JP4966584B2 - 鋳造用アルミニウム合金および同アルミニウム合金鋳物並びに該合金を用いたダイカスト法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋳造温度を低く抑えることができる鋳造用アルミニウム合金および当該合金を利用したアルミニウム合金鋳物に関する。
アルミニウム合金は、軽量であると共に、優れた熱伝導性および高い耐蝕性などの諸特性から、自動車や産業機械、航空機、家庭電化製品その他各種分野において、その構成部品素材として広く使用されている。
ここで、当該アルミニウム合金を用いて製造されるアルミニウム鋳物やアルミダイカスト等の加圧鋳造品は、一般に、インゴットを溶解した後、炉内で保温されたアルミ溶湯を汲み出して製品とする。この際、アルミニウム合金の溶解及び保温には電気・ガス・重油などのエネルギーが使用されているが、近年における環境問題への対応や持続可能な社会の実現といった観点から使用エネルギーの削減、排出ＣＯ2削減が求められている。そこで溶解温度や保持温度、すなわち鋳造温度を低くすることによって使用エネルギーや排出ＣＯ2量を削減することができるが、鋳造温度を低くすると湯廻り不良や破断チル層が発生して強度が低下するようになる。このため、従来のアルミニウム合金では、鋳造温度を低くすることができないという問題があった。
このような問題を解決し得る技術として、本発明者らは、１４〜２０重量％のＣｕ，８．５〜１５重量％のＺｎ，５〜８重量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物で構成された低温鋳造可能なアルミニウム合金を開発した（例えば、特許文献１参照。）。
かかる合金によれば、鋳造温度を低くすることができると共に、耐摩耗性など機械的特性を向上させることができる。
特開２００４−１３１７６２号公報
しかしながら、上記合金では低温鋳造性や耐摩耗性の向上のため、アルミニウムより比重が大きいＣｕやＺｎの配合割合が多いため、アルミニウム合金の特性の一つである軽量性が若干損なわれるようになるという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる課題は、アルミニウム合金の軽量性を維持しつつ鋳造温度を低く抑えることができると共に、従来のものと同等以上の強度を確保することが可能な鋳造用アルミニウム合金と、当該合金で鋳造されたアルミニウム合金鋳物とを提供することである。また、本発明の更なる課題は、このようなアルミニウム合金を用いた効率的且つ経済的で、作業環境の改善も可能なダイカスト法を提供することである。
請求項１に記載した発明は、「Ｃｕ：７〜１４重量％，Ｓｉ：６〜１１重量％，Ｚｎ：１０．２重量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる」ことを特徴とする鋳造用アルミニウム合金である。
この発明では、Ｃｕ：７〜１４重量％，Ｓｉ：６〜１１重量％，Ｚｎ：１０．２重量％以下を配合しているので、従来の一般的なダイカスト用アルミニウム合金(例えばＪＩＳ Ｈ−２１１８によって規定されたＡＤ１２．１合金など)に比べてアルミニウム合金の液相線温度を下げることができ、これにより同一鋳造温度における溶湯の流動性を向上させることができる。この効果は、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｚｎの相互作用であり、配合割合が上記範囲にない場合にはその効果が失われる。そして、このように液相線温度が低く、溶湯の流動性が良いことから、低温での鋳造が可能となり、使用エネルギーや排出ＣＯ2量を削減することができる。
また、比重が大きいＣｕおよびＺｎの配合割合を低く抑えることができるので、得られるアルミニウム合金は軽量性を損なう心配がない。
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のアルミニウム合金において、さらに「Ａｌの配合割合を６８重量％以上で且つ８２重量％以下にした」ことを特徴とするもので、これにより、アルミニウム合金の特徴である軽量性を維持しつつ、当該合金の液相線温度を概ね５７０℃以下にすることができる。また、このように液相線温度を低下させることで低温鋳造が可能となるのに加え、鋳造時に焼き付きを起こし易いＡｌの配合割合を上記範囲に限定することによって鋳造時に離型剤を使用しなくとも当該合金が金型表面で焼き付くのを防止することができる。
請求項３に記載した発明は、「請求項１又は２に記載のアルミニウム合金で鋳造された」ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物である。
請求項１又は２に記載のアルミニウム合金で鋳造された鋳物は、低温で鋳造することができるため、溶解・保持に必要なエネルギーを削減できるのと同時に、金型への負担を低減でき、金型の長寿命化を図ることができる。したがって、従来に比べて著しく生産コストを削減した経済的なアルミニウム合金鋳物を提供することができる。
