JPH10298689A

JPH10298689A - 高靱性アルミニウム合金ダイカスト

Info

Publication number: JPH10298689A
Application number: JP10595097A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Morita; 茂隆森田; Toshifumi Kikuchi; 俊史菊地; Atsuhito Seki; 篤人関
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム合金ダイカストを、自動車用部
品の強度部材に適用して生産性を良くして軽量化を図
る。【解決手段】気孔率１％以下、共晶Ｓｉの円相当径が
２μｍ以下、または更に共晶Ｓｉの円形度が７０％以
上、Ｓｉ以外の晶出物の面積率が０．５％以下として、
好ましくは引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）の３倍の数値と伸び
（％）の４０倍の数値との無次元合計値で表わされる強
度指数を１，１００以上とし、高温短時間保持後急冷の
溶体化処理、または更に人工時効処理を行う熱処理を施
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高靱性アルミニウ
ム合金ダイカストに関し、詳しくは自動車用部品の懸架
装置部品のナックルステアリング、操舵部品のステアリ
ングホイール用芯金や、車体を構成するクロスメンバ
ー、スペースフレームの継手、シートフレームなど、強
い引張強さと大きな伸びが要求される強度部材をダイカ
スト鋳造後に熱処理を施して得ることができる高靱性ア
ルミニウム合金ダイカストに関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイカスト法は金型に溶湯を高速で鋳込
む鋳造法であり、薄肉で寸法精度と鋳肌の優れた鋳物を
短時間で大量に生産することができる。そのため、この
ダイカスト法によるアルミダイカストは強度をさほど必
要としない工業部品に広く使用されている。

【０００３】ところで、アルミニウム合金鋳物は、溶体
化処理や人工時効処理などの熱処理を施して、引張強
さ、０．２％耐力、伸びなどの機械的性質を向上させる
ことが行われている。たとえば金型内に酸素を吹き込ん
で射出を行うダイカスト法や、真空ダイカスト法で鋳造
した後熱処理を施して強度部材を実用化とすることがは
じめられている。

【０００４】そして、特公平４−７１９８３号公報に
は、低圧鋳造法や溶湯鍛造法などで加圧鋳造の後、熱処
理を施すことによって、高靱性の加圧鋳造用高力アルミ
ニウム合金を得る開示がある。この特公平４−７１９８
３号公報に開示された加圧鋳造用高力アルミニウム合金
について詳述すれば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇからなる
合金系、即ち重量％で、Ｓｉ：５〜１３％、Ｃｕ：１〜
５％、Ｍｇ：０．１〜０．５％を含むアルミニウム合金
に、Ｓｒ：０．００５〜０．３％と少量添加し、加圧鋳
造後の合金材にＴ６処理（溶体化処理に続いて人工時効
処理を行う熱処理）を施して、高い引張強さと伸び率を
与えようとするものである。

【０００５】また、特公平４−７１９８３号公報には、
Ｓｉ：５〜１３％、Ｃｕ：１〜５％、Ｍｇ：０．１〜
０．５％を含むアルミニウム合金に、Ｓｒ：０．００５
〜０．３％とＴｉ：０．０５〜０．５％を共存添加、ま
たはＳｒ：０．００５〜０．３％、Ｔｉ：０．０５〜
０．５％、Ｂ：０．０５〜０．３％の３種類の元素を共
存添加し、加圧鋳造後の合金材にＴ６処理を施して、高
靱性アルミニウム合金鋳物とする開示がある。そしてこ
の特公平４−７１９８３号公報によれば、引張強さ約４
００Ｎ／ｍｍ²、伸び約１１％が得られるとしている。

【０００６】上記特公平４−７１９８３号公報の第２頁
第４欄第９〜２３行には、熱処理について「熱処理に際
しての加熱温度はこの種の合金で通常適用される温度範
囲、すなわち溶体化処理においては、５００〜５２０
℃、人工時効処理においては１４０〜１８０℃が採用さ
れるが、この発明における溶体化時間は従来最高の引張
強さ、伸びを得るために必要とされる時間である４〜１
０時間を大幅に下まわる０．５〜２時間程度で十分満足
できる。なお、人工時効処理における加熱時間は、従来
この種の合金に適用される一般的な時間範囲４〜１０時
間が採用されるが、この際、この合金系の人工時効にあ
たって、しばしば採用される人工時効処理の室温時効処
理あるいは前段処理として施される６０〜１２０℃の温
度で数時間の２段時効処理を施してもよい。」との記載
があることから、溶体化の温度は「５００〜５２０
℃」、「極く短時間における熱処理」における溶体化時
間は「０．５〜２時間程度」と解される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の酸素
を吹き込んで射出を行うダイカスト法は、酸素吹き込み
時にアルミ溶湯と発熱反応が起こり金型寿命が短いこと
などから広く実用化されるまでには到っていない。

【０００８】アルミニウム合金鋳物に靱性と強度を付与
するためには、前述のとおり鋳造後の鋳物に溶体化処
理、または更に人工時効処理を施すことが必要となる。
ダイカスト品は、肉厚が通常１.０〜１.５ｍｍで、最大
肉厚でも５〜７ｍｍ程度のため、鋳造後の冷却速度が比
較的大きく、ＤＡＳ２（ＤｅｎｄｒｉｔｅＡｒｍＳ
ｐａｃｉｎｇ：デンドライト２次枝間隔）は２０μｍ以
下と、低圧鋳造などのＤＡＳ２の概略３０〜６０μｍに
比べミクロ組織が微細となる。この微細なミクロ組織を
粗大化させない適切な熱処理を施すことができれば、強
度部材を効率よく生産できるように思われる。

