JP2024064611A - アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い強度特性及び十分な伸び特性を有するアルミニウム合金を安価で製造する方法を提供する。
【解決手段】（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整するステップと、（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップとを含む、アルミニウム合金を製造する方法に関する。
【選択図】図１
【解決手段】（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整するステップと、（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップとを含む、アルミニウム合金を製造する方法に関する。
【選択図】図１
Description
本発明は、アルミニウム合金の製造方法に関する。
自動車部品を軽量化することで、燃費を向上させ、消費電力を低減するために、従来使用されていた鉄系材料をアルミニウム材料又はアルミニウム合金に置き換える検討がなされている。
例えば、特許文献１には、アルミニウム合金鋳物屑にアルミニウム合金展伸材屑若しくは地金を加えて、溶解して不純物を希釈し、必要に応じて成分調整を行うことを特徴とする自動車部材用アルミニウム合金の製造方法が記載されている。
特許文献２には、質量比で、Ｓｉ：４．０～６．０％、Ｃｕ：０．５～２．０％、Ｍｇ：０．２５～０．５％、Ｆｅ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下と、Ｎａ：０．００２～０．０２％、Ｃａ：０．００２～０．０２％及びＳｒ：０．００２～０．０２％からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であることを特徴とする鋳造用アルミニウム合金が記載されている。
しかしながら、従来のアルミニウム合金の原料は、高いアルミニウム純度を必要とし、高いアルミニウム純度を有するアルミニウム、例えばアルミニウム新地金は、電気精錬により製造されるため、コストが高く、且つＣＯ２排出量が多くなりやすい。また、アルミニウム合金は、高い強度特性（例えば、硬さ、引張強さ、降伏応力）だけではなく、当該強度特性と背反し得る伸び特性（例えば、伸び率）も十分良好であることもまた求められる。
したがって、本発明は、高い強度特性及び十分な伸び特性を有するアルミニウム合金を安価で製造する方法を提供することを課題とする。
アルミニウム合金を安価で製造するためには、原料として、アルミスクラップを使用することが考えられる。
しかしながら、原料として安価なアルミスクラップはアルミニウム合金に対して引張強さや伸び率の低下を引き起こし得るマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び鉄（Ｆｅ）などを多く含む。例えば、Ｆｅは、アルミニウム合金中で、応力の集中により破壊起点となり得る硬質且つ板状のβＦｅ（Ａｌ９Ｆｅ２Ｓｉ２）やπＦｅ（Ａｌ１８Ｆｅ２Ｍｇ７Ｓｉ１０）を晶出し、アルミニウム合金の靭性を低下させ得る。
そこで、本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、及びマンガン（Ｍｎ）を含むアルミニウム合金材料において、Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）及びＭｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）を調整することによって、Ｍｇ、Ｚｎ及びＦｅなどの不純物を比較的多く含んでいても、高い強度特性を有しつつ、十分な伸び特性を有するアルミニウム合金を製造できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２質量％～０．８質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。
（２）Ｆｅの含有量が０．５質量％超～０．７質量％である、（１）に記載の方法。
（３）Ｚｎの含有量が０．５質量％超～０．８質量％である、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）Ｍｇの含有量が０．４質量％超～０．６質量％である、（１）～（３）のいずれか１つに記載の方法。
（５）Ｍｎの含有量が０．４質量％超～０．８質量％である、（１）～（４）のいずれか１つに記載の方法。
（６）アルミニウム合金の原料として、アルミスクラップを使用する、（１）～（５）のいずれか１つに記載の方法。
（７）アルミニウム合金が、シリンダーヘッドである、（１）～（６）のいずれか１つに記載の方法。
（１）（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２質量％～０．８質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。
（２）Ｆｅの含有量が０．５質量％超～０．７質量％である、（１）に記載の方法。
（３）Ｚｎの含有量が０．５質量％超～０．８質量％である、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）Ｍｇの含有量が０．４質量％超～０．６質量％である、（１）～（３）のいずれか１つに記載の方法。
（５）Ｍｎの含有量が０．４質量％超～０．８質量％である、（１）～（４）のいずれか１つに記載の方法。
（６）アルミニウム合金の原料として、アルミスクラップを使用する、（１）～（５）のいずれか１つに記載の方法。
（７）アルミニウム合金が、シリンダーヘッドである、（１）～（６）のいずれか１つに記載の方法。
