JP4210473B2

JP4210473B2 - High toughness thin die casting

Info

Publication number: JP4210473B2
Application number: JP2002157328A
Authority: JP
Inventors: 裕介豊田; 貴博水上; 文亮福地; 恒久畑; 勝弘柴田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2004001010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高靱性薄肉ダイカスト鋳物に関する。この種の鋳物は、例えば自動車用車体、シャーシ部品等として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト鋳物の高靱性化を図る場合、例えば、優れた靱性を有するＡｌ−Ｍｇ系合金を用いる、という手段が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら鋳造材料の選択のみでは、その鋳造材料のもたらす靱性値が限度であって、それを上回る靱性向上効果を得ることはできない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳造材料の選択と、真空ダイカスト法による特定厚さのチル化を併用して高靱性化を達成された大型の薄肉ダイカスト鋳物を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば、３．５ｗｔ％≦Ｍｇ≦４．５ｗｔ％、０．８ｗｔ％≦Ｍｎ≦１．５ｗｔ％、Ｓｉ＜０．５ｗｔ％、Ｆｅ＜０．５ｗｔ％、０．１ｗｔ％≦Ｔｉおよび／またはＺｒ≦０．３ｗｔ％ならびに残部ＡｌよりなるＡｌ−Ｍｇ系合金を用い、金型のキャビティ内における溶湯の最大流動距離ｄを２００mm≦ｄ≦６００mmとした真空ダイカスト法により鋳造された、最小肉厚ｔ₁が１．２mm≦ｔ₁≦２mmの板状をなす高靱性薄肉ダイカスト鋳物であって、両面にそれぞれチル層を有すると共に、その両チル層の厚さｔ₃，ｔ₄の和が前記最小肉厚ｔ₁に関して占める割合Ｐが１８％≦Ｐ≦６０％に設定されたことを特徴とする高靱性薄肉ダイカスト鋳物が提供される。
【０００６】
前記のように構成すると、薄肉ダイカスト鋳物が靱性の良好なＡｌ−Ｍｇ系合金より構成され、またその断面構造が、比較的粗い金属組織の主体を、比較的厚く、且つ緻密な金属組織を持つ２つのチル層により挟んだサンドイッチ構造となり、しかも両チル層に溶湯中の不純物の多くが取籠められることもあって、前記肉厚ｔ₁を持つ薄肉ダイカスト鋳物の伸びδをδ≧１５％に向上させて、その高靱性化を図ることが可能である。ただし、前記割合ＰがＰ＜１８％では伸びδがδ＜１５％となる。チル層の厚さを増すためには、低温の金型に溶湯を高速充填して、型冷却によりダイカスト鋳物表面の冷却速度を高めることが必要であるが、この手段を薄肉ダイカスト鋳物に適用すると、湯回り不良等の鋳造品質の劣化を招き易い。このような不具合を生じることなく、薄肉ダイカスト鋳物の伸び向上を図るためには、前記割合Ｐの上限値は６０％に設定される。
【０００７】
Ａｌ−Ｍｇ系合金において、各化学成分の添加理由および添加量限定理由等は次の通りである。
【０００８】
Ｍｇ：Ｍｇはダイカスト鋳物の強度および靱性の向上に寄与する。ただし、Ｍｇ＜３．５ｗｔ％では溶湯の流動性が悪化し、一方、Ｍｇ＞４．５ｗｔ％ではダイカスト鋳物の靱性が低下し、また凝固が遅れた部分にＡｌ−Ｍｇ共晶金属間化合物が偏析して鋳造割れを招来する。
【０００９】
Ｍｎ：この合金は、ダイカスト鋳物の靱性確保のためＦｅ含有量を低く設定しており、また比較的融点が高いため、金型に対して焼付きを生じ易い。Ｍｎは耐焼付き性向上元素として寄与し、大型の薄肉ダイカスト鋳物の高速充填鋳造にとって不可欠の元素である。またＭｎは強度向上元素でもある。ただし、Ｍｎ＜０．８ｗｔ％では合金の耐焼付き性が低下し、一方、Ｍｎ＞１．５ｗｔ％ではダイカスト鋳物の強度は向上するものの、その靱性が低下し、また溶湯の流動性も悪化する。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉはダイカスト鋳物の強度向上に寄与するが、Ｓｉ≧０．５ｗｔ％ではＭｇ₂Ｓｉ金属間化合物が増加するためダイカスト鋳物の靱性が低下する。
【００１１】
