JPH07173566A - 強度と靱性に優れた高圧鋳造用アルミニウム合金鋳物およびその製造方法 - Google Patents

強度と靱性に優れた高圧鋳造用アルミニウム合金鋳物およびその製造方法

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JPH07173566A
JPH07173566A JP30020693A JP30020693A JPH07173566A JP H07173566 A JPH07173566 A JP H07173566A JP 30020693 A JP30020693 A JP 30020693A JP 30020693 A JP30020693 A JP 30020693A JP H07173566 A JPH07173566 A JP H07173566A
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晃 秀野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鍛造材と同等の機械的性能を有しかつ鍛造材
に比べ低コストな高圧鋳造用アルミニウム合金鋳物およ
びその製造方法を提供する。 【構成】 (1) 重量%でSi0.6〜1.0%、C
u0.5〜1.0%、Mg0.5〜1.2%、Ti0.
002〜0.20%、B0.0004〜0.04%を含
み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる高圧鋳造
用アルミニウム合金鋳物。 (2) 重量%でSi0.6〜1.0%、Cu0.5〜
1.0%、Mg0.5〜1.2%、Ti0.002〜
0.20%、B0.0004〜0.04%を含み、残部
がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金
溶湯を溶湯温度650〜800℃で金型製品部内に充填
した後、500kgf/cm2 以上の高圧下で鋳物製品の初期
凝固部から湯口部に向かって指向性凝固させることを特
徴とする高圧鋳造アルミニウム合金鋳物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車ブレーキ部品や足
廻り部品等に使用されるアルミニウム合金鋳物に関し、
更に詳しくは従来のアルミニウム合金鋳物に比べ強度、
伸び、靱性が向上し、鍛造品と同等の性能を有する高圧
鋳造用アルミニウム合金鋳物およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来鉄系材料を使用していた足廻り部品
等の自動車部品において、軽量化を目的としてアルミニ
ウムおよびアルミニウム合金の使用が進んでおり、バネ
下重量低減の観点からアルミニウム合金が多用されるよ
うになってきた。そのアルミニウム合金としては、比較
的耐食性が良好で加工性にも優れるAl−Mg−Si系
合金特にJIS6061、6N01合金が多く用いら
れ、重要保安部品として必要な高強度、高靱性を得るた
め鍛造加工により製造されている。しかしこれらの素材
は押出材を適当な長さに切断したものを使用することが
多く、予備成形、粗打ち、仕上げ打ち等の多くの工程を
経るため、歩留りが悪くなると共に製造コストも高くな
るという欠点を有している。
【0003】一方、自動車部品には複雑な形状を低コス
トで製造しうることからアルミニウム鋳物がかなりの比
率で採用されている。鋳物用合金としてはAl−Cu−
(Si)系のAC1B、AC2B、Al−Si系のAC
3A等もあるが、高強度、高靱性、および耐食性の観点
から鋳造性の良いAl−Si系合金に少量のMgを添加
し熱処理効果を与え機械的性質を改良したAl−Si−
Mg系のAC4C、AC4CH等の鋳物合金が多用され
ている。しかしこれらの鋳物は鋳造時の内部欠陥が多い
ことおよび溶存ガス量が高いことにより、熱処理後にブ
リスターやふくれ等のガス欠陥を生じやすい。また鍛造
材に比べ強度レベルが低く安定した性能が得られにくい
ことから、その用途はケース、カバー等の薄物、あるい
は比較的要求強度の低い部材に限定されているのが現状
である。
【0004】またコスト低減も必須であるため、鍛造材
と同等の性能を有し、かつコストを低減しうる鋳物材料
の開発が強く望まれている。この要求を満足すべく、高
圧鋳造法によって鋳造上の問題を克服しようとする試み
がなされており、一部の部品で鋳物用合金を用いて実用
化されている(例えば特開昭61−227142号公
報、特開昭61−227146号公報)。しかし現行の
鍛造品が用いられている重要保安部品の代替あるいはそ
の薄肉化を行うに足る高強度、高靱性が得られるには至
っていない。また溶湯充填時のアルミ凝固膜、酸化膜の
巻き込みおよび鋳造圧力不足による引け巣発生等の内部
欠陥のばらつきを安定して抑制されるには至っていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、強度、靱性
向上元素を増加させるとともに、靱性阻害元素であるS
i量を可能な限り低減することにより、鍛造材と同等の
機械的性能を有しかつ鍛造材に比べ低コストな高圧鋳造
用アルミニウム合金鋳物およびその製造方法を提供する
ことを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる状況に鑑
み鋭意検討の結果、鍛造材と同等の機械的性能を有しか
つ鍛造材に比べ低コストな高圧鋳造用アルミニウム合金
鋳物およびその製造方法を開発したものである。
【0007】即ち、請求項1記載の発明は、重量%でS
i0.6〜1.0%、Cu0.5〜1.0%、Mg0.
