JPH1161310A - アルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性および靱性を備え、かつ、連続鋳造に
より幅が１００ｍｍ以上の鋳塊を得ることが可能な過共
晶シリコン−アルミニウム合金およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】 アルミニウム合金は、Ｓｉを１２．５重
量％以上１４．０重量％以下、Ｆｅを０．５重量％以上
１．０重量％以下、Ｎｉを０．５重量％以上１．０重量
％以下、Ｔｉを０．２重量％以上０．５重量％以下およ
びＢを０．００５重量％以上０．０１重量％以下、含有
する。このアルミニウム合金の製造方法は、連続鋳造法
により鋳造する工程と、次に軟化熱処理を施す工程と、
次に押出し比が６以上かつ温度が４５０℃という条件に
おいて押出し加工を施す工程と、次に溶体化処理および
時効処理を施す工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
およびその製造方法に関し、より特定的には、過共晶シ
リコン−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】過共晶シリコン−アルミニウム合金はそ
の優れた低熱膨張性と耐摩耗性とから、鋳鉄に代わる合
金として、自動車のエンジン部品やロータリコンプレッ
サのロータなどをはじめ、広く使用されるようになって
きている。このような過共晶シリコン−アルミニウム合
金としては、Ａ３９０（呼称）が知られている。Ａ３９
０の化学組成および機械的性質の代表的データを表１お
よび２に示す。

【０００３】

【表１】

【０００４】

【表２】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記ロータのような部
品に過共晶シリコン−アルミニウム合金を使用する場
合、この合金に要求される性能としては、上記した低熱
膨張性および耐摩耗性に加え、耐熱性および靱性といっ
た特性が挙げられる。さらに、このような特性を維持し
ながら、製造コストを低減することが強く要請されてい
る。そして、製造コストという観点からすると、この部
品の製造方法としてどのような方法を用いるかというこ
とが大きな問題となる。

【０００６】従来、上記過共晶シリコン−アルミニウム
合金を用いてロータリコンプレッサのロータのなどを製
造する場合には、主に金型などを使用する鋳造法を用い
ていた。しかし、上記のコスト低減という観点より、こ
のロータのような部品を製造する方法として連続鋳造法
により鋳塊を製造し、この鋳塊を押出し成形するとい
う、コスト的により有利な方法を使用したいという要請
が強くなってきている。そして、上記ロータのような部
品を押出し成形により効率的に生産するためには、連続
鋳造による鋳塊の直径をできるだけ大きくし、押出し比
を高くする必要がある。ここで、押出し比とは押出し加
工の程度を表わす指標であり、（押出し前の素材の断面
積）／（押出し材の断面積）という式で表わすことがで
きる。

【０００７】上記過共晶シリコン−アルミニウム合金を
連続鋳造する方法としては、図１３に示すような気体加
圧ホットトップ鋳造法等が提案されている。図１３を参
照して、気体加圧ホットトップ鋳造装置は、ヘッダ１０
１と、水冷鋳型１０２とを備える。水冷鋳型１０２の下
方には、鋳塊を冷却するための水槽１０４が配置されて
いる。そして、水冷鋳型１０２の上部には気体導入口１
０５が形成されている。また、水冷鋳型１０２の下部か
らは冷却水１０３を鋳塊１０７に噴射できるように噴射
口１０８が形成されている。過共晶シリコン−アルミニ
ウム合金の溶湯１０６は、ヘッダ１０１にガイドされ水
冷鋳型１０２において表面から冷却されることにより、
連続的に鋳造され、鋳塊１０７となる。

【０００８】従来、このような気体加圧ホットトップ鋳
造法等を用いて得られる鋳塊は、その直径が２０〜８０
ｍｍ程度のビレットであった。これは、鋳塊の直径が大
きくなると、鋳塊の冷却速度が遅くなり、それにより鋳
塊中のシリコン結晶粒の径が大きくなることに起因し
て、機械的特性の劣化などの問題が発生するからであ
る。そのため、過共晶シリコン−アルミニウム合金を連
続鋳造する場合、従来は直径１００ｍｍ以上で、しかも
シリコン直径が小さく、Ａ３９０並の低熱膨張性を有す
る鋳塊を得ることは困難であった。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものである。本発明の１つの目的は、耐熱
性および靱性を備え、かつ、連続鋳造により直径が１０
０ｍｍ以上の鋳塊を得ることが可能な過共晶シリコン−
アルミニウム合金を提供することである。

【００１０】本発明のもう１つの目的は、耐熱性および
靱性を備え、かつ、連続鋳造により得られる鋳塊の直径
を１００ｍｍ以上とすることが可能な過共晶シリコン−
アルミニウム合金の製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるアルミニウ
ム合金は、Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量％以
下、Ｆｅを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｎｉを
０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｔｉを０．２重量
％以上０．５重量％以下およびＢを０．００５重量％以
上０．０１重量％以下含有する。

