JP4356851B2 - 船舶用アルミニウムダイカスト材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海水に対する耐腐食性並びに機械的強度が要求される船舶機器、特に船外機、船内機等の推進器、水ジェットポンプ等船底の一部を構成する部材に供するアルミニウムダイカスト材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量化を目的として船舶機器にアルミニウムダイカスト材料を採用する動向にある。アルミニウムダイカスト材料は、ＪＩＳ Ｈ ５３０２（１９９０）「アルミニウム合金ダイカスト」で、ＡＤＣ１（Ｃｕ：１．０重量％以下）、ＡＤＣ３（Ｃｕ：０．６重量％以下）、ＡＤＣ５（Ｃｕ：０．２重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｃｕ：０．１重量％以下）、ＡＤＣ１０，１０Ｚ（Ｃｕ：２〜４重量％）、ＡＤＣ１２，１２Ｚ（Ｃｕ：１．５〜３．５重量％）、及びＡＤＣ１４（Ｃｕ：４〜５重量％）が規定されている。
【０００３】
成分中のＣｕは錆発生の主要因となるため、海水に対する耐腐食性を考慮すると、０．６重量％以下にする必要があり、ＡＤＣ３（Ｃｕ：０．６重量％以下）、ＡＤＣ５（Ｃｕ：０．２重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｃｕ：０．１重量％以下）がその条件をクリアしていると言える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイカストであるから鋳造時の流動性も重要であり、この流動性は成分中のＳｉによって決まり、ＡＤＣ３（Ｓｉ：９〜１０重量％）、ＡＤＣ５（Ｓｉ：０．３重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｓｉ：１．０重量％以下）の３種を検討すると、流動性はＡＤＣ５＜ＡＤＣ６＜ＡＤＣ３の順となり、ＡＤＣ５及びＡＤＣ６は流動性の点で難がある。
【０００５】
ＡＤＣ３は流動性、耐腐食性ともに良好であるが、ＡＤＣ１２に比べると機械的強度はやや低い。
そこで、本発明の目的は、流動性、耐腐食性、機械強度の全てをクリアし得る新しいアルミニウムダイカスト材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、Ｃｕ（銅）：０．１５重量％以下、Ｓｉ（けい素）：１０．０〜１１．５重量％、Ｍｇ（マグネシウム）：１．０〜２．５重量％、Ｚｎ（亜鉛）：０．１５重量％以下、Ｆｅ（鉄）：０．７〜０．９重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．４〜０．６重量％、Ｎｉ（ニッケル）：０．１重量％以下、Ｓｎ（すず）：０．１重量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：残部を成分とすることを特徴とする。
【０００７】
図１はＣｕの割合を変化させたときに海水に対する耐食性が如何に変化するかを調べたグラフであり、横軸はＣｕの含有量、縦軸は腐食幅を示し、横軸で０．６重量％の位置からカーブが上昇するため、この０．６重量％以下にＣｕを抑えることが必要となる。さらに、横軸の０．１５重量％以下で腐食幅がごく小さくなる。このことから、海水における耐腐食性上、Ｃｕは０．６重量％以下にする必要があり、少ないほどよいので、本発明ではＣｕは０．１５重量％以下にする。
【０００８】
鋳造時の流動性上、Ｓｉは多いほどよく、流動性良好といわれているＡＤＣ３（Ｓｉ：９〜１０重量％）と同等以上の流動性を確保するために、本発明ではＳｉを１０重量％以上とする。しかし、Ｓｉは１１．５重量％を超えると初晶シリコンが発生し、脆くなり強度低下を招く。そこで、Ｓｉは１０．０〜１１．５重量％とする。
【０００９】
ところで、上述の通りＣｕを微量にしたため、強度向上は図れなくなった。これを補うためにＭｇを適量添加する。
図２は本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料を対象にＭｇ添加量と引張り強度との関係を示すグラフであり、横軸はＭｇ添加量（重量％）、縦軸は引張り強度を示し、Ｍｇ添加量の増加と共に引張り強度が増加すると認められる。
【００１０】
なお、多数のサンプルに基づいて引張り試験を施すので、得られた引張り強度データはばらつく。そこで、引張り強度データを「帯」で示した。
