JP6417133B2 - Aluminum alloy for continuous casting and method for producing continuous cast material - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金連続鋳造材の製造方法、アルミニウム合金連続鋳造材、及び、アルミニウム合金連続鋳造体に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy for continuous casting, a method for producing an aluminum alloy continuous cast material, an aluminum alloy continuous cast material, and an aluminum alloy continuous cast body.
各種アルミニウム合金のうち共晶又は過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は、Ｓｉを約１０質量％以上含有している。このＡｌ−Ｓｉ合金は、熱膨張係数が小さく、優れた耐摩耗性を有しているので、高温強度や耐摩耗性が要求される部材、特に、内燃機関のピストン等の部品の材料として用いられている。 Of various aluminum alloys, a eutectic or hypereutectic Al—Si alloy contains Si in an amount of about 10% by mass or more. Since this Al-Si alloy has a small coefficient of thermal expansion and excellent wear resistance, it is used as a material for parts that require high-temperature strength and wear resistance, particularly parts such as pistons for internal combustion engines. It has been.
近年、内燃機関の燃焼効率及び出力を向上させるため、内燃機関の燃焼温度が上昇している。これに伴い、その部品に対しても高い温度域で優れた高温強度が要求されるようになっている。 In recent years, the combustion temperature of an internal combustion engine has increased in order to improve the combustion efficiency and output of the internal combustion engine. In connection with this, the high temperature intensity | strength in the high temperature range is also request | required also for the components.
高温強度を有するアルミニウム合金として、特開平７−２１６４８７号公報（特許文献１）では、耐摩耗性に寄与するＳｉと、析出強化元素であるＣｕ、Ｍｇとを含有するとともに、更に、高温強度の向上に寄与するＦｅ、Ｎｉと、高温での回復・再結晶抑制効果を奏するＭｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖとを共存させたアルミニウム合金が提案されている。 As an aluminum alloy having high temperature strength, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-216487 (Patent Document 1) contains Si that contributes to wear resistance and Cu and Mg that are precipitation strengthening elements. There has been proposed an aluminum alloy in which Fe and Ni contributing to improvement and Mn, Ti, Zr and V coexisting with a high temperature recovery / recrystallization inhibiting effect coexist.
特開２００４−２７３１６号公報（特許文献２）では、Ｎｉを所定量含有させて晶出物を均一微細に分散させることで高温強度を高めたアルミニウム合金が提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-273316 (Patent Document 2) proposes an aluminum alloy in which a predetermined amount of Ni is contained and crystallized substances are uniformly and finely dispersed to increase high temperature strength.
しかしながら、上記特許文献１のアルミニウム合金では、高温強度を発揮できる温度は高くても２５０℃程度であり、そのため、この合金を例えば内燃機関のピストンの材料として用いると、ピストン天井部において十分な強度を得ることができない。
However, in the aluminum alloy disclosed in
上記特許文献２のアルミニウム合金では、高温強度の向上に有効な元素であるＮｉとＦｅの含有量が［Ｆｅ］≦−０．２５×［Ｎｉ］＋１．７５質量％の関係（ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量）を満足することが条件である。そのため、Ｎｉの含有量が４．５質量％以上の高Ｎｉ含有アルミニウム合金であってＦｅの含有量が０．６５質量％を超えている場合には、粗大なＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物が晶出してしまい十分な高温強度を得ることができない。 In the aluminum alloy of Patent Document 2, the content of Ni and Fe, which are effective elements for improving the high temperature strength, has a relationship of [Fe] ≦ −0.25 × [Ni] + 1.75% by mass (however, [] Is the condition that the content of the element in parentheses is satisfied. Therefore, in the case of a high Ni-containing aluminum alloy having a Ni content of 4.5% by mass or more and a Fe content exceeding 0.65% by mass, a coarse Al—Ni—Fe-based metal The intermetallic compound is crystallized and sufficient high-temperature strength cannot be obtained.
また一般に、高温強度を向上させるためには、Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系の金属間化合物を均一微細に晶出させることが望ましい。しかし、Ｎｉ及びＦｅの含有量を多くすると、連続鋳造時にＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系やＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系の金属間化合物が粗大化し易く、そのため高い高温強度を得ることが困難であった。 In general, in order to improve the high temperature strength, it is desirable to crystallize Al—Ni—Fe and Al—Ni—Fe—Cu intermetallic compounds uniformly and finely. However, when the contents of Ni and Fe are increased, Al—Ni—Fe and Al—Ni—Fe—Cu intermetallic compounds are likely to be coarsened during continuous casting, and thus it is difficult to obtain high high-temperature strength. It was.
