JP2020158789A - 車両用アルミニウム合金及び車両用部品 - Google Patents
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Abstract
Description
再生塊の耐力を高める手法として、Mgを添加することが考えられるが、単純にMgを加えただけでは、靱性が低下するため、耐力及び靱性の両方の向上が望まれている。
本発明の目的は、再生塊を使用しながら靭性及び耐力を向上させることが可能な車両用アルミニウム合金及び車両用部品を提供することにある。
また、上記の車両用アルミニウム合金は、前記Feに対して前記Mnは、重量比(wt%)で30〜70%の割合で含まれていても良い。
また、上記の車両用アルミニウム合金は、ダイカスト鋳造により成形されても良い。
また、上記の車両用部品は、前記Feに対して前記Mnは、重量比(wt%)で30〜70%の割合で含まれていても良い。
また、上記の車両用部品は、ダイカスト鋳造により成形されても良い。
また、上記の車両用部品は、自動二輪車用のホイール(10)であっても良い。
図1は、本発明の実施形態のアルミニウム合金を使用した自動二輪車用のホイール10を示す正面図、図2は、図1のII−II線断面図である。
図1及び図2に示すように、自動二輪車用のホイール10は、アルミニウム合金製であり、車軸(不図示)に回転可能に支持されるハブ11と、ハブ11から放射状に延びる複数のスポーク12と、複数のスポーク12の各先端部に接続された環状のリム13とを備える。
なお、自動二輪車用のホイール10は、リム径が17インチ以下、リム幅が3.5インチ以下であり、ホイール10を、自動二輪車に限らず、自動二輪車も含む鞍乗り型車両用としても良い。
一般に、アルミニウム合金に含まれる不純物としてのFeの含有量が増大するほど靭性が低下することが知られているが、発明者らは、この靭性の低下が、初晶α−Al晶の間に形成される金属間化合物の影響であるとの知見を得た。
再生塊アルミニウム材としては、非鉄金属スクラップのうち主にアルミサッシ(押出材)や展伸材アルミ材を主原料とする展伸系スクラップと、鋳物屑やシュレッダーの破砕材を含む鋳物系スクラップが知られている。
表1に、多く流通している再生塊アルミニウム材の例について組成を示す。
Mnは、Feを含むAl−Si系合金に添加された場合に、塊状のAl−Si−Fe−Mn系の金属間化合物を生成し、上述した針状や板状のAl−Si−Fe系金属間化合物の生成を抑制する効果がある。しかしその一方で、Mn量が多い場合には金属間化合物のサイズが大きくなり、鋳造品の靭性が低下する。
Cuは鋳造品の靭性を低下させ、耐食性を損なう不純物として考えられる。
Mgは引っ張り強さと耐力を向上させる効果があるが、Mg量の増加に伴って靭性が低下する。
Siは、アルミニウム合金の鋳造時における溶湯の流動性を向上させる効果を持つ。
この場合、4%以上の伸びを有するアルミニウムダイカスト鋳造品を得ることができる。
また、車両用部品は、自動二輪車用のホイール10であるので、好適な耐力及び靭性を有する自動二輪車用のホイール10を提供できる。
図3は、Mg量と硬さとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸は硬さ(HRBによる)、横軸はMg量(単位はwt%)を表している。
Mg量が多くなるにつれて、硬さは次第に硬くなる。即ち、車両用アルミニウム合金の耐力が高くなる。この耐力とは、0.2%耐力である。
Mg量が多すぎると、車両用アルミニウム合金の靭性が低下するため、本実施形態では、Mg量を(1)0.6〜1.2wt%、(2)好ましくは、0.8〜1.0wt%に設定した。このMg量は、従来の鋳造法でのMg量0.1〜0.2wt%に対して大幅に増量されている。
硬さの許容範囲は、40以上である。上記(2)Mg量0.8〜1.0wt%では、硬さが許容範囲内にある。
グラフの左側の縦軸は金属間化合物長径(単位はμm)、右側の縦軸は伸び(単位は%)、横軸はFe量(単位はwt%)を表している。
金属間化合物長径については、Fe量が増えるにつれて大きくなっている。また、伸びについては、Fe量が増えるにつれて小さくなっている。このように、Fe量が増えると、金属間化合物が針状や板状に成長し、靭性が低下する。この結果から、本実施形態では、Fe量を(1)0.4〜1.0wt%、(2)好ましくは、0.4〜0.8wt%に設定した。
なお、Fe量1.0wt%における金属間化合物長径及び伸びについては、Fe量0.4wt%とFe量0.8wt%との値から破線で示すように外挿している。
伸びの許容範囲は、4%であり、上記(2)Fe量0.4〜0.8wt%では、伸びが許容範囲内にある。
金属間化合物長径については、Mn量が0(ゼロ)に近い量から増えるにつれて次第に小さくなるが、Mn量が約0.3wt%を超えると、今度は次第に大きくなる。