【００１２】ここで、Ｓｉの含有率が１２．５重量％以
上であれば、十分な耐摩耗性を確保することができる。
さらに、Ｓｉの含有率が１４．０重量％以下であれば、
初晶Ｓｉの結晶粒の粗大化を防止でき、これにより、靱
性の低下を防止出来る。Ｆｅの含有率が０．５重量％以
上であれば、十分な耐熱性を確保することができる。さ
らに、Ｆｅの含有率が１．０重量％以下であれば、連続
鋳造において鋳塊における割れの発生を防止できる。Ｎ
ｉの含有率を０．５重量％以上１．０重量％以下とした
のは、Ｆｅの含有率を上記のように規定したのと同様の
理由による。Ｔｉの含有率を０．２重量％以上とすれ
ば、連続鋳造において鋳塊における割れの発生を防止で
きる。さらに、Ｔｉの含有率を０．５重量％以下とした
のは、含有率が０．５重量％を越えたとしても鋳塊にお
ける割れの発生を防止する効果が飽和してしまうからで
ある。Ｂの含有率を０．００５重量％以上０．０１重量
％以下としたのは、Ｔｉの含有率を上記のように規定し
たのと同様の理由による。

【００１３】また、上記アルミニウム合金は、ＣｕとＭ
ｇとＰとＭｎとＣｒとＺｎとＮａとＣａとからなる群よ
り選ばれた少なくとも１種を含有することが好ましい。

【００１４】また、上記アルミニウム合金は、Ｃｕを
３．０重量％以上５．０重量％以下含有することが好ま
しい。ここで、Ｃｕの含有率が３．０重量％以上であれ
ば、十分な硬度を得ることができる。さらに、Ｃｕの含
有率が５．０重量％以下であれば、十分な靱性を確保で
きる。

【００１５】また、上記アルミニウム合金は、Ｍｇを
０．５重量％以上１．５重量％以下含有することが好ま
しい。Ｍｇの含有率を０．５重量％以上１．５重量％以
下としたのは、Ｃｕの含有率を上記のように規定したの
と同様の理由による。

【００１６】また、上記アルミニウム合金は、Ｐを０．
００５重量％以上０．０３重量％以下含有することが好
ましい。ここで、Ｐの含有率が０．００５重量％以上で
あれば、初晶Ｓｉの結晶粒を十分微細化させることがで
きる。Ｐの含有率を０．０３重量％以下としたのは、含
有率が０．０３重量％を越えたとしても、初晶Ｓｉの結
晶粒を微細化させる効果が飽和してしまうからである。

【００１７】また、上記アルミニウム合金は、ＭｎとＣ
ｒとＺｎとＮａとＣａとからなる群より選ばれた少なく
とも１種を０．０５重量％未満含有することが好まし
い。ここで、Ｍｎ、ＣｒまたはＺｎを含有する場合、含
有率が０．０５重量％未満であれば、連続鋳造における
鋳塊の割れを防止することができる。さらに、Ｎａまた
はＣａを含有する場合、含有率が０．０５重量％未満で
あれば、ＮａまたはＣａがＰの初晶Ｓｉの結晶粒を微細
化する効果を阻害する程度は十分小さい。

【００１８】また、上記アルミニウム合金は、Ｓｉを１
２．５重量％以上１４．０重量％以下、Ｃｕを３．０重
量％以上５．０重量％以下、Ｍｇを０．５重量％以上
１．５重量％以下、Ｆｅを０．５重量％以上１．０重量
％以下、Ｎｉを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｔ
ｉを０．２重量％以上０．５重量％以下、Ｂを０．００
５重量％以上０．０１重量％以下、Ｐを０．００５重量
％以上０．０３重量％以下、Ｍｎを０．０５重量％未
満、Ｃｒを０．０５重量％未満、Ｚｎを０．０５重量％
未満、Ｎａを０．０５重量％未満およびＣａを０．０５
重量％未満含有することがより好ましい。

【００１９】また、本発明によるアルミニウム合金は、
初晶Ｓｉの体積率が２．０体積％以上７．０体積％以
下、初晶Ｓｉの平均粒径が２０μｍ以上４０μｍ以下、
初晶Ｓｉの最大粒径が４０μｍ以上９０μｍ以下、結晶
粒径が１０μｍ以下のアルミニウム−遷移金属系金属間
化合物の体積率が、２．０体積％以上１０．０体積％以
下である。

【００２０】ここで、初晶Ｓｉの体積率が２．０体積％
以上であれば、十分な耐摩耗性を得ることができる。さ
らに、初晶Ｓｉの体積率が７．０体積％以下であれば、
十分な靱性を得ることができる。そして、初晶Ｓｉの平
均粒径が２０μｍ以上であれば、十分な耐摩耗性を得る
ことができる。さらに、初晶Ｓｉの平均粒径が４０μｍ
以下であれば、十分な切削性を確保することができる。
そして、初晶Ｓｉの最大粒径が９０μｍ以下であれば、
十分な靱性を得ることができる。さらに、結晶粒径が１
０μｍ以下のアルミニウム−遷移金属系金属間化合物の
体積率が２．０体積％以上であれば、耐熱性を向上させ
ることができる。また、アルミニウム−遷移金属系金属
間化合物の結晶粒径を１０μｍ以下としているのは、靱
性の低下を防止するためのである。さらに、結晶粒径が
１０μｍ以下のアルミニウム−遷移金属系金属間化合物
の体積率が１０．０体積％以下であれば、十分な靱性を
得ることができる。