本発明によって、高い強度特性及び十分な伸び特性を有するアルミニウム合金を安価で製造する方法が提供される。
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。なお、本発明のアルミニウム合金の製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。
また、本発明において、「数値（下限）～数値（上限）」の表現は、下限及び上限を含む範囲を示す。「数値（下限）超～数値（上限）」の表現は、下限を含まず、下限より大きく、上限を含む範囲を示す。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。なお、本発明のアルミニウム合金の製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。
また、本発明において、「数値（下限）～数値（上限）」の表現は、下限及び上限を含む範囲を示す。「数値（下限）超～数値（上限）」の表現は、下限を含まず、下限より大きく、上限を含む範囲を示す。
本発明は、（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整するステップと、（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップとを含む、アルミニウム合金を製造する方法に関する。
（ｉ）～（ｉｉｉ）のステップについて、以下に記載する。
（ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップ
（ｉ）のステップでは、アルミニウム合金の原料を準備する。
（ｉ）のステップでは、アルミニウム合金の原料を準備する。
ここで、アルミニウム合金の原料には、粉末などの状態、溶湯の状態、鋳物（例えば、アルミニウム合金インゴット）の状態のものが含まれる。
アルミニウム合金の原料としては、アルミニウム地金や、アルミニウムスクラップを使用することができる。
アルミスクラップとしては、例えば、自動車アルミ部品の製造工程で生ずる方案や切粉を還流する材料、比較的高品位なアルミニウムスクラップの箔や印刷版、５０００系スクラップ（Ａｌ－Ｍｇ合金）、６０００系スクラップ（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金）、７０００系スクラップ（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ合金）（これらは、例えば、自動車や家電のパネル材、ラジエーターなどの展伸アルミ材料、航空機用部品材料などを含む）などが挙げられる。アルミスクラップとしては、アルミスクラップの化学組成により、１種だけでなく、２種以上を準備してもよい。
アルミニウム合金の原料は、コストとカーボン排出量を低減する為に新地金を使用せず、１種以上のアルミスクラップのみで構成されることが好ましい。
（ｉ）のステップにおいて、アルミニウム合金の原料としてアルミスクラップを準備することにより、アルミニウム合金のコストを下げることができる。
（ｉ）のステップにおいて、アルミニウム合金の原料としては、組成が判明している市販のものを使用してもよい。アルミニウム合金の原料の組成が判明していない場合には、アルミニウム合金の原料の組成を分析することができる。
アルミニウム合金の原料の組成、特にＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、及びＭｎの含有量の分析は、限定されないが、例えば発光分光分析法、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）などにより実施することができる。
アルミニウム合金の原料を分析することにより、（ｉｉ）のステップにおいて、製造するアルミニウム合金と同じ組成のアルミニウム合金の原料を調製することができる。
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整するステップ
（ｉｉ）のステップでは、（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整する。
（ｉｉ）のステップでは、（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、Ａｌ及び不可避不純物：残部とを含み、（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になるように調整する。
（ｉｉ－１）のステップ
アルミニウム合金の原料における銅（Ｃｕ）の含有量は、下記で説明する（ｉｉ－２）のステップの通り、Ｍｇの含有量に依存するが、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、１．５質量％～３．０質量％、好ましくは１．５質量％～２．０質量％に調整される。Ｃｕの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＣｕの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純銅又はＣｕを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
