JP2019104953A - Aluminum die casting alloy, automobile member having aluminum die casting alloy, and production method of aluminum die casting alloy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウムダイカスト合金に係り、更に詳細には、強度と延性を両立させた車体構造部材などに好適なアルミニウムダイカスト合金に関する。 The present invention relates to an aluminum die casting alloy, and more particularly, to an aluminum die casting alloy suitable for a vehicle body structural member having both strength and ductility.
従来から自動車の軽量化を図るためにアルミニウム合金が用いられており、エンジンのシリンダーブロックやオイルパンなどのパワートレイン構造部品は、鋳造法により製造できる。 Conventionally, aluminum alloys have been used to reduce the weight of automobiles, and powertrain structural components such as engine cylinder blocks and oil pans can be manufactured by a casting method.
鋳造法のうちダイカスト法は、溶融金属を高圧で金型内に注入し迅速に凝固させて成形する方法であり、他の鋳造法よりも寸法精度が高く、複雑な形状の成形が可能であり、薄肉の成形品を得ることができる。 Among the casting methods, the die casting method is a method in which molten metal is poured into a mold at high pressure and solidified rapidly for forming, and it has higher dimensional accuracy than other casting methods, and can form complicated shapes. And thin-walled molded articles can be obtained.
近年では、パワートレイン構造部品だけでなく、ショックタワーやサスペンションメンバーなどの車体部材にもアルミニウムダイカスト合金が使用され始めている。 In recent years, aluminum die cast alloys have begun to be used not only for power train structural parts but also for vehicle members such as shock towers and suspension members.
特許文献１の特開２０１２−１０７２６８号公報には、Ａｌ‐Ｍｎ系合金を所定の化学組成にすることで凝固割れをほとんど生じない安定した鋳造性と、高い機械的特性とを有する鋳物を得ることができる旨が記載されている。 In JP 2012-107268 A of Patent Document 1, by making an Al-Mn alloy a predetermined chemical composition, it is possible to obtain a cast having stable castability that hardly causes solidification cracking and high mechanical properties. It states that you can do it.
アルミニウムダイカスト合金を車体構造部材に用いる場合は、上記パワートレイン構造部品とは異なり、車体部材に使用されるアルミニウムダイカスト合金には、強度だけでなく、変形による衝突荷重のエネルギー吸収性も要求される。 In the case of using an aluminum die-casting alloy for a vehicle body structural member, the aluminum die-casting alloy used for the vehicle body member is required to have not only strength but also energy absorption of collision load due to deformation, unlike the powertrain structural component .
特に、アルミニウムダイカスト合金製のフレームは、衝突荷重のエネルギー吸収性に加えて、 異種材料と接合する必要があるため、ボルト締結ではなく、セルフピアーシングリベット（ＳＰＲ）締結にも適応できる延性が要求される。 In particular, a frame made of aluminum die-casting alloy requires ductility that can be adapted to self-piercing rivet (SPR) fastening instead of bolt fastening because it is necessary to join with dissimilar materials in addition to energy absorption of collision load. Be done.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強度と延性とを両立させたアルミニウムダイカスト合金を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an aluminum die-cast alloy having both strength and ductility.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の化学組成のダイカスト成形後のアルミニウム合金の鋳造塊（以下、単に鋳造塊ということがある。）に対し、所定の温度での熱処理を行うことにより、上記目的が達成できることを見出した。
すなわち、通常の溶体化処理よりも低くかつ時効処理よりも高い温度で熱処理を行うことで、母相中の固溶原子により固溶強化され、Ｓｉを含む硬い粒子が球状化して切欠き効果が緩和されて、強度と延性とを両立させることができ、本発明を完成するに至った。
As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventor has determined a predetermined temperature for a cast mass of aluminum alloy after die casting with a predetermined chemical composition (hereinafter may be simply referred to as a cast mass). It has been found that the above object can be achieved by performing the heat treatment in the above.
That is, by performing heat treatment at a temperature lower than ordinary solution treatment and higher than aging treatment, solid solution strengthening is achieved by solid solution atoms in the matrix, hard particles containing Si are spheroidized, and a notch effect is obtained. As a result, the strength and the ductility can be reconciled, and the present invention is completed.
