JP3032893B2 - 鋳造用高強度アルミニウム合金 - Google Patents

鋳造用高強度アルミニウム合金

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強度が高く、しかも靭性の優れたアルミニ
ウム合金に関し、特に鋳造用のアルミニウム合金に関
し、更に詳しくはダイカスト用の高強度アルミニウム合
金に関する。
〔従来の技術〕
アルミニウム合金は、アルミニウムの優れた特性を生
かし、その劣った性質を改善するため種々の成分が添加
されて、種々の組成のものがつくられて、構造材やダイ
カスト製品などを製造するのに広く使用されている。
アルミニウムダイカスト製品は、優れた寸法精度、美
麗で滑らかな鋳肌、機械加工の削減、高い比強度及び高
度な量産性などの特徴から自動車関連をはじめ、家庭電
気製品、建築用品等の構造部品として広く利用されてい
る。今日ではダイカスト技術の向上から、比較的欠陥の
少ない健全性の高いダイカスト製品が得られるようにな
り、高強度と信頼性が要求される自動車の保安部品等へ
も用途が広がりつつある。
これら新分野への用途拡大は、ダイカスト業界にとっ
て重要な課題であり、それ故ダイカスト製品の高強度
化、信頼性向上への要請は、一層高まりつつある。
一般的にダイカスト用アルミニウム合金としてはAl−
Si−Cu系のADC10、12合金が広い分野にわたり利用さ
れ、その使用比率も全ダイカスト製品生産量の97%を占
めるに至っている。
しかし、Al−Si−Cu系合金は、脆性なSi相や粗大な針
状のAl−Fe−Si化合物が形成されるため、鋳放し状態で
は靭性が乏しく、構造用部品として使用する場合、信頼
性の面で問題がある。例えば、車輛用の足回り部品など
保安部品に対しては、強度、靱性が不十分であるため、
熱処理(T6処理)によって機械的特性の改善を図らなけ
ればならない。
しかしながら、ダイカスト品への熱処理は、そのため
の特殊鋳造を必要とし、その上生産工程を複雑にするこ
とから、不良発生率が高まるなど生産性を損う問題を生
じる。
Al−Si−Cu系合金は、これらん機械的特性に起因する
問題のみならず、表面処理性、特に陽極酸化性が劣る欠
点も有している。ダイカスト製品は、陽極酸化皮膜を形
成させることによって、優れた耐摩耗性と耐食性が付与
される。
しかし、ADC10、12合金は、Si相やCuAl2相の存在から
皮膜の生成効率や均一性が劣るとされ、耐摩耗性、耐食
性が要求される部品への用途が制限されている。このよ
うにADC10、12合金は、機械的性質や表面処理性の面で
種々の問題を包含しており、ユーザーが求めるダイカス
ト化をはばむ要因となっている。
近年では、上述の問題点をこのようなAl−Si−Cu系合
金に代り良好な陽極酸化処理と高靭性とを有するAl−Mg
系合金(例えばJIS ADC6合金)や、熱処理(T6処理)に
より高強度を有するAl−Zn−Mg系合金(例えば特開昭53
−60812)の開発も行われている。Al−Mg系合金及びAl
−Zn−Mg系合金は、Al−Si−Cu系合金に比べ靭性が優れ
る上、表面処理性(陽極酸化処理性)が良好な特性をも
つが、鋳放し状態では強度が低く、その上鋳造性(ダイ
カスト性)が劣るという欠点も有している。
Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金は、Al−Si系合金に
比べ割れ感受性が高く、流動性、引け性も劣る。さら
に、鋳造温度がADC10、12合金に比べ高いため型寿命へ
の悪影響を及ぼす。
ダイカストでは形状の複雑な製品が多く、その上量産
性が重要視される等の理由から、鋳造性に難点を有する
Al−Mg系合金、Al−Zn−Mg系合金は、ダイカスト用合金
としては一部の特殊部品にしか実用化されていない現状
にある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、上述した従来の合金が抱える種々の問題点
を解決した、鋳放し状態において高い強度と比較的良好
な靭性を有し、かつ良好な陽極酸化処理性と鋳造性を備
えた、鋳造用、特にダイカスト用に適したアルミニウム
合金を得ようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、基本的にはMg、Ni、Mn、Siの成分からな
り、さらにそれにTi、B、Beを特定量含有する場合があ
る。
すなわち、本発明は、Mg1〜6wt%、Ni1wt%〜4wt%未
満、Mn0.4wt%〜1.5wt%未満、Si1.5超〜3.0wt%を含
み、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴と
する鋳造用高強度アルミニウム合金である。
