JP2022177040A - ダイカスト用アルミニウム合金及びアルミニウム合金ダイカスト材 - Google Patents
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Abstract
Description
Mg:3.7~9.0質量%、
Mn:0.8~1.7質量%、
Be:0.001~0.1質量%、を含有し、
残部がAl及び不可避不純物からなること、
を特徴とするダイカスト用アルミニウム合金、を提供する。
本発明のダイカスト用アルミニウム合金は、Mg:3.7~9.0質量%、Mn:0.8~1.7質量%、を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなること、を特徴とするダイカスト用アルミニウム合金からなっている。以下、各成分について詳細に説明する。
Mgは、主に合金のマトリクス中に固溶することで、耐力を向上する効果を有している。但し、高濃度で添加されている場合には溶湯の粘性が高くなり、また鋳造中に溶湯表面に形成される酸化皮膜が溶湯の流動を阻害するため、品質の良い鋳造が難しくなる。これを理由とする伸びの低下を防ぐため、Mg含有量の上限は9.0質量%とする必要がある。一方で、Mgの含有量が少ないと本発明にて目標とする耐力を満足できないため、下限は3.7質量%としている。より高い水準での耐力・伸びの両立を実現するためには、Mgの含有量を4.7~9.0質量%とすることが好ましく、5.2~6.5質量%とすることがより好ましく、5.5~6.0質量%とすることが最も好ましい。
Mnは、主にマトリクス中に固溶することで、耐力を向上する効果を有している。Mnの固溶が靭性に与える影響は小さいものの、添加量が増加しAl-Mn系化合物の粗大晶が現れるようになると、それが破壊の起点となり、伸びの低下が観察されるようになる。よって、Mnの含有量の上限は1.7質量%とする必要がある。また、Mnはダイカスト鋳造時、溶湯の金型への焼き付きを改善するなど、鋳造性に関して有利な効果を有している。従って、Mn含有量が0.8質量%を下回ると、焼き付きを防止しきれず鋳造後の離型が困難になるため、含有量の下限を0.8質量%とする必要がある。鋳造性と伸びを両立するための好ましいMnの含有量は0.9~1.7質量%であり、より好ましい含有量は1.2~1.7質量%である。加えて、ダイカスト用アルミニウム合金に優れた光輝性を付与する観点からも、Mnの添加量は1.7質量%以下となっている。また、Mn含有量の上限については、1.65質量%とすることが好ましく、1.60質量%とすることがより好ましい。
本発明のダイカスト用アルミニウム合金の組成において、Siが添加されると脆弱なMg2Si化合物が形成され、靭性が低下する。従って、不可避不純物のうちでも、Siの含有量については0.3質量%以下に規制することが好ましく、0.2質量%以下とすることがより好ましい。
本発明のダイカスト用アルミニウム合金の組成において、Feが添加されると脆弱なAl-Mn-Fe系化合物が形成され、靭性が低下する。従って、不可避不純物のうちでも、Feの含有量については0.4質量%以下に規制することが好ましく、0.3質量%以下とすることがより好ましい。加えて、Feの添加はダイカスト用アルミニウム合金の耐食性を低下させるため、当該観点からも添加量は0.4質量%以下に規制されている。
Tiは任意の添加元素として、0.001~1.0質量%を添加することが好ましい。Tiは組織を微細化することでアルミニウム合金の靭性を向上させ、また、それに起因して鋳造割れを防止する効果も有している。0.001質量%未満ではその効果が小さく、1.0質量%を超えて含有させた場合、Al-Ti系化合物の粗大晶出物が形成され、逆に靭性に悪影響を及ぼすようになるため、添加量は上記範囲で制限される。
Bは任意の添加元素として、0.0001~0.1質量%を添加することが好ましい。Bは組織を微細化することでアルミニウム合金の靭性を向上させ、また、それに起因して鋳造割れを防止する効果も有している。0.0001質量%未満ではその効果が小さく、0.1質量%を超えて含有させても効果は向上しないため、添加量は上記範囲で制限される。
BeはMgの減耗を防止するために有効であり、任意の添加元素として使用することが可能である。Beを添加する場合、0.001質量%未満ではMgの減耗防止効果が十分でなく、また、0.1質量%を超えて添加しても、既に十分にMgの減耗防止効果は得られているので、コストの上昇要因となる。
以下、上記の組成を有する本発明のダイカスト用アルミニウム合金の製造方法について詳細に説明する。
アルミニウム合金の製造プロセスにおいて、高温の合金溶湯では元素の酸化減耗が引き起こされる。酸化の進行度合いは含有元素ごとに異なり、反応性の高い元素ほど酸化減耗の進行が速やかである。ここで本発明のアルミニウム合金の成分に含まれるMgは反応性の高い元素であり、Mgが含まれる溶湯は過熱されると溶湯表面にマグネシウム酸化物を形成し、溶湯中のMg濃度は低下する。減耗を見越して余分にMgを添加しておくことも可能であるが、Mg含有量が刻々と減少していくことに伴う濃度調節の困難さ、また、余分なMgを添加するには付加的なコストを要することなど、操業にあたり好ましくない点が多い。このMgの酸化減耗は、10ppm以上のBeの添加により改善することが知られており、操業上添加されることが好ましい。