請求項４に記載した発明は、「固定金型及び可動金型を型締めした後、金型内のキャビティに金属溶湯を圧入する工程と、キャビティ内に圧入した金属溶湯の凝固が完了した後、金型を型開して鋳造品を取り出す工程とが１つのサイクルとして繰り返し実行されるダイカスト法において、金属溶湯として請求項２に記載のアルミニウム合金の溶湯を用いると共に、型開時における鋳造品取り出し後の金型表面への離型剤の塗布を省略した」ことを特徴とするダイカスト法である。
一般にアルミニウム合金のダイカスト法では、金型へのアルミニウム合金の焼き付きを防止するため、水溶性或いは油性の離型剤が使用されている。しかしながら、本発明のダイカスト法では、ダイカストする金属原料として低温鋳造が可能で且つ金型への焼き付きが生じ難い請求項２に記載のアルミニウム合金を用い、離型剤の使用を省略しているので、離型剤の使用に伴う弊害[具体的には金型表面の急激な加熱冷却の繰り返しによるヒートチェック(クラック)の発生やこれに伴う製品不良]を防止することができる。また、離型剤を使用しないことから、離型剤の塗布工程のみならず、離型剤の塗布に付随する他の工程(例えば離型剤の溶解作業やエアブローなど)も省略或いは軽減することができ、鋳造加工のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、金型に塗布した離型剤が加熱されることによって生じる水蒸気やガスの発生がないので、これら水蒸気やガスによって作業環境が汚染される心配はない。
請求項１乃至３に記載の発明によれば、アルミニウム合金の軽量性を維持しつつ鋳造温度を低く抑えることができると共に、従来のものと同等以上の強度を確保することが可能な鋳造用アルミニウム合金と、当該合金で鋳造された軽量性および機械的特性に優れた経済的なアルミニウム合金鋳物とを提供することができる。
また、請求項４に記載の発明によれば、効率的且つ経済的で、作業環境の改善も可能なアルミニウム合金のダイカスト法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について具体例を示しながら詳述する。
本発明の鋳造用アルミニウム合金は、主としてＣｕ：７〜１４重量％，Ｓｉ：６〜１１重量％，Ｚｎ：１０．２重量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物などによって構成されている。
Ｃｕは、アルミニウム合金の流動性、機械的強度、硬度を向上させるとともに、アルミニウム合金の液相線温度を低下させるためのものである。
アルミニウム合金全体の重量に対するＣｕの配合割合は、７〜１４重量％の範囲であることが好ましい。Ｃｕの配合割合が７重量％未満の場合には、液相線温度の上昇により溶湯の流動性が低下し、低温で鋳造を行なった際に金型での湯廻り不良が生じて十分な強度の鋳造品(鋳物)を得ることができなくなり、逆に、Ｃｕの配合割合が１４重量％より多い場合には、合金の比重が増大し、アルミニウム合金を使用する上での最も大きな動機である「軽量化」を達成できなくなるからである。
Ｚｎは、アルミニウム合金の機械的強度、硬度を向上させるとともに、アルミニウム合金の液相線温度を低下させるためのものである。
アルミニウム合金全体の重量に対するＺｎの配合割合は、１０．２重量％以下の範囲であることが好ましい。Ｚｎの配合割合が１０．２重量％より多い場合には、比重が増大して当該合金を素材とする製品の軽量化が図れなくなるからである。ここで、特に、液相線温度を低下させて鋳造性を重視する場合、或いは強度および硬度といった機械的特性の向上を重視する場合には、Ｚｎの配合割合を５重量％以上にするのが好ましい。逆に、当該合金で鋳造される鋳物の軽量性を重視する場合には、Ｚｎの配合割合を５重量％未満にするのが好ましい。なお、アルミニウム合金に極めて高い機械的強度が要求されず、且つＣｕの配合割合が高く液相線温度の低下が見込める場合にはＺｎを配合しなくてもよい。
Ｓｉは、アルミニウム合金の流動性を向上させるとともに、Ｃｕ，Ｚｎ量に対して適切なＳｉ量を添加することによって液相線温度を低下させるものである。
一般にアルミニウム合金は、Ｓｉの含有量が１２重量％程度のときに液相線温度が最も低くなり、また、Ｓｉの含有量が１４重量％程度のときに流動性が最も高くなることが知られている。しかし、本発明のアルミニウム合金では、上述したようにＣｕおよびＺｎが所定の量添加されている(Ｚｎについては添加されない場合もある)ため、最も液相線温度の低い領域つまり共晶点が移動し、Ｓｉの配合割合が６〜１１重量％の領域において最も低い液相線温度が得られるようになった。
したがって、Ｓｉの配合割合が６重量％未満の場合には、液相線温度が上昇して溶湯の流動性が低下し、また、Ｓｉの配合割合が１１重量％より多い場合においても、液相線温度の上昇が生じるようになる。つまり、Ｓｉの配合割合が上記範囲を超えた場合には低温での鋳造が不可能となる。