即ち、本発明のアルミニウムダイカスト合金は、
ケイ素（Ｓｉ）を９〜１１．５質量％、
マンガン（Ｍｎ）を０．４〜０．８質量％、
マグネシウム（Ｍｇ）を０．１〜０．５質量％の割合で含み、
残部がアルミニウム（Ａｌ）と、０．２５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．１質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）と不可避不純物からなる化学組成を有し、
アルミニウムを含む母相と、アスペクト比が１．０〜２．５のケイ素を含む粒子を有する金属組織を有し、
導電率が、３７％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。
That is, the aluminum die-casting alloy of the present invention is
9 to 11.5% by mass of silicon (Si),
0.4 to 0.8 mass% of manganese (Mn),
Containing magnesium (Mg) in a proportion of 0.1 to 0.5% by mass,
The balance has a chemical composition comprising aluminum (Al), iron (Fe) of not more than 0.25% by mass, zinc (Zn) of not more than 0.1% by mass, and unavoidable impurities,
A metallographic structure having a matrix containing aluminum and particles containing silicon having an aspect ratio of 1.0 to 2.5,
It is characterized in that the conductivity is 37% IACS or less.
また、本発明の自動車用部材は、上記アルミニウムダイカスト合金を用いたことを特徴とする。 Moreover, the member for motor vehicles of this invention used the said aluminum die-cast alloy, It is characterized by the above-mentioned.
さらに、本発明のアルミニウムダイカスト合金の製造方法は、成形されたアルミニウム合金の鋳造塊に対し、３００〜４２０℃に加熱して３０分間〜２．０時間保持し、その後冷却する熱処理工程を有することを特徴とする。 Furthermore, the method for producing an aluminum die-casting alloy according to the present invention has a heat treatment step of heating to 300 to 420 ° C., holding for 30 minutes to 2.0 hours, and then cooling the cast aluminum alloy casting mass. It is characterized by
本発明によれば、アルミニウムに固溶した異種元素の量を多くして固溶強化すると共にＳｉなどを含む硬い粒子による切欠き効果を緩和することとしたため、強度と延性とが両立したアルミニウムダイカスト合金を提供することができる。 According to the present invention, the amount of foreign elements dissolved in aluminum is increased to achieve solid solution strengthening, and the notch effect of hard particles containing Si and the like is alleviated. An alloy can be provided.
本発明のアルミニウムダイカスト合金について詳細に説明する。
上記アルミニウムダイカスト合金は、
ケイ素（Ｓｉ）を９〜１１．５質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．４〜０．８質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．１〜０．５質量％の割合で含み、残部がアルミニウム（Ａｌ）と、０．２５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．１質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）と不可避不純物からなる化学組成を有し、アルミニウムを含む母相と、アスペクト比が１．０〜２．５のケイ素を含む粒子を有する金属組織を有し、導電率が、３７％ＩＡＣＳ以下である。
The aluminum die-casting alloy of the present invention will be described in detail.
The above aluminum die casting alloy is
9 to 11.5 mass% of silicon (Si), 0.4 to 0.8 mass% of manganese (Mn), 0.1 to 0.5 mass% of magnesium (Mg), the balance being aluminum It has a chemical composition of (Al), iron (Fe) of 0.25% by mass or less, zinc (Zn) of 0.1% by mass or less, and unavoidable impurities, and a matrix phase containing aluminum, and an aspect ratio It has a metallographic structure having particles containing silicon of 1.0 to 2.5, and the conductivity is 37% IACS or less.
＜金属組織＞
上記アルミニウムダイカスト合金は、Ａｌを主成分とする母相（α―Ａｌ相）と、晶出したＳｉを含む粒子と、を有し、上記Ｓｉを含む粒子が母相の周囲に分散している。
そして、上記Ｓｉを含む粒子（以下、強化粒子ということがある。）のアスペクト比が１．０〜２．５であり、母相のＡｌには、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎなどの異種元素が多く固溶した導電率が３７％ＩＡＣＳ以下である金属組織を有する。
<Metal structure>
The aluminum die-casting alloy has a matrix phase (α-Al phase) mainly composed of Al and particles containing crystallized Si, and the particles containing Si are dispersed around the matrix phase .