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、優れた高温強度を有する連続鋳造材を製造可能な連続鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金連続鋳造材の製造方法、優れた高温強度を有するアルミニウム合金連続鋳造材、及び、アルミニウム合金連続鋳造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical background, and the object thereof is an aluminum alloy for continuous casting capable of producing a continuous cast material having excellent high-temperature strength, a method for producing an aluminum alloy continuous cast material, and an excellent An object of the present invention is to provide an aluminum alloy continuous cast material having high temperature strength and an aluminum alloy continuous cast material.
本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.
［１］ Ｓｉ：１０．５質量％≦［Ｓｉ］≦１３．５質量％、
Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］
を満足することを特徴とする連続鋳造用アルミニウム合金。
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量（単位：質量％）である。
[1] Si: 10.5% by mass ≦ [Si] ≦ 13.5% by mass,
Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass,
Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass,
Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass,
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass,
Mn: 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%,
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
[Mn] ≦ 0.14 × [Fe]
An aluminum alloy for continuous casting characterized by satisfying
However, [] is the content of elements in parentheses (unit: mass%).
［２］ 前項１記載のアルミニウム合金の溶湯をモールド内に注入して溶湯温度から６６０〜６３０℃までの範囲において１００℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造材の製造方法。
[2] An aluminum alloy continuous cast material, wherein the molten aluminum alloy according to
［３］ Ｓｉ：１０．５質量％≦［Ｓｉ］≦１３．５質量％、
Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］
を満足することを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造材。
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量（単位：質量％）である。
[3] Si: 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%,
Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass,
Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass,
Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass,
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass,
Mn: 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%,
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
[Mn] ≦ 0.14 × [Fe]
An aluminum alloy continuous cast material characterized by satisfying
However, [] is the content of elements in parentheses (unit: mass%).
［４］ ＡｌとＮｉとＦｅとを金属間化合物形成元素として少なくとも含んで形成された金属間化合物の平均粒子径が３μｍ以下である前項３記載のアルミニウム合金連続鋳造材。
[4] The aluminum alloy continuous cast material according to
［５］ 前項３又は４記載のアルミニウム合金連続鋳造材製であることを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造体。
[5] An aluminum alloy continuous cast product, which is made of the aluminum alloy continuous cast material according to the
本発明は以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
前項［１］の連続鋳造用アルミニウム合金は、各成分元素の含有量が所定量に設定されており、特に、Ｆｅの含有量が０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％であり、Ｍｎの含有量が０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％であり、更に、［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］を満足していることにより、優れた高温強度を有する連続鋳造材を製造することができる。 In the aluminum alloy for continuous casting of the preceding item [1], the content of each component element is set to a predetermined amount, and in particular, the Fe content is 0.65 mass% <[Fe] ≦ 1.0 mass%. Yes, the Mn content is 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%, and the relationship between [Fe] and [Mn] satisfies [Mn] ≦ 0.14 × [Fe]. By doing so, a continuous cast material having an excellent high temperature strength can be produced.
前項［２］のアルミニウム合金連続鋳造材の製造方法は、優れた高温強度を有する連続鋳造材を確実に得ることができる。 The method for producing an aluminum alloy continuous cast material of the above item [2] can reliably obtain a continuous cast material having excellent high-temperature strength.
前項［３］のアルミニウム合金連続鋳造材は、前項［１］と同様の理由により、優れた高温強度を有している。 The aluminum alloy continuous cast material of the preceding item [3] has excellent high temperature strength for the same reason as in the preceding item [1].
前項［４］では、アルミニウム合金連続鋳造材の高温強度を確実に高めることができる。 In the preceding item [4], the high temperature strength of the aluminum alloy continuous cast material can be reliably increased.
前項［５］のアルミニウム合金連続鋳造体は、前項［１］と同様の理由により、優れた高温強度を有している。 The aluminum alloy continuous cast body of the preceding item [5] has excellent high temperature strength for the same reason as in the preceding item [1].
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の一実施形態に係る連続鋳造用アルミニウム合金は、
Ｓｉ：１０．５質量％≦［Ｓｉ］≦１３．５質量％、
Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］ …式（１）
を満足しているものである。
The aluminum alloy for continuous casting according to one embodiment of the present invention is:
Si: 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%,
Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass,
Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass,
Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass,
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass,
Mn: 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%,
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
[Mn] ≦ 0.14 × [Fe] (1)
Is satisfied.
