JP5355320B2 - アルミニウム合金鋳物部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金鋳物部材及びその製造方法に関する。
更に詳細には、本発明は、所定割合の合金元素を含み、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるアルミニウム合金鋳物部材、これを適用して成る自動車用部品及びアルミニウム合金鋳物部材の製造方法に関する。
更に詳細には、本発明は、所定割合の合金元素を含み、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるアルミニウム合金鋳物部材、これを適用して成る自動車用部品及びアルミニウム合金鋳物部材の製造方法に関する。
一般に、アルミニウム合金は、形状自由度が高い、寸法精度が高い、薄肉化が可能である、生産性が高い、部品一体化が可能であるなどの特徴を有する。
このため、近年、自動車の車体骨格に適用する部品や自動車のドアインナーに適用する部品、自動車の足廻りに適用する部品などに広く適用されている。
アルミニウム合金を自動車用部品に適用するに当たり、機械的特性を向上させるために、共晶Ｓｉの改良元素であるＳｒやＳｂなどを添加することが提案されている（特許文献１参照。）。
このため、近年、自動車の車体骨格に適用する部品や自動車のドアインナーに適用する部品、自動車の足廻りに適用する部品などに広く適用されている。
アルミニウム合金を自動車用部品に適用するに当たり、機械的特性を向上させるために、共晶Ｓｉの改良元素であるＳｒやＳｂなどを添加することが提案されている（特許文献１参照。）。
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、共晶Ｓｉの改良元素であるＳｒやＳｂなどを添加すると、含有ガス量を増加させる傾向等の問題があることから、例えばポロシティの発生により機械的特性が低下する、という問題点がある。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどの高価な改良元素を添加することなく、優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鋳物部材、これを適用して成る自動車用部品及びアルミニウム合金鋳物部材の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定割合の合金元素を含む原料を所定の条件下で鋳造することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第１のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
また、本発明の第２のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
更に、本発明の自動車用部品は、上記本発明の第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材を適用して成るものである。
更にまた、本発明のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法は、上記本発明の第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法であって、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌとなるように又はＳｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌとなるように原料を溶解し、次いで、溶解した原料を金型に圧入し、金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上で鋳造するダイカスト鋳物部材の製造方法である。
本発明によれば、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％などを含み、残部がＡｌとなるように原料を溶解し、次いで、溶解した原料を金型に圧入し、金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上で鋳造することなどにより、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどの高価な改良元素を添加することなく、優れた機械的特性を有するアルミニウム合金鋳物部材、これを適用して成る自動車用部品及びアルミニウム合金鋳物部材の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金鋳物部材、自動車用部品及びアルミニウム合金鋳物部材の製造方法について詳細に説明する。
［第１のアルミニウム合金鋳物部材］
本実施形態の第１のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態の第１のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
以下、各構成について詳細に説明する。
（Ｓｉ含有量：７．０〜１１．５質量％）
Ｓｉ（ケイ素）は、ダイカスト時の鋳造性の改善に大きな効果のある元素である。Ｓｉ含有量が７．０質量％未満では、湯流れ性が悪く、効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１１．５質量％を超えると、得られたアルミニウム合金鋳物部材の靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は７．０〜１１．５質量％の範囲内であることを要する。鋳造性及び強度・靭性に重点を置く場合は、Ｓｉ含有量を８．０〜１０．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
