JPH09272942A

JPH09272942A - 高靱性アルミニウム合金鋳物およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09272942A
Application number: JP8542296A
Authority: JP
Inventors: Sanetsugu Onishi; 脩嗣大西; Tetsuya Takaai; 徹也鷹合
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな伸びと高い衝撃値を有し、引張強さ、
耐力にも優れ、しかも耐食性を有する高靱性アルミ鋳物
およびその製造方法を提供することである。【解決手段】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜４．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組成からなり、
アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率が１５％以下、
伸びが１５％以上、かつ衝撃値が３０〜４０×１０⁴Ｊ
／ｍ²以上を有する高靱性アルミ鋳物である。また、ア
ルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率が１５％以下、伸
びが１５％以上、衝撃値が１５×１０⁴Ｊ／ｍ²以上を有
し、かつ引張強さが２２０ＭＰａ以上、耐力が１２５Ｍ
Ｐａ以上の特性を有する高靱性アルミ鋳物である。本発
明の組成としては、改良処理剤のＳｒおよび／またはＴ
ｉ、Ｃｕ：１．０％以下またはＭｎ：０．３％以下を含
有させることもできる。本発明の製造方法は、該高靱性
アルミ鋳物を高温溶体化処理後、１２０〜２００°Ｃの
温度で適切な時間の時効処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホイールやクロス
メンバーなどの自動車用足廻り部品や、冷凍機、圧縮機
のインペラーなどの高速回転部品など、大きい伸び、お
よび高い衝撃値（吸収エネルギー）が要求され、従来は
アルミニウム合金鍛造部品であったものを、アルミニウ
ム合金鋳物部品とすることができる、高靱性アルミニウ
ム合金鋳物（以下、「アルミニウム合金鋳物」を「アル
ミ鋳物」という）およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】乗用車用のホイールは、鋼板を加工して
製作されるものもあるが、軽量化、意匠（デザイン）性
などから、アルミ鋳物（例えば（ＪＩＳ）ＡＣ４ＣＨ
材）でも製作されてきている。また、クロスメンバー
も、軽量化を目的にアルミ鋳物で製作されようとしてい
る。しかし、従来のアルミ鋳物は、まだまだ伸びや衝撃
値などの靱性や、強度が小さい。このため、アルミ鋳物
は、乗用車用ホイールやクロスメンバーなど比較的小型
の部品へ適用しているに過ぎず、トラック用のホイール
など比較的大型のものにはアルミ鍛造品（例えば（ＪＩ
Ｓ）６０６１など）が用いられてきている。

【０００３】アルミ鍛造品は、靱性および伸びが大き
く、また内部欠陥が少ないので強度に優れるなど、信頼
性が高い。しかし製造コストが高く、更に好みの意匠を
得ることが難しいなどの課題がある。一方、トラック用
のホイールなど比較的大型の部品をアルミ鋳物で製造し
ようとしてアルミ鍛造品と同等の靱性や強度を与えるに
は、部品を厚肉に構成しなければならならず、重量が増
加してしまい、軽量化することができない。

【０００４】アルミ鋳物で、アルミ鍛造品並みの高強
度、高靱性を出そうと、特開平５−５１４８号公報に
は、Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ％と少なくして伸びを向
上させ、また、Ｃｕ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：
０．２〜０．５ｗｔ％として引張強さを向上させ、ま
た、Ｓｒ：０．００５〜０．２ｗｔ％として共晶Ｓｉを
微細化すると共に伸びおよび引張強さを安定させ、ま
た、金型に加圧鋳造することでＳｉを少なくしたことに
よる鋳造性の低下を補い、更に、溶体化処理と時効処理
により上記特性を得ようとする開示がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−５１４８号公報では、Ｓｉ：２．５〜４．４ｗ
ｔ％として、金型での加圧鋳造により伸びを１０〜１２
％と向上させているが、トラック用ホイールなどアルミ
鋳物による大型部品では、金型での加圧鋳造は鋳造装置
が大がかりとなって、コストが上昇し、経済的に製造す
ることが難しい。また、Ｃｕ：１．５〜２．５ｗｔ％含
有させて引張強さを向上させているが、反面、Ｃｕをこ
のように多量に含有させると耐食性を劣化させる。トラ
ック用ホイールのように頻繁に雨水に曝される部品等の
場合には、引張強さが損われない範囲でＣｕ含有量は少
ないほうがよい。また、溶湯鍛造法での加圧鋳造により
製造しているが、溶湯鍛造法は共晶Ｓｉの偏析が発生し
易く、機械的性質がバラツクことがある。