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量であり、その単位は「質量％」である。 However, [] is the content of the element in parentheses, and the unit is “mass%”.
本実施形態のアルミニウム合金は、高い高温強度が要求される部材の材料として好適に用いられ、具体的には、内燃機関のピストン、その他の内燃機関の部品の材料として特に好適に用いられる。 The aluminum alloy of the present embodiment is suitably used as a material for a member that requires high high-temperature strength. Specifically, it is particularly suitably used as a material for a piston of an internal combustion engine or other internal combustion engine components.
本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金連続鋳造材は、本実施形態のアルミニウム合金製のものであり、即ち、本実施形態のアルミニウム合金の溶湯を連続鋳造することにより得られるものである。 The aluminum alloy continuous cast material according to one embodiment of the present invention is made of the aluminum alloy of the present embodiment, that is, obtained by continuously casting the molten aluminum alloy of the present embodiment.
本実施形態のアルミニウム合金連続鋳造材は、Ｆｅを０．６５質量％を超えて含有するとともに、所定の金属間化合物が均一微細に分散されることで高温強度が高められており、特に高温強度として３００℃の温度での強度（特に機械的強度）が高められている。 The aluminum alloy continuous cast material of the present embodiment contains Fe in excess of 0.65% by mass, and the high-temperature strength is enhanced by uniformly and finely dispersing predetermined intermetallic compounds. As a result, the strength (particularly mechanical strength) at a temperature of 300 ° C. is enhanced.
さらに、本実施形態の連続鋳造材は、所定の金属間化合物の平均粒子径が３μｍ以下に設定されていることが望ましい。 Furthermore, in the continuous cast material of this embodiment, it is desirable that the average particle diameter of the predetermined intermetallic compound is set to 3 μm or less.
ここで、所定の金属間化合物とは、金属間化合物形成元素としてＡｌとＮｉとＦｅとを少なくとも含んで形成されたものであり、具体的には、Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物、Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系の金属間化合物である。 Here, the predetermined intermetallic compound is formed including at least Al, Ni, and Fe as intermetallic compound-forming elements, specifically, an Al—Ni—Fe-based intermetallic compound, It is an Al—Ni—Fe—Cu intermetallic compound.
本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金連続鋳造体は、本実施形態の連続鋳造材製のものである。 An aluminum alloy continuous cast body according to an embodiment of the present invention is made of the continuous cast material of the present embodiment.
本実施形態の連続鋳造材において、Ｆｅの固溶は高温強度を向上させるために必要不可欠である。また、Ｍｎの含有量が０．００１質量％以上であれば、高温強度の向上を図ることができる。しかし、Ｍｎの含有量が０．１質量％以上であると、Ｆｅの固溶量が低下してＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物の晶出量が減少するため高い高温強度を得ることができない。したがって、Ｍｎは０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％でなければならない。さらに、［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が上記式（１）を満足していることにより、高温強度を確実に向上させることができる。 In the continuous casting material of this embodiment, the solid solution of Fe is indispensable for improving the high temperature strength. Moreover, if content of Mn is 0.001 mass% or more, an improvement in high temperature strength can be aimed at. However, if the Mn content is 0.1% by mass or more, the solid solution amount of Fe decreases, and the crystallization amount of the Al—Ni—Fe intermetallic compound decreases, so that high strength at high temperatures is obtained. I can't. Therefore, Mn must be 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%. Furthermore, when the relationship between [Fe] and [Mn] satisfies the above formula (1), the high temperature strength can be reliably improved.
以下に、本実施形態のアルミニウム合金の成分元素の含有量の限定理由について更に詳しく説明する。 Hereinafter, the reason for limiting the content of the component elements of the aluminum alloy of the present embodiment will be described in more detail.
＜Ｓｉ：１０．５質量％≦［Ｓｉ］≦１３．５質量％＞
Ｓｉは、アルミニウム合金の熱膨張を小さく抑制するとともに、耐熱性と耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。さらにＳｉは、連続鋳造時に溶湯の流れを良好にしたり制振性を向上させたりする作用も有する。さらにＳｉは、Ｍｇと反応して時効硬化に有効なＭｇ２Ｓｉを生成する。
<Si: 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%>
Si is an element that has the effect of suppressing the thermal expansion of the aluminum alloy to be small and improving heat resistance and wear resistance. Furthermore, Si also has an effect of improving the flow of the molten metal and improving the vibration damping property during continuous casting. Further, Si reacts with Mg to produce Mg 2 Si effective for age hardening.