5〜1.2%、Ti0.002〜0.20%、B0.0
004〜0.04%を含み、残部がAlおよび不可避的
不純物からなる高圧鋳造用アルミニウム合金鋳物であ
る。
【0008】また、請求項2記載の発明は、重量%でS
i0.6〜1.0%、Cu0.5〜1.0%、Mg0.
5〜1.2%、Ti0.002〜0.20%、B0.0
004〜0.04%を含み、残部がAlおよび不可避的
不純物からなるアルミニウム合金溶湯を溶湯温度650
〜800℃で金型製品部内に充填した後、500kgf/cm
2 以上の高圧下で鋳物製品の初期凝固部から湯口部に向
かって指向性凝固させることを特徴とする高圧鋳造用ア
ルミニウム合金鋳物の製造方法である。
【0009】
【作用】本発明に係るアルミニウム合金鋳物の添加元素
の添加理由とその添加量の限定理由について説明する。
なお本明細書において合金組成%は重量%を意味するも
のとする。
【0010】SiおよびMg:SiとMgは、共存して
鋳込後の熱処理時にMg2 Siを析出させ強度を高める
のに有効な元素であり、Siが0.6%、Mgが0.5
%未満では十分な強度が得られず、Siが1.0%、M
gが1.2%を越えると強度は十分であるが靱性、耐食
性が著しく低下するため好ましくない。したがってSi
は0.6〜1.0%、Mgは0.5〜1.2%とする。
【0011】Cu:CuはMg、Siと共に熱処理後の
強度向上に有効であるが、添加量が0.5%未満では十
分な強度が得られず、1.0%を越えると耐食性が劣化
するため好ましくない。したがってCuは0.5〜1.
0%とする。
【0012】TiおよびB:TiおよびBは鋳造組織を
微細化し、鋳物表層での鋳造割れを防止すると共に最終
凝固部となる湯口部近傍でのマクロ偏析防止に効果があ
る。ここで添加量がそれぞれ0.002%および0.0
004%未満では上記の効果が得られず、0.20%お
よび0.04%を越えて含有させると粗大な介在物を生
じ、機械的性能が劣化するため好ましくない。したがっ
て、Ti0.002〜0.02%、B0.0004〜
0.04とする。
【0013】次に本発明に係るアルミニウム合金鋳物の
製造方法について図1により述べる。アルミニウム合金
鋳物は機械的性能特に伸び値を低下させる内部欠陥を減
少させ健全な内部品質を得るため、製品部(2)へ充填
する直前の湯口部(9)での溶湯温度が650℃未満で
は溶湯の固相率が高くなり、製品部(2)内に充填した
あとの鋳造圧力が伝播しにくく局所的な引け巣を生じる
ため好ましくない。また800℃を越えると溶湯にガス
が吸収しやすくガスポロシティを生じやすくなるため、
溶湯温度は650〜800℃とする。製品部(2)へ充
填する直前の湯口部(9)での溶湯温度を650〜80
0℃とする方法は、通常のラドル給湯にてプランジャス
リーブに溶湯を注湯する場合は溶湯温度を高くするか、
あるいはラドル内面にセラミック等の断熱材をコーティ
ングし溶湯温度の低下を防ぐ等の手段が考えられる。し
かし、この方法ではラドルからプランジャ内へ注湯する
際に酸化膜巻き込みは避けられないので、保持炉からプ
ランジャスリーブ(4)への溶湯の移送手段としては、
溶湯に乱流を生じ難く注湯速度の早い電磁ポンプあるい
はメタルポンプ等の方法が望ましい。
【0014】製品部(2)内に充填した溶湯を凝固させ
る際に500kgf/cm2 以上の高圧下で鋳物製品の初期凝
固部(2a)から湯口部(9)に向かって指向性凝固さ
せるのは、鋳造圧力が500kgf/cm2 未満では引け巣お
よび鋳造割れを多発し、機械的性能特に伸び値が著しく
低下するため好ましくない。また凝固が初期凝固部(2
a)から湯口部(9)に向かって順次進行せず、湯口部
(9)近傍の最終凝固部(2b)が先に凝固すると製品
部内へ十分な鋳造圧力が伝播しないので、該当部位に引
け巣および鋳造割れ生じるため好ましくない。金型の冷
却方法は、通常のダイカスト金型を用いる場合、鋳物製
品の初期凝固部(2a)から最終凝固部(2b)、湯口
部(9)にかけて独立した水冷パイプ(6)を金型内に
設置し、鋳込時の冷却水量を初期凝固部(2a)ほど多
く、順次製品中央部、製品の最終凝固部(2b)、湯口
部(9)にかけて少なくすることにより容易に達成され
る。即ち金型の冷却方法は製品部の初期凝固部(2a)
から最終凝固部(2b)にかけて温度勾配をつけること
である。なお、本明細書において指向性凝固とは上記し
た凝固方法をいう。また鋳物製品の初期凝固部(2a)
は、湯口部(9)より最もはなれた製品の位置を意味し
ている。
【0015】また本発明合金鋳物は最終製品の要求性能
に応じて熱処理を施すが、熱処理条件は特に限定される
ものではない。即ち本発明に係るアルミニウム合金鋳物
の組成に応じて、JIS規格に規定された溶体化処理お
よび焼き入れ、時効処理条件を施すことにより、強度、
伸び、靱性を調整することができる。
【0016】
【実施例】装置には図1に示す鋳造装置を用いた。この
鋳造装置は金型(1)に形成された製品部(2)と、溶
