JPH06330202A

JPH06330202A - 高強度・高靱性アルミニウム合金部材の製造方法および鋳造用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH06330202A
Application number: JP13946993A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shimizu; 吉広清水; Yoji Awano; 洋司粟野
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】凝固時の冷却速度および組成の両方の広い範
囲にわたって性質変化が小さく、熱処理をしない鋳造の
ままでも高い強度と靭性を兼備した高強度・高靭性アル
ミニウム合金部材を製造できる方法および該製造方法に
用いる鋳造用アルミニウム合金を提供する。【構成】重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：2.５
〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15
〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、および少な
くともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５％のうち
の一種を含み、残部が実質的にアルミニウムとなるよう
に原料を溶解し、前記原料の溶湯を0.５℃／秒以上の冷
却速度で凝固させることを特徴とする高強度・高靭性ア
ルミニウム合金部材の製造方法、およびこれに用いる鋳
造用アルミニウム合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度・高靭性アルミ
ニウム合金部材の製造方法および高強度で靭性に優れた
非熱処理型の鋳造用アルミニウム合金に関し、さらに詳
しくは、熱処理をしない鋳放しのままで使用できるＡｌ
−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｔｉ−Ｓｂ系またはＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ−
Ｚｎ−Ｔｉ−Ｓｂ系からなる鋳造用アルミニム合金、お
よびこの合金を用いて高強度・高靭性のアルミニウム合
金部材を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造用として用いられるアルミニウム合
金部材、殊にアルミニウム合金の鋳造材は、軽量化や製
品の性能向上のために高品質化が望まれている。特に、
自動車の足廻り部品などの重要保安部品にアルミニウム
合金を使用するには、引張強さと伸びを兼備した、すな
わち高強度で高靭性な材料であることが要求される。ま
た、これらの部品は過酷な腐食環境下にさらされること
から、耐食性や耐応力腐食割れ性にも優れる必要があ
る。また、生産性を高めるとともに、コストを低く抑え
るため、長時間を要する熱処理を施さなくてもよい材料
であることが望ましい。さらに、自動車用の鋳物は、肉
厚不同が大きいことや、大量に生産されることなどか
ら、鋳造や凝固の条件が多少変動しても高い品質が安定
して得られる材料が望まれる。

【０００３】従来、鋳造用に用いられるアルミニウム合
金は、鋳造性のよいアルミニウム−珪素（Ａｌ−Ｓｉ）
系が大半を占めていたが、脆弱な共晶珪素が多量に晶出
するため、強度、特に靭性が低く、高品質化の要望に沿
うには限界があった。一方、ＪＩＳに定められるＡＣ７
Ａ及びＡＣ７ＢのようなＡｌ−Ｍｇ系の合金では、靭性
は高いものの、鋳造性が悪く、強度も十分ではないとい
う欠点があった。このように、従来の鋳造用に用いられ
るアルミニウム合金には、熱処理をしない鋳造のまま
で、十分な強度と靭性を兼ね備えているだけでなく、さ
らに耐食性や応力腐食割れ性の良好な合金およびその製
造方法は未だ見出されていないのが現状である。

【０００４】そこで、本発明者らは、これら問題を解決
するために、ＡｌとＭｎとからなる化合物を細かく分散
させ、さらにＭｇやＺｎを添加して強化した高靱性アル
ミニウム合金を提案した（特開平３−２０２４３６号公
報、特開平５−９６３８号公報）。すなわち、特開平３
−２０２４３６号に提案されたアルミニウム合金は、重
量％でＭｎ：0.９〜２.0％、Ｔｉ：0.15〜0.６％、Ｍ
ｇ：４〜８％を含み、残部がＡｌと不可避物質とからな
る高靱性アルミニウム合金である。この合金は、引張強
さが３０kgf/mm²以上、伸びが２０％以上と極めて高い
延性と中程度の強度を有した合金である。

