy according to the present embodiment is quenched by water quenching or a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less within 0 to 5 minutes after die casting. Furthermore, if the time until quenching after die casting is within 1 minute, the temperature drop before quenching can be minimized and the effect of improving the strength and the effect of equalizing the mechanical properties can be surely obtained. More preferably, the aluminum die-casting alloy according to the present invention is quenched by water quenching or a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less within 1 minute after die casting.
(焼入れ後、100〜300℃の温度に加熱保持)
図6に一例を示すように、Mgを含むAl−Si系合金において、ダイカスト鋳造後に焼入れを行い、その後、人工時効処理(加熱保持)を行う場合、ダイカスト鋳造品の強度の指標である硬さ(ロックウェル硬さ)は、時間経過とともに速やかに上昇した後、一定となる傾向がある。
そして、この実施形態における化学成分重量比の要件を満たす合金を、ダイカスト鋳造後、上述した条件で焼入れし、焼入れ後100℃以上300℃以下の温度で加熱保持した場合には、時効硬化を速やかに進行させて短時間で強度を向上させることができるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、焼入れ後100℃以上300℃以下の温度で加熱保持されることが好ましい。さらに、上記加熱保持時間を2時間以上24時間以内とすれば、時効硬化を十分に進行させ、かつ過時効には至っていない状態として、ダイカスト鋳造品の硬さを十分に上昇させることができるため、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、焼入れ後100℃以上300℃以下の温度で2時間以上24時間以内の時間、加熱保持されることがより一層好ましい。また、上記加熱保持の際、本実施形態に係るアルミダイカスト合金は、所定の昇温速度で加熱される。
(After quenching, heated to 100-300 ° C)
As shown in FIG. 6, in an Al—Si based alloy containing Mg, when hardening is performed after die casting, and then artificial aging treatment (heating and holding) is performed, hardness which is an index of strength of the die cast product (Rockwell hardness) tends to be constant after increasing rapidly with time.
Then, when the alloy satisfying the requirements of the chemical component weight ratio in this embodiment is die-casted and quenched under the above-described conditions, and after being quenched and maintained at a temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, age hardening is quickly performed. Therefore, the aluminum die casting alloy according to this embodiment is preferably heated and held at a temperature of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower after quenching. Furthermore, if the heating and holding time is 2 hours or more and 24 hours or less, the age hardening can be sufficiently advanced and the hardness of the die cast product can be sufficiently increased in a state where it has not been overaged. The aluminum die casting alloy according to the present embodiment is more preferably heated and held at a temperature of 100 ° C. or more and 300 ° C. or less after quenching for a period of 2 hours to 24 hours. Further, during the heating and holding, the aluminum die casting alloy according to the present embodiment is heated at a predetermined temperature increase rate.
本実施形態によれば、化学成分の重量比を上記範囲に調整したうえでダイカスト鋳造し、ダイカスト鋳造後に上記条件の熱処理を施すので、靭性低下を招く針状のFe系金属間化合物の生成を抑制しつつ金属組織を微細化することができ、高い靭性を確保しながらも高い強度を得ることができる。これにより、例えば低コストな再生塊アルミニウムなどの、Feを多く含む原料を使用した場合であっても、ダイカスト鋳造および鋳造後の熱処理によって、高強度と高靭性を併せ持ち、自動車や二輪車において強度を要求される部品としても好適なアルミダイカスト合金を得ることができる。
また、本実施形態によれば、焼入れまでの温度低下が少なくなり、焼入れ直前の温度が高く維持され、焼入れ前の部分的な凝固開始を防止することができるので、確実に、機械的性質が均一で、高強度かつ高靭性なアルミダイカスト合金を得ることができる。
また、本実施形態によれば、時効硬化を速やかに進行させることができるので、短時間で、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
さらに、本実施形態によれば、時効硬化を確実かつ十分に発生させることができるので、確実に、高い靭性と、より高い強度とを併せ持つアルミダイカスト合金を得ることができる。
According to the present embodiment, the weight ratio of chemical components is adjusted to the above range, and die casting is performed, and heat treatment under the above conditions is performed after die casting, so that acicular Fe-based intermetallic compounds that cause toughness reduction are generated. The metal structure can be refined while suppressing, and high strength can be obtained while ensuring high toughness. As a result, even when raw materials containing a large amount of Fe, such as low-cost recycled ingot aluminum, are used, both high strength and high toughness are achieved by die casting and heat treatment after casting. An aluminum die-cast alloy suitable as a required part can be obtained.
Further, according to the present embodiment, the temperature drop until quenching is reduced, the temperature immediately before quenching is maintained high, and partial solidification start before quenching can be prevented, so that the mechanical properties are ensured. A uniform, high-strength and high-toughness aluminum die-cast alloy can be obtained.
