JPH09272941A - 製品予備形状への鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金およびその鋳造鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｓｉ含有量を従来の鋳造用アルミニウム合金
のＳｉ含有量より少くして鋳造性と鍛造性とを両立させ
るようにしたアルミニウム合金。 【解決手段】 Ｓｉを２．０〜３．３重量％とし、Ｍ
ｇ、Ｂｅを特定し、場合によってはＴｉ、Ｂを含み、同
じく場合によってはＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒのうちの１
種または２種以上を含み、同じく場合によってはＮａ、
Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａのうちの１種または２種以上を含み、
必要に応じてＰの量を規制し、同じく必要に応じてＦｅ
の量を規制し、残部Ａｌおよび不純分よりなるアルミニ
ウム系合金の溶湯を溶製したのみ、湯口の溶湯速度を１
８０ｍｍ／ｓｅｃ以下にして製品予備形状の鍛造用粗材
に鋳造し、次いで鍛造用粗材を製品形状に鍛造加工する
ことで品質のよい鋳造鍛造品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム系合
金からなる小型ないしは単純形状部品だけでなく例えば
比較的大型ないしは複雑形状をなす自動車部品，航空機
部品，工作機械部品，農業機械用部品などを製造するの
に利用される製品予備形状への鋳造を経て製品鍛造に供
されるアルミニウム系合金およびその鋳造鍛造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳造用アルミニウム合金として
は、例えば、Ｓｉ含有量が６．５〜７．５％であるＡＣ
４ＣＨ合金（ＪＩＳ Ｈ ５２０２）があり、鋳造性
（湯流れ性）に優れている合金として知られている。

【０００３】一方、圧延用や押出用アルミニウム合金と
しては、例えば、Ｓｉ含有量が０．４〜０．８％である
６０６１合金（ＪＩＳ Ｈ ４０００，ＪＩＳ Ｈ ４
１００等）があり、塑性加工性（圧延性，押出性，鍛造
性等）に優れている合金として知られている。

【０００４】近年、この種のアルミニウム系合金におい
て、鋳造性と鍛造性とを両立させるために、例えば、Ｓ
ｉ含有量を２．０〜３．０％としたアルミニウム系合金
（特願平３−１８９３３５号）や、Ｓｉ含有量を２．５
〜４．０％としたアルミニウム系合金（特開平６−７３
４８２号）や、Ｓｉ含有量を２．０〜３．３％としたア
ルミニウム系合金（特開平７−１０９５３６号）や、Ｓ
ｉ含有量を３．３〜５．５％としたアルミニウム系合金
（特開平７−１０９５３７号）などが開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな鋳造性と鍛造性とを両立させるために開発されたア
ルミニウム系合金では、鍛造性を向上させるために鋳造
用アルミニウム合金中のＳｉ含有量を少なくしたもので
あり、ＡＣ４ＣＨ等の鋳造用アルミニウム合金に比べる
と鋳造性があまり良くないことから、例えば、大物製品
ないしは部品や、複雑形状製品ないしは部品を鋳造した
場合に、湯模様や湯境欠陥などの表面欠陥を発生するこ
とがあるという問題点がある。

【０００６】そして、この表面欠陥は、鋳造工程におい
て非破壊検査では検出不可能である深さ０．２ｍｍ程度
のものであっても、その後の鍛造成形の際の加工におい
て割れへと進行し、不良品になることがありうるという
問題点を有していることから、このような問題点を解消
することが課題としてあった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、Ｓｉ含有量を従来の鋳造
用アルミニウム合金のＳｉ含有量よりも少なくして鋳造
性と鍛造性とを両立させるようにしたアルミニウム系合
金を素材として、小型および単純形状の製品ないしは部
品のみならず、例えば、大物製品ないしは部品や、複雑
形状製品ないしは部品を鋳造した場合においても、鋳造
品に湯模様や湯境欠陥などの表面欠陥を発生せず、その
後に行うこの鋳造品に対する鍛造加工の際には割れが発
生せず、形状精度ならびに内部および外観品質の著しく
優れた大物製品ないしは部品や、複雑形状製品ないしは
部品を鋳造鍛造成形法によって製造できるようにするこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる製品予備
形状への鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系
合金は、請求項１に記載しているように、重量％で、Ｓ
ｉ：２．０〜３．３％、場合によっては２．７〜３．０
％未満、Ｍｇ：０．２〜０．７％、場合によっては０．
４〜０．５％、Ｂｅ：０．００１〜０．０１５％、場合
によっては０．００１５〜０．０１００％、を含み、残
部Ａｌおよび不純物よりなる化学成分組成を有するもの
としたことを特徴としている。