【００２１】本発明のアルミニウム合金の製造方法は、
Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量％以下、Ｆｅを
０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｎｉを０．５重量
％以上１．０重量％以下、Ｔｉを０．２重量％以上０．
５重量％以下およびＢを０．００５重量％以上０．０１
重量％以下、含有するアルミニウム合金を連続鋳造法に
より鋳造する工程と、上記鋳造されたアルミニウム合金
に軟化熱処理を施す工程と、押出し比が６以上かつ温度
が４５０℃以下という条件において上記軟化熱処理され
たアルミニウム合金に押出し加工を施す工程と、上記押
出し加工されたアルミニウム合金に溶体化処理および時
効処理を施す工程とを備える。

【００２２】ここで、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｉおよびＢ
の含有率を上記のように規定したのは、本発明のアルミ
ニウム合金においてＳｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｉおよびＢの
含有率を規定したのと同様の理由による。また、上記軟
化熱処理を施す工程は、アルミニウム−遷移金属系金属
間化合物の結晶を脆化させ、後に続く押出し加工におい
てこの結晶を分断し、球状化し易くする。さらに、押出
し比が６以上であれば、アルミニウム−遷移金属系金属
間化合物の結晶組織の分断を有効に行なうことができ
る。押出し加工での温度が４５０℃以下であれば、押出
し比の条件と同様に、アルミニウム−遷移金属系金属間
化合物の結晶組織の分断を有効に行なうことができる。

【００２３】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記アルミニウム合金がＣｕとＭｇとＰとＭｎ
とＣｒとＺｎとＮａとＣａとからなる群より選ばれた少
なくとも１種を含むことが好ましい。

【００２４】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記アルミニウム合金がＣｕを３．０重量％以
上５．０重量％以下含有することが好ましい。ここで、
アルミニウム合金のＣｕの含有率を３．０重量％以上
５．０重量％以下としたのは、本発明のアルミニウム合
金においてＣｕの含有率を規定したのと同様の理由によ
る。

【００２５】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記アルミニウム合金がＭｇを０．５重量％以
上１．５重量％以下含有することが好ましい。ここで、
アルミニウム合金のＭｇの含有率を０．５重量％以上
１．５重量％以下としたのは、本発明のアルミニウム合
金においてＭｇの含有率を規定したのと同様の理由によ
る。

【００２６】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記アルミニウム合金がＰを０．００５重量％
以上０．０３重量％以下含有することが好ましい。ここ
で、アルミニウム合金のＰの含有率を０．００５重量％
以上０．０３重量％以下としたのは、本発明のアルミニ
ウム合金においてＰの含有率を規定したのと同様の理由
による。

【００２７】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記アルミニウム合金がＭｎとＣｒとＺｎとＮ
ａとＣａとからなる群より選ばれた少なくとも１種を
０．０５重量％未満含有することが好ましい。ここで、
ＭｎとＣｒとＺｎとＮａとＣａとからなる群より選ばれ
た少なくとも１種の含有率を０．０５重量％未満とした
のは、本発明のアルミニウム合金においてＭｎとＣｒと
ＺｎとＮａとＣａとからなる群より選ばれた少なくとも
１種の含有率を規定したのと同様の理由による。

【００２８】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法は、Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量％以下、
Ｃｕを３．０重量％以上５．０重量％以下、Ｍｇを０．
５重量％以上１．５重量％以下、Ｆｅを０．５重量％以
上１．０重量％以下、Ｎｉを０．５重量％以上１．０重
量％以下、Ｔｉを０．２重量％以上０．５重量％以下、
Ｂを０．００５重量％以上０．０１重量％以下、Ｐを
０．００５重量％以上０．０３重量％以下、Ｍｎを０．
０５重量％未満、Ｃｒを０．０５重量％未満、Ｚｎを
０．０５重量％未満、Ｎａを０．０５重量％未満および
Ｃａを０．０５重量％未満、含有するアルミニウム合金
を連続鋳造法により鋳造する工程と、上記鋳造されたア
ルミニウム合金に軟化熱処理を施す工程と、押出し比が
６以上かつ温度が４５０℃以下という条件において上記
軟化熱処理されたアルミニウム合金に押出し加工を施す
工程と、上記押出し加工されたアルミニウム合金に溶体
化処理および時効処理を施す工程とを備えることがより
好ましい。

【００２９】また、本発明のアルミニウム合金の製造方
法では、上記軟化熱処理の条件として、加熱温度４９０
℃以上５２０℃以下、均熱時間３時間以上７時間以下と
いう条件を用いることが好ましい。ここで、加熱温度が
４９０℃以上であれば、アルミニウム−遷移金属系金属
間化合物の結晶粒を十分脆化させ、次に押出し加工にお
いてこの結晶粒を十分に分断することができる。さら
に、加熱温度が５２０℃以下であれば、Ｓｉ結晶のオス
トワルド成長による粗大化を防止でき、アルミニウム合
金の靱性を確保できる。

