JP2024071043A

JP2024071043A - 鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金部材、及びアルミニウム合金部材の製造方法

Info

Publication number: JP2024071043A
Application number: JP2022181764A
Authority: JP
Inventors: 将蔵手島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-24
Also published as: US20240158894A1; CN118028663A

Abstract

【課題】良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材、鋳造用アルミニウム合金、及びアルミニウム合金部材の製造方法の提供。【解決手段】本開示に係る鋳造用アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる。なお、Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上５．０％以下に限定されてもよい。また、Ｍｇの含有量が、質量％で、０．５％以上０．８％以下に限定されてもよい。【選択図】図３

Description

本開示は、鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金部材、及びアルミニウム合金部材の製造方法に関する。

このようなアルミニウム合金部材の製造方法の例として、アルミニウム合金鋳物を溶体化処理するアルミニウム合金部材の製造方法や、特許文献１に開示のアルミニウム合金部材の製造方法がある。特許文献１に開示のアルミニウム合金部材の製造方法において、アルミニウム合金鋳造材を固液共存温度域の範囲内において加熱保持した後、アルミニウム合金鋳造材を急冷する。

特開２０１９－１５７２３１号公報

本願発明者は、以下の課題を発見した。
良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材が要求されている。また、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造可能な鋳造用アルミニウム合金、及びアルミニウム合金部材の製造方法が要求されている。また、鋳造用アルミニウム合金、及びアルミニウム合金部材の製造方法においては、材料コスト低減、省エネルギー、ＣＯ_２排出量等の観点から、溶体化処理を施すことなく、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造することが望まれている。

本開示は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、良好な機械的強度を有する鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金部材、及びアルミニウム合金部材の製造方法を提供することを目的とする。

本開示に係る鋳造用アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる。

このような構成によれば、Ｚｎ及びＭｇの含有量を高めることによって、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造することができる。

また、上述した鋳造用アルミニウム合金において、Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上５．０％以下に限定されてもよい。また、上述した鋳造用アルミニウム合金において、Ｍｇの含有量が、質量％で、０．５％以上０．８％以下に限定されてもよい。

このような構成によれば、Ｚｎ又はＭｇの含有量の下限値を高めることによって、機械的強度の安定を図ることができる。

また、上述した鋳造用アルミニウム合金において、Ｓｉの含有量が、質量％で、４．０％以上５．０％未満に限定され、又は、Ｃｕの含有量が、質量％で１．５％以上２．０％未満に限定されてもよい。

このような構成によれば、Ｓｉ又はＣｕの含有量を限定することによって、材料コストの増大を抑制することができる。

本開示に係るアルミニウム合金部材は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２％～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる鋳造用アルミニウム合金からなり、引張強度が２３０ＭＰａ以上、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上、高サイクル疲労強度が１００ＭＰａ以上、低サイクル疲労強度が８０００サイクル以上である。

また、上述したアルミニウム合金部材において、ＴＥＭを用いて測定可能なＭｇ_５Ｓｉ_６が析出しているとよい。

このような構成によれば、Ｍｇ_５Ｓｉ_６の析出によって機械的強度の向上を図ることができる。

本開示に係るアルミニウム合金部材の製造方法は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる鋳造用アルミニウム合金を鋳造して、アルミニウム鋳造材を形成するステップと、
前記アルミニウム鋳造材を加熱温度１８５～２０５℃で加熱保持して、前記アルミニウム鋳造材に人工時効処理を施すステップと、を備える。

このような構成によれば、Ｚｎ及びＭｇの含有量を高めた鋳造用アルミニウム合金を用いて、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造することができる。