【０００５】また、特開平５−９６３８号に提案された
アルミニウム合金は、重量％でＭｎ：0.９〜２％、Ｍ
ｇ：２.5〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：
0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.1 ％
のうちの一種を含み、残部がＡｌと不可避物質とからな
る高強度、高靱性アルミニウム合金、および上記原料を
溶解し原料の溶湯を１℃／秒以上の冷却速度で凝固させ
ることを特徴とする高強度、高靱性アルミニウム合金の
製造方法である。この合金は、引張強さが３５kgf/mm²
以上、伸びが１０％以上を示す合金を実現している。ま
た、該合金は凝固時の冷却速度が１℃／秒以上の時には
上述したような、優れた性質を示すとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−２０２４３６号公報に提案された高靱性アルミニウ
ム合金では、厚肉の高圧鋳造部材などのように冷却速度
の小さい場合や含有量の上限のＭｎ量の２％を超えた場
合には、初晶Ａｌ₆Ｍｎが晶出して引張特性が低下して
しまうという問題を有している。

【０００７】また、特開平５−９６３８号公報に提案さ
れた高強度、高靱性アルミニウム合金およびその製造方
法では、冷却速度が１℃／秒を下回ると、粗い角板状の
初晶Ａｌ₆Ｍｎが晶出して、引張特性が著しく低下す
る。このため、厚肉部を有する鋳物や冷却速度の小さい
鋳造法に該合金を適用するには制約があった。また、金
型や注湯温度が変動して冷却速度が小さくなった時に、
引張特性が低下して不良を生じる虞があるという問題を
有している。さらに、該合金の引張強さはＭｎが多いほ
ど高くなるが、含有量の上限のＭｎ量である２％をこえ
ると、初晶Ａｌ₆Ｍｎが晶出して引張特性が急激に低下
するという問題を有している。従って、高い引張強さが
要求されてＭｎ量を高くしたい場合でも、組成の変動に
よって引張特性が著しく低下してしまう危険性をはらん
でいるので、安全をみて低めに設定せざるを得ないとい
うことになる。

【０００８】このような状況から、溶解・鋳造や凝固な
どのプロセスの条件あるいは組成等が変動しても、安定
して高い性質を示す合金の開発が嘱望されていた。そこ
で、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を解決
すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結果、本
発明を成すに至ったものである。

【０００９】（発明の目的）本発明の目的は、凝固時の
冷却速度および組成の両方の広い範囲にわたって性質変
化が小さく、熱処理をしない鋳造のままでも高い強度と
靭性を兼備した高強度・高靭性アルミニウム合金部材を
製造できる方法および該製造方法に用いる鋳造用アルミ
ニウム合金を提供することにある。

【００１０】本発明者らは、上述の従来技術の問題に関
し、以下のことに着眼した。すなわち、ＳｂやＢｉの添
加により初晶Ａｌ₆Ｍｎの晶出が抑制される効果がある
ことを見出し、各種の系統的実験を重ねて検討した結
果、上記Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｔｉ系アルミニウム合金ま
たはＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｔｉ系アルミニウム合金
にＳｂまたはＢｉを添加することによって、これまでよ
りも高いＭｎ量まで、あるいは広い冷却速度の範囲まで
安定して高い性質を具備できる高強度・高靱性アルミニ
ウム合金を実現するに至った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（第１発明の構成）本第１発明の高強度・高靭性アルミ
ニウム合金部材の製造方法は、重量％で、Ｍｎ：0.５〜
2.５％、Ｍｇ：2.５〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜
0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうち
の一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：
0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部が実質的にアル
ミニウムとなるように原料を溶解し、前記原料の溶湯を
0.５℃／秒以上の冷却速度で凝固させることを特徴とす
る。

【００１２】（第２発明の構成）本第２発明の高強度・
高靭性アルミニウム合金部材の製造方法は、重量％で、
Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：2.５〜７％、Ｚｎ：１〜５
％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.
５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、および少なくと
もＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５％のうちの一
種を含み、残部が実質的にアルミニウムとなるように原
料を溶解し、前記原料の溶湯を0.５℃／秒以上の冷却速
度で凝固させることを特徴とする。

【００１３】（第３発明の構成）本第３発明の鋳造用ア
ルミニウム合金は、重量％で、Ｍｎ：0.５〜２.5％、Ｍ
ｇ：２.5〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚ
ｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、お
よび少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５
％のうちの一種を含み、残部がアルミニウム及び不可避
不純物からなることを特徴とする。