アルミニウム合金の原料における銅（Ｃｕ）の含有量は、下記で説明する（ｉｉ－２）のステップの通り、Ｍｇの含有量に依存するが、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、１．５質量％～３．０質量％、好ましくは１．５質量％～２．０質量％に調整される。Ｃｕの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＣｕの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純銅又はＣｕを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｃｕの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＣｕの含有量が前記範囲になることにより、ＣｕがＡｌとの間で金属組織（金属間化合物）を形成し、アルミニウム合金の引張強さを向上することができる。また、Ｃｕの含有量の範囲の上限値は、従来のアルミニウム合金（ＡＣ２Ｃ）のものと比較して小さいため、コスト低減に寄与することができる。
アルミニウム合金の原料におけるケイ素（Ｓｉ）の含有量は、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、５．０質量％～７．０質量％、好ましくは５．５質量％～６．５質量％に調整される。Ｓｉの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＳｉの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純ケイ素又はＳｉを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｓｉの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＳｉの含有量が前記範囲になることにより、共晶Ｓｉ相を晶出し、優れた機械特性を有し、また液相温度範囲を広くして流動性を高くすることができ、さらに剛性や耐摩耗性を向上することができる。
アルミニウム合金材料におけるマグネシウム（Ｍｇ）の含有量は、下記で説明する（ｉｉ－２）のステップの通り、Ｃｕの含有量に依存するが、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、０．２質量％～０．６質量％、例えば０．４質量％超～０．６質量％、例えば０．４５質量％～０．６０質量％、好ましくは０．５質量％～０．６質量％に調整される。Ｍｇの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＭｇの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純マグネシウム又はＭｇを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｍｇの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＭｇの含有量が前記範囲になることにより、ＭｇがＡｌ、Ｓｉ、及び／又はＣｕとの間で金属組織、例えばＱ相を形成し、アルミニウム合金の引張強さや材料強度を向上することができる。
アルミニウム合金の原料における亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、０．０１質量％～０．８質量％、例えば０．５質量％超～０．８質量％、例えば０．５５質量％～０．８０質量％、好ましくは０．７質量％～０．８質量％に調整される。Ｚｎの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＺｎの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純亜鉛又はＺｎを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｚｎの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＺｎの含有量が前記範囲になることにより、アルミニウム合金の強度や腐食耐性に負の影響を与えることなく、原料の選択肢を向上させて価格を下げることができる。
アルミニウム合金の原料における鉄（Ｆｅ）の含有量は、下記で説明する（ｉｉ－３）のステップの通り、Ｍｎの含有量に依存するが、アルミニウム合金材料の総質量に対して、０．０１質量％～０．７質量％、例えば０．５質量％超～０．７質量％、例えば０．５５質量％～０．７０質量％、好ましくは０．６質量％～０．７質量％に調整される。Ｆｅの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＦｅの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純鉄又はＦｅを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｆｅの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＦｅの含有量が前記範囲になることにより、ＦｅがＭｎとの間で金属組織、例えばＡｌＳｉＦｅＭｎを形成し、アルミニウム合金の高温強度の向上と共に、鋳造の際のアルミニウム合金と金型との焼き付きを抑制する。
アルミニウム合金の原料におけるマンガン（Ｍｎ）の含有量は、下記で説明する（ｉｉ－３）のステップの通り、Ｆｅの含有量に依存するが、アルミニウム合金材料の総質量に対して、０．２０質量％～０．８０質量％、例えば、０．２０質量％～０．３７質量％、好ましくは０．４０質量％超～０．８０質量％、例えば、０．４０質量％超～０．５０質量％、例えば、０．４５質量％～０．５０質量％に調整される。Ｍｎの含有量は、例えば、（ｉ）のステップで準備した、組成が判明している２種以上のアルミニウム合金の原料（例えばアルミスクラップ）を任意の割合で混合し、場合により添加物、例えばアルミニウム合金の原料中のＭｎの含有量を調整するために当該技術分野で公知の添加物（純マンガン又はＭｎを含む合金若しくは化合物（例えば酸化物））を添加して調整することができる。
