JP2022115992A

JP2022115992A - アルミニウム合金

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Publication number: JP2022115992A
Application number: JP2022076650A
Authority: JP
Inventors: ヴィクトールクリストヤノヴィクマン; Khrist'yanovich Mann Viktor; アレクサンドルニコラエヴィチアラビン; Nikolaevich Alabin Aleksandr; アレクサンドルユルエヴィチクロヒン; Yur'evich Krokhin Aleksandr; アントンヴァレエヴィチフロロフ; Veler'evich Frolov Anton; コンスタンティンヴァシリエヴィチエフィモフ; Vas'lievich Efimov Konstantin
Original assignee: Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu ''obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr''; Rusal Engineering and Technological Center LLC
Current assignee: Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu ''obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr''; Rusal Engineering and Technological Center LLC
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2022-08-09
Also published as: CA3065136C; WO2018222065A8; EP3640355A1; KR102414064B1; CN110691859A; RU2673593C1; KR20200014831A; CA3065136A1; JP2020521881A; WO2018222065A1; MX2019014060A; EP3640355B1; CN110691859B; US11180831B2; US20200087756A1; EP3640355A4; JP7113852B2

Abstract

【課題】新しい鋳造アルミニウム合金を提供する。【解決手段】本発明は、冶金の分野、特にアルミニウムに基づく鋳造材料の製造に関し、高負荷下で動作する重要な製品の製造に使用することができる。主な用途は、自動車、スポーツ用品などに使用される部品である。特定の濃度の成分で、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、鉄、チタンを含むとともに、ケイ素、セリウム、ニッケル、ジルコニウム、およびスカンジウムからなるグループから選ばれる少なくとも１つの元素を含む、高強度のアルミニウム基合金が請求されている。技術的結果は、分散硬化による硬化相の二次析出物の形成により、合金およびそれから製造された製品の強度特性を高めることである。【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム基鋳造合金の冶金分野に関し、以下の分野で重要な役割のものを含む負荷構造で動作する製品を得るために使用することができる。輸送（合金ホイールを含む自動車部品製造）、スポーツ産業およびスポーツ機器（自転車、スクーター、運動器具など）、機械工学および産業の他の部門。

鋳造アルミニウム合金の中で最も広く使用されているのは、Ａｌ－Ｓｉ系の合金である。Ａｌ－Ｓｉ系の合金の硬化には、通常、銅、マグネシウムが主要な合金元素として使用され、一部の合金にはこれらの元素が一緒に使用される。（典型的な例は３５６種および３５４種の合金）Ｔ６状態での一時的な引張強度の値に関して、３５６種および３５４種の合金は、通常、それぞれ３００ＭＰａおよび３８０ＭＰａを超えない。これは、従来の成形鋳造法を使用する場合の絶対最大値である。さらに、指定された強度特性は、合金の鉄含有量に大きく左右される。高い強度特性、特に疲労を達成するために、一次アルミニウムの「純粋」グレードの使用により、鉄含有量が制限される。（通常０．０８～０．１２質量％）鉄の濃度が高くなると、伸びの値と疲労特性が大幅に低下する。

既知の最も高強度の鋳造アルミニウム合金の中では、マンガンと追加で合金化されたＡｌ－Ｃｕ系の合金が注目される。ここで、ＡＭ５種の合金または２ｘｘシリーズの合金は、Ｔ６状態でσｖ＝４００～４５０ＭＰａに達する強度特性のレベルによって区別されることができる。（工業用アルミニウム合金／参考文献／ＡｌｉｅｖａＳ．Ｇ．、ＡｌｔｍａｎＭ．Ｂ．らＭ．、Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、１９８４、５２８頁）この種の合金の欠点には、鋳造特性が低いために鋳造中の加工性が比較的低いこと、特に高温割れや低流動性の傾向があり、成形鋳造品を製造する際に、特に金型鋳造する際に多くの問題が生じることが含まれる。