【００１４】（第４発明の構成）本第４発明の鋳造用ア
ルミニウム合金は、重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍ
ｇ：2.５〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：
0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％
のうちの一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.5 ％、
Ｂｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部がアルミ
ニウム及び不可避不純物からなることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本第１発明および第２発明の高強度・高靭性ア
ルミニウム合金部材の製造方法、および本第３発明およ
び第４発明の鋳造用アルミニウム合金が、優れた効果を
発揮するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかで
はないが、次のように考えられる。

【００１６】（第１発明の作用）本第１発明の高強度・
高靭性アルミニウム合金部材の製造方法では、先ず、重
量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：2.５〜７％と、少
なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、
Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、および少なくともＳ
ｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を
含み、残部が実質的にアルミニウムとなるように原料を
溶解し、次いで、所定の冷却速度で凝固させてなる。

【００１７】ここで、原料中のマンガン（Ｍｎ）の含有
量は、0.５〜2.５重量％である。Ｍｎは、Ａｌ中に固溶
して強化するとともに、ＡｌとＡｌ₆Ｍｎとからなる化
合物を形成して、アルミニウム合金母材を強化する。ま
た、アルミニウム合金母材の耐食性を向上させる効果を
有する。このＭｎの含有量が0.５重量％未満の場合、十
分な強度が得られない。また、該含有量が2.５重量％を
超える場合は、初晶として粗大なＡｌ₆ＭｎやＡｌ₄Ｍ
ｎが晶出し、著しく強度が低下するので適当ではない。

【００１８】マグネシウム（Ｍｇ）の含有量は、2.５〜
７重量％である。Ｍｇは、Ａｌ中に固溶するとともに、
一部がＡｌ、Ｚｎとともに析出して、強度を向上させ
る。このＭｇの含有量が2.５重量％未満の場合、十分な
強度が得られない。また、該含有量が７重量％を超える
場合は、化合物相が晶出し脆化してしまう。

【００１９】チタン（Ｔｉ）の含有量は、0.15〜0.５重
量％である。Ｔｉは、結晶粒を微細化するだけでなく、
Ａｌ₆Ｍｎ化合物を細かく丸い形状で、かつ均一に晶出
させ、強度および靭性を向上させる。このＴｉの含有量
が0.15重量％未満の場合、強度および靱性向上の効果が
得られないばかりか、逆に悪影響が出てしまう。また、
該含有量が0.５重量％を超える場合は、溶解・鋳造温度
を1000℃まで高めても、初晶として粗大な針状のＡｌ₃
Ｔｉが晶出して、著しく強度が低下する。

【００２０】ジルコニウム（Ｚｒ）の含有量は、0.15〜
0.５重量％である。Ｚｒは、前述のＴｉと同様の作用を
奏する。このＺｒの含有量が0.15重量％未満の場合、強
度および靱性向上の効果が得られないばかりか、逆に悪
影響が出てしまう。また、該含有量が0.５重量％を超え
る場合は、溶解・鋳造温度を1000℃まで高めても、初晶
として粗大な針状のＡｌ₃Ｚｒが晶出して、強度および
靱性が著しく低下する。

【００２１】硼素（Ｂ）の含有量は、0.01〜0.１重量％
である。Ｂは、前述のＴｉと同様の作用を奏する。この
Ｂの含有量が0.01重量％未満の場合、強度および靱性向
上の効果が得られないばかりか、逆に悪影響が出てしま
う。また、該含有量が0.１重量％を超える場合は、溶解
・鋳造温度を1000℃まで高めても、初晶として粗大な針
状のＡｌＢ₂が晶出して、強度および靱性が著しく低下
する。

【００２２】アンチモン（Ｓｂ）の含有量は、0.01〜0.
５重量％である。Ｓｂは、初晶Ａｌ₆Ｍｎの晶出を抑え
る効果を有するので、Ｍｎ量の高い合金を用いる場合も
しくは凝固時の冷却速度がある程度小さい場合でも、Ｍ
ｎを強制的に固溶させることができる。即ち、肉厚不同
が大きく、部位ごとによって冷却速度の著しく異なった
鋳物においても、全部位にわたってほぼ同等の高い機械
的性質を保持させることができる。このＳｂの含有量が
0.01重量％未満の場合、十分な上記効果が得られない。
また、該含有量が0.５重量％を超える場合は、ＳｂとＭ
ｇとがＭｇ₃Ｓｂ₂なる化合物を生成して応力集中源と
なってしまうことと、強化に寄与するＭｇ量が減少する
ために、かえって強度を低下させてしまう。