なお、本発明のアルミニウム合金は、上述したＣｕ，Ｚｎ及びＳｉの他に、母材となるＡｌと不可避不純物とで構成されているが、当該合金全体に占めるＡｌの配合割合は６８重量％以上で且つ８２重量％以下の範囲とするのが好ましく、より好ましくは７２重量％以上で且つ８１重量％以下の範囲である。Ａｌの配合割合が６８重量％未満の場合には、アルミニウム合金の特徴である軽量性を維持するのが困難となり、逆に、Ａｌの配合割合が８２重量％より多い場合には、合金の軽量性は確保できるものの、相対的に他の構成成分の配合割合が低下する結果、液相線温度が上昇するようになるからである。したがって、Ａｌの配合割合を６８重量％以上で且つ８２重量％以下の範囲とすることによって、アルミニウム合金の特徴である軽量性を維持しつつ、後述するように当該合金の液相線温度を概ね５７０℃以下にすることができる。
また、このように液相線温度を低下させることで低温鋳造が可能となるのに加え、合金中のＡｌの配合割合を上記範囲に限定することにより、鋳造時に離型剤を使用しなくとも当該合金が金型表面にて焼き付くのを防止することができる（この点についても詳細は後述する）。
なお、Ａｌの配合割合を７２重量％以上で且つ８１重量％以下の範囲とすることで、上述した効果がより一層顕著なものとなる。
以上の配合割合に従って本発明のアルミニウム合金を製造する際には、まず、Ａｌ，Ｃｕ，ＺｎおよびＳｉが上述した所定の割合となるように配合した原料を準備する。続いて、この原料を前炉付溶解炉や密閉溶解炉などの溶解炉に投入し、これらを溶解させる。溶解させた原料すなわちアルミニウム合金の溶湯は、必要に応じて脱水素処理および脱介在物処理などの精製処理が施される。そして、精製された溶湯を所定の鋳型などに流し込み、固化させることによって、アルミニウム合金の溶湯を合金地金インゴットなどに成形する。
また、本発明のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金鋳物を鋳造する際には、砂型鋳造法，金型鋳造法，低圧鋳造法およびダイカスト法などのあらゆる鋳造法を用いることができる。このうち、固定金型及び可動金型を型締めした後、金型内のキャビティに金属溶湯を圧入する工程と、キャビティ内に圧入した金属溶湯の凝固が完了した後、金型を型開して鋳造品を取り出す工程とが１つのサイクルとして繰り返し実行されるダイカスト法は、高精度で鋳肌の優れた鋳物を速いサイクルで大量に生産できるため、本発明のアルミニウム合金を用いたアルミニウム合金鋳物の製造方法として特に好適である。
なお、一般的なアルミニウム合金のダイカスト法では、金型へのアルミニウム合金の焼き付きを防止するため、金型を型開して鋳造品を取り出し次の鋳造サイクルへと移行する前に、必ず水溶性或いは油性の離型剤を金型内面表面に塗布している。
しかしながら、本発明のアルミニウム合金は、低温鋳造が可能であり、特に合金全体に占めるＡｌの配合割合を６８重量％以上で且つ８２重量％以下の範囲とした場合には、鋳造時に離型剤を使用しなくとも当該合金が金型表面にて焼き付くのを防止することができる。したがって、かかるアルミニウム合金を用いることによって、従来、ダイカスト法において必須であった離型剤の塗布工程を省略することができる。このように離型剤の塗布工程を省略することで、離型剤の使用に伴う弊害[具体的には金型表面の急激な加熱冷却の繰り返しによるヒートチェック(クラック)の発生やこれに伴う製品不良]を防止することができる。また、離型剤の塗布工程のみならず、離型剤の塗布に付随する他の工程(例えば離型剤の溶解作業やエアブローなど)も省略或いは軽減することができ、鋳造加工のサイクルタイムを短縮することができる。さらに、金型に塗布した離型剤が加熱されることによって生じる水蒸気やガスの発生がないので、これら水蒸気やガスによって作業環境が汚染される心配はない。
そして、これらの鋳造法によって得られたアルミニウム合金鋳物は、必要に応じて溶体化処理および時効処理などが施される。このようにアルミニウム合金鋳物に溶体化処理および時効処理などを施すことによってアルミニウム合金鋳物の機械的特性を改良することができる。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、実施例および比較例における各物性は、アルミニウム合金の溶湯(溶湯試料)もしくは該溶湯を鋳造したもの(鋳造試料)を試料として、以下の方法で測定した。
（１）ロックウェル硬度：溶湯試料を重力鋳造にて「舟金型切りだしＪＩＳ４号試験片」に成形し、これを鋳造試料とした。そしてこの鋳造試料の硬度をＪＩＳ Ｚ−２２４５に準拠してロックウェルＢスケールで測定した。
（２）液相線温度：アルミニウム合金の溶湯試料が入った小型のるつぼにＫ熱電対を差し込み、るつぼ内のアルミニウム合金の溶湯が凝固する際の冷却凝固曲線を求め、この曲線より液相線温度を求めた。
（３）比重：(株)エー・アンド・ディ製の電子天秤（ＨＦ２０００）を用いてアルミニウム合金の鋳造試料(ロックウェル硬度測定に用いたものと同じ物)の空中重量および水中重量を測定し、水の密度と合わせて次式(1)により比重を計算した。
合金の空中重量／（合金の空中重量−合金の水中重量）×水の密度 …(1)