【０００９】ところが、アルミダイカストは、脱ガスな
どの処理を施したとしても、高速鋳込みのために低圧鋳
造法や溶湯鍛造法による鋳造品などと比べて空気の巻き
込みによるガス含有量が多くなり、場合によっては１０
０ｇ当たり１０ｃｃ以上のガスを含有している。そし
て、ガスを含有したアルミダイカストを熱処理すると、
図９に示すようにガスが膨張してフクレが発生し易くな
る。このようなアルミダイカストは、熱処理を施しても
機械的性質のばらつきが大きく、引張強さ２５０Ｎ／ｍ
ｍ²以上、伸び８〜１０％以上の引張特性が要求される
強度部材、例えば、自動車用部品の懸架装置部品のナッ
クルステアリング、操舵部品のステアリングホイール用
芯金、車体を構成するクロスメンバー、スペースフレー
ムの継手、シートフレームなどに適用して軽量化を図る
ことは難かしい。

【００１０】前記特公平４−７１９８３号公報には、こ
のような従来からの課題であるガスを含有するダイカス
ト品を熱処理する際に発生し易いフクレに対し、これ防
止することについては何等記載または示唆がされていな
い。

【００１１】本発明の課題は、アルミニウムダイカスト
の鋳造後に熱処理を施して、自動車用部品の懸架装置部
品のナックルステアリング、操舵部品のステアリングホ
イール用芯金や、車体を構成するクロスメンバー、スペ
ースフレームの継手、シートフレームなど、軽量化と同
時に引張強さと伸びが要求される強度部材を、効率的に
生産できる高靱性アルミダイカストを得ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ系（ＡＣ４Ａ系）のアルミニウム合金をダイカ
スト法で鋳造し、更に熱処理を施したダイカスト品につ
いて、気孔率、共晶部のＳｉ（以下、「共晶部のＳｉ」
を「共晶Ｓｉ」と略す。）の形態が、引張強さや伸びな
ど靱性に与える影響を調査した。即ち、Ｆｅを０．１９
〜０．３重量％と通常のダイカストに比べ低くして靱性
の低下を抑え、Ｍｎを０．００〜０．４９重量％添加
して金型への焼付き防止と針状のＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ化合
物を塊状化し、更にＭｇを０．００〜０．６０重量％と
した組成の溶湯を数種類溶製した。そして、強度部材の
ひとつである床板をダイカスト法で鋳造し、更に熱処理
を施して、熱処理後の気孔率と共晶Ｓｉの形態更に晶出
物が靱性に与える影響を鋭意研究した。その結果、熱処
理後のアルミダイカストの気孔率を１％以下、かつ共晶
Ｓｉの円相当径を２μｍ以下、または更に共晶Ｓｉの円
形度が７０％以上とすることにより、引張強さおよび伸
びを総合して高靱性になるとの知見を得、これを自動車
用部品の懸架装置部品のナックルステアリング、操舵部
品のステアリングホイール用芯金や、車体を構成するク
ロスメンバー、スペースフレームの継手、シートフレー
ムなどに適用して軽量化できることを見出し本発明に想
到した。

【００１３】即ち、本発明の高靱性アルミニウム合金ダ
イカストは、重量比で、Ｓｉ：４〜１３％、Ｍｇ：０．
７％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｆｅ：０．３％以下を含
み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり熱処理を施
された高靱性アルミニウム合金ダイカストであって、気
孔率１％以下、共晶Ｓｉの円相当径が２μｍ以下である
ことを特徴とする。

【００１４】または更に、前記共晶Ｓｉの円形度が７０
％以上であり、前記Ｓｉ以外の晶出物の面積率が０．５
％以下であることを特徴とする。

【００１５】前記高靱性アルミニウム合金ダイカスト
は、鋳造後５２０〜５６０℃に加熱して１秒〜２時間保
持後急冷する溶体化処理、好ましくは５４０〜５６０℃
に加熱して１分〜１時間保持後急冷する溶体化処理を行
うことを特徴とする。または更に、溶体化処理に続いて
人工時効処理を行う熱処理を施すことを特徴とする。

【００１６】そして、上記高靱性アルミニウム合金ダイ
カストは、引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）の３倍の数値と伸び
（％）の４０倍の数値との合計値を無次元で表わされる
強度指数が１，１００以上であることを特徴とする。

【００１７】本発明の高靱性アルミニウム合金ダイカス
ト（以下「アルミニウム合金ダイカスト」という。）の
化学組成（重量％）および熱処理条件の限定理由は以下
のとおりである。

【００１８】（１）Ｓｉ：４〜１３％Ｓｉは、湯流れ性などの鋳造性や、靱性に影響を及ぼ
す。Ｓｉが４％未満では湯流れ性が悪くなる。一方Ｓｉ
が１３％をこえると靱性を低下させる。従ってＳｉ：４
〜１３％とする。好ましくはＳｉ：７〜１０％である。