本開示によれば、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造することができる。

図１は、実施の形態１に係るアルミニウム合金部材の製造方法のフローチャートである。図２は、時間に対する温度の変化を示す熱処理パターンの一例を示す図である。図３は、Ｔ５材の引張強度試験結果の一例を示すグラフである。図４は、Ｔ５材の引張強度試験結果の別の一例を示すグラフである。図５は、Ｔ６材の引張強度試験結果の一例を示すグラフである。図６は、Ｆ材の硬度試験結果の一例を示すグラフである。図７は、高温低サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図８は、疲労寿命を比較した結果の一例を示すグラフである。図９は、Ｔ６材の高温低サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１０は、高温低サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１１は、Ｔ５材の高サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１２は、Ｔ６材の高サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１３は、高サイクル疲労強度を比較した結果の一例を示すグラフである。図１４は、Ｚｎ含有量に対する熱処理必要時間の関係を示すグラフである。図１５は、実施例４に係るアルミニウム合金部材をＥＰＭＡ解析した解析結果を示す図である。図１６（ａ）は、実施例４に係るアルミニウム合金部材をＴＥＭ解析した解析結果を示す図である。図１６（ｂ）は、実施例４に係るアルミニウム合金部材をＴＥＭ解析した解析結果を示す拡大図である。図１７は、比較例１に係るアルミニウム合金部材をＥＰＭＡ解析した解析結果を示す図である。図１８（ａ）は、比較例１に係るアルミニウム合金部材をＴＥＭ解析した解析結果を示す図である。図１８（ｂ）は、比較例１に係るアルミニウム合金部材をＴＥＭ解析した解析結果を示す拡大図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金について説明する。

本実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる。このような不可避的不純物は、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ等である。

本実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金の化学組成において、Ｓｉの含有量が好適な範囲にあると、所定の鋳造性を確保することができる。そのため、割れや引け巣等の鋳造欠陥がアルミニウム合金鋳造材に発生し難い。一方、Ｓｉの含有量が多過ぎると、脆弱なＳｉ粒子がアルミニウム合金鋳造材に多量に晶出し、破断伸びや強度などの機械的性質が低下しやすくなる。そこで、Ｓｉの含有量が、質量％で、４．０％以上７．５％以下の範囲内にあるとよい。また、Ｓｉの含有量が、質量％で、４．０％以上５．０％未満に限定されるとよい。Ｓｉは、Ｚｎ、及びＭｇと比較して高価な傾向にあることから、このようにＳｉの含有量が限定されると、良好な機械的強度を確保しつつ当該鋳造用アルミニウム合金の材料コストを抑制できてよい。

また、Ｃｕの含有量が好適な範囲にあると、人工時効処理によって、Ａｌ－Ｃｕ系化合物がアルミニウム合金部材の金属組織に析出したり、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系化合物がアルミニウム合金部材の金属組織に析出したりする。Ａｌ－Ｃｕ系化合物は、例えば、ＣｕＡ１_２である。これらによって、アルミニウム合金部材の機械的強度、例えば、引張強さ、０．２％耐力等が向上し得る。一方、Ｃｕの含有量が多過ぎると、アルミニウム合金部材の延性や靱性が低下することがある。そこで、Ｃｕの含有量が、質量％で、１．５～４．０％の範囲内にあるとよい。また、Ｃｕの含有量が、質量％で、１．５％以上２．０％未満に限定されるとよい。Ｃｕは、Ｚｎ、及びＭｇと比較して高価な傾向にあることから、このようにＣｕの含有量が限定されると、良好な機械的強度を確保しつつ当該鋳造用アルミニウム合金の材料コストを抑制できてよい。また、Ｃｕは、アルミニウム合金から除去する技術が確立していないことから、このようにＣｕの含有量が限定されると、リサイクルの観点から望ましい。

また、Ｚｎの含有量が好適な範囲にあると、Ｚｎ原子がアルミニウム合金部材におけるアルミニウム結晶に固溶し、アルミニウム合金部材の機械的強度の向上を図ることができる。また、アルミニウム結晶に固溶したＺｎ原子が人工時効処理時において化合物の析出核であるため、短い人工時効処理時間で、アルミニウム合金部材に必要な機械的強度を付与し得る。すなわち、アルミニウム合金鋳造材の人工時効処理時間の短縮を図ることができる。そのため、Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上であるとよい。また、Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上８．０％以下に限定されるとよい。Ｚｎの含有量が８．０％を超過すると、アルミニウム合金鋳造材の人工時効処理時間の短縮効果が殆ど無くなるからである。また、Ｚｎの含有量が８．０％以下であると、材料コストを抑制することができるからである。