（４）機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)：溶湯試料を通常のダイカストマシンにて射出速度２ｍ／秒(ゲート速度４０ｍ／秒)でダイカスト鋳造してＡＳＴＭ(American Society for Testing and Material)規格に準拠した丸棒試験片を作製し、機械試験測定用のサンプル(鋳造試料)とした。そしてこのサンプルの機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)を（株）島津製作所社製の万能試験機(ＵＭＨ−１０)で測定した。なお、ダイカストマシンにて試験片を鋳造する際、金型表面には水溶性離型剤（花野商事（株）製のグラフェース（登録商標）品番：Ａ−１）を塗布した。
（１）ロックウェル硬度：溶湯試料を重力鋳造にて「舟金型切りだしＪＩＳ４号試験片」に成形し、これを鋳造試料とした。そしてこの鋳造試料の硬度をＪＩＳ Ｚ−２２４５に準拠してロックウェルＢスケールで測定した。
（２）液相線温度：アルミニウム合金の溶湯試料が入った小型のるつぼにＫ熱電対を差し込み、るつぼ内のアルミニウム合金の溶湯が凝固する際の冷却凝固曲線を求め、この曲線より液相線温度を求めた。
（３）比重：(株)エー・アンド・ディ製の電子天秤（ＨＦ２０００）を用いてアルミニウム合金の鋳造試料(ロックウェル硬度測定に用いたものと同じ物)の空中重量および水中重量を測定し、水の密度と合わせて次式(1)により比重を計算した。
合金の空中重量／（合金の空中重量−合金の水中重量）×水の密度 …(1)
（４）機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)：溶湯試料を通常のダイカストマシンにて射出速度２ｍ／秒(ゲート速度４０ｍ／秒)でダイカスト鋳造してＡＳＴＭ(American Society for Testing and Material)規格に準拠した丸棒試験片を作製し、機械試験測定用のサンプル(鋳造試料)とした。そしてこのサンプルの機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)を（株）島津製作所社製の万能試験機(ＵＭＨ−１０)で測定した。なお、ダイカストマシンにて試験片を鋳造する際、金型表面には水溶性離型剤（花野商事（株）製のグラフェース（登録商標）品番：Ａ−１）を塗布した。
[実施例１]
Ｃｕの配合割合を１２．９重量％，Ｚｎの配合割合を１０．１重量％，Ｓｉの配合割合を６．５重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を１２．９重量％，Ｚｎの配合割合を１０．１重量％，Ｓｉの配合割合を６．５重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例２]
Ｃｕの配合割合を７．０重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を７．０重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例３]
Ｃｕの配合割合を９．２重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．１重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を９．２重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．１重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例４]
Ｃｕの配合割合を１０．８重量％，Ｚｎの配合割合を８．１重量％，Ｓｉの配合割合を７．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を１０．８重量％，Ｚｎの配合割合を８．１重量％，Ｓｉの配合割合を７．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例５]
Ｃｕの配合割合を１０．０重量％，Ｚｎの配合割合を６．１重量％，Ｓｉの配合割合を７．２重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を１０．０重量％，Ｚｎの配合割合を６．１重量％，Ｓｉの配合割合を７．２重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例６]
Ｃｕの配合割合を８．７重量％，Ｚｎの配合割合を１０．２重量％，Ｓｉの配合割合を７．７重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を８．７重量％，Ｚｎの配合割合を１０．２重量％，Ｓｉの配合割合を７．７重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例７]
Ｃｕの配合割合を８．９重量％，Ｚｎの配合割合を８．４重量％，Ｓｉの配合割合を８．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を８．９重量％，Ｚｎの配合割合を８．４重量％，Ｓｉの配合割合を８．５重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[実施例８]