【０００６】一方、本発明者らは、先に特開平７−３１
０１５０号公報および特開平７−３１０１５１号公報と
して、（ＪＩＳ）ＡＣ４ＣＨなどのＡｌ−Ｓｉ系で鋳造
したアルミ鋳物を、急速に昇温して共晶点近傍（例えば
５７０℃）に到達した後急冷、または離型後直ちに急冷
し、しかる後時効処理を行う熱処理方法として、特に高
温短時間溶体化処理により、通常の５２０〜５５０℃で
４〜６時間溶体化処理に匹敵する引張強さ、衝撃値を経
済的に得る提案をしている。

【０００７】ホイールやクロスメンバーなどの自動車用
足廻り部品や、冷凍機、圧縮機のインペラーなどの高速
回転部品などの部品では、特に、伸び、衝撃値、引張強
さ、耐力などの機械的性質が重要である。上記、特開平
５−５１４８号公報、特開平７−３１０１５０号公報お
よび特開平７−３１０１５１号公報によっても、伸びは
７〜１２％程度、衝撃値は８〜１３×１０⁴Ｊ／ｍ² 程
度であり、また、引張強さは２６０〜３３０ＭＰａ程度
であり、自動車用足廻り部品や高速回転部品などとして
は機械的性質を更に向上する必要がある。

【０００８】本発明者らは、Ｓｉ量を低く抑え、かつＣ
ｕ量を少なくし耐食性を確保したアルミ合金組成と、溶
体化処理および時効処理を組み合わせて、鋭意研究を行
った。その結果、Ｓｉ：１．６５〜５．０％と低く抑
え、鋳造後のアルミ鋳物を急速に昇温して共晶点近傍に
到達した後急冷する高温短時間の溶体化処理により、前
記特開平５−５１４８号公報、特開平７−３１０１５０
号公報および特開平７−３１０１５１号公報に開示する
ものに比較して、伸び、衝撃値などの靱性が格段に優れ
るアルミ鋳物が得られること、また、高温短時間の溶体
化処理後に行う時効処理を適切な時間かけて行うことに
より、靱性に加え、引張強さに優れるアルミ鋳物が得ら
れることの知見を得て本発明に想到した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、第１発明の高靱性
アルミ鋳物は、重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物を含有する組成か
らなり、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率が１５
％以下で、伸びが１５％以上、かつ衝撃値が３０×１０
⁴Ｊ／ｍ²以上有することを特徴とする。

【００１０】第２発明の高靱性アルミ鋳物は、第１発明
に更に改良処理剤を含む組成からなり、アルミニウム基
地中の共晶Ｓｉの面積率が１５％以下で、伸びが１５％
以上、かつ衝撃値が４０×１０⁴Ｊ／ｍ²以上有すること
を特徴とする。

【００１１】第３発明の高靱性アルミ鋳物は、重量比率
で、Ｓｉ：１．６５〜５．０％、Ｍｇ：０．２〜０．４
％、Ｆｅ：０．２％以下、残部実質的にＡｌおよび不可
避的不純物を含有する組成からなり、アルミニウム基地
中の共晶Ｓｉの面積率が１５％以下で、伸びが１５％以
上、衝撃値が１５×１０⁴Ｊ／ｍ²以上、引張強さが２２
０ＭＰａ以上、耐力が１２５ＭＰａ以上有することを特
徴とする。

【００１２】第４発明の高靱性アルミ鋳物は、第３発明
に更に改良処理剤を含む組成からなり、アルミニウム基
地中の共晶Ｓｉの面積率が１５％以下で、伸び１５％以
上、衝撃値が１９×１０⁴Ｊ／ｍ²以上、引張強さが２４
０ＭＰａ以上、耐力が１４０ＭＰａ以上有することを特
徴とする。

【００１３】第１発明から第４発明において、好ましく
はＳｉが２．０〜４．０％である。また、第１発明〜第
４発明の高靱性アルミ鋳物において、重量比率で、Ｃ
ｕ：１．０％以下を含有することができる。また、第２
発明または第４発明の改良処理剤は、Ｓｒ：０．０００
４〜０．００２％および／またはＴｉ：０．２５％以下
である。

【００１４】請求項８乃至請求項１５に記載の発明は、
高靱性アルミ鋳物の製造方法の発明である。請求項８に
記載の高靱性アルミ鋳物の製造方法の発明は、重量比率
で、Ｓｉ：１．６５〜５．０％、Ｍｇ：０．２〜０．４
％、Ｆｅ：０．２％以下、残部実質的にＡｌおよび不可
避的不純物の組成を含有する鋳造後のアルミニウム合金
鋳物を、共晶温度近傍の高温に到達した後急冷する溶体
化処理を行い、しかる後に時効処理を行う熱処理を施す
ことを特徴とする。

【００１５】請求項９に記載の高靱性アルミ鋳物の製造
方法の発明は、請求項８に記載の高靱性アルミ鋳物の製
造方法の発明に係る組成に更に改良処理剤を含む組成か
らなる。