【０００９】そして、本発明に係わる製品予備形状への
鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金の実
施態様においては、請求項２に記載しているように、請
求項１の成分組成に加えて、さらに、Ｔｉ：０．０１〜
０．２０％、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％を含む
ものとすることができ、また、請求項３に記載している
ように、請求項１または２の成分組成に加えて、Ｃｕ：
０．２０〜０．５０％，Ｍｎ：０．０２〜０．５０％，
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％，Ｚｒ：０．０１〜０．２
０％のうちの１種または２種以上を含むものとすること
ができ、さらにまた、請求項４に記載しているように、
請求項１ないし３のいずれかの成分組成に加えて、Ｎ
ａ：０．００１〜０．０１０％，Ｓｒ：０．００１〜
０．０５０％，Ｓｂ：０．０５〜０．１５％，Ｃａ：
０．０００５〜０．０１００％のうちの１種または２種
以上を含み、Ｐ：０．００１％以下に規制したものとす
ることができ、さらにまた、請求項５に記載しているよ
うに、請求項１ないし４のいずれかの成分組成におい
て、Ｆｅ：０．１５％以下に規制したものとすることが
できる。

【００１０】また、本発明に係わる製品予備形状への鋳
造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金の鋳造
鍛造方法は、請求項６に記載しているように、請求項１
ないし５のいずれかに記載の製品予備形状への鋳造を経
て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金の溶湯を溶製
したのち、湯口の溶湯速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下
（ＬＰＤＣ工法のときは換算した場合に溶湯の充填速度
を０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ^２・ｓｅｃ以下）にして製品
予備形状の鍛造用粗材に鋳造し、次いで鍛造用粗材を製
品形状に鍛造する構成としたことを特徴としている。

【００１１】

【発明の作用】本発明に係わる製品予備形状への鋳造を
経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金は、上記し
た化学成分組成を有するものであるが、以下に各元素の
作用と共に成分組成の限定理由について説明する。

【００１２】Ｓｉ：Ｓｉはアルミニウム系合金を素材と
する鋳造鍛造品の鍛造加工に際しての材料フローを考慮
した製品形状に対応した形状の鍛造用粗材を鋳造により
成形する場合において、鋳造の際のアルミニウム系合金
溶湯の流動性および引け性等を向上させ、溶湯の未充填
部分や鋳造割れなどの欠陥を発生させないようにするの
に有効な元素であり、アルミニウム系合金溶湯の湯流れ
性を向上させて良好なる鋳造性を得るために、２．０％
以上、より望ましくは２．７％以上含有させる。

【００１３】しかし、Ｓｉ含有量が多すぎると、製品予
備形状の鍛造用粗材を鍛造加工する際の鍛造性を低下さ
せることとなるので、３．３％以下、より望ましくは
３．０％未満としている。

【００１４】Ｍｇ：ＭｇはＳｉと共存して熱処理により
化合物Ｍｇ_２Ｓｉを析出し、引張強さおよび耐力などの
機械的強度を向上させるのに有用な元素であるので、
０．２％以上、より望ましくは０．４％以上含有させ
る。

【００１５】しかし、Ｍｇ含有量が多すぎると、伸びお
よび衝撃値などの機械的特性を低下させることから、
０．７％以下、より望ましくは０．５％以下としてい
る。

【００１６】Ｂｅ：Ｓｉ含有量を２．０〜５．５％程度
として鋳造性と鍛造性とを両立させるようにしたアルミ
ニウム系合金において、アルミニウム酸化被膜の厚さに
与えるＢｅ含有量の影響を調べたところ、図１に示す結
果であった。

【００１７】図１に示すように、Ｂｅを含有しない場合
には、アルミニウム酸化被膜の厚さが３０ｎｍ前後であ
るのに対して、Ｂｅ含有量を０．００１％（１０ｐｐ
ｍ）程度としたときには、アルミニウム酸化被膜の厚さ
が１７ｎｍ前後まで低下し、Ｂｅ含有量を０．００１５
％（１５ｐｐｍ）程度としたときにはアルミニウム酸化
被膜の厚さを１２ｎｍ前後まで低減させることが可能で
あることを確かめた。

【００１８】このように、Ｂｅはアルミニウム系合金の
酸化被膜の厚さを約半分程まで低減し、鋳造性（湯流れ
性）を向上して、鋳造により製造される製品予備形状を
なす鍛造用粗材に湯模様や湯境欠陥などの表面欠陥が生
じないようにし、この鍛造用粗材に対する鍛造加工時に
割れが発生するのを防止するのに有用な元素であるの
で、０．００１％以上、より望ましくは０．００１５％
以上としている。

