JPH09256094A - 高圧鋳造用合金 - Google Patents

高圧鋳造用合金

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JPH09256094A
JPH09256094A JP6684496A JP6684496A JPH09256094A JP H09256094 A JPH09256094 A JP H09256094A JP 6684496 A JP6684496 A JP 6684496A JP 6684496 A JP6684496 A JP 6684496A JP H09256094 A JPH09256094 A JP H09256094A
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JP
Japan
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alloy
weight
fatigue strength
content
high pressure
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JP6684496A
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English (en)
Inventor
Kenichi Hirukawa
謙一 蛭川
Yoshiki Takebayashi
慶樹 武林
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な靱性を有していると共に、高い疲労強
度を得ることができる高圧鋳造用合金を提供する。 【解決手段】 高圧鋳造用合金は、Cu:3.5乃至
5.0重量%、Si:9.5乃至10.5重量%、M
g:0.5重量%を超え1.0重量%以下及びSr:3
0乃至500重量ppm又はSb:0.1乃至0.2重
量%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物であるも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機部品材料及び
自動車部品材料等に使用され、靱性が良好であると共
に、高い疲労強度を有する高圧鋳造用合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高強度が要求される部品等に使用
される鋳造用合金としては、JISに規格されているA
C8C合金等のAl−Si−Cu−Mg系合金等があ
る。AC8C合金の主要元素の組成は、Cu:2.0乃
至4.0重量%、Si:8.5乃至10.5重量%、M
g0.6乃至1.5重量%であり、残部の大部分がAl
である。このようなAl−Si−Cu−Mg系合金にお
いて、特に、高温における強度を高めることを目的とし
た合金が公知である(特開平5−70878号公報)。
この合金の化学成分は、Si:20乃至35重量%、C
u:0.5乃至5.0重量%、Mg:0.2乃至2.0
重量%、Ni、Fe及びMnから選択された少なくとも
1種の元素(総量):0.1乃至10重量%、Ti及び
Zrから選択された少なくとも1種の元素(総量):
0.05乃至3.0重量%を含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるものである。
【0003】また、高圧鋳造後において高い靱性を得る
ことができるアルミニウム合金が開示されている(特開
昭62−74043号公報)。これは、Si:5乃至1
3重量%、Cu:1乃至5重量%、Mg:0.1乃至
0.5重量%、Sr:0.005乃至0.3重量%を含
有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるものであ
る。
【0004】更に、靱性の向上を目的として、Siを可
及的に低減させたAl−Si−Cu−Mg系合金につい
ても開示されている(特開平5−5148号公報)。こ
の合金は、Si:2.5乃至4.4重量%、Cu:1.
5乃至2.5重量%、Mg:0.2乃至0.5重量%を
含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるもので
あって、マトリックス中のデンドライトの大きさが30
μm以下である。
【0005】一般的に、高強度が要求される合金に対し
ては、高圧鋳造が最も適した鋳造法であり、これらの合
金はいずれも高圧(加圧)鋳造用の合金として開発され
ているものであるが、特に、圧縮機の部品等のように繰
り返して規定の応力がかかる部品等に使用する材料に対
しては、引張強度に加えて疲労強度の向上が要求されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の合金は、繰り返しの応力に耐えることができる
高い疲労強度を有するものではなく、特に疲労強度の不
足が問題となっている。従って、従来においては、鍛造
材よりも疲労強度が約2乃至4kgf/mm2 程度低い
鋳造材を圧縮機の部品等に使用する場合には、部品の形
状を適切にすることによって応力を緩和させるように設
計して、疲労強度の不足を解決していた。
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、良好な靱性を有していると共に、高い疲労
強度を得ることができる高圧鋳造用合金を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高圧鋳造用
合金は、Cu:3.5乃至5.0重量%、Si:9.5
乃至10.5重量%、Mg:0.5重量%を超え1.0
重量%以下及びSr:30乃至500重量ppmを含有
し、残部がAl及び不可避的不純物であることを特徴と
する。
【0009】本発明にかかる他の高圧鋳造用合金は、C
u:3.5乃至5.0重量%、Si:9.5乃至10.
