JPH059637A - 鍛造用アルミニウム合金 - Google Patents

鍛造用アルミニウム合金

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JPH059637A
JPH059637A JP18933591A JP18933591A JPH059637A JP H059637 A JPH059637 A JP H059637A JP 18933591 A JP18933591 A JP 18933591A JP 18933591 A JP18933591 A JP 18933591A JP H059637 A JPH059637 A JP H059637A
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靖彦 渡辺
Akio Hashimoto
昭男 橋本
Yamaji Kitaoka
山治 北岡
Takahiro Sanbe
隆宏 三部
Yukiyoshi Kitamura
行由 北村
Shinichiro Fujikawa
真一郎 藤川
Hidetake Sakuragi
秀偉 桜木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 P含有量を規制しSi含有量を低減した合金
設計と共に共晶Siの微細化を図ることにより、鋳造性
を確保しつつ、6061合金に匹敵する機械強度をもつ
鍛造用アルミニウム合金を得る。 【構成】 Si:2.0〜3.0重量%,Mg:0.2
〜0.6重量%,Ti:0.01〜0.1重量%,B:
0.0001〜0.01重量%で、更にNa:0.00
1〜0.01重量%,Sr:0.001〜0.05重量
%,Sb:0.05〜0.10重量%及びCa:0.0
005〜0.01重量%のうちの何れか1種又は2種以
上を含有し、P含有量を0.001重量%以下に規制
し、残部がAlからなる組成を持ち、鋳造組織に含まれ
る共晶Siの大きさが平均粒径で20μm以下である。
また、任意成分として、Cu:0.2〜0.5重量%,
Zr:0.01〜0.2重量%,Mn:0.02〜0.
5重量%及びCr:0.01〜0.3重量%のうちの何
れか1種又は2種以上を含有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車部品,家電製品
等に使用され、良好な強度及び大きな伸び率を呈する鍛
造用アルミニウム合金に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金の代表的な鍛造用素材
として、6061合金が使用されている。しかし、60
61合金は、押出工程を経て鍛造用素材にされることか
ら、コスト高になる。また、押出し材を鍛造することか
ら、製品形状がおのずと単純な形状に限定される。
【0003】そのため、形状が複雑な製品を得る場合、
鍛造用素材を鋳造で得る必要が生じる。現在、鋳造によ
って所定の形状が付与された素材、すなわち予形材で鍛
造が可能な材料としては、AC4C,AC4CH等がJ
ISで掲げられている。しかし、AC4C,AC4CH
等のアルミニウム合金は、6061合金に比較し伸び率
等の引張り特性が劣り、形状特性に優れた鍛造製品を得
ることができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】AC4C,AC4CH
等のアルミニウム合金を鋳造することにより得られた鍛
造用素材の伸び率を大きくするため、Si含有量を3重
量%程度まで少なく、更にNa、Sr、Sb等を添加
し、共晶Siを微細化することが、特開昭54−134
07号公報で紹介されている。
【0005】共晶Siの微細化によって、伸び率がある
程度改善される。しかし、依然として6061合金の伸
び率には及ばず、鍛造性に問題が残っている。また、得
られた鍛造製品の耐力が十分でないことから、所定の構
造強度をだすために厚肉化することを余儀なくされてい
た。その結果、軽量化部品としてのアルミニウム材料の
長所を活用できない現状である。
【0006】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、P含有量を規制し共晶Siを十分
に微細化することにより、鍛造性を始めとして機械強度
等に優れたアルミニウム合金を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の鍛造用アルミニ
ウム合金は、その目的を達成するため、Si:2.0〜
3.0重量%,Mg:0.2〜0.6重量%,Ti:
0.01〜0.1重量%,B:0.0001〜0.01
重量%で、更にNa:0.001〜0.01重量%,S
r:0.001〜0.05重量%,Sb:0.05〜
0.10重量%及びCa:0.0005〜0.01重量
%のうち何れか1種又は2種以上を含有し、P含有量を
0.001重量%以下に規制し、残部がAlからなり、
鋳造組織に含まれる共晶Siの大きさが平均粒径で20
μm以下であることを特徴とする。
【0008】本発明の鍛造用アルミニウム合金は、更に
Cu:0.2〜0.5重量%,Zr:0.01〜0.2
重量%,Mn:0.02〜0.5重量%及びCr:0.
01〜0.3重量%のうちの何れか1種又は2種以上を
含有することもできる。また、鋳造素材の気孔率を0.