Ｃｕの配合割合を８．９重量％，Ｚｎの配合割合を６．５重量％，Ｓｉの配合割合を８．４重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を８．９重量％，Ｚｎの配合割合を６．５重量％，Ｓｉの配合割合を８．４重量％そして残部をＡｌとした以外、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[比較例１]
本発明のアルミニウム合金を従来の低温鋳造可能なアルミニウム合金と比較するために、Ｃｕの配合割合を１６．２重量％，Ｚｎの配合割合を６．１重量％，Ｓｉの配合割合を１０．２重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した以外は、実施例１と同じ条件にして、低温鋳造用アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
本発明のアルミニウム合金を従来の低温鋳造可能なアルミニウム合金と比較するために、Ｃｕの配合割合を１６．２重量％，Ｚｎの配合割合を６．１重量％，Ｓｉの配合割合を１０．２重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した以外は、実施例１と同じ条件にして、低温鋳造用アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[比較例２]
Ｃｕの配合割合を４．９重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．９重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した以外は、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
Ｃｕの配合割合を４．９重量％，Ｚｎの配合割合を０．７重量％，Ｓｉの配合割合を１０．９重量％そして残部をＡｌとすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した以外は、実施例１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[比較例３]
本発明のアルミニウム合金を市販の一般的なダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１２．１合金を準備した。すなわち、表１に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
本発明のアルミニウム合金を市販の一般的なダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１２．１合金を準備した。すなわち、表１に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
[比較例４]
本発明のアルミニウム合金を市販の耐摩耗性ダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１４．１合金を準備した。すなわち、表１に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入、溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
本発明のアルミニウム合金を市販の耐摩耗性ダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１４．１合金を準備した。すなわち、表１に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入、溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金についてロックウェル硬度，液相線温度および比重を測定した。得られた合金の特性を表１に示す。
表１より、実施例１〜８で得られた各アルミニウム合金（以下、「実施例合金」という。）は、比較例２〜４で得られたアルミニウム合金に比べて液相線温度が低くなり、最も一般的な市販のダイカスト用アルミニウム合金である比較例３と比較した場合、実施例合金は液相線温度が１２〜３６℃低くなる。したがって、溶解・保持・鋳造温度を従来より下げることができ、使用エネルギーの削減及び金型への負荷低減によるコスト削減が可能となる。ちなみに、電気式浸漬ヒータータイプの保持炉を用い、異なる保持温度にて溶湯を保持した場合の電気使用量およびＣＯ2排出量の変化を表２に示す。
また、実施例合金は、従来の低温鋳造用合金である比較例１に比べて比重が軽く、軽量性が阻害されていない。したがって軽量化が求められる構成部品の材料として好適に使用できることが窺える。
[実施例１１]