また、Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上５．０％以下に限定されるとよい。良好な機械的性質を確保しつつ、Ｚｎの含有量を抑えることによって材料コストを抑制することができるからである。

また、Ｍｇの含有量が好適な範囲にあると、人工時効処理によって、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系化合物やＭｇ－Ｓｉ系化合物がアルミニウム合金部材の金属組織に析出する。Ｍｇ－Ｓｉ系化合物は、例えば、Ｍｇ_５Ｓｉ_６である。このＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出によって、アルミニウム合金部材の機械的強度、例えば、引張強さ、硬さ等の向上を図ることができる。一方、Ｍｇの含有量が多過ぎると、伸びが低下する。そのため、Ｍｇの含有量が０．２％以上０．８％以下であるとよい。

また、Ｍｇの含有量は、質量％で、０．５％以上０．８％以下に限定されてもよい。Ｍｇの含有量が、質量％で、０．５％以上であると、人工時効処理によって、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物がアルミニウム合金部材の金属組織に安定的に析出する。これによって、アルミニウム合金部材の機械的強度の向上をさらに図ることができる。

なお、本実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金の残部の不可避的不純物は、例えば、Ｆｅ、Ｍｎである。本実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金が、不可避的不純物として、Ｆｅ、又はＭｎを含む場合、Ｆｅの含有量は、質量％で１．０％以下に限定してもよく、Ｍｎの含有量は、質量％で１．０％以下に限定してもよい。

＜アルミニウム合金部材の製造方法＞
次に、図１を参照して、実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金を用いたアルミニウム合金部材の製造方法の一例について説明する。

鋳造用アルミニウム合金を鋳造し、アルミニウム合金鋳造材を形成する（ステップＳＴ１）。具体的には、鋳造用アルミニウム合金を加熱溶解させて、溶湯を得る。その溶湯を型に注いでこの型内において冷却凝固させ、アルミニウム合金鋳造材を形成する。アルミニウム合金鋳造材を離型させる。アルミニウム合金鋳造材の形状は、多種多様であり、例えば、シリンダヘッド、ターボ部品等である。

続いて、アルミニウム合金鋳造材に人工時効処理を施す（ステップＳＴ２）。具体的には、アルミニウム合金鋳造材の離型が完了した後、アルミニウム合金鋳造材に送風して冷却させる。アルミニウム合金鋳造材に送風を開始した時点において、アルミニウム合金鋳造材の温度は、例えば、３００℃以上であるとよい。この冷却における冷却速度は、例えば、３０℃／ｍｉｎ以上であるとよい。アルミニウム合金鋳造材の温度は、例えば、１１０℃になるまで、アルミニウム合金鋳造材に送風を継続するとよい。その後、アルミニウム合金鋳造材を時効処理温度に所定時間加熱保持して、アルミニウム合金鋳造材に人工時効処理を施し、アルミニウム合金部材を製造する。時効処理温度は、例えば、１８５～２０５℃である。所定時間は、例えば、１８０ｍｉｎであるとよい。さらに、アルミニウム合金部材を放冷するとよい。

以上より、アルミニウム合金部材を製造することができる。後述の通り、このアルミニウム合金部材は、良好な機械的強度を有する。このアルミニウム合金部材は、溶体化処理を施されことなく、人工時効処理のみを施されているため、Ｔ５材である。よって、溶体化処理をすることなく、良好な機械的強度を有するアルミニウム合金部材を製造することができる。

なお、実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金を用いて、上記したステップＳＴ２を実施することなく、上記したステップＳＴ１のみを実施し、アルミニウム合金部材を製造してもよい。すなわち、アルミニウム合金鋳造材をアルミニウム合金部材として利用してもよい。この場合、アルミニウム合金部材は、熱処理がされていない鋳物であり、すなわちＦ材である。

また、実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金を用いて、上記したステップＳＴ１を施し、さらに、アルミニウム合金鋳造材に溶体化処理を施した後、上記したステップＳＴ２を施すことによって、アルミニウム合金部材を製造してもよい。この場合、アルミニウム合金鋳造材がアルミニウム合金部材である。この場合、アルミニウム合金部材は、Ｔ６材である。

