JP7312112B2 - 構造的および非構造的なニアネット鋳造用アルミニウム合金、ならびにその製造方法 - Google Patents
構造的および非構造的なニアネット鋳造用アルミニウム合金、ならびにその製造方法 Download PDFInfo
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Description
2~10重量パーセントの亜鉛
0.5~5重量パーセントのマグネシウム
0.5~5重量パーセントの鉄
0~4重量パーセントの銅
0~0.5重量パーセントのチタン
0~0.1重量パーセントのストロンチウム
0~0.2重量パーセントのベリリウム
0~0.5重量パーセントのジルコニウム
0~0.5重量パーセントのバナジウム
0~0.5重量パーセントのクロム
0~0.5重量パーセントのスカンジウム
0~0.1重量パーセントのナトリウム
0~0.5重量パーセントのケイ素
0~1重量パーセントのマンガン
0~5重量パーセントのニッケル
0~0.5重量パーセントのホウ素
0~1重量パーセントのモリブデン
重量パーセントの残り(66.6~96)はアルミニウムである。
当業者には理解されるであろうが、特に断りのない限り、この節および他の節に記載される定義および実施形態は、それらが適するような、本明細書に記載される本出願の実施形態および態様すべてに適用可能であることが意図される。
2~10重量パーセントの亜鉛
0.5~5重量パーセントのマグネシウム
0.5~5重量パーセントの鉄
0~4重量パーセントの銅
0~0.5重量パーセントのチタン
0~0.1重量パーセントのストロンチウム
0~0.2重量パーセントのベリリウム
0~0.5重量パーセントのジルコニウム
0~0.5重量パーセントのバナジウム
0~0.5重量パーセントのクロム
0~0.5重量パーセントのスカンジウム
0~0.1重量パーセントのナトリウム
0~0.5重量パーセントのケイ素
0~1重量パーセントのマンガン
0~5重量パーセントのニッケル
0~0.5重量パーセントのホウ素
0~1重量パーセントのモリブデン
重量パーセントの残り(66.6~96)はアルミニウムである。
以下の非限定的な実施例は、本出願の例示である。
a)1段階の溶体化:460℃で3.5時間~24時間、水での急冷を伴う。
b)2段階の溶体化:450℃で12~22時間、さらに1時間につき5~30℃で475~500℃まで上げた後、475~500℃で4~7時間、水での急冷を伴う。
c)溶体化とエージングとの間のインキュベーション:室温で1~24時間。
d)エージング(1段階):120~170℃で1~24時間。
e)エージング(2段階):120~170℃で1~24時間、さらに120~170℃で1~24時間。
合金組成
小規模試験片(SSTS)コンポーネントの製造には、以下の合金組成を使用した。
図1は、典型的なSSTSコンポーネントの写真である。図1に示すコンポーネントの5種類の試験片それぞれの詳細は、図2~図6に詳述されている。
表2に、図1に示したSSTSコンポーネントを製造するために使用される鋳造プロセスの一般的詳細を示す。
表4に、種々の熱処理焼き戻しを行ったSSTSコンポーネントに対して実施された一軸引張試験から得られた典型的な平均機械的特性を示す。
選択された合金について、SSTS鋳造の典型的な微細構造画像を図7~9に示す。
表1に示した合金はいずれも、ダイのH13工具鋼材料に対するダイソルダリングまたはダイ固着の傾向を示さなかった。
合金組成
大規模試験片(LSTS)コンポーネントの製造には、以下の合金組成を使用した。
図10に、典型的なLSTSコンポーネントの写真を示す。図10に示すコンポーネントの新たな4種類の試験片の詳細は、図11~図14に詳述されている。
表6に、図10に示したLSTSコンポーネントを製造するために使用される鋳造プロセスの一般的詳細を示す。
LSTSを供した様々な熱処理焼き戻しを図7に列挙する。
表8に、種々の熱処理焼き戻しを行ったLSTSコンポーネントに対して実施された一軸引張試験から得られた典型的な平均機械的特性を示す。
選択された合金について、LSTS鋳造の典型的な微細構造画像を図16~図20に示す。
表5に示した合金はいずれも、ダイのP20工具鋼材料に対するダイソルダリングまたはダイ固着の傾向を示さなかった。
合金組成
サイドインパクトドアビーム(SIB)コンポーネントの製造には、以下の合金組成を用いた。
図19に、典型的なSIBコンポーネントの写真を示す。SIBコンポーネント内の引張棒の位置とその寸法を図20~図21に示す。
表10に、表19に示したSIBコンポーネントを製造するために使用される鋳造プロセスの一般的詳細を示す。
SIBを供した様々な熱処理焼き戻しを表11に列挙する。
表12に、種々の熱処理焼き戻しを行ったSIBコンポーネントに対して実施した一軸引張試験から得られた典型的な平均機械的特性を示す。
選択した合金について、SIB鋳造品の典型的な微細構造画像を図22~図27に示す。
表9に示した合金はいずれも、ダイのP20工具鋼材料に対するダイソルダリングまたはダイ固着の傾向を示さなかった。
Al-Zn-Mg合金およびAl-Zn-Mg-Fe合金の熱間引裂き感度指数は、拘束ロッドキャスティング(CRC)型を用いて評価した。