Ｃｕの配合割合を７．０重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１０．９重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を７．０重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１０．９重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[実施例１２]
Ｃｕの配合割合を９．１重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１０．６重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を９．１重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１０．６重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[実施例１３]
Ｃｕの配合割合を１０．２重量％，Ｚｎの配合割合を１０．２重量％，Ｓｉの配合割合を７．２重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を１０．２重量％，Ｚｎの配合割合を１０．２重量％，Ｓｉの配合割合を７．２重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[比較例５]
本発明のアルミニウム合金を市販の一般的なダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１２．１合金を準備した。すなわち、表３に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
本発明のアルミニウム合金を市販の一般的なダイカスト用アルミニウム合金と比較するために、ＪＩＳ Ｈ−２１１８に規定されるＡＤ１２．１合金を準備した。すなわち、表３に示す配合割合で各元素を配合した原料３０ｋｇを電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[比較例６]
Ｃｕの配合割合を４．８重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１１．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を４．８重量％，Ｚｎの配合割合を０．９重量％，Ｓｉの配合割合を１１．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した原料を３０ｋｇ準備した。この原料を電気式るつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[比較例７]
Ｃｕの配合割合を６．０重量％，Ｚｎの配合割合を６．０重量％，Ｓｉの配合割合を９．０重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、比較例６と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を６．０重量％，Ｚｎの配合割合を６．０重量％，Ｓｉの配合割合を９．０重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、比較例６と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
[比較例８]
Ｃｕの配合割合を６．０重量％，Ｚｎの配合割合を１０．０重量％，Ｓｉの配合割合を８．５重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
Ｃｕの配合割合を６．０重量％，Ｚｎの配合割合を１０．０重量％，Ｓｉの配合割合を８．５重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とした以外、実施例１１と同じ条件にして、アルミニウム合金を得た。そして、当該合金について鋳造性を確認すると共に、機械的特性を測定した。得られた合金の特性を表３に示す。
表３より、実施例１１〜１３で得られた各アルミニウム合金（以下、「実施例合金」という。）は、比較例５〜８で得られたアルミニウム合金に比べて、低温での鋳造が可能であることが窺える。具体的には、５７０℃前後の温度で鋳造した場合、比較例５，７および８では湯廻り不良が確認されたが、本発明アルミニウム合金の元素組成の範囲内である実施例合金では、湯廻り不良は発生しなかった。一般に低温で鋳造した場合、上記のような湯廻り不良や破断チル層が生じ、鋳造品の機械的強度の低下が見られる。しかしながら、実施例合金は、液相線温度が低く流動性が高いため、従来材(比較例)より低温で鋳造しても湯廻り不良や破断チル層の発生が少なく、(表３に示したように)従来材に比べて同等以上の強度を維持することができる。
次に、本発明のアルミニウム合金をダイカスト法で鋳造する際における離型剤省略の効果について説明する。
[実施例１４]
Ｃｕの配合割合を９．９重量％，Ｚｎの配合割合を９．９重量％，Ｓｉの配合割合を７．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