ルサール社が開発した既知の材料は、「アルミニウム基高強度合金」（２０１５年９月２９日付のＲＵ２６１０５７８）発明に記載されている。この合金には、亜鉛５．２～６．０、マグネシウム１．５～２．０、ニッケル０．５～２．０、鉄０．４～１．０、銅０．０１～０．２５、ジルコニウム０．０５～０．２０を含むとともに、スカンジウム０．０５～０．１０、チタン０．０２～０．０５を含むグループから選ばれる少なくとも１つの元素が含まれ、残りはアルミニウムである。この材料からは、一時的な引張強度が約５
００ＭＰａの自動車部品およびその他の用途の鋳物が製造できる。材料の欠点としては、鉄とニッケルを含む共晶成分の粗大化に関連する２５０℃を超える「高温」金型で鋳造する場合、鋳物の大量生産に多くの制限を課す、低い強度特性に注意する必要がある。

特許文献ＡｌｃｏａＩｎｔ．ＥＰ１８８５８９８Ｂ１号（２００８年２月１３日公開、２００８年７月会報）には、航空宇宙および自動車用途の鋳物用のＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｓｃ系の別の高強度合金が開示されている。４～９％Ｚｎ；１～４％Ｍｇ；１～２．５％Ｃｕ；＜０．１％Ｓｉ；＜０．１２％Ｆｅ；＜０．５％Ｍｎ；０．０１から０．０５％Ｂ；＜０．１５％Ｔｉ；０．０５～０．２％Ｚｒ；０．１～０．５％Ｓｃを含む提案された合金から以下の鋳造方法により、高い強度特性を備えた鋳物を得ることができる。（合金Ａ３５６種より１００％高い）低圧鋳造法、重力金型鋳造法、結晶化を伴う高圧鋳造法など。この発明は、化学組成に共晶形成元素が欠如する（合金構造は主にアルミニウム固溶体である）という欠点があることにより、比較的複雑な形状の成形鋳物を得ることができない。さらに、合金の化学組成には鉄が制限されているため、比較的純粋なグレードの一次アルミニウムを使用する必要があり、スカンジウムなどの遷移金属の小量添加物の組み合わせも含まれるが、場合によって（例えば、砂型鋳造の場合、冷却速度が遅いため）は完全に正当化されていない。

提案された発明に最も近いのは、特許文献ＮＵＳＴ「ＭＩＳｉＳ」ＲＵ２４８４１６８Ｃ１号（２０１３年１０月１０日公開、会報１６号）に開示されている、アルミニウム基の高強度合金である。この材料には、合金元素が次の比率（質量％）で含まれる。亜鉛７～１２％、カルシウム２～５％、マグネシウム２．２～３．８％、ジルコニウム０．０２～０．２５％、残りアルミニウム、材料の硬度は１５０ＨＶ以上、一時強度（σｖ）は４５０ＭＰａ以上、降伏強度（σ０．２）は４００ＭＰａ以上である。強度この材料は、航空機、自動車およびその他の車両の部品、スポーツ用品の部品など、最高１００～１５０℃の温度で高負荷下で動作する製品を製造するために使用できる。この材料の欠点は、マグネシウム濃度により、アルミニウム固溶体のマトリックスの高い過剰応力、およびその結果、伸びの値の減少である。この材料の他の欠点は、許容される鉄含有量の記載がないことである。

本発明の目的は、成形鋳物を鋳造する際に高レベルの強度特性を特徴とし、金型における成形鋳造する際に高レベルの機械的特性（一時的な引張強度、伸びおよび疲労特性）と高い加工性（高い流動性）の組み合わせを特徴とする、新しい鋳造アルミニウム合金の作成である。

技術的な結果は、課題の解決、合金中の共晶成分による高い加工性（流動性）の達成、および分散硬化中に構造に形成される二次析出物による合金とその合金から製造される製品の強度特性の増加である。

この技術的結果は、亜鉛、マグネシウム、カルシウムを含むアルミニウム基鋳造合金により達成される。さらに、本合金は、鉄、チタンを含むとともに、ケイ素、セリウムとニッケル、ジルコニウムとスカンジウムを含むグループから選ばれる少なくとも１つの元素を、次の成分の濃度、質量％で含む。