【００１９】しかし、Ｂｅ含有量が多すぎると鋳造成形
された製品予備形状をなす鍛造用粗材の表面肌を汚した
り、耐力は増加するものの伸びが低下したり、ざく巣が
増加したりする傾向となるので、０．０１５％以下、よ
り望ましくは０．０１００％以下としている。

【００２０】また、Ｂｅは他の成分元素に比べて最も酸
化されやすい元素であるため、溶解・鋳造工程において
酸化により消耗しやすいＭｇ，Ｓｒ等の消耗を抑制する
ことにより強度の確保と歩留りの向上をもたらすことに
よってコストダウンにも寄与する作用を有していること
からも、Ｂｅを上記の範囲で含有させることとしてい
る。

【００２１】Ｔｉ，Ｂ ＴｉおよびＢはアルミニウム系合金の鋳造組織を微細化
する作用を有し、機械的特性を向上させるのに有用な元
素であるので、必要に応じて、Ｔｉは０．０１％以上、
Ｂは０．０００１％以上含有させることも場合によって
は望ましい。

【００２２】しかし、ＴｉおよびＢ含有量が多くなりす
ぎると、介在物の析出量が増加して、機械的特性をかえ
って低下させるので、含有させるとしても、Ｔｉは０．
２０％以下、Ｂは０．０１００％以下とする必要があ
る。

【００２３】Ｃｕ：Ｃｕはアルミニウム系合金の強度を
より一層向上させるのに有用な元素であるので、必要に
応じて、０．２０％以上含有させることも場合によって
は望ましい。しかし、Ｃｕを多量に含有すると耐食性を
低下させることとなるので、含有させるとしても、０．
５０％以下とする必要がある。

【００２４】Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ：Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒは鍛
造加工時におけるアルミニウム系合金の再結晶を防止す
るのに有用な元素であるので、必要に応じて、Ｍｎは
０．０２％以上、Ｃｒは０．０１％以上、Ｚｒは０．０
１％以上含有させることも場合によっては望ましい。し
かし、多量に含有させるとマトリックスの硬さが増大し
て加工性をむしろ低下させることとなるので、含有させ
るとしても、Ｍｎは０．５０％以下、Ｃｒは０．５０％
以下、Ｚｒは０．２０％以下とする必要がある。

【００２５】Ｎａ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｃａ：Ｎａ，Ｓｒ，Ｓ
ｂ，Ｃａはアルミニウム系合金において共晶Ｓｉを微細
化し、伸びおよび衝撃値などの機械的特性を向上させる
のに有用な元素であるので、必要に応じて、Ｎａは０．
００１％以上、Ｓｒは０．００１％以上、Ｓｂは０．０
５％以上、Ｃａは０．０００５％以上含有させることも
場合によっては望ましい。しかし、これらの含有量が多
すぎるとガスの吸収および化合物の生成を促進させると
共に溶湯の引け性を低下させる傾向となるので、含有さ
せるとしても、Ｎａについては０．０１０％以下、Ｓｒ
については０．０５０％以下、Ｓｂについては０．１５
％以下、Ｃａについては０．０１００％以下とする必要
がある。

【００２６】Ｐ：上記Ｎａ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｃａはアルミ
ニウム合金溶湯中のＰと反応して、共晶Ｓｉの微細化に
有効に作用しなくなるので、Ｎａ，Ｓｒ，Ｓｂ，Ｃａの
うちの１種または２種以上を含有させる場合には、これ
らの共晶Ｓｉ微細化の作用を効果的に得ることができる
ように、Ｐ含有量は０．００１％以下に規制することが
望ましい。

【００２７】Ｆｅ：Ｆｅは原料から混入する不純物であ
り、多量に含有しているとＦｅ系の金属間化合物を晶出
して伸びを低下させるので０．１５％以下に規制するこ
とが望ましい。

【００２８】本発明に係わる製品予備形状への鋳造を経
て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金は、上記した
化学成分組成を有するものであり、共晶Ｓｉの大きさは
平均で３０μｍ以下、より望ましくは２０μｍ以下のも
のとするのがよい。すなわち、共晶Ｓｉを微細なものと
することによって、塑性加工性（鍛造加工性）をより一
層向上させることが可能であると共に、鋳造により成形
された製品予備形状をなす鍛造用粗材に含まれる気孔を
微細なものにしてわずかな鍛造加工によっても気孔率を
大幅に低減させることが可能となって品質のよい鍛造製
品を得ることが可能となる。