また、本発明は、Mg1〜6wt%、Ni1wt%〜4wt%未満、
Mn0.4wt%〜1.5wt%未満、Si1.5超〜3.0wt%、Ti0.01〜
0.03wt%、B0.001〜0.1wt%、Be0.001〜0.1wt%を含
み、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴と
する鋳造用高強度アルミニウム合金である。
本発明の合金は、上記の組成に基づいて、微細な多元
共晶相(Mg2Si、Al3Ni、α相)とα相からなる凝固組織
を有するものである。
〔作 用〕
本発明の合金は、Al−Mg−Ni−Mn系合金にSiなどを特
定量含有させることによって、その成分の作用を総合さ
せるものである。
以下に、本発明合金を構成する各元素の作用と組成範
囲の限定理由を示す。
Mg: 本発明合金に添加されたMgは、その一部がSiとMg2
Siを形成し、Al3Niと微細な多元共晶相を晶出する。ま
た、一部はα相中に固溶し、強度を向上する。1wt%未
満では強度が不十分で、6wt%を越えると靭性が著しく
低下する。
Ni: Niはα相中にはほとんど固溶せず微細な化合物(A
l−Ni系)として晶出するため、強度の向上に寄与す
る。また、ダイカストに際し金型への焼付きを抑制する
効果を有し、Feを不純物程度しか含まない本合金では鋳
造性を一定水準に維持することで必須の元素である。
1wt%未満では金型への焼付きを抑制する効果が不十
分であり、4wt%未満を越えると、鋳造割れが生じ易く
なり、その上粗大化合物を形成するため靭性が低下し、
陽極酸化処理性も低下する。
Mn: Mnは一部がα相中に固溶し、残りは化合物(Al−M
n−Fe−Si系、Al−Ni−Mn系等)として晶出し、強度の
向上に寄与する。鋳造性に対しては、Ni同様金型への焼
付きを抑制する効果を有する。
1.5wt%以上では前記化合物の晶出量が増え、強度の
向上を伴わずに靭性、延性が低下し、鋳造割れも生じ易
くなる為、添加量は、0.4wt%〜1.5wt%未満が望まし
い。
Si: Siは、鋳造性の改善に極めて効果が高い。特に、
割れ感受性、流動性はSiの依存度が高く、Si添加量でほ
ぼ決定される。また、Siの添加によりAl3Ni等の化合物
は微細な多元共晶相として晶出するため、強度の向上に
も効果を示す。Si添加量が1.5wt%以下では鋳造性が充
分でなく、3wt%を越えて添加すると、靭性、延性が著
しく低下する。
Ti、B: Ti及びBは結晶粒の微細化に効果を示す公知の
微量添加元素で、Ti0.01〜0.3wt%、B0.001〜1wt%の範
囲で添加する。
Be: Beは、合金の溶解時、又は炉内での保持の際にMg
が酸化消耗するのを抑える効果を持つ。添加量は0.001
〜0.005wt%の範囲が良い。
本発明の合金は、時にSiを多く含有することにより鋳
造性を良くすることができる。また、Mgを6wt%までの
高含有量まで含有させるとSiの含有量が少なくても鋳造
性が良い。
〔実施例〕
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。た
だし、本発明は、これらの実施例のみに限定されるもの
ではない。
実施例1 第1表に示す組成の合金溶湯を90tonダイカストマシ
ンを用いて第3図に示す形状の引張試験片に鋳造した。
その時の鋳造条件は、鋳込温度730〜750℃、金型温度11
0〜150℃、ゲート通過速度57m/sec、鋳造圧力760kgf/mm
2、チルタイム6秒である。得られた試験片は、鋳放し
た状態で引張試験を行った。試験結果を第2表に示す。
本発明合金(No.1〜4)は、引張強さ、耐力ともADC1
0、ADC6合金より大きく、伸びも3.2%以上を示し、ADC1
0より優れた延性を示す。比較合金のNo.13、14はNi添加
量又はSi、Mn添加量が本発明合金の組成範囲を越えるも
ので、Al−Al3Ni又はAl−Mg2Siの2元共晶相の晶出量が
多いため、延性、強度とも本発明合金より低い。
実施例2 第3表に示す組成の本発明合金(No.20)、参考合金
(No.15〜17)、比較合金(No.18、19)及び参考合金
(JIS ADC10、12)を6.35×6.35×140mmの衝撃試験片
(ノッチなし)に実施例1と同条件(但し、ADC10、12
の鋳造温度は690±10℃)でダイカストし、鋳放し状態
でシャルピー衝撃試験を行った。試験結果を第4表に示
す。
本発明合金の組成範囲を越えてMg、Siが添加されてい
る比較合金No.18、19は衝撃値が低く、ADC10、12合金と
同程度である。
実施例3 第3表に示す組成の本発明合金(No.20)及び参考合
金(JIS ADC10、6)を、I字形状を有した、両端拘束
