JP5435939B2 - アルミニウム合金 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金、殊にアルミニウムと共にマグネシウムおよび珪素を主要な合金成分として含有しかつダイカスト鋳物および当該鋳物に関連する方法に使用するために設けられているアルミニウム合金に関する。

アルミニウムダイカスト鋳物部材は、殊に自動車の組み立てにおいて特に重要である。なかんずく、アルミニウム合金からなる鋼成分による鋼成分の質量に応じての置換によって引き起こされる、自動車の組み立てでのアルミニウムダイカスト鋳物部材に対して高まる機械的要件は、特殊なＡｌＳｉＭｇダイカスト鋳物合金またはＡｌＭｇＳｉダイカスト鋳物合金の使用および鋳造法に続く熱処理によってもたらされる。

オーストリー国特許第４０７５３３号明細書の記載から、例えばマグネシウム３．０超〜７．０質量％、珪素１．０〜３．０質量％、マンガン０．３〜０．４９質量％、クロム０．１〜０．３質量％、チタン０〜０．１５質量％、鉄最大０．１５質量％、およびカルシウムおよびナトリウムそれぞれ最大０．００００５質量％、ならびに燐最大０．０００２質量％を有するアルミニウム合金は、公知である。

欧州特許第０７９２３８０号明細書には、マグネシウム３．０〜６．０質量％、有利に４．６〜５．８質量％、珪素１．４〜３．５質量％、有利に２．０〜２．８質量％、マンガン０．５〜２．０質量％、有利に０．６〜１．５質量％、チタン最大０．２質量％、有利に０．１〜０．２質量％および鉄最大０．１５質量％、有利に最大０．１質量％を含有しかつ既にレオキャスティング法による組織の状態（Rheogefuegezustand）で存在する合金が記載されている。

この公知のＡｌＭｇＳｉ合金は、ダイカスト鋳造法およびそれに関連する方法に使用するために設けられている。このＡｌＭｇＳｉ合金は、既にＡｌＳｉＭｇ合金、例えばタイプＡｌＳｉ₇Ｍｇ_0.3の公知の合金と同じ強度値および歪み値を、完全に硬化された状態（この状態は、"Ｔ６"と呼ばれる）で有する。しかし、このＡｌＭｇＳｉ合金タイプの本質的な欠点は、ＡｌＳｉＭｇ合金と比較して０．２％の降伏強さが僅かであることである。

０．２％の降伏強さは、鋳造部材の弾性変形から可塑性変形への移行を示し、殊にクラッシュに該当する構造部材に関連して自動車の組み立てにおいても重要である。

刊行物には、０．２％の降伏強さを上昇させるために、短時間、最大２時間継続される熱処理の可能性について報告されている。

しかしながら、上記のＡｌＭｇＳｉ合金からなるダイカスト鋳物部材の熱処理は、数多くの欠点を必然的に伴なう。それによって、第１にこの種の合金によって達成されうる価格の利点は、無駄になる。更に、熱処理の本質的な欠点は、ダイカスト鋳物部材の典型的な欠陥、例えば歪みおよび特に気泡であり、この場合この気泡は、閉じ込められた離型剤の熱破壊によって生じ、"膨れ（Blister）"の概念として公知である。しかし、歪みは、ダイカスト鋳物部材のプロセスの利点、即ち最終寸法に近い完成品を無駄にする。

殊に、０．２％の降伏強さを上昇させるために全く熱処理に掛けられないダイカスト鋳物部材の場合には、比較的僅かな０．２％の降伏強さの結果として、前記のアルミニウム合金の使用分野は、制限される。それというのも、特に負荷されるダイカスト鋳物部材の場合には、よりいっそう高い強度特性が必要とされるからである。更に、このような合金から製造されるダイカスト鋳物部材の使用は、肉厚の拡大によってのみ対処されうる。しかしながら、肉厚の拡大は、アルミニウムの使用によって達成されうる質量の利点を少なくするかまたは無駄にする。

従って、本発明の目的は、ダイカスト鋳物への使用に適しており、公知技術水準から公知の合金と比較して比較可能な強度特性を有するが、しかし、０．２％の降伏強さに関連してよりいっそう高い値を有するタイプＡｌＭｇＳｉのアルミニウム合金を提供することである。更に、本発明の目的は、望ましい強度特性を既に鋳造状態で有し、したがってダイカスト鋳物部材の熱処理およびそれに関連した欠点を回避させるようなアルミニウム合金を提供することである。更に、本発明の目的は、自動車の組み立てにおけるアルミニウム成分のために、殊に高度な機械的要件を満足させなければならないようなアルミニウム成分を使用することもでき、こうして例えば自動車の組み立てにおいてアルミニウム成分の使用分野を拡大させるアルミニウム合金を提供することである。

