JP2006016693A - アルミニウムダイカスト合金 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造状態において高い伸びを有する、ダイカストするのに適したアルミニウム合金を提供する。
【解決手段】アルミニウムと不可避不純物に加えて、8.０〜11.5重量%のケイ素、0.3〜0.8重量%のマンガン、0.08〜0.4重量%のマグネシウム、最大0.4重量%の鉄、最大0.1重量%の銅、最大0.1重量%の亜鉛、最大0.15重量%のチタン、及び0.05〜0.5重量%のモリブデンを含む。所望により本合金はさらに、0.05〜0.3重量%のジルコニウム、耐久性の改善のために、30〜300ppmのストロンチウム、または、5〜30ppmのナトリウム、及び／または、1〜30ppmのカルシウム、結晶粒微細化のための1〜250ppmのリンに相当する量のガリウムリン化物及び／またはインジウムリン化物、及び／または、チタン及びホウ素（1〜2重量%のTi、及び1〜2重量%のＢを含むアルミニウムマスター合金の形態で添加される）を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋳物状態で高い伸びを有する部品をダイカストで製造するためのアルミニウム合金に関する。

従来の技術

これまでに、高品質な規格の部品を製造することができるダイカスト技術が開発されている。しかしながら、ダイカスト品の品質は、選択された機械の設定とプロセスに依存しているだけでなく、かなりの程度、用いられたアルミニウム合金の化学組成と構造に依存している。後者の２つのパラメーターは、鋳造性、供給動作（Ｇ．Ｓｃｈｉｎｄｅｌｂａｕｅｒ，Ｊ．Ｃｚｉｋｅｌ“Ｍｏｕｌｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｆｉｃｉｔ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ ａｌｌｏｙｓ”，Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ４２，１９９０年，８８／８９頁）、機械的特性、ダイカストにおいて特に重要な鋳造用具の寿命（Ｌ．Ａ．Ｎｏｒｓｔｒｏｍ，Ｂ．Ｋｌａｒｅｎｆｊｏｒｄ，Ｍ．Ｓｖｅｎｓｏｎ “Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｎ Ｗａｓｈ−ｏｕｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ Ｄｉｅｓ” １７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＮＡＤＣＡ Ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ １９９３年，クリーブランド，オハイオ州）に影響を与えることがわかっている。

これまで、高品質の部品のダイカストに特に適したアルミニウム合金の開発には、関心が向けられていなかった。ダイカストは、大量処理には最も経済的な製造方法であることから、現在、自動車工業の製造業者において、例えばダイカスト法で高延性を有する溶接可能な部品を製造する必要性がますます高まっている。

現在、ダイカスト技術の改良により、高品質の溶接可能な部品の生産が可能になっている。これにより、ダイカスト品の適用の領域はシャーシ部品にまで広がっている。
延性は、特に複雑な設計の部品においてますます重要である。

必要な機械的特性、特に、高い破断までの伸びを達成するために、ダイカストは通常、熱処理を受けなければならない。この熱処理は、鋳造相を形成し、それによって、延性破断挙動が達成されるために必要である。熱処理とは通常、固相線温度よりわずかに低い温度で溶体焼なましし、それに続いて水またはその他の媒体で１００℃未満の温度へ急冷することを意味する。ここで、この方法で処理された材料は、低い伸び限界と引張り強さを有する。これらの特性を必要な値まで高めるために、続いて人工的な時効が行われる。これはまた、例えば塗装の際の熱衝撃、または、完成したアセンブリの応力除去焼なましによるような、処理により誘起されるものでもよい。

ダイカスト品は、最終寸法に近い寸法に鋳造されるため、通常、肉薄な複雑な形状を有する。溶体焼なましの間、特に急冷プロセスの間、修整（例えば鋳物の歪を取ることによる）が必要となり得る歪が、最悪の場合は、不合格となり得る歪が予想される。また、溶体焼なましは追加の費用も必要となり、熱処理せずに必要な特性を満たす合金が入手できるのであれば、この製造方法の効率を実質的に高めることができる。