Ｓｉの含有量が１０．５質量％未満では、熱膨張が大きくなるし、十分な高温強度と耐摩耗性を得ることができない。一方、Ｓｉの含有量が１３．５質量％を超えると、初晶Ｓｉの粒子径が大きくなって応力集中による高温強度の低下を招く。したがって、Ｓｉの含有量は１０．５質量％≦［Ｓｉ］≦１３．５質量％でなければならない。 When the Si content is less than 10.5% by mass, thermal expansion increases and sufficient high-temperature strength and wear resistance cannot be obtained. On the other hand, if the Si content exceeds 13.5% by mass, the particle size of the primary crystal Si becomes large, leading to a decrease in high-temperature strength due to stress concentration. Therefore, the content of Si must be 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%.
＜Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％＞
Ｃｕは、固溶強化により室温から約２００℃までの温度域で材料強度を向上させる元素である。しかし、Ｃｕの含有量が多すぎると、Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物の晶出を妨げてしまい、その結果、２５０℃以上での材料強度の向上を阻害する。そこで、Ｃｕの含有量は３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％に設定されている。
<Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass>
Cu is an element that improves the material strength in the temperature range from room temperature to about 200 ° C. by solid solution strengthening. However, when there is too much content of Cu, the crystallization of an Al-Ni type intermetallic compound will be prevented, and as a result, the improvement of material strength at 250 degreeC or more will be inhibited. Therefore, the Cu content is set to 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass.
＜Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％＞
Ｎｉは、高い融点を有するＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物を生成し、２００℃から３５０℃付近までの温度域での高温強度を改善する元素である。
<Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass>
Ni is an element that generates an Al—Ni intermetallic compound having a high melting point and improves high-temperature strength in a temperature range from 200 ° C. to around 350 ° C.
＜Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％＞
Ｍｇは、Ｓｉとの共存によって時効処理にてＭｇ２Ｓｉを析出させて強度を向上させる元素である。Ｍｇの含有量が１．０質量％を超えると、Ｍｇ２Ｓｉの粒子径が大きくなって強度の低下を招くし、更に、伸びが低下して連続鋳造時に割れ（即ち鋳造割れ）が生じ易くなる。したがって、Ｍｇの含有量は［Ｍｇ］≦１．０質量％でなければならない。
<Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass>
Mg is an element that improves the strength by precipitating Mg 2 Si by aging treatment by coexistence with Si. If the Mg content exceeds 1.0% by mass, the particle diameter of Mg 2 Si will increase, leading to a decrease in strength, and the elongation will decrease, and cracks (ie, casting cracks) will easily occur during continuous casting. Become. Accordingly, the Mg content must be [Mg] ≦ 1.0 mass%.
＜Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％＞
Ｆｅは、Ｎｉと同様にＡｌとの化合物を晶出し、高温強度を向上させる作用を有する元素である。Ｆｅの含有量が０．６５質量％を超えることにより、Ｆｅの上記作用を確実に奏しうる。さらに、Ｆｅは、Ｎｉと共に含有させた場合には、Ａｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物を晶出する。しかし、Ｆｅの含有量とＮｉの含有量との合計含有量が６．０質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物が晶出して高温強度の低下を招く。ここで、Ｎｉの含有量の上限は５．０質量％であることから、Ｆｅの含有量の上限は１．０質量％に制限される。したがって、Ｆｅの含有量は０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％でなければならない。
<Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass>
Fe, like Ni, is an element that has the effect of crystallizing a compound with Al and improving the high-temperature strength. When the Fe content exceeds 0.65% by mass, the above-described action of Fe can be reliably achieved. Furthermore, when Fe is contained together with Ni, an Al—Ni—Fe-based intermetallic compound is crystallized. However, when the total content of the Fe content and the Ni content exceeds 6.0% by mass, a coarse Al—Ni—Fe-based intermetallic compound crystallizes, leading to a decrease in high-temperature strength. Here, since the upper limit of the Ni content is 5.0% by mass, the upper limit of the Fe content is limited to 1.0% by mass. Therefore, the Fe content must be 0.65 mass% <[Fe] ≦ 1.0 mass%.
