WO2019059147A1 - ダイカスト鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた機能性部品 - Google Patents

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西川　知志
充潤 豊田
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy for die casting, and in particular to an aluminum alloy excellent in high tensile strength and elongation characteristics and a functional component using the same.
  • Die casting using an aluminum alloy is a casting method in which a molten metal of an aluminum alloy is injection molded at high speed and high pressure in a mold. Due to its short shot cycle and high productivity, it is used in the manufacture of parts for many industrial fields such as automobile parts and machine parts.
  • an Al--Si alloy is used because the flowability of the molten metal at casting is required.
  • an aluminum alloy such as JIS ADC12 is generally used, but there is a problem of low elongation.
  • heat treatment such as temper T5 is applied after die casting, but coarse plate-like eutectic Si crystallizes in the metal structure or is contained in the aluminum alloy.
  • the iron-based impurities form coarse needle-like structures, and the elongation mode is reduced by the fracture mode from which they originate, making it difficult to apply to functional parts.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving elongation characteristics by adding 0.08 to 0.25 mass% of molybutene, but the strength is insufficient for application to functional parts.
  • the present inventors have previously proposed an aluminum alloy for die casting that has high strength and improved ductility (elongation) by adding Sr or Na (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 discloses an aluminum alloy for die casting that has high strength and improved ductility (elongation) by adding Sr or Na (Patent Document 2).
  • the aluminum alloy disclosed in the same publication can obtain high strength and excellent elongation properties required for functional parts by tempering T6 treatment, it is high in tempering T5 treatment which is lower in cost than T6 treatment. There was room for further improvement to ensure strength and high growth.
  • An object of the present invention is to provide an aluminum alloy for die-casting which can ensure excellent elongation characteristics while having high strength, and a functional component using the same.
  • the aluminum alloy for die casting according to the present invention has the following mass% by mass: Si: 6 to 9%, Mg: 0.30 to 0.60%, Cu: 0.30 to 0.60%, Fe: 0.. 25% or less, Mn: 0.60% or less, Ti: 0.2% or less, Sr: 200 ppm or less, P: 5 ppm or less, and Sr (ppm)-4.2 x P (ppm) ⁇ 50, and the balance is characterized by Al and unavoidable impurities.
  • the range of Sr: 50 to 200 ppm is preferable
  • the range of Fe: 0.08 to 0.25%, Mn: 0.20 to 0.60% is preferable.
  • the functional component according to the present invention has a tensile strength of 260 MPa or more and an elongation of 10% or more in temper T5 treatment after die casting using the aluminum alloy for die casting according to any one of claims 1 to 3 It is characterized by
  • a functional component is a component that requires a tensile strength of 260 MPa or more and an elongation (ductility) of 10% or more.
  • Refining T5 treatment means performing artificial aging treatment at a predetermined temperature after die casting, and means, for example, heat treatment at 160 to 220 ° C. for 2 to 12 hours.
  • the tempering T6 treatment refers to performing an artificial aging treatment after the solution treatment. Therefore, the T5 treatment does not require a solution treatment step as compared to the T6 treatment, and the cost is correspondingly low, and the occurrence of a defect associated with the solution treatment can be prevented.
  • the Si component greatly affects the fluidity of the molten metal at the time of casting, and 6% or more is required.
  • the Si content is preferably 9% or less because the elongation decreases when coarse crystals form in the alloy structure.