Ｆｅ：Ｆｅはダイカスト鋳物の強度向上に寄与するが、Ｆｅ≧０．５ｗｔ％ではＦｅ系晶出物が生成されるためダイカスト鋳物の靱性が低下する。
【００１２】
ＴｉおよびＺｒ：前記Ｔｉおよび／またはＺｒとは、ＴｉおよびＺｒ（即ち、Ｔｉ＋Ｚｒ）ならびにＴｉまたはＺｒ、つまりＴｉおよびＺｒの少なくとも一方を用いることを意味する。ＴｉおよびＺｒは、ダイカスト鋳物の金属組織を微細化して鋳造割れを防止し、また溶湯の流動性向上に寄与する。ただし、Ｔｉおよび／またはＺｒ＜０．１ｗｔ％では金属組織の微細化効果が不十分になるため溶湯の流動性が悪化し、一方、Ｔｉおよび／またはＺｒ＞０．３ｗｔ％ではＴｉ−Ａｌ系高温晶出物の現出により溶湯の流動性が悪化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において、薄肉ダイカスト鋳物１は、最小肉厚ｔ₁が１．２mm≦ｔ≦２mm（平均肉厚ｔ₂が１．５mm≦ｔ₂≦２mm）である板状をなし、且つＡｌ−Ｍｇ系合金を用いて鋳造されたものである。薄肉ダイカスト鋳物１は、両面にそれぞれチル層２を有し、両チル層２の厚さｔ₃，ｔ₄の和ｓが最小肉厚ｔ₁に関して占める割合Ｐ、つまり、Ｐ＝（ｓ／ｔ₁）×１００（％）を６０％≧Ｐ≧１８％に設定されている。また薄肉ダイカスト鋳物１は金型のキャビティ内における溶湯の最大流動距離ｄが６００mm≧ｄ≧２００mmといったように大型である。
【００１４】
前記のように構成すると、薄肉ダイカスト鋳物１が靱性の良好なＡｌ−Ｍｇ系合金より構成され、またその断面構造が、比較的粗い金属組織の主体３を、比較的厚く、且つ緻密な金属組織を持つ２つのチル層２により挟んだサンドイッチ構造となり、しかも両チル層２に溶湯中の不純物の多くが取籠められることもあって、前記肉厚ｔ₁を持つ薄肉ダイカスト鋳物１の伸びδをδ≧１５％に向上させて、その高靱性化を図ることが可能である。
【００１５】
Ａｌ−Ｍｇ系合金としては、３．５ｗｔ％≦Ｍｇ≦４．５ｗｔ％、０．８ｗｔ％≦Ｍｎ≦１．５ｗｔ％、Ｓｉ＜０．５ｗｔ％、Ｆｅ＜０．５ｗｔ％、０．１ｗｔ％≦Ｔｉおよび／またはＺｒ≦０．３ｗｔ％ならびに残部Ａｌよりなるものが用いられる。
【００１６】
このＡｌ−Ｍｇ系合金は優れた靱性を有する反面、流動性に乏しいため大型の薄肉ダイカスト鋳物１の鋳造には不向きである。そこで、前記Ａｌ−Ｍｇ系合金を鋳造材料とする、大型の薄肉ダイカスト鋳物１の鋳造に当り、真空ダイカスト法を適用し、また金型およびスリーブの温度を比較的高く設定し、その上、キャビティへの溶湯の充填時間を最適化する、といった手段を採用した。
【００１７】
以下、具体例について説明する。
【００１８】
Ａｌ−Ｍｇ系合金の一例として、４ｗｔ％Ｍｇ、０．９ｗｔ％Ｍｎ、０．２ｗｔ％Ｓｉ、０．２ｗｔ％Ｆｅ、０．２ｗｔ％Ｔｉおよび残部Ａｌよりなるものを選定した。
【００１９】
前記合金組成を有する溶湯を用い、また金型を真空ダイカスト装置に設置して、キャビティ内真空度：６ｋＰａ；金型温度：１５０〜３００℃の範囲で変更；セラミック製断熱スリーブ温度：１５０〜３００℃の範囲で変更（ただし、金型温度と同一）；注湯温度：７２０℃；低速射出：０．５ｍ／sec ；高速射出を２〜６ｍ／sec （ゲートスピード換算：３０〜７０ｍ／sec ）の範囲で変えてキャビティへの溶湯の充填時間を変更、の条件で鋳造を行い、全体の肉厚が１．５mm（最小肉厚でもある）で、金型のキャビティ内における溶湯の最大流動距離ｄがｄ≒６００mmである、大型の薄肉ダイカスト鋳物を複数鋳造した。各大型の薄肉ダイカスト鋳物よりテストピースを製作し、それらテストピースについて、両チル層２の厚さｔ₃，ｔ₄の和ｓが肉厚ｔ₁（１．５mm）に関して占める割合Ｐを求めると共に伸びδを測定した。
【００２０】
表１は、各薄肉ダイカスト鋳物１に関する金型温度およびスリーブ温度、溶湯の充填時間、前記両チル層の厚さに関する割合Ｐおよび伸びδを示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１において、薄肉ダイカスト鋳物の例１，１５，１９，２０は金型に対し焼付きを発生したもので、これらは前記割合Ｐの算出および伸びδの測定から除外された。
【００２３】
図２は、表１に基づいて例２〜１４，１６，１８に関し、前記割合Ｐと伸びδとの関係をグラフ化したものである。表１および図２から明らかなように、前記割合ＰをＰ≧１８％に設定すると、伸びδ≧１５％を確保して薄肉ダイカスト鋳物の靱性を向上させることができる。
【００２４】