以下の合金組成物を使用して、表15に列挙したように、熱間引裂き感度を評価した。
表15の合金のそれぞれ1キログラムを溶融し、高純度アルゴンガスで20分間脱気した。注入温度は、いずれのサンプルに対しても720℃に保った。注入前にCRC型を300℃に予熱した。各合金につき、2つの熱間引裂きサンプルを準備した。
図29に示すように、Feを添加しない場合、Al-Zn-Mg合金は、熱間引裂きに対して高感度である。Al-Zn-MgにFeを添加すると、Al-Zn-Mg合金の熱間引裂き感度は大幅に低減された。1.3重量%のFeを添加すると、HTS指数は1.67に低下する。
合金の処方された組成のうち1つを使用して、自動車の鋳造施設においてパイロット生産規模のトライアルを実施し、自動車用の構造コンポーネントを製造した。使用した合金組成は、Alと5重量%のZnと1.6重量%のMgと1重量%のFeと0.05重量%のTiとからなるものであった。
ASTM E8/E8M-11a Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011
ASTM E466-15 Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015
ASTM E606/E606M-12 Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012
ASTM G65-04 Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2004
ASTM E23-16b Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016
Claims (9)
- 4.5~7重量%の亜鉛(Zn)と、
0.5~2.5重量%のマグネシウム(Mg)と、
0.5~2重量%の鉄(Fe)と、
0.05~0.5重量%のチタン(Ti)と、
0~0.08重量%の銅(Cu)と、
0~0.02重量%のマンガン(Mn)と
を含み、アルミニウム(Al)並びに他の元素および不純物が重量%の残部を占め、他の元素は、ストロンチウム、ベリリウム、ジルコニウム、バナジウム、クロム、スカンジウム、ナトリウム、ケイ素、ニッケル、ホウ素、およびモリブデンから選択される、ニアネットシェイプ部品を製造するための高圧ダイカスト(HPDC)用アルミニウム合金であって、
0~0.1重量%のストロンチウム(Sr)と、
0~0.2重量%のベリリウム(Be)と、
0~0.5重量%のジルコニウム(Zr)と、
0~0.5重量%のバナジウム(V)と、
0~0.5量%のクロム(Cr)と、
0~0.5重量%のスカンジウム(Sc)と、
0~0.1重量%のナトリウム(Na)と、
0~0.5重量%のケイ素(Si)と、
0~5重量%のニッケル(Ni)と、
0~0.5重量%のホウ素(B)と、
0~1重量%のモリブデン(Mo)と
を含む、前記高圧ダイカスト(HPDC)用アルミニウム合金。 - 1.5~2.5重量%のマグネシウム(Mg)を含む請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 1.5~2重量%のマグネシウム(Mg)を含む請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 4.74~6.86重量%の亜鉛(Zn)と、
2.10~2.24重量%のマグネシウム(Mg)と
を含む請求項1に記載のアルミニウム合金。 - ケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、及びニッケル(Ni)のいずれも含まない、請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 0.8~1.5重量%の鉄(Fe)を含む請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載のアルミニウム合金を、高圧ダイカスト(HPDC)に供することによって製造された部品。
- 請求項7に記載の部品を、室温でのインキュベーション、溶体化処理、溶体化処理後のインキュベーションおよび高温での人工エージングから選択される少なくとも1つの熱処理に供することを含む、325MPa~428MPaの極限引張強度を有する熱処理された部品の製造方法。
- 請求項7に記載の部品を、
460℃で3.5~24時間行われる、冷水による急冷を伴う1段階の溶体化、
450℃で12~22時間、さらに1時間につき5~30℃で475~500℃まで上げた後、475~500℃で4~7時間行われる、冷水による急冷を伴う2段階の溶体化、
溶体化とエージングとの間に室温で1~24時間行われるインキュベーション、
120~170℃で1~24時間行われる1段階のエージング、および
120℃で1~24時間、さらに150~180℃で1~24時間行われる2段階のエージング、
のうちの1つによって熱処理することを含む、325MPa~428MPaの極限引張強度を有する熱処理された部品の製造方法。
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