  • Mg, Cu> The strength of the Mg component and the Cu component is improved by the predetermined addition, but if the addition amount is too large, the elongation decreases, so Mg: 0.30 to 0.60%, Cu: 0.30 to 0.60% Range.
  • the Fe component is a component that is easily mixed as an impurity in the manufacturing and casting processes of aluminum ingots serving as raw materials, and when coarse needle-like crystallized material crystallizes in the metal structure, it breaks as a starting point, and elongation Cause a decrease. Therefore, the Fe content is preferably 0.25% or less, and in the present invention, Fe: 0.08 to 0.25%.
  • Sr, P> The extensibility of the Sr component is improved by refining the Si eutectic structure. However, when the P component is contained in the molten metal, the refinement of the Si eutectic structure is inhibited.
  • the present invention is characterized in that the P content is suppressed to 5 ppm or less, and the Sr component is added in ppm units of mass so as to satisfy Sr-4.2 ⁇ Pppm50.
  • the Sr component is preferably in the range of 50 to 200 ppm.
  • the Mn component has an effect of suppressing burning on the mold at the time of casting with a small addition amount. Since the elongation decreases as the addition amount increases, the range of 0.20 to 0.60% is preferable when added.
  • Ti component is effective for the refinement of crystal grains, and when it is added, 0.2% or less is preferable.
  • Other components for example, Zn, Ni, Sn, Cr, etc. are unavoidable impurities, and it is preferable to suppress to 0.05% or less.
  • the aluminum alloy according to the present invention can improve elongation characteristics by suppressing the P content and adding a predetermined amount of Sr while securing high strength by the addition of Mg and Cu components. This makes it possible to apply to functional parts that require durability.
  • melting used for evaluation of Example 1-6 of FIG. 1 and Comparative Examples 1-24 is shown.
  • Sr and P are unit ppm, and the other components show the value of mass%.
  • F material as it is, T5 treatment or T6 treatment
  • test pieces were cut out, and mechanical properties were evaluated according to JIS Z 2241.
  • the T5 treatment condition was an artificial aging treatment at 180 ° C. for 4 hours.
  • the T6 treatment conditions were solution treatment at 500 ° C. followed by quenching with water cooling, followed by tempering at 180 ° C. for 4 hours.
  • the size of the test piece was set to 1 80 mm x w 5 mm x t 5 mm, and the distance between marks 35 mm.
  • evaluation results are shown in the table of FIG.
  • evaluation was made as a target of tensile strength of 260 MPa or more, a target of 0.2% proof stress of 150 MPa or more, and a target of elongation of 10% or more.
  • Comparative Example 1 the amount of P exceeded 5 ppm and the elongation was low.
  • Comparative Example 3 is in the same component range as Examples 1 to 6 except that Mn is not added. Therefore, since the tensile strength and the elongation have cleared the targets, they may be included in the examples of the present invention, but since the products were found to be seized, they were classified into comparative examples in the table.
  • Comparative Example 4 since the value of (A) was low, the elongation was low, and since Mn was not added, seizure to the mold occurred.
  • the values of (A) are also low in Comparative Examples 5, 6, and 9, and the elongation is low.
  • Comparative Example 10 because the amount of addition of Mg and Cu is large, the tensile strength cleared the target, but the value of (A) is low and the elongation is bad.
  • Comparative Examples 12 and 13 the amount of addition of Cu is small and the tensile strength is weak.
  • Comparative Examples 14, 16, 17, 19 and 22 are examples in which T6 treatment was performed, and among them, Comparative Examples 16 and 17 achieved the goal clear of tensile strength and elongation, but the T5 treatment could not clear the target. .
  • Comparative Examples 20, 21 and 23 although the tensile strength can be increased by increasing the addition amount of Cu, the elongation is low.