また、７１０℃で溶解し、鋳造した後、金型から取り出した３８０℃のサンプルを大気で自然冷却したのちに、引張り試験を実施したものを「放冷」として示し、７１０℃で溶解し、鋳造した後、金型から取り出した３８０℃のサンプルを８０℃の水で急冷したのちに、引張り試験を実施したものを「水冷」として示した。
水冷は鋼の焼入れ、放冷は鋼の焼ならしに相当する。
【００１１】
後述するが、ＡＤＣ３の引張り強度は２４５Ｎ／ｍｍ2であり、これ以上の引張り強度を本発明品では確保したい。２４５Ｎ／ｍｍ2の横線▲１▼をグラフに記入すると、水冷材であれば、Ｍｇが１．０重量％以上であればこの要求を満たすことが分かった。そこで、Ｍｇは１．０重量％以上とする。
また、Ｍｇは２．５重量％を超えると溶解したアルミニウム（溶湯）の粘度が高くなり、湯の流動性が低下する。
そこで、Ｍｇは１．０〜２．５重量％とする。
【００１２】
ＺｎはＡｌの耐食性を低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むため、０．１５重量％以下とする。
【００１３】
Ｆｅが０．７重量％未満であると、アルム溶湯と金型材料表面との間に焼付きが発生し、金型への影響及び円滑な連続鋳造ができなくなる。また、Ｆｅは０．９重量％を超えると脆くなり機械的性質を低下させる。
そこで、Ｆｅは０．７〜０．９重量％とする。
【００１４】
上記鉄化合物の影響を防止するために、Ｍｎを加えるとＡｌ−Ｍｎ（Ｆｅ）−Ｓｉの板状金属間化合物になり、Ｆｅの影響を抑え、靱性及び衝撃性低下を防ぐことができる。
このとき、Ｍｎが０．４重量％未満であると上記効果が薄くなり、又、０．６重量％を超えるとＭｎ結晶が晶出し、機械的性質が低下する。
そこで、Ｍｎは０．４〜０．６重量％とする。
【００１５】
ＮｉはＡｌの耐食性を著しく低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むので含有率を極端に下げることは好ましくない。耐食性と製造コストとを考慮して、Ｎｉは０．１重量％以下とする。
【００１６】
Ｓｎも同様にＡｌの耐食性を著しく低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むので含有率を極端に下げることは好ましくない。耐食性と製造コストとを考慮して、Ｓｎは０．１重量％以下とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図３は本発明の材料を適用した船外機の斜視図であり、船外機１０は、下から上へギヤケース１１、エクステンションケース１２、アンダカバー１３、エンジンカバー１５を組んだものであり、エンジンカバー１５内の図示せぬエンジン、バーチカルシャフト及びギヤセットを介してスクリュー１６を回転する構造体であり、特に海水に漬かるギヤケース１１及びエクステンションケース１２を、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料で構成する構造体であり、この構造体は取付ブラケット１７を介して図示せぬ船尾に取付けられるが、特に海水に漬かるギヤケース１１及びエクステンションケース１２に塗装を施す。
【００１８】
この様に、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、海水に対する耐腐食性並びに機械的強度が要求される船舶機器、特に船外機、船内機等の推進器、水ジェットポンプ等船底の一部を構成する部材に供することが望ましい。
【００１９】
【実施例】
本発明に係る実施例を次に説明する。
表１に実施例と比較例の成分を示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
実施例は、Ｃｕ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：１０．０〜１１．５重量％、Ｍｇ：１．０〜２．５重量％、Ｚｎ：０．１５重量％以下、Ｆｅ：０．７〜０．９重量％、Ｍｎ：０．４〜０．６重量％、Ｎｉ：０．１重量％以下、Ｓｎ：０．１重量％以下、Ａｌ：残部を成分とすることを特徴とする船舶用アルミニウムダイカスト材料である。
【００２２】
比較例は、ＪＩＳ Ｈ ５３０２（１９９０）「アルミニウム合金ダイカスト」で規定する、ＡＤＣ３である。
即ち、Ｃｕについては比較例が０．６重量％以下であるのに対し、実施例は０．１５重量％以下と１／４程度に含有量を低減し、Ｍｇについては比較例が０．４〜０．６重量％であるのに対し、実施例は１．０〜２．５重量％と２〜４倍程度に含有量を増加したことを特徴とする。
【００２３】
表２は機械的性質の対比表である。
【００２４】
【表２】
【００２５】
