JPH0941064A - 鋳造用アルミニウム合金およびアルミニウム合金鋳造材の製造方法 - Google Patents

鋳造用アルミニウム合金およびアルミニウム合金鋳造材の製造方法

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JPH0941064A
JPH0941064A JP21253295A JP21253295A JPH0941064A JP H0941064 A JPH0941064 A JP H0941064A JP 21253295 A JP21253295 A JP 21253295A JP 21253295 A JP21253295 A JP 21253295A JP H0941064 A JPH0941064 A JP H0941064A
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JP
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casting
aluminum alloy
strength
alloy
elongation
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JP21253295A
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English (en)
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Koichi Ohori
紘一 大堀
Hidehisa Goto
秀久 後藤
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MA Aluminum Corp
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Mitsubishi Aluminum Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車用部品等に使用されるAl合金鋳
物の製造コストを低減する。 【解決手段】 鋳造用アルミニウム合金の組成を、M
g:2.5〜5.5%、Zn:1〜3%、Si:0.2
%越え〜0.6%、Mn:0.1〜2%、残部Alと不
可避不純物とする。 【効果】 時効処理の際に溶体化処理を経ないでも
必要な強度、伸びが得られ、製造工程の簡略化によって
製造コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械的性質および
耐食性に優れた鋳造用アルミニウム合金およびその合金
を用いた鋳造材の製造方法に関するものであり、詳しく
は簡易な熱処理によって高い強度(特に耐力)と良好な
伸びが得られるAl−Mg−Zn−Si系の鋳造用アル
ミニウム合金および該合金を用いた鋳造材の製造法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、自動車軽量化の観点から自動車部
品のアルミ化が進められているが、Al合金鋳物を自動
車部品として用いるためには、優れた強度と伸びを兼ね
備え、また耐食性にも優れていることが要求される。従
来、上記用途における代表的な鋳造用Al合金として
は、JIS AC4CHに代表される鋳造性に優れたA
l−Si系合金が用いられている。この系合金は、所定
の強度と伸びを得るために、高温で長時間加熱する溶体
化処理を行った後、低温で加熱する時効処理を行ってお
り、この溶体化処理と時効処理とを行わなければ所望の
機械的性質を得ることができない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、自動車部品等
に対しては、機械的性質に加えてコスト低減の要求も強
く、部品材料として使用されるAl合金鋳物の材料費低
減が望まれている。ところで、前述したAl−Si系合
金では、必要な性質を得るために溶体化処理を経た時効
処理が必要であるが、この溶体化処理は高温長時間で行
われるために、作業時間および加熱エネルギの点からコ
ストを増大させる要因になっている。このため、溶体化
処理を要することなく所望の機械的性質が得られる材料
の開発が望まれている。
【0004】また、耐食性の良好な非熱処理型のAl−
Mg系合金に着目して、Znなどを添加することにより
強度や鋳造性を改善したAl合金が提案されている(特
公平6−47704号)。しかし、この合金の耐力は高
々15kg/mm2程度であり、自動車部品等に適用す
るには強度が不十分である。
【0005】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、溶体化処理を経ずに時効処理だけで、十分
な強度(引張強さと耐力)と伸びが得られ、さらに耐食
性や鋳造性が良好で、自動車部品等に好適な鋳造用アル
ミニウム合金およびその製造法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の従
来技術の問題に対し、鋭意検討を重ねた結果、引張強
さ、耐食性および鋳造性に優れたAl−Mg−Zn系に
着目し、この系において人工時効による析出によって強
化する作用のあるSiを添加し、さらに冷却速度の速い
鋳造法を用いることによって、これらの元素を過飽和に
強制固溶させることにより、所期の目的が達成されるこ
とを見い出した。
【0007】すなわち、本発明のうち第1の発明の鋳造
用アルミニウム合金は、重量%で、Mg:2.5〜5.
