JPH0565573B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は自動車、船舶、車両等のエンジン廻り
部品等の厳密に耐圧漏れ性を要求されるような機
械部品に使用するのに適した耐圧性の優れた鋳造
用アルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金、
またはアルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅
系合金に関するものである。 （従来の技術） 一般にJIS規格AC4A、AC4Cにて代表されるア
ルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金、
AC4D、AC8A、AC8B、AC8C等にて代表され
るアルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅系合
金は、鋳造性がよく、熱処理を施すことによつて
優れた機械的性質および耐圧性が得られるところ
から、自動車、船舶、車両等におけるピストン等
のエンジン廻り部品、油圧部品、保安部品その他
の機械部品鋳物用のアルミニウム合金として幅広
く用いられている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この種のアルミニウム合金にお
いては、合金中の鉄含有量が増加すると急激に鋳
物の耐圧性が低下し、鋳造された鋳物部品に往々
にして圧漏れ等の欠陥を生ずる危険性があつて問
題であつた。 発明者らの調査によると、この現象は合金中の
鉄含有量が0.2％以下であるときは殆ど見られな
いが、これを超えると次第に散見されるようにな
り、0.4％を超えるとその傾向が顕著になること
が判つた。 ところで、一般に鋳物工場においては、資源お
よび経費節約の見地から新塊と称する一次合金地
金にスクラツプ材を多量に添加配合した合金地金
や、スクラツプ材を主体として配合された二次合
金地金が大量に使用されているが、スクラツプ材
中には多量の鉄が不純物として混入しているのが
常であり、このため鋳物工場においてはこの系の
合金を前記の目的、殊に厳格に耐圧性を要求され
る自動車、船舶等のピストン等のエンジン廻り部
品に用いる場合には、不純物としての鉄含有量を
0.4％以下の可及的少ない量に調整する必要があ
り、このための合金配合操作は極めて煩わしく、
またコストアツプの原因になるので好ましくなか
つた。 また、複雑な形状を有する鋳物部品では、合金
中の鉄含有量の増加によつて、肉厚部の凝固の遅
い部分に耐圧性不良箇所を生じやすいので、これ
を防止するために厳密な指向性凝固を行なわねば
ならず、鋳型の設計や鋳造方案に殊更の工夫を要
する面倒があつた。 本発明者らは鋳物用アルミニウム−ケイ素−マ
グネシウム系またはアルミニウム−ケイ素−マグ
ネシウム−銅系合金における上記の問題点につい
て、鉄含有量増大に伴う鋳物の耐圧性低下原因を
究明した結果、これらの系の合金においては合金
中の鉄含有量が増大すると、合金溶湯から鋳物を
鋳込むに際して合金成分中の鉄がアルミニウム、
ケイ素と反応して針状のアルミニウム−ケイ素−
鉄系化合物を晶出し、この針状化合物が鋳物の肉
厚中心部等の溶湯最終凝固部付近において急激に
増加するとともに架橋状に発達粗大化し、この部
分の爾後の溶湯の充足を阻害して亀裂状の引き巣
や微細な連続した線状の引け巣の集合体を発生し
やすくして、これが鋳物の耐圧性を悪化させる原
因となることが判つた。 第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、その代表例としてア
ルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅系合金鋳
物における合金中の鉄含有量と内部引け巣発生と