この目的は、本発明によれば、次の組成：
マグネシウム４．５〜６．５質量％、
珪素１．０〜３．０質量％、
マンガン０．３〜１．０質量％、
クロム０．０２〜０．３質量％、
チタン０．０２〜０．２質量％、
ジルコニウム０．０２〜０．２質量％、
１つ以上の希土類金属０．００５０〜１．６質量％、鉄最大０．２質量％および残分としてアルミニウムを有する合金によって達成される。

更に、１つの実施態様において、本発明による合金は、次の組成を有する：
マグネシウム５．５〜６．５質量％、珪素２．４〜２．８質量％、マンガン０．４〜０．６質量％、クロム０．０５〜０．１５質量％。

更に、本発明による合金の好ましい実施態様において、０．０５〜０．２質量％のジルコニウム含量が設けられている。

希土類金属として、サマリウム、セリウムまたはランタンが好ましい。前記成分は、単独でかまたはそれぞれの組合せで互いに合金化されてよい。特に好ましいのは、サマリウムとセリウムまたはサマリウムとランタンからなる組合せである。特に好ましい合金は、希土類金属のサマリウムおよびセリウムをサマリウム０．００５０〜０．８質量％およびセリウム０．００５０〜０．８質量％の量で含有する。

サマリウムおよびセリウムの添加は、合金の凝固の際に強度の効果を生じる異なる組成でタイプＡｌＣｅおよびＡｌＳｍの析出形成を生じる。

その上、セリウムの添加によってダイカスト鋳物金型内での合金の粘着傾向は、減少され、このことは、ダイカスト鋳物部材の品質に付加的に有利に作用する。

本発明は、次の合金に対して測定された機械的特性値に関連してさらに具体的に説明される。機械的特性値は、ダイカスト鋳造法により製造された棚板（Stufenplatte）につきＤＩＮ ＥＮ １０００２による引張試験で測定され、この場合この引張試験には、２．７ｍｍの棚が採用された。この肉厚の範囲は、有利に溶接可能で場合によってはクラッシュに該当する構造部材の製造のために使用される。機械的特性値は、測定による平均値である。

実施された引張試験の結果は、第１表中に記載されている。第１表中に記載された合金の場合、試験１〜４の合金は、本発明によるものであり；参照合金は、組成が本発明による合金に相当するが、しかし、希土類金属を合金化して含有していないものである。

上記表から明らかなように、セリウムおよびサマリウムの添加は、変性されていないＡｌＭｇ₅Ｓｉ₂ＭｎＣｒをベースとする合金と比較して０．２％の降伏強さの著しい上昇を生じる。

その上、本発明によるアルミニウム合金で達成可能な強度値は、ＡｌＳｉＭｇＭｎからなる鍛造片で状態Ｔ６で、即ち熱処理後に達成される水準にある。この水準およびＡｌＭｇＳｉタイプの公知のアルミニウム合金と比較して改善された０．２％の降伏強さのために、本発明による合金は、新規の使用分野、殊に自動車産業においてますます重要とされているような高負荷のアルミニウムダイカスト鋳物部材の製造に適している。

また、セリウムが部分的または全体的にランタンによって代替されているような本発明による合金によって、機械的な強度値に関連する同様の結果を得ることができる。

Claims (8)

1. マグネシウム４．５〜６．５質量％、
   珪素１．０〜３．０質量％、
   マンガン０．３〜１．０質量％、
   クロム０．０２〜０．３質量％、
   チタン０．０２〜０．２質量％、
   ジルコニウム０．０２〜０．２質量％、および
   １つ以上の希土類金属０．００５０〜１．６質量％を含有し、残分がアルミニウムおよび不可避的不純物からなり、かつ該不可避的不純物としての鉄の含有量が最大０．２質量％であることを特徴とする、アルミニウム合金。
2. マグネシウム５．５〜６．５質量％、
   珪素２．４〜２．８質量％、
   マンガン０．４〜０．６質量％、
   クロム０．０５〜０．１５質量％を含有する、請求項１記載のアルミニウム合金。
3. ジルコニウムを０．０５〜０．２質量％の量で含有する、請求項１または２記載のアルミニウム合金。
4. 希土類金属がサマリウム、セリウムまたはランタンである、請求項１から３までのいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
5. 希土類金属としてセリウムおよびサマリウムが含有されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
6. 希土類金属としてランタンおよびサマリウムが含有されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
7. サマリウム０．００５０〜０．８質量％および
   セリウム０．００５０〜０．８質量％を含有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
8. ダイカスト鋳造法、スクイーズキャスティング法、チキソフォーミング法またはチキソ鍛造法および部分液状状態での成形に基づく他の方法に使用するための請求項１から７までのいずれか１項に記載のアルミニウム合金の使用。