次に、実施の形態１に係る鋳造用アルミニウム合金にかかる実施例について機械的強度を測定するために各種試験を行った。それらの結果について説明する。

＜引張試験＞
まず、引張試験結果について説明する。

実施例１～５、８では、図１に示すアルミニウム合金部材の製造方法の一例を用いて、表１にそれぞれ示す成分組成の鋳造用アルミニウム合金からアルミニウム合金部材をそれぞれ製造した。実施例１～５、８の熱処理条件は表２に示した。

実施例６では、実施例４と同じ成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金を鋳造し、アルミニウム合金部材としてのターボ部品を形成し、当該ターボ部品に溶体化処理及び人工時効処理、すなわち、Ｔ６処理を行った。当該ターボ部品は、Ｔ６材である。当該溶体化処理の処理条件は、溶体化温度４９０℃、処理時間２．０時間であった。当該人工時効処理の処理条件は、時効温度２１０℃、処理時間２．０時間であった。

実施例７では、実施例４と同じ成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金を鋳造し、アルミニウム合金部材としてのターボ部品を形成した。当該ターボ部品は、熱処理されていない鋳物であり、すなわちＦ材である。

なお、比較例１では、図１に示すアルミニウム合金部材の製造方法の一例を用いて、表１に示す比較例１の成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金からアルミニウム合金部材を製造した。比較例１の鋳造用アルミニウム合金は、ＪＩＳＡＣ２Ｂによって規定された範囲内の成分組成を有するアルミニウム合金である。比較例１の熱処理条件は表２に示した。

また、比較例２では、比較例１と同じ成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金を鋳造し、ターボ部品を形成した。さらに、当該ターボ部品に溶体化処理及び人工時効処理、すなわち、Ｔ６処理を行った。当該ターボ部品は、Ｔ６材である。当該溶体化処理の処理条件は、溶体化温度４９０℃、処理時間２．０時間であった。当該人工時効処理の処理条件は、時効温度２１０℃、処理時間２．０時間であった。

比較例３では、比較例１と同じ成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金を鋳造し、ターボ部品を形成した。当該ターボ部品は、熱処理されていない鋳物であり、すなわちＦ材である。

実施例１～８、及び比較例１～３において、上記製造したアルミニウム合金部材について、静的強度、及び疲労特性を測定した。静的強度は、引張強度、０．２％耐力、及び突合せ伸びである。疲労特性は、高サイクル疲労強度、及び高温低サイクル疲労強度である。高サイクル疲労強度は、１０^７回未破断荷重、すなわち、テストピースに１０^７回荷重しても破断しない最大の強度である。低サイクル疲寿命は、熱疲労試験において負荷０．２２（ＭＰａ・Ｓｔｒａｉｎ）をテストピースに繰り返して与えて破断するまでの負荷の繰り返し数（cycle）である。実施例１～５及び比較例１の引張強度、突合せ伸び、０．２％耐力、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度を表２に示した。各静的強度、及び疲労特性を測定した結果を図３～図１３に示した。

本機械的強度測定試験において、引張強度が２３０ＭＰａ以上、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上、突合せ伸びが１．０％以上、高サイクル疲労強度が１００ＭＰａ以上、低サイクル疲労強度が８０００サイクル以上である場合、機械的強度が良好と判断する。

表２に示すように、実施例１～５、８は、その引張強度、突合せ伸び、０．２％耐力、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度が上記値以上であることから、機械的強度が良好と判断した。一方、比較例１の突合せ伸びは、上記値以上であるが、比較例１は、突合せ伸びを除いて、その引張強度、０．２％耐力、高サイクル疲労強度、低サイクル疲労強度が上記値を下回る。そのため、比較例１は、機械的強度が良好でないと判断した。なお、表２に示すように、実施例８の引張強度、０．２％耐力、突合せ伸び、高サイクル疲労強度、及び低サイクル疲労強度は、実施例５の引張強度、０．２％耐力、突合せ伸び、高サイクル疲労強度、及び低サイクル疲労強度と殆ど同じ値であった。表１及び２に示すように、実施例５は、実施例８と比較して、Ｃｕ及びＳｉの含有量が低いものの、静的強度及び疲労特性が略同じであった。