【００１６】請求項８または請求項９に記載の製造方法
の発明での熱処理は、好ましくは、鋳造後のアルミニウ
ム合金鋳物を５５０℃をこえ５７５℃の温度に到達後急
冷する溶体化処理を行い、しかる後に１４０〜２００°
Ｃの温度で８時間未満の時効処理を施すことを特徴とす
る。

【００１７】請求項１１に記載の高靱性アルミ鋳物の製
造方法の発明は、重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組成を含有する
鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、共晶温度近傍の高温
に到達した後急冷する溶体化処理を行い、しかる後に長
時間時効処理を行う熱処理を施すことを特徴とする。

【００１８】請求項１２に記載の高靱性アルミ鋳物の製
造方法の発明は、請求項１１に記載の高靱性アルミ鋳物
の製造方法の発明に係る組成に更に改良処理剤を含む組
成からなる。

【００１９】請求項１１または請求項１２に記載の製造
方法の発明での熱処理は、鋳造後のアルミニウム合金鋳
物を、５５０℃をこえ５７５℃の温度に到達した後急冷
して溶体化処理を行い、続いて１４０〜２００°Ｃの温
度で８〜５５時間の時効処理を施すことを特徴とする。

【００２０】請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に
記載の高靱性アルミ鋳物の製造方法の発明において、好
ましくはＳｉが２．０〜４．０％である。また、請求項
８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の高靱性アルミ
鋳物の製造方法の発明に係る組成において、重量比率
で、Ｃｕ：１．０％以下を含有することができる。ま
た、請求項９または請求項１２に記載の高靱性アルミ鋳
物の製造方法の発明に係る組成のうちの改良処理剤は、
Ｓｒ：０．０００４〜０．００２％および／またはＴ
ｉ：０．２５％以下である。

【００２１】以下、本発明の高靱性アルミ鋳物および高
靱性アルミ鋳物の製造方法を更に詳細に説明する。本第
１発明乃至第４発明での化学組成（重量％）および熱処
理条件の限定理由は、以下のとおりである。

【００２２】（１）Ｓｉ：１．６５〜５．０％Ｓｉは、伸び、衝撃値などの靱性、および湯流れ性など
鋳造性等に影響を及ぼす。Ｓｉが１．６５％未満では湯
流れ性が悪くなり、５．０％をこえると、アルミニウム
基地中の共晶Ｓｉの面積率が増加し、共晶Ｓｉがネット
ワーク状になって、伸び、衝撃値などの靱性を低下させ
る。従ってＳｉ：１．６５〜５．０％とする。好ましく
はＳｉ：２．０〜４．０％とする。

【００２３】（２）Ｍｇ：０．２〜０．４％Ｍｇは、溶体化処理および時効処理を施す熱処理によ
り、Ｍｇ₂Ｓｉを析出して強度の向上に有効に寄与す
る。Ｍｇが、０．２％未満では強度の向上に効果が少な
く、一方０．４％をこえると、Ｍｇ₂Ｓｉが過多となる
きらいがあり、靱性が低下する。従ってＭｇ：０．２〜
０．４％とする。

【００２４】（３）Ｆｅ：０．２％以下Ｆｅは、多量に存在すると針状晶を形成し、０．２％を
こえると靱性の低下を招く。従ってＦｅ：０．２％以下
とする。

【００２５】（４）Ｃｕ：１．０％以下Ｃｕは、強度向上に有効であるが、耐食性を劣化させ
る。トラック用ホイールのように頻繁に雨水に曝される
部品等の場合には、強度が損われない限り、Ｃｕは少な
いほうがよい。従ってＣｕ：１．０％以下とする。好ま
しくはＣｕ：０．３％以下とする。

【００２６】（６）Ｓｒ：０．０００４〜０．００２％Ｓｒは、共晶Ｓｉの微細化および球状化による改良処理
に有効な元素である。共晶Ｓｉの微細化により強度およ
び靱性ともに改善される。Ｓｒが、０．０００４％未満
では、靱性、強度の改良効果が少なく、一方、０．００
２％をこえると、引けに及ぼす影響が大きく、またピン
ホールなどの鋳造欠陥の発生を助長する。従って、Ｓ
ｒ：０．０００４〜０．００２％とする。好ましくはＳ
ｒ：０．０００７〜０．００１％とする。

【００２７】（７）Ｔｉ：０．２５％以下Ｔｉは、結晶粒を微細化させ、靱性の向上に有効な元素
であるが、０．２５％をこえて含有させてもその効果の
向上は望めず、かえってＡｌ−Ｔｉ系の化合物を晶出し
て靱性を低下させる。従ってＴｉ：０．２５％以下とす
る。

【００２８】（８）アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面
積率：１５％以下アルミニウム基地中の共晶Ｓｉ量は、伸び、衝撃値など
の靱性に影響を与え、共晶Ｓｉの面積率が１５％をこえ
ると、著しく靱性を低下させる。従って、アルミニウム
基地中の共晶Ｓｉの面積率を１５％以下とする。