アルミニウム合金ダイカストとして広く採用されている比較例（ＡＤＣ３）では、引張り強度が２４５Ｎ／ｍｍ2、耐力が１１９Ｎ／ｍｍ2、伸びが６．１％であるのに対し、実施例では、引張り強度が２８９Ｎ／ｍｍ2、耐力が１３２Ｎ／ｍｍ2、伸びが７％であり、何れも実施例は比較例を超えた機械的性質を備えていると言える。
【００２６】
耐腐食性に関しては、前記の表１に示した通りに、Ｃｕについては比較例が０．６重量％以下であるのに対し、実施例は０．１５重量％以下であって、Ｃｕの含有量を低減するほど耐腐食性の向上が図れるから、実施例は比較例よりも格段に高い耐腐食性を備えていることは明らかである。
【００２７】
流動性に関しては、前記の表１に示した通りに、Ｓｉについては比較例が０．９〜１０．０重量％であるのに対し、実施例は１．０〜１１．５重量％であって、Ｓｉの含有量を増すほど流動性の向上が図れるから、実施例は比較例と同等以上の流動性を備えているになる。
【００２８】
従って、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、ダイカスト法における流動性、海水に対する耐腐食性、船舶機器にとしての機械強度の全てにわたって満足し得る性能を有している。
なお、本発明の材料で製造した製品に、塗装を施し、ベーキング処理を施せば、硬度を上げることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、腐食因子であるＣｕを０．１５重量％以下に低減したので海水に対する十分な耐腐食性を備え、鋳造流動性因子であるＳｉを１０．０〜１１．５重量％まで高めたので十分な流動性を備え、機械的強度因子であるＭｇを１．０〜２．５重量％まで高めたので十分な機械的性質を備える。従って本発明品は、流動性、耐腐食性及び機械的強度の全てが要求される船舶用アルミニウムダイカスト材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｕの割合を変化させたときに海水に対する耐食性が如何に変化するかを調べたグラフ
【図２】本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料を対象にＭｇ添加量と引張り強度との関係を示すグラフ
【図３】本発明の材料を適用した船外機の斜視図
【符号の説明】
１０…船外機。
【発明の属する技術分野】
本発明は海水に対する耐腐食性並びに機械的強度が要求される船舶機器、特に船外機、船内機等の推進器、水ジェットポンプ等船底の一部を構成する部材に供するアルミニウムダイカスト材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量化を目的として船舶機器にアルミニウムダイカスト材料を採用する動向にある。アルミニウムダイカスト材料は、ＪＩＳ Ｈ ５３０２（１９９０）「アルミニウム合金ダイカスト」で、ＡＤＣ１（Ｃｕ：１．０重量％以下）、ＡＤＣ３（Ｃｕ：０．６重量％以下）、ＡＤＣ５（Ｃｕ：０．２重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｃｕ：０．１重量％以下）、ＡＤＣ１０，１０Ｚ（Ｃｕ：２〜４重量％）、ＡＤＣ１２，１２Ｚ（Ｃｕ：１．５〜３．５重量％）、及びＡＤＣ１４（Ｃｕ：４〜５重量％）が規定されている。
【０００３】
成分中のＣｕは錆発生の主要因となるため、海水に対する耐腐食性を考慮すると、０．６重量％以下にする必要があり、ＡＤＣ３（Ｃｕ：０．６重量％以下）、ＡＤＣ５（Ｃｕ：０．２重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｃｕ：０．１重量％以下）がその条件をクリアしていると言える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイカストであるから鋳造時の流動性も重要であり、この流動性は成分中のＳｉによって決まり、ＡＤＣ３（Ｓｉ：９〜１０重量％）、ＡＤＣ５（Ｓｉ：０．３重量％以下）、ＡＤＣ６（Ｓｉ：１．０重量％以下）の３種を検討すると、流動性はＡＤＣ５＜ＡＤＣ６＜ＡＤＣ３の順となり、ＡＤＣ５及びＡＤＣ６は流動性の点で難がある。
【０００５】
ＡＤＣ３は流動性、耐腐食性ともに良好であるが、ＡＤＣ１２に比べると機械的強度はやや低い。