4〜1.6%とし、伸び率を15%以上とすることが好
ましい。
【0009】
【作用】本発明の鍛造用アルミニウム合金においては、
鋳造性を確保すると共に、高靭性化及び伸びを向上させ
るため、AC4C,AC4CH等の従来のアルミニウム
合金に比較してSi含有量を低めに設定している。そし
て、共晶Siの微細化を図るため、Na,Si,Sb等
を添加すると共に、微細化阻害元素であるP含有量を規
制している。更に、十分な伸びを確保できる範囲内でM
gを増量することにより、耐力の向上を図っている。こ
の条件が満された予形材を鍛造すると、据込率(圧下
率)で20%程度の僅かな朔性加工により、6010合
金に匹敵する靭性を得ることが可能となる。
【0010】以下、合金成分及びその含有量等について
説明する。 Si: 本発明の鍛造用アルミニウム合金は、鋳造で得
られた予形材を鍛造することにより、所定形状をもつ製
品とされる。この予形材を得るために、溶湯の流動性,
引け性等が良く、鋳造割れ等の欠陥が発生しないことが
要求される。この鋳造性を確保する上から、Siを含有
させることが必要である。しかし、多量のSi含有は、
アルミニウム合金の伸びや機械的強度を低下させる。こ
の点から、本発明においては、Si含有量を2.0〜
3.0重量%の範囲に設定した。
【0011】この範囲のSi含有量で、必要とする伸び
や機械的強度が得られると共に、鋳造性も良好になる。
Si含有量が3.0重量%を超えると、ミクロ組織でも
検出されるように粒界に比較的多量の共晶Siが晶出
し、伸び,機械的強度等を劣化させる。逆に、Si含有
量が2.0重量%未満のときには、鋳造性が悪くなる。
特に、Si含有量1〜2重量%未満の範囲では、流動性
が最も悪く、鋳造割れ等の欠陥が発生し易い。
【0012】Mg:Siと共存して熱処理によりMg2
Siとして析出し、引張強さ,耐力等の機械的強度を向
上させる。しかし、Mg含有量が0.6重量%を越える
と,伸び,衝撃値等が大きく低下する。また、6061
合金の性能に近づけるためには、Si含有量の低下によ
って伸びを増大させた分、Mg含有量を可能な限り増量
して強度向上を図る。このようなMgの効果を発現させ
るため、0.2重量%以上のMg含有が必要である。
【0013】Ti,B:アルミニウム合金の鋳造組織
は、Ti及びBの併用添加によって微細化される。鋳造
組織の微細化に伴い、粒界に析出する不純物やシュリン
ケージ等が細かく分散され、機械的特性が向上する。こ
のような効果を得るためには、0.01重量%以上のT
i及び0.0001重量%以上のBを含有させることが
必要である。しかし、Ti含有量及びB含有量がそれぞ
れ0.1重量%及び0.01重量%を超えると、析出す
る介在物が多くなり、却って靭性,強度,伸び等が劣化
する。
【0014】Cu:アルミニウム合金の強度を向上させ
る上で、必要に応じて添加される元素である。0.2〜
0.5重量%のCuをMgと併用添加するとき、十分な
伸びを確保できる範囲で耐力の向上が図られる。
【0015】Na,Sr,Sb,Ca:共晶Siの微細
化により伸び,衝撃値等を向上させるため、Na,S
r,Sb,Ca等が添加される。共晶Si微細化作用
は、0.001重量%以上のNa,0.001重量%以
上のSr,0.05重量%以上のSb或いは0.000
5重量%以上のCaを含有させることにより得られる。
しかし、これら添加元素は、ガスの吸収及び化合物の生
成を促進させると共に、引け性を変化させる傾向を呈す
る。その結果、多量にNa,Sr,Sb,Ca等を添加
すると、アルミニウム合金の靭性が劣化する。この点
で、Na,Sr,Sb及びCa含有量の上限を、それぞ
れ0.01重量%,0.05重量%,0.10重量%及
び0.01重量%に設定した。
【0016】P:Na,Sr,Sb,Ca等の添加元素
は、合金中のPと反応し、共晶Siの微細化に有効に作
用しなくなる。そのため、本発明においては、微細化効
果を阻害するPを0.001重量%以下に規制して、N
a,Sr,Sb,Ca等の作用を効率よく発揮させる。
【0017】Zr,Mn,Cr:加工時にアルミニウム
合金が再結晶することを防止するために、必要に応じて
添加される元素である。再結晶防止を図るためには、
0.01重量%以上のZr,0.02重量%以上のMn
或いは0.01重量%以上のCrを含有させることが必
要である。しかし、これら元素を多量に添加すると、マ
トリックスの硬度が上昇し、却って加工性が低下する。
そこで、Zr含有量,Mn含有量及びCr含有量の上限
を、それぞれ0.2重量%,0.5重量%及び0.3重
量%に規定した。
【0018】共晶Siの粒径:本発明のアルミニウム合
金においては、共晶Siの大きさが平均粒径で20μm
以下の小さなものである。この小さな共晶Siは、予形
材に含まれる気孔を微細なものにすると共に、僅かな据
込み率の鍛造によって気孔率を急激に低減させ、中実度
の高い鍛造製品を得る要因となる。これに対して、従来
のアルミニウム合金を鍛造して実質的に気孔のない鍛造
製品を得ようとすると、据込み率を50%以上に設定す
ることが必要である。
【0019】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。表1に示した合金成分の素材をJISD4号の舟
形鋳型を使用して鋳造した。鋳造材にT6の熱処理を施
した後、引張り試験を行った。試験結果を表2に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表2から明らかなように、試験No.1〜6
の本発明合金では、伸び率が15%以上であり、鍛造性
に優れていることが判る。また、引張り強さ,耐力等の
機械的強度も、従来の鍛造用アルミニウム合金と遜色の