5%、Zn:1〜3%、Si:0.2%越え〜0.6
%、Mn:0.1〜2%を含み、残部がAlと不可避不
純物からなる組成を有することを特徴とする。第2の発
明の鋳造用アルミニウム合金は、第1の発明の成分に加
え、重量%で、Ti:0.005〜0.10%未満また
は前記TiとB:0.0001〜0.004%の2種を
含有することを特徴とする。第3の発明の鋳造用アルミ
ニウム合金は、第1または第2の発明の成分に加え、重
量%で、Be:0.0001〜0.01%を含有するこ
とを特徴とする。
【0008】第4の発明のアルミニウム合金鋳造材の製
造方法は、第1〜第3の発明のいずれかに記載の組成を
有する合金溶湯を、50℃/min以上の冷却速度で凝
固させ、その後、150〜220℃の温度範囲で0.5
〜16時間加熱することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム合金は公知
の製造方法によって製造することができ、望ましくは鋳
造時の冷却速度を50℃/min以上とする。これによ
り、Al中に強化元素のSi、Mg、Zn、Mnを過飽
和に強制固溶させることができる。50℃/min未満
では特にSiの過飽和固溶量が不十分となり、後の時効
処理(溶体化処理を含まない、以下同じ)において十分
な時効硬化が得られない。さらに、50℃/min未満
の冷却速度では、Mg、Zn、Mnの固溶量が低下し、
強度が低下すると同時に、粗大な晶出物量が増加し、伸
びが著しく低下する。凝固時に50℃/min以上の冷
却速度を実現するための鋳造法としては、D.C.鋳造
法、ダイカスト法、高圧鋳造法などがあるが、高品質の
複雑形状の鋳物を製造するには高圧鋳造法が望ましい。
【0010】溶製されたアルミニウム合金鋳造材には、
溶体化処理を経ることなく、150〜220℃の温度範
囲で0.5〜16時間加熱する、いわゆるT5処理を施
すことによって時効硬化が起こる。この処理により、溶
体化処理を経ないでも微細なMg2Si化合物が析出
し、強度が向上する。なお、時効温度が150℃未満で
は所期の強度を得るためには時効時間が長時間となり不
経済であり、一方、時効温度が220℃超あるいは時効
時間が30分未満では所期の強度が得られない。得られ
たアルミニウム鋳造材は、高い強度(特に耐力)と伸び
を有し、さらに優れた耐食性を有しており、前述したよ
うに足回り部品、エンジン回り部品等の自動車部品とし
て用いることができる。また、その他には機械部品、電
気機器部品等への適用も考えられるが、本発明の用途
が、これら例示したものに限定されるものではない。
【0011】なお、本発明のアルミニウム合金における
各成分が果たす作用およびその限定の理由を以下に説明
する。 (a)Mg:2.5〜5.5% MgはAl中に固溶してベース強度を上げるとともに、
一部が時効処理によりSiと共に析出して強度を向上さ
せる。但し、2.5%未満では、その効果が少なく所望
の高強度を確保できない。一方、5.5%を越えるとA
l−Mg系の晶出物の量が増えて伸びが低下するだけで
なく、鋳造性も低下し、また、応力腐食割れ性を助長す
るので、Mg含有量を上記範囲に定めた。なお、上記と
同様の理由で下限を2.5%、上限を4.5%未満とす
るのが望ましく、さらに、上限を4.0%以下とするの
が一層望ましい。
【0012】(b)Zn:1〜3% Znは鋳造性向上させ、またMg2Siの析出硬化を促
進して機械的性質を向上させる。但し、1%未満では、
その効果が少なく、一方、3%を越えるとMgZn2
合物が多量に晶出し伸びが低下するだけでなく、耐食性
も劣化するので、Zn含有量を上記範囲に定めた。
【0013】(c)Si:0.2%越え〜0.6% Siは時効処理によりMgと結合して微細なMg2Si
化合物として析出して強度を向上させる。但し、0.2
%以下では、その効果がなく、一方0.6%を越えると
凝固時およびその後の冷却中に粗大なMg2Si化合物
を生成し伸びが低下する。また、Siは焼入れ感受性を
阻害する元素であり、0.6%を越える過量の添加は避
ける必要があるので、Si含有量を上記範囲に定めた。
なお、同様の理由で下限を0.3%、上限を0.5%と
するのが望ましい。
【0014】(d)Mn:0.1〜2.0% Mnは鋳造性、耐食性を向上させ、さらに靭性、伸び等
の機械的性質を向上させる。また、Mgと化合しないで
残存したSiと化合し、Siによる焼入れ感受性の低下
を防止する。但し、0.1%未満では、これらの効果が
なく、一方、2.0%を越えると粗大なAl6Mn化合
物が晶出し、機械的性質が著しく低下する。なお、同様
の理由で下限を0.8%、上限を1.5%に限定するの
が望ましい。
【0015】(e)Ti:0.005〜0.10%未
満、B:0.0001〜0.004% Tiは、鋳造組織を微細化すると共に、鋳造割れを防止
する為に添加される。このためには0.005%以上の
含有が必要であり、一方、過度に含有させると、粗大な
Ti化合物を生成して伸びを低下させるので上限を0.