＜Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％＞
Ｍｎの含有量が０．００１質量％以上であれば、高温強度の向上を図ることができる。しかし、Ｍｎの含有量が０．１質量％以上であると、Ｆｅの固溶量が低下してＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物の晶出量が減少し、高い高温強度を得ることができない。Ｍｎの含有量が０．１質量％未満であれば、Ｆｅの固溶量を低下させず且つＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物を微細に晶出させ得て高温強度を向上させることができる。したがって、Ｍｎの含有量は０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％でなければならない。特に望ましいＭｎの含有量の下限は０．０１質量％である。
<Mn: 0.001% by mass ≦ [Mn] <0.1% by mass>
If the Mn content is 0.001% by mass or more, the high temperature strength can be improved. However, when the content of Mn is 0.1% by mass or more, the solid solution amount of Fe decreases, the amount of crystallization of the Al—Ni—Fe intermetallic compound decreases, and high high-temperature strength is obtained. I can't. If the Mn content is less than 0.1% by mass, it is possible to improve the high-temperature strength by reducing the solid solution amount of Fe and finely crystallizing the Al—Ni—Fe intermetallic compound. it can. Therefore, the Mn content must be 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%. A particularly desirable lower limit of the Mn content is 0.01% by mass.
＜［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係＞
上述したように粗大なＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物が生成されると高温強度が低下することになる。Ｍｎの添加によって粗大なＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物の生成を抑制する。しかしＭｎの添加量が多すぎるとＦｅの固溶量が低下してしまい満足する高温強度が得られない。したがって粗大なＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物を晶出せず、更にＦｅの固溶量を低下させない関係が必要となる。ＦｅとＭｎの関係が［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］を満たさないとＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物が粗大に晶出してしまう、あるいは満足する高温強度を得られないため、［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］の関係を満たす必要がある。
<Relationship between [Fe] and [Mn]>
As described above, when a coarse Al—Ni—Fe-based intermetallic compound is produced, the high-temperature strength is lowered. The addition of Mn suppresses the formation of coarse Al—Ni—Fe intermetallic compounds. However, if the amount of Mn added is too large, the solid solution amount of Fe decreases and satisfactory high-temperature strength cannot be obtained. Therefore, it is necessary to have a relationship in which a coarse Al—Ni—Fe-based intermetallic compound cannot be crystallized, and the solid solution amount of Fe is not lowered. If the relationship between Fe and Mn does not satisfy [Mn] ≦ 0.14 × [Fe], the Al—Ni—Fe intermetallic compound crystallizes coarsely, or satisfactory high-temperature strength cannot be obtained. It is necessary to satisfy the relationship of Mn] ≦ 0.14 × [Fe].
本実施形態のアルミニウム合金を用いて本実施形態の連続鋳造材を製造するための連続鋳造法は限定されるものではなく、様々な公知の連続鋳造法（例：垂直型連続鋳造法、水平型連続鋳造法）を用いることができる。 The continuous casting method for producing the continuous cast material of the present embodiment using the aluminum alloy of the present embodiment is not limited, and various known continuous casting methods (eg, vertical continuous casting method, horizontal mold) Continuous casting method) can be used.
垂直型連続鋳造法としては、ホットトップ鋳造法などが用いられる。 As the vertical continuous casting method, a hot top casting method or the like is used.