Ｃｕの配合割合を９．９重量％，Ｚｎの配合割合を９．９重量％，Ｓｉの配合割合を７．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
[実施例１５]
Ｃｕの配合割合を９．８重量％，Ｚｎの配合割合を０．８重量％，Ｓｉの配合割合を１０．０重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
Ｃｕの配合割合を９．８重量％，Ｚｎの配合割合を０．８重量％，Ｓｉの配合割合を１０．０重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
[実施例１６]
表４に示すように、ダイカスト鋳造時の鋳造条件を変更した以外、実施例１５と同じ条件にして、ＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
表４に示すように、ダイカスト鋳造時の鋳造条件を変更した以外、実施例１５と同じ条件にして、ＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
[実施例１７]
Ｃｕの配合割合を７．５重量％，Ｚｎの配合割合を０．８重量％，Ｓｉの配合割合を１０．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
Ｃｕの配合割合を７．５重量％，Ｚｎの配合割合を０．８重量％，Ｓｉの配合割合を１０．３重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
[比較例９]
Ｃｕの配合割合を４．９重量％，Ｚｎの配合割合を０．５重量％，Ｓｉの配合割合を１１．１重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
Ｃｕの配合割合を４．９重量％，Ｚｎの配合割合を０．５重量％，Ｓｉの配合割合を１１．１重量％そして残部をＡｌ及び不可避不純物とすることによって、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲外となるように配合した原料を１５０ｋｇ準備した。この原料をるつぼ溶解炉に投入し、これを溶解させてアルミニウム合金の溶湯を得た。得られた溶湯を表４に示した条件で離型剤を使用することなくダイカスト鋳造してＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
[比較例１０]
表４に示すように、ダイカスト鋳造時の鋳造条件を変更した以外、比較例９と同じ条件にして、ＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
表４に示すように、ダイカスト鋳造時の鋳造条件を変更した以外、比較例９と同じ条件にして、ＡＳＴＭ規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳造した丸棒試験片及び金型に焼き付きが生じているか否かについて目視で観察を行なった。得られた結果を表４に示す。
表４より、本発明におけるアルミニウム合金の元素組成の範囲内となるように配合した実施例１４〜１７の場合、従来のＡＤ１２．１合金などを用いる場合に比べて極めて低い温度でダイカスト鋳造できると共に、離型剤を使用していないにもかかわらず、５０ショット或いは１００ショット連続でダイカストを行なっても焼き付きが生じなかった。これに対し、比較例のもの(従来の低温鋳造合金に相当)では、離型剤を使用しなかった場合、１０ショット目で焼き付きが発生した。
このように本発明のアルミニウム合金では、鋳造品或いは金型に焼き付きが生じるのを確実に防止することができる。換言すれば、本発明のアルミニウム合金を用いることによって、従来、ダイカスト法において必須であった離型剤の塗布工程を省略することができる。
Claims (4)
- Ｃｕ：７〜１４重量％，Ｓｉ：６〜１１重量％，Ｚｎ：１０．２重量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする鋳造用アルミニウム合金。
- Ａｌの配合割合を６８重量％以上で且つ８２重量％以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の鋳造用アルミニウム合金。
- 請求項１又は２に記載のアルミニウム合金で鋳造されたことを特徴とするアルミニウム合金鋳物。
- 固定金型及び可動金型を型締めした後、金型内のキャビティに金属溶湯を圧入する工程と、前記キャビティ内に圧入した金属溶湯の凝固が完了した後、前記金型を型開して鋳造品を取り出す工程とが１つのサイクルとして繰り返し実行されるダイカスト法において、
前記金属溶湯として請求項２に記載のアルミニウム合金の溶湯を用いると共に、
型開時における鋳造品取り出し後の金型表面への離型剤の塗布を省略したことを特徴とするダイカスト法。
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