And, the aspect ratio of the particles containing Si (hereinafter sometimes referred to as reinforcing particles) is 1.0 to 2.5, and for the matrix of Al, different elements such as Mg, Mn, Fe, Zn, etc. It has a metal structure in which the conductivity in which a large amount of solid solution is present is 37% IACS or less.
ここで、上記導電率について説明する。
導電率（％ＩＡＣＳ）は、国際標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄｅｒｄ）の電気抵抗値、１．７２４１×１０−８Ω・ｍを１００とし、合金板の導電率を相対比（％）で表示したものであり、導電率は固溶している異種元素の量に影響を受ける。
Here, the conductivity will be described.
The conductivity (% IACS) is expressed as the relative ratio (%) of the electrical conductivity of the alloy plate, with the electrical resistance value of the international standard copper (Std) being 1.7241 × 10 -8 Ω · m being 100. The conductivity is influenced by the amount of foreign elements in solid solution.
つまり、アルミニウムダイカスト合金のうち、純アルミニウムの導電率が最も高いため、アルミニウムに異種元素が固溶して均一かつ無秩序に分布すると、アルミニウム合金中の導電経路が寸断されて導電率が大きく減少する。
これに対し、アルミニウムに異種元素が固溶せずに、晶出物、析出物として存在する場合は、アルミニウムダイカスト合金の金属組織中に、異種元素が偏析して導電経路を寸断しないため、アルミニウム合金中の導電経路が確立され、異種元素の導電率への影響が小さくなり、純アルミニウムの導電率に近づく。
したがって、導電率は、固溶している異種元素の量の代用評価とすることができる。
That is, since the conductivity of pure aluminum is the highest among aluminum die-casting alloys, if different elements are dissolved in aluminum and uniformly and disorderly distributed, the conductive path in the aluminum alloy is cut and the conductivity is greatly reduced. .
On the other hand, when different elements do not form a solid solution in aluminum and exist as crystallized products or precipitates, the different elements are segregated in the metal structure of the aluminum die-casting alloy and the conductive path is not cut off. A conductive path in the alloy is established, the influence on the conductivity of the different elements is reduced and it approaches the conductivity of pure aluminum.
Therefore, the conductivity can be a substitute evaluation of the amount of foreign elements in solid solution.
上記アルミニウムダイカスト合金は、導電率が３７％ＩＡＣＳ以下であり、アルミニウム中に固溶した異種元素の固溶量が多く、母相自体が固溶強化されているのに加えて、上記強化粒子よって分散強化され、母相全体の転位運動が抑制されているため、高い強度を有する。 The aluminum die cast alloy has a conductivity of 37% IACS or less, a large amount of solid solution elements of different elements dissolved in aluminum, and the matrix phase itself is solid solution strengthened, and the reinforcing particles It has high strength due to dispersion strengthening and suppression of dislocation motion throughout the matrix.
そして、上記強化粒子のアスペクト比が１．０〜２．５であり、丸みを帯びた形状であるため、大きな応力を受けたときには、ケイ素を含む粒子と母相との界面に応力が集中せずに切欠き効果が緩和され、母相が周囲の強化粒子を乗り越えるように転位するため、強度と延性とを両立させることができる。 And since the aspect ratio of the above-mentioned reinforcement particle is 1.0-2.5 and it is round shape, stress is concentrated on the interface of particle containing silicon and mother phase when receiving large stress. Since the notch effect is alleviated and the matrix phase is displaced so as to overcome the surrounding reinforcing particles, both strength and ductility can be achieved.
上記母相の大きさは、１５μｍ以下であることが好ましい。また、上記強化粒子の平均径は０．０１〜５μｍであることが好ましい。金属組織が均一かつ微細に分布することで、応力が分散されて機械的強度が向上する。 The size of the matrix is preferably 15 μm or less. Moreover, it is preferable that the average diameter of the said reinforcement particle | grain is 0.01-5 micrometers. The uniform and fine distribution of the metal structure disperses the stress and improves the mechanical strength.
上記アルミニウムダイカスト合金の金属組織は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で得た画像を解析することで測定できる。 The metallographic structure of the aluminum die-cast alloy can be measured by analyzing an image obtained by an electron probe microanalyzer (EPMA).
