(57)【要約】【課題】局部変形に対して良好な延性、張り出し成形性を有し、亀裂の発生及び進展に対する優れた抵抗力を有するアルミニウム合金ダイカストと、このようなアルミニウム合金ダイカストの製造方法を提供する。【解決手段】質量比で、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金を用いてダイカスト法により鋳造し、低温短時間の溶体化後、強制空冷を施し、もって共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、共晶Ｓｉの面積率が７．５〜１４．０％、表面硬度がＨｖ６０〜８０のアルミニウム合金ダイカストとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金から成り、共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、面積率が７．５〜１４．０％の範囲であると共に、表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで６０〜８０であることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト。
【請求項２】
共晶Ｓｉの平均円形度が０．５０以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ダイカスト。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルミニウム合金ダイカストを製造するに際し、上記組成のダイカスト用アルミニウム合金を用いてダイカスト鋳造したのち、溶体化温度に保持し、強制空冷することを特徴とするダイカストの製造方法。
【請求項４】
上記溶体化温度が４６０〜５００℃、当該温度での保持時間が０．２５〜１．５時間であることを特徴とする請求項３に記載のダイカストの製造方法。
【請求項５】
上記強制空冷における４６０℃から３００℃までの冷却速度が１〜２０℃／秒であることを特徴とする請求項３又は４に記載のダイカストの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリベットやボルトによって接合される自動車用部品などに好適に用いられるアルミニウム合金ダイカストに係わり、延性に富み、ボルトやリベットによる締結時に生ずる局部変形に耐え、亀裂の発生を防止することができるアルミニウム合金ダイカストと、このようなダイカストの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系の成分系が採用され、高温短時間溶体化及び急速冷却による溶体化処理によって延性の向上を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９８６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献記載のものなど、これまでのアルミニウム合金鋳物では、比較的高延性とされるものであっても、セルフピアスリベット接合や部品寸法精度による板隙をボルトで締結する際に局部変形を付与すると、容易に亀裂が生じることがあった。したがって、腐食環境下では鋼製のリベットやボルトとアルミニウム合金との間で電食が発生しやすいという問題があった。
【０００４】
そのため、例えば、リベット締結部近傍にシール剤を貼付したり、接着剤を塗布したりすることによって、腐食環境から遮断するなどの対策がなされている。しかし、これら副資材の塗布により部材外観の美栄えが低下し、また、環境劣化によりその防錆性能確保期間が制限される場合がある。
【０００５】
本発明は、従来のアルミニウム合金鋳物における上記課題を解決するためになされたものである。
そして、その目的とするところは、局部変形に対して良好な延性、張出し成形性を有し、亀裂の発生及び進展に対する優れた抵抗力を有し、シール剤などによる防錆処理の省略をも可能にするアルミニウム合金ダイカストを提供することにある。さらに、このようなアルミニウム合金ダイカストの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、合金成分や鋳造方法、鋳造後の熱処理などについて鋭意検討を重ねた結果、少量のＭｇと比較的多量のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のダイカスト用Ａｌ合金を用いることに着目した。そして、このような合金を用いたダイカストに特定の条件下で溶体化処理を施して、共晶Ｓｉを微細化し、表面硬度を低くコントロールすることによって、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明のアルミニウム合金ダイカストは、質量比で、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金から成るものであって、共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、面積率が７．５〜１４．０％の範囲であると共に、表面硬度がビッカース硬度Ｈｖで６０〜８０であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のアルミニウム合金ダイカストの製造方法においては、上記成分のダイカスト用アルミニウム合金を用いて、ダイカスト法により鋳造したのち、さらに溶体化後強制空冷することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、７．０〜１２．０質量％のＳｉと、０．０５〜０．６０質量％のＭｇを含有するダイカスト用アルミニウム合金から成り、共晶Ｓｉの平均半径が０．５〜１．５μｍ、共晶Ｓｉの面積率が７．５〜１４．０％、表面硬度が６０〜８０Ｈｖのアルミニウム合金ダイカストとしたから、良好な延性、成形性を有し、亀裂の発生及び進展に対する優れた抵抗力を備えたものとなる。
