JP2024514616A - Oxidation resistant Al-Mg high strength die casting alloy - Google Patents

Oxidation resistant Al-Mg high strength die casting alloy Download PDF

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Abstract

本開示は、ベリリウムを含まない、鋳造作業に適する鋳造合金に関する。鋳造合金は、重量パーセントで、Mg(約1.0~約17.0)、Fe(約0.5~約1.8)、Ca(約0.003~約6.0)又はSr(約0.003~約2.5)のうちの一方、所望に応じて結晶微細化剤、並びに残量のアルミニウム及び不可避不純物、を含む。鋳造合金は、鋳造作業中におけるMg喪失及び/又はドロス生成を低減するために、アルミニウム鋳造製品を製造する方法に用いることができる。【選択図】図3The present disclosure relates to a beryllium-free casting alloy suitable for casting operations. The casting alloy includes, in weight percent, one of Mg (about 1.0 to about 17.0), Fe (about 0.5 to about 1.8), Ca (about 0.003 to about 6.0) or Sr (about 0.003 to about 2.5), optionally a grain refiner, and the balance aluminum and unavoidable impurities. The casting alloy can be used in a method for producing aluminum cast products to reduce Mg loss and/or dross formation during casting operations.Selected Figure 3

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全内容が参照により本明細書に援用される2020年4月14日に出願された米国仮特許出願第63/174,796号の優先権を主張するものである。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 63/174,796, filed April 14, 2020, the entire contents of which are incorporated herein by reference. It is.

本開示は、高圧真空ダイカスト作業(high pressure vacuum die-casting operations)などの鋳造作業に適するAl-Mg鋳造合金に関する。 This disclosure relates to Al-Mg casting alloys suitable for casting operations such as high pressure vacuum die-casting operations.

自動車産業の分野では、構造ダイカスト部品に対する需要が増加し続けている。既存の合金のほとんどは、良好な機械的特性を有する製品を製造するために、熱処理を必要とする。したがって、構造ダイカスト品の製造コストを低減するためには、熱処理を行わない合金が求められることになる。 The demand for structural die cast parts continues to increase in the automotive industry. Most of the existing alloys require heat treatment to produce products with good mechanical properties. Therefore, alloys that do not require heat treatment are required to reduce the manufacturing costs of structural die cast parts.

Al-Mgダイカスト鋳造合金は、鋳造したままの状態での優れた機械的特性のために、大きな関心を集めてきた。充分な固溶強化を得るために、Mgが多く添加されて(>3%)Al-Mg合金が製造される。しかし、Mgの酸素との強い親和性に起因して、Al-Mg合金は、著しいドロスの形成及び溶融物からのMgの喪失をもたらし得る問題となる酸化を起こしてしまう。酸化を最小限に抑えるためにベリリウムを用いることができ、なぜなら、それは、Mgのさらなる酸化を防止する保護BeO層を空気-金属界面に形成するからである。しかし、Beの使用は、Beダストを吸い込む又はそれに接触するオペレーターに対して健康上のリスクをもたらす。 Al-Mg die casting alloys have attracted much interest due to their excellent mechanical properties in the as-cast state. To obtain sufficient solid solution strengthening, Al-Mg alloys are produced with high Mg additions (>3%). However, due to the strong affinity of Mg with oxygen, Al-Mg alloys undergo problematic oxidation that can result in significant dross formation and loss of Mg from the melt. Beryllium can be used to minimize oxidation because it forms a protective BeO layer at the air-metal interface that prevents further oxidation of Mg. However, the use of Be poses health risks to operators who inhale or come into contact with Be dust.

したがって、アルミニウムダイカスト市場では、Al-Mg合金において、類似の酸化防止効果を提供するが、健康リスクは伴わないBeの代替物を求められている。また、耐ダイ焼き付き性(die soldering resistance)など、鋳造作業中に改善された特性を呈する合金を提供することも求められている。さらに、鋳造されたままの状態(質別F)で改善された機械的特性を呈するアルミニウム鋳造製品を提供することも求められている。 Therefore, the aluminum die casting market is seeking an alternative to Be in Al-Mg alloys that provides similar antioxidant benefits, but without the health risks. There is also a need to provide alloys that exhibit improved properties during casting operations, such as die soldering resistance. Additionally, there is a need to provide aluminum casting products that exhibit improved mechanical properties in the as-cast condition (temper F).

本開示は、ベリリウム非含有鋳造合金を提供する。本開示の鋳造合金は、Ca又はSrを含む。いくつかの実施形態では、鋳造合金は、鋳造作業中におけるMg喪失の低減及び/又はドロス生成の低減を呈する。いくつかの実施形態では、鋳造合金は、鋳造作業中における耐ダイ焼き付き性の向上も呈する。いくつかの実施形態では、鋳造アルミニウム合金から製造されたアルミニウム鋳造製品は、鋳造されたままの状態であっても、改善された機械的特性を呈する。 The present disclosure provides beryllium-free casting alloys. The casting alloy of the present disclosure includes Ca or Sr. In some embodiments, the cast alloy exhibits reduced Mg loss and/or reduced dross formation during casting operations. In some embodiments, the casting alloy also exhibits improved die seizure resistance during casting operations. In some embodiments, aluminum cast products made from cast aluminum alloys exhibit improved mechanical properties even in the as-cast condition.

第一の態様によると、本開示は、重量パーセントで、
Mg 約1.0~約17.0;
Fe 約0.5~約1.8;
Ca 約0.003~約6.0又はSr 約0.003~約2.5、のうちの一方;並びに
残量のアルミニウム及び不可避不純物、
を含む鋳造合金を提供し、鋳造合金は、合金元素としてBeを含まない。
According to a first aspect, the present disclosure provides a composition comprising, in weight percent:
Mg about 1.0 to about 17.0;
Fe about 0.5 to about 1.8;
one of: Ca from about 0.003 to about 6.0; or Sr from about 0.003 to about 2.5; and the balance being aluminum and inevitable impurities.
wherein the casting alloy does not include Be as an alloying element.

一実施形態では、鋳造合金は、結晶微細化剤をさらに含む。別の実施形態では、Caをさらに含む。なお別の実施形態では、鋳造合金は、重量パーセントで約0.01~約0.3のCaを含む。さらに別の実施形態では、鋳造合金は、重量パーセントで約3.0~約8.0のMgを含む。なお別の実施形態では、鋳造合金は、約4.0~約6.0のMgを含む。さらに別の実施形態では、鋳造合金は、重量パーセントで約0.8~約1.8のFeを含む。 In one embodiment, the cast alloy further includes a grain refiner. In another embodiment, it further includes Ca. In yet another embodiment, the cast alloy includes from about 0.01 to about 0.3 weight percent Ca. In yet another embodiment, the cast alloy includes from about 3.0 to about 8.0 weight percent Mg. In yet another embodiment, the cast alloy includes about 4.0 to about 6.0 Mg. In yet another embodiment, the cast alloy includes from about 0.8 to about 1.8 weight percent Fe.

第二の態様によると、本開示は、本明細書で述べる鋳造合金を含むアルミニウム鋳造製品を提供する。いくつかの実施形態では、鋳造されたアルミニウムは、構造自動車部品である。追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、以下の特性:少なくとも約200MPaの引張強度、少なくとも約100MPaの降伏強度、少なくとも約7%の伸び、及び/又は少なくとも約30°のVDA曲げ角度、のうちの少なくとも1つを有する。追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、AlCaを含む。いくつかのさらなる実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、Al13Fe相、AlMg相、及びAlCaを有する。いくつかの追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、AlMg相で接合されたAlCaを有する。なお追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、結晶粒界にAlMgCa相を有する。 According to a second aspect, the present disclosure provides an aluminum casting product comprising the casting alloy described herein. In some embodiments, the cast aluminum is a structural automotive part. In additional embodiments, the aluminum cast product has one of the following properties: a tensile strength of at least about 200 MPa, a yield strength of at least about 100 MPa, an elongation of at least about 7%, and/or a VDA bending angle of at least about 30°. It has at least one of the following. In additional embodiments, the aluminum casting product includes Al 4 Ca. In some further embodiments, the aluminum casting product has four phases of Al 13 Fe, two phases of Al 3 Mg, and Al 4 Ca. In some additional embodiments, the aluminum casting product has Al 4 Ca bonded with an Al 3 Mg two phase. In still additional embodiments, the aluminum cast product has AlMgCa phases at grain boundaries.

第三の態様によると、本開示は、アルミニウム鋳造製品を製造する方法を提供し、その方法は、本明細書で述べる鋳造アルミニウムをモールド中で鋳造することを含む。一実施形態では、方法はさらに、鋳造されたアルミニウム合金を高圧真空ダイカストに供することを含む。なお別の実施形態では、方法は、鋳造後熱処理工程を含まない。 According to a third aspect, the present disclosure provides a method of producing an aluminum cast product, the method comprising casting the cast aluminum alloy described herein in a mold. In one embodiment, the method further comprises subjecting the cast aluminum alloy to high pressure vacuum die casting. In yet another embodiment, the method does not include a post-casting heat treatment step.

第三の態様によると、本開示は、本明細書で述べる方法によって得ることができる又は得られるアルミニウム鋳造製品を提供する。いくつかの実施形態では、鋳造されたアルミニウムは、構造自動車部品である。追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、以下の特性:少なくとも約200MPaの引張強度、少なくとも約100MPaの降伏強度、少なくとも約7%の伸び、及び/又は少なくとも約30°のVDA曲げ角度、のうちの少なくとも1つを有する。追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、AlCaを含む。いくつかのさらなる実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、Al13Fe相、AlMg相、及びAlCaを有する。いくつかの追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、AlMg相と接合したAlCaを有する。なお追加の実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、結晶粒界にAlMgCa相を有する。 According to a third aspect, the present disclosure provides an aluminum casting product obtainable or obtainable by the methods described herein. In some embodiments, the cast aluminum is a structural automotive part. In additional embodiments, the aluminum cast product has one of the following properties: a tensile strength of at least about 200 MPa, a yield strength of at least about 100 MPa, an elongation of at least about 7%, and/or a VDA bending angle of at least about 30°. It has at least one of the following. In additional embodiments, the aluminum casting product includes Al 4 Ca. In some further embodiments, the aluminum casting product has four phases of Al 13 Fe, two phases of Al 3 Mg, and Al 4 Ca. In some additional embodiments, the aluminum cast product has Al 4 Ca combined with an Al 3 Mg two- phase. In still additional embodiments, the aluminum cast product has AlMgCa phases at grain boundaries.