そこで、本発明の目的は、流動性、耐腐食性、機械強度の全てをクリアし得る新しいアルミニウムダイカスト材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、Ｃｕ（銅）：０．１５重量％以下、Ｓｉ（けい素）：１０．０〜１１．５重量％、Ｍｇ（マグネシウム）：１．０〜２．５重量％、Ｚｎ（亜鉛）：０．１５重量％以下、Ｆｅ（鉄）：０．７〜０．９重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．４〜０．６重量％、Ｎｉ（ニッケル）：０．１重量％以下、Ｓｎ（すず）：０．１重量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：残部を成分とすることを特徴とする。
【０００７】
図１はＣｕの割合を変化させたときに海水に対する耐食性が如何に変化するかを調べたグラフであり、横軸はＣｕの含有量、縦軸は腐食幅を示し、横軸で０．６重量％の位置からカーブが上昇するため、この０．６重量％以下にＣｕを抑えることが必要となる。さらに、横軸の０．１５重量％以下で腐食幅がごく小さくなる。このことから、海水における耐腐食性上、Ｃｕは０．６重量％以下にする必要があり、少ないほどよいので、本発明ではＣｕは０．１５重量％以下にする。
【０００８】
鋳造時の流動性上、Ｓｉは多いほどよく、流動性良好といわれているＡＤＣ３（Ｓｉ：９〜１０重量％）と同等以上の流動性を確保するために、本発明ではＳｉを１０重量％以上とする。しかし、Ｓｉは１１．５重量％を超えると初晶シリコンが発生し、脆くなり強度低下を招く。そこで、Ｓｉは１０．０〜１１．５重量％とする。
【０００９】
ところで、上述の通りＣｕを微量にしたため、強度向上は図れなくなった。これを補うためにＭｇを適量添加する。
図２は本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料を対象にＭｇ添加量と引張り強度との関係を示すグラフであり、横軸はＭｇ添加量（重量％）、縦軸は引張り強度を示し、Ｍｇ添加量の増加と共に引張り強度が増加すると認められる。
【００１０】
なお、多数のサンプルに基づいて引張り試験を施すので、得られた引張り強度データはばらつく。そこで、引張り強度データを「帯」で示した。
また、７１０℃で溶解し、鋳造した後、金型から取り出した３８０℃のサンプルを大気で自然冷却したのちに、引張り試験を実施したものを「放冷」として示し、７１０℃で溶解し、鋳造した後、金型から取り出した３８０℃のサンプルを８０℃の水で急冷したのちに、引張り試験を実施したものを「水冷」として示した。
水冷は鋼の焼入れ、放冷は鋼の焼ならしに相当する。
【００１１】
後述するが、ＡＤＣ３の引張り強度は２４５Ｎ／ｍｍ2であり、これ以上の引張り強度を本発明品では確保したい。２４５Ｎ／ｍｍ2の横線▲１▼をグラフに記入すると、水冷材であれば、Ｍｇが１．０重量％以上であればこの要求を満たすことが分かった。そこで、Ｍｇは１．０重量％以上とする。
また、Ｍｇは２．５重量％を超えると溶解したアルミニウム（溶湯）の粘度が高くなり、湯の流動性が低下する。
そこで、Ｍｇは１．０〜２．５重量％とする。
【００１２】
ＺｎはＡｌの耐食性を低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むため、０．１５重量％以下とする。
【００１３】
Ｆｅが０．７重量％未満であると、アルム溶湯と金型材料表面との間に焼付きが発生し、金型への影響及び円滑な連続鋳造ができなくなる。また、Ｆｅは０．９重量％を超えると脆くなり機械的性質を低下させる。
そこで、Ｆｅは０．７〜０．９重量％とする。
【００１４】
上記鉄化合物の影響を防止するために、Ｍｎを加えるとＡｌ−Ｍｎ（Ｆｅ）−Ｓｉの板状金属間化合物になり、Ｆｅの影響を抑え、靱性及び衝撃性低下を防ぐことができる。
このとき、Ｍｎが０．４重量％未満であると上記効果が薄くなり、又、０．６重量％を超えるとＭｎ結晶が晶出し、機械的性質が低下する。
そこで、Ｍｎは０．４〜０．６重量％とする。
【００１５】
ＮｉはＡｌの耐食性を著しく低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むので含有率を極端に下げることは好ましくない。耐食性と製造コストとを考慮して、Ｎｉは０．１重量％以下とする。
【００１６】
Ｓｎも同様にＡｌの耐食性を著しく低下させるため、好ましくは含まないものとするが、製造コストが嵩むので含有率を極端に下げることは好ましくない。耐食性と製造コストとを考慮して、Ｓｎは０．１重量％以下とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図３は本発明の材料を適用した船外機の斜視図であり、船外機１０は、下から上へギヤケース１１、エクステンションケース１２、アンダカバー１３、エンジンカバー１５を組んだものであり、エンジンカバー１５内の図示せぬエンジン、バーチカルシャフト及びギヤセットを介してスクリュー１６を回転する構造体であり、特に海水に漬かるギヤケース１１及びエクステンションケース１２を、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料で構成する構造体であり、この構造体は取付ブラケット１７を介して図示せぬ船尾に取付けられるが、特に海水に漬かるギヤケース１１及びエクステンションケース１２に塗装を施す。