【００２９】本発明に係わる製品予備形状への鋳造を経
て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金は、上記した
ように、アルミニウムの酸化被膜を抑制して鋳造性を向
上させるためにＢｅを含有させたものであるが、アルミ
ニウム系合金中にＢｅを添加するとアルミニウムの酸化
被膜が薄くなり、破れやすいために、鋳造時に乱流を生
じた際には酸化皮膜をまき込んで強度の低下をきたすこ
とも懸念される。そこで、本発明では、アルミニウム系
合金溶湯の鋳造に際して湯口の溶湯速度を１８０ｍｍ／
ｓｅｃ以下（ＬＰＤＣ工法においては溶湯の充填速度を
０．０１０ｋｇｆ／ｃｍ^２・ｓｅｃ以下）とすることに
よって、このような懸念が解消され、強度の低下を生じ
ないものにできることを見い出したのである。

【００３０】すなわち、本発明に係わるアルミニウム系
合金の鋳造鍛造方法は、上述した化学成分組成を有して
いるアルミニウム系合金の溶湯を溶製したのち、湯口の
溶湯速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下にして製品予備形状
をなす鍛造用粗材に鋳造し、より望ましくはこの製品予
備形状をなす鍛造用粗材の共晶Ｓｉの大きさが３０μｍ
以下、より望ましくは２０μｍ以下であるものとし、次
いでこの鍛造用粗材を製品形状に鍛造加工する。

【００３１】このように、製品予備形状をなす鍛造用粗
材を鋳造により成形するに際して、アルミニウム系合金
溶湯の湯口での溶湯速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃ以下であ
るようにすることによって、Ｂｅの酸化被膜の混入を抑
さえることが可能となり、実体強度の低下を防止しつつ
鍛造割れの発生を大幅に軽減することが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係わる製品予備形状への鋳造を
経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金は、請求項
１に記載しているように、重量％で、Ｓｉ：２．０〜
３．３％、Ｍｇ：０．２〜０．７％、Ｂｅ：０．００１
〜０．０１５％、を含み、残部Ａｌおよび不純物よりな
るものであるから、Ｂｅ添加によってアルミニウム酸化
被膜の厚さを低減することが可能となり、鋳造性（湯流
れ性）を向上することが可能となって、鋳造によって製
造される製品予備形状をなす鍛造用粗材に湯模様や湯境
欠陥などの不具合を生じないようにすることが可能とな
り、この鍛造用粗材に対する鍛造加工時に割れが発生す
るのを防止することが可能となって、大物製品ないしは
部品や複雑形状ないしは部品を製造した場合においても
形状精度ならびに内部および外観品質に優れた鋳造鍛造
品を得ることが可能になるという著大なる効果がもたら
される。

【００３３】そして、請求項２に記載しているように、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００１〜０．
０１００％を含むものとすることによって、アルミニウ
ム系合金の鋳造組織をより微細なものとすることが可能
であり、鋳造鍛造品の機械的特性をより一層向上させる
ことが可能となり、請求項３に記載しているように、Ｃ
ｕ：０．２０〜０．５０％，Ｍｎ：０．０２〜０．５０
％，Ｃｒ：０．０１〜０．５０％，Ｚｒ：０．０１〜
０．２０％のうちの１種または２種以上を含むものとす
ることによって、鋳造鍛造品の機械的特性をより一層向
上させたり、鍛造加工時において再結晶が生じるのを防
止することが可能となり、請求項４に記載しているよう
に、Ｎａ：０．００１〜０．０１０％，Ｓｒ：０．００
１〜０．０５０％，Ｓｂ：０．０５〜０．１５％，Ｃ
ａ：０．０００５〜０．０１００％のうちの１種または
２種以上を含み、Ｐ：０．００１％以下に規制したもの
とすることによって、共晶Ｓｉを微細化することができ
て伸びおよび衝撃値などの機械的特性を向上させること
が可能となり、請求項５に記載しているように、Ｆｅ：
０．１５％以下に規制することによって、Ｆｅの多量含
有による伸びの低下を防止することが可能になるという
著しく優れた効果がもたらされる。

【００３４】また、本発明によるアルミニウム系合金の
鋳造鍛造方法では、請求項６に記載しているように、請
求項１ないし５のいずれかに記載の製品予備形状への鋳
造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金の溶湯
を溶製したのち、湯口の溶湯速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃ
以下にして製品予備形状の鍛造用粗材に鋳造し、次いで
鍛造用粗材を製品形状に鍛造加工するようにしたから、
形状精度ならびに内部および外観品質に優れた鋳造鍛造
品を製造することが可能であるという著大なる効果がも
たらされる。