第四の態様によると、本開示は、コントロールアルミニウム製品と比較して、アルミニウム製品の鋳造作業中におけるMg喪失及びドロス生成を制限するための方法を提供する。この方法は、約0.003~約6.0のCa又は約0.003~約2.5のSrのうちの一方を、第一のアルミニウム合金に添加して、鋳造されることを意図する鋳造合金を得ることを含む。第一のアルミニウム合金は、重量パーセントで、
Mg 約1.0~約17.0;
Fe 約0.5~約1.8;並びに
残量のアルミニウム及び不可避不純物、
を含み、第一のアルミニウム合金及び鋳造合金は、合金元素としてBeを含まない。
According to a fourth aspect, the present disclosure provides a method for limiting Mg loss and dross formation during a casting operation of an aluminum product compared to a control aluminum product, the method comprising adding one of about 0.003 to about 6.0 Ca or about 0.003 to about 2.5 Sr to a first aluminum alloy to obtain a casting alloy intended to be cast, the first aluminum alloy comprising, in weight percent:
Mg about 1.0 to about 17.0;
Fe from about 0.5 to about 1.8; and the balance aluminum and inevitable impurities.
and the first aluminum alloy and the cast alloy do not contain Be as an alloying element.

いくつかの実施形態では、方法はさらに、鋳造合金を溶融して溶融鋳造合金を得ることを含む。一実施形態では、第一のアルミニウム合金は、結晶微細化剤をさらに含む。いくつかの追加の実施形態では、方法は、溶融鋳造合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合、Mg喪失を約12重量パーセント未満に低減するために用いることができる。いくつかのさらなる実施形態では、方法は、溶融鋳造合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合、ドロス生成を約7重量パーセント未満に低減するために用いることができる。いくつかの実施形態では、方法はさらに、溶融鋳造合金を鋳造して、鋳造されたアルミニウム合金を得ることを含む。さらに追加の実施形態では、方法はさらに、鋳造されたアルミニウム合金を高圧真空ダイカストに供することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、鋳造後熱処理工程を含まない。いくつかの追加の実施形態では、鋳造アルミニウム合金は、Caを含む。なおさらなるいくつかの実施形態では、鋳造アルミニウム合金は、約0.01~約0.3のCaを含む。追加の実施形態では、第一のアルミニウム合金は、約3.0~約8.0のMgを含む。さらなるいくつかの実施形態では、第一のアルミニウム合金は、約4.0~約6.0のMgを含む。なお別の実施形態では、第一のアルミニウム合金は、約0.8~約1.8のFeを含む。 In some embodiments, the method further includes melting the cast alloy to obtain a molten cast alloy. In one embodiment, the first aluminum alloy further includes a grain refiner. In some additional embodiments, the method can be used to reduce Mg loss to less than about 12 weight percent when the molten cast alloy is held for at least 6 hours. In some further embodiments, the method can be used to reduce dross formation to less than about 7 weight percent when the molten cast alloy is held for at least 6 hours. In some embodiments, the method further includes casting the molten cast alloy to obtain a cast aluminum alloy. In still further embodiments, the method further includes subjecting the cast aluminum alloy to high pressure vacuum die casting. In some embodiments, the method does not include a post-casting heat treatment step. In some additional embodiments, the cast aluminum alloy includes Ca. In still further embodiments, the cast aluminum alloy includes about 0.01 to about 0.3 Ca. In additional embodiments, the first aluminum alloy includes from about 3.0 to about 8.0 Mg. In some further embodiments, the first aluminum alloy includes from about 4.0 to about 6.0 Mg. In yet another embodiment, the first aluminum alloy includes about 0.8 to about 1.8 Fe.

本発明の性質について全般的に記載してきたが、その好ましい実施形態を例示する添付の図面を次に参照する。 Having generally described the nature of the present invention, reference is now made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments thereof.

図1は、例で用いた実験手順を示す。Figure 1 shows the experimental procedure used in the example. 図2Aは、例で用いたHPVDCプレートの写真を示す。破線は、例で提示する引張試験で用いたセクションを示す。図2Bは、例で用いたASTM B557引張試験試料の寸法の図を示す。Figure 2A shows a photograph of the HPVDC plate used in the example. The dashed line indicates the section used in the tensile tests presented in the example. FIG. 2B shows a diagram of the dimensions of the ASTM B557 tensile test specimen used in the examples. 図3は、空気曝露酸化試験の過程における溶融表面の変化の写真を示す(左から右に向かって、スキミング後、1時間保持、2時間保持、又は20時間保持)。FIG. 3 shows photographs of changes in the melt surface during the course of the air exposure oxidation test (from left to right, after skimming, holding for 1 hour, holding for 2 hours, or holding for 20 hours). 図4Aは、固体ドロスの形態の写真を示す。図4Bは、ドロスの電子顕微鏡画像であり、エネルギー分散型X線分析の(EDX)-1粒子及びEDX-2粒子を示す。スケールバーは20μmである。Figure 4A shows a photograph of the morphology of the solid dross. Figure 4B shows an electron microscope image of the dross, showing the energy dispersive X-ray analysis (EDX)-1 and EDX-2 grains. The scale bar is 20 μm. 図4Cは、図4BからのEDX-1の結果を示す。図4Dは、図4BからのEDX-2の結果を示す。Figure 4C shows the EDX-1 results from Figure 4B. Figure 4D shows the EDX-2 results from Figure 4B. 図5Aは、100ppmのCa(■)、1000ppmのCa(▲)、100ppmのSr(×)、又は1000ppmのSr(●)を含む合金中、0~6時間の保持時間の過程における、ベース合金中(Ca、Sr、及び/又はCaとSrとの組み合わせ、破線(stapled line))のMgの重量パーセントを示す。図5Bは、100ppmのCa、1000ppmのCa、100ppmのSr、又は1000ppmのSrを含む合金中、合計6時間の保持時間後における、ベース合金中(Ca、Sr、及び/又はCaとSrとの組み合わせ)のMg喪失のパーセントを示す。Figure 5A shows the weight percent of Mg in the base alloy (Ca, Sr, and/or a combination of Ca and Sr, stapled lines) over the course of 0 to 6 hours hold times in alloys containing 100 ppm Ca (■), 1000 ppm Ca (▲), 100 ppm Sr (X), or 1000 ppm Sr (●), and Figure 5B shows the percent Mg loss in the base alloy (Ca, Sr, and/or a combination of Ca and Sr) after a total hold time of 6 hours in alloys containing 100 ppm Ca, 1000 ppm Ca, 100 ppm Sr, or 1000 ppm Sr. 図6は、添加剤なし、Caのみ、Srのみ、及びCaとSrとの組み合わせを含む溶融Al-1.5Fe-5Mgベース合金の、770℃で2時間の保持時間後における典型的な外観の写真を示す。FIG. 6 shows photographs of the typical appearance of molten Al-1.5Fe-5Mg base alloys containing no additives, only Ca, only Sr, and a combination of Ca and Sr after a holding time of 2 hours at 770° C. 図7は、合計6時間の保持時間後における、ベースAl-1.5Fe-5Mg合金、Caのみ添加の合金、Srのみ添加の合金、又はCaとSrとの組み合わせを添加した合金の合計生成ドロス量(重量パーセント)を示す。Figure 7 shows the total dross produced for the base Al-1.5Fe-5Mg alloy, the alloy with only Ca added, the alloy with only Sr added, or the alloy with a combination of Ca and Sr added after a total holding time of 6 hours. Indicates the amount (weight percent). 図8は、ベースAl-1.5Fe-5Mg合金及びCa添加(0.1)合金の機械的特性を比較して示す。結果は、比較した2つの合金について、引張強度(左の棒グラフ、MPa)、降伏強度(中央の棒グラフ、MPa)、伸び指数(左の棒グラフ、%)、及び品質指数(■、MPa)として示す。The mechanical properties of the base Al-1.5Fe-5Mg alloy and the Ca-added (0.1) alloy are compared in Figure 8. The results are shown as tensile strength (left bar, MPa), yield strength (middle bar, MPa), elongation index (left bar, %), and quality index (■, MPa) for the two alloys compared. 図9は、比較合金1、比較合金2(Beを含む)、及びAl-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の機械的特性を比較して示す。結果は、比較した3つの合金について、引張強度(左の棒グラフ、MPa)、降伏強度(中央の棒グラフ、MPa)、伸び指数(左の棒グラフ、%)、及び品質指数(■、MPa)として示す。9 compares the mechanical properties of Comparative Alloy 1, Comparative Alloy 2 (containing Be), and the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. Results are shown as tensile strength (left bar, MPa), yield strength (middle bar, MPa), elongation index (left bar, %), and quality index (■, MPa) for the three alloys compared. 図10Aは、ベースAl-1.5Fe-5Mg合金の代表的な光学画像を示す。矢印は、材料中の多孔質部分を指している。スケールバーは100μmである。図10Bは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の代表的な光学画像を示す。スケールバーは100μmである。図10Cは、ベースAl-1.5Fe-5Mg合金の代表的な光学画像を示す。スケールバーは20μmである。図10Dは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の代表的な光学画像を示す。スケールバーは20μmである。FIG. 10A shows a representative optical image of the base Al-1.5Fe-5Mg alloy. The arrows point to the porous areas in the material. The scale bar is 100 μm. FIG. 10B shows a representative optical image of the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. The scale bar is 100 μm. FIG. 10C shows a representative optical image of the base Al-1.5Fe-5Mg alloy. The scale bar is 20 μm. FIG. 10D shows a representative optical image of the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. The scale bar is 20 μm. 図11Aは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金中に見出されるAl13Fe相の走査型電子顕微鏡(SEM)画像、EDX、及び電子線後方散乱回折法(EBSD)を示す。図11Bは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金中に見出されるAlMg相の走査型電子顕微鏡(SEM)画像及びEDXを示す。図11Cは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金中に見出されるAlCa構成成分の走査型電子顕微鏡(SEM)画像、EDX、及び電子線後方散乱回折法(EBSD)を示す。図11Dは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金中に見出されるAl-Mg-Ca相の走査型電子顕微鏡(SEM)画像及びEDXマッピングを示す。Figure 11A shows a scanning electron microscope (SEM) image, EDX, and electron backscatter diffraction (EBSD) of the Al 13 Fe 4 phase found in the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. Figure 11B shows a scanning electron microscope (SEM) image and EDX of the Al 3 Mg 2 phase found in the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. Figure 11C shows a scanning electron microscope (SEM) image, EDX, and electron backscatter diffraction (EBSD) of the Al 4 Ca component found in the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. Figure 11D shows a scanning electron microscope (SEM) image and EDX mapping of the Al-Mg-Ca phase found in the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. 図12は、合金の降伏強度に対するMgの影響を示す結果を提供する。Figure 12 provides results showing the effect of Mg on the yield strength of the alloy.