Ｓｉ（ケイ素）は、ダイカスト時の鋳造性の改善に大きな効果のある元素である。Ｓｉ含有量が７．０質量％未満では、湯流れ性が悪く、効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１１．５質量％を超えると、得られたアルミニウム合金鋳物部材の靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は７．０〜１１．５質量％の範囲内であることを要する。鋳造性及び強度・靭性に重点を置く場合は、Ｓｉ含有量を８．０〜１０．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
（Ｍｇ含有量：０．９〜４．０質量％）
Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム合金の母相中に固溶すると共に、前記Ｓｉと化合してＭｇ２Ｓｉを形成し、強度を向上させる元素である。Ｍｇ含有量が０．９質量％未満では、強度の向上効果が小さく、更に、共晶Ｓｉの微細化効果が得られない。なお、Ｍｇ含有量を０．９質量％以上とすると共晶Ｓｉの微細化効果が発現される。一方、Ｍｇ含有量が４．０質量％を超えると、鋳造性や強度の向上効果が小さく、また０．２％耐力が向上しない。したがって、Ｍｇ含有量は０．９〜４．０質量％の範囲内であることを要する。より確実な効果を得る場合は、Ｍｇ含有量を１．０〜４．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム合金の母相中に固溶すると共に、前記Ｓｉと化合してＭｇ２Ｓｉを形成し、強度を向上させる元素である。Ｍｇ含有量が０．９質量％未満では、強度の向上効果が小さく、更に、共晶Ｓｉの微細化効果が得られない。なお、Ｍｇ含有量を０．９質量％以上とすると共晶Ｓｉの微細化効果が発現される。一方、Ｍｇ含有量が４．０質量％を超えると、鋳造性や強度の向上効果が小さく、また０．２％耐力が向上しない。したがって、Ｍｇ含有量は０．９〜４．０質量％の範囲内であることを要する。より確実な効果を得る場合は、Ｍｇ含有量を１．０〜４．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
（Ｆｅ含有量：０．１〜０．６５質量％）
Ｆｅ（鉄）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｆｅ含有量が０．６５質量％を超えると、針状のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が増加し、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｆｅ含有量は０．１〜０．６５質量％の範囲内であることを要する。
Ｆｅ（鉄）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｆｅ含有量が０．６５質量％を超えると、針状のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が増加し、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｆｅ含有量は０．１〜０．６５質量％の範囲内であることを要する。
（Ｍｎ含有量：０．１〜０．８質量％）
Ｍｎ（マンガン）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が０．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．１〜０．８質量％の範囲内であることを要する。
Ｍｎ（マンガン）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が０．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．１〜０．８質量％の範囲内であることを要する。
（不可避不純物）
鋳造用合金インゴットには、リサイクルの関係でリターン材を混入させる場合が多いため、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、アルミニウム及び合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ及びＭｎ）の他に不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物としては、Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどを挙げることができる。
なお、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ及びＮａは、Ｓｒ含有量が０．００３質量％未満、Ｓｂ含有量が０．０１質量％未満、Ｃａ含有量が０．００３質量％未満、Ｎａ含有量が０．００１質量％未満であれば不可避不純物とみなす。また、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｃｕは、Ｃｕ含有量が０．３質量％未満であれば不可避不純物とみなす。
また、Ｐは共晶Ｓｉの微細化を阻害する元素であるため、Ｐ含有量は０．００４質量％以下であることが望ましい。
更に、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢが多量に添加された場合粗大な金属間化合物を形成し、靭性を低下させる元素であるため、Ｔｉ含有量は０．２５質量％以下、Ｚｒ含有量は０．２５質量％以下、Ｂ含有量は０．０２質量％以下であることが望ましい。