【００３０】本発明のアルミニウム合金の製造方法で
は、上記鋳造時に形成されるアルミニウム合金の鋳塊の
直径が１００ｍｍ以上であることがより好ましい。ここ
で、鋳塊の直径を１００ｍｍ以上としたのは、本発明の
アルミニウム合金では、１００ｍｍ以上の直径の鋳塊を
連続鋳造法により鋳造しても鋳塊に割れが発生せず、ま
た、鋳塊の直径を出来るだけ大きくすることで、押出し
加工における生産効率を向上させることが可能となると
いう利点が得られるからである。

【００３１】

【実施例】Ａ３９０などを代表例とする過共晶シリコン
−アルミニウム合金を連続鋳造法によって鋳造し、その
直径が１００ｍｍ以上の鋳塊（ビレット）を形成しよう
とする場合、従来は機械的特性の劣化や鋳塊の表面など
に割れが発生するといった問題があった。これは、初晶
Ｓｉの粒径が大きくなることが大きな要因の１つであ
る。そのため、本発明者らは、初晶Ｓｉの粒径を小さく
する方法を図１に示すように検討した。図１は、本発明
者らが検討した試料の初晶Ｓｉの粒径の測定結果を示し
たグラフである。ここで、試料の基本的な製造プロセス
は以下のとおりである。まず、Ｓｉを１５．０重量％、
Ｃｕを４．０重量％、Ｍｇを０．７重量％、Ｆｅを０．
１重量％、Ｎｉを０．１重量％、Ｔｉを０．０３重量
％、Ｂを０．００１重量％未満、Ｐを０．０１重量％、
Ｍｎを０．０１重量％、Ｃｒを０．０１重量％、Ｚｎを
０．０１重量％、Ｎａを０．０１重量％およびＣａを
０．０１重量％含有するアルミニウム合金を、連続鋳造
法により鋳造した。この連続鋳造の条件は、鋳塊の直径
が１８０ｍｍ、鋳込温度が７１５℃であった。その後、
軟化熱処理として温度を５００℃として５時間保持し
た。次に、押出し温度が４３０℃および押出し比が１０
という条件で押出し加工を行なった。そして、各試料
は、上記した製造条件および組成のうちの一部を変化さ
せたものである。

【００３２】図１を参照して、試料１および２は、連続
鋳造における鋳込温度を変化させたものである。しかし
鋳込温度を変化させても初晶Ｓｉの粒径に大きな影響は
無かった。

【００３３】次に、試料３〜７は鋳込時の鋳塊の直径を
変化させた場合の初晶Ｓｉの粒径を示している。たとえ
ば、試料３は鋳塊の直径を１８０ｍｍとして鋳込んだ場
合の初晶Ｓｉの粒径を示している。そして、試料７は鋳
塊の直径を６０ｍｍとして鋳込んだ場合の初晶Ｓｉの粒
径を示している。このように、鋳塊の直径を小さくすれ
ば初晶Ｓｉの粒径を小さくすることができた。これは、
鋳塊の直径を小さくすることにより、鋳塊の冷却速度を
大きくすることが出来たからである。しかし、本発明の
ように１００ｍｍ以上の直径を有する鋳塊を連続鋳造で
得ようとする場合には、初晶Ｓｉの粒径を小さくする為
に、現状以上に冷却速度を大きくすることは設備面およ
びコスト面からみて現実的ではない。

【００３４】次に、試料８および９はＰの添加量を変化
させた場合を示している。このように、Ｐの添加量を変
化させても初晶Ｓｉの粒径には大きな変化は見られなか
った。次に、試料１０および１１は希土類元素の中間精
製物であるミッシュメタル（Ｍｍ）の添加量を変化させ
た場合を示している。ミッシュメタルを多く添加すれば
初晶Ｓｉの粒径を小さくすることができたが、ミッシュ
メタルの添加はコスト的に不利となり現実的ではない。

【００３５】次に、試料１２〜１５は上記の基本となる
試料の組成においてＳｉの量を変化させたものである。
このように、Ｓｉの添加量を減少させれば初晶Ｓｉの粒
径をある程度小さくすることができた。そして、試料１
６〜２０はＳｉをはじめとする添加元素の組成を変えた
ものを示している。この中で、試料１９の初晶Ｓｉの粒
径が最も小さくなっていた。試料１９は、Ｓｉを１２．
５重量％、Ｆｅを０．５重量％、Ｎｉを０．５重量％お
よびＴｉとＢとを０．２３重量％含有するアルミニウム
合金であった。この試料１９を形成する際の考え方とし
ては、まず、初晶Ｓｉの粒径を小さくするために、Ｓｉ
の添加量を従来のＡ３９０合金などより低減した。する
と、Ｓｉの添加量が減少したことにより耐熱性が低下し
た。そこで、耐熱性を向上させるために遷移金属である
ＦｅおよびＮｉを添加することによって、アルミニウム
−遷移金属系金属間化合物を析出させた。この金属間化
合物によって耐熱性は向上したが靱性が低下した。その
ため、ＴｉおよびＢを添加することによってアルミニウ
ムの結晶粒径を微細化し、靱性の向上を図った。