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Abstract

高強度でありながら優れた伸び特性を確保することができるダイカスト鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた機能性部品の提供を目的とする。　質量％にて、Ｓｉ：６～９％，Ｍｇ：０．３０～０．６０％，Ｃｕ：０．３０～０．６０％，Ｆｅ：０．２５％以下，Ｍｎ：０．６０％以下，Ｔｉ：０．２％以下であって、Ｓｒ：２００ｐｐｍ以下，Ｐ：５ｐｐｍ以下であり、かつ、Ｓｒ（ｐｐｍ）－４．２×Ｐ（ｐｐｍ）≧５０であり、残部がＡｌと不可避的不純物であることを特徴とする。

Description

ダイカスト鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた機能性部品
　本発明は、ダイカスト鋳造用のアルミニウム合金に関し、特に高い引張強さと伸び特性に優れたアルミニウム合金及びそれを用いた機能性部品に係る。
　アルミニウム合金を用いたダイカスト鋳造は、金型内にアルミニウム合金の溶湯を高速，高圧にて射出成形する鋳造方法である。
　ショットサイクルが短く生産性が高いことから、自動車部品や機械部品等、多くの産業分野の部品製造に採用されている。
　ダイカスト鋳造においては、鋳造時の湯流れ性が要求されていることから、Ａｌ－Ｓｉ系の合金が用いられている。
　例えば、ＪＩＳ　ＡＤＣ１２等のアルミニウム合金が一般的に使用されているが、伸びが低い問題がある。
　特に、高強度が必要な機能性部品においては、ダイカスト鋳造後に調質Ｔ５等の熱処理が施されるが、金属組織中に粗大な板状の共晶Ｓｉが晶出したり、アルミニウム合金中に含まれる鉄系の不純物により粗大な針状組織になり、これらが起点とした破壊モードにより伸びが低下し、機能性部品への適用が困難であった。
　特許文献１には、０．０８～０．２５質量％のモリブテンを添加することで、伸び特性を改善する技術が開示されているが、機能性部品に適用するには強度が不充分であった。
　そこで本発明者らは、先にＳｒ又はＮａを添加することで、高強度で延性（伸び）を改善したダイカスト鋳造用アルミニウム合金を提案している（特許文献２）。
　同公報に開示するアルミニウム合金は、調質Ｔ６処理にて機能性部品に要求される高い強度と優れた伸び特性を得ることができるものの、Ｔ６処理よりも低コストな調質Ｔ５処理にて高強度と高い伸びを確保するには、さらなる改善の余地があった。
日本国特許第４９７０７０９号公報 日本国特開０１６－１０２２４６号公報
　本発明は、高強度でありながら優れた伸び特性を確保することができるダイカスト鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた機能性部品の提供を目的とする。
　本発明に係るダイカスト鋳造用アルミニウム合金は、以下質量％にて、Ｓｉ：６～９％，Ｍｇ：０．３０～０．６０％，Ｃｕ：０．３０～０．６０％，Ｆｅ：０．２５％以下，Ｍｎ：０．６０％以下，Ｔｉ：０．２％以下であって、Ｓｒ：２００ｐｐｍ以下，Ｐ：５ｐｐｍ以下であり、かつ、Ｓｒ（ｐｐｍ）－４．２×Ｐ（ｐｐｍ）≧５０であり、残部がＡｌと不可避的不純物であることを特徴とする。
　ここで、Ｓｒ：５０～２００ｐｐｍの範囲がこのましく、Ｆｅ：０．０８～０．２５％，Ｍｎ：０．２０～０．６０％の範囲が好ましい。
　本発明に係る機能性部品は、請求項１～３のいずれかに記載のダイカスト鋳造用アルミニウム合金を用いたダイカスト鋳造後の調質Ｔ５処理にて引張強さ２６０ＭＰａ以上，伸び１０％以上有することを特徴とする。
　本発明において機能性部品とは、引張強さ２６０ＭＰａ以上で、伸び（延性）が１０％以上要求される部品をいう。
　例えば自動車分野においては、トランスミッション部品，エンジン部品等の高強度で耐久性が要求される部品が例として挙げられる。
　調質Ｔ５処理とは、ダイカスト鋳造後に所定の温度にて人工時効処理を行うことをいい、例えば１６０～２２０℃，２～１２時間の熱処理をいう。
　調質Ｔ６処理は、溶体化処理後に人工時効処理を行うことをいう。
　従って、Ｔ５処理はＴ６処理に比較して溶体化処理工程が不要で、その分だけ低コストであり、溶体化処理に伴う不具合の発生も防止できる。
　次に、合金組成について説明する。
＜Ｓｉ＞
　Ｓｉ成分は、鋳造時の湯流れ性に大きな影響を与え、６％以上が必要である。
　Ｓｉは、合金組織中に粗大な晶出物を形成すると伸びが低下するので、９％以下が好ましい。
＜Ｍｇ，Ｃｕ＞
　Ｍｇ成分及びＣｕ成分は、所定の添加により強度が向上するが、添加量が多すぎると伸びが低下するので、Ｍｇ：０．３０～０．６０％，Ｃｕ：０．３０～０．６０％の範囲とした。
＜Ｆｅ＞
　Ｆｅ成分は、原材料となるアルミインゴットの製造及び鋳造工程等にて不純物として混入しやすい成分であり、金属組織中に粗大な針状晶出物が晶出すると、それが起点として破断し、伸びが低下する原因となる。
　よって、Ｆｅ成分は０．２５％以下が好ましく、本発明ではＦｅ：０．０８～０．２５％とした。
＜Ｓｒ，Ｐ＞
　Ｓｒ成分は、Ｓｉ共晶組織を微細化することで、伸び性が向上する。
　しかし、溶湯中にＰ成分が含まれると、Ｓｉ共晶組織の微細化を阻害してしまう。
　そこで本発明は、Ｐの含有量を５ｐｐｍ以下に抑え、Ｓｒ成分を質量のｐｐｍ単位にて、Ｓｒ－４．２×Ｐ≧５０を満足するように添加した点に特徴がある。