【００１９】（２）Ｍｇ：０．７％以下Ｍｇは、溶体化処理および時効処理の熱処理を施すこと
によってＭｇ₂Ｓｉを析出させて強度を向上させる。し
かし、Ｍｇ含有量が０．７％を超えると、引張強さと
０．２％耐力は高くなるが、伸びが低下する。従って、
Ｍｇ：０．７％以下とする。なお本発明では、Ｍｇ０．
００％、即ちＭｇを含有しない場合に、溶体化５４０℃
×１時間、時効処理１４０℃×３時間で、引張強さ約１
８０Ｎ／ｍｍ²、伸び２０％、強度指数（＝３×引張強
さ＋４０×伸び）１３４０を得ることができる。従っ
て、Ｍｇ：０．７％以下とはＭｇ：０．００％を含むも
のである。

【００２０】（３）Ｃｕ：５％以下Ｃｕは時効処理を施すことによって合金強度を向上させ
るが、Ｃｕ：５％を超えると、引張強さと０．２％耐力
は高くなるが、伸びが低下する。従って、Ｃｕ：５％以
下とする。ここで、Ｃｕ：５％以下とは、Ｃｕ：０％を
含むものとする。

【００２１】（４）Ｆｅ：０．３％以下Ｆｅが多量に存在すると、図１０に示すような針状晶の
Ｆｅ化合物を形成し靱性の低下を招く。従ってＦｅ：
０．３％以下を限度とする。

【００２２】（５）気孔率：１％以下気孔率は、用いたアルミニウム合金の真比重と熱処理後
のみかけ比重から算出する。アルミニウム合金ダイカス
トに発生する気孔そのものの形状は、できる限り円形
で、かつ微細であって、気孔が繋がっていない状態が好
ましく、気孔率：１％以下でこの条件を満足する。

【００２３】（６）共晶Ｓｉの円相当径：２μｍ以下共晶Ｓｉとは、共晶部に存在するＳｉをいう。また、共
晶Ｓｉの円相当径とは、共晶Ｓｉが粒状に出てくる形態
を円形度で定義し、１０００倍で観察した共晶Ｓｉ粒子
と同じ面積を持つ円の直径に換算して求めた。アルミニ
ウム合金ダイカストを、５２０〜５６０℃×１秒〜２時
間保持、好ましくは５４０〜５６０℃×１分〜１時間保
持した後急冷する溶体化処理により、０．２％耐力、引
張強さがより高いレべルとなる。これは共晶Ｓｉの円相
当径が１．５〜２．０μｍと微細のままになっているた
めであり、また、アルミニウム合金ダイカスト中に含ま
れるガスが熱処理により膨張して発生するブリスターが
２０μｍ程度と粗大化していないためである。このこと
から、共晶Ｓｉの円相当径：２μｍ以下とする。

【００２４】（７）共晶Ｓｉの円形度：７０％以上共晶Ｓｉの円形度は下記の式で定義する。この定義によ
る共晶Ｓｉの円形度は、真円では１００（％）であり、
共晶Ｓｉの円形への程度を表示する。従って、円形度
（％）の値が大きいほど共晶Ｓｉの形状が真円に近く、
丸くなっていることを示す。共晶Ｓｉの円形度（％）＝［（粒子面積（Ｓ）／計測した粒子と同じ周囲長（Ｌ）を持つ円の面積） ×１００（％）］＝［（４πＳ／Ｌ² ）×１００（％）］ただし、Ｓ：粒子面積（μｍ²）、Ｌ：粒子の周囲長
（μｍ）アルミニウム合金ダイカストを、５４０〜５６０℃×１
分〜１時間で溶体化後急冷の溶体化処理を施すことよ
り、０．２％耐力、引張強さがより高いレべルとなり、
このときの共晶Ｓｉの円形度は７０％以上と大きくな
る。

【００２５】（８）Ｓｉ以外の晶出物の面積率：０．５
％以下Ｓｉ以外の晶出物としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミ
ニウム合金ではアルミとマグネシウムの化合物、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系アルミニウム合金ではアルミと銅
の化合物などがあり、アルミニウム合金ダイカストを５
２０℃以下の温度で溶体化したのでは、Ｍｇ₂ＳｉやＡ
ｌ₂Ｃｕなどの晶出物が残る。５２０℃を超える温度で
溶体化を行うことにより、Ｓｉ以外の晶出物をゼロに近
く、０．５％以下にすることができる。なお、このＳｉ
以外の晶出物の面積率の測定は画像処理によって行う。
本発明のアルミニウム合金ダイカストでは、Ｓｉ以外の
晶出物の面積率をＭｇ₂ＳｉとＡｌ₂Ｃｕ化合物の面積率
（％）で評価した。

【００２６】（９）溶体化処理：５２０〜５６０℃×１
秒〜２時間保持、好ましくは５４０〜５６０℃×１分〜
１時間保持後急冷５２０〜５６０℃×１秒〜２時間保持、好ましくは５４
０〜５６０℃×１分〜１時間保持後急冷する溶体化処
理、即ち、高温短時間保持後急冷の溶体化処理により、
凝固過程で生じた偏析の多くが固溶されて解消される。

【００２７】（１０）時効処理：高温短時間保持後急冷
する溶体化処理後、更に人工時効処理高温短時間保持後
急冷する溶体化処理の後、更に人工時効処理を施すこと
で時効析出させて、０．２％耐力、引張強さ、および伸
びを向上させる。好ましくは、時効処理は、１４０℃の
温度で３時間施す。