【００２９】（９）溶体化処理：共晶温度近傍の高温に
到達後急冷溶体化処理により、凝固過程で生じた偏析の多くが固溶
されてなくなり、その後に行う焼もどしによって時効析
出し、鋳造後のアルミ鋳物に、靱性と引張強さなどの機
械的性質を向上させる。本発明の溶体化処理は、共晶温
度近傍の高温に到達後急冷する溶体化処理を行い、その
後時効処理を施すことにより、大きな伸び、高い衝撃値
を有するアルミ鋳物が得られる。好ましくは、溶体化処
理は、５５０℃をこえ５７５℃の温度に到達後、急冷す
る。

【００３０】（１０）時効処理：高温溶体化処理、続い
て長時間の時効処理本発明では、上記（９）高温溶体化処理後、続いて長時
間の時効処理のＴ６処理（溶体化処理およびその後の時
効処理の熱処理を「Ｔ６処理」という）を施すことによ
り、Ｓｉ含有量の少ないアルミ鋳物で、伸び、衝撃値な
どの靱性に加え、引張強さ、耐力を確保することができ
る。好ましくは、時効処理は、１４０〜２００°Ｃの温
度で８〜５５時間施す。

【００３１】なお、Ｍｎは、Ｓｂとの共存において晶出
する針状の粗大Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物を微細化すると
ともに、粒状乃至球状として分散させる効果を有する。
Ｍｎが０．５％をこえると靱性の低下を招くので、Ｍｎ
を含有させる場合には、Ｍｎ：０．５％以下とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。（実施の形態１）低圧鋳造装置内の保持炉内に、鋳造後
の組成が表１（表１に示す組成以外の残部は実質的にＡ
ｌおよび不可避的不純物である。）となる溶湯を準備
し、保持炉内を２ＭＰａに加圧することにより、溶湯を
ストークを介し、保持炉上部でのトラック用ホイールの
キャビティを形成した金型に注湯した。次に、鋳造して
得られたトラック用ホイールについて、表１に記載の熱
処理を施す。熱処理の一例を表１でのＮｏ．１について
説明する。Ｎｏ．１の熱処理は、先ず、昇温して５７０
℃に到達した後、５０〜７０°Ｃの水に急冷する溶体化
処理を行い、続いて１６０°Ｃの温度で６時間保持して
時効処理を施している。なお、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４につ
いての熱処理は、表１に示す溶体化温度、時効時間に設
定した。

【００３３】

【表１】

【００３４】前記表１により、鋳造および熱処理して得
られたトラック用ホイールから試験片を切り出し、基地
組織および機械的性質を調べた。その結果を表１に示
す。

【００３５】その結果は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４について
表１に示すとおり、アルミニウム基地中に占める共晶Ｓ
ｉの面積率は３〜１４％、伸びは１６〜２４％、衝撃値
は３１〜４０×１０⁴Ｊ／ｍ²であり、高い靱性を有して
いた。

【００３６】（実施の形態２）低圧鋳造装置内の保持炉
内に、鋳造後の組成が表２（表２に示す組成以外の残部
は実質的にＡｌおよび不可避的不純物である。）とな
る、改良処理剤Ｓｒおよび／またはＴｉを含む溶湯を準
備し、保持炉内を２ＭＰａに加圧することにより、溶湯
をストークを介し、保持炉上部でのトラック用ホイール
のキャビティを形成した金型に注湯した。次に、鋳造
して得られたトラック用ホイールについて、表２に記載
の熱処理を施す。熱処理の一例を表２でのＮｏ．５につ
いて説明する。Ｎｏ．５の熱処理は、先ず、昇温して５
７０℃に到達した後、５０〜７０°Ｃの水に急冷する溶
体化処理を行い、続いて１６０°Ｃの温度で４時間保持
して時効処理を施している。なお、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８
についての熱処理は、表２に示す溶体化温度、時効時間
に設定した。

【００３７】

【表２】

【００３８】前記表２により、鋳造および熱処理して得
られたトラック用ホイールから試験片を切り出し、基地
組織および機械的性質を調べた。その結果を表２に示
す。

【００３９】その結果は、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８について
表２に示すとおり、アルミニウム基地中に占める共晶Ｓ
ｉの面積率は３〜１３％、伸びは１８〜２８％、衝撃
値は４０〜４３×１０⁴Ｊ／ｍ²であり、高い靱性を有し
ていた。

【００４０】（実施の形態３）低圧鋳造装置内の保持炉
内に、鋳造後の組成が表３（表３に示す組成以外の残部
は実質的にＡｌおよび不可避的不純物である。）となる
溶湯を準備し、保持炉内を２ＭＰａに加圧することによ
り、溶湯をストークを介し、保持炉上部でのトラック用
ホイールのキャビティを形成した金型に注湯した。次
に、鋳造して得られたトラック用ホイールについて、表
５に示す熱処理を施す。熱処理の一例を表３でのＮｏ．
９について説明する。Ｎｏ．９の熱処理は、先ず、昇温
して５７０℃に到達した後、５０〜７０°Ｃの水に急冷
する溶体化処理を行い、続いて１６０°Ｃの温度で８時
間保持して時効処理を施している。なお、Ｎｏ．１０〜
Ｎｏ．１２についての熱処理は、表３に示す溶体化温
度、時効時間に設定した。

