JPH08165537A

JPH08165537A - ダイカスト鋳造用低熱膨張アルミニウム合金及び自動車部品

Info

Publication number: JPH08165537A
Application number: JP30736194A
Authority: JP
Inventors: Sanetsugu Onishi; 脩嗣大西; Nozomi Kageyama; 望影山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】鉄合金とアルミニウム合金との熱膨張係数の
差を解決し、長期間に亙って安定して使用出来るアルミ
ニウム合金を提供する。【構成】Ｓｉ：１１〜１２重量％、Ｃｕ：３〜４重量
％を含有し、残部が実質的にＡｌからなる組成を有する
ダイカスト鋳造用低熱膨張アルミニウム合金である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイカスト鋳造で製造
される熱膨張係数の低いアルミニウム合金及びこの合金
を用いた特にディファレンシアル用部品等の自動車部品
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の省エネルギーの観点から自動車部
品の軽量化が推進されており、例えばディファレンシア
ル等の部品が鉄からアルミニウム等の軽合金への材料の
置換が進められている。自動車のディファレンシアル
（作動装置）は、例えば自動車が曲線を通過する時に、
自動的に左右の駆動輪の回転速度に差をつけて、良好な
操縦性を確保するために設けられている。

【０００３】このディファレンシアルは、ピニオンギア
とそれと噛み合うサイドギヤから構成されるディファレ
ンシアルギヤとさらにこれらを支えるベアリングからな
り、この外側をキャリア及びハウジングで覆った構造か
らなっている。上記のディファレンシアル用キャリア１
及びハウジング２（以下単にデフキャリア、デフハウジ
ングという）は、例えば図１に示すような形状を有し、
ダクタイル鋳鉄によって重力鋳造法により製造されてい
た。しかるに上記のような車両の軽量化の要請によっ
て、近年では、排気量が１５００ｃｃ以下の小型車の場
合に、ダイカスト法によりＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金で形
成したデフキャリア及びハウジングが使用されるように
なってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合
金にも種々あるが、機械的強度やコストの点から、重量
％（以下も同様）で、Ｃｕ：１．５〜３．５％、Ｓｉ：
９．６％〜１２％を含むアルミニウム合金（ＪＩＳＡ
ＤＣ１２材）が使用されている。またこのアルミニウム
合金を用いてダイカスト法で鋳造する場合、スリーブ内
に設けられたプランジャーチップを約１〜２ｍ／ｓｅｃ
で移動させることにより、溶湯を高速で金型のキャビテ
ィ内に射出するので、鋳造品に気泡、引け巣などが発生
し易くなり、又鋳造品が金型内に焼き付くといった現象
が生じ易くなる。そこで上記ＪＩＳＡＤＣ１２材を使用
する場合は、Ｍｇの含有量（ＪＩＳ規格では０．３％以
下）をできるだけ少なくすることで対策している。

【０００５】ところが実際にアルミニウム合金製のデフ
キャリアやデフハウジングを使用する場合、鉄合金製
（通常は鋼製）のベアリングとの間に熱膨張係数の差に
伴う隙間が生じ、ベアリングが移動してピニオンギアと
サイドギアの噛み合いが悪くなりギア同士が焼き付いた
り、デフオイルが漏れ出すことにより、潤滑不良となり
焼き付くといった問題が発生した。ここで各材料の熱膨
張係数について調べたところ、ギヤやベアリングに用い
られる鉄合金が１２〜１３×１０^-6／℃であり、従来用
いられているアルミニウム合金が２１〜２２×１０^-6／
℃であることが分かった。従って、本発明の目的は、上
述した従来技術の問題である鉄合金とアルミニウム合金
との熱膨張係数の差を解決し、長期間に亙って安定して
使用出来るアルミニウム合金を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めには、両合金の熱膨張係数を、同じにすれば良いこと
は分かっている。しかし、アルミニウム合金の熱膨張係
数を鉄合金に近づけるためには熱膨張係数を約半分にす
る必要があり、実質的に不可能である。そこで本発明者
らは鋭意検討した結果、実際のデフキャリアやデフハウ
ジングとして使用するのは高々１００〜１４０℃程度で
あり、実際にはアルミニウム合金の熱膨張係数は１８〜
２０×１０^-6／℃程度で有れば問題がないことを見い出
し、アルミニウム合金の熱膨張係数を低下するために種
々検討を行った。

【０００７】アルミニウム合金の熱膨張係数を低下させ
ることに有効な添加元素としてはＳｉがあり、Ｓｉ量を
多くすると熱膨張係数が低くなることは公知である（特
開平２ー６１０２５号参照）。また、アルミニウム合金
の熱膨張係数を低下させる元素としては、さらにＦｅ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ等が知られている（特開昭６１ー２５
９８２９号参照）。