また、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ及びＣｒは実用上の観点から、Ｚｎ含有量は０．８質量％以下、Ｓｎ含有量は０．１質量％以下、Ｐｂ含有量は０．１質量％以下、Ｎｉ含有量は０．１質量％以下、Ｃｒ含有量は０．５質量％以下であることが望ましい。
更に、不可避不純物については上記例示したものに限定されるものではない。他の不可避不純物については、その含有量が単元素で０．０５質量％以下、総合計で０．５質量％以下であることが望ましい。
鋳造用合金インゴットには、リサイクルの関係でリターン材を混入させる場合が多いため、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、アルミニウム及び合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ及びＭｎ）の他に不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物としては、Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどを挙げることができる。
なお、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ及びＮａは、Ｓｒ含有量が０．００３質量％未満、Ｓｂ含有量が０．０１質量％未満、Ｃａ含有量が０．００３質量％未満、Ｎａ含有量が０．００１質量％未満であれば不可避不純物とみなす。また、第１のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｃｕは、Ｃｕ含有量が０．３質量％未満であれば不可避不純物とみなす。
また、Ｐは共晶Ｓｉの微細化を阻害する元素であるため、Ｐ含有量は０．００４質量％以下であることが望ましい。
更に、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢが多量に添加された場合粗大な金属間化合物を形成し、靭性を低下させる元素であるため、Ｔｉ含有量は０．２５質量％以下、Ｚｒ含有量は０．２５質量％以下、Ｂ含有量は０．０２質量％以下であることが望ましい。
また、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ及びＣｒは実用上の観点から、Ｚｎ含有量は０．８質量％以下、Ｓｎ含有量は０．１質量％以下、Ｐｂ含有量は０．１質量％以下、Ｎｉ含有量は０．１質量％以下、Ｃｒ含有量は０．５質量％以下であることが望ましい。
更に、不可避不純物については上記例示したものに限定されるものではない。他の不可避不純物については、その含有量が単元素で０．０５質量％以下、総合計で０．５質量％以下であることが望ましい。
（共晶Ｓｉのアスペクト比：２．０以下）
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０を超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、アスペクト比は、任意の部位のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織の顕微鏡写真（０．０８７ｍｍ×０．０６３ｍｍ視野サイズ）を１０視野観察し、その中に含まれる共晶Ｓｉについて、共晶Ｓｉの短径に対する長径の比（長径／短径）を求め、その平均値により定められる。
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０を超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、アスペクト比は、任意の部位のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織の顕微鏡写真（０．０８７ｍｍ×０．０６３ｍｍ視野サイズ）を１０視野観察し、その中に含まれる共晶Ｓｉについて、共晶Ｓｉの短径に対する長径の比（長径／短径）を求め、その平均値により定められる。
（共晶Ｓｉの平均粒径：１．０μｍ以下）
共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍを超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、平均粒径は、任意の部位のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織の顕微鏡写真（０．０８７ｍｍ×０．０６３ｍｍ視野サイズ）を１０視野観察し、その中に含まれる共晶Ｓｉについて、画像解析装置により共晶Ｓｉの等価円相当径を求め、その平均値により定められる。
共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍを超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、平均粒径は、任意の部位のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織の顕微鏡写真（０．０８７ｍｍ×０．０６３ｍｍ視野サイズ）を１０視野観察し、その中に含まれる共晶Ｓｉについて、画像解析装置により共晶Ｓｉの等価円相当径を求め、その平均値により定められる。
［第２のアルミニウム合金鋳物部材］
本実施形態の第２のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態の第２のアルミニウム合金鋳物部材は、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下であるものである。