の関係を実験的に例示したものである。 実験に際しては、合金中の鉄含有量をそれぞれ
変化させたケイ素6.5％、マグネシウム0.3％、銅
3.0％を含むアルミニウム合金溶湯をテーターモ
ールドに鋳込み、鋳塊断面をカラーチエツクによ
り引け巣欠陥の有無を調べた。 第１図より判かるように、合金中の鉄含有量が
0.05％の合金ａにあつては、鋳塊の最終凝固部で
ある凝固収縮底部が丸味を帯びた状態で凝固が終
了しており、引け巣欠陥が殆ど見られないもの
が、鉄含有量0.22％の合金ｂになると、凝固収縮
底部に細く小さな亀裂状の引け巣と多数の微細な
線状の引け巣が現われ、鉄含有量0.36％の合金
ｃ、0.65％の合金ｄと鉄含有量がさらに増大する
につれて、凝固収縮底部におけるこれらの引き巣
欠陥の数や大きさが拡大し、部分的にこれらが互
いに連通するようになる。 発明者らの実験によれば、この関係は上記組成
の合金にとどまらず、あらゆる組成の実用鋳物用
アルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金およ
びアルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅系合
金に共通の傾向であつて、従つて、実際にこれら
の合金により作られた鋳物においては、鋳造後の
表面加工によつて、これらの鋳物内部において発
達した連通引き巣欠陥は容易にその表面に露出
し、液体や気体がこれらの欠陥を経由して外部に
流通してしまうので、このような合金で作られた
鋳物を耐圧部品等に用いた場合、その耐圧性が損
なわれるのである。 本発明者らは上述したような事実に鑑み、これ
らの問題点を克服すべく鋭意研究を重ねた結果、
鉄を多量に含むアルミニウム−ケイ素−マグネシ
ウム系またはアルミニウム−ケイ素−マグネシウ
ム−銅系合金において、合金中に適量のカルシウ
ムを添加含有させるときは、合金鋳造に際して鋳
物中に見られる互いに連通する亀裂状の引け巣お
よび微細な線状の引け巣の発生を大巾に減少させ
ることができ、従つて鋳物の耐圧性を一段と向上
させることができることを見出した。 （問題点を解決するための手段） 即ち、本発明は重量でケイ素４〜11％、マグネ
シウム0.1〜２％、カルシウム0.001〜0.01％を含
有し、さらに必要に応じて銅５％以下、マンガン
１％以下、ニツケル３％以下を含有し、残部アル
ミニウムおよび不純物とからなり、不純物中の鉄
の含有量が0.4％を超え0.8％未満である耐圧性の
優れた鋳物用アルミニウム合金である。 （作用） 本発明によるときは、合金中の鉄含有量が0.8
％程度迄であれば、カルシウム0.001〜0.01％を
添加含有させることによつて、従来の実用アルミ
ニウム−ケイ素−マグネシウム系合金鋳物または
アルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅系合金
鋳物において、この種の合金鋳物特有の他の優れ
た特性を妨げること無く、合金中の鉄含有に基ず
く特殊な形状の内部引け巣の発生に起因する耐圧
性低下を防止することができ、強度、靭性等は寧
ろ向上するので、鋳物工場等において鉄分の多い
スクラツプ地金や二次合金地金を使用しても、何
等配合地金中の鉄含有量の調整に気を使うことな
しに自動車、船舶等のエンジン廻り部品等、厳密
な耐圧性を要求される鋳物製品の鋳造を行なうこ
とができるので極めて効果的である。 次に本発明の合金における各添加元素の作用お
よび限定理由について説明する。 ケイ素４〜11％の添加は合金基質を強化し、湯
流れ性、引け性、鋳造割れ防止等を改善する効果
を有し、4.0％以下ではその効果少なく、11％以
上では鋳物の靭性や耐熱衝撃性を著しく低下させ
る。 マグネシウム0.1〜２％の添加は鋳物に熱処理
を施すことによつて合金組織中にMg₂Siを析出し
て合金基質を強化する効果を有し、0.1％以下で
はその効果少なく、２％以上では伸びが小さく、
