JPH09272944A - 高強度鋳造アルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents

高強度鋳造アルミニウム合金およびその製造方法

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JPH09272944A
JPH09272944A JP8666996A JP8666996A JPH09272944A JP H09272944 A JPH09272944 A JP H09272944A JP 8666996 A JP8666996 A JP 8666996A JP 8666996 A JP8666996 A JP 8666996A JP H09272944 A JPH09272944 A JP H09272944A
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JP
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aluminum alloy
cast
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alloy
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JP8666996A
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Yukio Okochi
幸男 大河内
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 析出強化を可能とすることにより、従来の非
熱処理型の高強度鋳造アルミニウム合金より更に強度を
向上させた高強度鋳造アルミニウム合金を提供する。 【解決手段】 重量%で、Zn:6〜8%、Mg:3〜
6%、Mn:0.3〜1.0%、Ti:0.01〜0.
3%、B:0.01〜0.1%、および残部:Alおよ
び不可避不純物から成り、鋳造状態から直接に時効処理
した状態での引張強さが480MPa以上である。溶湯
を冷却速度100℃/秒以上で鋳造し、鋳造状態から直
接に時効処理を行う。合金中に、更に粒径0.1μm以
下のセラミック粒子が0.05〜0.2体積%存在する
と、これが凝固核となって晶出物および結晶粒が微細化
し、強度および靱性が更に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度鋳造アルミ
ニウム合金およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金は、板や押出形材等の
展伸材と、ダイカスト等の鋳造材とに大別され、それぞ
れ熱処理により析出強化して用いる熱処理型合金と、熱
処理せずに用いる非熱処理型合金とに分類される。本発
明者は、特開平8−20832号公報において、熱処理
せずに鋳放し状態で用いる非熱処理型の高強度高靱性ア
ルミニウム合金を提案した。この合金は、重量%で、M
g:3〜5%、Zn:3〜5%、Mn:0.3〜1.0
%、B:0.005〜0.06%、Ti,Zr,Cr,
Vから選択される元素:0.05〜0.8%、残部Al
および不可避不純物から成る化学組成を有する。Ti,
Zr,Cr,Vは、一部が溶湯中で微細な硼化物粒子と
して分散し凝固核となってマトリクスの結晶粒を微細化
して強度・靱性の向上に寄与し、残りが凝固過程で金属
間化合物として晶出して強度向上に寄与する。
【0003】上記提案の合金は、鋳放し状態で高強度お
よび高靱性を兼備した優れた合金であるが、溶湯中およ
び鋳造過程での晶出を利用して強化しているため、鋳造
後には析出強化に寄与できる元素が固溶状態で残ってお
らず、時効処理による析出強化は原理的に利用すること
ができないので、引張強さは最高でも410MPaどま
りであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、析出強化を
可能とすることにより、上記従来の非熱処理型の高強度
鋳造アルミニウム合金より更に強度を向上させた高強度
鋳造アルミニウム合金を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、重量%で、Zn:6〜8%、Mg:3〜6%、
Mn:0.3〜1.0%、Ti:0.01〜0.3%、
B :0.01〜0.1%、および残部:Alおよび不
可避不純物から成り、鋳造状態から直接に時効処理した
状態での引張強さが480MPa以上であることを特徴
とする高強度鋳造アルミニウム合金によって達成され
る。
【0006】上記の目的は更に、本発明によれば、重量
%で、Zn:6〜8%、Mg:3〜6%、Mn:0.3
〜1.0%、Ti:0.01〜0.3%、B :0.0
1〜0.1%、および残部:Alおよび不可避不純物か
ら成るアルミニウム合金溶湯を、冷却速度100℃/秒
以上で鋳造し、鋳造状態から直接に時効処理を行うこと
を特徴とする高強度鋳造アルミニウム合金の製造方法に
よっても達成される。
【0007】本発明においては、前記従来の鋳造アルミ
ニウム合金に比べてZn含有量を増加させたことによ
り、合金マトリクスの固溶強化に加えて、鋳造状態から
直接の時効処理(すなわち溶体化処理せずに時効処理)