亜鉛５～８
マグネシウム１．５～２．１
カルシウム０．１０～１．９
鉄０．０８～０．５
チタン０．０１～０．１５
ケイ素０．０８～０．９
ニッケル０．０８～１．０
セリウム０．１０～０．４
ジルコニウム０．０８～０．１５
スカンジウム０．０８～０．１５
残りアルミニウム
ここで、アルミニウム固溶体および／または二次析出物中の亜鉛含有量は少なくとも４．０質量％である。

特別な場合では、カルシウムが、亜鉛、鉄、ニッケル、およびケイ素を共晶成分とする化合物の形で、３μｍ以下の粒子で構造中に含まれることがある。

さらに、高強度合金には、不活性アノード電解技術によって得られたアルミニウムが含まれ、ジルコニウムとスカンジウムは、主に最大２０ｎｍの寸法とＬ１_２格子の二次析出物の形で含まれる場合がある。

特別な場合では、合金は、低圧および高圧鋳造、重力鋳造、および結晶化を伴う高圧鋳造により、鋳物の形で製造されることがある。

アルミニウム合金の構造が次の条件を満たしている場合、請求される合金元素の範囲は、高レベルの機械的特性の達成を保証する。硬化剤の準安定相の二次析出物と、カルシウム、ニッケルを含むとともに、ケイ素、セリウム、ニッケルからなるグループから選ばれる１つの元素を含む共晶成分によって硬化したアルミニウム固溶体である。

合金化元素の最初の選択は、Ｔｈｅｒｍｏｃａｌｃソフトウェアパッケージの使用を含む、対応する相状態図の分析に基づいて行われた。濃度範囲を確定する基準は、亜鉛、カルシウム、鉄、およびニッケルを含む初晶化する結晶がないことにした。セリウムを含む合金は、対応する状態図が不足しているため、経験的データに基づいて製造された。
本合金における、所定の構造の達成を保証する、合金成分の請求される量の根拠を以下に示す。

請求される量の亜鉛、マグネシウムは、分散硬化による硬化相の二次析出物の形成に必要である。低濃度の場合、必要な強度特性を達成するには量が不十分であり、大量の場合、伸びが必要以下に減少することができる。

亜鉛は、結晶化中に異なる比率で構造成分（アルミニウム固溶体、非平衡共晶ＭｇＺｎ_２および共晶相（Ａｌ，Ｚｎ）_４Ｃａ）の間で再分布できる。そのような再分布は、主に合金中の亜鉛自体の濃度と他の合金元素の濃度に依存する。また、ＭｇＺｎ_２の準安定相の二次析出による著しい硬化を保証するために、熱処理後、過飽和固溶体には少なくとも約（質量％）４．０％の亜鉛と約１％のマグネシウムが含まれる必要がある。アルミニウム固溶体の亜鉛含有量は、２つの割合に同時に依存する。１）合金中のＺｎ／Ｃａ比と２）Ｃａ／（Ｆｅ＋Ｓｉ＋Ｎｉ）比。

カルシウム、鉄、ケイ素、セリウム、ニッケルは共晶形成元素であり、請求される量は、構造中に鋳造中の高い加工性を保証する共晶成分の形成に必要である。カルシウムの濃度が高い場合、共晶相が増加しがらアルミニウム固溶体中の亜鉛の濃度が低下することにより、強度特性が低下する。鉄、シリコン、ニッケルの濃度が高い場合、機械的特性を大幅に低下させる構造内に初晶化相が形成される可能性が高くなる。請求される共晶形成元素（カルシウム、鉄、ケイ素、セリウム、ニッケル）よりも含有量が少ない場合、鋳造中に高温割れが発生する可能性が高くなる。

