JPH01156446A

JPH01156446A - 耐圧性の優れた鋳物用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH01156446A
Application number: JP31419387A
Authority: JP
Inventors: Yamaji Kitaoka; 山治北岡; Koichiro Nishina; 仁科　皓一郎; Hiroji Namekawa; 滑川　洋児; Yuichi Shimomura; 下村　勇一; Masayuki Morinaka; 真行森中
Original assignee: TAISHIN KEIKINZOKU KK; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: TAISHIN KEIKINZOKU KK; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1987-12-14
Filing date: 1987-12-14
Publication date: 1989-06-20
Also published as: JPH0565573B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は自動車、船舶、車両等のエンジン廻り部品笠の
＠密に耐圧漏れ性を要求されるような機織部品に使用す
るのに適した耐圧性の優れた鋳造用アルミニウムーケイ
素−マグネシウム系合金、またはアルミニウムーケイ素
−マグネシウム−銅系合金に関するものである。

（従来の技術）一般にＪＩＳ規格ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｇにて代表されるア
ルミニウムーケイ素−マグネシウム系合金、ＡＣ４Ｄ、
ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ笠にて代表されるアルミ
ニウムーケイ素−マグネシウムー鋼系合金は、鋳造性が
よく、熱処理を施すことによって優れた機械的性質およ
び耐圧性が得られるところから２自動重、船舶、市両笠
におけるピストン笠のエンジン廻り部品、油圧部品、保
安部品その他の機械部品鋳物用のアルミニウム合金とし
て幅広く用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、この神のアルミニウム合金においては、
合金中の鉄含有量が増加すると急激に鋳物の耐圧性が低
下し、鋳造された鋳物部品に往々にして圧漏れ笠の欠陥
を生ずる危険性があって問題であった。

発明者らの調査によると、この現象は合金中の鉄含有量
が０．２％以下であるときは殆ど見られないが、これを
超えると次第に散見されるようになり、　０．４％を超
えるとその傾向が顕著になることが判かった。

ところで、一般に鋳物工場においては、資源および経費
節約の見地から新塊と称する一次合金地金にスクラップ
材を多ｒｉｔに添加配合した合金地金や、スクラップ材
イを主体として配合された二次合金地金が大ｈ’ｔに使
用されているが、スクラップ材中には多量の鉄が不純物
として混入しているのが常であり、このため鋳物工場に
おいてはこの系の合金を前記の目的、殊に厳格に耐圧性
を要求される自動車、船舶等のピストン等のエンジン廻
り部品に用いる場合には、不純物としての鉄含有量を０
．４％以下の可及的小ない量に調整する必要があり、こ
のための合金配合操作は極めて煩わしく、またコストア
ップの原因になるので好ましくなかった。

また、複雑な形状を有する鋳物部品では、合金中の鉄含
有量の増加によって、肉厚部の凝固の遅い部分に耐圧性
不良箇所を生じやすいので、これを防止するために厳密
な指向性凝固を行なわねばならず、鋳型の設計や鋳造方
案に殊更の工夫を要する面倒があった。

本発明者らは鋳物用アルミニウムーケイ素−マグネシウ
ム系またはアルミニウムーケイ素−マグネシウムー鋼系
合金における上記の問題点について、鉄含有量増大に伴
う鋳物の耐圧性低下原因を究明した結果、これらの系の
合金においては合金中の鉄含有量が増大すると、合金溶
湯から鋳物を鋳込むに際して合金成分中の鉄がアルミニ
ウム、ケイ素と反応して針状のアルミニウムーケイ素−
鉄系化合物な品出し、この針状化合物が鋳物の肉厚中心
部等の溶湯最終凝固部付近において急激に増加するとと
もに架橋状に発達粗大化し、この部分の爾後の溶湯の充
足なμ■害して亀裂状の引は巣や微細な連続した線状の
引は果の集合体を発生しやすくして、これが鋳物の耐圧
性を悪化させる原因となることが判かった。

第１囲包）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄｌは、その代表例と
してアルミニウムーケイ素−マグネシウムー銅系台金鋳
物における合金中の鉄含有量と引は巣発生との関係を実
験的に例示したものである。