アルミニウム合金は、自動車産業において、燃費の向上及びCO排出の削減のために軽量化の目標を達成するための魅力的なソリューションを提供する。高圧真空ダイカスト(HPVDC)は、迅速で経済的なニアネットシェイプ製造法として、アルミニウム構造コンポーネントの製造に広く用いられている。構造ダイカスト品のための合金は、典型的には、良好な流動性及び耐ダイ焼き付き性、高い機械的特性、並びに充分な耐腐食性を必要とする。産業界で取り組まれている重要な課題は、ダイ焼き付き、固溶化処理中のブリスター発生、及び強度と延性とを併せ持つ必要性である。広くコスト及び品質の観点から、質別F及びT5において充分に設計されたアルミニウム合金が好ましい。 Aluminum alloys offer an attractive solution to meet the lightweighting goals in the automotive industry for improved fuel economy and reduced CO2 emissions. High pressure vacuum die casting (HPVDC) is widely used for the manufacture of aluminum structural components as a fast and economical near net shape manufacturing method. Alloys for structural die castings typically require good flow and die seizure resistance, high mechanical properties, and adequate corrosion resistance. Key challenges addressed by the industry are die seizure, blistering during solution treatment, and the need to combine strength and ductility. From a broad cost and quality standpoint, well-engineered aluminum alloys in tempers F and T5 are preferred.

Al-Mg鋳造合金では、酸化を制限又は防止するために、Beが多くの場合用いられる。しかし、本開示では、鋳造作業で用いることを意図するAl-Mg鋳造合金中のBeを置き換えることを模索した。驚くべきことに、Ca又はSrをAl-Mg鋳造合金に添加すると、鋳造作業中の合金の酸化が制限されるだけでなく、改善された機械的特性を呈する鋳造製品も得られることが見出された。 Be is often used in Al-Mg casting alloys to limit or prevent oxidation. However, in the present disclosure, we have sought to replace Be in Al-Mg casting alloys intended for use in casting operations. Surprisingly, it has been found that the addition of Ca or Sr to Al-Mg casting alloys not only limits the oxidation of the alloy during casting operations, but also results in cast products exhibiting improved mechanical properties.

本開示の鋳造アルミニウム合金は、Ca又はSrのいずれかを含む。いくつかの実施形態では、鋳造アルミニウム合金は、CaとSrとの組み合わせは含まない。上記で示されるように、Ca及びSrは、合金の酸化を制限し、さらには、いくつかの実施形態では、鋳造条件を改善する。鋳造アルミニウム合金が鋳造製品の製造に用いられる場合、いくつかの実施形態では、鋳造製品の1又は複数の機械的特性を改善することもできる(いくつかの実施形態では、その鋳造されたままの状態で)。 The cast aluminum alloy of the present disclosure contains either Ca or Sr. In some embodiments, the cast aluminum alloy does not include a combination of Ca and Sr. As indicated above, Ca and Sr limit oxidation of the alloy and, in some embodiments, improve casting conditions. When cast aluminum alloys are used to make cast products, in some embodiments it can also improve one or more mechanical properties of the cast product (in some embodiments, its as-cast state).

本開示の鋳造アルミニウム合金は、鋳造作業に適するいかなるAl-Mg鋳造合金であってもよい。一実施形態では、本開示の鋳造アルミニウム合金は、5xx.xアルミニウム合金であってよい。 The cast aluminum alloy of the present disclosure may be any Al-Mg cast alloy suitable for casting operations. In one embodiment, the cast aluminum alloy of the present disclosure may be a 5xx.x aluminum alloy.

いくつかの実施形態では、Caは、約0.003以上の重量パーセントで鋳造アルミニウム合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Caは、約0.01以上の重量パーセントで鋳造アルミニウム合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Caは、約0.1以上の重量パーセントで鋳造アルミニウム合金中に存在する。追加の実施形態では、Caは、少なくとも約0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、又はそれ以上の重量パーセントで存在する。Caが合金中に存在する場合、それは、6.0以下の重量パーセントで存在する。いくつかの実施形態では、Caは、約6.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの具体的な実施形態では、Caは、約0.01~約6.0の重量パーセントで合金中に存在する。追加の実施形態では、Caは、少なくとも約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、又はそれ以上の重量パーセントで存在する。いくつかの実施形態では、Caは、約6.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの具体的な実施形態では、Caは、約0.1~約6.0の重量パーセントで合金中に存在する。なお他の実施形態では、Caは、少なくとも約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。なおさらなる実施形態では、Caは、約0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。なお追加の実施形態では、Caは、約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、又は0.2から約0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、又は0.02までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.01から約0.3までの重量パーセントなどである。なお他の実施形態では、Caは、少なくとも約0.1、0.2、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。なおさらなる実施形態では、Caは、約0.3、0.2以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。なお追加の実施形態では、Caは、約0.1又は0.2から約0.3又は0.2までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.1から約0.3までの重量パーセントなどである。 In some embodiments, Ca is present in the cast aluminum alloy at a weight percent of about 0.003 or greater. In some embodiments, Ca is present in the cast aluminum alloy at a weight percent of about 0.01 or greater. In some embodiments, Ca is present in the cast aluminum alloy at a weight percent of about 0.1 or greater. In additional embodiments, Ca is at least about 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.01, 0.02, 0.03 , 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0 .7, 0.8, 0.9, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, or more weight percent. If Ca is present in the alloy, it is present in a weight percent of 6.0 or less. In some embodiments, Ca is about 6.0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 , 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0 Present in the alloy at a weight percent of .02 or less. In some specific embodiments, Ca is present in the alloy at a weight percent of about 0.01 to about 6.0. In additional embodiments, Ca is at least about 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 , or greater weight percent. In some embodiments, Ca is about 6.0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 , 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, or less by weight in the alloy. In some specific embodiments, Ca is present in the alloy at a weight percent of about 0.1 to about 6.0. In still other embodiments, Ca is at least about 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0. Present in the alloy at a weight percent of 1, 0.2, or more. In still further embodiments, Ca is about 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, Present in the alloy at a weight percent of 0.02 or less. In still additional embodiments, Ca is about 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1 , or from 0.2 to about 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, or 0. It is present in the alloy at a weight percent of up to 0.02, such as from about 0.01 to about 0.3. In still other embodiments, Ca is present in the alloy at a weight percent of at least about 0.1, 0.2, or more. In still further embodiments, Ca is present in the alloy at a weight percent of about 0.3, 0.2 or less. In yet additional embodiments, Ca is present in the alloy at a weight percent from about 0.1 or 0.2 to about 0.3 or 0.2, such as from about 0.1 to about 0.3. weight percent, etc.

いくつかの実施形態では、Srは、約0.003以上の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Srは、約0.01以上の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Srは、約0.1以上の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの追加の実施形態では、Srは、少なくとも約0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、又はそれ以上の重量パーセントで存在する。Srが合金中に存在する場合、それは、2.5以下の重量パーセントで存在する。いくつかの実施形態では、Srは、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、0.009、0.008、0.007、0.006、0.005、0.004以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの具体的な実施形態では、Srは、約0.003~約2.5の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの追加の実施形態では、Srは、少なくとも約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、又はそれ以上の重量パーセントで存在する。いくつかの実施形態では、Srは、約2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの具体的な実施形態では、Srは、約0.01~約2.5の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの追加の実施形態では、Srは、少なくとも約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、又はそれ以上の重量パーセントで存在する。いくつかの実施形態では、Srは、約2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの具体的な実施形態では、Srは、約0.1~約2.5の重量パーセントで合金中に存在する。なお他の実施形態では、Srは、少なくとも約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、又は0.2の重量パーセントで合金中に存在する。なおさらなる実施形態では、Srは、約0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。なお追加の実施形態では、Srは、約0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、又は0.2から約0.3、0.2、0.1、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、又は0.02までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.01から約0.3までの重量パーセントなどである。Srは、少なくとも約0.1、0.2、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。なおさらなる実施形態では、Srは、約0.3、0.2以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。なお追加の実施形態では、Srは、0.1又は0.2から約0.3又は0.2までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.1から約0.3までの重量パーセントなどである。 In some embodiments, Sr is present in the alloy at a weight percent of about 0.003 or greater. In some embodiments, Sr is present in the alloy at a weight percent of about 0.01 or greater. In some embodiments, Sr is present in the alloy at a weight percent of about 0.1 or greater. In some additional embodiments, Sr is present in at least about 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, or more weight percent. If Sr is present in the alloy, it is present in 2.5 weight percent or less. In some embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of less than or equal to 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, 0.01, 0.009, 0.008, 0.007, 0.006, 0.005, 0.004, or less. In some specific embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of from about 0.003 to about 2.5. In some additional embodiments, Sr is present in at least about 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, or more weight percent. In some embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of about 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02 or less. In some specific embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of about 0.01 to about 2.5. In some additional embodiments, Sr is present in a weight percent of at least about 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, or more. In some embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of no more than about 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, or less. In some specific embodiments, Sr is present in the alloy at about 0.1 to about 2.5 weight percent. In still other embodiments, Sr is present in the alloy at at least about 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, or 0.2 weight percent. In still further embodiments, Sr is present in the alloy at no more than about 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, or less weight percent. In yet additional embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of about 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, or 0.2 to about 0.3, 0.2, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, or 0.02, such as from about 0.01 to about 0.3 weight percent. Sr is present in the alloy in at least about 0.1, 0.2, or more weight percent. In yet further embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of about 0.3, 0.2, or less. In yet additional embodiments, Sr is present in the alloy in a weight percent of 0.1 or 0.2 to about 0.3 or 0.2, such as from about 0.1 to about 0.3 weight percent.