以下、各構成について詳細に説明する。
（Ｓｉ含有量：７．０〜１１．５質量％）
Ｓｉ（ケイ素）は、ダイカスト時の鋳造性の改善に大きな効果のある元素である。Ｓｉ含有量が７．０質量％未満では、湯流れ性が悪く、効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１１．５質量％を超えると、得られたアルミニウム合金鋳物部材の靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は７．０〜１１．５質量％の範囲内であることを要する。鋳造性及び強度・靭性に重点を置く場合は、Ｓｉ含有量を８．０〜１０．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
Ｓｉ（ケイ素）は、ダイカスト時の鋳造性の改善に大きな効果のある元素である。Ｓｉ含有量が７．０質量％未満では、湯流れ性が悪く、効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が１１．５質量％を超えると、得られたアルミニウム合金鋳物部材の靭性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は７．０〜１１．５質量％の範囲内であることを要する。鋳造性及び強度・靭性に重点を置く場合は、Ｓｉ含有量を８．０〜１０．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
（Ｍｇ含有量：０．９〜４．０質量％）
Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム合金の母相中に固溶すると共に、前記Ｓｉと化合してＭｇ２Ｓｉを形成し、強度を向上させる元素である。Ｍｇ含有量が０．９質量％未満では、強度の向上効果が小さく、更に、共晶Ｓｉの微細化効果が得られない。なお、Ｍｇ含有量を０．９質量％以上とすると共晶Ｓｉの微細化効果が発現される。一方、Ｍｇ含有量が４．０質量％を超えると、鋳造性や強度の向上効果が小さく、また０．２％耐力が向上しない。したがって、Ｍｇ含有量は０．９〜４．０質量％の範囲内であることを要する。より確実な効果を得る場合は、Ｍｇ含有量を１．０〜４．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム合金の母相中に固溶すると共に、前記Ｓｉと化合してＭｇ２Ｓｉを形成し、強度を向上させる元素である。Ｍｇ含有量が０．９質量％未満では、強度の向上効果が小さく、更に、共晶Ｓｉの微細化効果が得られない。なお、Ｍｇ含有量を０．９質量％以上とすると共晶Ｓｉの微細化効果が発現される。一方、Ｍｇ含有量が４．０質量％を超えると、鋳造性や強度の向上効果が小さく、また０．２％耐力が向上しない。したがって、Ｍｇ含有量は０．９〜４．０質量％の範囲内であることを要する。より確実な効果を得る場合は、Ｍｇ含有量を１．０〜４．０質量％の範囲内とすることが好ましい。
（Ｆｅ含有量：０．１〜０．６５質量％）
Ｆｅ（鉄）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｆｅ含有量が０．６５質量％を超えると、針状のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が増加し、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｆｅ含有量は０．１〜０．６５質量％の範囲内であることを要する。
Ｆｅ（鉄）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｆｅ含有量が０．６５質量％を超えると、針状のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が増加し、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｆｅ含有量は０．１〜０．６５質量％の範囲内であることを要する。
（Ｍｎ含有量：０．１〜０．８質量％）
Ｍｎ（マンガン）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が０．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．１〜０．８質量％の範囲内であることを要する。
Ｍｎ（マンガン）は、ダイカスト時の金型への焼付きを防止するのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．１質量％未満では、金型への焼付き防止効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が０．８質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物が形成され、靭性や伸びを低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は０．１〜０．８質量％の範囲内であることを要する。
（Ｃｕ含有量：０．３〜１．０質量％）
Ｃｕ（銅）は、強度を向上させる効果がある元素である。Ｃｕ含有量が０．３質量％未満では、強度の向上効果が小さい。一方、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、靭性及び耐食性を低下させる。したがって、Ｃｕ含有量は０．３〜１．０質量％であることを要する。
Ｃｕ（銅）は、強度を向上させる効果がある元素である。Ｃｕ含有量が０．３質量％未満では、強度の向上効果が小さい。一方、Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、靭性及び耐食性を低下させる。したがって、Ｃｕ含有量は０．３〜１．０質量％であることを要する。