図３は、表１に基づいて充填時間と伸びδとの関係を、金型等の温度別にグラフ化したものである。図３より、伸びδ≧１５％の薄肉ダイカスト鋳物を得るためには金型等の温度と充填時間とを適切に選定しなければならないことが判る。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のような特定の鋳造材料の選択と、真空ダイカスト法による特定厚さのチル化を併用したことで、高靱性化を達成された大型の薄肉ダイカスト鋳物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄肉ダイカスト鋳物の要部断面図である。
【図２】両チル層の厚さに関する割合Ｐと伸びδとの関係を示すグラフである。
【図３】充填時間と伸びδとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１………薄肉ダイカスト鋳物
２………チル層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to high tenacity thin die-casting cast products. This type of casting is used, for example, as an automobile body or chassis part.
[0002]
[Prior art]
In order to increase the toughness of the die cast casting, for example, a means of using an Al—Mg alloy having excellent toughness is employed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the selection of the casting material alone limits the toughness value provided by the casting material, and a toughness improvement effect exceeding that cannot be obtained.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention aims at providing a selection of the casting material, a large thin-walled die-cast cast product achieved a combination with high toughness the chill of a particular thickness by the vacuum die casting method.
[0005]
According to the onset bright order to achieve the object, 3.5wt% ≦ Mg ≦ 4.5wt% , 0.8wt% ≦ Mn ≦ 1.5wt%, Si <0.5wt%, Fe <0.5wt% , 0.1 wt% ≦ Ti and / or Zr ≦ 0.3 wt% and an Al—Mg-based alloy composed of the balance Al, and a vacuum in which the maximum flow distance d of the molten metal in the mold cavity is 200 mm ≦ d ≦ 600 mm A high-toughness thin-walled die-casting cast with a minimum thickness t ₁ of 1.2 mm ≦ t ₁ ≦ 2 mm, cast by the die casting method, and has chill layers on both sides, and the thicknesses of both chill layers It is t _3, the ratio P of the sum of t ₄ occupies with respect to said minimum thickness t ₁ is 18% ≦ P high tenacity thin die cast, characterized in ≦ 60% that has been set to the Ru is provided.