ない値を示している。これに対し、伸び率に重点をおい
て合金設計した試験No.7及び10の合金では機械的強
度が劣っており、機械的強度に重点をおいて合金設計し
た試験No.9の合金では伸び率が悪く鍛造性に劣ったも
のとなる。この対比から、試験No.1〜6の本発明合金
は、鍛造性及び機械的強度の双方にバランスがとれた材
料であるといえる。
【0023】実施例2:鋳造で得られた合金材料は、凝
固速度の違いにより製品中の気孔率が異なる。製品中に
気孔が多いと、強度が低下し、荷重が加わった場合に気
孔を起点として破断等が発生する。この点、本発明合金
においては、共晶Siが微細な晶出物として分散されて
いるため、鍛造時の据込みにより気孔を潰し、伸び率が
大きな中実の製品にすることが可能である。
【0024】たとえば、試験No.1の合金に対し据込み
率を変えた鍛造を行い、鍛造後の気孔率と据込み率との
関係を調査した。また、鍛造による中実化と肉厚との関
係を調べるため、厚肉部及び薄肉部に対する据込み率を
変化させた。その結果、据込み率と気孔率との間に、図
1に示す関係が得られた。
【0025】なお、図1における据込み率は、[(鍛造
前の肉厚−鍛造後の肉厚)/鍛造前の肉厚]×100の
圧下率で表した。また、気孔率は、鍛造後の合金につい
て[(真比重−比重)/真比重]×100で表した。図
中、○印は鋳造肉厚20mmの部分における気孔率の変
化を示し、■印は鋳造肉厚26mmの部分における気孔
率の変化を示し、△印は鋳造肉厚32mmの部分におけ
る気孔率の変化を示す。
【0026】図1から明らかなように、何れの肉厚をも
つものにおいても、10〜20%程度の僅かな据込み率
で、実質的に全ての気孔が潰され、中実度の高い製品と
なることが判る。
【0027】実施例3:表1に示した組成をもつアルミ
ニウム合金を鋳造して得られた予形材を400℃で1時
間加熱する予熱を施した後、鍛造し、次いでT6 処理を
行った。得られた鍛造材から試験片を切り出し、引張り
試験に供した。表3は、その試験結果を表したものであ
る。表3から明らかなように、試験No.1〜6の本発明
合金は、10〜20%の僅かな据込率により従来合金よ
りも伸びが大きく優れた特性を示している。
【0028】
【表3】
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の鍛造用
アルミニウム合金は、鋳造材として使用可能なまでSi
量を低減して伸びを改善し、結晶粒や晶出物の微細化に
よって機械的強度を確保している。そして、鋳造材に含
まれている気孔が微細であるため、鍛造によって気孔が
容易に押し潰され、僅かな据込み率で中実度が高く展延
性の良好な製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明鍛造用アルミニウム合金の据込み率と
気孔率との関係を示したグラフ
フロントページの続き (72)発明者 橋本 昭男 東京都港区三田3丁目13番12号 株式会社 日軽技研内 (72)発明者 北岡 山治 東京都港区三田3丁目13番12号 株式会社 日軽技研内 (72)発明者 三部 隆宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 北村 行由 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 藤川 真一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 桜木 秀偉 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si:2.0〜3.0重量%,Mg:
    0.2〜0.6重量%,Ti:0.01〜0.1重量
    %,B:0.0001〜0.01重量%で、更にNa:
    0.001〜0.01重量%,Sr:0.001〜0.
    05重量%,Sb:0.05〜0.10重量%及びC
    a:0.0005〜0.01重量%のうちの何れか1種
    又は2種以上を含有し、P含有量を0.001重量%以
    下に規制し、残部がAlからなり、鋳造組織に含まれる
    共晶Siの大きさが平均粒径で20μm以下であること
    を特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 Si:2.0〜3.0重量%,Mg:
    0.2〜0.6重量%,Ti:0.01〜0.1重量
    %,B:0.0001〜0.01重量%で、更にNa:
    0.001〜0.01重量%,Sr:0.001〜0.
    05重量%,Sb:0.05〜0.10重量%及びC
    a:0.0005〜0.01重量%のうちの何れか1種
    又は2種以上,Cu:0.2〜0.5重量%,Zr:
    0.01〜0.2重量%,Mn:0.02〜0.5重量
    %及びCr:0.01〜0.3重量%のうちの何れか1
    種又は2種以上を含有し、P含有量を0.001重量%
    以下に規制し、残部がAlからなり、鋳造組織に含まれ
    る共晶Siの大きさが平均粒径で20μm以下であるこ
    とを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 鋳造素材の気孔率が0.4〜1.6%
    で、伸びが15%以上であることを特徴とする請求項1
    又は2記載の鍛造用アルミニウム合金。
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Cited By (4)

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