JP6267408B1 - アルミニウム合金およびアルミニウム合金鋳物品 - Google Patents
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Abstract
Description
この技術によれば、(従来材の使用環境よりも)過酷な使用環境においても破壊に耐えられるよう、強度が高く、且つ靭性の高いアルミニウム合金を提供することができるとされている。
それゆえに、本発明は、機械的特性、とりわけ引張強さ,伸び,0.2%耐力及び硬さを高い次元でバランスさせ、主として輸送機器全般において拡大する用途にも対応できるアルミニウム合金であって、スクラップなどのリサイクル原料を使用して経済的且つ持続可能に生産することが可能なアルミニウム合金と、当該合金からなるアルミニウム合金鋳物品とを提供することを目的とする。
以上のように、本発明では、主として上記の6種類の元素成分を所定の割合で含有させるだけで、それらの相互的作用によって、鋳造性や機械的性質に優れたアルミニウム合金のインゴットを、リサイクル原料を用いて経済的且つ簡便に製造することができる。
更に、Bを合金全体の重量に対して1〜50ppmとなるように添加することも好ましい。こうすることにより、特にSi量が少ない場合や冷却速度の遅い鋳造方法を用いる場合であってもアルミニウム合金の結晶粒を微細化させることができ、その結果、当該アルミニウム合金の伸びを向上させることができる。
本発明のアルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物品は、鋳造性よく量産できると共に、機械的特性、とりわけ引張強さ,伸び,0.2%耐力及び硬さが高い次元でバランスされているため、例えばアルミニウム合金鋳物品の適用が拡大している輸送機器全般において、軽量化が必要な鋳物品の新規用途で好適に使用することができる。
本発明のアルミニウム合金は、重量%で、0.75%≦Cu≦1.25%、7.5%≦Si≦8.5%、0.50%<Mg≦0.80%、0.20%≦Fe≦0.50%、0.30%≦Mn≦0.50%、0.10%≦Cr≦0.30%を含有し、残部がAlと不可避不純物とで大略構成されている。以下、各元素の特性について説明する。
アルミニウム合金全体の重量に対するCuの含有割合は、上述したように0.75重量%以上で且つ1.25重量%以下の範囲内であることが好ましい。Cuの含有割合が0.75重量%未満の場合には、上述の機械的性質改善効果を得ることができなくなり、逆に、Cuの含有割合が1.25重量%を超える場合には、主にT6処理材(詳しくは後述)において引張強度や伸びが不十分なものとなるからである。
アルミニウム合金全体の重量に対するSiの含有割合は、上述したように7.5重量%以上で且つ8.5重量%以下の範囲内であることが好ましい。Siの含有割合が7.5重量%未満の場合には、溶湯の流動性を確保することが難しく、その鋳造方法として一般的に多用されている通常のダイカストでの成形を考えた場合、大型部品への適用の妨げとなり、逆に、Siの含有割合が8.5重量%を超える場合には、鋳造性は向上するが合金の伸びが著しく低下するようになるからである。
アルミニウム合金全体の重量に対するMgの含有割合は、上述したように0.50重量%超で且つ0.80重量%以下の範囲であることが好ましい。Mgの含有割合が0.5重量%以下の場合には、熱処理の有無にかかわらず合金の0.2%耐力と硬さとを確保することが可能となる一方、Mgの含有割合が0.8重量%を超える場合には、合金の伸びが著しく低下するようになるからである。
アルミニウム合金全体の重量に対するFeの含有割合は、リサイクルの観点から原料の一部にスクラップなどのリサイクル原料を用いることを考慮すれば、上述したように0.20重量%以上であることが好ましい。その一方で、Feの含有割合が高すぎると、上記の通りAl-Si-Feからなる針状晶を晶出し、合金の伸びが低下するため、その上限は上述したように0.50重量%以下であることが好ましい。
なお、このMnの含有割合の下限については、上記焼付き防止効果を顕著に発揮させるためには、上述したように0.30重量%以上含有させるのが好ましい。
アルミニウム合金全体の重量に対するCrの含有割合は、上述したように0.10重量%以上で且つ0.30重量%以下の範囲内であることが好ましい。Crの含有割合が0.10重量%未満の場合には、上述の効果を十分に得ることができなくなり、逆に、Crの含有割合が0.30重量%を超える場合には、これ以上添加量を増やしても添加効果が上がらなくなるからである。
アルミニウム合金全体の重量に対するこのTiの含有割合は、0.30重量%以下の範囲内であることが好ましい。Tiの含有割合が0.30重量%を超える場合には、アルミニウム合金の溶解が難しくなり、溶け残りの生じる可能性が出てくるからである。