ここで、Ｍｎの含有量は、発光分光分析法により測定することができる。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＭｎの含有量が前記範囲になることにより、ＭｎがＡｌ、Ｓｉ及び／又はＦｅとの間で金属組織、例えば塊状の金属組織を形成し、アルミニウム合金の靭性の低下を抑制することができる。
アルミニウム合金の原料は、前記元素以外にも、アルミニウム合金の原料の総質量に対して、通常０．５質量％以下のニッケル（Ｎｉ）、通常０．３質量％以下のスズ（Ｓｎ）、通常１質量％以下のクロム（Ｃｒ）、通常０．３質量％以下のチタン（Ｔｉ）、通常０．１質量％以下のカルシウム（Ｃａ）などの元素を含んでもよい。
さらに、アルミニウム合金の原料は前記元素以外に、ストロンチウム（Ｓｒ）やナトリウム（Ｎａ）などの元素を含むことができ、当該元素を含むことにより、アルミニウム合金におけるＳｉを微細化し、アルミニウム合金の強度や耐摩耗性を向上させることができる。
（ｉｉ－２）のステップ
アルミニウム合金の原料におけるＭｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）は、２．５～１５、好ましくは９．１７～１３．０に調整される。
アルミニウム合金の原料におけるＭｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）は、２．５～１５、好ましくは９．１７～１３．０に調整される。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＭｇに対するＣｕの質量比が前記範囲になることにより、引張強さを向上するとともに、Ｃｕの含有量を低減させることができ、コスト低減に寄与することができる。
（ｉｉ－３）のステップ
アルミニウム合金の原料におけるＭｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）は、３．５以下、好ましくは０．０２０～３．５、より好ましくは１．０～３．５、さらにより好ましくは１．２０～１．７５に調整される。
アルミニウム合金の原料におけるＭｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）は、３．５以下、好ましくは０．０２０～３．５、より好ましくは１．０～３．５、さらにより好ましくは１．２０～１．７５に調整される。
本発明において、アルミニウム合金の原料におけるＭｎに対するＦｅの質量比が前記範囲になることにより、アルミニウム合金中で金属組織としてＭｎとＦｅとにより形成される化合物が、塊状化合物の形態、特に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及びエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）において観察した場合に、化合物中にＭｎを含む塊状化合物の形態になり、強度特性（例えば、硬さ、引張強さ、降伏応力）を高くする一方で、伸び特性（例えば、伸び率）を十分に確保することができる。
本発明において、組成が調整されたアルミニウム合金の原料は、均質化されてもよい。均質化する方法として、例えば、前記のアルミニウム合金の原料を単に混合する方法を挙げることができる。この方法は、アルミニウム合金の原料が、それぞれ混合しやすい形態、例えば粉末状、顆粒状などである場合に採用することができる。
あるいは、均質化する方法として、例えば、アルミニウム合金の原料を溶解してアルミニウム合金溶湯を調製する方法を挙げることができる。
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップ
（ｉｉｉ）のステップでは、（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造する。
（ｉｉｉ）のステップでは、（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造する。
ここで、鋳造とは、高温、アルミニウム合金の場合は、通常６８０℃～７００℃で溶解した金属（合金含む）溶湯を、砂や金属などで作った型の空洞部分（キャビティー）に流し込み、冷やして、通常２００℃～３５０℃まで冷やして固めることである。
鋳造としては、例えば、連続鋳造法、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、ホットトップ鋳造法などの通常の溶解鋳造法、又はダイカスト鋳造法が挙げられる。
鋳造により得られたアルミニウム合金は、溶体化処理及び／又は時効処理に供してもよい。
溶体化処理は、当該技術分野で公知の溶体化処理を実施することができ、例えば、鋳造により得られたアルミニウム合金を、通常４８０℃～５００℃で、２時間～４時間熱処理する。
さらに、溶体化処理後に冷却することにより、アルミニウム合金において強度や靭性に影響を与え得る金属元素の過飽和固溶体を形成することができる。
時効処理は、当該技術分野で公知の時効処理を実施することができ、例えば、溶体化処理されたアルミニウム合金を、通常１８０℃～２００℃で、２時間～４時間熱処理する。
時効処理により、アルミニウム合金において析出した金属組織を安定化させ、強度を向上させることができる。
表１に、本発明により製造されるアルミニウム合金の組成を従来のアルミニウム合金（ＡＣ２Ｃ）と比較して示す。
本発明におけるアルミニウム合金が前記組成を有することによって、本発明におけるアルミニウム合金では、Ｍｇ、Ｚｎ及び／又はＦｅの含有量が多くても、例えばＭｇを最大０．６質量％、Ｚｎを最大０．８質量％、Ｆｅを最大０．７質量％（ここで、質量％はアルミニウム合金の原料の総質量に対する）含んでいても、引張強さは、通常２８９ＭＰａ以上、好ましくは３１５ＭＰａ～４００ＭＰａになり、降伏応力は、通常２４５ＭＰａ以上、好ましくは２６５ＭＰａ以上、より好ましくは２８０ＭＰａ～３７５ＭＰａになり、伸び率は、通常１．０％以上、好ましくは１．１％以上になる。なお、各強度特性及び伸び特性は、例えば、ＪＩＳ Ｚ２２４１の金属材料引張試験方法により測定することができる。