また、伸びについては、Mn量が0(ゼロ)に近い量から増えるにつれて大きくなるが、Mn量が約0.3wt%を超えると、今度は次第に小さくなる。
伸びの許容範囲は、4%であり、上記(1)Mn量0.2〜0.5wt%及び(2)Fe量0.4〜1.0wt%では、共に伸びが許容範囲内にある。
グラフの縦軸は温度(単位は°C)、横軸はSi量(単位はwt%)を表している。
液相線Aでは、Si量が0(ゼロ)〜約12wt%まで増えるにつれて温度が低下している。即ち、アルミニウム合金の融点が次第に低下している。鋳造時の湯流れ性を確保するために、Si量を、融点の低下する8.0〜12.0の範囲に設定した。
Cu量が増えるにつれて、金属間化合物長径は大きくなっている。従って、Cu量が多すぎると、靭性が低下する。
なお、Cu量0.6〜1.0wt%における金属間化合物長径については、Cu量0.6wt%までの値から破線で示すように外挿している。
本実施形態では、(1)金属間化合物長径が15μm以下(許容範囲)となるように、Cu量を1.0wt%以下に設定し、(2)好ましくは、金属間化合物長径が10μm以下(許容範囲)となるように、Cu量を0.7wt%以下に設定した。
グラフの縦軸は伸び(単位は%)、横軸は金属間化合物長径(単位はμm)を表している。図8のグラフにおいて横軸を対数目盛としている。
金属間化合物長径が大きくなるにつれて、伸びは、次第に小さくなっている。伸びを最低でも4%(許容範囲)確保しようとする場合には、金属間化合物長径は、(1)30μm以下となる。また、(2)金属間化合物の長径は、好ましくは、15μm以下であり、(3)更に好ましくは、10μm以下である。
また、(B)組成重量比(wt%)で、Mgが0.8〜1.0、Feが0.4〜0.8、Mnが0.25〜0.35とし、金属間化合物のサイズが15μm以下である。
この構成によれば、FeとMnとが結合した時に、金属間化合物のサイズが小さくできるため、アルミニウム合金の伸びが良くなり、靱性を向上できる。
この構成によれば、Si量を8.0〜12wt%として、溶湯の流動性を良好とし且つ所定の靱性を確保することができる。また、Cuの混入量が多かったり、金属間化合物のサイズが大きかったりすると、靱性低下するため、Cu量を少なくするとともに金属間化合物のサイズを小さくすることで靭性を向上できる。
この構成によれば、ダイカスト鋳造により、車両用部品に適した耐力及び靭性を有する車両用アルミニウム合金を得ることができる。
Claims (11)
- 組成重量比(wt%)で、Mgが0.6〜1.2、Feが0.4〜1.0、Mnが0.2〜0.5とし、Si及びCuを含み、金属間化合物のサイズが30μm以下であることを特徴とする車両用アルミニウム合金。
- 前記Mgが0.8〜1.0、前記Feが0.4〜0.8、前記Mnが0.25〜0.35とし、前記金属間化合物のサイズが15μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の車両用アルミニウム合金。
- 前記Feに対して前記Mnは、重量比(wt%)で30〜70%の割合で含まれることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用アルミニウム合金。
- 前記Siが8.0〜12、前記Cuが1.0以下とし、前記金属間化合物のサイズが10μm以下であることを特徴とする請求項3に記載の車両用アルミニウム合金。
- ダイカスト鋳造により成形されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の車両用アルミニウム合金。
- 組成重量比(wt%)で、Mgが0.6〜1.2、Feが0.4〜1.0、Mnが0.2〜0.5とし、Si及びCuを含み、金属間化合物のサイズが30μm以下の車両用アルミニウム合金から形成されたことを特徴とする車両用部品。
- 前記Mgが0.8〜1.0、前記Feが0.4〜0.8、前記Mnが0.25〜0.35とし、前記金属間化合物のサイズが15μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の車両用部品。
- 前記Feに対して前記Mnは、重量比(wt%)で30〜70%の割合で含まれることを特徴とする請求項6又は7に記載の車両用部品。
- 前記Siが8.0〜12、前記Cuが1.0以下とし、前記金属間化合物のサイズが10μm以下であることを特徴とする請求項8に記載の車両用部品。
- ダイカスト鋳造により成形されることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載の車両用部品。
- 自動二輪車用のホイール(10)であることを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載の車両用部品。
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