【００２３】ビスマス（Ｂｉ）の含有量は、0.01〜0.５
重量％である。Ｂｉは、前述のＳｂと同様の作用を奏す
る。このＢｉの含有量が0.01重量％未満の場合、十分な
上記効果が得られない。また、該含有量が0.５重量％を
超える場合は、ＢｉとＭｇとがＭｇ₃Ｂｉ₂なる化合物
を生成して応力集中源となってしまうことと、強化に寄
与するＭｇ量が減少するために、かえって強度を低下さ
せてしまう。

【００２４】次に、溶解した前記所定組成の原料からな
る溶湯を凝固させるときの冷却速度は、0.５℃／秒以上
の冷却速度である。これにより、アルミニウム中へ強化
元素のＭｎ、Ｍｇ等を過飽和に強制固溶させることがで
きる。従って、鋳放しのままで高強度・高靱性のアルミ
ニウム合金部材を得ることができる。例えば、Ｍｎで
は、ＭｇやＺｎと共存したときの平衡固溶量は１重量％
未満であるが、本発明のような冷却速度の得られる鋳造
法によれば１％以上強制固溶させることが可能であり、
強度の向上に寄与する。また、Ｍｎを２.5重量％まで含
有させることができるので、引張強さ等の強度をより向
上させることが可能となる。

【００２５】以上のように、所定組成の原料を溶解し、
該所定組成の溶湯を所定速度で凝固させることにより、
凝固時の冷却速度および組成の両方の広い範囲にわたっ
て性質変化が小さく、熱処理をしない鋳造のままで、高
い強度と靭性を兼備した高強度・高靭性アルミニウム合
金部材を製造することができるものと考えられる。

【００２６】（第２発明の作用）本第２発明の高強度・
高靭性アルミニウム合金部材の製造方法では、先ず、重
量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：2.５〜７％、Ｚ
ｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚ
ｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、お
よび少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５
％のうちの一種を含み、残部が実質的にアルミニウムと
なるように原料を溶解し、次いで、所定の冷却速度で凝
固させてなる。

【００２７】ここで、本第２発明の作用は、Ｚｎの作用
を除いて上述の第１発明の作用と同様であるので、Ｚｎ
の作用を中心に説明する。すなわち、亜鉛（Ｚｎ）の含
有量は、１〜５重量％である。Ｚｎは、Ａｌ中に固溶す
るとともに、一部がＡｌ、Ｍｇとともに析出して、強度
を上昇させる。このＺｎの含有量が１重量％未満の場
合、十分な強度が得られない。また、該含有量が５重量
％を超える場合は、化合物相が晶出して脆化するだけで
なく、耐食性や耐応力腐食割れ性が低下する。次いで、
溶解した前記所定組成の原料からなる溶湯を凝固させる
ときの冷却速度は、0.５℃／秒以上の冷却速度である
が、これにより、ＳｂやＢｉが添加されているため初晶
Ａｌ₆Ｍｎの晶出を抑制することができ、アルミニウム
中へ強化元素であるＭｎ、Ｍｇ、Ｚｎ等を過飽和に強制
固溶させることができる。

【００２８】（第３発明の作用）本第３発明の鋳造用ア
ルミニウム合金は、重量％で、Ｍｎ：0.５〜２.5％、Ｍ
ｇ：２.5〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚ
ｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、お
よび少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５
％のうちの一種を含み、残部がアルミニウム及び不可避
不純物からなる。本発明の鋳造用アルミニウム合金の構
成元素であるＭｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｂ、Ｂｉ
の作用は、前述の第１発明の高強度・高靭性アルミニウ
ム合金部材の製造方法の作用において説明したＭｎ、Ｍ
ｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｂ、Ｂｉの作用と同様である。