請求される濃度範囲では、カルシウムが共晶成分の以下の化合物を形成する。

亜鉛との化合物（Ａｌ，Ｚｎ）_４Ｃａ
鉄との化合物Ａｌ_１０Ｆｅ_２Ｃａ
ケイ素との化合物Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｃａ
ニッケルとの化合物Ａｌ_９ＮｉＣａ
請求される量のチタン含有量は、アルミニウム固溶体を改質するために必要であり、より低い含有量は高温割れが発生するリスクが高くなる。含有量が高い場合、構造にＴｉ含有相の初晶が形成される可能性が高くなる。

改質の要素としては、チタンの追加およびチタンの代わりにジルコニウム、スカンジウム、その他の要素を使用することもできる。この場合の改質効果は、初晶化アルミニウム固溶体の種である初晶化対応相の形成により達成される。

追加の硬化として、請求される材料はジルコニウムとスカンジウムの添加により硬化できる。請求される量のジルコニウムおよびスカンジウムは、平均サイズが１０～２０ｎｍ以下のＬ１_２格子を有する二次相Ａｌ_３Ｚｒおよび／またはＡｌ_３（Ｚｒ，Ｓｃ）の形成のために必要である。濃度が低い場合、粒子の数が鋳物の強度特性を高めるには足りなくなり、大量の場合、鋳物の機械的特性に悪影響を与える初晶（結晶格子Ｄ０_２３）の形成の危険がある。

ジルコニウム、チタン、およびスカンジウムの合計に対する請求される０．２５質量％以下の制限は、これらの元素を含む初晶が形成される可能性があるため、機械的特性の低下につながる。

図１は、高強度アルミニウム合金の典型的な微細構造を示している。背景にカルシウムを含む共晶成分が表されるアルミニウム固溶体が示されている。図２は、工業用合金Ａ３５６．２と比較した実験用合金の試験結果を示している。図３は、３５６種の合金と比較して、請求される合金から鋳物を製造するための工程図を示している。工程図では、合金３５６種の例を使用して、水焼入れ処理（固溶化処理）およびその後の時効の使用を含む、強度特性を向上させるために必要である熱処理を含む鋳造の古典的な順番を示す。請求される材料の特徴は、その硬化のために、水焼入れ処理を除外できることである。請求される材料の合金元素（亜鉛とマグネシウム）を含む固溶体の必要な過飽和は、４５０℃以下の加熱にさらされ、その後空気中の冷却により達成できる。図４は、低圧鋳造により製造されたホイールの鋳物の例を示す。図５は、合金Ａ３５６．２と比較した請求される材料の疲労破壊曲線を示す。

実施例１
６つの合金が鋳物の形で調製され、その組成は以下の表１に示される。この合金は、誘導炉で黒鉛るつぼに次の装入材料（質量％）から調製された。アルミニウム（９９．８５％）、亜鉛（９９．９％）、マグネシウム（９９．９％）およびＡｌ－６Ｃａ、Ａｌ－１０Ｆｅ、Ａｌ－２０Ｎｉ、Ａｌ－１０Ｓ、Ａｌ－２０Ｃｅ、Ａｌ－２Ｓｃ、Ａｌ－５Ｔｉ、およびＡｌ－１０Ｚｒ合金材。この合金は、直径２２ｍｍのＰｒｕｔｏｋ型の金型に鋳造され、大量上供給（ＧＯＳＴ１５８３）、初期金型温度は約３００℃で行われた。

硬化レベルの評価は、Ｔ６モード（水焼入れと時効）による最大強度の熱処理後、引張試験の結果によって評価された。引張試験は、直径５ｍｍ、設計長２５ｍｍの削られたサンプルで実施した。試験速度は１０ｍｍ／分であった。合金中の合金元素の濃度は、ＡＲＬ４４６０発光分光計で測定された。アルミニウム固溶体および／または二次析出物中の亜鉛含有量は、Ｘ－ＭａｘＮＳＤＤ検出器を備えたＦＥＩＱｕａｎｔａＦＥＧ６５０電子走査顕微鏡を使用してＸ線微量分析によって監視された。