Moreover, according to this embodiment, age hardening can be advanced rapidly, so that an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained in a short time.
Furthermore, according to the present embodiment, age hardening can be reliably and sufficiently generated, so that an aluminum die cast alloy having both high toughness and higher strength can be obtained with certainty.
[実施例]
実施例では、化学成分重量比が、Si:8.5%、Mg:0.15%、Fe:0.8%、Mn:0.03%、Cu:0.01%、Zn:0.01%、残部がAlおよび不可避的不純物からなる再生塊アルミニウムを溶解したうえで、Mn、Ti、Srの添加を行い、化学成分重量比が、Si:8.5%、Mg:0.15%、Fe:0.8%、Mn:0.3%、Cu:0.01%、Zn:0.01%、Ti:0.04%、Sr:0.01%、残部がAlおよび不可避的不純物からなる溶湯を調整した。
[Example]
In the examples, the chemical component weight ratio was Si: 8.5%, Mg: 0.15%, Fe: 0.8%, Mn: 0.03%, Cu: 0.01%, Zn: 0.01 %, The rest of the reclaimed aluminum composed of Al and inevitable impurities is dissolved, Mn, Ti, Sr is added, and the chemical component weight ratio is Si: 8.5%, Mg: 0.15%, Fe: 0.8%, Mn: 0.3%, Cu: 0.01%, Zn: 0.01%, Ti: 0.04%, Sr: 0.01%, the balance from Al and inevitable impurities Adjusted the molten metal.
続いて、上記溶湯を、二輪車用ホイ−ル形成用の金型を備えた通常のダイカストマシンによりダイカスト鋳造し、二輪車用ホイールを作製した。
ダイカスト金型の型開き後、上記二輪車用ホイールを速やかに冷却水溶液中に浸漬し焼入れを行った。この際、ダイカスト鋳造後、焼入れまでの時間は1分、焼入れ前の冷却水溶液の温度は50℃であった。
その後、上記焼入れ後の二輪車用ホイールを時効処理炉中に保持し、180℃、4時間の人工時効処理(加熱保持)を行った。
人工時効処理後、上記二輪車用ホイールを切断、機械加工して引張試験片を作製し、この引張試験片の機械的特性を引張試験機で測定した。
Subsequently, the molten metal was die-cast by an ordinary die-casting machine equipped with a mold for forming a wheel for a motorcycle to produce a wheel for a motorcycle.
After the die casting mold was opened, the motorcycle wheel was immediately immersed in a cooling aqueous solution and quenched. At this time, the time until quenching after die casting was 1 minute, and the temperature of the cooling aqueous solution before quenching was 50 ° C.
Thereafter, the two-wheeled vehicle wheel after quenching was held in an aging furnace, and an artificial aging treatment (heated holding) at 180 ° C. for 4 hours was performed.
After the artificial aging treatment, the motorcycle wheel was cut and machined to produce a tensile test piece, and the mechanical properties of the tensile test piece were measured with a tensile tester.
[比較例1]
比較例1では、実施例と同一の溶湯を、実施例と同一条件でダイカスト鋳造して二輪車用ホイールを作製した。ダイカスト鋳造後の熱処理は実施せず鋳放しとした。
続いて、上記二輪車用ホイールを切断、機械加工して引張試験片を作製し、この引張試験片の機械的特性を引張試験機で測定した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a motorcycle wheel was manufactured by die casting the same molten metal as in the example under the same conditions as in the example. The heat treatment after die casting was not carried out, and the casting was left as it was.
Subsequently, the motorcycle wheel was cut and machined to produce a tensile test piece, and the mechanical properties of the tensile test piece were measured with a tensile tester.
[比較例2]
比較例2では、実施例と同一の再生塊アルミニウムを溶解して、化学成分重量比が、Si:8.5%、Mg:0.15%、Fe:0.8%、Mn:0.03%、Cu:0.01%、Zn:0.01%、残部がAlおよび不可避的不純物からなる溶湯を調整した。
続いて、上記溶湯を、実施例と同一条件でダイカスト鋳造して二輪車用ホイールを作製した。ダイカスト鋳造後の熱処理は実施せず鋳放しとした。
続いて、上記二輪車用ホイールを切断、機械加工して引張試験片を作製し、この引張試験片の機械的特性を引張試験機で測定した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the same regenerated ingot aluminum as in Example was dissolved, and the chemical component weight ratios were Si: 8.5%, Mg: 0.15%, Fe: 0.8%, Mn: 0.03. %, Cu: 0.01%, Zn: 0.01%, and the remainder comprising Al and inevitable impurities was prepared.
Subsequently, the molten metal was die-cast under the same conditions as in the example to produce a wheel for a motorcycle. The heat treatment after die casting was not carried out, and the casting was left as it was.