[0006]
When configured as described above, the thin-walled die-cast casting is composed of an Al-Mg based alloy with good toughness, and the cross-sectional structure has a relatively coarse metal structure, a relatively thick and dense metal structure. Since the sandwich structure is sandwiched between two chill layers, and many impurities in the molten metal are trapped in both chill layers, the elongation δ of the thin die casting having the thickness t ₁ is δ ≧ 15% It is possible to improve the toughness. However, when the ratio P is P <18%, the elongation δ is δ <15%. In order to increase the thickness of the chill layer, it is necessary to fill the low-temperature mold with molten metal at a high speed and to increase the cooling rate of the die-casting surface by cooling the mold, but if this means is applied to a thin-walled die-casting It is easy to cause deterioration of casting quality such as poor hot water. In order to improve the elongation of the thin die cast without causing such a problem, the upper limit value of the ratio P is set to 60%.
[0007]
In the Al-Mg alloy, the reason for adding each chemical component and the reason for limiting the amount added are as follows.
[0008]
Mg: Mg contributes to the improvement of the strength and toughness of the die casting. However, when Mg <3.5 wt%, the fluidity of the molten metal deteriorates, whereas when Mg> 4.5 wt%, the toughness of the die-cast casting decreases, and the Al—Mg eutectic intermetallic compound is present in the portion where solidification is delayed. Segregation causes casting cracks.
[0009]
Mn: This alloy has a low Fe content in order to ensure the toughness of the die-casting product, and has a relatively high melting point, so it tends to seize the mold. Mn contributes as an element for improving seizure resistance, and is an indispensable element for high-speed filling casting of large thin-walled die castings. Mn is also a strength improving element. However, when Mn <0.8 wt%, the seizure resistance of the alloy is reduced. On the other hand, when Mn> 1.5 wt%, the strength of the die-cast casting is improved, but the toughness is lowered and the fluidity of the molten metal is also deteriorated. .
[0010]
Si: Si contributes to improving the strength of the die-casting. However, when Si ≧ 0.5 wt%, the Mg ₂ Si intermetallic compound increases, so that the toughness of the die-casting is lowered.
[0011]
Fe: Fe contributes to improving the strength of the die-casting. However, if Fe ≧ 0.5 wt%, Fe-based crystallized material is generated, so that the toughness of the die-casting is lowered.
[0012]
Ti and Zr: The Ti and / or Zr means that Ti and Zr (that is, Ti + Zr) and Ti or Zr, that is, at least one of Ti and Zr are used. Ti and Zr refine the metal structure of the die-casting to prevent casting cracks and contribute to improving the fluidity of the molten metal. However, when Ti and / or Zr <0.1 wt%, the fluidity of the molten metal deteriorates because the effect of refining the metal structure becomes insufficient. On the other hand, when Ti and / or Zr> 0.3 wt%, the Ti—Al system The fluidity of the melt deteriorates due to the appearance of high-temperature crystallization.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, a thin die casting 1 has a plate shape with a minimum wall thickness t ₁ of 1.2 mm ≦ t ≦ 2 mm (average wall thickness t ₂ of 1.5 mm ≦ t ₂ ≦ 2 mm), and Al—Mg. It is cast using a system alloy. The thin die casting 1 has chill layers 2 on both sides, and the ratio P of the sum s of the thicknesses t ₃ and t ₄ of both chill layers 2 with respect to the minimum thickness t ₁ , that is, P = (s / t ₁ ) x100 (%) is set to 60% ≧ P ≧ 18%. The thin-walled die casting 1 is large so that the maximum flow distance d of the molten metal in the mold cavity is 600 mm ≧ d ≧ 200 mm.
[0014]
When configured as described above, the thin-walled die cast casting 1 is made of an Al—Mg-based alloy having good toughness, and the cross-sectional structure of the main body 3 having a relatively coarse metal structure is relatively thick and dense. two becomes sandwiched sandwich structure by chill layer 2 having, moreover many impurities in the melt to both chill layer 2 there also is Me Tokago, elongation of the thin die cast 1 having the thickness t ₁ [delta] It is possible to improve the toughness by improving δ ≧ 15%.