化学組成の結果と（Ｔ６状態における）機械的特性の確定は、それぞれ表１と表２に示される。

表２に示される結果の分析から、本発明の合金（組成３～５号）のみが必要な引張の機械的特性を提供することが分かる。高強度と伸びの特性の組み合わせは、準安定相ＭｇＺｎ_２の二次析出物によって硬化したアルミニウムマトリックスの背景にある、カルシウムを含む共晶相の好ましい形態によって保証される。Ｔ６状態の合金第３号の構造は、考慮される濃度範囲に典型的であり、図１に示される。

合金組成第１号および第２号は、固溶体の熱処理後のアルミニウム固溶体中の亜鉛の濃度が低いため、二相ＭｇＺｎ_２の強化材の低体積分率による、一時的な引張強度の値がそれぞれ２０２ＭＰａで２５８ＭＰａを超えず、必要な強度特性を提供できない。合金第６号の組成は、粗鉄含有相の体積分率が大きいため、特定の伸びが得られず、その値は１％未満である。

検討された合金のうち、鋳物を得るためには、表１の組成第４号が最も相応しい。

実施例２
複雑な共晶を構成する他の元素の影響を評価するために、表３に示す次の組成を調製した。直径１０ｍｍの棒状のサンプルは、３００℃で銅型に鋳造して得られた。化学組成と（Ｔ６状態の）機械的特性の確定の結果をそれぞれ表３と表４に示す。合金第７－１号と第７－２号、および合金第８－１号と第８－２号の構造は、質的には異ならない。

実施例３
流動性を評価するために、３５６種の合金と比較して、合金第４号および第７－１号をスパイラル金型に注いだ。スパイラル金型の温度は約２００℃だった。

請求される合金組成第４号および第７－１号からの図２に示すスパイラル金型の鋳物は、請求される材料が合金Ａ３５６．２に匹敵する高い流動性を持っていることを示す。

実施例４
請求される合金の合金を硬化させるための追加の要素として、以下のジルコニウムおよびスカンジウム添加剤を検討した。検討した化学組成を表６に示す。ジルコニウムとスカンジウムの効果は、表１の合金第３号の合金成分の含有量の例を使用して評価した。

合金第９－１３号の微細構造の分析は、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｓｃの合計が０．２５質量％以下である場合、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｓｃの合計が０．２５質量％であった合金第１４号と違い、これらの元素を含むＤ０_２３種の初晶は構造中にないことを示した。構造中にＤ０_２３種の初晶が含まれることは、機械的特性への悪影響のために認められていない。

表７に示す引張結果の分析から、合金第１０号と第１１号にジルコニウムとスカンジウムを組み合わせて混入した場合のみ、追加の硬化が得られることがわかる。この場合の硬化は、Ｌ１_２型格子のＡｌ_３（Ｚｒ，Ｓｃ）相の二次析出物の形成によって保証される。

さらなる硬化のために最も好ましいのは、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｃのそれぞれ０．０２、０．１５、および０．０８質量％という割合である。

実施例５
実験室条件で水焼入れ処理を使用せずに材料の硬化を評価するために、表８に示す組成の合金を検討した。

硬化は、４５０℃で３時間アニールし、空気中で冷却し、続いて１８０℃で３時間に時効した後に評価した。引張試験の結果を表９に示す。

得られた結果から、検討された合金では、水焼入れ処理を使用せずに固溶体の熱処理を使用できるため、水焼入れ処理が必須の操作である合金３５６種と比較して鋳造生産サイクルが大幅に簡素化されることがわかる。新しい材料の利点は図３に最も明確に示される。

実施例６
鋳物を鋳造する際の製造可能性を評価するために、ＳＫＡＤ工場の産業環境で１７インチの半径のホイール（図４）を、低圧鋳造法により、請求される合金組成第３号（表１）から鋳造した。請求される材料は、鋳造時に高い加工性を示し、ディスクリム、ハブ、スポークを形成することができた。