実験に際しては、合金中の鉄含有量なそれぞれ変化させ
たケイ素６．５％、マグネシウム０．３％、銅３，０％
を含むアルミニウム合金溶湯をチーターモールドに鋳込
み、ｕｉ塊断面をカラーチエツクにより引は果欠陥の有
無を調べた。

第１図より判かるように、合金中の鉄含イ１ｔｔが００
５％の合金ｔａ＋　におっては、鋳塊の最終凝固部であ
る凝固収縮底部が丸味を帯びた状態で凝固が終了してお
り、引は果欠陥が殆ど見られないものが、鉄含有量０．
２２％の合金（ｂｌになると、凝固収縮底部に細く小さ
な亀裂状の引は梁と多数の微細な線状の引は果が現われ
、鉄含有Ｆｉｔｏ、：＋５％これらが江いに連通ずるよ
うになる。

発明者らの実験によれば、この関係は上記組ｌ戊の合金
にとどまらず、あらゆる組成の実用鋳物用アルミニウム
ーケイ素−マグネシウム系合金およびアルミニウムーケ
イ素−マグネシウム−銅系合金に共通の傾向であって、
従って、実際にこれらの合金により作られた鋳物におい
ては、鋳造後の表面加工によって、これらの連通中は果
欠陥は容易にその表面に露出し、液体や気体がこれ、ら
の欠陥を経由して外部に流通してしまうので、このよう
な合金で作られた鋳物を耐圧部品等に用いた場合、その
耐圧性が損なわれるのである。

本発明者らは上述したような事実に鑑み、これらの問題
点を克服すべく鋭意研究を重ねた結果、鉄を多晴に含む
アルミニウムーケイ素−マグネシウム系またはアルミニ
ウムーケイ素−マグネシウムー鋼系合金において、合金
中にｉｌｔのカルシウムを添加含有させるときは、合金
鋳造に際して鋳物中に見られる互いに連通ずる亀裂状の
引は果および微細な線状の引は果の発生を大巾１こ減少
させることができ、従って鋳物の耐圧性を一段と向上さ
せることができることを見出した。

（問題点を解決するための手段）即ち、本発明は重量でケイ素４〜１３％、マグネシウム
０．１〜２％、カルシウム０．００１〜０．０１％を含
有し、さらに必要に応じて鋼５％以下、マンガン　１％
以下、ニッケル３％以下を含有し、残部アルミニウムお
よび不純物とからなり、不純物中の鉄含イｊｌｉｊが０
．２〜０．８％である耐圧性の優れた鋳物用アルミニウ
ム合金である。

（作用）本発明によるときは、合金中の鉄含有用が０゜８％程度
迄であれば、カルシウム０．００１〜０．０１％を添加
含有させることによって、従来の実用アルミニウムーケ
イ素−マグネシウム系合金鋳物またはアルミニウムーケ
イ素−マグネシウム−銅系合金鋳物において、この種の
合金鋳物特有の他の優れた特性を妨げること無く、合金
中の鉄含有に基ずく耐圧性低下を防止することができ、
強度、靭性等は寧ろ向上するので、鋳物工場等において
鉄分の多いスクラップ地金や二次合金地金を使用しても
、同等配合地金中の鉄含有ｍの調整に気を使うことなし
に自動車、船舶等のエンジン廻り部品等、厳密な耐圧性
を要求される鋳物製品の鋳造を行なうことができるので
捲めて効果的である。

次に本発明の合金における各添加元素の作用および限定
理由について説明する。

ケイ素４．０〜１３％の添加は合金基質を強化し。

湯流れ性、引は性、鋳造割れ防！を等を改暦する効果を
有し、４゜０％以下ではその効果少なく、１３％以しで
は鋳物の靭性や耐熱衝撃性を著しく低下させる。

マグネシウム０．１〜２％の添加は鋳物に熱処理を施す
ことによって合金組織中にＭｇ、Ｓｉを析出して合金基
質を強化する効果を有し、０．１％以下ではその効果少
なく、２％以上では伸°びが小さく、また鋳造性も低下
する。