【００２８】（１１）無次元合計値で表わされる強度指
数［３×引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）＋４０×伸び
（％）］：１，１００以上引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）の３倍の数値と、伸び（％）の
４０倍の数値とを合計した無次元合計値を強度を示す指
数とする。本発明のアルミニウム合金ダイカストは、例
えば、引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ²で伸びが１２％であ
れば、強度指数が３×２５０＋４０×１２＝１，２３０
となる。強度指数が１，１００以上であれば、引張強さ
と伸びのバランスがとれたアルミニウム合金ダイカスト
となり、強度部材として適用できる。一方、従来のアル
ミダイカストは、引張強さが２３０Ｎ／ｍｍ²程度、伸
びが３％程度であるので、強度指数は、３×２３０＋４
０×３＝８１０程度である。

【００２９】なお、高温短時間保持後急冷の溶体化処理
後、更に人工時効処理を施したアルミニウム合金ダイカ
ストは、デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）
が約８μｍと低圧鋳造法や溶湯鍛造法などによるものと
比べて小さく、微細な結晶組織となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。［実施の形態１］（１）アルミニウム合金ダイカストの組成強度部材へ適用するため表１に示すＡ１−８％Ｓｉ−Ｍ
ｇ系（ＡＣ４Ａ）組成のアルミニウム合金を溶製した。

【００３１】

【表１】

【００３２】通常のダイカスト法では金型との焼付きを
防止するためＦｅ：１％程度含有するアルミニウム合金
を使用するが、靱性低下の原因になるので、表１に示す
ように、Ｆｅ：０．２０％と低くしている。Ｆｅを少な
くすると、塊状の析出物は少なくなり靱性を維持するこ
とはできるが、一方、金型と焼付きやすくなる。この焼
付きを防止するため、Ｍｎ：０．３９％含有させて焼付
き防止を図っている。また溶湯処理は、酸化膜除去と水
素除去を目的としてガスバブリングによる脱ガス処理を
行った。

【００３３】（２）ダイカスト条件型締め力３５０ｔ、鋳造圧力１４Ｎ／ｍｍ²、プランジ
ャチップが直径９０ｍｍで３連のリングチップ付き、図
８に示す３００角の床板のキャビティを形成した金型に
粉体離型剤を塗布し、減圧バルブ付きのダイカストマシ
ンを使用した。アルミニウム合金溶湯は、金型を型締め
後、温度７００℃でスリーブ内に充填率３４％で給湯口
より注入し、低速射出時のプランジャチップ平均速度を
０．５４ｍ／ｓ、高速射出時のプランジャ平均速度を
１．８ｍ／ｓとして、キャビティ内に充填した。途中、
プランジャチップが給湯口を塞いだ時点から減圧バルブ
を作動させて減圧を開始し、キャビティ内圧力が絶対圧
８ｋＰａ（大気圧基準で−０．９２ｋｇ／ｃｍ² ）とし
て溶湯や離型剤ほかから発生するガス量を減少させ、高
速射出直前に減圧バルブを閉じた。

【００３４】（３）熱処理条件鋳造して得られた図８の床板に対し表２に示す各種条件
での熱処理を施した。表２で、「Ｆ」は鋳造のままで熱
処理を施さないもの、「Ｔ５」は人工時効処理のみを施
したもの、「Ｔ６」は溶体化処理後人工時効処理を施し
たものを示す。なお、この熱処理での温度は材料の温度
を示す。溶体化処理は、温度を４８０〜５６０℃、時間
を１分〜４時間の範囲で変えて行った。また、溶体化処
理の昇温速度は１５〜１８℃／ｍｉｎとした。

【００３５】

【表２】

【００３６】（４）アルミダイカストの組織調査組織調査の結果を表２に、熱処理条件と並べて示す。

【００３７】（５）機械的性質機械的性質は図８の床板の肉厚２ｍｍの天井部から、肉
厚１．５ｍｍの平板状試験片を採取し、０．２％耐力、
引張強さ、伸びを試験した。そして、３×引張強さ（Ｎ
／ｍｍ²）＋４０×伸び（％）を計算して無次元指数と
した。

【００３８】

【表３】

【００３９】表２および表３から次のことがわかる。（Ｎｏ．１のＦ材）ダイカスト鋳造のままで熱処理をし
ないＮｏ．１のＦ材は、気孔率が０．０１％と少なく、
かつ共晶Ｓｉ円相当径も１．１２μｍと小さいが、共晶
Ｓｉの円形度が２４％しかなく、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が
１．０％と多い。このためＮｏ．１のＦ材は、０．２％
耐力が１３５．２Ｎ／ｍｍ²、引張強さ２３９．７Ｎ／
ｍｍ² あるが、伸びが４．３％程度と小さく、引張強さ
と伸びを総合した強度指数［＝３×引張強さ（Ｎ／ｍｍ
²）＋４０×伸び（％）］が８９１であり、強度部材と
して適用するにはまだまだ靱性が足りない。

【００４０】（Ｎｏ．２のＴ５材）ダイカスト鋳造後、
１４０℃で３時間の人工時効処理を施したＮｏ．２のＴ
５材は、気孔率が０．０１％と少なく、かつ共晶Ｓｉ円
相当径も１．１６μｍと小さいが、共晶Ｓｉの円形度が
２６％しかなく、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が１．０％と多
い。このため、０．２％耐力が１５８．６Ｎ／ｍｍ²、
引張強さ２５３．０Ｎ／ｍｍ²であるが、伸びが３．１
％程度と小さく、強度指数は８８３であり、強度部材と
して適用するにはまだまだ靱性が足りない。