　なお、Ｓｒ成分を望ましくは５０～２００ｐｐｍの範囲にするのが好ましい。
　溶湯中のＰの含有量を５ｐｐｍ以下に抑えるには、溶解炉の炉壁材等にＰが含まれていない材料を用いるのが好ましく、回転式の脱ガス装置とフラックス処理等を組み合せてＰの混入を抑えるのが好ましい。
＜Ｍｎ＞
　Ｍｎ成分は、少量の添加量にて鋳造時に金型に焼き付くのを抑える効果がある。
　添加量が多くなると伸びが低下するので、添加する場合には０．２０～０．６０％の範囲が好ましい。
＜Ｔｉ＞
　Ｔｉ成分は、結晶粒の微細化に効果があり、添加する場合には０．２％以下が好ましい。
　その他の成分例えば、Ｚｎ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ等は不可避的不純物であり、０．０５％以下に抑えるのが好ましい。
　本発明においては、このようなアルミニウム合金を用いることで、ダイカスト鋳造後に人工時効処理（Ｔ５処理）の工程を経ることで、引張強さ２６０ＭＰａ以上の高強度でありながら、伸び１０％以上の優れた延性を有する機能性部品が得られる。
　本発明に係るアルミニウム合金は、Ｍｇ及びＣｕ成分の添加により高強度を確保しつつ、Ｐの含有量を抑えるとともに所定量のＳｒを添加することで、伸び特性を改善することができる。
　これにより、耐久性が要求される機能性部品にも適用が可能となる。
評価に用いたアルミニウム合金の化学組成を示す。 評価結果を示す。
　図１の実施例１～６と比較例１～２４の評価に用いたアルミニウム合金溶融中の化学成分の分析結果を示す。
　Ｓｒ，Ｐは単位ｐｐｍであり、その他の成分は質量％の値を示す。
　これらの溶湯を用いて、それぞれ同形状の製品にダイカスト鋳造、そのままのＦ材、及びＴ５処理又はＴ６処理を行い、試験片を切り出し、ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準じて機械的性質を評価した。
　Ｔ５処理条件は、１８０℃×４時間の人工時効処理した。
Ｔ６処理条件は、５００℃にて溶体化処理後に水冷による焼入れを行い、その後に１８０℃×４時間の焼き戻しを実施した。
　試験片の大きさは、ｌ８０ｍｍ×ｗ５ｍｍ×ｔ５ｍｍ，標点間距離３５ｍｍとした。
　その評価結果を図２の表に示す。
　本発明において、引張強さの目標２６０ＭＰａ以上，０．２％耐力の目標１５０ＭＰａ以上、伸びの目標１０％以上として評価した。
　実施例１～６は、Ｐ成分の濃度が５ｐｐｍと上限に近いものであったが、（Ａ）＝Ｓｒ（ｐｐｍ）－４．２×Ｐ（ｐｐｍ）の値が５０以上になるようにＳｒを添加した結果、他の化学成分を目標範囲内とすることで、引張強さと伸びとの両方を目標クリアーすることができた。
　これに対して比較例１は、Ｐの量が５ｐｐｍを超え、伸びが低かった。
　比較例２，７，１５は、（Ａ）＝Ｓｒ－４．２×Ｐの値が５０未満であり、Ｃｕの添加量が０．６０％より多いので、引張強さは目標をクリアーしたが、伸びが低かった。
　比較例３は、Ｍｎが添加されていない以外は実施例１～６と同様の成分範囲内である。
　よって、引張強さ及び伸びは目標をクリアーしているので、本発明の実施例に含めてもよいが、製品に焼き付きが認められたので、表では比較例に区分した。
　比較例４は、（Ａ）の値が低いため伸びが低く、Ｍｎが添加されていないため、金型への焼き付きが発生した。
　比較例５，６，９も（Ａ）の値が低く、伸びが低い。
　比較例１０は、Ｍｇ，Ｃｕの添加量が多い方なので、引張強さは目標をクリアーしたが、（Ａ）の値が低く、伸びが悪い。
　比較例１２，１３は、Ｃｕの添加量が少なく、引張強さが弱い。
　比較例１４，１６，１７，１９，２２は、Ｔ６処理した例であり、その中でも比較例１６，１７は引張強さ，伸びを目標クリアーしているが、Ｔ５処理では目標をクリアーできなかった。
　比較例２０，２１，２３は、Ｃｕの添加量を多くすることで、引張強さを高くすることができるものの、伸びが低くなっている。
　ダイカスト鋳造に用いるアルミニウム合金であって、高い引張強度と伸びが要求される各種部品に利用できる。

Claims (4)

  1. 　以下質量％にて、Ｓｉ：６～９％，Ｍｇ：０．３０～０．６０％，Ｃｕ：０．３０～０．６０％，Ｆｅ：０．２５％以下，Ｍｎ：０．６０％以下，Ｔｉ：０．２％以下であって、
    Ｓｒ：２００ｐｐｍ以下，Ｐ：５ｐｐｍ以下であり、かつ、Ｓｒ（ｐｐｍ）－４．２×Ｐ（ｐｐｍ）≧５０であり、残部がＡｌと不可避的不純物であることを特徴とするダイカスト鋳造用アルミニウム合金。
  2. 　Ｓｒ：５０～２００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１記載のダイカスト鋳造用アルミニウム合金。
  3. 　Ｆｅ：０．０８～０．２５％，Ｍｎ：０．２０～０．６０％であることを特徴とする請求項１又は２記載のダイカスト鋳造用アルミニウム合金。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載のダイカスト鋳造用アルミニウム合金を用いたダイカスト鋳造後の調質Ｔ５処理にて引張強さ２６０ＭＰａ以上，伸び１０％以上有することを特徴とする機能性部品。
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