本開示の鋳造アルミニウム合金は、得られる鋳造製品に許容可能な機械的特性を提供するために、Mgを含む。Mgの主要な強化機構が固溶強化であることから、アルミニウム中におけるMgの溶解度を超えて添加しても、対応するアルミニウム鋳造製品の機械的特性がさらに上昇することはない。このため、本開示の鋳造アルミニウム合金では、17.0以下の重量パーセントでMgが提供される。Mgは、少なくとも約1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。Mgは、約17.0、16.0、15.0、14.0、13.0、12.0、11.0、10.0、9.0、8.0、7.0、6.0、5.0、4.0、3.0、2.0以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。一実施形態では、Mgは、約1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0から約17.0、16.0、15.0、14.0、13.0、12.0、11.0、10.0、9.0、8.0、7.0、6.0、5.0、4.0、3.0、2.0までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約1.0から17.0までなどである。いくつかの実施形態では、Mgは、少なくとも約3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Mgは、約8.0、7.0、6.0、5.0、4.0以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。一実施形態では、Mgは、約3.0、4.0、5.0、6.0、7.0から約8.0、7.0、6.0、5.0、4.0までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約3.0から8.0までなどである。いくつかの実施形態では、Mgは、少なくとも約4.0、5.0、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。いくつかの実施形態では、Mgは、約6.0、5.0以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。一実施形態では、Mgは、約4.0、5.0から約6.0、5.0までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約4.0から6.0までなどである。 The cast aluminum alloys of the present disclosure include Mg to provide acceptable mechanical properties to the resulting cast product. Since the main strengthening mechanism of Mg is solid solution strengthening, addition beyond the solubility of Mg in aluminum does not further increase the mechanical properties of the corresponding aluminum cast product. Thus, the cast aluminum alloys of the present disclosure provide Mg at a weight percent of 17.0 or less. Mg is at least about 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11.0, 12 present in the alloy at a weight percent of .0, 13.0, 14.0, 15.0, 16.0, or greater. Mg is approximately 17.0, 16.0, 15.0, 14.0, 13.0, 12.0, 11.0, 10.0, 9.0, 8.0, 7.0, 6. Present in the alloy at a weight percent of 0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0 or less. In one embodiment, Mg is about 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11 .0, 12.0, 13.0, 14.0, 15.0, 16.0 to about 17.0, 16.0, 15.0, 14.0, 13.0, 12.0, 11. Present in the alloy in weight percentages up to 0, 10.0, 9.0, 8.0, 7.0, 6.0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0, e.g. From about 1.0 to 17.0, and so on. In some embodiments, Mg is present in the alloy at a weight percent of at least about 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, or more. In some embodiments, Mg is present in the alloy at a weight percent of about 8.0, 7.0, 6.0, 5.0, 4.0 or less. In one embodiment, Mg is from about 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0 to about 8.0, 7.0, 6.0, 5.0, 4.0 is present in the alloy at a weight percent of, for example, from about 3.0 to 8.0. In some embodiments, Mg is present in the alloy at a weight percent of at least about 4.0, 5.0, or more. In some embodiments, Mg is present in the alloy at a weight percent of about 6.0, 5.0 or less. In one embodiment, Mg is present in the alloy at a weight percent from about 4.0, 5.0 to about 6.0, 5.0, such as from about 4.0 to 6.0. .

本開示の鋳造アルミニウム合金は、鋳造作業中に耐ダイ焼き付き性を提供するために、Feを含む。しかし、本開示の鋳造合金中に存在するFeの量は、もろく、対応するアルミニウム合金製品の機械的特性を低下させ得る大きい鉄相の生成が回避されるように、制限されるべきである。このため、Feは、少なくとも約0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。Feは、約1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。一実施形態では、Feは、約0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7から約1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.5から1.8までなどである。一実施形態では、Feは、少なくとも約0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、又はそれ以上の重量パーセントで合金中に存在する。Feは、約1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9以下、又はそれ未満の重量パーセントで合金中に存在する。一実施形態では、Feは、約0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7から約1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9までの重量パーセントで合金中に存在し、例えば、約0.8から1.8までなどである。 The cast aluminum alloys of the present disclosure include Fe to provide die seizure resistance during casting operations. However, the amount of Fe present in the cast alloys of the present disclosure should be limited to avoid the formation of large iron phases that may be brittle and reduce the mechanical properties of the corresponding aluminum alloy product. Thus, Fe is present in the alloy at least about 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, or more by weight percent. Fe is present in the alloy at no more than about 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, or less by weight percent. In one embodiment, Fe is present in the alloy in a weight percent of from about 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 to about 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, such as from about 0.5 to 1.8. In one embodiment, Fe is present in the alloy in a weight percent of at least about 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, or more. Fe is present in the alloy in a weight percent of less than or equal to about 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, or less. In one embodiment, Fe is present in the alloy in a weight percent of from about 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 to about 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, such as from about 0.8 to 1.8.

所望に応じて、結晶微細化剤が、完全に等軸状である微細結晶粒組織でアルミニウム合金を固化するために、Ti、TiB2、TiB、又はTiCの形態で本開示のアルミニウム合金に含まれてもよい。TiBが結晶微細化剤として用いられる場合、その結果として、合金中のB含有量は最大0.05重量%となり得る。TiCが結晶微細化剤として用いられる場合、その結果として、合金中のC含有量は最大0.01重量%となり得る。結晶微細化剤は、再溶融されるべきインゴットの製造時に添加され得る、又はそれは、最終鋳造品の製造時の再溶融後に添加され得る。 Optionally, a grain refiner is included in the aluminum alloy of the present disclosure in the form of Ti, TiB, TiB, or TiC to solidify the aluminum alloy with a fine grain structure that is completely equiaxed. It's okay. If TiB is used as a grain refiner, the resulting B content in the alloy can be up to 0.05% by weight. If TiC is used as a grain refiner, the resulting C content in the alloy can be up to 0.01% by weight. The grain refiner can be added during the manufacture of the ingot to be remelted, or it can be added after remelting during the manufacture of the final casting.

本開示の鋳造合金は、意図的な添加剤としても又は合金元素としても、Beを含まない。存在する場合は、Beは、不可避不純物であると見なされる。
本開示のいくつかの実施形態では、鋳造合金は、意図的な添加剤としても又は合金元素としても、Cuを含まない。このため、いくつかの実施形態では、存在する場合は、Cuは、不可避不純物であると見なされ得る。
The casting alloys of the present disclosure do not contain Be, either as an intentional additive or as an alloying element. If present, Be is considered to be an unavoidable impurity.
In some embodiments of the present disclosure, the cast alloy does not contain Cu, either as an intentional additive or as an alloying element, and thus, in some embodiments, Cu, if present, may be considered an unavoidable impurity.

本開示のアルミニウム合金の残部は、アルミニウム(Al)及び不可避不純物である。一実施形態では、不純物の各々は、重量パーセントで、最大約0.05で存在し、合計不可避不純物は、重量パーセントで、約0.15(重量パーセント)未満で存在する。 The remainder of the aluminum alloy of the present disclosure is aluminum (Al) and unavoidable impurities. In one embodiment, each of the impurities is present at up to about 0.05 percent by weight, and the total unavoidable impurities are present at less than about 0.15 percent by weight.

本開示の鋳造アルミニウム合金は、アルミニウム鋳造製品が得られるように、高圧真空ダイカスト(HPVDC)を含むがこれに限定されない様々な鋳造作業に供することができる。Ca又はSrが存在することにより、いくつかの実施形態では、溶融アルミニウム合金の保持の過程におけるMg喪失の量及び/又はドロス生成の量が低減されることで鋳造作業を改善することができる。いくつかの実施形態では、Ca又はSrが存在することにより、溶融合金を少なくとも6時間保持した場合の溶融時のMg喪失を約12重量パーセント未満に低減することができる(対応するベース合金と比較した場合-Ca、Sr、及び/又はCaとSrとの組み合わせ)。いくつかの実施形態では、Ca又はSrが存在することにより、溶融合金を少なくとも6時間保持した場合のドロス生成を約7重量パーセント未満に低減することができる(Ca及びSrを含まない対応するベース合金と比較した場合)。 The cast aluminum alloys of the present disclosure may be subjected to various casting operations, including but not limited to high pressure vacuum die casting (HPVDC), to obtain cast aluminum products. The presence of Ca or Sr, in some embodiments, may improve casting operations by reducing the amount of Mg loss and/or dross formation during holding of the molten aluminum alloy. In some embodiments, the presence of Ca or Sr may reduce Mg loss during melting to less than about 12 weight percent when the molten alloy is held for at least 6 hours (compared to the corresponding base alloy - Ca, Sr, and/or a combination of Ca and Sr). In some embodiments, the presence of Ca or Sr may reduce dross formation to less than about 7 weight percent when the molten alloy is held for at least 6 hours (compared to the corresponding base alloy without Ca and Sr).