【００１８】
この様に、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、海水に対する耐腐食性並びに機械的強度が要求される船舶機器、特に船外機、船内機等の推進器、水ジェットポンプ等船底の一部を構成する部材に供することが望ましい。
【００１９】
【実施例】
本発明に係る実施例を次に説明する。
表１に実施例と比較例の成分を示す。
【００２０】
【表１】
実施例は、Ｃｕ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：１０．０〜１１．５重量％、Ｍｇ：１．０〜２．５重量％、Ｚｎ：０．１５重量％以下、Ｆｅ：０．７〜０．９重量％、Ｍｎ：０．４〜０．６重量％、Ｎｉ：０．１重量％以下、Ｓｎ：０．１重量％以下、Ａｌ：残部を成分とすることを特徴とする船舶用アルミニウムダイカスト材料である。
【００２２】
比較例は、ＪＩＳ Ｈ ５３０２（１９９０）「アルミニウム合金ダイカスト」で規定する、ＡＤＣ３である。
即ち、Ｃｕについては比較例が０．６重量％以下であるのに対し、実施例は０．１５重量％以下と１／４程度に含有量を低減し、Ｍｇについては比較例が０．４〜０．６重量％であるのに対し、実施例は１．０〜２．５重量％と２〜４倍程度に含有量を増加したことを特徴とする。
【００２３】
表２は機械的性質の対比表である。
【００２４】
【表２】
アルミニウム合金ダイカストとして広く採用されている比較例（ＡＤＣ３）では、引張り強度が２４５Ｎ／ｍｍ2、耐力が１１９Ｎ／ｍｍ2、伸びが６．１％であるのに対し、実施例では、引張り強度が２８９Ｎ／ｍｍ2、耐力が１３２Ｎ／ｍｍ2、伸びが７％であり、何れも実施例は比較例を超えた機械的性質を備えていると言える。
【００２６】
耐腐食性に関しては、前記の表１に示した通りに、Ｃｕについては比較例が０．６重量％以下であるのに対し、実施例は０．１５重量％以下であって、Ｃｕの含有量を低減するほど耐腐食性の向上が図れるから、実施例は比較例よりも格段に高い耐腐食性を備えていることは明らかである。
【００２７】
流動性に関しては、前記の表１に示した通りに、Ｓｉについては比較例が０．９〜１０．０重量％であるのに対し、実施例は１．０〜１１．５重量％であって、Ｓｉの含有量を増すほど流動性の向上が図れるから、実施例は比較例と同等以上の流動性を備えているになる。
【００２８】
従って、本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、ダイカスト法における流動性、海水に対する耐腐食性、船舶機器にとしての機械強度の全てにわたって満足し得る性能を有している。
なお、本発明の材料で製造した製品に、塗装を施し、ベーキング処理を施せば、硬度を上げることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の船舶用アルミニウムダイカスト材料は、腐食因子であるＣｕを０．１５重量％以下に低減したので海水に対する十分な耐腐食性を備え、鋳造流動性因子であるＳｉを１０．０〜１１．５重量％まで高めたので十分な流動性を備え、機械的強度因子であるＭｇを１．０〜２．５重量％まで高めたので十分な機械的性質を備える。従って本発明品は、流動性、耐腐食性及び機械的強度の全てが要求される船舶用アルミニウムダイカスト材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｕの割合を変化させたときに海水に対する耐食性が如何に変化するかを調べたグラフ
【図２】本発明の船舶用アルミニウムダイカスト材料を対象にＭｇ添加量と引張り強度との関係を示すグラフ
【図３】本発明の材料を適用した船外機の斜視図
【符号の説明】
１０…船外機。
Claims (1)
- Ｃｕ：０．１５重量％以下、Ｓｉ：１０．０〜１１．５重量％、Ｍｇ：１．０〜２．５重量％、Ｚｎ：０．１５重量％以下、Ｆｅ：０．７〜０．９重量％、Ｍｎ：０．４〜０．６重量％、Ｎｉ：０．１重量％以下、Ｓｎ：０．１重量％以下、Ａｌ：残部を成分とすることを特徴とする船舶用アルミニウムダイカスト材料。
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