【００４１】

【表３】

【００４２】前記表３により、鋳造および熱処理して得
られたトラック用ホイールから試験片を切り出し、基地
組織および機械的性質を調べた。その結果を表３に示
す。

【００４３】その結果は、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１２につい
て表３に示すとおり、アルミニウム基地中に占める共晶
Ｓｉの面積率は２〜１３％、伸びは１５〜２５％、衝撃
値は１７〜３１×１０⁴Ｊ／ｍ²であり、高い靱性を有し
ていた。また、引張強さは、２２０〜２７０ＭＰａ、耐
力は、１２５〜１９８ＭＰａと確保されていた。

【００４４】（実施の形態４）低圧鋳造装置内の保持炉
内に、鋳造後の組成が表４（表４に示す組成以外の残部
は実質的にＡｌおよび不可避的不純物である。）なる溶
湯を準備し、保持炉内を２ＭＰａに加圧することによ
り、溶湯をストークを介し、保持炉上部でのトラック用
ホイールのキャビティを形成した金型に注湯した。次
に、鋳造して得られたトラック用ホイールについて、表
４に示す熱処理を施す。熱処理の一例を表４でのＮｏ．
１３について説明する。Ｎｏ．１３の熱処理は、先ず、
昇温して５７０℃に到達した後、５０〜７０°Ｃの水に
急冷する溶体化処理を行い、続いて１６０°Ｃの温度で
８時間保持して時効処理を施している。なお、Ｎｏ．１
４〜Ｎｏ．１６についての熱処理は、表４に示す溶体化
温度、時効時間に設定した。

【００４５】

【表４】

【００４６】前記表４により、鋳造および熱処理して得
られたトラック用ホイールから試験片を切り出し、基地
組織および機械的性質を調べた。その結果を表４に示
す。

【００４７】その結果は、Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１６につ
いて表４に示すとおり、アルミニウム基地中に占める共
晶Ｓｉの面積率は３〜１３％、伸びは１６〜２８％、衝
撃値は１９〜３４×１０⁴Ｊ／ｍ²であり、高い靱性を有
していた。また、引張強さは、２４０〜３００ＭＰａ、
耐力は、１４０〜２２０ＭＰａと確保されていた。

【００４８】

【実施例】以下、本発明による実施例を説明する。（第１実施例）第１実施例においては、Ｓｉ：２％、４
％とし、Ｍｇ：０．３％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．
５％、Ｓｒ０．０００６％、Ｔｉ０．１５％、残部実質
的にＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合
金となるように溶湯成分を調整し、低圧鋳造装置により
鋳造してトラック用ホイールを作製した。低圧鋳造装置
は、金型に形成されたトラック用ホイールのキャビティ
と、キャビティと溶湯の保持炉を接続するストークとを
備えている。保持炉では溶湯を温度が７２０℃となるよ
う保持および加熱を行い、保持炉内を２ＭＰａに加圧
し、ストークを介して上部の金型キャビティ内に注入し
た。このとき、金型温度は３５０°Ｃに制御しながら行
った。

【００４９】キャビティ内でアルミ鋳物が凝固した後、
低圧鋳造装置から取り出し、熱処理を施した。熱処理
は、先ず、急速に昇温させて５７０℃に到達した後、５
０〜７０°Ｃの水に急冷する高温溶体化処理を行い、続
いて、１４５°Ｃで保持する時効処理を施した。そし
て、時効処理時間（１０００秒、時間）と伸び（％）、
および衝撃値（×１０⁴Ｊ／ｍ²）の関係を調べた。ま
た、比較例として、Ｓｉ：０．７％、１１％で、ほかの
組成は同じにして高温溶体化処理、続いて時効処理を行
い、時効処理時間と伸び、および衝撃値の関係を調べ
た。更に、Ｓｉ：７％（ＪＩＳ：ＡＣ４ＣＨ相当）で、
従来の５４０℃で４時間保持する溶体化処理の後、１７
０℃で４時間保持する時効処理を行い、時効処理時間と
伸び、および衝撃値の関係を調べた。実施例および比較
例についての結果を、図１に時効処理時間と伸びの関
係、図２に時効処理時間と衝撃値の関係として示す。