Subsequently, the motorcycle wheel was cut and machined to produce a tensile test piece, and the mechanical properties of the tensile test piece were measured with a tensile tester.
図7は、実施例、比較例1および比較例2のアルミダイカスト合金の機械的特性を示す図表である。
実施例のアルミダイカスト合金は、Feを0.8%と多く含有しているにもかかわらず、150MPaを超える高い耐力と、7.5%を超える高い伸びとを示した。
一方、比較例1のアルミダイカスト合金は耐力が105MPaと低く、比較例2のアルミダイカスト合金は伸びが5.1%と低かった。
FIG. 7 is a chart showing mechanical properties of the aluminum die cast alloys of Examples, Comparative Examples 1 and 2.
The aluminum die-cast alloy of the example showed a high yield strength exceeding 150 MPa and a high elongation exceeding 7.5% despite containing a large amount of Fe of 0.8%.
On the other hand, the yield strength of the aluminum die cast alloy of Comparative Example 1 was as low as 105 MPa, and the elongation of the aluminum die cast alloy of Comparative Example 2 was as low as 5.1%.
以上本発明の実施形態を詳述したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ダイカスト鋳造法の一例として通常ダイカスト鋳造法を挙げて説明したが、高真空ダイカスト鋳造法を施すことも勿論可能である。なお、前記加熱、急冷処理を2回以上行ってもよい。このようにすれば、金属組織を均質化しやすくなる。
また、本発明のアルミダイカスト合金は、四輪自動車、自動二輪車、或いは他の用途に用いられる各種ダイカスト部品、例えば四輪自動車のサブフレーム、エンジン部品、トランスミッションケース、自動二輪車のフレーム、スイングアーム、エンジン部品、トランスミッションケースなどに適用可能であり、その用途については何ら限定されず、その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this. For example, the normal die casting method has been described as an example of the die casting method, but the high vacuum die casting method is performed. Of course it is also possible. The heating and quenching processes may be performed twice or more. If it does in this way, it will become easy to homogenize a metal structure.
In addition, the aluminum die casting alloy of the present invention is a variety of die casting parts used for automobiles, motorcycles, and other applications, such as subframes, engine parts, transmission cases, motorcycle frames, swing arms, The present invention can be applied to engine parts, transmission cases, etc., and uses thereof are not limited at all, and the present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the spirit of the present invention.

Claims (4)

  1. Al−Siをベースとする車両材料用アルミダイカスト合金であって、
    該合金は、重量%でSi:5〜12%、Mg:0.1〜1.0%、Fe:0.16%以上、Mn:1.5%以下、Cu:1.0%以下、Zn:2.0%以下とし、
    その他、金属組織の微細化のため、Ti:0.03〜0.2%、Sr:0.005〜0.2%を、どちらか一方あるいは両方添加して、残部がAlおよび不可避的不純物からなる合金をダイカストし、
    ダイカスト後、0〜5分以内で、水焼入れあるいは100℃以下の冷却水溶液にて急冷することを特徴とする車両材料用アルミダイカスト合金。
    An aluminum die casting alloy for vehicle material based on Al-Si,
    The alloy contains, by weight, Si: 5 to 12%, Mg: 0.1 to 1.0%, Fe: 0.16% or more, Mn: 1.5% or less, Cu: 1.0% or less, Zn : 2.0% or less,
    In addition, in order to refine the metal structure, Ti: 0.03 to 0.2%, Sr: 0.005 to 0.2%, either or both are added, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Die casting the alloy
    An aluminum die-casting alloy for vehicle materials characterized by quenching with water quenching or a cooling aqueous solution of 100 ° C. or less within 0 to 5 minutes after die casting.
  2. 前記水焼入れあるいは冷却水溶液での急冷はダイカスト後、1分以内に行うことを特徴とする請求項1に記載の車両材料用アルミダイカスト合金。   The aluminum die casting alloy for vehicle materials according to claim 1, wherein the water quenching or the rapid cooling with a cooling aqueous solution is performed within 1 minute after die casting.
  3. 前記水焼入れあるいは冷却水溶液での急冷後、100〜300℃で加熱保持したことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両材料用アルミダイカスト合金。   The aluminum die-casting alloy for vehicle materials according to claim 1 or 2, wherein the aluminum die-casting alloy for vehicle materials is heated and held at 100 to 300 ° C after the water quenching or quenching with a cooling aqueous solution.
  4. 前記加熱保持の加熱時間は、2〜24時間とすることを特徴とする請求項3に記載の車両材料用アルミダイカスト合金。   The aluminum die-casting alloy for vehicle materials according to claim 3, wherein the heating time for the heating and holding is 2 to 24 hours.
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