（不可避不純物）
鋳造用合金インゴットには、リサイクルの関係でリターン材を混入させる場合が多いため、第２のアルミニウム合金鋳物部材においては、アルミニウム及び合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｕ）の他に不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物としては、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどを挙げることができる。
なお、第２のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ及びＮａは、Ｓｒ含有量が０．００３質量％未満、Ｓｂ含有量が０．０１質量％未満、Ｃａ含有量が０．００３質量％未満、Ｎａ含有量が０．００１質量％未満であれば不可避不純物とみなす。
また、Ｐは共晶Ｓｉの微細化を阻害する元素であるため、Ｐ含有量は０．００４質量％以下であることが望ましい。
更に、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢが多量に添加された場合粗大な金属間化合物を形成し、靭性を低下させる元素であるため、Ｔｉ含有量は０．２５質量％以下、Ｚｒ含有量は０．２５質量％以下、Ｂ含有量は０．０２質量％以下であることが望ましい。
また、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ及びＣｒは実用上の観点から、Ｚｎ含有量は０．８質量％以下、Ｓｎ含有量は０．１質量％以下、Ｐｂ含有量は０．１質量％以下、Ｎｉ含有量は０．１質量％以下、Ｃｒ含有量は０．５質量％以下であることが望ましい。
更に、不可避不純物については上記例示したものに限定されるものではない。他の不可避不純物については、その含有量が単元素で０．０５質量％以下、総合計で０．５質量％以下であることが望ましい。
鋳造用合金インゴットには、リサイクルの関係でリターン材を混入させる場合が多いため、第２のアルミニウム合金鋳物部材においては、アルミニウム及び合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｕ）の他に不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物としては、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａなどを挙げることができる。
なお、第２のアルミニウム合金鋳物部材においては、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ及びＮａは、Ｓｒ含有量が０．００３質量％未満、Ｓｂ含有量が０．０１質量％未満、Ｃａ含有量が０．００３質量％未満、Ｎａ含有量が０．００１質量％未満であれば不可避不純物とみなす。
また、Ｐは共晶Ｓｉの微細化を阻害する元素であるため、Ｐ含有量は０．００４質量％以下であることが望ましい。
更に、Ｔｉ、Ｚｒ及びＢが多量に添加された場合粗大な金属間化合物を形成し、靭性を低下させる元素であるため、Ｔｉ含有量は０．２５質量％以下、Ｚｒ含有量は０．２５質量％以下、Ｂ含有量は０．０２質量％以下であることが望ましい。
また、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ及びＣｒは実用上の観点から、Ｚｎ含有量は０．８質量％以下、Ｓｎ含有量は０．１質量％以下、Ｐｂ含有量は０．１質量％以下、Ｎｉ含有量は０．１質量％以下、Ｃｒ含有量は０．５質量％以下であることが望ましい。
更に、不可避不純物については上記例示したものに限定されるものではない。他の不可避不純物については、その含有量が単元素で０．０５質量％以下、総合計で０．５質量％以下であることが望ましい。
（共晶Ｓｉのアスペクト比：２．０以下）
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０を超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、アスペクト比は、第１のアルミニウム合金鋳物部材の場合と同様の方法により定められる。
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０を超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、アスペクト比は、第１のアルミニウム合金鋳物部材の場合と同様の方法により定められる。
（共晶Ｓｉの平均粒径：１．０μｍ以下）
共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍを超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、平均粒径は、第１のアルミニウム合金鋳物部材の場合と同様の方法により定められる。
共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍを超えると、所望の性能を有するアルミニウム合金鋳物部材を得ることができない。
ここで、平均粒径は、第１のアルミニウム合金鋳物部材の場合と同様の方法により定められる。
［自動車用部品］
本実施形態の自動車用部品は、上述した本発明の一実施形態に係る第１及び第２のいずれか一方又は双方のアルミニウム合金鋳物部材を適用して成るものであり、具体的には、車体骨格に適用する部品やドアインナーに適用する部品、足廻りに適用する部品などの高強度・高靭性の特性を必要とされる部品を挙げることができる。