[0015]
As Al-Mg alloy, 3.5 wt% ≦ Mg ≦ 4.5 wt%, 0.8 wt% ≦ Mn ≦ 1.5 wt%, Si <0.5 wt%, Fe <0.5 wt%, 0.1 wt% ≦ Ti and / or Zr ≦ 0.3 wt% and the balance Al are used.
[0016]
While this Al-Mg alloy has excellent toughness, it is not suitable for casting a large-sized thin die casting 1 because of its poor fluidity. Therefore, a vacuum die casting method is applied to cast a large thin-walled die casting 1 using the Al—Mg alloy as a casting material, and the temperature of the mold and the sleeve is set relatively high. Measures such as optimizing the filling time of the molten metal into the steel were adopted.
[0017]
Hereinafter, specific examples will be described.
[0018]
As an example of the Al—Mg alloy, an alloy composed of 4 wt% Mg, 0.9 wt% Mn, 0.2 wt% Si, 0.2 wt% Fe, 0.2 wt% Ti and the balance Al was selected.
[0019]
The molten metal having the above alloy composition was used, and the mold was placed in a vacuum die casting apparatus, and the degree of vacuum in the cavity was changed to 6 kPa; the mold temperature was changed in the range of 150 to 300 ° C .; the heat insulating sleeve temperature made of ceramic: 150 to 300 Changed in the range of ℃ (however, same as mold temperature); pouring temperature: 720 ℃; low speed injection: 0.5m / sec; high speed injection 2-6m / sec (gate speed conversion: 30-70m / sec) The casting is performed under the conditions of changing the filling time of the molten metal into the cavity, and the total wall thickness is 1.5 mm (which is also the minimum wall thickness), and the maximum molten metal flow distance in the mold cavity A plurality of large thin die castings having d of d≈600 mm were cast. Test pieces are manufactured from each large thin die-cast casting, and for these test pieces, the ratio P of the sum s of the thicknesses t ₃ and t ₄ of both chill layers 2 with respect to the thickness t ₁ (1.5 mm) is obtained. The elongation δ was measured.
[0020]
Table 1 shows the mold temperature and the sleeve temperature, the filling time of the molten metal, the ratio P and the elongation δ related to the thicknesses of the two chill layers for each thin die casting 1.
[0021]
[Table 1]

[0022]
In Table 1, Examples 1, 15, 19, and 20 of thin-walled die castings were seized on the mold, and these were excluded from the calculation of the ratio P and the measurement of elongation δ.
[0023]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio P and the elongation δ for Examples 2 to 14, 16, and 18 based on Table 1. As is apparent from Table 1 and FIG. 2, when the ratio P is set to P ≧ 18%, the elongation δ ≧ 15% can be secured and the toughness of the thin die casting can be improved.
[0024]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the filling time and the elongation δ according to the temperature of the mold or the like based on Table 1. From FIG. 3, it can be seen that in order to obtain a thin-walled die cast product having an elongation δ ≧ 15%, the temperature of the mold or the like and the filling time must be appropriately selected.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a large-sized thin die casting that achieves high toughness by combining the selection of a specific casting material as described above and the chilling of a specific thickness by a vacuum die casting method. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a thin die casting.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio P and the elongation δ relating to the thicknesses of both chill layers.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between filling time and elongation δ.
[Explanation of symbols]
1 ... Thin die casting 2 ... Chill layer

Claims

3.5 wt% ≦ Mg ≦ 4.5 wt%, 0.8 wt% ≦ Mn ≦ 1.5 wt%, Si <0.5 wt%, Fe <0.5 wt%, 0.1 wt% ≦ Ti and / or Zr ≦ 0 The minimum thickness t ₁ cast by a vacuum die casting method using an Al—Mg-based alloy consisting of 3 wt% and the balance Al and having a maximum molten metal flow distance d in the mold cavity of 200 mm ≦ d ≦ 600 mm is 1.2 mm ≦ t ₁ ≦ 2 mm plate-like high toughness thin die casting,
Both sides have chill layers (2), and the ratio P of the sum of the thicknesses t ₃ and t ₄ of both chill layers (2) with respect to the minimum thickness t ₁ is set to 18% ≦ P ≦ 60%. high tenacity thin die-casting cast product, characterized in that it is.