以下では、連続鋳造法の一例として、図１に示したホットトップ鋳造装置９を用いたホットトップ鋳造法によってアルミニウム合金連続鋳造材１０を製造する場合（即ち、アルミニウム合金の溶湯１をホットトップ鋳造法によって連続鋳造してアルミニウム合金連続鋳造材１０を製造する場合）について簡単に説明する。
Hereinafter, as an example of the continuous casting method, when the aluminum alloy
同図に示すようにホットトップ鋳造装置９は、モールド（鋳型）２、溶湯受容器（ヘッダー）３などを具備している。モールド２はその内部に充満された冷却水４により冷却されている。受容器３は一般に耐火物製であり、モールド２の上側に設置されている。
As shown in the figure, the hot
受容器３内のアルミニウム合金の溶湯１は、冷却されたモールド２内に下方向に注入されるとともに、モールド２から噴出された冷却水４ａにより所定の冷却速度で冷却されて凝固し、更に水槽内の水５（その温度：約２０℃）に浸されて完全に凝固する。これにより、棒状などの長尺な連続鋳造材１０が得られる。
The
所定の冷却速度は、モールド２内に注入される前のアルミニウム合金の溶湯温度から６６０〜６３０℃までの範囲において１００℃／ｓ以上に設定されることが望ましい。こうすることにより、金属間化合物を確実に微細に晶出させ得て高温強度を確実に向上させることができる。冷却速度の上限値については限定されるものではないが、特に望ましい冷却速度の上限値は６００℃／ｓである。冷却速度はＤＡＳ（Dendrite Arm Spacing）を用いて算出した。ＤＡＳの測定方法は２次アームが数本平行に成長しているところをさがし、２次アーム間隔を５０か所以上測定した。その後、ＤＡＳと冷却速度の関係式ｄ＝２９・Ｃ-0.30を用いて冷却速度を算出した。なお上記関係式において、ｄ：ＤＡＳ（μｍ）、Ｃ:冷却速度（℃／ｓ）である。本実施形態では、連続鋳造材１０はＤＡＳが２〜６μｍの範囲であることが、金属間化合物を確実に微細に晶出させ得て高温強度を確実に向上させることができる点で特に望ましい。したがって、上記冷却速度は、得られる連続鋳造材１０のＤＡＳが２〜６μｍの範囲になるように設定されることが特に望ましく、ＤＡＳが２〜６μｍの範囲に確実になるようにするには上記冷却速度を１７０〜６００℃／ｓの範囲に設定することが特に望ましい。
The predetermined cooling rate is desirably set to 100 ° C./s or more in the range from the molten metal temperature of the aluminum alloy before being poured into the mold 2 to 660 to 630 ° C. By doing so, the intermetallic compound can be surely finely crystallized, and the high-temperature strength can be reliably improved. Although the upper limit of the cooling rate is not limited, the particularly desirable upper limit of the cooling rate is 600 ° C./s. The cooling rate was calculated using DAS (Dendrite Arm Spacing). In the DAS measurement method, the number of secondary arms growing in parallel was searched, and 50 or more secondary arm intervals were measured. Thereafter, the cooling rate was calculated using the relational expression d = 29 · C −0.30 between DAS and the cooling rate. In the above relational expression, d: DAS (μm), C: cooling rate (° C./s). In the present embodiment, it is particularly desirable that the
なお、モールド２内に注入される前のアルミニウム合金の溶湯温度は、通常、６７０〜７６０℃に設定される。 In addition, the molten metal temperature of the aluminum alloy before inject | pouring in the mold 2 is normally set to 670-760 degreeC.
なお本発明では、アルミニウム合金連続鋳造材の製造はホットトップ鋳造法により行われることに限定されるものではなく、その他の連続鋳造法により行われても良い。 In the present invention, the production of the aluminum alloy continuous casting material is not limited to being performed by the hot top casting method, and may be performed by other continuous casting methods.
こうして得られたアルミニウム合金連続鋳造材は、必要に応じて熱処理されるとともに、必要に応じて所望する部材（製品を含む）の形状に形成されるなどして、本実施形態の連続鋳造体（連続鋳造品を含む）が得られる。したがって、本実施形態の連続鋳造体は本実施形態の連続鋳造材製である。 The aluminum alloy continuous cast material thus obtained is heat-treated as necessary, and formed into the shape of a desired member (including product) as necessary, so that the continuous cast body of this embodiment ( Including continuous castings). Therefore, the continuous cast body of this embodiment is made of the continuous cast material of this embodiment.
さらに、連続鋳造材は、必要に応じて所定の塑性加工手段（例：鍛造加工、押出加工、圧延加工）により加工されるなどによって、所望する部材（例：内燃機関のピストン、その他の内燃機関の部品）が得られる。 Furthermore, the continuous cast material is processed by a predetermined plastic working means (eg, forging, extrusion, rolling) as necessary, and the like, for example, a desired member (eg, piston of an internal combustion engine, other internal combustion engine). Parts).
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で様々に変更可能であることは言うまでもない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
次に、本発明の具体的実施例及び比較例について以下に説明する。ただし本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Next, specific examples and comparative examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.
表１に示す組成を有する複数種のアルミニウム合金の溶湯をホットトップ鋳造法によって連続鋳造し、これにより複数種のアルミニウム合金連続鋳造材（試料番号１〜１１）を得た。そして、各連続鋳造材を試験条件である３００℃の温度に１００時間保持した後、３００℃の温度にて引張試験を行うことで各連続鋳造材の高温強度（高温での機械的特性）を評価した。その結果を表２中の「引張強度」欄に示した。
A plurality of types of aluminum alloy melts having the compositions shown in Table 1 were continuously cast by a hot top casting method, thereby obtaining a plurality of types of aluminum alloy continuous cast materials (
表１中の「Ｍｇ」欄において、「−」は検出限界未満（即ち０．００５質量％未満であることを示している。 In the “Mg” column in Table 1, “−” indicates that it is less than the detection limit (that is, less than 0.005 mass%).
