JP6617065B2 - 鋳造用アルミニウム合金およびアルミニウム合金鋳物 - Google Patents
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(1)本発明の鋳造用アルミニウム合金(単に「Al合金」ともいう。)は、全体を100質量%(単に「%」という。)として、下記の組成を満たすことを特徴とする。
Si:5〜8.5%、 Mg:0.35〜0.7%、Ti:0.05〜0.3%、Zr:0.05〜0.4%、TiとZrの合計:0.2%以上、次の範囲を満たすSr、NaまたはSbの一種以上、Sr:0.003〜0.05%、Na:0.001〜0.03%、Sb:0.001〜0.2%、Al:残部
本発明は、上述したAl合金を用いたアルミニウム合金鋳物(単に「Al合金鋳物」または「鋳物」ともいう。)としても把握できる。この鋳物は、上述したAl合金組成を有すると共に、次のような鋳造組織からなると好適である。
初晶Alの結晶粒径:250μm以下、
共晶Siの粒径:3.5μm以下
(1)本発明のAl合金は、少量の改質元素または不可避不純物を一種以上含み得る。不純物元素は、例えば、Fe、Cu等であり、各元素の含有量はそれぞれ0.2%以下であると好ましい。
本発明のAl合金は、Si、Mg、TiおよびZrを主元素とし、さらにSr、NaまたはSbからなる改質元素を含む。これら合金元素およびその含有量について、以下に詳述する。なお、本明細書でいう合金組成は、特に断らない限り、Al合金全体を100質量%(単に「%」という。)としたときの各元素の質量割合である。
Al合金は、Siを5〜8.5%、6〜8%さらには6.5〜7.5%含むと好ましい。Siが過少では鋳造性が低下して、引け量が大きくなり、鋳物内部に鋳造欠陥が発生し易くなる。また、鋳造割れ等の欠陥も発生し易くなる。Siが過多になると、脆弱なSi粒子の晶出量が増加し、機械的特性(特に伸びや強度)が低下し易くなる。
Al合金は、Mgを0.35〜0.7%、0.4〜0.65%さらには0.43〜0.6%含むと好ましい。Mgは、Al基地を強化すると共に、熱処理により共存するSiと化合物(Mg2Si)を生成して析出し、鋳物の機械的強度(引張強さ、耐力等)を向上させる。また、複合添加されたTi、Zrと協働して微細な鋳造組織の形成に寄与する。Mgが過少では、これらの効果が十分に得られず、特にAl基地が柔らかくなって十分な強度が得られなくなる。Mgが過多になると、未固溶のMg2Si晶出相が残留するようになり、延性や靭性が低下し得る。
Al合金は、Tiを0.05〜0.3%、0.1〜0.25%さらには0.15〜0.2%含むと好ましい。またAl合金は、Zrを0.05〜0.4%、0.1〜0.35%さらには0.15〜0.3%含むと好ましい。
本発明のAl合金に含まれるSr、NaまたはSbは、共晶Siを微細化させて、鋳物の機械的特性(特に延性または靱性)を向上させ得る。Srは、0.003〜0.05%さらには0.01〜0.04%含まれると好適である。Srが過多であると粗い共晶Siが混在するようになり、Sr化合物の晶出も生じる。また、ガス吸収も著しくなり、鋳巣の発生を助長して延性の低下を招くおそれがある。
(1)本発明の鋳物は、微細に晶出した共晶Siやその他化合物が、初晶Alと基地Al(相)の周囲をネットワーク状に取り巻く微細な鋳造組織を有する。
本発明の鋳物は、Al合金を鋳造して得られるが、強度と延性・靱性の両立を図るために、熱処理されると好ましい。鋳造自体は、重力鋳造、加圧鋳造、砂型鋳造若しくは金型鋳造等のいずれかによりなされる。熱処理は、通常、Al基地中に合金元素を十分にかつ均一的に固溶させるためになされる溶体化処理を行った後に、急冷(いわゆる焼入れ)してなされる。これにより鋳物の鋳造組織は、合金元素が過飽和に固溶した状態となる。急冷工程は、Al合金組成、鋳物の形態(肉厚等)等を考慮して、冷却媒体(水、温水、油等)や冷却方法(噴霧、浸漬等)が適宜選択される。溶体化工程後の鋳物を温水または油に浸漬して急冷すると、鋳物の割れ等を抑止できて好ましい。
本発明の鋳物は、様々な用途や形態をとり得るが、代表的な用途は車両用タイヤホイールである。この他、本発明の鋳物は、機械的特性や耐食性に優れることから、例えば、サスペンション等の足回り部材、ホイール部材、シャーシ部材、サブフレーム部材、継手部材、アクチュエーター部材、ブレーキ部材、エンジン部材等の自動車用部材に利用されてもよい。
(1)鋳造
表1に示す各合金組成に配合された原料を750℃で溶解して、脱酸処理、共晶Siの改良処理(Srの添加/一部試料では省略)、脱ガス処理を順に行い、種々の溶湯を調製した。これらの溶湯を、710℃の大気雰囲気中で、350℃に予熱した舟型状の金型(JIS4号)に注湯した後、大気中で自然冷却させて凝固させた(鋳造工程)。
こうして得られた各鋳物に対してT6熱処理(JIS)を行った。具体的には、535℃×100分間の溶体化処理をした後、50℃の温水中に焼き入れをした。この後、185℃×60分間の時効処理を行った。なお、溶体化処理および時効処理は、大気雰囲気中で行った。
熱処理後の各試料(鋳物)から、DASが約35μm相当の部位を切り出して、以下の引張試験と組織観察に供した。
引張試験は、オートグラフ(株式会社島津製作所製)により、クロスヘッド速度0.5mm/minとして行った。これにより、引張強さと伸びを求めた。また、0.2%耐力は、印加した荷重と歪ゲージにより得られた歪とから算出した応力−歪み曲線から求めた。さらに、各試料の上述した部位から製作したUノッチ型試験片を用いて、JISZ2242に基づき衝撃試験を行った。こうして得られた各試料に係る機械的特性を表1に併せて示した。
各試料の上記部位から切り出した観察片を用いて、既述した方法により、その鋳造組織を観察した。なお、組織画像の解析処理には、株式会社ニレコ製LUZEXを用いた。こうして得られた各試料に係る初晶Alの結晶粒径と共晶Siの粒径とを表1に併せて示した。
(1)表1から明らかなように、本発明に係る合金組成からなる鋳物はいずれも、引張強さ:330MPa以上、0.2%耐力:260MPa以上、伸び:6%以上、衝撃値:3.5J/cm2以上であり、強度と延性または靱性とが高次元で両立していることがわかる。
Claims (4)
- 全体を100質量%(単に「%」という。)として、下記の組成を満たすことを特徴とする鋳造用アルミニウム合金。
Si:5〜8.5%、
Mg:0.35〜0.7%、
Ti:0.05〜0.3%、
Zr:0.05〜0.4%、
TiとZrの合計:0.2%以上、
次の範囲を満たすSr、NaまたはSbの一種以上、
Sr:0.003〜0.05%、
Na:0.001〜0.03%、
Sb:0.001〜0.2%
Al:残部 - 請求項1に記載の鋳造用アルミニウム合金からなり、下記の鋳造組織を有することを特徴とするアルミニウム合金鋳物。
初晶Alの結晶粒径:250μm以下、
共晶Siの粒径 :3.5μm以下 - 前記鋳造組織は、二次デンドライトアーム間隔(DAS)が10μm以上である請求項2に記載のアルミニウム合金鋳物。
- 車両用ホイールである請求項2または3に記載のアルミニウム合金鋳物。
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