【００５０】図１の時効処理時間と伸びの関係を示す図
から、Ｓｉ：０〜１１％の範囲においては、時効処理時
間が長くなるに従い伸びは減少する傾向になっている
が、本発明のＳｉ：１．６５〜５．０％の範囲内での第
１実施例のＳｉ：２％、４％のものについて、５７０℃
に到達した後急冷する溶体化処理後、時効処理を４〜１
０時間で行ったアルミ鋳物は、伸びが２４〜２９％であ
る。

【００５１】比較例のＳｉ：７％のアルミ鋳物は、伸び
が１９〜２２％、Ｓｉ：１１％のアルミ鋳物は、伸びが
９〜１１％と少ない。また、Ｓｉ：０％のアルミ鋳物
は、伸びが４２〜４４％と大きいが、引張強さ、耐力
が低いので（後記で、図３、図４により説明する）、強
度部材として用いることは難かしい。また、Ｓｉ：７％
（ＪＩＳ：ＡＣ４ＣＨ相当）で、従来の５２０〜５５０
°Ｃの温度の溶体化処理後、４〜６時間の時効処理を行
ったアルミ鋳物は、図示しないが、伸びが７〜１２％と
少なかった。

【００５２】また、図２の時効処理時間と衝撃値の関係
から、Ｓｉ：２〜１１％の範囲においては、時効処理時
間が長くなるに従い衝撃値は減少する傾向になっている
が、本発明のＳｉ：１．６５〜５．０％の範囲内での第
１実施例のＳｉ：２％、４％のものについて、５７０℃
に到達した後急冷する高温溶体化処理後、時効処理を４
〜１０時間で行ったアルミ鋳物は、衝撃値が２９〜３８
×１０⁴Ｊ／ｍ²と高くなっている。

【００５３】図２において、時効処理時間４〜１０時間
でみてみると、比較例のＳｉ：７％のアルミ鋳物では、
衝撃値が２３〜２６×１０⁴Ｊ／ｍ²、Ｓｉ：１１％のア
ルミ鋳物は、衝撃値が１１〜１６×１０⁴Ｊ／ｍ²と低
い。なお、Ｓｉ：０％のアルミ鋳物は、衝撃値は６０×
１０⁴Ｊ／ｍ²と高い（図示せず）が、後記の図４および
図５に示すように、引張強さが約１００ＭＰａ、耐力が
約３０ＭＰａと低いので、強度部材として用いることは
難かしい。また、Ｓｉ：７％（ＪＩＳ：ＡＣ４ＣＨ相
当）で、従来温度の溶体化処理の後、時効処理を行った
アルミ鋳物は、図示しないが、衝撃値が８〜１０×１０
⁴Ｊ／ｍ²と低い。

【００５４】図８〜図１２は、アルミ鋳物から採取した
試験片の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。即
ち、図８〜図１２は、各々、Ｓｉ：０％、Ｓｉ：２％、
４％、７％、１１％で、そのほかの主な組成、Ｍｇ：
０．３％、Ｆｅ：０．１％、Ｃｕ：０．３％、Ｓｒ：
０．０００５％、Ｔｉ：０．１５％はほぼ同一の組成の
アルミ鋳物である。

【００５５】画像解析により求めたアルミニウム基地中
の共晶Ｓｉの面積率は、図８のＳｉ：０％のアルミ鋳物
は０％（黒い片状物は共晶Ｓｉではなく、Ｓｉ以外の元
素の共晶物である。）、図９のＳｉ：２％で３％、図１
０のＳｉ：４％では１０％、図１１のＳｉ：７％では２
７％、図１２のＳｉ：１１％では５３％であった。図６
は、アルミニウム合金鋳物のＳｉ含有量とアルミニウム
基地中の共晶Ｓｉの面積率との関係をまとめて示した図
である。Ｓｉ：５％において、アルミニウム基地中の共
晶Ｓｉの面積率は１５％である。Ｓｉ：５％以下を含有
するものでは、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率
が１５％以下となり、共晶Ｓｉの微細化、球状化がなさ
れていることに加えて、脆さがなくなり、靱性および強
度が改善されていた。

【００５６】（第２実施例）第２実施例においては、Ｓ
ｉ：２％、４％とし、Ｍｇ：０．３％、Ｆｅ：０．１
％、Ｃｕ：０．５％、Ｓｒ０．０００６％、Ｔｉ０．１
７％、残部実質的にＡｌおよび不可避的不純物よりなる
アルミニウム合金となるように溶湯成分を調整し、低圧
鋳造装置により、第１実施例と同様にしてクロスメンバ
ーを鋳造した。

【００５７】鋳造後の熱処理は、先ず、急速に昇温させ
て５７０℃に到達した後急冷する高温溶体化処理を行
い、続いて、１４５°Ｃで保持する時効処理を施した。
そして、時効処理時間（１０００秒、時間）と引張強さ
（ＭＰａ）、および耐力（ＭＰａ）の関係を調べた。ま
た、比較例として、Ｓｉ：０．７％、１１％で、ほかの
組成は同じにして高温溶体化処理、続いて時効処理を行
い、時効処理時間と引張強さ、および耐力の関係を調べ
た。更に、Ｓｉ：７％（ＪＩＳ：ＡＣ４ＣＨ相当）で、
従来の５４０℃で４時間保持する溶体化処理の後、１７
０℃で４時間保持する時効処理を行い、時効処理時間と
引張強さ、および耐力の関係を調べた。実施例および比
較例についての結果を、図３と図４に時効処理時間と引
張強さの関係、図５に時効処理時間と耐力の関係として
示す。