湯補給経路(3)、一定量の溶湯が注湯されるプランジ
ャスリーブ(4)、プランジャスリーブ(4)内を慴動
し溶湯を製品部(2)内に充填、加圧するプランジャチ
ップ(5)とからなる。ここで金型(1)には製品部
(2)に沿って一定間隔で冷水パイプ(6)を通し、初
期凝固部(2a)から最終凝固部(2b)にかけて冷水
量が変えて温度勾配を作れる構造とした。
【0017】表1に示す組成のアルミニウム合金を通常
の方法により溶解し、溶湯温度750℃で20分程度の
Arガスバブリングにより脱ガス処理を行った後、図1
の鋳造装置を用いて第2表に示す鋳造条件で加圧鋳造を
行い、肉厚20mm×幅100mmの平板試験片を作成し
た。ここで溶湯温度は、湯口部(9)に設置した溶湯温
度測定用熱電対(7)で測定した。鋳込時の金型温度は
鋳込みを行いながら各部位の冷水パイプ(6)の水量を
変えることにより制御した。また鋳造圧力は、鋳込み時
にプランジャチップ(5)にかかる荷重をそのまま保持
し、プランジャチップ(5)の断面積でその荷重を割り
鋳造圧力として表2に記載した。
【0018】これらのアルミニウム合金鋳物(平板試験
片)の断面を研磨し、引け巣、鋳造割れ等の内部欠陥を
目視にて観察した。また上記試験片に熱処理(540℃
で8時間溶体化後、水冷し、180℃で8時間時効処
理)を施した後、引張試験片、シャルピー試験片を採取
し、引張強さ、耐力、伸び値、および靱性の指標値とな
るシャルピー衝撃値を測定した。それらの結果を表2に
併記した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】表2から明らかなように本発明合金を所定
の鋳造条件で鋳込した試験片は内部欠陥は観察されず、
従来から高圧鋳造用として実用化されているAC4CH
合金鋳物に比べ、強度、靱性が優れていることが判る。
一方、合金組成が本願請求範囲にない場合は、十分な強
度および靱性が得られず、また合金組成が本願請求範囲
内でも鋳造温度または鋳造圧力が低い場合あるいは鋳型
の冷却温度勾配がない場合は、製品内に引け巣および鋳
造割れ等の内部欠陥を多発し、機械的性能が劣化する傾
向があることが判る。
【0022】
【発明の効果】このように本発明によれば従来のアルミ
ニウム合金鋳物に比べ、強度、靱性共に向上しうると共
に、引け巣および鋳造割れ等の内部欠陥が残留していな
い鋳物が得られるため、高強度、高靱性が要求される足
廻り部品および耐圧性が必要とされるブレーキ部品に使
用でき、したがって、従来の鍛造材と同等の性能が得ら
れるため製造コストをさげることができる等、工業的に
顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例における加圧鋳造装置の主要断面
図を示す。
【符合の説明】
1.金型 2.製品部 2a.初期凝固部 2b.最終凝固部 3.溶湯補給経路 4.プランジャスリーブ 5.プランジャチップ 6.冷水パイプ 7.溶湯温度測定用熱電対 8.ガス抜き部 9.湯口部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でSi0.6〜1.0%、Cu
    0.5〜1.0%、Mg0.5〜1.2%、Ti0.0
    02〜0.20%、B0.0004〜0.04%を含
    み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる高圧鋳造
    用アルミニウム合金鋳物。
  2. 【請求項2】 重量%でSi0.6〜1.0%、Cu
    0.5〜1.0%、Mg0.5〜1.2%、Ti0.0
    02〜0.20%、B0.0004〜0.04%を含
    み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニ
    ウム合金溶湯を溶湯温度650〜800℃で金型製品部
    内に充填した後、500kgf/cm2 以上の高圧下で鋳物製
    品の初期凝固部から湯口部に向かって指向性凝固させる
    ことを特徴とする高圧鋳造アルミニウム合金鋳物の製造
    方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61227142A (ja) * 1985-03-29 1986-10-09 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 強度と靭性を有する高圧鋳造用アルミニウム合金
JPS63103701A (ja) * 1986-10-22 1988-05-09 Sumitomo Light Metal Ind Ltd アルミニウム合金ホイ−ルデイスク

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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