ＥＰ−Ａ−０６８７７４２において、鋳物状態において優れた力学的な値を有するＡｌＳｉ合金が記載されている。また、例えばＥＰ−Ａ−０９１１４２０は、ＡｌＭｇタイプの合金を開示しており、この合金は、鋳物状態において、極めて高い延性を有するが、複雑な形状設計を有する場合、高温または低音亀裂を起こしやすく、それゆえに不適切である。延性のあるダイカスト品のさらなる難点は、鋳物状態におけるそれらのゆっくりとした時効であり、それにより、伸びが失われるなどの機械的特性の一時的な変化が生じ得る。多くの用途において、この挙動は、特性の限界を超過しないときは許容されるが、いくつかの用途においては許容されず、標的熱処理によってのみ取り除くことができる。

本発明は、鋳造が簡単で、鋳物状態で高延性を有し、鋳造後はそれ以上時効されない、ダイカストに適したアルミニウム合金を製造する目的に基づいている。加えて、本合金は、溶接、フランジ形成、リベット締めが容易に可能であり、優れた耐食性を有すると予想される。

本発明によれば、上記目的は、以下のアルミニウム合金によって達成される：
８．０〜１１．５重量％のケイ素
０．３〜０．８重量％のマンガン
最大０．０８〜０．４重量％のマグネシウム
最大０．４重量％の鉄
最大０．１重量％の銅
最大０．１重量％の亜鉛
最大０．１５重量％のチタン
０．０５〜０．５重量％のモリブデン
を含み、
さらに、所望により、
０．０５〜０．３重量％のジルコニウム
耐久性の改善のための、３０〜３００ｐｐｍのストロンチウム、または、５〜３０ｐｐｍのナトリウム、および／または、１〜３０ｐｐｍのカルシウム、
結晶粒微細化のための、１〜２５０ｐｐｍのリンに相当する量の、ガリウムリン化物および／またはインジウムリン化物、
結晶粒微細化のための、チタンおよびホウ素（１〜２重量％のＴｉ、および、１〜２重量％のＢを含むアルミニウムマスター合金の形態で添加される）、
を含んでよく、残部がアルミニウムおよび不可避の不純物である、アルミニウム合金。

本発明に係る合金の組成を有していれば、鋳物状態におけるダイカスト品において、特に自動車製造における安全装置用部品の製造に適した合金になるように、降伏強さと引張り強さに関して優れた値を有しつつ高い伸びを達成することができる。驚くべきことに、モリブデンを添加することによって、その他の機械的特性を失うことなく実質的に伸びを増加させることができることがわかった。０．０５〜０．５重量％のＭｏの添加によって望ましい作用を達成することができ、好ましい作用レベルは、０．０８〜０．２５重量％のＭｏで達成することができる。

モリブデンと、０．０５〜０．３重量％のＺｒを組合わせて添加することによって、さらに伸びを改善することができる。好ましい含量は、０．１０〜０．１８重量％のＺｒである。

共晶ケイ素の比較的高い比率は、ストロンチウムで改善される。高い汚染レベルの粒状のダイカスト合金と比べて、本発明に係る合金はまた、疲労強度に関して利点を有する。混晶の存在量が極めて低く、改善された共晶であるので、破壊靭性はより高い。ストロンチウム含量は、好ましくは、５０〜１５０ｐｐｍであり、一般的に、鋳物の性質が劣化する可能性があるため、５０ｐｐｍ未満は好ましくない。ストロンチウムの代わりに、ナトリウムおよび／またはカルシウムを添加してもよい。

好ましいケイ素含量は、８．０〜１０．０重量％のＳｉである。
マグネシウム含量を好ましくは０．０８〜０．２５重量％のＭｇに制限することによって、共晶構造は劣化せず、本合金の経年硬化の可能性はほんのわずかになり、これらが高延性に寄与する。

マンガンの比率により、型の中の接着が回避され、優れた離型性が達成される。マンガン含量によって、高温でも鋳物に高い構造強度が付与されるため、型から取り出す際に、歪が極めてわずかであるか、または歪が生じないと予想される。