なお、本実施形態の自動車用部品においては、アルミニウム合金鋳物部材のみからなるものだけでなく、アルミニウム合金鋳物部材と他の素材からなる部材とを組み合わせたものも含む。
本実施形態の自動車用部品は、上述した本発明の一実施形態に係る第１及び第２のいずれか一方又は双方のアルミニウム合金鋳物部材を適用して成るものであり、具体的には、車体骨格に適用する部品やドアインナーに適用する部品、足廻りに適用する部品などの高強度・高靭性の特性を必要とされる部品を挙げることができる。
なお、本実施形態の自動車用部品においては、アルミニウム合金鋳物部材のみからなるものだけでなく、アルミニウム合金鋳物部材と他の素材からなる部材とを組み合わせたものも含む。
［アルミニウム合金鋳物部材の製造方法］
本実施形態のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法の一例である。
上述した本発明の一実施形態に係る第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材は、例えば、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌとなるように又はＳｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌとなるように原料を溶解し、次いで、溶解した原料を金型に圧入し、金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上で鋳造することにより得ることができる。
以下、各構成について詳細に説明するが、各合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｕ）については、上記第１のアルミニウム合金鋳物部材や第２のアルミニウム合金鋳物部材の説明において述べたのでその説明は省略する。
本実施形態のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法の一例である。
上述した本発明の一実施形態に係る第１又は第２のアルミニウム合金鋳物部材は、例えば、Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌとなるように又はＳｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌとなるように原料を溶解し、次いで、溶解した原料を金型に圧入し、金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上で鋳造することにより得ることができる。
以下、各構成について詳細に説明するが、各合金元素（Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｕ）については、上記第１のアルミニウム合金鋳物部材や第２のアルミニウム合金鋳物部材の説明において述べたのでその説明は省略する。
より具体的には、Ａｌ及び各合金元素を含む原料を例えば６５０〜７５０℃で溶解し、溶解した原料（溶湯）を金型に鋳造圧力３０ＭＰａ〜７０ＭＰａ、射出速度１．０ｍ／ｓ〜４．０ｍ／ｓ、真空度１００ｍｂａｒ以下の条件による高真空ダイカスト法を適用することができる。高真空ダイカスト法を適用することにより、アルミニウム合金鋳物部材へのガスの巻き込みやポロシティの発生を低減することができる。また、このような高真空ダイカスト時における金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上とすることにより、共晶Ｓｉの微細化が可能になる。
なお、上述した他の素材が鋳造時の条件下において安定である材料である場合には、他の素材からなる部材を金型内に配置した状態で鋳造して一体化させることもできる。
なお、上述した他の素材が鋳造時の条件下において安定である材料である場合には、他の素材からなる部材を金型内に配置した状態で鋳造して一体化させることもできる。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１−１〜実施例１−４、実施例２−１〜実施例２−６、実施例３−１〜実施例３−３、比較例１−１〜比較例１−８、比較例２−１〜比較例２−６、比較例３−１〜比較例３−２）
表１に示す合金元素及びアルミニウムを含む原料を溶解して溶湯を得、３５０ｔの高真空ダイカスト装置を使用して、得られた溶湯を６９０〜７５０℃に温度調整し、鋳造圧力６０ＭＰａ、射出速度１．６ｍ／ｓ、真空度５０ｍｂａｒ以下の条件で金型に圧入し、各例のアルミニウム合金鋳物部材（平板形状：１１０ｍｍ（縦）×１１０ｍｍ（横）×３．５ｍｍ及び５ｍｍ（厚み））を得た。
なお、各例のアルミニウム合金鋳物部材において、Ｓｒ含有量は０．００１質量％未満、Ｎａ含有量は０．０００５質量％未満、Ｃａ含有量は０．００１質量％、Ｓｂ含有量は０．００１質量％未満であった。
なお、鋳造時の金型内の平均流速は、次式（１）で求めた。
表１に示す合金元素及びアルミニウムを含む原料を溶解して溶湯を得、３５０ｔの高真空ダイカスト装置を使用して、得られた溶湯を６９０〜７５０℃に温度調整し、鋳造圧力６０ＭＰａ、射出速度１．６ｍ／ｓ、真空度５０ｍｂａｒ以下の条件で金型に圧入し、各例のアルミニウム合金鋳物部材（平板形状：１１０ｍｍ（縦）×１１０ｍｍ（横）×３．５ｍｍ及び５ｍｍ（厚み））を得た。
なお、各例のアルミニウム合金鋳物部材において、Ｓｒ含有量は０．００１質量％未満、Ｎａ含有量は０．０００５質量％未満、Ｃａ含有量は０．００１質量％、Ｓｂ含有量は０．００１質量％未満であった。
なお、鋳造時の金型内の平均流速は、次式（１）で求めた。
また、各例のアルミニウム合金鋳物部材は、製造のままの状態であり、ＪＩＳ Ｈ０００１に規定される熱処理記号がＦのものである。