また、本発明の製造方法においては、上記成分のダイカスト用アルミニウム合金を用いて、ダイカスト法により鋳造したのち、さらに溶体化後強制空冷するようにしたから、上記のような共晶Ｓｉが晶出し、上記硬さを備えたアルミニウム合金ダイカストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のアルミニウム合金ダイカストについて、合金成分や溶体化処理条件などの限定理由やその作用と共に、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１１】
本発明のアルミニウム合金ダイカストは、上記したように、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有し、共晶Ｓｉが平均半径０．５〜１．５μｍの範囲内に微細化され、しかもその面積率が７．５〜１４．０％であると共に、６０〜８０Ｈｖの低い表面硬度を備えたものである。
ここで、共晶Ｓｉとは、共晶組織内に晶出しているＳｉを意味する。
【００１２】
Ｓｉ：７．０〜１２．０％
Ｓｉ（ケイ素）は、引張強度、疲労強度、硬さを増すのに有効であると共に、溶湯に流動性を与え、鋳造性を向上させる作用を有する元素であるが、その含有量が７．０％に満たない場合は流動性が低下して、十分な鋳造性を確保することができない。
また、Ｓｉ含有量が１２．０％を超えると、初晶Ｓｉが晶出し、靭性が低下するため、Ｓｉを７．０〜１２．０％の範囲で添加しなければならない。
【００１３】
Ｍｇ：０．０５〜０．６０
Ｍｇ（マグネシウム）は、熱処理によって引張強度、疲労強度、硬さを増すのに有効な元素であるが、その含有量が０．０５％に満たない場合には、このような効果を発揮することができず、所定の強度を得ることができない。逆に、Ｍｇ含有量が０．６０％を超えると、靭性が低下するため、Ｍｇを０．０５〜０．６０％の範囲で添加する必要がある。
【００１４】
共晶Ｓｉの平均半径：０．５〜２．０μｍ
微細化された共晶Ｓｉは、当該アルミニウム合金ダイカストにリベット接合等による局部変形が与えられた際の亀裂発生及び亀裂の伝播を防止する。つまり、共晶Ｓｉの微細化は、結晶の表面エネルギーを減少させ、亀裂発生及び伝播などによる表面エネルギーの開放効果を少なくし、結果として大きな局部変形を伴うような張出し成形性を大幅に向上させることができ、良好な延性、張出し成形性を確保することができる。
このとき、共晶Ｓｉの平均半径が０．５μｍより小さいと、十分な溶体化が期待できず、鋳造時のひずみが解放されないため、延性が低く、成形性も悪化する。逆に平均半径が１．５μｍを超えると、成形性、耐亀裂性が悪化するため、０．５〜１．５μｍの範囲内とすることが必要となる。
【００１５】
なお、本発明において、共晶Ｓｉの平均半径とは、円相当径を意味し、画像解析装置により共晶Ｓｉの面積Ｓを求め、次式により円相当径ｌを求めることができる。
ｌ＝（４Ｓ／π）１／２
【００１６】
表面硬度：６０〜８０Ｈｖ
表面硬度が低いと、表面の延性が向上するため、曲げ変形時の亀裂起点の発生を抑えることが可能となり、結果として良好な張出し成形性を確保することができる。
ここで、表面硬度が６０Ｈｖに満たないと、強度が得られず、８０Ｈｖを超えると延性が低下するため、本発明のアルミニウム合金ダイカストとしては、その表面硬度を上記６０〜８０Ｈｖの範囲とすることが必要である。
【００１７】
共晶Ｓｉの面積率：７．５〜１４．０％
共晶Ｓｉは、その大きさのみならずその晶出量も鋳物の延性に若干の影響を及ぼす。
すなわち、その面積率が７．５％に満たない場合には、鋳物の強度が不足し、逆に１４．０％を超えると延性が損なわれる傾向が認められることから、共晶Ｓｉの面積率については、７．５〜１４．０％の範囲内とすることが好ましい。
【００１８】
共晶Ｓｉの平均円形度：０．５０以上
共晶Ｓｉは、その形状が円形に近いほど、応力集中を緩和させ、変形時における初晶α相の内部応力を抑えることができるようになり、良好な延性及び張出し成形性を確保することができる。とくに、当該円形度が０．５を下回ると、靭性が悪化する傾向があるので、共晶Ｓｉの平均円形度は、０．５０以上であることが望ましい。
なお、平均円形度とは、（４πＳ／Ｌ２）１／２（式中のＬは共晶Ｓｉの周囲長、Ｓは共晶Ｓｉの面積を示す）で表され、真円に近いほど「１」に近い値となる。
【００１９】
溶体化温度：４６０〜５００℃
上記したようなアルミニウム合金ダイカストは、７．０〜１２．０％のＳｉと、０．０５〜０．６０％のＭｇを含有するアルミニウム合金をダイカスト法により鋳造したのち、溶体化処理を施すことによって得られるが、この時の溶体化温度としては、４６０〜５００℃の温度範囲とすることが望ましい。
すなわち、４６０℃に満たない温度では、十分に溶体化が進まず、逆に５００℃より高い温度で溶体化した場合には、共晶Ｓｉが粗大化する傾向があることによる。
【００２０】
溶体化保持時間：０．２５〜１．５時間（１５〜９０分）