【００４１】（Ｎo．３〜６のＴ６材）ダイカスト鋳造
後、４８０℃で０．０２時間（１分間）〜４時間保持後
急冷の溶体化処理に続き、１４０℃で３時間保持の人工
時効処理を施したＮｏ．３〜６のＴ６材では、気孔率が
０．１９〜０．２８％と少なく、かつ共晶Ｓｉ円相当径
も１．４３〜１．７７μｍと小さく、また共晶Ｓｉの円
形度は６４〜７３％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．５〜
０．８％のものは、０．２％耐力が１１６．２〜１２
３．２Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２０６．１〜２１４．４
Ｎ／ｍｍ²とＦ材やＴ５材に比較して小さい。一方、伸
びが７．１〜９．９％とＦ材やＴ５材に比較して大きい
ため、強度指数が９０２〜１，０３９となり、伸びを要
求される強度部材には適用することが可能である。

【００４２】（Ｎｏ．７〜１０のＴ６材）ダイカスト鋳
造後、５００℃で０．０２時間（１分間）〜４時間保持
後急冷の溶体化処理に続き、１４０℃で３時間保持の人
工時効処理を施したＮｏ．７〜１０のＴ６材は、気孔率
が０．１９〜０．３４％と少なく、かつ共晶Ｓｉ円相当
径も１．４６〜１．８７μｍと小さく、また共晶Ｓｉの
円形度が６５〜７４％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．１〜
０．２％であり、０．２％耐力が１４３．３〜１６４．
０Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２３７．１〜２５１．７Ｎ／
ｍｍ²とＦ材やＴ５材と同等になっている。更に伸びが
６．５〜９．１％とＦ材やＴ５材に比較して大きいた
め、強度指数が９７１〜１０９０となり、０．２％耐
力、引張強さ、および伸び共に要求される強度部材とし
て適用することが可能である。

【００４３】（Ｎｏ．１１〜１３のＴ６材）ダイカスト
鋳造後、５２０℃で０．０２時間（１分間）〜２時間保
持後急冷の溶体化処理に続き、１４０℃で３時間保持の
人工時効処理を施したＮｏ．１１〜１３のＴ６材は、気
孔率が０．２６〜０．３０％と少なく、かつ共晶Ｓｉ円
相当径も１．４９〜１．９７μｍと小さく、また共晶Ｓ
ｉの円形度が７０〜７６％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．
０〜０．１％であり、０．２％耐力が１４８．９〜１６
５．８Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２４２．２〜２５６．０
Ｎ／ｍｍ²と大きくなっている。更に伸びが６．４〜
７．５％と大きいため、強度指数が１，００５〜１，０
２７となり、０．２％耐力、引張強さ、および伸び共に
要求される強度部材として適用することが可能である。

【００４４】（Ｎｏ．１４のＴ６材）ダイカスト鋳造
後、５４０℃で０．０２時間（１分間）保持後急冷の溶
体化処理に続き、１４０℃で３時間保持の人工時効処理
を施したＮｏ．１４の金属顕微鏡組織写真（倍率：１０
０倍）を図１に示す。気孔率が０．６４％と少なく、か
つ共晶Ｓｉ円相当径も１．５６μｍと小さく、また共晶
Ｓｉの円形度が７６％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．０％
であり、０．２％耐力が１６０．３Ｎ／ｍｍ² 、引張強
さが２６１．４Ｎ／ｍｍ² と大きくなっていた。更に伸
びが７．６％と大きいため、強度指数は１，０８８とな
り、０．２％耐力、引張強さ、および伸び共に要求され
る強度部材として適用することが可能である。

【００４５】（Ｎｏ．１５のＴ６材）ダイカスト鋳造
後、５４０℃で１時間保持後急冷の溶体化処理に続き、
１４０℃で３時間保持の人工時効処理を施したＮｏ．１
５の金属顕微鏡組織写真（倍率：１００倍）を図２に示
す。気孔率は０．７９％と少なく、かつ共晶Ｓｉ円相当
径も１．９２と小さく、また共晶Ｓｉの円形度が７５
％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．０％であり、０．２％耐
力が１７３．２Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２７１．２Ｎ／
ｍｍ²と大きくなっていた。更に伸びが９．４％と大き
いため、強度指数は１，１９０となり、０．２％耐力、
引張強さ、および伸び共に要求される強度部材として適
用することが可能である。

【００４６】（Ｎｏ．１６、１７のＴ６材）ダイカスト
鋳造後、５５０℃で０．０２時間（１分間）〜０．５時
間（３０分）保持後急冷の溶体化処理に続き、１４０℃
で３時間保持の人工時効処理を施したＮｏ．１６、１７
のＴ６材は、気孔率が０．４５〜０．９４％で、共晶Ｓ
ｉ円相当径が０．９７〜１．８５μｍ、また共晶Ｓｉの
円形度が７７〜７８％、Ｍｇ ₂Ｓｉの面積率が０．０％
であり、０．２％耐力が１５３．９〜１５６．７Ｎ／ｍ
ｍ² 、引張強さが２３８．９〜２５０．８Ｎ／ｍｍ²、
伸びが５．６〜９．２％、強度指数は９４１〜１，１２
０であった。Ｎｏ．１７は気孔率が０．９４％と多い
ため強度指数が若干低下しているが、強度部材として適
用することは可能である。