請求されるアルミニウム合金から他の製品、特に板金、プレス半製品、鍛造品など、変形処理を使用して製造できる。

特許請求されるのは、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、鉄、チタンを含むとともに、シリコン、セリウム、ニッケル、ジルコニウム、スカンジウムを含むグループから選ばれる少なくとも１つの元素を含む高強度アルミニウム合金である。合金の成分は、次の含有量である、質量％：
亜鉛（Ｚｎ）５～８
マグネシウム（Ｍｇ）１．５～２．１
カルシウム（Ｃａ）０．１０～１．９
鉄（Ｆｅ）０．０８～０．５
チタン（Ｔｉ）０．０１～０．１５
ケイ素（Ｓｉ）０．０８～０．９
ニッケル（Ｎｉ）０．２～０．４
セリウム（Ｃｅ）０．２～０．４
ジルコニウム（Ｚｒ）０．０８～０．１５
スカンジウム（Ｓｃ）０．０８～０．１５
アルミニウム（Ａｌ）残り
ここでは、アルミニウム固溶体中の亜鉛含有量と二次析出物は少なくとも４質量％である。

カルシウムは、亜鉛および鉄を共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれる場合がある。また、カルシウムは、亜鉛、鉄およびケイ素を共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれる場合がある。また、カルシウムは、亜鉛、鉄およびニッケルを共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造に含まれる場合がある。また、カルシウムは、亜鉛、鉄およびセリウムを共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれる場合がある。

亜鉛は、アルミニウム固溶体の組成中に少なくとも５質量％の含有量で含まれることが望ましい。

Ｃａ／Ｆｅ比は＞１．１であり、Ｃｅ／Ｆｅ比は＞１．１であることが望ましい。

本合金は、低圧鋳造法または重力鋳造法により、または結晶化を伴う高圧鋳造法により、または高圧鋳造法により、鋳物の形態で製造することができる。

アルミニウム合金の構造は、硬化剤の準安定相の二次析出物、およびカルシウム、ニッケルを含むとともに、ケイ素、セリウム、ニッケルのグループから選ばれる１つの元素を含む共晶成分によって硬化したアルミニウム固溶体であることが重要である。亜鉛とマグネシウムは、分散硬化による硬化相の二次析出物の形成に必要であり、カルシウム、鉄、シリコン、セリウム、ニッケルは共晶形成元素であり、鋳造において高い加工性を保証する共晶成分の形成に必要であり、チタンはアルミニウム固溶体を改質するために必要である。

実施例７
合金第４号および合金Ａ３５６．２の場合、図５に示す疲労破壊曲線が作成された。対称荷重下での純粋な曲げのスキームに従って、１０^７サイクルに基づいて疲労試験を実施した。試験にはＩｎｓｔｒｏｎＲ．Ｒ．Ｍｏｏｒ型機器を使用した。作業部の直径は７．５ｍｍ、試験は、両方の材料に対してＴ６状態で実行された。

得られた結果から、請求される材料の耐久限度は、１０^７サイクルに基づいて合金Ａ３５６．２の疲労強度よりも５０％以上高いことがわかる。

硬化レベルの評価は、Ｔ６モード（水焼入れと時効）による最大強度の熱処理後、引張試験の結果によって評価された。引張試験は、直径５ｍｍ、設計長２５ｍｍの削られたサンプルで実施した。試験速度は１０ｍｍ／分であった。合金中の合金元素の濃度は、ＡＲＬ４４６０発光分光計で測定された。アルミニウム固溶体中および二次析出物中の亜鉛含有量は、Ｘ－ＭａｘＮＳＤＤ検出器を備えたＦＥＩＱｕａｎｔａＦＥＧ６５０電子走査顕微鏡を使用してＸ線微量分析によって監視された。

合金組成第１号および第２号は、固溶体の熱処理後のアルミニウム固溶体中および二次析出物中の亜鉛の濃度が低いため、二相ＭｇＺｎ_２の強化材の低体積分率による、一時的な引張強度の値がそれぞれ２０２ＭＰａで２５８ＭＰａを超えず、必要な強度特性を提供できない。合金第６号の組成は、粗鉄含有相の体積分率が大きいため、特定の伸びが得られず、その値は１％未満である。