【００３６】このような考え方に基づいて本発明による
アルミニウム合金の組成およびその製造工程が規定され
ている。そして、本発明によるアルミニウム合金および
その製造方法の実施例として、以下に示すような実験を
行なった。

【００３７】以下、本発明の具体的な実施方法を実施例
を用いて説明する。 （実施例１）本発明のアルミニウム合金の化学組成と連
続鋳造における鋳塊での割れの発生状況との関係を調査
するため、以下のような実験を行なった。

【００３８】表３に示した化学組成を有するアルミニウ
ム合金を鋳込み温度７１５℃において連続鋳造し、直径
が１００ｍｍまたは１８０ｍｍ、長さが３ｍである鋳塊
（ビレット）を作製した。そして、この鋳塊に割れが発
生するかどうかを観察した。表３を参照して、試料番号
１〜１１は、本発明によるアルミニウム合金の化学組成
となるように調製され、試料番号１２〜１６は、比較の
ため本発明の化学組成の範囲外の組成となるように調製
されていた。表３に示すように、本発明の組成範囲から
外れた組成を有する試料において、鋳塊での割れが発生
したのに対し、本発明の化学組成の範囲に含まれる組成
を有する試料では、直径が１００ｍｍ以上の鋳塊を連続
鋳造によって作製しても、鋳塊に割れが発生しなかった
ことがわかる。

【００３９】

【表３】 （実施例２）本発明のアルミニウム合金のＳｉ含有量と
耐摩耗性および靱性（破断伸びにて評価した）との関係
を調査するため、以下のような実験を行なった。

【００４０】Ｆｅを０．５重量％、Ｎｉを０．７重量
％、Ｔｉを０．３重量％、Ｂを０．００８重量％および
Ｓｉを１２．０〜１４．５重量％含有するアルミニウム
合金を、図２に示すような工程によって製造した後、試
験用の試料を作製し、摩耗試験および引張試験を行なっ
た。図２を参照して、試験用試料の製造工程としては、
まず、上記組成のアルミニウム合金の原料を温度８００
℃にて１時間溶解した。次に、鋳造スピード１００〜１
５０ｍｍ／ｍｉｎおよび鋳塊（ビレット）の直径を１８
０ｍｍとして連続鋳造を行なった。次に、軟化熱処理と
して、このビレットを温度を５００℃として３時間保持
した。次に、ビレットを切断した後、押出し加工用の加
熱として温度を４３０℃として２時間保持した。次に、
押出し加工を行なった。その後、この押出し加工材を溶
体化処理するために、温度を５００℃として２時間保持
した。次に、水焼入れを行ない、その後、時効処理とし
て温度を１７５℃として６時間保持した。

【００４１】このようにして作製された試料を大越式摩
耗試験によって評価した。この摩耗試験は乾式で行な
い、相手材はＳ４５Ｃ、摩擦距離は２００ｍ、荷重は３
ｋｇであった。

【００４２】図３を参照して、Ｓｉの含有量を１２．５
重量％未満にすると耐摩耗性が悪化していたのがわか
る。また、室温における引張試験によって測定された破
断伸びについては、図３に示すように、Ｓｉの含有量を
１４．０重量％より多くすると２％を下回ることがわか
る。

【００４３】（実施例３）本発明のアルミニウム合金に
おけるＦｅおよびＮｉの含有量と高温強度との関係を調
査するため、以下のような実験を行なった。

【００４４】Ｓｉを１３．５重量％、Ｔｉを０．３重量
％およびＢを０．００８重量％含有し、ＦｅとＮｉとの
合計の含有量を０．５〜２．３重量％まで変化させたア
ルミニウム合金を、実施例２と同様の製造プロセスによ
って製造し、引張試験用の試料を作製した。この試料に
おいては、ＦｅとＮｉとの比率は１：１とした。そし
て、この試料を用いて温度２００℃において引張試験を
行ない、最大引張強さ（ＵＴＳ）を測定した。図４は、
ＦｅとＮｉとの合計の含有量と最大引張強さとの関係を
示すグラフである。図４を参照して、ＦｅとＮｉとの合
計の含有率が１．０重量％未満となると、温度２００℃
における最大引張強さが３００ＭＰａ未満となった。ま
た、ＦｅとＮｉとの合計の含有率が２．０重量％を超え
ると連続鋳造を行なった際に鋳塊に割れが発生した。

【００４５】次に、ＳｉとＴｉとＢとの含有率を上記引
張試験の試料と同様にし、ＦｅとＮｉとの含有率をそれ
ぞれ変化させたアルミニウム合金を、実施例１と同様の
連続鋳造条件において鋳造し、鋳塊の割れの発生状況を
観察した。図５を参照して、Ｆｅを０．８重量％および
Ｎｉを１．２重量％含有する試料では、鋳塊に割れが発
生した。また、Ｆｅを１．２重量％およびＮｉを０．８
重量％含有する試料でも、鋳塊に割れが発生した。