本発明におけるアルミニウム合金は、前記特性以外にも、良好な疲労強度、腐食耐性、亀裂伝播耐性、及び永久生長抑制の特性を有する。
なお、本発明において、アルミニウム合金の原料からアルミニウム合金を製造する際に組成の変化は起こらないため、アルミニウム合金の原料とアルミニウム合金とは同じ組成を有する。
また、本発明において製造されるアルミニウム合金は、アルミニウム合金鋳物であり、鋳物とは、鋳造により製造される成型物を指す。したがって、鋳物には、低圧鋳造、重力鋳造、ダイカスト鋳造などにより製造される成型物が含まれる。
本発明におけるアルミニウム合金は、鋳造により成型されることによって、鉄系材料を代替する軽量な材料、例えば、自動車や二輪車の分野では、シリンダーヘッド、モータの水冷付きハウジングなどに使用することができる。
以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
１．サンプル調製及び伸び率測定
まず、表２に記載する化学成分を含むアルミニウム合金の原料を７００℃で溶解し、溶湯を６９０℃に調整後、ＪＩＳ４号引張試験片（２５０℃）切出し用鋳型に流し込んで鋳造した。鋳型を３５０℃まで冷却した後、鋳型から試験片を取出し、室温まで２４℃／分で空冷した。その後、５００℃、２時間での溶体化処理、水冷焼入れを行い、その後時効処理としての２００℃、２時間でのＴ６熱処理を実施することにより、実施例１～１２及び比較例１～５のアルミニウム合金鋳物を製造した。各アルミニウム合金鋳物の伸び率（Ｅ）をＪＩＳ Ｚ２２４１の金属材料引張試験方法に基づいて測定した。
まず、表２に記載する化学成分を含むアルミニウム合金の原料を７００℃で溶解し、溶湯を６９０℃に調整後、ＪＩＳ４号引張試験片（２５０℃）切出し用鋳型に流し込んで鋳造した。鋳型を３５０℃まで冷却した後、鋳型から試験片を取出し、室温まで２４℃／分で空冷した。その後、５００℃、２時間での溶体化処理、水冷焼入れを行い、その後時効処理としての２００℃、２時間でのＴ６熱処理を実施することにより、実施例１～１２及び比較例１～５のアルミニウム合金鋳物を製造した。各アルミニウム合金鋳物の伸び率（Ｅ）をＪＩＳ Ｚ２２４１の金属材料引張試験方法に基づいて測定した。
図１に、表２に基づくＣｕ／Ｍｇ比（質量比）とアルミニウム合金鋳物材料の伸び率の関係を示し、図２に、表２に基づくＦｅ／Ｍｎ比（質量比）とアルミニウム合金鋳物材料の伸び率の関係を示す。
図１及び２より、Ｃｕ／Ｍｇ比（質量比）が２．５～１５になり、かつ、Ｆｅ／Ｍｎ比（質量比）が３．５以下になれば、機械特性を高く維持したまま、伸び率を大きくできることがわかった。
Claims (6)
- （ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．５質量％超～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。 - （ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．２質量％～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．５質量％超～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。 - （ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．４質量％超～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．０１質量％～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．０１質量％～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。 - （ｉ）アルミニウム合金の原料を準備するステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで準備したアルミニウム合金の原料の組成を、
（ｉｉ－１）全体を１００質量％としたときに、
Ｃｕ：１．５質量％～３．０質量％と、
Ｓｉ：５．０質量％～７．０質量％と、
Ｍｇ：０．４質量％超～０．６質量％と、
Ｚｎ：０．５質量％超～０．８質量％と、
Ｆｅ：０．５質量％超～０．７質量％と、
Ｍｎ：０．２０質量％～０．８０質量％と、
Ａｌ及び不可避不純物：残部と
を含み、
（ｉｉ－２）Ｍｇに対するＣｕの質量比（Ｃｕ／Ｍｇ）が２．５～１５になり、
（ｉｉ－３）Ｍｎに対するＦｅの質量比（Ｆｅ／Ｍｎ）が３．５以下になる
ように調整するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで組成が調整されたアルミニウム合金の原料を鋳造してアルミニウム合金を製造するステップと
を含む、アルミニウム合金を製造する方法。 - アルミニウム合金の原料として、アルミスクラップを使用する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
- アルミニウム合金が、シリンダーヘッドである、請求項５に記載の方法。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2024064611A true JP2024064611A (ja) | 2024-05-14 |
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