また、溶体化温度における保持時間については、０．２５時間未満では、同様に溶体化が十分に行われず、１．５時間を超えたときには、共晶Ｓｉが粗大化する傾向があることから、０．２５〜１．５時間の範囲内とすることが望ましい。
【００２１】
４６０℃から３００℃までの冷却速度：１〜２０℃／秒
溶体化後の冷却工程は、強制空冷によるものであるが、このときの具体的な冷却速度としては、４６０℃から３００℃の温度範囲を毎秒１℃〜２０℃の速度で冷却することが望ましい。
すなわち、毎秒１℃よりも遅い冷却速度では、合金元素が十分に固溶できないために、必要な強度が得られなくなり、毎秒２０℃よりも速い冷却速度では、強度が高くなり過ぎて、延性が低下する傾向があることによる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
〔溶体化温度及び保持時間の影響〕
まず、１０．７％のＳｉと、０．２３％のＭｇ、０．７％のＭｎ、０．１４％のＦｅを含有するダイカスト用アルミニウム合金を電気炉によって溶解し、乾燥窒素ガスの吹き込みによる脱ガス処理を行った。
【００２４】
そして、上記アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、板厚３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの矩形型試験片を鋳造し、当該試験片を４００〜５６０℃の各温度で５〜４８０分の各時間保持した後、１〜２０℃／秒という冷却速度で強制空冷した。
【００２５】
そして、このような溶体化処理後の各試験片に時効熱処理（１８０℃×３時間）を施した後、得られた各供試材について、共晶Ｓｉの平均半径を測定し、当該平均半径と溶体化温度及び保持時間の影響を調査した。この結果を図１に示す。
なお、共晶Ｓｉの平均半径については、画像解析装置を用いた上述の方法によって、平均値を求めた。
【００２６】
図１の結果から明らかなように、共晶Ｓｉの平均半径は、溶体化温度が低温で、しかも溶体化時間が短時間の場合に微細化が可能である。具体的には、溶体化温度が４６０〜５００℃、保持温度が１５〜９０分（０．２５〜１．５時間）の条件が、共晶Ｓｉの平均半径を０．５〜１．５μmに微細化するのに有効であることが確認された。
【００２７】
〔金属組織〕
図２は、本発明によるアルミニウム合金ダイカストの金属組織の代表例として、上記により得られた供試材のうち、５００℃×１時間の溶体化の後、強制空冷したものの組織を示すものである（６０×６０ｍｍの時、４００倍）。
その金属組織は大別して、初晶α相、共晶Ｓｉ相、Ｍｎ又はＦｅ系晶出物の３相を有している。
【００２８】
〔溶体化後の冷却速度の影響〕
上記成分のダイカスト用アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、上記同様の矩形型試験片を鋳造し、当該試験片を５００℃に１時間保持した後、４６０℃〜３００℃までの冷却速度を種々に変化させて強制空冷したのち、上記同様の時効処理を施してリベット接合試験の供試材とした。そして、その表面硬度をそれぞれ測定した。なお、冷却速度については、強制空冷用エアーノズルの空気量を調整することによって行った。
【００２９】
そして、図３に示すように、得られた各供試材３を受け金型４の上に重ねて載置し、さらに薄板材２を重ねた状態で、図中上方から、径５ｍｍ、長さ７ｍｍのセルフピアスリベット１を打ち込んだ後、供試材表面をカラーチェックすることによって亀裂の有無を判別した。その結果として、溶体化後の４６０℃〜３００℃までの冷却速度と表面硬さの関係、さらに亀裂発生の有無を図４に示す。
【００３０】
図４に示した結果から明らかなように、４６０〜３００℃の温度範囲における冷却速度を１〜２０℃／秒とすることによって、アルミニウム合金ダイカストの表面硬さが６０〜８０Ｈｖとなり、リベット接合時の亀裂防止が可能であることが確認された。
【００３１】
〔共晶Ｓｉの平均半径及び面積率の影響〕
上記成分のダイカスト用アルミニウム合金溶湯を用いて、高真空ダイカスト法により、上記同様の矩形型試験片を鋳造し、種々の条件の溶体化処理ののち、上記同様の時効処理を施し、得られた各供試材の共晶Ｓｉの平均半径及び面積率を測定した。
そして、上記同様のリベット接合試験を実施し、割れ（亀裂）発生に及ぼす共晶Ｓｉの平均半径及び面積率の影響を調査した。その結果を図５に示す。
【００３２】
図５から明らかなように、共晶Ｓｉ半径が０．５〜１．５μｍ、共晶Ｓｉの面積率が７．５〜１４．０の範囲内では、割れが発生しないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のアルミニウム合金ダイカストにおける共晶Ｓｉの平均半径に及ぼす溶体化温度及び保持時間の影響を示すグラフである。
【図２】本発明のアルミニウム合金ダイカストにおける金属組織の一例を示す顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例において実施したリベット接合試験の要領を示す概略図である。
【図４】本発明のアルミニウム合金ダイカストの表面硬さとリベット接合時の耐割れ性に及ぼす溶体化処理における冷却速度の影響を示すグラフである。
【図５】本発明のアルミニウム合金ダイカストにおけるリベット接合時の耐割れ性に及ぼす共晶Ｓｉの平均半径及び面積率の影響を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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