による析出強化を可能とし、従来合金では得られなかっ
た480MPa以上の引張強さを実現した。鋳造時に冷
却速度100℃/秒以上で急冷凝固させることにより、
(1) 結晶粒および金属間化合物を微細化して強度および
靱性を向上させ、(2) 鋳造過程での溶質元素の晶出およ
び析出を抑制し鋳造状態での固溶元素量を増加させ、鋳
放し状態での固溶強化と、鋳放し状態から溶体化処理を
経ない直接の時効処理による析出強化とにより強度を向
上させ、これにより480MPa以上の引張強さを得
る。
【0008】すなわち本発明の合金は、化学組成と、鋳
造状態から直接に時効処理した場合に480MPa以上
の引張強さを示す性質とにより特定されるものである。
そして本発明の合金の製造方法は、上記の性質を発現さ
せる具体的な手段として、上記化学組成を前提に、鋳造
を冷却速度100℃/秒以上で行う。本発明において用
いる時効処理の条件は、通常のアルミニウム合金と同様
に、温度110〜200℃、時間8〜24hrとするこ
とができる。
【0009】以下に、本発明において各成分の含有量を
限定した理由を説明する。なお、特に断りの無い限り本
明細書中では「%」は「重量%」の意味で用いる。 Zn:6〜8% Znは、Al中に固溶して固溶強化をすると共に、微細
なAlMgZn系金属間化合物を晶出あるいは析出させ
て分散強化をも行う効果がある。含有量が6%未満では
この効果が少なく、一方、8%を超えると金属間化合物
の量が過剰になって靱性が低下する結果、引張強さが低
下する。
【0010】Mg:3〜6% MgはZnと同様に固溶強化および分散強化の効果があ
る。含有量が3%未満ではこの効果が少なく、6%を超
えると金属間化合物の量が過剰になって靱性が低下する
結果、引張強さが低下する。 Mn:0.3〜1.0% MnもZnと同様に固溶強化および分散強化の効果があ
る。含有量が0.3%未満ではこの効果が少なく、1.
0%を超えると粗大なMn化合物の晶出して強度が低下
する。
【0011】Ti:0.01〜0.3%およびB :
0.01〜0.1% TiとBは金属間化合物TiB2 の形成して合金の結晶
粒を微細化し、強度および靱性を向上させる効果があ
る。TiまたはBのいずれか一方でも、上記含有量の下
限値未満になるとこの効果が少なく、上記含有量の上限
値を超えて含有しても効果の増加は頭打ちになる。
【0012】本発明の合金中に、更に粒径0.1μm以
下のセラミック粒子が0.05〜0.2体積%存在する
と、これが凝固核となって晶出物および結晶粒が微細化
し、強度および靱性が更に向上する。粒径が0.1μm
を超えると凝固核となり難い。また含有量が0.05体
積%未満ではその作用が少なく、0.2体積%を超えて
含有しても作用の増加は頭打ちになる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、実施例により本発明を更
に詳細に説明する。 〔実施例1〕表1中の合金1の成分配合となるように、
溶解原料としてAl,Mg,Znについては純金属粒子
(純度99.9%)を、Mn,Ti,Bについては各々
Al20Mn合金,Al10Ti合金,Al4B合金を
それぞれ秤量し、合計100gを準備した。これを黒鉛
坩堝内に容れて電気炉内に装入し、窒素ガス中で800
℃×2hrで溶解した。
【0014】この溶湯を図1に示す純銅製金型1にて鋳
造し、図2に示す鋳造材2を得た。金型1はキャビティ
10の最深部11が三方向に型面を持つので、最深部1
1で溶湯の冷却速度が最大になる。最深部11に設けた
熱電対(図示せず)により実測した鋳造時の冷却速度
は、液相線温度から固相線温度までの温度範囲の平均冷
却速度で140℃/秒であった。
【0015】凝固後の鋳造材2に130℃×20hrの
時効処理を施した。時効処理後の鋳造材2の、金型キャ
ビティー最深部11で形成された部分から引張試験片2
1を切り出した。 〔実施例2〕表1中の合金2の成分配合とした以外は、
実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試験片作製を行っ
た。
【0016】〔実施例3〕表1中の合金3からセラミッ
ク粉末を除いた成分配合とし、その他は実施例1と同様
に溶解までを行った。得られた溶湯中に、表1中の合金
3のセラミック粉末配合比となるように、粒径0.08
μm以下のSi3 4 粉末をアルミニウム箔に包んで投
入し、溶湯を十分に機械攪拌してから実施例1と同様に
鋳造を行った。次いで実施例1と同様に時効処理および
試験片作製を行った。
【0017】〔実施例4〕表1中の合金4からセラミッ
ク粉末を除いた成分配合とし、その他は実施例1と同様
に溶解までを行った。得られた溶湯中に、表1中の合金
4のセラミック粉末配合比となるように、粒径0.07
μm以下のSiC粉末をアルミニウム箔に包んで投入
し、溶湯を十分に機械攪拌してから実施例1と同様に鋳
造を行った。次いで実施例1と同様に時効処理および試
験片作製を行った。
【0018】〔比較例1〕表1中の合金C1の成分配合
とした以外は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試
験片作製を行った。この合金C1は、Zn含有量を本発
明の範囲未満の5%としたものである。 〔比較例2〕表1中の合金C2の成分配合とした以外