上記強化粒子のアスペクト比は、金属組織の任意の部位の画像（０．０８７ｍｍ×０．０６３ｍｍ：視野サイズ）を１０視野観察し、その中に含まれる強化粒子について短径と長径との比（長径／短径）を求め、その平均値により定められる。
また、長径の平均を強化粒子の平均径とした。
The aspect ratio of the above-mentioned reinforced particles is obtained by observing an image of any part of the metal structure (0.087 mm × 0.063 mm: field size) in 10 fields of view, and the ratio of the minor axis to the major axis of the reinforced particles contained therein The major axis / minor axis is determined and determined by the average value.
Also, the average of the major diameter was taken as the average diameter of the reinforcing particles.
上記母相の大きさは、粒状晶から成る方向性のないデンドライトセルを無作為に抽出し、セル境界に任意にひかれた直線の長さをその間に含まれるセルの数で除することで定められる。 The size of the parent phase is determined by randomly extracting non-oriented dendrite cells composed of granular crystals and dividing the length of a straight line randomly drawn at the cell boundary by the number of cells contained in between. Be
＜化学組成＞
上記アルミニウムダイカスト合金は、ケイ素（Ｓｉ）を９〜１１．５質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．４〜０．８質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．１〜０．５質量％の割合で含み、残部がアルミニウム（Ａｌ）と、０．２５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．１質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）と不可避不純物からなり、高強度、高延性を有する。
<Chemical composition>
The above aluminum die cast alloy contains 9 to 11.5% by mass of silicon (Si), 0.4 to 0.8% by mass of manganese (Mn), and 0.1 to 0.5% by mass of magnesium (Mg) And the remainder is composed of aluminum (Al), iron (Fe) of 0.25% by mass or less, zinc (Zn) of 0.1% by mass or less, and unavoidable impurities, and has high strength and high ductility.
ケイ素は、鋳造性に大きな影響を及ぼす元素であり、９質量％未満では溶湯の良好な流動性が得られず、鋳造欠陥が生じ易い。１１．５質量％を超えると、晶出するケイ素を含む強化粒子が多くなって、母相全体の転位運動が抑制されて延性が低下する。 Silicon is an element that greatly affects the castability, and if it is less than 9% by mass, good fluidity of the molten metal can not be obtained, and casting defects easily occur. If it exceeds 11.5% by mass, the number of reinforcing particles containing crystallized silicon increases, and the dislocation movement of the whole matrix is suppressed to lower the ductility.
マンガンは、固溶強化元素であり、マンガンを含むことでアルミニウムダイカスト合金の強度が向上するが、マンガンの含有量が０．８質量％を超えるとＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が増加して延性や耐食性が低下する。
また、マンガンは鋳造塊の金型への焼付き防止に有効な元素であり、特に、鉄の含有量が低い場合、例えば、鉄の含有量が０．２質量％以下の焼き付きが生じ易い場合であってもマンガンを０．４質量％以上含有することで焼き付きを防止できる。
Manganese is a solid solution strengthening element, and the inclusion of manganese improves the strength of the aluminum die-casting alloy, but when the content of manganese exceeds 0.8% by mass, the Al-Mn based intermetallic compound increases and the ductility is increased. And corrosion resistance is reduced.
Also, manganese is an element effective for preventing seizure of the cast mass to the mold, and in particular, when the content of iron is low, for example, when seizure with an iron content of 0.2 mass% or less tends to occur Even if the content of manganese is 0.4% by mass or more, burn-in can be prevented.
マグネシウムは、ケイ素と結合してＭｇ２Ｓｉとなって析出する時効強化元素であり、マグネシウムを０．１質量％以上含むことで強度が向上する。
また、マグネシウムの含有量が０．６質量％を超えると鋳造塊の成形時に溶湯の流動性が低下して、欠肉や引け巣などの鋳造欠陥が生じ易くなりって強度が低下することがある。
Magnesium is an aging strengthening element that combines with silicon to precipitate as Mg 2 Si, and containing 0.1 mass% or more of magnesium improves strength.
In addition, when the content of magnesium exceeds 0.6% by mass, the fluidity of the molten metal is reduced at the time of forming the cast mass, and casting defects such as missing portions and shrinkage pits are easily caused to lower the strength. is there.
亜鉛は、固溶強化元素であり、亜鉛を含むことでアルミニウムダイカスト合金の強度が向上するが、亜鉛の含有量が０．１質量％を超えると晶出物や析出物が増加して延性が低下する。 Zinc is a solid solution strengthening element, and containing zinc improves the strength of the aluminum die-casting alloy, but if the content of zinc exceeds 0.1% by mass, crystallized materials and precipitates increase and ductility is increased. descend.