【００２９】本第３発明の鋳造用アルミニウム合金は、
前記所定含有量の元素を構成元素としてなる。このよう
にすることにより、原料として少なくともＴｉ、Ｚｒ、
Ｂの一種とＭｎとを共存させたので、Ｍｎ化合物を丸い
形状様の微細な粒子としてアルミニウム母材中に均一に
分散させることができ、さらにアルミニウムに良く固溶
するＭｇを含有させることにより、靭性を損なわずに強
度を向上させることができる。さらに、初晶Ａｌ₆Ｍｎ
の晶出を抑えるＳｂ又はＢｉを添加したので、広い冷却
速度の範囲で凝固した場合でも、高強度で高靭性のアル
ミニウム合金部材を得ることができるものと思われる。
また、これら組成の原料からなる溶湯を、0.５℃／秒以
上の冷却速度で凝固させることにより、アルミニウム中
へ強化元素のＭｎ、Ｍｇ等を過飽和に強制固溶させるこ
とができる。

【００３０】（第４発明の作用）本第４発明の鋳造用ア
ルミニウム合金は、重量％で、Ｍｎ：0.５〜２.5％、Ｍ
ｇ：２.5〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：
0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％
のうちの一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、
Ｂｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部がアルミ
ニウム及び不可避不純物からなる。本発明の鋳造用アル
ミニウム合金の構成元素であるＭｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｂ、Ｂｉの作用は、前述の第２発明の
高強度・高靭性アルミニウム合金部材の製造方法の作用
において説明したＭｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ、
Ｓｂ、Ｂｉの作用と同様である。

【００３１】本第４発明の鋳造用アルミニウム合金は、
前記所定含有量の元素を構成元素としてなる。このよう
にすることにより、原料として少なくともＴｉ、Ｚｒ、
Ｂの一種とＭｎとを共存させたので、Ｍｎ化合物を丸い
形状様の微細な粒子としてアルミニウム母材中に均一に
分散させることができ、さらにアルミニウムに良く固溶
するＭｇ、Ｚｎを含有させることにより、靭性を損なわ
ずに強度を向上させることができる。さらに、初晶Ａｌ
₆Ｍｎの晶出を抑えるＳｂ又はＢｉを添加したので、広
い冷却速度の範囲で凝固した場合でも、高強度で高靭性
のアルミニウム合金部材を得ることができるものと思わ
れる。また、これら組成の原料からなる溶湯を、0.５℃
／秒以上の冷却速度で凝固させることにより、アルミニ
ウム中へ強化元素のＭｎ、Ｍｇ等を過飽和に強制固溶さ
せることができる。

【００３２】

【発明の効果】

（第１発明の効果）本第１発明の高強度・高靭性アルミ
ニウム合金部材の製造方法により、凝固時の冷却速度お
よび組成の両方の広い範囲にわたって性質変化が小さ
く、熱処理をしない鋳造のままで高い強度と靭性を兼備
したアルミニウム合金部材を製造することができる。

【００３３】（第２発明の効果）本第２発明の高強度・
高靭性アルミニウム合金部材の製造方法により、凝固時
の冷却速度および組成の両方の広い範囲にわたって性質
変化が小さく、熱処理をしない鋳造のままで高い強度と
靭性を兼備したアルミニウム合金部材を製造することが
できる。

【００３４】（第３発明の効果）本第３発明の鋳造用ア
ルミニウム合金を用いることににより、凝固時の冷却速
度および組成の両方の広い範囲にわたって性質変化が小
さく、熱処理をしない鋳造のままで高い強度と靭性を兼
備したアルミニウム合金部材を製造することができる。

【００３５】（第４発明の効果）本第４発明の鋳造用ア
ルミニウム合金を用いることににより、凝固時の冷却速
度および組成の両方の広い範囲にわたって性質変化が小
さく、熱処理をしない鋳造のままで高い強度と靭性を兼
備したアルミニウム合金部材を製造することができる。

【００３６】

【実施例】

（第１発明〜第４発明の具体例）以下に、前記第１発明
〜第４発明をさらに具体的にした具体例について説明す
る。

【００３７】本第１発明および第２発明のアルミニウム
合金部材の製造方法により、ＴｉとＭｎとを共存させた
ので、Ｍｎ化合物を丸い形状の20μｍ以下の微細な粒子
としてアルミニウム母材中に均一に分散させることがで
きるので、化合物による切欠き効果を極力抑えて脆弱的
に破断するのを防ぎ、複合強化あるいは分散強化効果を
有効に作用させることができる。