5重量%、Mg:0.5重量%を超え1.0重量%以下
及びSb:0.1乃至0.2重量%を含有し、残部がA
l及び不可避的不純物であることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本願発明者等は、AC8C合金を
基に、高い疲労強度を得ることができる高圧鋳造用合金
を開発すべく種々実験研究を行った。その結果、合金中
のCu、Si、Mg及びSr又はSbの含有量を適正量
に規制することによって、従来のAC8C鋳造材よりも
高い疲労強度を有すると共に、同等の靱性を得ることが
できることを見い出した。
【0011】本発明においては、Mg含有量の低減によ
って、溶湯中のAl−Mg系の酸化物の生成が減少し、
Si含有量の増加によって、鋳造性が優れたものとなっ
ている。このような合金を高圧鋳造することにより、従
来の鍛造剤と同様の疲労強度を有する鋳造部品を得るこ
とができる。
【0012】以下、本発明における高圧鋳造用合金に含
有される化学成分及びその組成限定理由について説明す
る。
【0013】Cu:3.5乃至5.0重量% Cuは合金の強度に対して最も大きい影響を及ぼす元素
である。そこで、本願発明者等は、AC8C合金におい
てCu含有量を増加させて、疲労強度の向上を図った。
【0014】図2は縦軸に応力をとり、横軸に破壊まで
の繰り返し回数をとって、合金中のCu含有量に対する
疲労強度を示すグラフ図である。図2において、Cu含
有量が変化した4種の試験片を使用しているが、これら
の試験片は90°のノッチを有する丸棒形状とし、下記
表1に示す組成を有する合金から高圧鋳造によって作製
した板状鋳物から採取したものである。
【0015】
【表1】
【0016】上記表1及び図2に示すように、合金中の
Cu含有量が最も低い試験片記号Aは、一定応力におい
て少ない繰り返し数で破断するが、Cu含有量が増加す
るにつれて一定応力における破断までの繰り返し数が増
加している。
【0017】このように、Cu含有量が3.5重量%未
満であると、高い疲労強度を得ることができない。一
方、Cu含有量が5.0重量%を超えると、引張強度が
ほとんど上昇することがなくなると共に、伸びが著しく
低下する。従って、高い疲労強度を得ることができなく
なる。従って、合金中のCu含有量は3.5乃至5.0
重量%とする。
【0018】Si:9.5乃至10.5重量% Siは合金の鋳造性及び靱性に影響を及ぼす元素であ
る。合金中のSi含有量が9.5重量%未満であると、
合金の鋳造性が低下する。一方、Si含有量が10.5
重量%を超えると、組織中に初晶(過共晶)Siが出現
して靱性が著しく低下する。従って、合金中のSi含有
量は9.5乃至10.5重量%とする。
【0019】Mg:0.5重量%を超え、1.0重量%
以下 MgはCuと同様に、合金の強度に影響を及ぼす元素で
ある。AC8C合金において、Mg含有量が0.7重量
%であるときに最も強度が高くなり、Mg含有量が0.
7重量%から外れると合金の強度が低下する。従って、
合金中のMg含有量は0.5重量%を超え、1.0重量
%以下とする。
【0020】Sr:30乃至500重量ppm又はS
b:0.1乃至0.2重量% 前述の如く、合金中のCu含有量を増加させると、疲労
強度を向上させることができる。しかしながら、Cuを
5.0重量%を超えて合金中に添加しても、疲労強度に
対するより一層の効果は期待できず、図2に示すよう
に、いずれの試験片においても、応力振幅10kgf/
mm2 における疲労寿命は1.0×107回以下であ
る。
【0021】そこで、本願発明者等は、合金中のCu含
有量を3.5乃至5.0重量%とした上で、適正量のS
r又はSbを添加することにより、疲労強度が向上する
ことを見い出した。従来、Srは共晶Siの微細化及び
球状化に有効な元素であるが、引張強度への効果は少な
いものとされてきた。
【0022】しかしながら、合金中に適正量のSrが添
加されると、疲労強度はより一層向上する。合金中のS
r含有量が30重量ppm未満であると、疲労強度を向
上させる効果を十分に得ることができない。また、金属
溶湯中に均一に分布させることが困難となる。一方、合
金中のSr含有量が500重量ppmを超えると、靱性
が低下すると共に、疲労強度が低下する。
【0023】また、SbはSrと同様にSiを改良する
元素であり、合金中に適正量のSbが添加されていて
も、Srと同様の効果を有する。合金中のSb含有量が
0.1重量%未満であると、疲労強度を向上させる効果
を十分に得ることができない。一方、合金中のSb含有
量が0.2重量%を超えると、靱性が低下すると共に、
疲労強度が低下する。
【0024】このように、Sr及びSbは共に疲労強度
を向上させる成分であるが、双方が合金中に含有されて
いると、SrとSbとが結合して化合物を生成すること
により、疲労強度を向上させる効果が失われてしまう。
従って、合金中にはSr及びSbのいずれか一方を含有
するものとし、Srを含有する場合はSr含有量は3.