表１中の「［Ｍｎ］／［Ｆｅ］」欄は、［Ｍｎ］を［Ｆｅ］で割った値を示している。 The column “[Mn] / [Fe]” in Table 1 indicates a value obtained by dividing [Mn] by [Fe].
表１中の「Ｆｅ，Ｍｎ量」欄において、「○」は［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が上記式（１）を満足していることを示し、「×」は上記式（１）を満足していないことを示している。 In the “Fe, Mn amount” column of Table 1, “◯” indicates that the relationship between [Fe] and [Mn] satisfies the above formula (1), and “×” indicates the above formula (1). Shows that you are not satisfied.
表２中の「冷却速度」欄は、アルミニウム合金の溶湯を連続鋳造する際に適用された、溶湯温度から６６０〜６３０℃までの範囲における溶湯の冷却速度を示している。 The “cooling rate” column in Table 2 indicates the cooling rate of the molten metal in the range from the molten metal temperature to 660 to 630 ° C. applied when continuously casting the molten aluminum alloy.
表２中の「平均粒子径」欄は金属間化合物の平均粒子径を示している。金属間化合物は、ＡｌとＮｉとＦｅとを金属間化合物形成元素として少なくとも含んで形成されたものである。金属間化合物の平均粒子径は、連続鋳造材の縦断面中央部から組織観察サンプルを切り出し、ミクロ研磨し、ミクロ写真から評価した。また測定方法は視野１．５８１５ｍｍ２の範囲に存在する粒子の円相当径を測定した。同条件で１０か所について測定しその平均値を「平均粒子径」欄に記載している。 The “average particle size” column in Table 2 indicates the average particle size of the intermetallic compound. The intermetallic compound is formed including at least Al, Ni, and Fe as intermetallic compound forming elements. The average particle size of the intermetallic compound was evaluated from a microphotograph by cutting out a structure observation sample from the center of the longitudinal section of the continuous cast material, micropolishing it. Moreover, the measuring method measured the circle | round | yen equivalent diameter of the particle | grains which exist in the range of 1.5815 mm < 2 > of visual fields. Measurements were made at 10 locations under the same conditions, and the average value is described in the “average particle size” column.
試料番号１〜７は本発明の実施例であり、本発明の全ての要件を満たしている。 Sample Nos. 1 to 7 are examples of the present invention and satisfy all the requirements of the present invention.
試料番号８〜１１は本発明の比較例である。 Sample numbers 8 to 11 are comparative examples of the present invention.
試料番号８は、Ｆｅ、Ｍｇ及びＮｉの含有量と冷却速度とが本発明の要件を満たしていない。 In sample No. 8, the content of Fe, Mg and Ni and the cooling rate do not satisfy the requirements of the present invention.
試料番号９は、Ｆｅ、Ｃｕ及びＮｉの含有量が本発明の要件を満たしていない。 In Sample No. 9, the contents of Fe, Cu and Ni do not satisfy the requirements of the present invention.
試料番号１０は、Ｆｅの含有量が本発明の要件を満たしていない。 In Sample No. 10, the Fe content does not satisfy the requirements of the present invention.
試料番号１１は、Ｆｅ及びＮｉの含有量と、［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係とが本発明の要件を満たしていない。 In Sample No. 11, the Fe and Ni contents and the relationship between [Fe] and [Mn] do not satisfy the requirements of the present invention.
表２に示すように、本発明の全ての要件を満たしている試料番号１〜７（実施例）は、３００℃の温度での引張強度がいずれも試料番号８〜１１（比較例）のそれよりも高かった。したがって、試料番号１〜７は優れた高温強度を有していることを確認し得た。 As shown in Table 2, Sample Nos. 1 to 7 (Examples) satisfying all the requirements of the present invention have the same tensile strength at a temperature of 300 ° C. as those of Sample Nos. 8 to 11 (Comparative Examples). Higher than. Therefore, it could be confirmed that Sample Nos. 1 to 7 had excellent high temperature strength.
