(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的および機械的ストレスにさらされる環境で使用される部品を鋳造法により製造するためのアルミニウム合金であって、該合金はすぐれた熱安定性を有する時効硬化し得る材料であって、
１１．２から１１．８重量パーセントのシリコン、
０．６から０．９重量パーセントのマンガン、
０から０．１５重量パーセントの鉄、
１．８から２．０重量パーセントのマグネシウム、
１．８から２．０重量パーセントの銅、
１．８から２．０重量パーセントのニッケル、
０．０８から０．２５重量パーセントのチタン、
２０から３０ｐｐｍのホウ素、および
それぞれが最大０．０５重量パーセントであり、総量が最大０．２重量パーセントであるところの製造に伴う不純物を含むアルミニウムを残りとして含有することを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項２】
さらに、０．６から１．０重量パーセントのコバルトを含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
熱的および機械的ストレスにさらされる環境で使用される部品を鋳造法により製造するためのアルミニウム合金であって、該合金はすぐれた熱安定性を有する時効硬化し得る材料であって、
１１．２から１１．８重量パーセントのシリコン、
０．６から０．９重量パーセントのマンガン、
０から０．１５重量パーセントの鉄、
０．７から１．０重量パーセントのマグネシウム、
１．８から２．０重量パーセントの銅、
０．５から１．０重量パーセントのクロム、
１．７から２．０重量パーセントの亜鉛、
０．０８から０．２５重量パーセントのチタン、および
２０から３０ｐｐｍのホウ素、及び
それぞれが最大０．０５重量パーセントであり、総量が最大０．２重量パーセントであるところの製造に伴う不純物を含むアルミニウムを残りとして含有することを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項４】
さらに、８０から３００ｐｐｍのストロンチウムを含有する請求項１から３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
熱的および機械的ストレスにさらされる、ダイカスト法、型鋳造法、又は砂型鋳造法により製造される部品のための、請求項１から４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の使用。
【請求項６】
ダイカスト法により製造される自動車のシリンダクランクケースのための、請求項５に記載のアルミニウム合金の使用。
【請求項７】
ダイカスト法により製造される自動車の安全部品のための、請求項１から４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の使用。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか１項に記載の、すぐれた熱安定性を有する時効硬化されたアルミニウム合金から成る鋳型部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱的および機械的ストレスを受ける鋳型部品の製造に必要な、すぐれた耐熱性を有する時効硬化し得るアルミニウム鋳造用合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル燃料の燃焼の改良およびより高い比出力を目的として内燃機関をさらに開発することは、とりわけ、爆発圧力が増加し、そしてひいては、脈動する機械的負荷がシリンダクランクケースにかかり、材料に最も厳しい要求が課せられることとなる。高度な耐久性を別として、材料の高温循環温度は、シリンダクランクケースの製造において、その材料を使用するためのさらなる要求事項である。
【０００３】
ＡＬＳｉ合金は、熱的ストレスにさらされる部品用として、今日、一般に使用されている。その熱安定性は、銅との合金とすることで増加する。しかしながら、銅は、高温脆弱性を高め、可鋳性に悪影響を及ぼす。とりわけ熱安定性を必要とする用途としては、主として、自動車のシリンダヘッドの領域があげられる。たとえば、Ｆ．Ｊ．Ｆｅｉｋｕｓ著、「シリンダヘッド用のアルミニウムシリコン合金の最適化」  Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉ−Ｐｒａｘｉｓ、１９９９、第２巻、５０−５７頁を参照されたい。
【０００４】
ＵＳ−Ａ−３８６８２５０は、シリンダヘッド製造用の、耐熱性のＡｌＭｇＳｉ合金を開示している。通常の添加物の他に、該合金は、０．６から４．５重量パーセントのシリコン、２．５から１１重量パーセントのマグネシウム（そのうちの１から４．５重量パーセントは遊離マグネシウム）、そして０．６から１．８重量パーセントのマンガンを含有する。
【０００５】
ＷＯ−Ａ−９６１５２８１には、３．０から６．０重量パーセントのマグネシウム、１．４から３．５重量パーセントのシリコン、０．５から２．０重量パーセントのマンガン、最大０．１５重量パーセントの鉄、最大０．２重量パーセントのチタン、および、それぞれが最大０．０２重量パーセントであり、総量が０．２重量パーセントであるところの更なる不純物を含むアルミニウムを残りとして含む、アルミニウム合金が開示されている。該合金は、最も厳しい機械的特性を要求される部品用として好適である。該合金は、好ましくは、ダイカスト、チクソ鋳造あるいはチクソ鍛造によって加工される。