また、各例のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織を顕微鏡で観察し、共晶Ｓｉのアスペクト比及び平均粒径を測定し、共晶Ｓｉの微細化状況を調査した。なお、共晶Ｓｉの観察は、アルミニウム合金鋳物部材の中央の肉厚中心部にて行った。
各例の仕様の一部を表１に示す。なお、表１中、共晶Ｓｉの微細化の評価は、共晶Ｓｉが１μｍ以下か否かを判断した。表１中、共晶Ｓｉの微細化の評価が「○」であるものは共晶Ｓｉが１μｍ以下であることを示し、「×」であるものは共晶Ｓｉが１μｍ超であることを示す。
各例の仕様の一部を表１に示す。なお、表１中、共晶Ｓｉの微細化の評価は、共晶Ｓｉが１μｍ以下か否かを判断した。表１中、共晶Ｓｉの微細化の評価が「○」であるものは共晶Ｓｉが１μｍ以下であることを示し、「×」であるものは共晶Ｓｉが１μｍ超であることを示す。
［性能評価］
また、各例のアルミニウム合金鋳物部材から機械加工によりＪＩＳ１４号Ｂ引張試験片を作成し、引張強さ、０．２％耐力及び破断伸びを測定した。得られた結果を表１に併記する。引張試験片及び引張試験方法については、ＪＩＳ−Ｚ−２２０１及びＺ−２２４１に準拠した。
具体的には、引張強さは、破断荷重と予め測定した引張試験片の平行部の断面積から求めた。また、０．２％耐力は、伸び計を使用し、荷重−歪線図より０．２％の歪での荷重と断面積から求めた。更に、破断伸びは、標点距離４０ｍｍでの２点突合せ法により求めた。
また、各例のアルミニウム合金鋳物部材から機械加工によりＪＩＳ１４号Ｂ引張試験片を作成し、引張強さ、０．２％耐力及び破断伸びを測定した。得られた結果を表１に併記する。引張試験片及び引張試験方法については、ＪＩＳ−Ｚ−２２０１及びＺ−２２４１に準拠した。
具体的には、引張強さは、破断荷重と予め測定した引張試験片の平行部の断面積から求めた。また、０．２％耐力は、伸び計を使用し、荷重−歪線図より０．２％の歪での荷重と断面積から求めた。更に、破断伸びは、標点距離４０ｍｍでの２点突合せ法により求めた。
図１に実施例１−４のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織を示す。
共晶Ｓｉが非常に細かく微細な組織を呈しており、Ｓｒなどの共晶Ｓｉを微細化するための改良元素を添加した場合と同様な組織であることが分かる。
その結果、表１に示すように、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例１−８、比較例２−１〜比較例２−３、比較例３−１〜比較例３−２のアルミニウム合金鋳物部材よりも、共晶Ｓｉが微細化されている実施例１−１〜実施例１−４、実施例２−１〜実施例２−６、実施例３−１〜実施例３−３のアルミニウム合金鋳物部材の方が、靭性・延性の向上が認められた。
更に、共晶Ｓｉのサイズの定量化を行った結果、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例２−３、比較例３−１〜比較例３−２のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が２．５〜７．３μｍとなっている。
比較例２−４のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．６１μｍで、非常に小さいが、Ｓｉ含有量が７．０質量％未満なので、０．２％耐力が低くなっている。比較例２−５のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．９１μｍで、非常に小さいが、Ｍｇが４．０質量％を超えて含有されているので、延性が小さくなっている。比較例２−６のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．７５μｍで非常に小さいが、Ｆｅ及びＭｎが、それぞれ０．６５質量％及び０．８質量％を超えて含有されているので、延性が小さくなっている。
一方、共晶Ｓｉが微細化されている実施例１−１〜実施例３−３のアルミニウム合金鋳物部材は、平均粒径が０．５５〜０．８５μｍであり、共晶Ｓｉの平均粒径が非常に小さく、高強度・高靭性を示す金属組織状態となっている。
共晶Ｓｉが非常に細かく微細な組織を呈しており、Ｓｒなどの共晶Ｓｉを微細化するための改良元素を添加した場合と同様な組織であることが分かる。
その結果、表１に示すように、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例１−８、比較例２−１〜比較例２−３、比較例３−１〜比較例３−２のアルミニウム合金鋳物部材よりも、共晶Ｓｉが微細化されている実施例１−１〜実施例１−４、実施例２−１〜実施例２−６、実施例３−１〜実施例３−３のアルミニウム合金鋳物部材の方が、靭性・延性の向上が認められた。
更に、共晶Ｓｉのサイズの定量化を行った結果、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例２−３、比較例３−１〜比較例３−２のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が２．５〜７．３μｍとなっている。
比較例２−４のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．６１μｍで、非常に小さいが、Ｓｉ含有量が７．０質量％未満なので、０．２％耐力が低くなっている。比較例２−５のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．９１μｍで、非常に小さいが、Ｍｇが４．０質量％を超えて含有されているので、延性が小さくなっている。比較例２−６のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉの平均粒径が０．７５μｍで非常に小さいが、Ｆｅ及びＭｎが、それぞれ０．６５質量％及び０．８質量％を超えて含有されているので、延性が小さくなっている。