なお試料番号８は、Ｆｅ及びＮｉの含有量がいずれも少ないため、冷却速度が遅くてもＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系の金属間化合物の晶出量が少なく、そのため金属間化合物の平均粒子径が小さくなっていた。 In Sample No. 8, since the contents of Fe and Ni are both small, the crystallization amount of the Al—Ni—Fe-based intermetallic compound is small even when the cooling rate is slow, so that the average particle diameter of the intermetallic compound is small. It was getting smaller.
本発明は、連続鋳造用アルミニウム合金、その製造方法、アルミニウム合金連続鋳造材、及び、アルミニウム合金連続鋳造体に利用可能である INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an aluminum alloy for continuous casting, a manufacturing method thereof, an aluminum alloy continuous cast material, and an aluminum alloy continuous cast body.
１：アルミニウム合金の溶湯
２：モールド
９：ホットトップ鋳造装置
１０：アルミニウム合金連続鋳造材
1: Molten aluminum alloy 2: Mold 9: Hot top casting apparatus 10: Aluminum alloy continuous cast material
Claims (5)
Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］
を満足することを特徴とする連続鋳造用アルミニウム合金。
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量（単位：質量％）である。 Si: 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%,
Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass,
Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass,
Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass,
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass,
Mn: 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%,
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
[Mn] ≦ 0.14 × [Fe]
An aluminum alloy for continuous casting characterized by satisfying
However, [] is the content of elements in parentheses (unit: mass%).
Ｃｕ：３．５質量％≦［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：４質量％≦［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦０．５質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．０１質量％≦［Ｍｎ］≦０．０９質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
０．０１４×［Ｆｅ］≦［Ｍｎ］≦０．１３×［Ｆｅ］
を満足するアルミニウム合金の溶湯をモールド内に注入して溶湯温度から６６０〜６３０℃までの範囲において１７０℃〜６００℃／ｓの範囲の冷却速度で冷却することを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造材の製造方法。
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量（単位：質量％）である。 Si: 10.5% by mass ≦ [Si] <12.5% by mass ,
Cu: 3.5 mass% ≦ [Cu] ≦ 5 mass%
Ni: 4% by mass ≦ [Ni] ≦ 5% by mass ,
Mg: [Mg] ≦ 0.5% by mass
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass ,
Mn: 0.01% by mass ≦ [Mn] ≦ 0.09% by mass
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
0.014 × [Fe] ≦ [Mn] ≦ 0.13 × [Fe]
An aluminum alloy continuous cast material, characterized in that a molten aluminum alloy satisfying the above conditions is poured into a mold and cooled at a cooling rate in the range of 170 ° C. to 600 ° C./s in the range from the melt temperature to 660 to 630 ° C. Manufacturing method.
However, [] is the content of elements in parentheses (unit: mass%).
Ｃｕ：３質量％＜［Ｃｕ］≦５質量％、
Ｎｉ：３質量％＜［Ｎｉ］≦５質量％、
Ｍｇ：［Ｍｇ］≦１．０質量％、
Ｆｅ：０．６５質量％＜［Ｆｅ］≦１．０質量％、
Ｍｎ：０．００１質量％≦［Ｍｎ］＜０．１質量％、
を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、且つ、
［Ｆｅ］と［Ｍｎ］の関係が、
［Ｍｎ］≦０．１４×［Ｆｅ］
を満足し、
ＡｌとＮｉとＦｅとを金属間化合物形成元素として少なくとも含んで形成された金属間化合物の平均粒子径が３μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造材。
ただし、［ ］は括弧内の元素の含有量（単位：質量％）である。 Si: 10.5 mass% ≦ [Si] ≦ 13.5 mass%,
Cu: 3% by mass <[Cu] ≦ 5% by mass,
Ni: 3% by mass <[Ni] ≦ 5% by mass,
Mg: [Mg] ≦ 1.0% by mass,
Fe: 0.65% by mass <[Fe] ≦ 1.0% by mass,
Mn: 0.001 mass% ≦ [Mn] <0.1 mass%,
And the balance is composed of Al and inevitable impurities, and
The relationship between [Fe] and [Mn] is
[Mn] ≦ 0.14 × [Fe]
Satisfied ,
An aluminum alloy continuous cast material characterized in that an average particle size of an intermetallic compound formed containing at least Al, Ni, and Fe as an intermetallic compound-forming element is 3 μm or less .
However, [] is the content of elements in parentheses (unit: mass%).
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