【００３５】

【実施例】この実施例では、表１に示すアルミニウム系
合金の溶湯を溶製した。

【００３６】

【表１】

【００３７】次に、製品であるアルミロードホイールの
ディスクの最終形状に対して鍛造の際の素材流れを考慮
した形状とした製品予備形状をなす鋳造品（製品予備形
状をなす鍛造用粗材）を鋳造によって得ることができる
鋳型キャビティを有する鋳造型を用い、鋳込姿勢はディ
スクの意匠面が下型であるようにして、上記表１に示し
たアルミニウム系合金の溶湯をそれぞれ個別に表２に示
す溶湯速度（充填速度）で鋳型キャビティ内に充填して
製品予備形状をなす鍛造用粗材を鋳造により作製した。

【００３８】続いて、上記製品予備形状をなす鍛造用粗
材に対してそれぞれ鍛造加工を行うことによって、所定
の製品形状を有する鍛造品（アルミロードホイール）を
製作した。

【００３９】次いで、各鍛造品の外観品質を調べ、製品
１００個についての割れ発生率を調べたところ、同じく
表２に示す結果であった。

【００４０】さらに、図２に示す要領でロードホイール
１に対して傾斜角度θが１３°の衝撃試験を行ったとこ
ろ、同じく表２に示す結果であった。

【００４１】

【表２】

【００４２】表１および表２に示すように、本発明の化
学成分組成を満足する溶湯Ｎｏ．１〜８のアルミニウム
系合金において、湯口の溶湯速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃ
以内にして鋳造を行った場合には、Ｂｅの酸化被膜の混
入を抑えることが可能となるので、衝撃試験結果が良好
であるアルミロードホイールを得ることができたのに対
して、湯口の溶湯速度が１８０ｍｍ／ｓｅｃを超えてい
る場合にはＢｅの酸化被膜の混入を抑えることができな
い場合があることから、衝撃試験結果はやゝ良ないし否
であるアルミロードホイールとなっていた。

【００４３】また、Ｂｅを含有しないＮｏ．９のアルミ
ニウム合金を用いた場合には、製品予備形状をなす鍛造
用粗材（すなわち、鋳造品）の表面に湯模様や湯境など
の表面欠陥を発生することがあって鍛造加工の際に割れ
を生じることがあり、衝撃特性が良くないアルミロード
ホイールとなっていた。

【図面の簡単な説明】

【図１】２．９％Ｓｉ−０．４５％Ｍｇ−Ａｌアルミニ
ウム系合金において、Ｂｅ含有量と酸化被膜厚さとの関
係を調べた結果を示すグラフである。

【図２】衝撃試験の要領を示す説明図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製品予備形状への鋳造を経て製品鍛造に
   供されるアルミニウム系合金であって、重量％で、Ｓ
   ｉ：２．０〜３．３％、Ｍｇ：０．２〜０．７％、Ｂ
   ｅ：０．００１〜０．０１５％、を含み、残部Ａｌおよ
   び不純物よりなることを特徴とする製品予備形状への鋳
   造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金。
2. 【請求項２】 Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．
   ０００１〜０．０１００％を含む請求項１に記載の製品
   予備形状への鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニウ
   ム系合金。
3. 【請求項３】 Ｃｕ：０．２０〜０．５０％，Ｍｎ：
   ０．０２〜０．５０％，Ｃｒ：０．０１〜０．５０％，
   Ｚｒ：０．０１〜０．２０％のうちの１種または２種以
   上を含む請求項１または２に記載の製品予備形状への鋳
   造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金。
4. 【請求項４】 Ｎａ：０．００１〜０．０１０％，Ｓ
   ｒ：０．００１〜０．０５０％，Ｓｂ：０．０５〜０．
   １５％，Ｃａ：０．０００５〜０．０１００％のうちの
   １種または２種以上を含み、Ｐ：０．００１％以下に規
   制した請求項１ないし３のいずれかに記載の製品予備形
   状への鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合
   金。
5. 【請求項５】 Ｆｅ：０．１５％以下に規制した請求項
   １ないし４のいずれかに記載の製品予備形状への鋳造を
   経て製品鍛造に供されるアルミニウム系合金。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の製
   品予備形状への鋳造を経て製品鍛造に供されるアルミニ
   ウム系合金の溶湯を溶製したのち、湯口の溶湯速度を１
   ８０ｍｍ／ｓｅｃ以下にして製品予備形状の鍛造用粗材
   に鋳造し、次いで鍛造用粗材を製品形状に鍛造すること
   を特徴とするアルミニウム系合金の鋳造鍛造方法。