【００４６】（実施例４）本発明のアルミニウム合金に
おけるＴｉの含有量と連続鋳造における鋳塊での割れの
発生状況との関係を調査するため、以下のような実験を
行なった。

【００４７】Ｓｉを１３．５重量％、Ｆｅを１．０重量
％、Ｎｉを１．０重量％およびＴｉを０．１〜０．６重
量％含有するアルミニウム合金を連続鋳造し、鋳塊にお
いて割れが発生するかどうかを確認した。連続鋳造の条
件は、実施例２における条件と同様である。表４に示す
ように、Ｔｉの含有率が０．２重量％以上とすると、連
続鋳造によるビレットでの割れは発生しなかった。ま
た、Ｔｉの含有率を０．５重量％より増加させても、鋳
塊の割れを防止する効果に大きな変化は見られなかっ
た。

【００４８】

【表４】 （実施例５）実施例２と同じ組成および製造方法にて作
製した試料を用いて、Ｓｉの含有率と初晶Ｓｉの体積
率、初晶Ｓｉの平均粒径および初晶Ｓｉの最大粒径との
関係を調査した。

【００４９】図６を参照して、本発明のＳｉの含有率の
範囲では、初晶Ｓｉの体積率は２．０〜７．０体積％と
なる。

【００５０】また、図７を参照して、Ｓｉの含有率を本
発明に規定する範囲とした場合、初晶Ｓｉの最大粒径の
分布範囲は４０〜９０μｍとなり、初晶Ｓｉの平均粒径
の分布範囲は２０〜４０μｍとなる。

【００５１】（実施例６）本発明によるアルミニウム合
金を実施例２における製造工程を用いて製造し、その金
属組織を観察した。このアルミニウム合金は、Ｓｉを１
３．５重量％、Ｃｕを４．０重量％、Ｍｇを０．７重量
％、Ｆｅを０．９重量％、Ｎｉを０．９重量％、Ｔｉを
０．３重量％、Ｂを０．００７重量％、Ｐを０．０１重
量％、Ｍｎを０．０１重量％、Ｃｒを０．０１重量％、
Ｚｎを０．０１重量％、Ｎａを０．０１重量％およびＣ
ａを０．０１重量％含有する。図８および９は、上記合
金の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。そして、図
１０および図１１は、比較のため従来のＡ３９０合金を
用い実施例２における製造工程によって作製した試料の
金属組織の光学顕微鏡写真である。図８および１０の倍
率は１００倍であり、図９および１１の倍率は４００倍
である。図１１と図９とを比較すると、図９に示した本
発明の合金における初晶Ｓｉの結晶粒に比べて、図１１
に示した従来のＡ３９０合金により作製された試料の初
晶Ｓｉの結晶粒が大きく成長していることがわかる。

【００５２】また、図１２は、本発明による上記合金の
製造工程における、押出し加工を行なう前の金属組織を
示す光学顕微鏡写真である。図１２の倍率は１００倍で
ある。図１２と図８とを比較して、本発明による製造方
法においては、アルミニウム−遷移金属系金属間化合物
の針状の結晶が、軟化熱処理および押出し加工によって
分断されていることがわかる。

【００５３】（実施例７）本発明のアルミニウム合金の
製造方法の軟化熱処理条件、押出し比および押出し温度
と靱性、耐熱性、および金属間化合物の結晶粒径との関
係を調査した。

【００５４】表５に示す化学組成を有する本発明の合金
を用い、製造条件を実施例２における条件を基本として
変化させ、表６に示すように１８種類の試料を作製し
た。

【００５５】

【表５】

【００５６】

【表６】 そして、それぞれの試料について室温伸び、２００℃に
おける最大引張強さおよびアルミニウム−遷移金属系金
属間化合物の粒径の最大長さを測定した。表６に示した
試料の製造工程は、基本的には実施例２に示した製造工
程と同様であるが、溶体化処理の条件が温度４９０℃、
処理時間２時間である点と、軟化熱処理および押出し加
工の条件を表６に示すように各試料ごとに変化させてい
る点が実施例１の場合とは異なる。

【００５７】そして、この実施例７において、室温伸び
＞２．０％、温度２００℃における最大引張強さ＞３０
０ＭＰａおよびアルミニウム−遷移金属系金属間化合物
の粒径の最大長さ＜１０μｍという３つの条件を満足す
るかどうかについて、各試料を評価した。表６を参照し
て、本発明の製造方法の条件に適合する試料１〜１０は
すべて上記３つの条件を満たしている。

【００５８】その一方、試料１１および１５のように、
軟化熱処理の条件が、温度４９０℃および均熱時間２時
間と、本発明の条件を満たさない場合、アルミニウム−
遷移金属系金属間化合物が十分に脆化せず、押出し加工
によってもこの金属間化合物を十分に分断することがで
きない。そのため、上記金属間化合物の粒径の最大長さ
は１０μｍ以上となることにより、靱性が低下する。