0乃至500重量ppm、Sbを含有する場合はSb含
有量は0.1乃至0.2重量%とする。
【0025】
【実施例】以下、本発明に係る高圧鋳造用合金の実施例
についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【0026】先ず、下記表2に示す組成を有する溶湯
を、高圧鋳造することによって板状鋳物に成形した。こ
のとき、高圧鋳造の加圧力は700乃至800kgf/
cm2とし、成形した板状鋳物の結晶は、デンドライト
2次枝の間隔(DAS2)が5乃至30μmであった。
次いで、この板状鋳物をT6処理した後、応力集中係数
t が3.6となるようなノッチを有する丸棒形状の疲
労試験片を採取して、疲労試験を実施した。また、板状
鋳物をT6処理した後、ASTM規格に準じてR3形状
の引張試験片を採取し、試験片の平行部にゲージを取り
付けて、インストロン型試験機により引張・伸び試験を
実施した。なお、この引張・伸び試験は、JIS Z
2241金属材料引張試験方法に準じて実施した。この
測定結果を下記表3に示す。
【0027】図1は縦軸に応力をとり、横軸に破壊まで
の繰り返し回数をとって、本実施例及び比較例の疲労強
度を示すグラフ図である。但し、グラフ図中に記載した
番号は、夫々、実施例及び比較例のNo.を表してい
る。また、これらの疲労試験においては小野式回転曲げ
疲労試験機を使用し、最小最大応力比Rは−1とした。
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】上記表2、3及び図1に示すように、合金
中のCu、Si及びMgの含有量が本発明の範囲内であ
り、所定量のSr又はSbを含有した実施例No.1及
び2は、Sr又はSbのいずれを使用しても同様の結果
となり、比較例と比較して、同一応力における破断まで
の繰り返し数が増加した。即ち、疲労強度が向上したこ
とを示している。また、引張・伸び試験においても、比
較例と同一かそれ以上の結果となった。
【0031】一方、比較例No.3及び4はCu含有量
が本発明範囲の下限未満であると共に、Sr又はSbが
添加されていないので、疲労強度が低いものとなってい
る。また、比較例No.5及び6については、Cu、S
i及びMg含有量は本発明の範囲内であるが、Sr又は
Sbが添加されていないので、疲労強度が低く、Cu含
有量の増加によって破断伸びが低下した。
【0032】比較例No.7はCu含有量が本発明の範
囲を超えていると共に、Sr又はSbが添加されていな
いので、破断伸びが極めて低いものとなった。比較例N
o.8及び9はCu、Si及びMg含有量が、夫々、比
較例No.3及び4と類似しており、本発明の範囲内で
Srが添加されているものである。従って、破断伸びに
おいては、比較例No.3及び4と比較して優れた値を
示したが、Cu含有量が本発明の範囲未満であるので、
実施例No.1及び2と比較して疲労強度が低いものと
なった。比較例No.10は、Cu、Si及びMg含有
量が比較例No.6と類似しており、微量のSrが添加
されたものであるが、このSr含有量が本発明範囲の下
限未満であるので、Sr添加の効果がなく、疲労強度は
比較例No.6と同様の結果となった。
【0033】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
合金中のCu、Si及びMgを適正量に規制すると共
に、適正量のSr又はSbを添加しているので、良好な
靱性及び高い疲労強度を有する高圧鋳造用合金を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】縦軸に応力をとり、横軸に破壊までの繰り返し
回数をとって、本実施例及び比較例の疲労強度を示すグ
ラフ図である。
【図2】縦軸に応力をとり、横軸に破壊までの繰り返し
回数をとって、合金中のCu含有量に対する疲労強度を
示すグラフ図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu:3.5乃至5.0重量%、Si:
    9.5乃至10.5重量%、Mg:0.5重量%を超え
    1.0重量%以下及びSr:30乃至500重量ppm
    を含有し、残部がAl及び不可避的不純物であることを
    特徴とする高圧鋳造用合金。
  2. 【請求項2】 Cu:3.5乃至5.0重量%、Si:
    9.5乃至10.5重量%、Mg:0.5重量%を超え
    1.0重量%以下及びSb:0.1乃至0.2重量%を
    含有し、残部がAl及び不可避的不純物であることを特
    徴とする高圧鋳造用合金。
JP6684496A 1996-03-22 1996-03-22 高圧鋳造用合金 Pending JPH09256094A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119923483A (zh) * 2023-08-31 2025-05-02 新阳股份有限公司 铸造用Al合金的制造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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