10%未満とする。なお、同様の理由で上限を0.05
%以下とするのが望ましい。また、Bは、Tiとの複合
添加により上記作用を増大させる。そのためには0.0
001%以上の含有が必要であり、一方、0.004%
を越えて含有させても効果は飽和するので、B含有量を
上記範囲に定めた。 (f)Be:0.0001〜0.01% Beは溶解時のMgの酸化を防止し、鋳造性を向上する
働きがある。この作用を得るためには0.0001%以
上の含有が必要であり、一方、0.01%を越えて含有
させても、その効果は飽和するのでBe含有量を上記範
囲とした。
【0016】
【実施例】自動車用のエンジンブラケットを想定して、
Al鋳造材の目標値を耐力で200MPa以上、伸びを
8%とし、以下の実験を行った。すなわち表1に示すA
l合金(発明合金および比較合金)を溶解した後、D.
C.鋳造または金型鋳造により、45×180×250
mm3の鋳塊を作成した。なお、D.C鋳造では、60
0℃/minの凝固速度が得られ、金型鋳造では30℃
/minの凝固速度が得られた。得られた鋳塊からJI
S4号引張試験片を切り出し、180℃で8時間の時効
処理を施した後、引張試験を行い、その結果を表2に示
した。なお、各鋳造材に使用されているアルミニウム合
金は、鋳造材No.と同一No.のものである。
【0017】表から明らかなように、本発明材No.1
〜8は、引張強さが290MPa以上、耐力が210M
Pa以上、伸びが8%以上と高く、高い強度と伸びを具
備している。但し、発明材のうちで、金型鋳造を採用し
たNo.9は、強度の向上がその他の発明材に比べて低
く、鋳造時に50℃/min以上の凝固速度で凝固させ
るのが望ましいことが理解される。これに対し、化学組
成が本発明の範囲から外れている比較材No.10〜1
8では耐力、伸びのいずれかが劣っており、アルミニウ
ム鋳造材として設定した目標値を満たすことはできなか
った。なお、比較合金No.18は従来材に相当するA
C4CH相当材であり、溶体化処理を施さない場合には
強度が低く、使用に耐え得ないものであることが明らか
となっている。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の鋳造用アル
ミニウム合金によれば、溶体化処理を経ない時効処理に
よって所望の機械的性質(特に、耐力、伸び)が得ら
れ、製造工程の簡略化により品質を損なうことなくコス
トを低減することができる。また、本発明のアルミニウ
ム合金鋳造材の製造方法によれば、簡易な時効処理によ
って耐力、伸びに優れた鋳造材を得ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Mg:2.5〜5.5%、Z
    n:1〜3%、Si:0.2%越え〜0.6%、Mn:
    0.1〜2%を含み、残部がAlと不可避不純物からな
    る組成を有することを特徴とする鋳造用アルミニウム合
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成分に加え、重量%で、
    Ti:0.005〜0.10%未満または前記Tiと
    B:0.0001〜0.004%の2種を含有すること
    を特徴とする鋳造用アルミニウム合金
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の成分に加え、
    重量%で、Be:0.0001〜0.01%を含有する
    ことを特徴とする鋳造用アルミニウム合金
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の組成を
    有する合金溶湯を、50℃/min以上の冷却速度で凝
    固させ、その後、150〜220℃の温度範囲で0.5
    〜16時間加熱することを特徴とするアルミニウム合金
    鋳造材の製造方法
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