JP6704276B2 - 鋳造用アルミニウム合金を用いた鋳造材の製造方法 - Google Patents
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Description
その場合に従来の鋳造合金以上の高い引張強度、耐力値や、高い疲労強度が要求される。
特許文献1には、質量比でSi:4.0〜6.0%,Cu:0.5〜2.0%,Mg:0.25〜0.5%,Sr:0.002〜0.02%,Ti:0.005〜0.2%,Fe:0.5%以下,Mn:0.5%以下,残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳物の製造方法を開示する。
しかし、同公報に開示するアルミニウム合金組織では、Si成分量が相対的に低いために鋳造性に劣る恐れがある。
また、Cu成分量も相対的に低く、引張強度や耐力値が充分でない恐れが高い。
特許文献2には、Si:8.5〜10.5%,Mn:0.3〜0.8%,Mo:0.08〜0.25%,Zr:0.10〜0.20%及び50〜150ppmのSrを含有するアルミニウム合金を開示する。
しかし、同公報に開示するアルミニウム合金はMg:0.05%以下,Cu:0.03%以下となっているので、十分な引張強度、耐力値が確保されていない。
<Si成分>
Si成分はアルミニウム合金の鋳造時に湯流れ性を確保するのに重要であり、6.0質量%(以下、単に%と表現する)を超えるのが好ましい。
しかし、9.0%を超えると初晶Siの析出物が粗大化し、伸びが低下する。
そこでSiは6.0%を超え9.0%以下が好ましい。
<Mg成分>
Mg成分は、Cu成分とともに強度に大きな影響を与える。
Mg成分は熱処理による強度向上効果が大きく、0.3%よりも少ないと強度不足になる恐れがあり、0.6%を超えるとMg2Siの析出が過大になり伸びが低下する。
そこで、Mgは0.3〜0.6%の範囲が好ましい。
<Cu成分>
Mg成分を上記の範囲とした場合に、本発明に係る強度の目標を達成するにはCu成分は2.0%を超える量が必要である。
ただし、5.0%を超えると伸びが低下する。
そこでCuは2.0%を超え5.0%以下とする。
<Mn,Fe成分>
Mn成分は微量添加により離型性が向上するが、0.5%を超えると晶出物が粗大化し、伸びが低下するためのMnは0.5%以下の範囲で含有しているのが好ましい。
Fe成分は溶湯中に混入しやすい成分であるが、0.2%を超えると晶出物が粗大化するので0.2%以下に抑えるのが好ましい。
<Sr成分>
Sr成分は微量に添加するだけで共晶Siの微細化に効果があり、0.005%以上の添加が好ましい。
なお、Srは高価であるとともに0.01%を超えると、晶出物が粗大化する恐れがある。
そこで、Srは0.005〜0.01%の範囲に管理するのが好ましい。
<Ti成分>
Ti成分は鋳造時の結晶微細化に有効であり、0.2%以下の範囲で添加されているのが好ましい。
<他の成分>
本発明においてZn,Ni,Sn,Cr等の成分は、不可避的不純物として取り扱う。
個々の成分としては0.01%以下に抑えるのが好ましい。
例えば、鋳造後に500〜540℃,2〜6時間の溶体化後に急冷し、180〜220℃,4〜8時間の時効処理を行うと、引張強度360MPa以上,0.2%耐力値300MPa以上,伸び3%以上,疲労強度120MPa以上を有する高強度で、且つ高い疲労強度を有するアルミニウム合金鋳造材を得ることができる。
これにより、高い耐力値と高い疲労強度を有する鋳造材が得られるので車部品への適用効果が大きい。
鋳造後は(500〜540℃)×(2〜6時間)の溶体化後に急冷焼入れをした。
次に(180〜220℃)×(4〜8時間)の時効処理をした。
引張強度、0.2%耐力値及び伸びは、上記鋳造材からJIS Z 2241,JIS4号の大きさの引張試験片を作製し、JIS規格に準拠した引張試験機にて測定した。
疲労強度はJIS Z 2274,JIS1号(1−8)回転曲げ疲労試験片を作製し、JIS規格に準拠した小野式回転曲げ疲労試験機にて107回の回転試験した破断負荷荷重を測定した。
平均晶出物長さは、上記鋳造材の断面を鏡面研磨仕上げし、200倍光学顕微鏡にて金属組織を観察し、測定面積0.166mm2における画像処理にて平均晶出物長さを求めた。
図2の表中、評価項目の下段に示した値は、本発明における目標値とした。
耐力(MPa)の値は0.2%耐力値を示す。
実施例1,2は各成分が本発明にて選定した範囲に入っているので、引張強度360MPa以上、0.2%耐力値300MPa以上の高い値を示した。
また、伸び3%以上で晶出物の平均長さが10μm以下であった。
実施例1の金属組織写真を図3に示す。
針状の検出物が細かく分断されているのが分かる。
比較例1の組織写真を図3に示す。
比較例3はJIS A 7178合金に相当するが、平均晶出物長さが図3に示すように40.9μmと大きいため、引張強度が高くても疲労強度が目標以下となった。
比較例4〜7はMg成分が0.6%を超えているため伸びが悪い。
晶出物の平均長さが10μmを超え、疲労強度が目標未達となった。
比較例7はMgの他にCu成分も高く、比較例8はCu成分が5.0%を超えて高いので伸びが悪い。
比較例9,10はCu成分が2.0%未満であり、引張強度、耐力値が低い。
比較例11は、Mnの量が多く、晶出物の平均長さが大きいため、伸びが悪く疲労強度も低い。
比較例12はMnの量が多く、Mgの量が少ないため引張強度も伸びも低い。
比較例13はFeの量が多く、晶出物の長さが大きい。
Claims (1)
- 以下全て質量%にて、Si:6.0を超え9.0%以下,Mg:0.3〜0.6%,Cu:2.0を超え5.0%以下,Mn:0.5%以下,Fe:0.2%以下,Ti:0.2%以下,Sr:0.005〜0.01%含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物である鋳造用アルミニウム合金を用いて鋳造した後に、500〜540℃で2〜6時間の溶体化処理及び焼入れ処理するステップと、次に180〜220℃にて4〜8時間の時効処理するステップとを有し、平均晶出物長さが10μm以下であり、
0.2%耐力値300MPa以上,伸び3%以上及び疲労強度120MPa以上を有することを特徴とするアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
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