ここで、アルミニウム合金全体の重量に対する改良処理材の添加割合は、当該改良処理材がNa,SrおよびCaの場合には30〜200ppm、Sbの場合には0.05〜0.20重量%の範囲であることが好ましい。改良処理材の添加割合が30ppm(Sbの場合には0.05重量%)未満の場合には、アルミニウム合金中の共晶Siの粒子を微細化するのが困難となり、逆に、改良処理材の添加割合が200ppm(Sbの場合には0.20重量%)より多い場合には、アルミニウム合金中の共晶Siの粒子は十分に微細化されており、これ以上添加量を増やしても添加効果が上がらなくなるからである。
アルミニウム合金全体の重量に対するBの添加割合は、1〜50ppmの範囲であることが好ましい。Bの添加割合が1ppm未満の場合には、アルミニウム合金中の結晶粒を微細化するのが困難となり、逆に、Bの添加割合が50ppmより多い場合には、アルミニウム合金中の結晶粒は十分に微細化されており、これ以上添加量を増やしても添加効果が上がらなくなるからである。
なお、下記の各種合金における機械的特性のうち、引張強さ,伸び及び0.2%耐力は、次の方法で測定した。すなわち、型締力135トンの通常のダイカストマシン(東芝機械(株)社製・DC135EL)を用いて、射出速度1.0m/秒、鋳造圧力60MPaでダイカスト鋳造し、ASTM(American Society for Testing and Material)規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳放しの状態及びT6処理後のかかる丸棒試験片について、(株)島津製作所社製の万能試験機(AG−IS 100kN)を用いて、引張強さ,伸び,0.2%耐力を測定した。ここで、T6処理とは、溶体化処理を行った後、再加熱して人工時効処理する熱処理方法である。本実施例では、このT6処理として510℃で3時間加熱した後に水冷(溶体化処理)し、さらに180℃で3時間加熱した後に空冷(人工時効処理)した。
また、硬さについては、日本工業規格JIS G0202に準拠したロックウェル硬さ試験にて評価を行なった。すなわち、上記と同じ条件で鋳造した平板試験片の表面を1mm切削後、研磨したものについてロックウェル硬さ試験機で試験を行った。かかる試験機での測定を3回行い、その平均値をロックウェル硬さ試験の測定値とした。
さらに、各種合金の合金成分は、固体発光分光分析機(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 Thermo Scientific ARL4460)を用いて測定した。
表1は、Cu以外の合金成分が本発明範囲内における或る一定の割合となるように調整すると共に、Cuの含有割合を変化させて製造したアルミニウム合金の成分組成と各機械的特性(引張強さ,伸び,0.2%耐力及び硬さ)との関係を示したものである。
一方、当該合金の伸びは、Cuの含有割合が増えるに従って漸減するようになり、特にT6処理材ではCuの含有割合が1.25重量%を超えると伸びが5.0%を下回るようになり伸びに優れたものとは言い難くなる。
このため、本発明のアルミニウム合金では、Cuの含有割合を0.75重量%以上で且つ1.25重量%以下の範囲内としている。
なお、表1中の合金1及び2は、本発明範囲内の合金組成すなわち実施例合金であり、合金9は、従来材を代表するJIS ADC3合金である。
表2は、Mg以外の合金成分が本発明範囲内における或る一定の割合となるように調整すると共に、Mgの含有割合を変化させて製造したアルミニウム合金の成分組成と各機械的特性(引張強さ,伸び,0.2%耐力及び硬さ)との関係を示したものである。
なお、表2中の合金1及び2は、本発明範囲内の合金組成すなわち実施例合金である。
Claims (6)
- 重量%で、0.75%≦Cu≦1.25%、7.5%≦Si≦8.5%、0.50%<Mg≦0.80%、0.20%≦Fe≦0.50%、0.30%≦Mn≦0.50%、0.10%≦Cr≦0.30%を含有し、残部がAlと不可避不純物とからなる、ことを特徴とするアルミニウム合金。
- 請求項1のアルミニウム合金において、
合金全体の重量に対して更にTiを0.30重量%以下含有する、ことを特徴とするアルミニウム合金。 - 請求項1又は2のアルミニウム合金において、
更にNa,SrおよびCaから選ばれる少なくとも1種を合金全体の重量に対して30〜200ppmとなるように添加した、ことを特徴とするアルミニウム合金。 - 請求項1乃至3の何れかのアルミニウム合金において、
更にSbを合金全体の重量に対して0.05〜0.20重量%となるように添加した、ことを特徴とするアルミニウム合金。 - 請求項1乃至4の何れかのアルミニウム合金において、
更にBを合金全体の重量に対して1〜50ppmとなるように添加した、ことを特徴とするアルミニウム合金。 - 請求項1乃至5の何れかのアルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金鋳物品。
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