また鋳造性も低下する。 銅の５％以下の添加は熱処理を施した場合に、
時効効果によつて合金鋳物に著しい強度を付与す
るものであるが、５％以上の添加は伸びを低下し
靭性を損なう。 マンガンの１％以下およびニツケルの３％以下
の添加は鋳物に耐熱性を付与するものであるが、
マンガン添加量が１％を超すと、添加したマンガ
ンが合金成分中のアルミニウム、ケイ素や不純物
として含まれる鉄と反応してアルミニウム−マン
ガン−ケイ素−鉄系の粗大な針状化合物を晶出し
て鋳物の靭性を低下させ、またニツケルの添加量
が３％を超すとアルミニウム−ニツケル系の粗大
化合物を生じて同様に靭性低下を来す。 本発明においては上記した組成範囲でケイ素、
マグネシウムを含み、さらに必要に応じて銅、マ
ンガン、ニツケルを含むアルミニウム−ケイ素−
マグネシウム系、またはアルミニウム−ケイ素−
マグネシウム−銅系合金において、カルシウムの
0.001〜0.01％を添加するものであるが、カルシ
ウムの上記範囲での含有は、先に述べた如くこの
二つの系の合金に於ける合金中の鉄含有に基ずく
合金鋳物製品の引け巣欠陥の増加に依る耐圧性低
下を防止する作用を有するものであつて、含有量
が0.001％以下ではその効果が少なく、またそれ
が0.01％を超えると、合金溶湯の流動性が低下し
て鋳物に湯境等を生じなくなり、健全な製品を描
たくなる。 而して、このようにカルシウム添加に依る耐圧
性改善効果が得られる合金中の鉄含有量の範囲は
0.4％を超え0.8％未満の範囲に限られるものであ
る。 何となれば鉄0.4％以下では合金鋳物の耐圧性
はもともと問題は無く、また鉄含有量が0.8％を
超えるとカルシウム添加によつても耐圧性改善効
果が十分に得られないからである。 本発明の合金の溶製はこの種の合金系において
通常行なわれる一般的な方法が採られ、カルシウ
ムの添加は金属カルシウムまたはアルミニウム−
カルシウム母合金またはカルシウム含有フラツク
ス等が用いられる。 また、本発明合金を鋳造して各種鋳物製品を得
るに際し、この種の合金系において婁々行なわれ
るナトリウムまたはストロンチウム等に依る鋳造
組織の改良処理、チタニウム、ボロン等に依る鋳
造組織の微細化処理等によつて合金中に添加され
るこれら金属の含有は、これらの処理が常法の添
加範囲にて行なわれている限り、本発明の効果を
妨げることが無いので何等支障は無い。 本発明の合金は砂型鋳造や金型鋳造に適用可能
なことは勿論であるが、近年大型化しつゝあるダ
イカスト、低圧鋳造に適用した場合にも鋳造製品
の耐圧性を向上することができる。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す如き各種組成の合金を溶製し、鋳
込温度720℃、鋳型温度200℃にてJIS舟底金型お
よびテーターモールドに鋳込み、それらから強度
および伸び試験片、引き巣観察試験片を作成し
た。なお、合金組成中のカルシウムはアルミニウ
ム−５％カルシウム母合金を用いて添加した。強
度および伸びの測定は試験片を500℃に６時間保
持後、水焼き入れし、180℃で６時間焼き戻すT₆
処理を施した後に行なつた。 引け巣の観察については、テーターモールドに
鋳込まれた合金鋳物の上下方向に２分割し、分割
面を面削して平滑化した後カラーチエツクして、
引き巣の存在状態を調べた。これらの結果を第１
表に示す。なお、引け巣の観察結果は第１図に示
す実験結果を参考にし、ａの如く有害な引き巣の
観察されなかつたものをＡランクとしｂ，ｃ，ｄ
と引け巣の存在が顕著になるに従つて、それぞれ
Ｂ、Ｃ、Ｄとランク付けした。

【表】 ＊：ppm表示
第１表の結果からカルシウム添加のない従来の
アルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金（試
料番号１〜４）およびアルミニウム−ケイ素−マ
グネシウム−銅係合金（試料番号９〜11）におい
ては、合金中の鉄含有量が低い間は引け巣ランク