銅の５％以下の添加は熱処理を施した場合に、時効硬化
によって合金鋳物に著しい強度を付与するものであるが
、５％以上の添加は伸びを低下し靭性を損なう。

マンガンの１％以下およびニッケルの３％以下の添加は
鋳物に耐熱性を付与するものであるが、マンガン添加世
カ月％を超すと、添加したマンガンが合金成分中のアル
ミニウム、ケイ素や不純物として含まれる鉄と反応して
アルミニウムーマンガン−ケイ素−鉄系の粗大な針状化
合物な品出して鋳物の靭性な低下させ、またニッケルの
添加■が３％を超すとアルミニウムーニッケル系の粗大
化合物を生じて同様に靭性低下を来す。

本発明においては上記した組成範囲でケイ素、マグネシ
ウムを含み、さらに必要に応じて銅、マンガン、ニッケ
ルを含むアルミニウムーケイ素−マグネシウム系、また
はアルミニウムーケイ素−マグネシウムー鋼系合金にお
いて、カルシウムの０．００１〜０．０１％を添加する
ものであるが、カルシウムの上記範囲での含有は、先に
述べた如くこの二つの系の合金に於ける合金中の鉄含有
に基ずく合金鋳物製品の引は巣欠陥の増加に依る耐圧性
低下を防止する作用を有するものであって、含有ｍがｏ
、ｏｏｔ％以下ではその効果が少なく、またそれが０．
０１％を超えると、合金溶湯の流動性が低下して鋳物に
湯境等を生じ易くなり、健全な製品を得がたくなる。

而して、このようにカルシウム添加に依る耐圧性改善効
果が得られる合金中の鉄含有黴の範囲は０．２〜０．８
％の範囲に限られものである。

何となれば鉄０．２％以下では合金鋳物の耐圧性はもと
もと問題は無く、また鉄含有９が０．８％を超えるとカ
ルシウム添加によっても耐圧性改暦効果が十分に得られ
ないからである。

本発明の合金の溶製はこの種の合金系において通常行な
われる一般的な方法が採られ、カルシウムの添加は金属
カルシウムまたはアルミニウムーカルシウム母合金また
はカルシウム含有フラックス等が用いられる。

また、本発明合金を鋳造して各種鋳物製品を得るに際し
、この種の合金系において婁々行なわれるナトリウムま
たはストロンチウム笠に依る鋳造組織の改良処理、チタ
ニウム、ホロン等に依る鋳造組繊の微細化処理笠によっ
て合金中に添加されるこれら金属の含有は、これらの処
理が常法の添加範囲にて行なわれている限り、本発明の
効果を妨げることが無いので同等支障は無い。

本発明の合金は砂型鋳造や金型鋳造に適用可能なことは
勿論であるが、近年大型化しつＳあるダイカスト、低圧
鋳造に適用した場合にも鋳造製品の耐圧性を向上するこ
とができる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第１表に示す如き各種組成の合金を溶製し、鋳込温度７
２０℃、鋳型温度２００℃にてＪＩＳ舟底金型およびチ
ーターモールドに鋳込み、それらから強度および伸び試
験片、引は果観察試験片を作成した。なお、合金組成中
のカルシウムはアルミニウムー５％カルシウム母合金を
用いて添加した。強度および伸びの測定は試験片を５０
０℃に６時間保持後、水焼き入れし、１８０℃で６時間
焼き戻すＴ６処理を施した後に行なった。

引は果の観察については、チーターモールドに鋳込まれ
た合金鋳物を上下方向に２分割し、分割面を面側して平
滑化した後カラーチエツクして、引は果の存在状態を調
べた。これらの結果を第１表に示す、なお、引は果の観
察結果は第１図に示す実験結果を参考にし、（ａ）の如
く有害な引は果の観察されなかったものをパランクとじ
（ｂｌ　、　（Ｃ）、（ｄｌ　と引は巣の存在が顕著に
なるに従って、それぞれＢ、Ｃ，Ｄとランク付けした。