本開示は、したがって、本明細書で述べる鋳造アルミニウム合金からアルミニウム鋳造製品を製造する方法を提供する。方法は、広くは、本明細書で述べる鋳造アルミニウム合金をモールド中で鋳造すること、及び所望に応じて、鋳造されたアルミニウム合金を高圧真空ダイカスト(HPVDC)に供すること、を包含する。いくつかの実施形態では、方法は、鋳造後熱処理工程を用いることを回避するものである。そのような実施形態では、対応するアルミニウム製品が、鋳造されたままの状態(例:質別F)で提供される。 The present disclosure therefore provides a method for producing an aluminum cast product from the cast aluminum alloys described herein. The method broadly involves casting the cast aluminum alloys described herein in a mold and, if desired, subjecting the cast aluminum alloy to high pressure vacuum die casting (HPVDC). In some embodiments, the method avoids the use of a post-casting heat treatment step. In such embodiments, the corresponding aluminum product is provided in the as-cast condition (e.g., temper F).

方法のいくつかの実施形態では、インゴットの形態で提供され得る鋳造アルミニウム合金は、溶融工程に供されて、溶融されたアルミニウム合金が得られる。溶融工程は、アルミニウム合金を加熱及び撹拌すること、並びに所望に応じて、鋳造前に溶融されたアルミニウム合金を保持することを含む。溶融工程中に(例えば、保持工程中に)ドロスが生成する場合、方法は、鋳造前にドロスを除去することを含み得る。溶融されたアルミニウム合金が得られると、それは、モールド中で鋳造されて、アルミニウム鋳造製品が得られる。鋳造工程は、鋳造されたアルミニウム合金を、高圧真空ダイカスト工程に供することを含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、モールドからアルミニウム鋳造製品を取り出す工程を含み得る。いくつかの実施形態では、アルミニウム鋳造製品を製造する方法は、鋳造後熱処理工程を含まず、アルミニウム鋳造製品は、鋳造されたままの状態で得られる(例:質別F)。しかし、いくつかの実施形態では、鋳造されたアルミニウムを製造する方法は、1又は複数の鋳造後処理工程を含んでもよい(例:アニーリング工程、ひずみ硬化工程、固溶化熱処理工程、及び/又は熱処理工程)。 In some embodiments of the method, a cast aluminum alloy, which may be provided in the form of an ingot, is subjected to a melting process to obtain a molten aluminum alloy. The melting process includes heating and stirring the aluminum alloy, and optionally maintaining the molten aluminum alloy prior to casting. If dross is generated during the melting process (eg, during the holding process), the method may include removing the dross before casting. Once the molten aluminum alloy is obtained, it is cast in a mold to obtain an aluminum cast product. The casting process may include subjecting the cast aluminum alloy to a high pressure vacuum die casting process. In some embodiments, the method may include removing the aluminum casting product from the mold. In some embodiments, the method of manufacturing an aluminum cast product does not include a post-cast heat treatment step, and the aluminum cast product is obtained in an as-cast condition (eg, Temper F). However, in some embodiments, the method of producing cast aluminum may include one or more post-casting treatment steps (e.g., an annealing step, a strain hardening step, a solution heat treatment step, and/or a heat treatment step). process).

アルミニウム製品が鋳造製品である実施形態では、方法はまた、いかなる鋳造後処理も除外し得る(例:それは、鋳造されたまま又は質別Fとして提供され得る)。別の選択肢として、方法は、例えば、T5、T6、又はT7処理(例:固溶化熱処理工程及び人工時効工程)などの鋳造後熱処理を含み得る。アルミニウム製品が鋳造製品である実施形態では、後者は、シャシー又はローターなどの自動車部品であり得る。 In embodiments where the aluminum product is a cast product, the method may also exclude any post-cast processing (eg, it may be provided as cast or as temper F). As another option, the method may include a post-casting heat treatment, such as, for example, a T5, T6, or T7 treatment (eg, a solution heat treatment step and an artificial aging step). In embodiments where the aluminum product is a cast product, the latter may be an automobile part, such as a chassis or a rotor.

いくつかの実施形態では、本開示の鋳造合金は、鋳造作業中におけるドロス生成を低減するために用いることができる。いくつかの実施形態では、本開示の鋳造合金は、溶融アルミニウム合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合、溶融工程中に(例えば、保持工程中に)生成されるドロスの重量パーセントを、7、6、5、4、3、2、1%未満に低減する。 In some embodiments, the casting alloys of the present disclosure can be used to reduce dross formation during casting operations. In some embodiments, the casting alloys of the present disclosure reduce the weight percent of dross generated during the melting process (e.g., during the holding process) to less than 7, 6, 5, 4, 3, 2, or 1% when the molten aluminum alloy is held for at least 6 hours.

いくつかの実施形態では、本開示の鋳造合金は、鋳造作業中におけるMg喪失を低減するために用いることができる。いくつかの実施形態では、本開示の鋳造合金は、溶融アルミニウム合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合、溶融工程中(例えば、保持工程中)におけるMg喪失の重量パーセントを、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2%未満に低減する。 In some embodiments, the casting alloys of the present disclosure can be used to reduce Mg loss during casting operations. In some embodiments, the casting alloys of the present disclosure reduce the weight percent of Mg loss during the melting process (e.g., during the holding process) to less than 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2% when the molten aluminum alloy is held for at least 6 hours.

いくつかの実施形態では、本開示の方法は、Ca又はSrを、アルミニウム又は第一のアルミニウム合金に添加して、マスター合金又は本開示の鋳造合金を得ることを含み得る。いくつかの実施形態では、Ca又はSrは、純アルミニウムに添加されて、マスター合金が得られる。そのような実施形態では、マスター合金は、次に、本開示の鋳造合金を製造するために用いられてよく、Mg、Fe、及び所望に応じて結晶微細化剤が添加されてもよい。純アルミニウム又はマスター合金は、合金元素としてのBeを含まず、Beが存在する場合、それは不純物と見なされる。いくつかの実施形態では、Ca又はSrは、Mg及びFe、並びに所望に応じて結晶微細化剤を含み、残部はアルミニウム及び不可避不純物である第一のアルミニウム合金に添加される。第一のアルミニウム合金は、合金元素としてのBeを含まず、第一のアルミニウム合金中にBeが存在する場合、それは不純物と見なされる。 In some embodiments, the method of the present disclosure may include adding Ca or Sr to aluminum or the first aluminum alloy to obtain a master alloy or a casting alloy of the present disclosure. In some embodiments, Ca or Sr is added to pure aluminum to obtain a master alloy. In such embodiments, the master alloy may then be used to produce a casting alloy of the present disclosure, and Mg, Fe, and optionally a grain refiner may be added. The pure aluminum or master alloy does not include Be as an alloying element, and if Be is present, it is considered an impurity. In some embodiments, Ca or Sr is added to a first aluminum alloy that includes Mg and Fe, and optionally a grain refiner, with the balance being aluminum and unavoidable impurities. The first aluminum alloy does not include Be as an alloying element, and if Be is present in the first aluminum alloy, it is considered an impurity.

本開示はまた、本明細書で述べる方法によって得ることができる又は得られ得るアルミニウム鋳造製品も提供する。本開示の文脈において、「アルミニウム鋳造製品」の用語は、最終鋳造製品(例えば、構造自動車部品など)、又はさらに再度溶融されて異なる形状のアルミニウム製品とされ得る中間インゴットを意味し得る。いくつかの実施形態では、アルミニウム鋳造製品は、ショックタワー、Aピラー、Bピラー、又はトルクボックスである。いくつかの実施形態では、本開示のアルミニウム鋳造製品は、CaもSrも含まない(及び所望に応じてBeを含む)対応するアルミニウム製品の特性と比較した場合、引張強度、降伏強度、品質指数、VDA角度、及び/又は伸びパーセントの改善を呈する。いくつかの実施形態では、引張強度、降伏強度、品質指数、VDA角度、及び/又は伸びパーセントの改善は、アルミニウム製品の鋳造されたままの状態(例:質別F)で見られる。 The present disclosure also provides aluminum cast products obtainable or obtainable by the methods described herein. In the context of this disclosure, the term "aluminum cast product" can mean a final cast product (such as a structural auto part), or an intermediate ingot that can be further melted again into aluminum products of different shapes. In some embodiments, the aluminum casting product is a shock tower, A-pillar, B-pillar, or torque box. In some embodiments, the aluminum cast products of the present disclosure have improved tensile strength, yield strength, and quality index when compared to the properties of corresponding aluminum products that do not contain Ca or Sr (and optionally include Be). , VDA angle, and/or percent elongation. In some embodiments, improvements in tensile strength, yield strength, quality index, VDA angle, and/or percent elongation are seen in the as-cast condition (eg, Temper F) of the aluminum product.

いくつかの実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約200、210、220、230、240、250MPa、又はそれ以上の引張強度を有する。具体的な実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約200MPaの引張強度を有する。いくつかの追加の実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約100、110、120、130、140、150MPa、又はそれ以上の降伏強度を有する。いくつかの追加の実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約100MPaの降伏強度を有する。いくつかの追加の実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約7、8、9、10%、又はそれ以上の伸びを有する。いくつかの追加の実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約7%の伸びを有する。いくつかの追加の実施形態では、本開示の鋳造合金から製造されるアルミニウム鋳造製品は、少なくとも約30°以上の、規格VDA(Verband der Automobilindustrie)238-100の角度を満たす。 In some embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have a tensile strength of at least about 200, 210, 220, 230, 240, 250 MPa, or more. In specific embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have a tensile strength of at least about 200 MPa. In some additional embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have a yield strength of at least about 100, 110, 120, 130, 140, 150 MPa, or more. In some additional embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have a yield strength of at least about 100 MPa. In some additional embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have an elongation of at least about 7, 8, 9, 10%, or more. In some additional embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure have an elongation of at least about 7%. In some additional embodiments, aluminum cast products produced from the casting alloys of the present disclosure meet the angle of standard VDA (Verband der Automobilindustrie) 238-100 of at least about 30° or more.