【００５９】また、試料１２および１６のように、軟化
熱処理の条件が温度５２０℃および均熱時間７．５時間
と、本発明の条件範囲を越えても、合金中のＳｉがオス
トワルド成長により粗大化し、靱性が低下する。そし
て、試料１３および１７のように、押出し比が小さい場
合は、アルミニウム−遷移金属系金属間化合物の結晶を
分断することが十分にできず、上記金属間化合物の結晶
粒の最大長は１０μｍ以上となる。

【００６０】また、試料番号１４および１８のように、
押出し温度を４５０℃以上とすると、やはりアルミニウ
ム−遷移金属系金属間化合物の結晶を有効に分断するこ
とができず、上記金属間化合物の結晶粒の最大長を１０
μｍ以下とすることができない。

【００６１】（実施例８）本発明のアルミニウム合金の
化学組成および製造方法により作製した試料の初晶Ｓｉ
の体積率、平均粒径および最大粒径などの金属組織の状
態を調査した。

【００６２】表５に示した組成番号１および２の化学組
成を有する合金を用い、実施例２における製造方法を基
本として、軟化熱処理および押出し加工の条件のみを表
７の製造条件番号１および２に示した製造条件を用いて
試料を作製し、初晶Ｓｉの体積率、平均粒径、最大粒
径、アルミニウム−遷移金属系金属間化合物の体積率お
よびアルミニウム−遷移金属系金属間化合物の結晶粒の
平均径を測定した。

【００６３】

【表７】 表８に示した各試料について、初晶Ｓｉの体積率が２．
０体積％以上７．０体積％以下、初晶Ｓｉの平均粒径が
２０μｍ以上４０μｍ以下、初晶Ｓｉの最大粒径が４０
μｍ以上９０μｍ以下、アルミニウム−遷移金属系金属
間化合物の体積率が２．０体積％以上１０．０体積％以
下、アルミニウム−遷移金属系金属間化合物の結晶粒の
平均径が１０μｍ以下という条件を満足するかどうかを
測定すると、表３に示すように、本発明の組成範囲およ
び製造条件により作製された試料１〜４のすべてが上記
基準を満足する。

【００６４】

【表８】 （実施例９）表３に示した本発明によるアルミニウム合
金の試料１〜１１について、熱膨張係数を測定し、室温
〜２００℃における熱膨張係数の平均値が、どの試料に
ついても１８〜２１×１０^-6／Ｋという従来のＡ３９０
合金の熱膨張係数と同等の範囲に入っていることを確認
した。

【００６５】なお、今回開示された実施例はすべての点
で例示であって制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請
求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味
および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図さ
れる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、耐熱性
および靱性を備え、かつ、連続鋳造により直径が１００
ｍｍ以上の鋳塊を得ることが可能な過共晶シリコン−ア
ルミニウム合金およびその製造方法を提供することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】過共晶シリコン−アルミニウム合金のＳｉ結晶
粒の最大径と各種条件との関係を示すグラフである。

【図２】本発明の実施例に従って作製した各種アルミニ
ウム合金の試料の製造工程を示した工程図である。

【図３】本発明の実施例に従って作製した各種アルミニ
ウム合金の試料のＳｉ添加量と比摩耗量および室温にお
ける破断伸びとの関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例に従って作製した各種アルミニ
ウム合金の試料におけるＦｅおよびＮｉ添加量と２００
℃における最大引張強さとの関係を示したグラフであ
る。

【図５】本発明の実施例に従って作製したアルミニウム
合金における、ＦｅおよびＮｉ添加量と鋳塊での割れの
発生状況との関係を示したグラフである。

【図６】本発明の実施例に従って作製した各種アルミニ
ウム合金の試料のＳｉ添加量と初晶Ｓｉの体積率との関
係を示したグラフである。

【図７】本発明の実施例に従って作製したアルミニウム
合金の試料におけるＳｉ添加量と初晶Ｓｉ結晶粒の直径
との関係を示したグラフである。

【図８】本発明の実施例に従って作製したアルミニウム
合金の試料の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【図９】本発明の実施例に従って作製したアルミニウム
合金の試料の金属組織を示す光学顕微鏡写真である。