＜引張強度試験結果＞
図３～図５を参照して、引張強度試験結果について説明する。図３及び図４は、Ｔ５材の引張強度試験結果の一例を示す。図５は、Ｔ６材の引張強度試験結果の一例を示す。

図３に示すように、実施例１、２、５の引張強度、及び０．２％耐力は、比較例１の引張強度、及び０．２％耐力と比較していずれも高かった。これらの一因として、実施例１、２、５は、比較例１と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。

図４に示すように、実施例４の引張強度、及び０．２％耐力は、比較例１の引張強度、及び０．２％耐力と比較していずれも高かった。これらの一因として、実施例４は比較例１と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。実施例４の突合せ伸びは、１．４％と、比較例１の突合せ伸びと殆ど同じ値であり、良好であった。

図５に示すように、実施例６の引張強度、及び０．２％耐力は、比較例２の引張強度、及び０．２％耐力と殆ど同じ値であり、良好であった。実施例６の突合せ伸びは、比較例２の突合せ伸びと比較して高かった。これらの一因として、実施例６は比較例２と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。

＜硬度試験結果＞
図６を参照して、Ｆ材の硬度試験結果について説明する。図６は、Ｆ材の硬度試験結果の一例を示す。

図６に示すように、実施例７のブリネル硬さは、比較例３のブリネル硬さと比較して高く、実施例７のブリネル硬さは、比較例３のブリネル硬さの約１３０％である。すなわち、実施例７のブリネル硬さは、比較例３のブリネル硬さから約３０％向上した値と同じである。ブリネル硬さは、機械的強度と比例する傾向にあることから、実施例７は、比較例３と比較して、機械的強度が高いと推測できる。この一因として、実施例７は比較例３と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。

＜高温低サイクル疲労試験結果＞
図７～図９を参照して、高温低サイクル疲労試験結果について説明する。図７は、高温低サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図８は、疲労寿命を比較した結果の一例を示すグラフである。図９は、Ｔ６材の高温低サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。

図７には、高温低サイクル疲労試験結果の一例として、実施例４及び実施例５のＳ－Ｎ曲線と、比較例１のＳ－Ｎ曲線とが示されている。実施例４及び実施例５のＳ－Ｎ曲線は、実施例４及び実施例５における繰り返し数Ｎ_ｆに対するヒステリシスエネルギーＨＥに基づいて算出される。実施例４における繰り返し数Ｎ_ｆに対するヒステリシスエネルギーＨＥと、実施例５における繰り返し数Ｎ_ｆに対するヒステリシスエネルギーＨＥとは、略同じ傾向であり、実施例４のＳ－Ｎ曲線と実施例５のＳ－Ｎ曲線とは、ほぼ同じである。実施例４と、実施例５とは、Ｃｕ、Ｓｉの含有量が異なるものの、高温低サイクル疲労試験結果が略同じである。図７に示すように、実施例４及び実施例５のＳ－Ｎ曲線は、比較例１のＳ－Ｎ曲線と比較して、ヒステリシスエネルギーＨＥ0.22MPa・Strain以下における繰り返し数Ｎ_ｆが大きい。また、実施例４及び実施例５のＳ－Ｎ曲線は、比較例２のＳ－Ｎ曲線と比較して、ヒステリシスエネルギーＨＥ0.22MPa・Strain以下における繰り返し数Ｎ_ｆと殆ど同じである。

図８に示すように、実施例４及び実施例５は、比較例１と比較して、ヒステリシスエネルギーＨＥ0.22MPa・Strainにおける繰り返し数Ｎ_ｆ、すなわち、疲労寿命が大きい。ここで、実施例４及び実施例５の疲労寿命は、比較例１の疲労寿命に対して約３０％向上した。これらの一因として、実施例４及び実施例５は、比較例１と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。