本発明は、本発明の範囲を限定するためではなく本発明を例証するために与えられる以下の例を参照することによって、より容易に理解されるであろう。
実施例
本発明の例は、鋳造されたままの質別での用途におけるアルミニウムHPVDC構造コンポーネントに対して非常に優れた機械的特性及び耐ダイ焼き付き性を提供するための新規なアルミニウム合金の開発を提示する。微細構造の変化及び機械的特性を、走査型電子顕微鏡及び引張/曲げ試験によって試験した。微細構造と特性との間の関係を分析し、試験合金の強化機構について考察する。実験結果に基づいて、新規な合金は、HPVDCコンポーネントを鋳造されたままの状態で適用することに対して、有望なソリューションを明示している。
The present invention will be more readily understood by reference to the following examples, which are given to illustrate the present invention and not to limit its scope.
EXAMPLES The present examples present the development of a novel aluminum alloy to provide exceptional mechanical properties and die-stick resistance for aluminum HPVDC structural components in as-cast temper applications. The microstructural evolution and mechanical properties were examined by scanning electron microscopy and tensile/bending tests. The relationship between microstructure and properties is analyzed, and the strengthening mechanism of the tested alloy is discussed. Based on the experimental results, the novel alloy demonstrates a promising solution for the as-cast application of HPVDC components.

Beに対する考え得る代替物として、Ca及びSrを、液体Al-1.5Fe-5Mg合金の酸化防止に対するその効果について、酸化形態、ドロス生成、及びマグネシウム喪失の観察及び測定を通して調べた。 As possible alternatives to Be, Ca and Sr were investigated for their effect on preventing oxidation of liquid Al-1.5Fe-5Mg alloy through observation and measurement of oxidation morphology, dross formation, and magnesium loss.

溶融Al-5Mg酸化試験。Al-1.5Fe-5Mg合金におけるCa及びSrの様々な添加について試験した。合金を、P1020アルミニウム、純マグネシウム、及び純鉄粉末を用いて製造した。Sr及びCaの元素については、Al-10%Sr及びAl-10%Caのマスター合金を用いてバッチ処理した。これらの合金の化学組成を、光学発光分光法(OES)によって分析し、結果を表1に示す。合金は、350-kg電気抵抗炉を用いて、実験室で溶融した。 Molten Al-5Mg Oxidation Tests. Various additions of Ca and Sr in Al-1.5Fe-5Mg alloys were tested. The alloys were produced using P1020 aluminum, pure magnesium, and pure iron powders. The elements Sr and Ca were batched using master alloys of Al-10% Sr and Al-10% Ca. The chemical composition of these alloys was analyzed by optical emission spectroscopy (OES) and the results are shown in Table 1. The alloys were melted in the laboratory using a 350-kg electric resistance furnace.

Figure 2024514616000002
Figure 2024514616000002

実験手順を図1に提示する。手順は、2つの工程、合金バッチ処理プロセス及び保持プロセス、を含む。典型的な合金バッチ処理プロセスを用いた。より具体的には、P1020を炉に投入し、Fe及びMgと共にバッチ処理した。次に、溶融金属を撹拌し、アルゴンを用いて脱気した。フラックス塩を用いて、脱気中に溶融物を浄化した。脱気後、表1の化学設計に従って、Ca及びSrを、Caについては100ppm~0.3%、Srについては100~1000ppmの割合で添加した。鋳造中の酸化発生を調べるために、断続熱保持プロセス(interrupted thermal holding process)を用いた。金属の保持温度は、典型的な鋳造における上限である770℃に設定した。液体金属上に形成される酸化物質量は、温度と共に増加することから、この試験では、最も苛酷な酸化条件下でのAl-Mg酸化に対するCa及びSrの効果を例証する。図1に示されるように、合金化に続いて、各々を2時間とする3回の保持時間とした。各時間の後、溶融金属表面の外観を撮影した。ドロス生成量を定量するために、金属表面の完全なスキミングを行った。6つのOESサンプルを採取して、マグネシウム喪失を評価した。各試験の後、坩堝を充分に洗浄した。ベースAl-1.5Fe-5Mg合金については、20時間までの長い熱保持時間を行って、酸化の変化について試験した。 The experimental procedure is presented in Figure 1. The procedure includes two steps, an alloy batching process and a holding process. A typical alloy batching process was used. More specifically, P1020 was placed in a furnace and batch processed with Fe and Mg. The molten metal was then stirred and degassed using argon. Flux salts were used to clean the melt during degassing. After degassing, Ca and Sr were added according to the chemical design in Table 1 at a ratio of 100 ppm to 0.3% for Ca and 100 to 1000 ppm for Sr. An interrupted thermal holding process was used to investigate the occurrence of oxidation during casting. The holding temperature of the metal was set at 770° C., which is the upper limit for typical casting. This test illustrates the effect of Ca and Sr on Al-Mg oxidation under the most severe oxidizing conditions, since the amount of oxidants formed on the liquid metal increases with temperature. As shown in Figure 1, alloying was followed by three hold times of 2 hours each. After each time, the appearance of the molten metal surface was photographed. A complete skimming of the metal surface was performed to quantify the amount of dross produced. Six OES samples were taken to assess magnesium loss. After each test, the crucible was thoroughly cleaned. The base Al-1.5Fe-5Mg alloy was tested for oxidation changes with extended heat hold times of up to 20 hours.

Al-Mg合金の特性及び微細構造分析。Al-1.5Fe-5Mg合金の機械的特性及び曲げ延性に対する少量のCaの効果について試験した。高圧真空ダイカスト(HPVDC)によって得た厚さ3mmのプレートを、260tのBuhlerマシンで製造した。Al-1.5Fe-5Mgベース合金及び新規Al-1.5Fe-5Fe0.1Ca合金を鋳造した。調べた合金の化学組成を、光学発光分光法(OES)を用いて特定し、結果を表2に示す。 Properties and microstructural analysis of Al-Mg alloys. The effect of small amounts of Ca on the mechanical properties and bending ductility of Al-1.5Fe-5Mg alloys was studied. 3 mm thick plates obtained by high pressure vacuum die casting (HPVDC) were produced on a 260 t Buhler machine. The Al-1.5Fe-5Mg base alloy and the new Al-1.5Fe-5Fe0.1Ca alloy were cast. The chemical composition of the investigated alloys was determined using optical emission spectroscopy (OES) and the results are shown in Table 2.

Figure 2024514616000003
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引張試験用のサンプルを鋳造ブランクから切り出した(図2に示されるように、サンプル中央の長方形部分)。次に、プレートを、ASTM B557規格に準拠する正確な寸法である試験サンプルの形状に機械加工した。各合金について、鋳造されたままの状態の10個の引張サンプルで引張試験を行った。曲げ試験のために、60×60mmの正方形サンプルを、3mmのHPVDCプレートから機械加工した。各合金について6個のサンプルを、VDA 238-100標準に従って試験した。 Samples for tensile testing were cut from the cast blank (rectangular section in the center of the sample, as shown in Figure 2). The plate was then machined into the shape of the test sample with exact dimensions in accordance with the ASTM B557 standard. Tensile tests were conducted on ten as-cast tensile samples for each alloy. For bending tests, 60 x 60 mm square samples were machined from 3 mm HPVDC plates. Six samples of each alloy were tested according to the VDA 238-100 standard.

金属組織学サンプルを、鋳造されたままの状態のHPVDCプレートから取った。光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、鋳造されたままの状態の微細構造を分析し、金属間相を識別した。 Metallographic samples were taken from as-cast HPVDC plates. Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to analyze the as-cast microstructure and identify intermetallic phases.

溶融Al-Mg合金の酸化防止に対するCa及びSrの効果。酸化機構を理解するために、Al-Mgの酸化現象について試験した。Al-Mg合金の酸化防止効果に対するCa及びSrの効果を調べた。 Effect of Ca and Sr on oxidation prevention of molten Al-Mg alloy. In order to understand the oxidation mechanism, the oxidation phenomenon of Al-Mg was tested. The effect of Ca and Sr on the oxidation prevention effect of Al-Mg alloy was investigated.

ベースAl-1.5Fe-5Mg合金の酸化特性。図3は、空気中、770℃で熱保持の過程におけるAl-1.5Fe-5Mg合金の溶融表面を示す。充分なスキミング後の溶融物の表面は、非常に清浄である。1時間の曝露後、表面は、坩堝端部近くに、部分的なポップコーン形状の酸化を見せている。2時間の曝露後、溶融物の表面は、ポップコーン形状の酸化物で完全に覆われた状態となっている。金属の温度は、アルミニウムとマグネシウムとの発熱酸化反応に起因して、800℃に上昇した。20時間の曝露後、酸化物の色は部分的に黒色に変わっている。固体のポップコーン形状の酸化物は、図4Aに示されるように、多孔質の形態を有し、それは、多数の細孔及び酸化物クラスターを構成している(図4Bを参照)。EDX分析から、ドロスは、主として酸化マグネシウム(MgO)及びスピネル(MgAl)から構成されていることが示される。 Oxidation properties of base Al-1.5Fe-5Mg alloy. Figure 3 shows the molten surface of Al-1.5Fe-5Mg alloy during heat holding at 770°C in air. The surface of the melt after sufficient skimming is very clean. After 1 hour of exposure, the surface shows partial popcorn-shaped oxidation near the crucible edge. After 2 hours of exposure, the surface of the melt is completely covered with popcorn-shaped oxides. The temperature of the metal rose to 800° C. due to the exothermic oxidation reaction between aluminum and magnesium. After 20 hours of exposure, the color of the oxide has partially turned black. The solid popcorn-shaped oxide has a porous morphology, as shown in FIG. 4A, which constitutes a large number of pores and oxide clusters (see FIG. 4B). EDX analysis shows that the dross is primarily composed of magnesium oxide (MgO) and spinel (MgAl 2 O 4 ).

図5A及び図5Bは、0から6時間までの保持時間の間にMg濃度が変化すること、並びに合計6時間の保持時間後におけるMg喪失のパーセントを示す。ベースAl-1.5Fe-5Mg合金が最も高いMg喪失を起こしたことが分かる。6時間の保持時間後の合計Mg喪失は、0.63重量%又は12.6%の喪失である。Ca又はSrの添加により、溶融中のMg喪失が効果的に低減された。Mg喪失は、Ca含有合金では0.1重量%未満又は2%未満の喪失であり、Sr含有合金では0.3重量%未満又は6%未満の喪失であった。 Figures 5A and 5B show the change in Mg concentration during retention times from 0 to 6 hours, as well as the percent Mg loss after a total retention time of 6 hours. It can be seen that the base Al-1.5Fe-5Mg alloy suffered the highest Mg loss. The total Mg loss after 6 hours holding time is 0.63% by weight or 12.6% loss. The addition of Ca or Sr effectively reduced Mg loss during melting. Mg loss was less than 0.1 wt% or less than 2% loss for Ca-containing alloys and less than 0.3 wt% or less than 6% loss for Sr-containing alloys.