【００４７】（Ｎｏ．１８のＴ６材）ダイカスト鋳造
後、５６０℃で極短時間の０．０２時間（１分間）保持
後急冷の溶体化処理に続き、１４０℃で３時間保持の人
工時効処理を施したＮｏ．１８のＴ６材は、気孔率が
０．７５％で、共晶Ｓｉ円相当径が１．９７μｍ、また
共晶Ｓｉの円形度が７９％、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率が０．
０％であり、０．２％耐力が１５６．３Ｎ／ｍｍ² 、引
張強さが２４６．３Ｎ／ｍｍ²、伸びが６．６％、強度
指数が１，００３あるので、強度部材として適用するこ
とは可能である。

【００４８】以上、Ｎｏ．６、８〜１８材は、気孔率が
１．０％以下でかつ共晶Ｓｉの円相当径が２μｍ以下と
し、更に共晶Ｓｉの円形度が７０％以上、Ｓｉ以外の晶
出物の面積率が０．５％以下であるので、引張強さおよ
び伸びを総合したアルミニウム合金ダイカストとなって
いる。

【００４９】そして、共晶Ｓｉの円相当径と円形度は共
に、溶体化温度が高く、時間が長いほど大きくなる傾向
にある。これは共晶Ｓｉが溶体化によりＳｉの拡散が進
み大きく丸くなるものと考えられる。

【００５０】また、共晶Ｓｉの円形度は、溶体化温度が
高くなると到達するレベルが上がり、到達時間も短くな
る。５４０℃で１分保持の溶体化では円形度は７６％と
十分に丸くなっており、機械的性質も満足できる値とな
っている。更に、Ｍｇ₂Ｓｉの面積率は溶体化温度が高
く、時間が長いほど減少するが、特に温度の影響が大き
い。溶体化温度が４８０℃では固溶が進まず多くの、Ｍ
ｇ ₂Ｓｉが残留しているのに対し、５００℃以上でかな
り減少している。特に５４０℃で１分間保持し溶体化し
た場合には、、Ｍｇ₂Ｓｉが観察されておらず、Ｍｇ₂Ｓ
ｉを固溶させるためには、なるべく高温で溶体化するの
が好ましい。

【００５１】（比較例のＮｏ．２１〜２５のＴ６材）ダ
イカスト鋳造後、５２０〜５６０℃で０．５時間（３０
分間）〜４時間保持後急冷の溶体化処理に続き、１４０
℃で３時間保持の人工時効処理を施したものでも、比較
例のＮｏ．２１は気孔率が０．３２％であるが共晶Ｓｉ
円相当径が２．１０μｍと大きく、Ｎｏ．２２〜２５
は、共晶Ｓｉの円形度が７６〜７９％、Ｍｇ₂Ｓｉの面
積率が０．０％の範囲であっても、気孔率が１．２１〜
２．８７％と多く、共晶Ｓｉの円相当径が２．２７〜
２．６１μｍと大きいものは、０．２％耐力が１３２．
６〜１５７．７Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが１４２．０〜２
２５．０Ｎ／ｍｍ² 、伸びが１．６〜５．５％である。
引張強さと伸びを総合した強度指数は４９０〜８７３と
なっており、気孔率が１．０％以下でかつ共晶Ｓｉの円
相当径が２μｍ以下でないと、引張強さまたは伸びの何
れか一方または双方が不足して強度指数が低下するもの
と思われる。図３は、５４０℃で２時間保持後急冷の溶
体化処理に続いて１４０℃で３時間保持の人工時効処理
を施した比較例Ｎｏ．２２の金属顕微鏡組織写真（倍
率：１００倍）を示す図である。Ｎｏ．２２は、気孔率
が１．３９％、共晶Ｓｉの円相当径が２．２７μｍ、共
晶Ｓｉの円形度が７６％、Ｓｉ以外の晶出物面積率が
０．０％であり、強度指数は４９０であった。

【００５２】［実施の形態２］次に、Ｍｇ：０．０％、
０．２％、０．３％、０．４％、０．６％とした表４の
組成で、実施の形態１と同じ鋳造条件でダイカストし、
その後の熱処理の有無、５４０℃で１．０時間保持後急
冷の溶体化処理に続いての時効処理の有無、および時効
処理条件を変えて得たアルミニウム合金ダイカストから
試験片を切り出し、０．２％耐力、引張強さ、伸び、お
よび強度指数を調査した。その結果を表５に示す。

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】表５から次のことがわかる。（Ｎｏ．１、５、９、１３、１７のＦ材）ダイカスト鋳
造後、熱処理を施さない、Ｎｏ．１のＭｇ：０．０％、
Ｎｏ．５のＭｇ：０．２％、Ｎｏ．９のＭｇ：０．３
％、Ｎｏ．１３のＭｇ：０．４％、Ｎｏ．１７のＭｇ：
０．６％を含有するＦ材は、０．２％耐力が１０４．２
〜１４５．１Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２１８．３〜２３
１．５Ｎ／ｍｍ² 、伸びが２．８〜６．７％であり、強
度指数は８０７〜９２３の範囲にあるが比較的小さく、
強度部材として適用することは難しい。