鉄含量は、好ましくは最大０．２５重量％のＦｅに制限される。
焼なましを温度範囲約２８０〜３２０℃で１〜２時間して安定化することによって、極めて高い伸びを達成することができる。

本発明に係る合金は、好ましくは、水平ダイカスト用なまこ銑（ｐｉｇ）として製造される。従って、コストのかかる溶融物のクリーニングを行わなくても、酸化物汚染が少ないダイキャスト合金を溶融させることができ、これは、ダイキャストにおいて高い伸びを達成するための重要な条件である。

溶融の際に、溶融物のあらゆる汚染、特に銅または鉄による汚染を防がなくてはならない。本発明に係る耐久性の改善されたＡｌＳｉ合金は、好ましくは、インペラーを用いた不活性ガスによる、ガスを流す処理によってクリーニングされる。

好ましくは、本発明に係る合金において、結晶粒微細化が行われる。この結晶粒微細化のために、ガリウムリン化物および／またはインジウムリン化物を、１〜２５０ｐｐｍ、好ましくは１〜３０ｐｐｍのリンに相当する量で本合金に添加することができる。その代わりに、または、追加で、本合金は、微粒化のために、チタンおよびホウ素を含ませることができ、この場合、チタンおよびホウ素は、１〜２重量％のＴｉ、および、１〜２重量％のＢを含むマスター合金の形態で加えられ、残部がアルミニウムである。好ましくは、アルミニウムマスター合金は、１．３〜１．８重量％のＴｉ、および、１．３〜１．８重量％のＢを含み、Ｔｉ／Ｂ重量比は約０．８〜１．２である。本発明に係る合金のマスター合金の含量は、好ましくは、０．０５〜０．５重量％に設定される。

本発明に係るアルミニウム合金は、特に、ダイカスト法における安全装置用部品の生産に適している。

Claims (11)

1. ８．０〜１１．５重量％のケイ素
   ０．３〜０．８重量％のマンガン
   ０．０８〜０．４重量％のマグネシウム
   最大０．４重量％の鉄
   最大０．１重量％の銅
   最大０．１重量％の亜鉛
   最大０．１５重量％のチタン
   ０．０５〜０．５重量％のモリブデン
   を含み、
   さらに所望により
   ０．０５〜０．３重量％のジルコニウム、
   耐久性の改善のための、３０〜３００ｐｐｍのストロンチウム、または、５〜３０ｐｐｍのナトリウム、および／または、１〜３０ｐｐｍのカルシウム
   結晶粒微細化のための、１〜２５０ｐｐｍのリンに相当する量のガリウムリン化物および／またはインジウムリン化物、
   結晶粒微細化のための、チタンおよびホウ素（１〜２重量％のＴｉ、および、１〜２重量％のＢを含むアルミニウムマスター合金の形態で添加される）、
   を含んでいてよく、そして残部がアルミニウムおよび不可避の不純物である、
   鋳物状態で高い伸びを有する部品をダイカストするためのアルミニウム合金。
2. ５０〜１５０ｐｐｍのストロンチウムを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム合金。
3. ８．０〜１０．０重量％のケイ素を特徴とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金。
4. ０．０８〜０．２５重量％のマグネシウムを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
5. 最大０．２５重量％の鉄を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
6. ０．１０〜０．１８重量％のジルコニウムを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
7. ０．０８〜０．２５重量％のモリブデンを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
8. １〜３０ｐｐｍのリンに相当する量のガリウムリン化物および／またはインジウムリン化物を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
9. アルミニウムマスター合金が、１．３〜１．８重量％のチタン、および、１．３〜１．８重量％のホウ素を含み、チタン／ホウ素の重量比が０．８〜１．２であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
10. ０．０５〜０．５重量％のアルミニウムマスター合金を特徴とする、請求項９に記載のアルミニウム合金。
11. 自動車製造において、安全装置用部品をダイカストするための、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金の使用。