【０００８】まずＳｉの添加量について検討した。通常
のＪＩＳＡＤＣ１２材に相当するＣｕ：３．０％で固
定し、Ｓｉ量を変化させた場合の各Ｓｉ量に対する熱膨
張係数の変化を図２に示す。図２より確かにＳｉ量が増
加するに従って、熱膨張係数は低下していく。しかし、
Ｓｉ量が共晶点の１１．７重量％を越えると初晶Ｓｉが
晶出し、さらに１２重量％を越えると初晶Ｓｉが増加
し、強度、加工性及び湯流れが低下するといった問題が
あることが分かった。Ｓｉが１２重量％では、熱膨張係
数は２０．２×１０^-6／℃程度であり、前記した目標値
を若干上回っている。

【０００９】そこで、本発明者らは他の熱膨張係数低下
元素について検討を行った結果、Ｃｒ、Ｍｎは鋳造時の
添加の歩留まりが悪く実際の使用が難しいことが分かっ
た。さらにＣｕの添加について検討した結果、Ｃｕの添
加量を増加した場合には、熱膨張係数が低下し、特に他
の機械的性質には悪影響を及ぼさないことを見い出し本
発明に想到した。また、さらに低熱膨張係数が必要な場
合には、Ｎｉを適量添加すれば良いことを見いだした。

【００１０】すなわち、第１の発明は、Ｓｉ：１１〜１
２重量％、Ｃｕ：３〜４重量％を含有し、残部が実質的
にＡｌからなる組成を有することを特徴とするダイカス
ト鋳造用低熱膨張アルミニウム合金である。また上記の
アルミニウム合金がさらにＮｉを３．５％以下含むこと
を特徴とするダイカスト鋳造用低熱膨張アルミニウム合
金である。また上記のアルミニウム合金が１８×１０^-6
〜２０×１０^-6の熱膨張係数を有すると好適である。さ
らに第２の発明は上記組成を有するアルミニウム合金を
用いてダイカスト鋳造で作製した自動車部品、特にディ
ファレンシアル用キャリア又はディファレンシアル用ハ
ウジング等の部品である。

【００１１】

【作用】本発明のアルミニウム合金は、Ｓｉ：１１〜１
２重量％、Ｃｕ：３〜４重量％を含有し、残部が実質的
にＡｌからなる組成を有するものであり、その成分の限
定理由は次の通りである。Ｓｉは、熱膨張係数を低下さ
せ、湯流れ性を向上しかつ引け性を改善するために添加
されるが、１１％未満では湯流れ性の改善効果が少な
く、また熱膨張係数低下効果が少ない。１２％を越える
と前述したように初晶Ｓｉが増加し、強度、加工性及び
湯流れ、引け性が低下するといった問題がある。特に好
ましい範囲は適度な量の共晶Ｓｉが晶出し、かつ強度、
加工性、湯流れに影響がない１１．７〜１２．０％であ
る。Ｃｕは焼き付き性を改善するために添加されるが３
％より少ないとその効果が少なくまた熱膨張係数低下効
果が少ないうえに強度も低下する。４％を越えると伸び
が大幅に低下し、割れ感受性が大きくなり、更に鋳造時
の引け性が大きくなり、鋳造欠陥が発生し易くなる。よ
り好ましいＣｕの範囲は３．５〜４％である。

【００１２】本発明のアルミニウム合金に含まれる不純
物は機械的強度の低下を防ぐためにできるだけ少ない方
が良いが、具体的にはＪＩＳＡＤＣ１２材と同様の範囲
であれば良い。例えば、Ｍｇは０．３％以下、Ｚｎは
１．０％以下、Ｍｎは０．５％以下、Ｓｎは０．３０％
以下であることが望ましい。

【００１３】さらに本発明合金は熱膨張係数を低下させ
るためにＮｉが添加されるが、３．５％より多いと加工
性が悪くなる。より好ましいＮｉの範囲は３．０〜３．
５％の範囲であり、３．０％以下では熱膨張係数の低下
効果が少なく、３．５％より多いとＮｉ化合物が多数形
成されダイカスト鋳造性や機械的性質が劣るためであ
る。さらに本発明合金には、ダイカスト鋳造時の耐焼き
付き性向上の目的で０．７〜１．３重量％のＦｅを含む
ことが出来る。Ｆｅが０．７重量％より少ないと耐焼き
付き性向上の効果が少なく、１．３重量％を越えるとＡ
ｌ−Ｆｅの針状化合物が出て機械的性質が低下する。ま
た上記のアルミニウム合金は１８×１０^-6〜２０×１０
^-6／℃の熱膨張係数を有すると鉄製部品と組み合わせて
使用されるデフキャリアやデフハウジングに好適であ
る。熱膨張係数が１８×１０^-6／℃よりも小さいと鉄製
部品と熱膨張係数の差は小さくなるが、高々１４０℃程
度で使用するデフキャリアなどとして用いる場合には、
この程度の熱膨張係数であれば実用上問題はない。また
２０×１０^-6／℃より大きいと鉄製部品との熱膨張差が
大きいのでベアリングなどの焼き付きが生じ易くなるの
で好ましくない。