CaとSrとの組み合わせ。図6は、添加剤なし、Caのみ、Srのみ、及びCaとSrとの組み合わせを含む溶融Al-1.5Fe-5Mgベース合金の視覚的外観を示す。Ca及びSrの両方を含有する合金は、小さい波形状を有している。この特徴は、Sr含有合金の特徴と類似している。酸化層は厚いように見える。多孔質のドロスは存在しない。この結果は、CaとSrとの組み合わせが、Al-1.5Fe-5Mgの酸化に効果的に対抗する手助けとなり得ることを示す。 A combination of Ca and Sr. FIG. 6 shows the visual appearance of molten Al-1.5Fe-5Mg-based alloys with no additives, Ca only, Sr only, and a combination of Ca and Sr. Alloys containing both Ca and Sr have small corrugations. This characteristic is similar to that of Sr-containing alloys. The oxide layer appears thick. No porous dross is present. This result shows that the combination of Ca and Sr can help effectively counter the oxidation of Al-1.5Fe-5Mg.

図7は、合計6時間の保持時間後における生成された合計ドロス量(投入量の重量%)を示す。CaとSrとの組み合わせが、ドロス生成を効果的に低減したことには留意されたい。Ca及びSrの両方を含む合金は、2.1重量%のドロス生成を示し、これは、ベース合金のドロス生成(6.9重量%)及びSrを含む合金のドロス生成(2.9重量%)よりも低い。しかし、生成されたドロスの量は、Caを含む合金のドロス量(1.0重量%)よりも高い。 Figure 7 shows the total amount of dross produced (% by weight of input) after a total holding time of 6 hours. Note that the combination of Ca and Sr effectively reduced dross formation. The alloy containing both Ca and Sr showed a dross formation of 2.1 wt%, which is higher than the dross formation of the base alloy (6.9 wt%) and the dross formation of the Sr-containing alloy (2.9 wt%). ) lower than However, the amount of dross generated is higher than that of the Ca-containing alloy (1.0% by weight).

まとめると、Al-1.5Fe-5Mg中のMgは、酸素に対する強い親和性を有する。ベース合金の場合、溶融物表面に分厚い酸化物が見られた。Ca及びSrのいずれも、Al-1.5Fe-5Mgの酸化を防止するのに良好な効果を示した。 In summary, Mg in Al-1.5Fe-5Mg has a strong affinity for oxygen. In the case of the base alloy, a thick oxide was observed on the melt surface. Both Ca and Sr showed good effects in preventing the oxidation of Al-1.5Fe-5Mg.

機械的特性。Al-1.5Fe-5Mg及びAl-1.5Fe-5Mg0.1Caの特性を試験した。表3は、鋳造されたままの状態の試験合金及び参照合金における引張特性及びVDA曲げの結果をまとめて示す。図8は、Al-1.5Fe-5Mg合金の機械的特性に対するCaの効果を示す。Al-1.5Fe-5Mg0.1Caが、Al-1.5Fe-5Mg合金と比較して優れた引張特性を示すことが見出された。引張強度及び延性のいずれについても、Al-1.5Fe-5Mg合金よりもAl-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の方が高い。QI=UTS+150log(El%)の式を用いて算出される合金品質指数(QI)は、Al-1.5Fe-5Mg0.1Caにおいて459MPaであり、これは、Al-1.5Fe-5Mgよりも81MPa又は21%高い。一方、表3に示されるように、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、Al-1.5Fe-5Mg合金よりも良好な曲げ延性を与える(Al-1.5Fe-5Mg0.1Caにおける曲げ角度37.7°に対してAl-1.5Fe-5Mg合金における29.0°)。結果は、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の機械的性能に対するCaの有益な効果を強調するものである。 Mechanical properties. The properties of Al-1.5Fe-5Mg and Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca were tested. Table 3 summarizes the tensile properties and VDA bending results for the as-cast test and reference alloys. Figure 8 shows the effect of Ca on the mechanical properties of Al-1.5Fe-5Mg alloy. It has been found that Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca exhibits superior tensile properties compared to Al-1.5Fe-5Mg alloy. The Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy has higher tensile strength and ductility than the Al-1.5Fe-5Mg alloy. The alloy quality index (QI) calculated using the formula QI = UTS + 150 * log (El%) is 459 MPa for Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca, which is higher than that of Al-1.5Fe-5Mg. is also 81 MPa or 21% higher. On the other hand, as shown in Table 3, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy gives better bending ductility than the Al-1.5Fe-5Mg alloy (bending ductility in Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca angle 37.7° versus 29.0° in Al-1.5Fe-5Mg alloy). The results highlight the beneficial effect of Ca on the mechanical performance of Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy.

Figure 2024514616000004
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図9は、新規Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の機械的特性を他の市販のダイカスト合金(例:比較合金1及び2)と比較して示す。新規合金は、比較合金1及び2よりも高い品質指数値を示した。それは、全体として最も高い引張強度及び降伏強度を有していた。 Figure 9 shows the mechanical properties of the new Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy in comparison with other commercially available die casting alloys (e.g., comparative alloys 1 and 2). The new alloy showed higher quality index values than comparative alloys 1 and 2. It had the highest tensile strength and yield strength overall.

7.5重量%のSi及び0.17重量%のFeを含有する比較合金1と比較すると、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、より高い引張強度及びより低い伸びを有していた。伸びは、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の10%に対して、比較合金1の11.5%であった。興味深いことに、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、比較合金1よりも良好な曲げ延性を示し、比較合金1の32.4°と比較して、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の曲げ角度は37.7°であった。Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、比較合金1に類似の又はより良好な延性を有するものと考えられる。耐ダイ焼き付き性に関しては、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、1.5重量%のFeを含有しており、これは、比較合金1と比較して、固着する傾向を低減して、ダイ寿命を大幅に改善するものと考えられる。 Compared with Comparative Alloy 1 containing 7.5 wt% Si and 0.17 wt% Fe, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy had higher tensile strength and lower elongation. . The elongation was 11.5% for Comparative Alloy 1 compared to 10% for the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. Interestingly, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy exhibited better bending ductility than Comparative Alloy 1, compared to 32.4° for Comparative Alloy 1. The bending angle of the alloy was 37.7°. The Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy is believed to have similar or better ductility than Comparative Alloy 1. Regarding die seizure resistance, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy contains 1.5 wt% Fe, which reduces the tendency to stick compared to Comparative Alloy 1. , which is expected to significantly improve die life.

比較合金2のAl-1.6Fe-4.2Mg-Be合金と比較して、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、より高い強度を示したが、延性は低かった。理論に束縛されるものではないが、これは、比較合金2(4.3重量%のMg)よりも高いAl-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金中のMg含有量(5.1重量%のMg)に起因する可能性があり、そのことが、より高い固溶強化効果を提供したものである。Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の延性は、より高い伸びが必要とされる場合、Mgの量を減少させることによって改善することができる。合金の品質指数に関しては、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、比較合金2(427MPa)よりも高い品質指数値(459MPa)を示した。Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、全体として比較合金2よりも良好な機械的特性を有していた。耐ダイ焼き付き性に関しては、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金及び比較合金2は、1.5重量%対1.6重量%の類似のFe含有量を有していた。Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金は、ダイ寿命に関しては、比較合金に類似の性能であるものと考えられる。 Compared to Comparative Alloy 2 Al-1.6Fe-4.2Mg-Be alloy, Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy exhibited higher strength but lower ductility. Without being bound by theory, this suggests that the Mg content in the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy is higher (5.1 wt.% Mg) than comparative alloy 2 (4.3 wt.% Mg), which provided a higher solid solution strengthening effect. The ductility of the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy can be improved by reducing the amount of Mg if higher elongation is required. Regarding the quality index of the alloy, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy showed a higher quality index value (459 MPa) than comparative alloy 2 (427 MPa). The Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy had overall better mechanical properties than Comparative Alloy 2. Regarding die seizure resistance, the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy and Comparative Alloy 2 had similar Fe contents of 1.5 wt% vs. 1.6 wt%. The Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy is believed to perform similar to the comparative alloys in terms of die life.

鋳造されたままの状態の微細構造分析。Al-1.5Fe-5Mg合金中のCaの強化機構を理解するために、鋳造されたままの状態のプレートに対して微細構造分析を行った。結果を表10に示す。Al-1.5Fe-5Mgは、収縮孔を示すが、Al-1.5Fe-5Mg0.1Caは、細孔のない微細構造を示す。CaはAl-Mg酸化の低減に非常に効率的であることから、Al-1.5Fe-5Mg0.1Caが、より少ない酸化物及びより低い多孔性を有することは理にかなっている。 Microstructural analysis of as-cast condition. To understand the strengthening mechanism of Ca in the Al-1.5Fe-5Mg alloy, microstructural analysis was performed on the as-cast plates. The results are shown in Table 10. Al-1.5Fe-5Mg exhibits shrinkage pores, while Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca exhibits a microstructure without pores. Since Ca is very efficient in reducing Al-Mg oxidation, it makes sense that Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca has fewer oxides and lower porosity.