上記アルミニウムダイカスト合金は、上記元素に加えてストロンチウム（Ｓｒ）を０．００３〜０．０２質量％含むことが好ましい。 It is preferable that the said aluminum die-cast alloy contains 0.003-0.02 mass% of strontium (Sr) in addition to the said element.
ストロンチウムを含有することで、強化粒子が球状化して延性が向上する。
０．００３質量％未満では、期待する強化粒子の球状化効果が得られないことがあり、０．０２質量％を超えるとＡｌ−Ｓｒ系の粗大な金属間化合物が晶出し易くなって延性が低下することがある。
By containing strontium, reinforcing particles are spheroidized to improve ductility.
If the amount is less than 0.003% by mass, the expected spheroidizing effect of reinforcing particles may not be obtained, and if it exceeds 0.02% by mass, coarse intermetallic compounds of the Al-Sr system are easily crystallized and the ductility is increased. It may decrease.
＜製造方法＞
本発明のアルミニウムダイカスト合金は、アルミニウム合金の鋳造塊を所定の条件で熱処理することで製造できる。
<Manufacturing method>
The aluminum die-cast alloy of the present invention can be manufactured by heat treating a cast mass of aluminum alloy under predetermined conditions.
本発明の熱処理は、従来のアルミニウム合金における溶体化処理温度（４５０〜５３５℃）よりも低く、かつ、時効処理温度（１５０〜２５０℃）よりも高い温度に保持し冷却する処理であり、溶体化処理と時効処理とを分けて２回加熱するのではなく、一回の加熱で行う処理である。 The heat treatment of the present invention is a treatment for holding and cooling at a temperature lower than the solution treatment temperature (450 to 535 ° C.) and higher than the aging treatment temperature (150 to 250 ° C.) in the conventional aluminum alloy, It is the processing performed by one heating instead of dividing and carrying out the heating treatment and the aging treatment twice.
具体的には、３００〜４２０℃に加熱して３０分間〜２．０時間保持した後、冷却する。
上記温度範囲の加熱を行うことで、鋳造塊の母相のアルミニウム中に固溶した異種元素が析出せず又は異種元素がアルミニウム固溶し、かつ強化粒子が球状化するため、強度と延性とを両立できる。また、設備投資、使用エネルギー、工数を削減することができ、安価なアルミニウムダイカスト合金を得ることができる。
Specifically, after heating to 300-420 degreeC and hold | maintaining for 30 minutes-2.0 hours, it cools.
By heating in the above temperature range, different elements dissolved in solid solution in the matrix of the cast mass do not precipitate, or different elements form a solid solution in aluminum, and the reinforcing particles become spheroidized. Can be compatible. In addition, equipment investment, energy consumption, and man-hours can be reduced, and an inexpensive aluminum die-cast alloy can be obtained.
なお、アルミニウムダイカスト合金中の強化粒子の球状化は、ストロンチウム（Ｓｒ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、アンチモン（Ｓｂ）などの改良処理元素の添加によっても可能であるが、本発明の熱処理によれば、上記改良処理元素を添加することなく強化粒子を球状化できる。 The spheroidizing of the reinforcing particles in the aluminum die-casting alloy can also be achieved by the addition of an improved treatment element such as strontium (Sr), sodium (Na), calcium (Ca), or antimony (Sb). According to the heat treatment, the reinforcing particles can be spheroidized without the addition of the above-mentioned improved treatment element.
従来のアルミニウム合金においては、溶体化処理後に人工時効化処理（Ｔ６）することや、溶体化処理後に安定化処理（Ｔ７）することなどの２段階熱処理により、延性や強度を調節している。 In the conventional aluminum alloy, the ductility and the strength are adjusted by two-step heat treatment such as artificial aging (T6) after solution treatment and stabilization treatment (T7) after solution treatment.