第１表＊：ｐｐｍ表示第１表の結果からカルシウム添加のない従来のアルミニ
ウムーケイ素−マグネシウム系合金（試料番号１〜４）
およびアルミニウムーケイ素−マグネシウムー鋼系合金
（試ネ゛１番号１０〜１２）においては、合金中の鉄含
有ｌ′ｉｔが低い間は引は東ランクは八と全く問題が無
い（試料番号ｌ）が、鉄含４７　”ｉｌが０．２％を超
えると（試料番号２〜４および１Ｏ−１２）有害な引は
巣が観ａｔ＋＋され、含有１ｄが多くなるに従ってＢ、
Ｃ，Ｄとこれら有害な引は果「ｄが多くなり、これらの
合金によって作られた鋳物の耐圧性に問題を生ずる恐れ
があるのに対し、これらの合金系に本発明の範囲でカル
シウムを添加した本発明第１乃至第４の合金（試料番号
５〜９および１３〜１７）においては合金中の鉄含有用
が０２％を超えて相当咋高くなっても、いずれもランク
Ａで有害な引は果が存在せず、本発明合金は耐圧性が優
れていることが判かる。

また、強度、伸びの測定結果から本発明のアルミニウム
ーケイ素−マグネシウム系合金およびアルミニウムーケ
イ素−マグネシウム−銅系合金は同−組成のケイ素、マ
グネシウム、銅を含む従来合金に較べて概ね強度、伸び
ともに改善されており、機械的性質、殊に靭性において
も優れていることが判かる。

（効果）以上述へたように、従来のアルミニウムーケイ素−マグ
ネシウム系合金、またはアルミニウムーケイ素−マグネ
シウム−銅系合金に適量のカルシウムを添加含有せしめ
た本発明の鋳物用アルミニウム合金は、合金中の鉄含有
量の増加にもか＼わらず、これを鋳造して得られた鋳物
製品に引は巣に依る欠陥を生ずることが無いので、耐圧
性に優れ、また強度、靭性も改きされるので自動車、船
舶のピストン等のエンジン廻り部品、油圧容器、その他
の耐圧性を必要とする機械部品鋳物の鋳造に最適である
。

また、鋳物工場等においてスクラップ材、二次合金地金
の配合使用に際しても、配合地金中の鉄不純物の調整に
煩わされること無く、合金の溶製ができるので礪めて効
率的かつ経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および（ｄ）は
従来のアルミニウムーケイ素−マグネシウム−銅系合金
における合金中の鉄含有量と引は巣発生状態の関係を示
すためのカラーチエツクによる引は果観察試料である。本試料は同時に引は巣発生程度を示すランク付は試料を
兼ねており、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの順で引は果詐が増大する
ことを示す。特許出願人　日本軽金属株式会社同　　　大信軽金属株式会社図面の浄書第１ビランクＡＦｅ　Ｏ，０５％（ａ）ランクＣＦｅ０．３６％（Ｃ）ランクＢＦｅ　０．２．２％（ｂ）ランクＤＦｅＯ，６５％（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量で、ケイ素４〜１３％、マグネシウム０．１
〜２％、カルシウム０．００１〜０．０１％を含有し、
残部アルミニウムおよび不純物とからなり、不純物中の
鉄含有量が０．２〜０．８％である耐圧性の優れた鋳物
用アルミニウム合金。
（２）重量で、ケイ素４〜１３％、マグネシウム０．１
〜２％、銅５％以下、カルシウム０．００１〜０．０１
％、残部アルミニウムおよび不純物とからなり、不純物
中の鉄含有量が０．２〜０．８％である耐圧性の優れた
鋳物用アルミニウム合金。
（３）重量で、ケイ素４〜１３％、マグネシウム０．１
〜２％、カルシウム０．００１〜０．０１％を含有し、
さらにマンガン１％以下およびニッケル３％以下のうち
の１種以上を含有し、残部アルミニウムおよび不純物と
からなり、不純物中の鉄含有量が０．２〜０．８％であ
る耐圧性の優れた鋳物用アルミニウム合金。
（４）重量で、ケイ素４〜１３％、マグネシウム０．１
〜２％、銅５％以下、カルシウム０．００１〜０．０１
％を含有し、さらにマンガン１％以下およびニッケル３
％以下のうちの１種以上を含有し、残部アルミニウムお
よび不純物とからなり、不純物中の鉄含有量が０．２〜
０．８％である耐圧性の優れた鋳物用アルミニウム合金
。