【００５６】（Ｎｏ．２、６、１０、１４、１８のＴ４
材）ダイカスト鋳造後、５４０℃で１時間保持後急冷す
る溶体化処理後、自然時効処理を行ったＮｏ．２のＭ
ｇ：０．０％、Ｎｏ．６のＭｇ：０．２％、Ｎｏ．１０
のＭｇ：０．３％、Ｎｏ．１４のＭｇ：０．４％、Ｎ
ｏ．１８のＭｇ：０．６％を含有するＴ４材は、０．２
％耐力が８２．７〜１６８．２Ｎ／ｍｍ²、引張強さが
１７９．４〜２５９．３Ｎ／ｍｍ²とＭｇ含有量が多く
なるに従い増加している。一方、伸びは５．０〜１９．
４％とＭｇ含有量が多くなるに従い減少している。引張
強さと伸びを総合した強度指数は９７８〜１，３１４あ
り、引張強さまたは伸びの何れを重視するかで、適当な
Ｍｇ含有量のＴ４材として強度部材に適用することが可
能である。

【００５７】（Ｎｏ．３、７、１１、１５、１９のＴ６
材）ダイカスト鋳造後、５４０℃で１時間保持後急冷す
る溶体化処理した後、１４０℃で３時間保持の人工時効
処理を施した、Ｎｏ．３のＭｇ：０．０％、Ｎｏ．７の
Ｍｇ：０．２％、Ｎｏ．１１のＭｇ：０．３％、Ｎｏ．
１５のＭｇ：０．４％、Ｎｏ．１９のＭｇ：０．６％を
含有するＴ６材は、０．２％耐力が８０．８〜２３８．
０Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが１８１．０〜３１３．２Ｎ／
ｍｍ²とＭｇ含有量が多くなるに従い増加している。一
方、伸びは２２．９〜５．４％とＭｇ含有量が多くなる
に従い減少している。引張強さと伸びを総合した強度指
数は１，１１３〜１，４５９あり、引張強さまたは伸び
の何れを重視するかで、適当なＭｇ含有量のＴ６材とし
て強度部材に適用することが可能である。

【００５８】（Ｎｏ．４、８、１２、１６、２０のＴ６
材）ダイカスト鋳造後、５４０℃で１時間保持後急冷す
る溶体化処理した後、１８０℃で３時間保持の人工時効
処理を施した、Ｎｏ．４のＭｇ：０．０％、Ｎｏ．８の
Ｍｇ：０．２％、Ｎｏ．１２のＭｇ：０．３％、Ｎｏ．
１６のＭｇ：０．４％、Ｎｏ．２０のＭｇ：０．６％を
含有するＴ６材は、０．２％耐力が７９．３〜３２７．
９Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが１７６．５〜３５９．１Ｎ／
ｍｍ²とＭｇ含有量が多くなるに従い増加している。一
方、伸びは１７．６〜２．８％とＭｇ含有量が多くなる
に従い減少している。引張強さと伸びを総合した強度指
数は１，１０８〜１，２３４あり、引張強さまたは伸び
の何れを重視するかで、適当なＭｇ含有量のＴ６材とし
て強度部材に適用することが可能である。

【００５９】以上、Ｍｇ：０．０〜０．６％の範囲のＴ
４またはＴ６材は、０．２％耐力または引張強さを重視
する強度部材はＭｇ含有量を多くし、伸びを重視する強
度部材の場合はＭｇ含有量を少なく、また引張強さと伸
びとも必要な強度部材では、Ｍｇ：０．２〜０．４％で
適宜選定すればよい。また、０．２％耐力および引張強
さ、または強度指数においては、Ｔ４材に比較してＴ６
材のほうが優れている。人工時効温度は、０．２％耐力
および引張強さを必要とする強度部材では１８０℃が好
ましく、伸びを必要とする強度部材では１４０℃が好ま
しい。

【００６０】［実施の形態３］図４はアルミニウム合金
ダイカストからなる車体、図５は車体を構成するスペー
スフレームである。図５のスペースフレームは、Ｓｉ：
８％、Ｍｇ：０．３％、Ｃｕ：０．２％、Ｆｅ：０．１
％を含むアルミニウム合金を溶製した。そして、型締め
力８００ｔ、鋳造圧力１４Ｎ／ｍｍ² 、プランジャチッ
プが直径９０ｍｍでリングチップ付加、減圧バルブ付き
のダイカストマシンにより、粉体離型剤を塗布して、金
型を型締め後、溶湯温度７００℃でスリーブ内に注入
し、低速時のプランジャチップの平均速度を０．５４ｍ
／ｓ、高速時のプランジャの平均速度を１．８ｍ／ｓと
して、溶湯をスペースフレームを形成したキャビティ内
に充填した。減圧バルブを作動させ、キャビティ内圧力
が絶対圧８ｋＰａ（大気圧基準で−０．９２ｋｇ／ｃｍ
² ）として溶湯や離型剤ほかから発生のガス量を減少さ
せた。次に、鋳造で得られたスペースフレーム素材を、
５４０℃で１時間保持後急冷する溶体化処理のあと１４
０℃で３時間保持する人工時効処理を行う熱処理を施し
た。このスペースフレームから試験片を切り出し、組織
観察および機械的性質を調べた。その結果、気孔率が
０．６８％、共晶Ｓｉの円相当径が１．７６μｍ、共晶
Ｓｉの円形度が７５％、Ｍｇ₂Ｓｉ面積率０．０％であ
り、０．２％耐力が１７２Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２６
５Ｎ／ｍｍ² 、伸びが９％あり、強度指数は１，１５５
となって、高靱性のスペースフレームとなり軽量化する
ことができた。また、アルミ車体との溶接においても問
題なく行うことができた。