しかしながら、上記Ｔ６、Ｔ７などの２段階熱処理は、高温での溶体化処理を含むため、鋳造塊が軟化して変形が生じ易く、特にフレームなどの大型の車体構造部材では自重により変形して寸法精度が低下するため、後工程で変形を矯正する工程が必要となる。 However, since the two-step heat treatment such as T6 and T7 includes solution treatment at a high temperature, the cast mass is softened and easily deformed, and particularly in a large vehicle body structural member such as a frame, it is deformed by its own weight and dimensions Since the accuracy is reduced, a process of correcting the deformation in a post process is required.
また、鋳造時に金属溶湯が巻き込んだガスが鋳造塊に残っていると、上記高温での溶体化処理によってガスが膨張して、ブリスター（形状膨れ）不良が発生するため、真空ダイカスト法によりブリスターの発生を防止している。 In addition, if the gas containing molten metal is left in the cast mass at the time of casting, the gas is expanded by the solution treatment at the high temperature, and blister (shape expansion) defects occur. We prevent outbreak.
本発明においては、上記温度範囲に加熱するため、強度と延性との両立に加えて、アルミニウムダイカスト合金が変形し難く寸法精度の低下を防止できる共に、真空ダイカスト法を用いずにブリスターの発生を防止できる。 In the present invention, in order to heat in the above-mentioned temperature range, in addition to the coexistence of strength and ductility, the aluminum die-casting alloy is less likely to be deformed and deterioration of dimensional accuracy can be prevented. It can prevent.
上記温度範囲で所定時間保持した後、室温まで冷却する際の冷却速度は、特に制限はなく、放冷しても、急冷しても構わないが放冷することが好ましい。冷却速度が低いことで変形が生じ難くなるが、冷却速度が著しく遅くなると強化粒子が粗大化して延性が低下することがあるので注意を要する。 There is no restriction | limiting in particular in the cooling rate at the time of cooling to room temperature after hold | maintaining for the predetermined time in the said temperature range, It is preferable to cool, although you may cool it rapidly or you may carry out rapid cooling. Although the low cooling rate makes deformation less likely to occur, it should be noted that if the cooling rate is extremely low, the reinforcing particles may become coarse and the ductility may decrease.
上記アルミニウム合金の鋳造塊は、通常のダイカスト法や、真空ダイカスト法により成形することができる。
本発明のアルミニウムダイカスト合金の製造方法は、上記化学組成の金属溶湯を高圧で金型に注入して凝固させ、金型から取り出して冷却する成形工程を有する。
The cast mass of the aluminum alloy can be formed by a normal die casting method or a vacuum die casting method.
The method for producing an aluminum die-cast alloy according to the present invention has a forming step of injecting and solidifying a molten metal of the above chemical composition into a mold at high pressure, taking it out of the mold and cooling it.
上記成形工程は、金型から取り出したアルミニウム合金の鋳造塊を急冷する処理を含むことが好ましい。水浴やソルトバスなどで急冷することにより、鋳造塊の段階で母相のアルミニウム中に異種元素が固溶する。 The forming step preferably includes a process of quenching the cast mass of the aluminum alloy taken out of the mold. By quenching with a water bath, a salt bath or the like, foreign elements are dissolved in the matrix of aluminum at the stage of casting mass.
本発明の製造方法で作製したアルミニウムダイカスト合金は、耐力が１００ＭＰａ以上であり、伸びが１０％以上であり、自動車のフレームなど、車体構造部材に要求される衝突荷重に耐える耐性と、変形による衝突荷重の吸収やセルフピアーシングリベット（ＳＰＲ）締結が可能な高い延性を有する。 The aluminum die-cast alloy manufactured by the manufacturing method of the present invention has a proof stress of 100 MPa or more, an elongation of 10% or more, a resistance to a collision load required for a vehicle body structural member such as a frame of an automobile, It has high ductility that allows load absorption and self-piercing rivet (SPR) fastening.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.
［実施例１］
＜成形工程＞
ケイ素を１０．５質量％、マンガンを０．４５質量％、マグネシウムを０．３５質量％、鉄を０．１質量％、亜鉛を０．０１質量％含み、残部がアルミニウムの鋳物用アルミニウム合金を融解して溶湯を調製した後、金型温度を調節したＪＩＳ４号試験片作製用の金型に約６０ＭＰａで注湯し凝固させて金型から取り出し、大気中で放冷してアルミニウム合金の鋳造塊を得た。
また、約５００×４００×２００ｃｍかつ板厚約３ｍｍの自動車用フレーム部材の鋳造塊を成形した。
Example 1
<Molding process>
Aluminum alloy for castings containing 10.5% by mass of silicon, 0.45% by mass of manganese, 0.35% by mass of magnesium, 0.1% by mass of iron, 0.01% by mass of zinc and the balance being aluminum After melting and preparing the molten metal, it is poured at about 60 MPa into a mold for preparing JIS No. 4 test piece adjusted at mold temperature, solidified by taking out from the mold, and allowed to cool in the air to cast an aluminum alloy I got a chunk.