式の割れ試験金型及び流動性試験金型(鋳造品を第4図
に示す)に鋳造し、割れ性及び流動性を調べた。割れ試
験片は、ゲート通過速度23m/sec、金型温度115〜130
℃、チルタイム5secの条件で鋳造し、流動性試験片は、
ゲート通過速度30〜80m/sec、金型温度70〜80℃、チル
タイム5secの条件で鋳造した。
割れ性は、試験片のエッジ部に発生した割れ幅から評
価し、流動性は得られた試験片の長さ(流動長)から評
価した。
第5表及び第5図に試験結果を示す。
第5表に示す様に本発明合金の割れ幅は3.5×10-2mm
とADC6合金の13.9×10-2mmに比べ著しく小さく、ADC10
合金とほぼ同等である。第5図に示す様に、本発明合金
の流動長はADC10合金とADC6合金の中間に位置に位置
し、本発明合金の流動性はゲート通過速度が30〜80m/se
cの範囲内ではADC6合金より優れている。
実施例4 第3表に示す組成の本発明合金(No.20)及び参考合
金(JIS ADC10)の平板ダイカスト品(55×20×3mm)の
鋳放し面を以下に示す条件で陽極酸化処理し、高周波式
膜厚計で、皮膜厚さを測定した。
・前処理:溶剤、アルカリ脱脂→活性化(硝酸10%) ・浴 温:13〜18℃ ・対 極:Pb板(5〜10cm) ・電解条件:1A/dm2×30分 本発明合金の平均皮膜厚さは7.1μmで、ADC10合金の
平均皮膜厚さ1.7μmに比べ著しく厚く、本発明合金の
皮膜生成率はADC10合金より大きいことがわかった。第
6図は本発明合金に生成させた陽極酸化皮膜の断面を示
す。第6図に示すように、本発明合金に生成する陽極酸
化皮膜は厚さが均一である。
実施例5 第3表に示す組成の本発明合金(No.20)の凝固組成
を第1図及び第2図に示す。組織観察位置は、引張試験
片チャック部の鋳肌面から2mm内側の個所で、腐食処理
は0.2%HF溶液を用いて行った。
本発明合金の凝固組織は、第1図及び第2図に示す様
に、多くの領域が微細な多元共晶相とα相で構成され、
一部にAl−Mg2Si、Al−Al3NiやAl−Mn2SiAl12の2元共
晶相がα相のデンドライト間隙に晶出している。
〔発明の効果〕 本発明の合金は、鋳放しで高い強度と良好な靭性を有
し、かつ鋳造性と陽極酸化性がよい。すなわち、実施例
にみるように、本発明の合金は、公知のADC10合金やADC
6合金よりも引張り強さ及び耐力が大きく、またADC10合
金よりも伸びが大きい。また、本発明の合金は、ADC1
0、12合金より衝撃値が大きく、ADC6合金よりも割れ巾
が小さく、流動性が大きい、かつ、陽極酸化処理におい
て皮膜は生成率がよく、均一な厚さの酸化皮膜が形成さ
れる。このため、本発明の合金は、鋳造品、特にダイカ
スト製品の製造に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明合金の一例の凝固組織の200倍光学顕
微鏡写真であり、第2図は、本発明合金の一例の凝固組
織の1000倍光学顕微鏡写真であり、第3図は、本発明合
金の引張試験に用いた試験片の形状を示し、第4図は、
流動性試験に用いた本発明合金の試験片鋳造品の平面図
であり、第5図は本発明合金の流動試験におけるゲート
通過速度に対する流動長の関係を示す図表であり、第6
図は、本発明合金の表面に生成された陽極酸化皮膜の断
面の金属組織の光学的顕微鏡写真を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 庸輔 東京都千代田区外神田3―15―1 リョ ービ株式会社東京本社内 (56)参考文献 特開 昭63−28840(JP,A) 特開 昭63−250438(JP,A) 特開 昭64−68440(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Mg1〜6wt%、Ni1wt%〜4wt%未満、Mn0.4w
    t%〜1.5wt%未満、Si1.5超〜3.0wt%を含み、残部がAl
    及び不可避的不純物からなることを特徴とする鋳造用高
    強度アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】Mg1〜6wt%、Ni1wt%〜4wt%未満、Mn0.4w
    t%〜1.5wt%未満、Si1.5超〜3.0wt%、Ti0.01〜0.03wt
    %、B0.001〜0.1wt%、Be0.001〜0.1wt%を含み、残部
    がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とする鋳造
    用高強度アルミニウム合金。
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