は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試験片作製を
行った。この合金C2は、Zn含有量を本発明の範囲を
超える9%としたものである。
【0019】〔比較例3〕表1中の合金C3の成分配合
とした以外は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試
験片作製を行った。合金C3は、Mg含有量を本発明の
範囲を超える7%としたものである。 〔比較例4〕表1中の合金C4の成分配合とした以外
は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試験片作製を
行った。合金C4は、Mg含有量を本発明の範囲未満の
2%としたものである。
【0020】〔比較例5〕表1中の合金C5の成分配合
とした以外は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試
験片作製を行った。合金C5は、Mn,Ti,Bの含有
量をそれぞれ本発明の範囲を超える1.3%,0.4
%,0.15%としたものである。 〔比較例6〕表1中の合金C6の成分配合とした以外
は、実施例1と同様に溶解、鋳造、時効、試験片作製を
行った。合金C6は、Mn,Ti,Bの含有量をそれぞ
れ本発明の範囲未満の0.2%,0%(無添加),0%
(無添加)としたものである。
【0021】実施例1〜4および比較例1〜6で作製し
た試験片の引張試験結果を表1にまとめて示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示したように、本発明の合金1〜4
は、従来の鋳造アルミニウム合金では得られなかった4
80MPa以上の高い引張強さが得られた。特に、セラ
ミック粉末を添加した合金3,4は、更に高い引張強さ
500MPaが得られた。比較例の合金C1〜C6の結
果から分かるように、成分含有量が本発明の範囲未満で
あっても、逆に本発明の範囲を超えた場合も、引張強さ
が低下した。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
析出強化を可能としたことにより、従来の非熱処理型の
高強度鋳造アルミニウム合金より更に強度を向上させた
高強度鋳造アルミニウム合金が提供される。更に溶湯中
に適量のセラミック微粒子を添加して凝固核として作用
させると、晶出物およびマトリクス結晶粒が微細化され
強度および靱性が更に向上する。
【0025】また、本発明の高強度鋳造アルミニウム合
金は、鋳放し状態から溶体化熱処理をせずに直接に時効
処理することにより高い強度が得られる。したがって、
500℃前後の比較的高温を要する溶体化処理は不要で
あり、150℃前後の比較的低温で行えばよい時効処理
のみで十分なため、溶体化と時効とを必要とする従来の
熱処理型合金に比べて、熱処理コストを大幅に低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による鋳造を行うための金型を
示す断面図である。
【図2】図2は、図1の金型により鋳造した鋳造材を示
す斜視図である。
【符号の説明】
1…金型 2…鋳造材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Zn:6〜8%、 Mg:3〜6%、 Mn:0.3〜1.0%、 Ti:0.01〜0.3%、 B :0.01〜0.1%、および 残部:Alおよび不可避不純物 から成り、鋳造状態から直接に時効処理した状態での引
    張強さが480MPa以上であることを特徴とする高強
    度鋳造アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 更に粒径0.1μm以下のセラミック粒
    子を0.05〜0.2体積%含有する請求項1記載の高
    強度鋳造アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 重量%で、 Zn:6〜8%、 Mg:3〜6%、 Mn:0.3〜1.0%、 Ti:0.01〜0.3%、 B :0.01〜0.1%、および 残部:Alおよび不可避不純物 から成るアルミニウム合金溶湯を、冷却速度100℃/
    秒以上で鋳造し、鋳造状態から直接に時効処理を行うこ
    とを特徴とする高強度鋳造アルミニウム合金の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記アルミニウム合金溶湯が、更に粒径
    0.1μm以下のセラミック粒子を0.05〜0.2体
    積%含有する請求項3記載の高強度鋳造アルミニウム合
    金の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100703130B1 (ko) * 2005-06-24 2007-04-06 한국기계연구원 비열처리형 고연성 알루미늄 주조합금 및 그 제조방법
CN115505806A (zh) * 2022-10-21 2022-12-23 山东南山铝业股份有限公司 一种高强韧变形铝合金及其制备方法

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