Also, a cast mass of an automobile frame member of about 500 × 400 × 200 cm and a plate thickness of about 3 mm was formed.
＜熱処理工程＞
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、３９５℃で１時間保持したのち室温まで放冷してアルミニウムダイカスト合金を得た。
<Heat treatment process>
The cast mass of the aluminum alloy was heated and held at 395 ° C. for 1 hour, and then allowed to cool to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy.
［実施例２］
加熱温度を３８０℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
Example 2
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was set to 380 ° C.
［実施例３］
加熱温度を３６５℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
[Example 3]
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was 365 ° C.
［実施例４］
加熱温度を３５０℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
Example 4
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was 350 ° C.
［実施例５］
加熱温度を３２０℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
[Example 5]
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was 320 ° C.
［実施例６］
加熱温度を３０５℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
[Example 6]
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was set to 305 ° C.
［比較例１］
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、４８５℃で１時間保持したのち放冷し、さらに２２０℃で２時間保持した後、室温まで急冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ６）を得た。
Comparative Example 1
The cast mass of the aluminum alloy was heated, held at 485 ° C. for 1 hour, allowed to cool, and further kept at 220 ° C. for 2 hours, and then rapidly cooled to room temperature to obtain an aluminum die cast alloy (T6).
［比較例２］
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、５２５℃で１時間保持したのち放冷し、さらに２００℃で２時間保持した後、室温まで急冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ７）を得た。
Comparative Example 2
The cast mass of the aluminum alloy was heated, held at 525 ° C. for 1 hour, allowed to cool, further held at 200 ° C. for 2 hours, and then rapidly cooled to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy (T7).
［比較例３］
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、５３５℃で１時間保持したのち放冷し、さらに２００℃で２時間保持した後、室温まで急冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ７）を得た。
Comparative Example 3
The cast mass of the aluminum alloy was heated, held at 535 ° C. for 1 hour, allowed to cool, further held at 200 ° C. for 2 hours, and then rapidly cooled to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy (T7).
［比較例４］（比較例５）
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、４８５℃で１時間保持したのち放冷し、さらに２３０℃で２時間保持した後、室温まで急冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ６）を得た。
Comparative Example 4 (Comparative Example 5)
The cast mass of the aluminum alloy was heated, held at 485 ° C. for 1 hour, allowed to cool, and further kept at 230 ° C. for 2 hours, and then rapidly cooled to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy (T6).
［比較例５］（比較例６）
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、４６５℃で１時間保持したのち放冷し、さらに２００℃で２時間保持した後、室温まで急冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ６）を得た。
Comparative Example 5 (Comparative Example 6)
The cast mass of the aluminum alloy was heated, held at 465 ° C. for 1 hour, allowed to cool, and further kept at 200 ° C. for 2 hours, and then rapidly cooled to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy (T6).
［比較例６］（比較例７）
上記アルミニウム合金の鋳造塊を加熱し、２３０℃で３時間保持したのち室温まで放冷してアルミニウムダイカスト合金（Ｔ５）を得た。
Comparative Example 6 (Comparative Example 7)
The cast mass of the aluminum alloy was heated and held at 230 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool to room temperature to obtain an aluminum die-cast alloy (T5).
［比較例７］
加熱温度を２９０℃にする他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
Comparative Example 7
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature was set to 290 ° C.
［比較例８］
熱処理を行わない他は実施例１と同様にしてアルミニウムダイカスト合金を得た。
Comparative Example 8
An aluminum die-cast alloy was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was not performed.
＜評価＞
実施例及び比較例のアルミニウムダイカスト合金を以下の方法で評価した。
評価結果を表１に示す。
また、実施例１〜４、比較例１、比較例８の金属組織の画像を図１に示す。
<Evaluation>
The aluminum die-cast alloys of the example and the comparative example were evaluated by the following method.