【００５８】図３の時効処理時間と引張強さの関係を示
す図から、Ｓｉ：０〜１１％の範囲において、時効処理
時間が長くなるに従い引張強さが向上している。本発明
のＳｉ：１．６５〜５．０％の範囲内での第２実施例の
Ｓｉ：２％、４％のものについて、５７０℃に到達した
後急冷する高温溶体化処理後、時効処理を８〜５５時間
で行ったアルミ鋳物は、引張強さが約２７０ＭＰａであ
る。

【００５９】図４の時効処理時間と引張強さの関係を示
す図から、Ｓｉ量が増加するに従い引張強さは増加して
いる。ＡＣ４ＣＨ（Ｓｉ：７％）では、引張強さの最高
は３３０ＭＰａで、このときの時効処理時間は約１５０
時間である。本発明のＳｉ：１．６５〜５．０％の範囲
においても、時効処理を８時間をこえて長時間行うこと
により、引張強さが増加し、時効処理時間約５００時間
で、引張強さは最高で約３３０ＭＰａになることがわか
る。

【００６０】図５の時効処理時間と耐力の関係を示す図
から、Ｓｉ量が増加するに従い引張強さは増加してい
る。ＡＣ４ＣＨ（Ｓｉ：７％）では耐力の最高は２８０
ＭＰａで、このときの時効処理時間は約２１０時間であ
る。本発明のＳｉ：１．６５〜５．０％の範囲において
も、時効処理を８時間をこえて長時間行うことにより、
耐力が増加し、時効処理約５００時間で、耐力は約２８
０ＭＰａと、ＡＣ４ＣＨ（Ｓｉ：７％）と同等になるこ
とがわかる。

【００６１】図７は、時効処理時間とＭｇ₂Ｓｉ析出量
の関係を示す図である。Ｍｇ₂Ｓｉの析出量が多いほ
ど、引張強さおよび耐力は向上する。図７から、Ｓｉ：
２％とＳｉ：１１％では、時効処理の時間が約５５時間
のときのＭｇ₂Ｓｉの析出量は、Ｓｉ：１１％の方が多
いが、Ｓｉ：２％で時効処理を５５時間行うことによ
り、Ｍｇ₂Ｓｉ析出量は１３ｍＪ／ｍｇとなる。Ｍｇ₂Ｓ
ｉ析出量が１３ｍＪ／ｍｇあれば、引張強さが２７０Ｍ
Ｐａ以上、耐力が約２００ＭＰａ以上確保できる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、本発明の高
靱性アルミ鋳物は、Ｓｉを低く抑えた組成で鋳造後、共
晶温度近傍の高温に到達後急冷する高温溶体化処理と、
しかる後に時効処理を適切な時間施すことで、大きな伸
びと高い衝撃値を有し、また、同様に高温溶体化処理を
行い、しかる後に長時間時効処理を行うことで、引張強
さ、耐力にも優れ、しかも耐食性を有するので、例え
ば、ホイールやクロスメンバーなどの自動車用足廻り部
品や、冷凍機、圧縮機のインペラーなどの高速回転部品
などを薄肉にして軽量化でき、産業上きわめて有用であ
る。また、本発明の高靱性アルミ鋳物の製造方法は、低
圧鋳造または重力鋳造を適用でき、溶湯鍛造法を必要と
しないので、生産性に優れ、かつ設備費の面でも経済的
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム合金鋳物の時効処理時間と伸びの
関係をＳｉ含有量ごとに示す図である。

【図２】アルミニウム合金鋳物の時効処理時間と衝撃値
の関係をＳｉ含有量ごとに示す図である。

【図３】アルミニウム合金鋳物のＳｉ含有量と引張強さ
の関係を時効処理時間ごとに示す図である。

【図４】アルミニウム合金鋳物の時効処理時間と引張強
さの関係をＳｉ含有量ごとに示す図である。

【図５】アルミニウム合金鋳物の時効処理時間と耐力の
関係をＳｉ含有量ごとに示す図である。

【図６】アルミニウム合金鋳物のＳｉ含有量とアルミニ
ウム基地中の共晶Ｓｉの面積率との関係を示す図であ
る。

【図７】アルミニウム合金鋳物の時効処理時間とＭｇ₂
Ｓｉ析出量の関係をＳｉ：２％とＳｉ：１１％の場合に
ついて示す図である。

【図８】Ｓｉ：０％で、高温短時間溶体化処理および長
時間時効処理を施したアルミ鋳物から採取した試験片の
金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