【００３８】本第１発明ないし第４発明において、Ｍｎ
の含有量は、１.0〜２.2重量％が好適である。このよう
にすることにより、引張強さが３０kgf/mm²以上、0.２
％耐力が１５kgf/mm²以上、伸びが２０％以上とより高
強度で高靭性のアルミニウム合金部材を得ることができ
る。

【００３９】本第１発明および第２発明において、凝固
時の0.５℃／秒以上の冷却速度を実現するための鋳造法
としては、高圧鋳造法を用いることが好ましい。すなわ
ち、溶解炉で溶解したアルミニウム合金を金型内の製品
部分に充填後、直ちに、該溶湯表面にパンチ等の加圧媒
体によって２００〜２０００kgf/cm²の圧力を加えなが
ら凝固させる。これより、溶湯が温度の低い金型表面に
直接接するために、急冷凝固される効果とともに、その
際に溶湯に加えられる圧力の効果によって、強化元素の
Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎをアルミニウム中に過飽和に強制固溶
させることができる。また、Ｄirect Ｃhill（Ｄ．
Ｃ．）鋳造法、ダイカスト法を用いても良く、金型鋳造
法も一部適用できる。

【００４０】本第１発明の高強度・高靭性アルミニウム
合金部材の製造方法により、重量％で、Ｍｎ：0.５〜
２.5％、Ｍｇ：２.5〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜
0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうち
の一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：
0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部がアルミニウム
及び不可避不純物からなり、アルミニウム母材中に２０
μｍ以下のＭｎ化合物が均一に分散してなる高強度で高
靭性のアルミニウム合金部材を得ることができる。すな
わち、少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｂの一種とＭｎを共存さ
せたので、Ｍｎ化合物を丸い形状様の２０μｍ以下の微
細な粒子として分散させることができ、これにより、化
合物による切欠き効果を極力抑えて脆弱的に破断するの
を防ぎ、複合強化あるいは分散強化効果を有効に作用さ
せることができる。また、アルミニウムに良く固溶する
Ｍｇを含有させることにより、固溶強化効果を発揮させ
るとともに、均一な変形組織を生ぜしめて、靱性を損な
わず強度を向上させることができる。さらに、初晶Ａｌ
₆Ｍｎの晶出を抑えるＳｂまたはＢｉを添加することに
より、粗大なＡｌ₆Ｍｎ化合物による切欠き効果によっ
て部材が脆性的に破断するのを防いで、広い冷却速度の
範囲で凝固した場合でも、高強度で高靱性を実現するこ
とができる。

【００４１】本第２発明の高強度・高靭性アルミニウム
合金部材の製造方法により、重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.
５％、Ｍｇ：2.５〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくと
もＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01
〜0.１％のうちの一種、および少なくともＳｂ：0.01〜
0.5 ％、Ｂｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部
がアルミニウム及び不可避不純物からなり、アルミニウ
ム母材中に20μｍ以下のＭｎ化合物が均一に分散してな
る高強度で高靭性のアルミニウム合金部材を得ることが
できる。すなわち、少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｂの一種と
Ｍｎを共存させたので、Ｍｎ化合物を丸い形状様の２０
μｍ以下の微細な粒子として分散させることができる。
また、アルミニウムに良く固溶するＭｇおよびＺｎを含
有させることにより、固溶強化効果を発揮させるととも
に、Ｍｇ，Ｚｎ，Ａｌからなる析出物による強化作用を
発現させて、均一な変形組織を生ぜしめ、靱性低下を極
力抑えて強度を向上させることができる。さらに、初晶
Ａｌ₆Ｍｎの晶出を抑えるＳｂまたはＢｉを添加するこ
とにより、広い冷却速度の範囲で凝固した場合でも、高
強度で高靱性を実現することができた。