大気雰囲気下で溶製される溶湯には、水素ガス・酸化物等の不純物が混入しており、この溶湯をそのまま鋳造した場合、凝固の際にポロシティ等の欠陥となって現れ、生成された部材の靭性を阻害する。これらの欠陥を防止するには、溶湯溶製後かつダイカストの前段階において、窒素やアルゴンガス等の不活性ガスによるバブリングを行うことが効果的である。溶湯の下部より供給された不活性ガスは、浮上する際、溶湯中の水素ガスや不純物を補足し、溶湯表面へと除去する作用を有する。
本発明のアルミニウム合金ダイカスト材は、本発明のダイカスト用アルミニウム合金からなるダイカスト材であって、0.2%耐力が140MPa以上、伸びが11%以上の引張特性を有することを特徴としている。
本発明のアルミニウム合金ダイカスト材は、本発明のダイカスト用アルミニウム合金からなるダイカスト材であって、上記の組成を有している。以下、本発明のダイカスト用アルミニウム合金の製造方法について詳細に説明する。
表1に実施例1として記載の成分(仕込値)となるように溶解材を調整し、ランズレー試験片を製造した。ここで、溶解温度及び鋳造温度は「液相線温度+100℃」、ランズレー型の型温は「150±50℃」とした。得られたランズレー試験片の組成を発光分光分析にて測定し、得られた結果(測定値)を表1に併記した。なお、表1の値は質量%である。
表1に実施例2として記載の成分となるように溶解材を調整したこと以外は実施例1と同様にして、ランズレー試験片を得た。実施例1と同様にして当該ランズレー試験片の組成を測定し、得られた結果を表1に示した。
表3に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、ダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表3の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表4に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表4の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表5に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表5の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表6に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表6の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表1に比較例1として記載の成分となるように溶解材を調整したこと以外は実施例1と同様にして、ランズレー試験片を得た。実施例1と同様にして当該ランズレー試験片の組成を測定し、得られた結果を表1に示した。
表1に比較例2として記載の成分となるように溶解材を調整したこと以外は実施例1と同様にして、ランズレー試験片を得た。実施例1と同様にして当該ランズレー試験片の組成を測定し、得られた結果を表1に示した。
表7に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表7の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表8に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表8の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
表9に示す組成のアルミニウム合金を溶製した後、実施例3と同様のダイカストによってアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表9の値は質量%であり、発光分光分析の測定結果である。
Claims (7)
- Mg:3.7~9.0質量%、
Mn:0.8~1.7質量%、
Be:0.001~0.1質量%、を含有し、
残部がAl及び不可避不純物からなること、
を特徴とするダイカスト用アルミニウム合金。 - 更に、任意添加元素として、
Ti:0.001~1.0質量%を含むこと、
を特徴とする請求項1に記載のダイカスト用アルミニウム合金。 - 非熱処理型合金であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載のダイカスト用アルミニウム合金。 - 請求項1~3のうちのいずれかに記載のダイカスト用アルミニウム合金からなるダイカスト材であって、
0.2%耐力が140MPa以上、伸びが11%以上の引張特性を有すること、
を特徴とするアルミニウム合金ダイカスト材。 - 初晶Al-Mn系化合物の長手方向における最大粒径が150μm以下であること、
を特徴とする請求項4に記載のアルミニウム合金ダイカスト材。 - 請求項1~3のうちのいずれかに記載のダイカスト用アルミニウム合金からなる溶湯を用い、
金型のキャビティ内の空気を活性ガスで置換した後、前記金型に前記溶湯を注湯してアルミニウム合金ダイカスト材を得ること、
を特徴とするアルミニウム合金ダイカスト材の製造方法。 - 前記アルミニウム合金ダイカスト材に熱処理を施さないこと、
を特徴とする請求項6に記載のアルミニウム合金ダイカスト材の製造方法。
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