【図９】Ｓｉ：２％で、高温短時間溶体化処理および長
時間時効処理を施したアルミ鋳物から採取した試験片の
金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

【図１０】Ｓｉ：４％で、高温短時間溶体化処理および
長時間時効処理を施したアルミ鋳物から採取した試験片
の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

【図１１】Ｓｉ：７％で、高温短時間溶体化処理および
長時間時効処理を施したアルミ鋳物から採取した試験片
の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

【図１２】Ｓｉ：１１％で、高温短時間溶体化処理およ
び長時間時効処理を施したアルミ鋳物から採取した試験
片の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

【符号の説明】

（なし）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物を含有する組成か
らなり、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率が１５
％以下で、伸びが１５％以上、かつ衝撃値が３０×１０
⁴Ｊ／ｍ²以上有することを特徴とする高靱性アルミニウ
ム合金鋳物。
【請求項２】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、改
良処理剤、残部実質的にＡｌおよび不可避的不純物を含
有する組成からなり、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの
面積率が１５％以下で、伸びが１５％以上、かつ衝撃値
が４０×１０⁴Ｊ／ｍ²以上有することを特徴とする高靱
性アルミニウム合金鋳物。
【請求項３】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物を含有する組成か
らなり、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの面積率が１５
％以下で、伸びが１５％以上、衝撃値が１５×１０⁴Ｊ
／ｍ²以上、引張強さが２２０ＭＰａ以上、耐力が１２
５ＭＰａ以上有することを特徴とする高靱性アルミニウ
ム合金鋳物。
【請求項４】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、改
良処理剤、残部実質的にＡｌおよび不可避的不純物を含
有する組成からなり、アルミニウム基地中の共晶Ｓｉの
面積率が１５％以下で、伸び１５％以上、衝撃値が１９
×１０⁴Ｊ／ｍ²以上、引張強さが２４０ＭＰａ以上、耐
力が１４０ＭＰａ以上有することを特徴とする高靱性ア
ルミニウム合金鋳物。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載のＳｉが２．０〜４．０％であることを特徴とする
高靱性アルミニウム合金鋳物。
【請求項６】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載の高靱性アルミニウム合金鋳物において、重量比率
で、Ｃｕ：１．０％以下を含有することを特徴とする高
靱性アルミニウム合金鋳物。
【請求項７】請求項２または請求項４に記載の改良処
理剤が、Ｓｒ：０．０００４〜０．００２％および／ま
たはＴｉ：０．２５％以下であることを特徴とする高靱
性アルミニウム合金鋳物。
【請求項８】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組成を含有する
鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、共晶温度近傍の高温
に到達した後急冷する溶体化処理を行い、しかる後に時
効処理を行う熱処理を施すことを特徴とする高靱性アル
ミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項９】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、改
良処理剤、残部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組
成を含有する鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、共晶温
度近傍の高温に到達した後急冷する溶体化処理を行い、
しかる後に時効処理を行う熱処理を施すことを特徴とす
る高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１０】請求項８または請求項９に記載の熱処
理は、鋳造後のアルミニウム合金鋳物を５５０℃をこえ
５７５℃の温度に到達後急冷する溶体化処理を行い、し
かる後に１４０〜２００°Ｃの温度で８時間未満の時効
処理を施すことを特徴とする高靱性アルミニウム合金鋳
物の製造方法。
【請求項１１】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、残
部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組成を含有する
鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、共晶温度近傍の高温
に到達した後急冷する溶体化処理を行い、しかる後に長
時間時効処理を行う熱処理を施すことを特徴とする高靱
性アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１２】重量比率で、Ｓｉ：１．６５〜５．０
％、Ｍｇ：０．２〜０．４％、Ｆｅ：０．２％以下、改
良処理剤、残部実質的にＡｌおよび不可避的不純物の組
成を含有する鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、共晶温
度近傍の高温に到達した後急冷する溶体化処理を行い、
しかる後に長時間時効処理を行う熱処理を施すことを特
徴とする高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１３】請求項１１または請求項１２に記載の
熱処理は、鋳造後のアルミニウム合金鋳物を、５５０℃
をこえ５７５℃の温度に到達した後急冷して溶体化処理
を行い、続いて１４０〜２００°Ｃの温度で８〜５５時
間の時効処理を施すことを特徴とする高靱性アルミニウ
ム合金鋳物の製造方法。
【請求項１４】請求項８乃至請求項１３のいずれか１
項に記載の高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法にお
いて、重量比率で、Ｃｕ：１．０％以下を含有すること
を特徴とする高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項１５】請求項９または請求項１２に記載の改
良処理剤が、Ｓｒ：０．０００４〜０．００２％および
／またはＴｉ：０．２５％以下であることを特徴とする
高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法。