相の形態及び化学の識別を、SEM/EDX及びEBSD分析を用いて行った。結果を図11に示す。表4は、試験の2つの合金で識別された異なる安定相をまとめて示す。合金マトリックスは、主として、Al-1.5Fe-5Mg合金ではAl13Fe及びAlMg相、Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金ではAl13Fe及びAlMg/AlCa相から成っていた。Al-5Mg-1.5Fe合金にCaを添加することで、マトリックス中の結晶粒界において、AlMg相と接合したAlCa相又はAlMgCa相の形成が可能となる。加えて、Caは、鉄リッチ相の形態を僅かに改変すると思われる。Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca合金の微細構造中には、非常に不均一に分布した部分的に断片化されたスクリプト状Fe相(partially fragmented script Fe phases)がより多く存在していることが観察された。小さい粒子が、引張試験において均一な変形を促進し、より高い伸びをもたらしている。 Identification of phase morphology and chemistry was performed using SEM/EDX and EBSD analysis. The results are shown in FIG. Table 4 summarizes the different stable phases identified in the two alloys tested. The alloy matrix mainly consists of two phases of Al 13 Fe 4 and Al 3 Mg for the Al-1.5Fe-5Mg alloy, and Al 13 Fe 4 and Al 3 Mg 2 /Al 4 Ca for the Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy. It consisted of phases. By adding Ca to the Al-5Mg-1.5Fe alloy, it is possible to form an Al 4 Ca phase or an AlMgCa phase bonded to the Al 3 Mg 2 phase at the grain boundaries in the matrix. In addition, Ca appears to slightly modify the morphology of the iron-rich phase. In the microstructure of Al-1.5Fe-5Mg0.1Ca alloy, there are more partially fragmented script Fe phases with very non-uniform distribution. was observed. Small particles promote uniform deformation in tensile tests, resulting in higher elongation.

Figure 2024514616000005
Figure 2024514616000005

加えて、Mg添加による合金の機械的特性に対する効果についても試験した。本質的には、以下の表5及び図12に見られるように、引張強度(UTS)及び降伏強度(YS)は、Mg含有量の増加と共に上昇した。 In addition, the effect of Mg addition on the mechanical properties of the alloy was also tested. Essentially, the tensile strength (UTS) and yield strength (YS) increased with increasing Mg content, as seen in Table 5 and Figure 12 below.

Figure 2024514616000006
Figure 2024514616000006

本発明を、その具体的な実施形態と関連して記載してきたが、請求項の範囲は、例で示した好ましい実施形態によって限定されるべきではなく、記載内容全体と一致する最も広い解釈が与えられるべきであることは理解されるであろう。 Although the present invention has been described in connection with specific embodiments thereof, it will be understood that the scope of the claims should not be limited by the preferred embodiments set forth in the examples, but should be accorded the broadest interpretation consistent with the entire disclosure.

Claims (31)

重量パーセントで、
約1.0乃至約17.0のMg、
約0.5乃至約1.8のFe、
約0.003乃至約6.0のCa又は約0.003乃至約2.5のSrのうちの一方、及び、
残量のアルミニウム及び不可避不純物、
を含み、合金元素としてBeを含まない、鋳造合金。
In weight percent,
from about 1.0 to about 17.0 Mg;
Fe from about 0.5 to about 1.8;
one of about 0.003 to about 6.0 Ca or about 0.003 to about 2.5 Sr; and
Residual amounts of aluminum and unavoidable impurities,
and does not contain Be as an alloying element.
結晶微細化剤をさらに含む、請求項1に記載の鋳造合金。 The cast alloy of claim 1 further comprising a grain refiner. Caを含む、請求項1又は2に記載の鋳造合金。 The casting alloy according to claim 1 or 2, containing Ca. 約0.01乃至約0.3のCaを含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の鋳造合金。 4. The cast alloy of any one of claims 1-3, comprising about 0.01 to about 0.3 Ca. 約3.0乃至約8.0のMgを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の鋳造合金。 5. The cast alloy of any one of claims 1-4, comprising about 3.0 to about 8.0 Mg. 約4.0乃至約6.0のMgを含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の鋳造合金。 6. A cast alloy according to any one of claims 1 to 5, comprising about 4.0 to about 6.0 Mg. 約0.8乃至約1.8のFeを含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の鋳造合金。 A casting alloy according to any one of claims 1 to 6, containing about 0.8 to about 1.8 Fe. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の鋳造合金を含むアルミニウム鋳造製品。 An aluminum casting product comprising a casting alloy according to any one of claims 1 to 7. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の鋳造合金をモールド中で鋳造することを含む、アルミニウム鋳造製品を製造する方法。 A method of manufacturing an aluminum cast product comprising casting a cast alloy according to any one of claims 1 to 7 in a mold. 前記鋳造されたアルミニウム合金を高圧真空ダイカストに供することをさらに含む、請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, further comprising subjecting the cast aluminum alloy to high pressure vacuum die casting. 鋳造後熱処理工程を含まない、請求項9又は10に記載の方法。 The method according to claim 9 or 10, which does not include a post-casting heat treatment step. 請求項9乃至11のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる又は得られるアルミニウム鋳造製品。 An aluminum cast product obtainable or obtainable by the method according to any one of claims 9 to 11. 構造自動車部品である、請求項8又は12に記載のアルミニウム鋳造製品。 13. Aluminum casting product according to claim 8 or 12, which is a structural automotive part. 以下の特性のうちの少なくとも1つ、
- 少なくとも約200MPaの引張強度、
- 少なくとも約100MPaの降伏強度、
- 少なくとも約7%の伸び、及び
- 少なくとも約30°のVDA曲げ角度、
を有する、請求項8、12、及び13のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造製品。
At least one of the following characteristics:
- a tensile strength of at least about 200 MPa;
a yield strength of at least about 100 MPa,
- an elongation of at least about 7%, and - a VDA bend angle of at least about 30°;
14. The aluminum cast product according to any one of claims 8, 12 and 13, having a
AlCaを含む、請求項8、12乃至14のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造製品。 15. Aluminum casting product according to any one of claims 8, 12 to 14, comprising Al4Ca . Al13Fe相、AlMg相、及びAlCa相を有する、請求項8、12乃至15のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造製品。 16. Aluminum casting product according to any one of claims 8, 12 to 15, having four phases of Al13Fe , two phases of Al3Mg and two phases of Al4Ca . 前記AlMg相と接合したAlCaを有する、請求項16に記載のアルミニウム鋳造製品。 17. The aluminum cast product of claim 16 having Al4Ca bonded with the Al3Mg two- phase. 結晶粒界にAlMgCa相を有する、請求項8、12乃至17のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造製品。 The aluminum casting product according to any one of claims 8, 12 to 17, having an AlMgCa phase at the grain boundaries. コントロールアルミニウム製品と比較してアルミニウム製品の鋳造作業中におけるMg喪失及びドロス生成を制限する方法であって、重量パーセントで、約0.003乃至約6.0のCa又は約0.003乃至約2.5のSrのうちの一方を、第一のアルミニウム合金に添加して、鋳造されることを意図する鋳造合金を得ることを含み、前記第一のアルミニウム合金は、重量パーセントで、
約1.0乃至約17.0のMg、
約0.5乃至約1.8のFe、及び
残量のアルミニウム及び不可避不純物、
を含み、前記第一のアルミニウム合金及び前記鋳造合金は、合金元素としてBeを含まない、方法。
A method for limiting Mg loss and dross formation during a casting operation of an aluminum product compared to a control aluminum product, the method comprising: from about 0.003 to about 6.0 Ca or from about 0.003 to about 2% by weight. .5 of Sr to a first aluminum alloy to obtain a cast alloy intended to be cast, said first aluminum alloy having a weight percent of:
about 1.0 to about 17.0 Mg;
about 0.5 to about 1.8 Fe, and the remaining amount of aluminum and unavoidable impurities;
, wherein the first aluminum alloy and the cast alloy do not contain Be as an alloying element.
前記第一のアルミニウム合金が、結晶微細化剤をさらに含む、請求項19に記載の方法。 20. The method of claim 19, wherein the first aluminum alloy further comprises a grain refiner. 前記鋳造合金を溶融して溶融鋳造合金を得ることをさらに含む、請求項19又は20に記載の方法。 The method of claim 19 or 20, further comprising melting the casting alloy to obtain a molten casting alloy. 前記溶融鋳造合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合に、Mg喪失を約12重量パーセント未満に低減するためである、請求項21に記載の方法。 22. The method of claim 21, for reducing Mg loss to less than about 12 weight percent when the molten cast alloy is held for at least 6 hours. 前記溶融鋳造合金が少なくとも6時間にわたって保持される場合に、ドロス生成を約7重量パーセント未満に低減するためである、請求項21に記載の方法。 22. The method of claim 21, for reducing dross formation to less than about 7 weight percent when the molten cast alloy is held for at least 6 hours. 前記溶融鋳造合金を鋳造して鋳造されたアルミニウム合金を得ることをさらに含む、請求項21乃至23のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 21 to 23, further comprising casting the molten casting alloy to obtain a cast aluminum alloy. 前記鋳造されたアルミニウム合金を高圧真空ダイカストに供することをさらに含む、請求項24に記載の方法。 The method of claim 24, further comprising subjecting the cast aluminum alloy to high pressure vacuum die casting. 鋳造後熱処理工程を含まない、請求項19乃至25のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 19 to 25, which does not include a post-casting heat treatment step. 前記鋳造アルミニウム合金が、Caを含む、請求項19乃至26のいずれか一項に記載の方法。 27. A method according to any one of claims 19 to 26, wherein the cast aluminum alloy comprises Ca. 前記鋳造アルミニウム合金が、約0.01乃至約0.3のCaを含む、請求項27に記載の方法。 The method of claim 27, wherein the cast aluminum alloy contains about 0.01 to about 0.3 Ca. 前記第一のアルミニウム合金が、約3.0乃至約8.0のMgを含む、請求項19乃至28のいずれか一項に記載の方法。 29. The method of any one of claims 19-28, wherein the first aluminum alloy comprises about 3.0 to about 8.0 Mg. 前記第一のアルミニウム合金が、約4.0乃至約6.0のMgを含む、請求項19乃至29のいずれか一項に記載の方法。 30. The method of any one of claims 19-29, wherein the first aluminum alloy comprises about 4.0 to about 6.0 Mg. 前記第一のアルミニウム合金が、約0.8乃至約1.8のFeを含む、請求項19乃至30のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 19 to 30, wherein the first aluminum alloy contains about 0.8 to about 1.8 Fe.
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