また、実施例４及び実施例５は、比較例２と比較して、ヒステリシスエネルギーＨＥ0.22MPa・Strainにおける繰り返し数Ｎ_ｆ、疲労寿命とあまり変わらない。実施例４及び実施例５はＴ５材である一方、比較例２はＴ６材である。そのため、実施例４及び実施例５は溶体化処理を施されることなく、Ｔ６材と同様に高い疲労寿命を有する。

図９に示すように、実施例６は、比較例２と比較して、繰り返し数Ｎ_ｆ、すなわち、疲労寿命がほぼ同じである。実施例６は、実施例４と比較して鋳造用アルミニウム合金の成分組成が同じであるが、実施例４と異なり、溶体化処理が施される。実施例６は溶体化処理が施されても、実施例６の疲労寿命は比較例２の疲労寿命とあまり変わらず、良好である。

図１０に示すように、基準ヒステリシスエネルギーＨＥ１における基準繰り返し数Ｎ_ｆ１を通過するＳ－Ｎ曲線の基準線が定められる。比較例１のＳ－Ｎ曲線の繰り返し数Ｎ_ｆは、基準線よりも小さい。一方、実施例４のＳ－Ｎ曲線の繰り返し数Ｎ_ｆは、基準ヒステリシスエネルギーＨＥ１以下において、基準線より大きい。実施例４は、基準ヒステリシスエネルギーＨＥ１以下において、比較例１と比較して、繰り返し数Ｎ_ｆが大きい。

＜高サイクル疲労試験結果＞
次に、図１１～図１３を参照して、回転曲げ疲労試験結果について説明する。図１１は、Ｔ５材の高サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１２は、Ｔ６材の高サイクル疲労試験結果の一例を示すグラフである。図１３は、高サイクル疲労強度を比較した結果の一例を示すグラフである。

図１１に示すように、比較例２の高サイクル疲労強度は、約８０ＭＰａであった。一方、実施例４の高サイクル疲労強度は、約１１０ＭＰａであり、比較例２の高サイクル疲労強度と比較して高かった。

図１２に示すように、実施例６の高サイクル疲労強度は、約８０～１１０ＭＰａであり、比較例２の高サイクル疲労強度と比較して高かった。図１３に示すように、実施例４，及び実施例６の高サイクル疲労強度は、約１１０ＭＰａであり、比較例２の高サイクル疲労強度の約１３０％であり、比較例２の高サイクル疲労強度から約３０％向上した。この一因として、実施例４、及び実施例６が、比較例２と比較して、Ｚｎ及びＭｇの含有量が高いことが挙げられる。実施例４はＦ材である一方、実施例６はＴ６材である。実施例４及び実施例６の高サイクル疲労強度は、溶体化処理の有無にかかわらず、いずれも良好な値であった。

＜Ｚｎ含有量に対する熱処理必要時間＞
次に、図１４を参照して、Ｚｎの含有量が異なる複数の鋳造用アルミニウム合金について、所定の硬度に到達するまでの必要な熱処理時間について説明する。

Ｚｎ以外の元素について、表１に示す目標組成の範囲内にある成分組成を有する鋳造用アルミニウム合金を準備する。この準備した鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量は、約０．２％、約１．０％、約１．５％、約３．０％、約５．０％、約６．０％、約８．０％である。

図１に示すアルミニウム合金部材の製造方法の一例を用いて、この準備した鋳造用アルミニウム合金からアルミニウム合金部材を製造する。図１に示すアルミニウム合金部材の製造方法の一例におけるステップＳＴ２の熱処理時間、言い換えると人工時効処理時間が経過するにつれて、この製造したアルミニウム合金部材の硬度を定期的に測定する。この製造したアルミニウム合金部材の硬度が所定の値に達するまで、この測定を繰り返す。この製造したアルミニウム合金部材の硬度が所定の値に達するために必要な熱処理必要時間を図１４に示す。

図１４に示すように、鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が増大するにつれて、熱処理必要時間が減じる。例えば、鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が約０．２％である場合、５時間を超過したが、鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が約１．０％である場合、４時間であった。鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が約５．０％である場合、約３時間を超過し、鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が約８．０％である場合、３時間を下回った。鋳造用アルミニウム合金のＺｎの含有量が所定の値、約５．０％、約８．０％を超えると、熱処理必要時間の抑制効果も低くなる。