【００１４】本発明のアルミニウム合金によりダイカス
ト鋳造により得られた鋳造品は、そのまま使用すること
が出来るし、また必要に応じ（より高い機械的強度を得
るために）、熱処理（Ｔ６処理）を施しても良い。熱処
理条件は、例えば、５１０〜５４０℃の温度で２〜４時
間の溶体化処理を施し、水焼き入れし次いで１４０℃の
温度で２〜６時間の時効処理を施せばよい。なお、熱処
理を施す場合には、共晶Ｓｉを微細化するためにアルミ
ニウム合金中にＳｒを少量添加すると有効である。ただ
し、Ｓｒの添加量が少ないとその効果がなく、多いと偏
析が生じ易くなるので、１００〜２００ｐｐｍの範囲が
好ましい。

【００１５】本発明のアルミニウム合金は、Ｓｉ：１１
〜１２重量％、Ｃｕ：３〜４重量％、Ｎｉ：３．５重量
％以下といった特定量だけを含有しているので、低熱膨
張係数を有し、さらにダイカスト鋳造に際して良好な湯
流れ性を確保すると共に引け巣の発生を極めて少なくで
きると共に、機械的性質（引張り強さ、耐力、伸び）の
高い鋳造品を得ることが出来る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限るものではない。表１
に示す１１種類のアルミニウム合金の溶湯を準備し、縦
型ダイカストマシーンを使用して図１に示すデフキャリ
アを鋳造した。ここで各溶湯（温度６８０〜７００℃）
は、プランジャーチップを２ｍ／ｓｅｃで移動させるこ
とにより、金型（温度１５０℃）内のキャビティに注湯
し次いで凝固させた。なお、デフキャリアの主要寸法
は、Ｄ1＝２００ｍｍ、Ｄ2（外径）＝５０ｍｍ、Ｄ3
（内径）＝４０ｍｍ、ｈ＝３００ｍｍである。上記の各
デフキャリアのフランジ部から試料を切り出し、機械的
強度を測定した。その結果を同じく表１に示す。表１か
ら、例１から８に示す本発明の合金によれば、例９に示
す従来成分よりも熱膨張係数が低いことが分かる。また
Ｃｕ添加量が本発明の範囲よりも多い例１０は確かに熱
膨張係数は低いが伸びが小さいことから実際には使用で
きないことが分かる。さらに例５から例８に示すＮｉ添
加のものの内特に例７と例８のＮｉ添加量の多いものは
低熱膨張係数を示すことが分かる。例１１に示す比較例
のものは熱膨張係数は低下しているが伸びが小さいこと
よりこれも実際には使用できないことが分かる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上に記述の如く、本発明のアルミニウ
ム合金は、Ｓｉの含有量が高く、さらに熱膨張係数低下
のためにＣｕを含有しているので、デフキャリア等に鉄
製品と組み合わせて使用しても隙間の出来ないダイカス
ト鋳造品を得ることが出来る。また本発明の合金組成を
有するデフキャリア及びハウジングは機械的強度が高い
ので、鋳造後の熱処理をせずともそのまま使用すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デフキャリア・ハウジングの一例を示す斜視図
である。

【図２】Ｓｉ添加量と熱膨張係数の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１デフキャリア２デフハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ：１１〜１２重量％、Ｃｕ：３〜４
重量％を含有し、残部が実質的にＡｌからなる組成を有
することを特徴とするダイカスト鋳造用低熱膨張アルミ
ニウム合金。
【請求項２】Ｓｉ：１１〜１２重量％、Ｃｕ：３〜４
重量％、Ｎｉ：３．５重量％以下を含有し、残部が実質
的にＡｌからなる組成を有することを特徴とするダイカ
スト鋳造用低熱膨張アルミニウム合金。
【請求項３】前記アルミニウム合金が１８×１０^-6〜
２０×１０^-6／℃の熱膨張係数を有することを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載のダイカスト鋳造用低熱
膨張アルミニウム合金。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のアルミニウム合金で形成したことを特徴とする自動車
部品。
【請求項５】前記自動車部品がディファレンシアル用
キャリア又はディファレンシャル用ハウジングであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の自動車部品。