【図１０】従来のＡ３９０合金の金属組織を示す光学顕
微鏡写真である。

【図１１】従来のＡ３９０合金の金属組織を示す光学顕
微鏡写真である。

【図１２】本発明の実施例に従って作製したアルミニウ
ム合金の試料の押出し加工前の金属組織を示す光学顕微
鏡写真である。

【図１３】従来のアルミニウム合金の連続鋳造装置を示
した模式図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｂ ６５０ ６５０Ｅ ６５０Ａ ６８３ ６８３ ６９０ ６９０ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ａ ６９４Ｂ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量
   ％以下、Ｆｅを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｎ
   ｉを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｔｉを０．２
   重量％以上０．５重量％以下およびＢを０．００５重量
   ％以上０．０１重量％以下、含有する、アルミニウム合
   金。
2. 【請求項２】 ＣｕとＭｇとＰとＭｎとＣｒとＺｎとＮ
   ａとＣａとからなる群より選ばれた、少なくとも１種を
   含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
3. 【請求項３】 Ｃｕを３．０重量％以上５．０重量％以
   下含有する、請求項２に記載のアルミニウム合金。
4. 【請求項４】 Ｍｇを０．５重量％以上１．５重量％以
   下含有する、請求項２または３に記載のアルミニウム合
   金。
5. 【請求項５】 Ｐを０．００５重量％以上０．０３重量
   ％以下含有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の
   アルミニウム合金。
6. 【請求項６】 ＭｎとＣｒとＺｎとＮａとＣａとからな
   る群より選ばれた少なくとも１種を０．０５重量％未満
   含有する、請求項２〜５のいずれか１項に記載のアルミ
   ニウム合金。
7. 【請求項７】 Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量
   ％以下、Ｃｕを３．０重量％以上５．０重量％以下、Ｍ
   ｇを０．５重量％以上１．５重量％以下、Ｆｅを０．５
   重量％以上１．０重量％以下、Ｎｉを０．５重量％以上
   １．０重量％以下、Ｔｉを０．２重量％以上０．５重量
   ％以下、Ｂを０．００５重量％以上０．０１重量％以
   下、Ｐを０．００５重量％以上０．０３重量％以下、Ｍ
   ｎを０．０５重量％未満、Ｃｒを０．０５重量％未満、
   Ｚｎを０．０５重量％未満、Ｎａを０．０５重量％未満
   およびＣａを０．０５重量％未満、含有する、アルミニ
   ウム合金。
8. 【請求項８】 初晶Ｓｉの体積率が２．０体積％以上
   ７．０体積％以下、初晶Ｓｉの平均粒径が２０μｍ以上
   ４０μｍ以下、初晶Ｓｉの最大粒径が４０μｍ以上９０
   μｍ以下および結晶粒径が１０μｍ以下のアルミニウム
   −遷移金属系金属間化合物の体積率が２．０体積％以上
   １０．０体積％以下である、アルミニウム合金。
9. 【請求項９】 Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重量
   ％以下、Ｆｅを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｎ
   ｉを０．５重量％以上１．０重量％以下、Ｔｉを０．２
   重量％以上０．５重量％以下およびＢを０．００５重量
   ％以上０．０１重量％以下、含有するアルミニウム合金
   を連続鋳造法により鋳造する工程と、 前記鋳造されたアルミニウム合金に軟化熱処理を施す工
   程と、 押出し比が６以上かつ温度が４５０℃以下という条件に
   おいて前記軟化熱処理されたアルミニウム合金に押出し
   加工を施す工程と、 前記押出し加工されたアルミニウム合金に溶体化処理お
   よび時効処理を施す工程とを備える、アルミニウム合金
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記アルミニウム合金が、ＣｕとＭｇ
    とＰとＭｎとＣｒとＺｎとＮａとＣａとからなる群より
    選ばれた少なくとも１種を含む、請求項９に記載のアル
    ミニウム合金の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記アルミニウム合金が、Ｃｕを３．
    ０重量％以上５．０重量％以下含有する、請求項１０に
    記載のアルミニウム合金の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記アルミニウム合金が、Ｍｇを０．
    ５重量％以上１．５重量％以下含有する、請求項１０ま
    たは１１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記アルミニウム合金が、Ｐを０．０
    ０５重量％以上０．０３重量％以下含有する、請求項１
    ０〜１２のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の製
    造方法。
14. 【請求項１４】 前記アルミニウム合金が、ＭｎとＣｒ
    とＺｎとＮａとＣａとからなる群より選ばれた少なくと
    も１種を含み、その含有率が０．０５重量％未満であ
    る、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のアルミニ
    ウム合金の製造方法。
15. 【請求項１５】 Ｓｉを１２．５重量％以上１４．０重
    量％以下、Ｃｕを３．０重量％以上５．０重量％以下、
    Ｍｇを０．５重量％以上１．５重量％以下、Ｆｅを０．
    ５重量％以上１．０重量％以下、Ｎｉを０．５重量％以
    上１．０重量％以下、Ｔｉを０．２重量％以上０．５重
    量％以下、Ｂを０．００５重量％以上０．０１重量％以
    下、Ｐを０．００５重量％以上０．０３重量％以下、Ｍ
    ｎを０．０５重量％未満、Ｃｒを０．０５重量％未満、
    Ｚｎを０．０５重量％未満、Ｎａを０．０５重量％未満
    およびＣａを０．０５重量％未満、含有する溶融アルミ
    ニウム合金を連続鋳造法により鋳造する工程と、 前記鋳造されたアルミニウム合金に軟化熱処理を施す工
    程と、 押出し比が６以上かつ温度が４５０℃以下という条件に
    おいて前記軟化熱処理されたアルミニウム合金に押出し
    加工を施す工程と、 前記押出し加工されたアルミニウム合金に溶体化処理お
    よび時効処理を施す工程とを備える、アルミニウム合金
    の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記軟化熱処理の条件は、加熱温度が
    ４９０℃以上５２０℃以下、均熱時間が３時間以上７時
    間以下である、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の
    アルミニウム合金の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記鋳造時に形成されるアルミニウム
    合金の鋳塊の直径が１００ｍｍ以上である、請求項９〜
    １６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の製造方
    法。