【００４２】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００４３】第１実施例第１表に示した鋳造用アルミニウム合金を、高周波誘導
炉を用いて１０００℃で完全に溶解してから、大気中で
８５０℃まで自然冷却した後、２５０℃に予熱したφ９
０×１５０ mm の金型に鋳込み、加圧力９００kgf/cm²
を付加させながら、高圧鋳造しアルミニウム合金部材を
得た。次いで、冷却速度が約５℃／秒となる金型との接
触面から１０mmの部分、および冷却速度が約0.５℃／秒
の鋳物の中心部から、ＪＩＳ４号Ａ引張試験用の試料片
を切り出した。島津製オートグラフを用い、クロスヘッ
ド速度２mm／min で各組成の合金試料片につき４本ずつ
引張試験を行った。以上により得られた結果を、第２表
に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】本実施例である試料番号１は、冷却速度が
５℃／秒のときには引張強さが３２.6kgf/mm、20.2％耐
力が１６.3kgf/mm²、伸びが２８.3％であり、0.５℃／
秒のときにはそれぞれ２９.5kgf/mm²、１５.0kgf/mm²
および１５.0％である。Ｓｂを含まない比較例の試料番
号Ｃ１と比べると、高い引張強さと伸びを示しているこ
とが分かる。試料番号２と試料番号３は、Ｓｂ量を変化
させた例であり、いずれも比較例の試料番号Ｃ１よりも
高い引張強さおよび伸びを有している。試料番号４は、
Ｍｎ量がさらに高い場合の例であり、比較例の試料番号
Ｃ２およびＣ３よりも引張強さと伸びが高い。試料番号
５は、Ｂｉを添加した場合の例であり、Ｓｂと同様な効
果を有することが分かる。さらに、試料番号６は、合金
元素としてＺｎを含んだ場合の例であり、比較例の試料
番号Ｃ４よりも引張強さと伸びが高い。

【００４７】第２実施例第３表に示した鋳造用アルミニウム合金を、高周波誘導
炉を用いて１０００℃で完全に溶解してから、大気中で
８５０℃まで自然冷却した後、１５０℃に予熱した３５
×４８×２００mmの金型に鋳込み、圧力９００kgf/cm²
を付加させながら、高圧鋳造してアルミニウム合金部材
を得た。次いで、冷却速度が約15℃／秒となる金型との
接触面から10mmの部分から、第１実施例と同様に、引張
試験のための試料片を切り出して、引張試験を行なっ
た。以上により得られた結果を、第４表に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】本実施例である試料番号７〜試料番号１０
と、それぞれに対応したＳｂを含まない比較例の試料番
号Ｃ５〜試料番号Ｃ８とを比較すると、本実施例の場合
はいずれも伸びが高く、試料番号９と試料番号１０とは
引張強さも高くなっていることがわかる。一方、0.２％
耐力は、ほぼ同じであった。このように、Ｓｂを添加し
た本実施例の鋳造用アルミニウム合金は、比較用合金で
は引張特性が低下するＭｎ量の高い範囲まで、高い引張
特性を保持できることが分かる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：
2.５〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：
0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、および
少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５％の
うちの一種を含み、残部が実質的にアルミニウムとなる
ように原料を溶解し、前記原料の溶湯を0.５℃／秒以上
の冷却速度で凝固させることを特徴とする高強度・高靭
性アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項２】重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：
2.５〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：0.15
〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のう
ちの一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂ
ｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部が実質的に
アルミニウムとなるように原料を溶解し、前記原料の溶
湯を0.５℃／秒以上の冷却速度で凝固させることを特徴
とする高強度・高靭性アルミニウム合金部材の製造方
法。
【請求項３】重量％で、Ｍｎ：0.５〜２.5％、Ｍｇ：
２.5〜７％と、少なくともＴｉ：0.15〜0.５％、Ｚｒ：
0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のうちの一種、および
少なくともＳｂ：0.01〜0.５％、Ｂｉ：0.01〜0.５％の
うちの一種を含み、残部がアルミニウム及び不可避不純
物からなることを特徴とする鋳造用アルミニウム合金。
【請求項４】重量％で、Ｍｎ：0.５〜2.５％、Ｍｇ：
2.５〜７％、Ｚｎ：１〜５％と、少なくともＴｉ：0.15
〜0.５％、Ｚｒ：0.15〜0.５％、Ｂ：0.01〜0.１％のう
ちの一種、および少なくともＳｂ：0.01〜0.5 ％、Ｂ
ｉ：0.01〜0.５％のうちの一種を含み、残部がアルミニ
ウム及び不可避不純物からなることを特徴とする鋳造用
アルミニウム合金。