＜金属組織観察結果＞
次に、図１５～図１８を参照して、金属組織観察結果について説明する。図１５及び図１６は、それぞれ、実施例４に係るアルミニウム合金部材をＥＰＭＡ、及びＴＥＭ解析した解析結果を示す。図１７及び図１８は、それぞれ、比較例１に係るアルミニウム合金部材をＥＰＭＡ、及びＴＥＭ解析した解析結果を示す。

図１７に示すように、Ｚｎ原子は、比較例１に係るアルミニウム合金部材の断面の全体において、全く検出されていない。この原因として、比較例１に係るアルミニウム合金部材は、Ｚｎの含有量が制限されていることが挙げられる。

一方、図１５に示すように、Ｚｎ原子は、実施例４に係るアルミニウム合金部材の断面の全体において、他の元素と比較して均一に分布している。具体的には、Ｚｎ原子の殆どは、Ａｌ結晶粒において分布している。これらによって、Ｚｎ原子の殆どはＡｌ結晶粒内に固溶していると判断できる。上述した通り、実施例４は、比較例１と比較して、静的強度や疲労特性に優れる。この一因としては、Ｚｎ原子による固溶強化が挙げられる。

図１８に示すように、比較例１に係るアルミニウム合金部材の断面には、Ａｌ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｓｉ系化合物が析出していることを確認することができた。Ａｌ－Ｃｕ系化合物は、例えば、Ａｌ_２Ｃｕである。

一方、図１６に示すように、実施例４に係るアルミニウム合金部材の断面には、Ａｌ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｓｉ系化合物、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物が析出していることを確認することができた。Ａｌ－Ｃｕ系化合物は、例えば、Ａｌ_２Ｃｕである。Ｍｇ－Ｓｉ系化合物は、例えば、Ｍｇ_５Ｓｉ_６である。実施例４に係るアルミニウム合金部材の断面には、比較例１に係るそれと異なり、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物が析出していることを確認することができた。上述した通り、実施例４は、比較例１と比較して、静的強度や疲労特性に優れる。この一因としては、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物、Ｍｇ_５Ｓｉ_６の析出強化が挙げられる。

なお、他の実施例に係る鋳造用アルミニウム合金のＭｇの含有量が０．５％を超えると、実施例に係るアルミニウム合金部材の断面には、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物が安定して析出することが確認できた。よって、他の実施例に係る鋳造用アルミニウム合金のＭｇの含有量が０．５％を超えると、アルミニウム合金部材の静的強度や疲労特性の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

ＳＴ１、ＳＴ２ステップ

Claims

質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる鋳造用アルミニウム合金。
Ｚｎの含有量が、質量％で、１．０％以上５．０％以下に限定された請求項１に記載の鋳造用アルミニウム合金。
Ｍｇの含有量が、質量％で、０．５％以上０．８％以下に限定された請求項１に記載の鋳造用アルミニウム合金。
Ｓｉの含有量が、質量％で、４．０％以上５．０％未満に限定され、又は、Ｃｕの含有量が、質量％で１．５％以上２．０％未満に限定された請求項１又は２に記載の鋳造用アルミニウム合金。
質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２％～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる鋳造用アルミニウム合金からなり、
引張強度が２３０ＭＰａ以上、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上、高サイクル疲労強度が１００ＭＰａ以上、低サイクル疲労強度が８０００サイクル以上である、
アルミニウム合金部材。
ＴＥＭを用いて測定可能なＭｇ_５Ｓｉ_６が析出した、
請求項５に記載のアルミニウム合金部材。
質量％で、Ｓｉ：４．０～７．５％、Ｃｕ：１．５～４．０％、Ｚｎ：１．０％以上、Ｍｇ：０．２～０．８％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる鋳造用アルミニウム合金を鋳造して、アルミニウム鋳造材を形成するステップと、
前記アルミニウム鋳造材を加熱温度１８５～２０５℃で加熱保持して、前記アルミニウム鋳造材に人工時効処理を施すステップと、を備える、
アルミニウム合金部材の製造方法。