【００６１】［実施の形態４］図６はアルミニウム合金
ダイカストからなるステアリングホイール用芯金であ
る。図６のステアリングホイール用芯金は、実施例３と
同様の条件でダイカスト鋳造し、熱処理を施した。そし
てこのステアリングホイール用芯金から試験片を切り出
し、組織観察および機械的性質を調べた。その結果、気
孔率が０．７２％、共晶Ｓｉの円相当径が１．８３μ
ｍ、共晶Ｓｉの円形度が７６％、Ｍｇ₂Ｓｉ面積率が
０．０％であり、０．２％耐力が１７５Ｎ／ｍｍ²、引
張強さが２７０Ｎ／ｍｍ²、伸びが９．５％となり、強
度指数は１，１９０となって、高靱性のステアリングホ
イール用芯金となり軽量化することができた。

【００６２】［実施の形態５］図７はアルミニウム合金
ダイカストからなるシートフレームである。図７のシー
トフレームはサイアロン製プランジャスリーブで、３連
のリングチップ付きのプランジャチップを有するダイカ
ストマシンにより、減圧を付加してダイカスト鋳造し
た。更に、５４０℃で１時間保持後急冷の溶体化処理の
あと１４０℃で５時間人工時効処理を行った。そしてこ
のシートフレームから試験片を切り出し、組織観察およ
び機械的性質を調べた。その結果、気孔率が０．７４
％、共晶Ｓｉの円相当径が１．９０μｍ、共晶Ｓｉの円
形度が７２％、Ｍｇ₂Ｓｉ面積率が０．１％であり、
０．２％耐力が１７２Ｎ／ｍｍ² 、引張強さが２６７Ｎ
／ｍｍ²、伸びが８．５％となり、強度指数は１，１４
１となって、高靱性のシートフレームとなり軽量化する
ことができた。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、本発明の高
靱性アルミニウム合金ダイカストは、気孔率１％以下、
共晶Ｓｉの円相当径が２μｍ以下、または更に共晶Ｓｉ
の円形度が７０％以上、Ｓｉ以外の晶出物の面積率が
０．５％以下として、好ましくは引張強さ（Ｎ／ｍ
ｍ²）の３倍の数値と伸び（％）の４０倍の数値との無
次元合計値で表わされる強度指数を１，１００以上とし
ているので、自動車用部品の懸架装置部品のナックルス
テアリング、操舵部品のステアリングホイール用芯金
や、車体を構成するクロスメンバー、スペースフレーム
の継手、シートフレームなどの強度部材に適用して軽量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態としての、５４０℃×１分間
保持後急冷の溶体化処理、１４０℃×３時間の人工時効
処理を施した試料の金属顕微鏡組織写真（倍率：１００
倍）を示す図である。

【図２】発明の実施の形態としての、５４０℃×１時間
保持後急冷の溶体化処理、１４０℃×３時間の人工時効
処理を施した試料の金属顕微鏡組織写真（倍率：１００
倍）を示す図である。

【図３】比較例としての、５４０℃×２時間保持後急冷
の溶体化処理、１４０℃×３時間の人工時効処理を施し
た試料の金属顕微鏡組織写真（倍率：１００倍）を示す
図である。

【図４】発明の実施の形態としての、アルミニウム合金
ダイカストからなる車体を示す斜視図である。

【図５】図４の車体の一部を構成するスペースフレーム
を示す斜視図である。

【図６】発明の実施の形態としての、アルミニウム合金
ダイカストからなるステアリングホイール用芯金を示す
斜視図である。

【図７】発明の実施の形態としての、アルミニウム合金
ダイカストからなるシートフレームを示す斜視図であ
る。

【図８】床板の所定部位から試験片を採取する部位等を
示す図である。

【図９】従来のダイカスト法でブリスターによりフクレ
が発生した状態の金属組織顕微鏡写真を示す図である。

【図１０】針状晶のＦｅ化合物の金属組織顕微鏡写真を
示す図である。

【符号の説明】

１床板２強度評価試験片採取位置３気孔率の測定部位４鋳造時のオーバーフロー側５鋳造時のゲート側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｂ６９１Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｓｉ：４〜１３％、Ｍｇ：
０．７％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｆｅ：０．３％以下を
含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり熱処理を
施されたアルミニウム合金ダイカストであって、気孔率
１％以下、共晶Ｓｉの円相当径が２μｍ以下であること
を特徴とする高靱性アルミニウム合金ダイカスト。
【請求項２】前記共晶Ｓｉの円形度が７０％以上であ
ることを特徴とする請求項１記載の高靱性アルミニウム
合金ダイカスト。
【請求項３】Ｓｉ以外の晶出物の面積率が０．５％以
下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載
の高靱性アルミニウム合金ダイカスト。
【請求項４】前記熱処理は、鋳造後５２０〜５６０℃
に加熱して１秒〜２時間保持後急冷する溶体化処理を施
すことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項
に記載の高靱性アルミニウム合金ダイカスト。
【請求項５】前記溶体化処理後、更に人工時効処理を
施すことを特徴とする請求項４記載の高靱性アルミニウ
ム合金ダイカスト。
【請求項６】前記溶体化処理は、好ましくは５４０〜
５６０℃に加熱して１分〜１時間保持後急冷することを
特徴とする請求項４または請求項５に記載の高靱性アル
ミニウム合金ダイカスト。
【請求項７】引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）の３倍の数値と
伸び（％）の４０倍の数値との合計値を無次元で表わさ
れる強度指数が１，１００以上であることを特徴とする
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の高靱性アル
ミニウム合金ダイカスト。