はＡと全く問題が無い（試料番号１）が、鉄含有
量が0.2％を超えると（試料番号２〜４および９
〜11）有害な引け巣が観測され、含有量が多くな
るに従つてＢ、Ｃ、Ｄとこれら有害な引け巣量が
多くなり、これらの合金によつて作られた鋳物の
耐圧性に問題を生ずる恐れがあるのに対し、これ
らの合金系に本発明の範囲でカルシウムを添加し
た本発明第１乃至第４の合金（試料番号５〜８お
よび12〜15）においては合金中の鉄含有量が0.2
％を超えて相当量高くなつても、いずれもランク
Ａで有害な引け巣が存在せず、本発明合金は耐圧
性が優れていることが判かる。 また、強度、伸びの測定結果から本発明のアル
ミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金およびア
ルミニウム−ケイ素−マグネシウム−銅系合金は
同一組成のケイ素、マグネシウム、銅を含む従来
合金に較べて概ね強度、伸びともに改善されてお
り、機械的性質、殊に靭性においても優れている
ことが判かる。 （効果） 以上述べたように、従来のアルミニウム−ケイ
素−マグネシウム系合金、またはアルミニウム−
ケイ素−マグネシウム−銅系合金に適量のカルシ
ウムを添加含有せしめた本発明の鋳物用アルミニ
ウム合金は、合金中の鉄含有量の増加にもかゝわ
らず、これを鋳造して得られた鋳物製品に鉄化合
物の生成に起因する特殊な形状の内部引け巣に依
る欠陥を生ずることが無いので、耐圧性に優れ、
また強度、靭性も改善されるので自動車、船舶の
ピストン等のエンジン廻り部品、油圧容器、その
他の耐圧性を必要とする機械部品鋳物の鋳造に最
適である。 また、鋳物工場等においてスクラツプ材、二次
合金地金の配合使用に際しても、配合地金中の鉄
不純物の調整に煩わされること無く、合金の溶製
ができるので極めて効率的かつ経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃおよびｄは従来のアルミニウ
ム−ケイ素−マグネシウム−銅系合金における合
金中の鉄含有量と引け巣発生状態の関係を示すた
めのカラーチエツによる引け巣観察試料である。
本試料は同時に引け巣発生手段程度を示すランク
付け試料の兼ねており、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順で引
け巣量が増大することを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で、ケイ素４〜11％、マグネシウム0.1
   〜２％、カルシウム0.001〜0.01％を含有し、残
   部アルミニウムおよび不純物からなり、不純物中
   の鉄の含有量が0.4％を超え0.8％未満である耐圧
   性の優れた鋳物用アルミニウム合金。 ２ 重量で、ケイ素４〜11％、マグネシウム0.1
   〜２％、銅５％以下、カルシウム0.001〜0.01％
   を含有し、残部アルミニウムおよび不純物からな
   り、不純物中の鉄の含有量が0.4％を超え0.8％未
   満である耐圧性の優れた鋳物用アルミニウム合
   金。 ３ 重量で、ケイ素４〜11％、マグネシウム0.1
   〜２％、カルシウム0.001〜0.01％を含有し、さ
   らに、マンガン１％以下およびニツケル３％以下
   のうちの１種以上を含有し、残部アルミニウムお
   よび不純物からなり、不純物中の鉄の含有量が
   0.4％を超え0.8％未満である耐圧性の優れた鋳物
   用アルミニウム合金。 ４ 重量で、ケイ素４〜11％、マグネシウム0.1
   〜２％、銅５％以下、カルシウム0.001〜0.01％
   を含有し、さらに、マンガン１％以下およびニツ
   ケル３％以下のうちの１種以上を含有し、残部ア
   ルミニウムおよび不純物からなり、不純物中の鉄
   の含有量が0.4％を超え0.8％未満である耐圧性の
   優れた鋳物用アルミニウム合金。