合金第９－１３号の微細構造の分析は、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｓｃの合計が０．２５質量％以下である場合、Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｓｃの合計が０．２８質量％であった合金第１４号と違い、これらの元素を含むＤ０_２３種の初晶は構造中にないことを示した。構造中にＤ０_２３種の初晶が含まれることは、機械的特性への悪影響のために認められていない。

表７に示す引張結果の分析から、合金第９号、第１０号と第１１号の結果を比較すると、マグネシウムの濃度を低下させても、代わりにジルコニウム（とスカンジウム）を添加することにより、強度を維持できることがわかる。この場合の硬化は、Ｌ１_２型格子のＡｌ_３（Ｚｒ，Ｓｃ）相の二次析出物の形成によって保証される。

Ｔｉ、ＺｒおよびＳｃの割合が、それぞれ０．０２、０．１５、および０．０８質量％である合金第１１号、０．０２、０．０８、および０．１５質量％である合金第１２号、また、ＴｉおよびＳｃの割合が０．０５、および０．０７質量％である合金第１３号において、さらなる硬化が得られた。

参考例５
実験室条件で水焼入れ処理を使用せずに材料の硬化を評価するために、表８に示す組成の合金を検討した。

Claims

亜鉛、マグネシウム、カルシウム、鉄、チタンを含むとともに、シリコン、セリウム、ニッケル、ジルコニウム、スカンジウムからなるグループから選ばれる少なくとも１つの元素を含む高強度アルミニウム合金
本合金の成分の含有量は下記の通りである、質量％：
亜鉛（Ｚｎ）５～８
マグネシウム（Ｍｇ）１．５～２．１
カルシウム（Ｃａ）０．１０～１．９
鉄（Ｆｅ）０．０８～０．５
チタン（Ｔｉ）０．０１～０．１５
ケイ素（Ｓｉ）０．０８～０．９
ニッケル（Ｎｉ）０．２～０．４
セリウム（Ｃｅ）０．２～０．４
ジルコニウム（Ｚｒ）０．０８～０．１５
スカンジウム（Ｓｃ）０．０８～０．１５
アルミニウム（Ａｌ）残り
ここでは、アルミニウム固溶体および二次析出物中の亜鉛含有量は少なくとも４質量％である。
カルシウムは、亜鉛および鉄を共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項１に記載の合金。
カルシウムは、亜鉛、鉄およびケイ素を共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項１に記載の合金。
カルシウムは、亜鉛、鉄およびニッケルを共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造に含まれることを特徴とする請求項１に記載の合金。
カルシウムは、亜鉛、鉄およびセリウムを共晶成分とするとともに粒径が３μｍ以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項１に記載の合金。
亜鉛が、アルミニウム固溶体の組成中に少なくとも５質量％の含有量で含まれることを特徴とする請求項１に記載の合金。
Ｃａ／Ｆｅ比が＞１．１であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の合金。
Ｃｅ／Ｆｅ比が＞１．１であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の合金。
Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｓｃの合計が０．２５質量％以下であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１つに記載の合金。
低圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項１に記載の合金。
重力鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項１に記載の合金。
結晶化を伴う高圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項１に記載の合金。
高圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項１に記載の合金。
不活性陽極電解技術により得られたアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の合金。
ジルコニウムおよびスカンジウムが、主に最大２０ｎｍのサイズおよびＬ１_２型格子を有する二次析出物の形態であることを特徴とする、請求項１に記載の合金。
アルミニウム合金の構造は、硬化剤の準安定相の二次析出物、およびカルシウム、ニッケルを含むとともに、ケイ素、セリウムおよびニッケルのグループから選ばれる１つの元素を含む共晶成分によって硬化したアルミニウム固溶体であることが重要であり、亜鉛とマグネシウムは、分散硬化による硬化相の二次析出物の形成に必要であり、カルシウム、鉄、ケイ素、セリウム、ニッケルは共晶形成元素であり、鋳造において高い加工性を保証する共晶成分の形成に必要であり、チタンはアルミニウム固溶体を改質するために必要であることを特徴とする請求項１に記載の合金。