The evaluation results are shown in Table 1.
Moreover, the image of the metal structure of Examples 1-4, the comparative example 1, and the comparative example 8 is shown in FIG.
（０．２％耐力及び破断伸びの測定）
０．２％耐力及び破断伸びは、金属材料引張試験方法 ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に準拠して、汎用の引張試験機を用いて測定した。
(Measurement of 0.2% proof stress and breaking elongation)
The 0.2% proof stress and the elongation at break were measured using a general-purpose tensile tester according to the metal material tensile test method JIS Z 2241 (2011).
（導電率の測定）
導電率をＪＩＳ Ｈ０５０５に準拠して測定した。
(Measurement of conductivity)
The conductivity was measured in accordance with JIS H0505.
（ブリスター及び変形の有無）
自動車用フレーム部材についてブリスター及び変形の有無を目視により確認した。
(Presence of blister and deformation)
The presence or absence of blisters and deformation of the automotive frame member was visually confirmed.
表１の結果から、本発明のアルミニウムダイカスト合金は、真空ダイカスト法によらなくてもブリスターの発生が防止されており、また、変形も生じなかった。
さらに、ＳＰＲ締結に必要とされる１０以上の伸びを確保しつつ、８０ＭＰａ以上の耐力を有することが確認された。
From the results of Table 1, the aluminum die-casting alloy of the present invention was prevented from blistering without using the vacuum die-casting method, and no deformation occurred.
Furthermore, it was confirmed that it has a proof stress of 80 MPa or more while securing an elongation of 10 or more required for SPR fastening.
比較例１〜５は溶体化処理後に時効処理を行ったアルミニウム合金であり、溶体化処理でアルミニウムに固溶した異種元素が、時効処理で析出して固溶量が減少するため、上記化学組成のアルミニウムダイカスト合金の導電率が高くなった。また、熱処理の最高温度が高く、ブリスター及び変形が生じた。 Comparative Examples 1 to 5 are aluminum alloys subjected to aging treatment after solution treatment, and since the different elements dissolved in aluminum by solution treatment are precipitated by aging treatment to reduce the amount of solid solution, the above-mentioned chemical composition The conductivity of the aluminum die casting alloy was increased. Also, the maximum temperature of the heat treatment was high, and blistering and deformation occurred.
Claims (7)
マンガン（Ｍｎ）を０．４〜０．８質量％、
マグネシウム（Ｍｇ）を０．１５〜０．５０質量％の割合で含み、
残部がアルミニウム（Ａｌ）と、０．２５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．１質量％以下の亜鉛（Ｚｎ）と不可避不純物からなる化学組成を有し、
アルミニウムを含む母相と、アスペクト比が１．０〜２．５のケイ素を含む粒子を有する金属組織を有し、
導電率が、３７％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とするアルミニウムダイカスト合金。 9 to 11.5% by mass of silicon (Si),
0.4 to 0.8 mass% of manganese (Mn),
Containing magnesium (Mg) in a proportion of 0.15 to 0.50% by mass,
The balance has a chemical composition comprising aluminum (Al), iron (Fe) of not more than 0.25% by mass, zinc (Zn) of not more than 0.1% by mass, and unavoidable impurities,
A metallographic structure having a matrix containing aluminum and particles containing silicon having an aspect ratio of 1.0 to 2.5,
An aluminum die cast alloy characterized in that the conductivity is 37% IACS or less.
上記熱処理工程が、３００〜４２０℃に加熱して３０分間〜２．０時間保持し、その後冷却する処理であることを特徴とするアルミニウムダイカスト合金の製造方法。 Heat treatment process of heating and cooling the cast mass of aluminum alloy,
A method of manufacturing an aluminum die-cast alloy characterized in that the heat treatment step is a treatment of heating to 300 to 420 ° C., holding for 30 minutes to 2.0 hours, and then cooling.
上記成形工程が、金型から取り出したアルミニウム合金の鋳造塊を急冷する処理を含むことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウムダイカスト合金の製造方法。 Before the heat treatment step, there is a forming step of forming a cast mass of an aluminum alloy by die casting,
The method for producing an aluminum die-cast alloy according to claim 6, wherein the forming step includes a process of quenching the cast mass of the aluminum alloy taken out of the mold.
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