一方、共晶Ｓｉが微細化されている実施例１−１〜実施例３−３のアルミニウム合金鋳物部材は、平均粒径が０．５５〜０．８５μｍであり、共晶Ｓｉの平均粒径が非常に小さく、高強度・高靭性を示す金属組織状態となっている。
図２に比較例１−３のアルミニウム合金鋳物部材の金属組織を示す。共晶Ｓｉは一般的な針状の組織を呈しており、更に共晶Ｓｉのサイズも大きく微細化されていない組織であることが分かる。
図３に各例のアルミニウム合金鋳物部材のＭｇ含有量と静的引張試験時の伸びとの関係を金型内の平均流速と共晶Ｓｉ微細化領域とで整理した結果を示す。
金型内の平均流速が低い比較例１−４〜比較例１−８のアルミニウム合金鋳物部材は、伸びが６％未満と低い値を示し、Ｍｇ含有量の増加と共に、伸びが減少する傾向を示した。
これは、ＭｇがＡｌ中に固溶し、アルミニウム母相が強化され、固溶できなかったＭｇはＭｇ２Ｓｉを形成し、強度が向上し、伸びが減少しているものと考えられる。
一方、金型内の平均流速が高い実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１−１〜比較例１−３のアルミニウム合金鋳物部材においても、Ｍｇ含有量が増加すると共に、伸びが減少する傾向を示すが、Ｍｇ＝０．９質量％において変曲点が存在し、Ｍｇ含有量が０．９質量％以上の共晶Ｓｉ微細化領域では、伸びの減少量が小さいことが認められる。
これは、共晶Ｓｉの微細化により、破断時の亀裂進展が遅くなることで延性が向上しているものと考えられる。
金型内の平均流速が低い比較例１−４〜比較例１−８のアルミニウム合金鋳物部材は、伸びが６％未満と低い値を示し、Ｍｇ含有量の増加と共に、伸びが減少する傾向を示した。
これは、ＭｇがＡｌ中に固溶し、アルミニウム母相が強化され、固溶できなかったＭｇはＭｇ２Ｓｉを形成し、強度が向上し、伸びが減少しているものと考えられる。
一方、金型内の平均流速が高い実施例１−１〜実施例１−４及び比較例１−１〜比較例１−３のアルミニウム合金鋳物部材においても、Ｍｇ含有量が増加すると共に、伸びが減少する傾向を示すが、Ｍｇ＝０．９質量％において変曲点が存在し、Ｍｇ含有量が０．９質量％以上の共晶Ｓｉ微細化領域では、伸びの減少量が小さいことが認められる。
これは、共晶Ｓｉの微細化により、破断時の亀裂進展が遅くなることで延性が向上しているものと考えられる。
図４に各例のアルミニウム合金鋳物部材の伸びと０．２％耐力との関係を示す。
共晶Ｓｉの微細化が認められた実施例１−１〜実施例１−４のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例１−８よりも、０．２％耐力と延性のバランスが良く、自動車用としてのアルミニウム合金鋳物部材に必要とされる０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上を満たし、高強度・高靭性の特性を有する優れた機械的強度を有するアルミニウム合金鋳物部材が得られることが分かる。
共晶Ｓｉの微細化が認められた実施例１−１〜実施例１−４のアルミニウム合金鋳物部材は、共晶Ｓｉが微細化されていない比較例１−１〜比較例１−８よりも、０．２％耐力と延性のバランスが良く、自動車用としてのアルミニウム合金鋳物部材に必要とされる０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、伸びが５．０％以上を満たし、高強度・高靭性の特性を有する優れた機械的強度を有するアルミニウム合金鋳物部材が得られることが分かる。
Claims (5)
- Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下である、ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物部材。 - Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、
共晶Ｓｉのアスペクト比が２．０以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が１．０μｍ以下である、ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物部材。 - Ｓｉ含有量が８．０〜１０．０質量％であり、且つＭｇ含有量が１．０〜４．０質量％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金鋳物部材。
- 請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のアルミニウム合金鋳物部材を適用して成る自動車用部品。
- 請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法であって、
Ｓｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％及びＭｎ：０．１〜０．８質量％を含み、残部がＡｌとなるように又はＳｉ：７．０〜１１．５質量％、Ｍｇ：０．９〜４．０質量％、Ｆｅ：０．１〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％及びＣｕ：０．３〜１．０質量％を含み、残部がＡｌとなるように原料を溶解し、次いで、溶解した原料を金型に圧入し、金型内の平均流速１２ｍ／ｓ以上で鋳造することを特徴とするアルミニウム合金鋳物部材の製造方法。
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