【０００６】
ＷＯ−Ａ−００４３５６０には、ダイカスト法、圧搾鋳造法、チクソフォーミング法あるいは、チクソ鍛造法による安全部品の製造に使用される、類似のアルミニウム合金が開示されている。該合金は、２．５から７．０重量パーセントのマグネシウム、１．０から３．０重量パーセントのシリコン、０．３から０．４９重量パーセントのマンガン、０．１から０．３重量パーセントのクロム、最大０．１５重量パーセントのチタン、最大０．１５重量パーセントの鉄、最大０．００００５重量パーセントのカルシウム、最大０．００００５重量パーセントのナトリウム、最大０．０００２重量パーセントのリン、それぞれ最大０．０２重量パーセントの不純物、およびアルミニウムを残りとして含有する。
【０００７】
ＥＰ−Ａ−１２３４８９３から公知である、ＡｌＭｇＳｉ系の鋳造用合金は、３．０から７．０重量パーセントのマグネシウム、１．７から３．０重量パーセントのシリコン、０．２から０．４８重量パーセントのマンガン、０．１５から０．３５重量パーセントの鉄、最大０．２重量パーセントのチタン、また必要に応じて０．１から０．４重量パーセントのニッケル、およびアルミニウムを残りとして含有し、さらに、それぞれが最大０．０２重量パーセントで、総量が最大０．２重量パーセントであるところの、製造に伴う不純物を含有する。該合金はさらに、マグネシウムとシリコンが合金内で、重量比１．７対１で実質的に存在するということを条件とする。この重量比は、固相のアルミニウムおよびＭｇ２Ｓｉの、疑似二元的共晶組成に対応する。該合金は、ダイカスト、レオ鋳造、チクソ鋳造による自動車の安全部品の製造に適している。
【０００８】
ＥＰ−Ａ−１６４５６４７は、時効硬化し得る鋳造合金を開示している。該合金は、アルミニウム純度が９９．９％である鋳物金属をベースに、６から１１重量パーセントのシリコン、２．０から４．０重量パーセントの銅、０．６５から１．０重量パーセントのマンガン、０．５から３．５重量パーセントの亜鉛、最大０．５５重量パーセントのマグネシウム、０．０１から０．０４重量パーセントのストロンチウム、最大０．２重量パーセントのチタン、最大０．２重量パーセントの鉄、および必要に応じて、０．０１から０．０８重量パーセントの銀、０．０１から１．０重量パーセントのサマリウム、０．０１から０．４０重量パーセントのニッケル、０．０１から０．３０重量パーセントのカドミウム、０．０１から０．２０重量パーセントのインジウムそして最大０．００１重量パーセントのベリリウムから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する。例として挙げる合金は、下記の組成を有する。シリコン９％、銅２．７％、マンガン１％、亜鉛２％、ストロンチウム０．０２％、マグネシウム０．５％、鉄０．１％、チタン０．１％、銀０．１％、ニッケル０．４５％、インジウム０．１％、ベリリウム０．０００５％。
【０００９】
ＡｌＳｉ９Ｃｕ３（鉄）のような、標準化された鋳型合金は合金２２６として知られており（ＥＮ  ＡＣ−４６０００）、８から１１重量パーセントのシリコン、最大１．３０重量パーセントの鉄、２から４重量パーセントの銅、最大０．５５重量パーセントのマンガン、０．０５から０．５５重量パーセントのマグネシウム、最大０．０１５重量パーセントのクロム、最大０．５５重量パーセントのニッケル、最大１．２０重量パーセントの亜鉛、最大０．３５重量パーセントの鉛、最大０．２５重量パーセントの錫、最大０．２５重量パーセントのチタン、それぞれが最大０．０５重量パーセント、総量で最大０．２５重量パーセントのその他の物質、および残りをアルミニウムとして含有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、熱的および機械的ストレスにさらされる環境で使用される部品を鋳造法により製造するためのアルミニウム合金であって、該合金は高い熱安定性を有するアルミニウム合金の提供を目的とする。該合金は、主として、ダイカストに適するように意図されたものであり、また、重力ダイカスト、低圧ダイカストおよび砂型鋳造に適するように意図されたものである。
【００１１】
本発明の特別な目的は、ダイカスト法により製造される、内燃機関、特に、ディーゼルエンジンのシリンダクランクケースのための、アルミニウム合金を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
該合金から鋳造された部品は、時効硬化した後も高強度を有するように意図されている。
【００１３】
上記の目的は、下記を含む本発明による合金により達成される。
１１．０から１２．０重量パーセントのシリコン、
０．７から２．０重量パーセントのマグネシウム、
０．１から１重量パーセントのマンガン、
最大１重量パーセントの鉄、
最大２重量パーセントの銅、
最大２重量パーセントのニッケル、
最大１重量パーセントのクロム、
最大１重量パーセントのコバルト、
最大２重量パーセントの亜鉛、
最大０．２５重量パーセントのチタン、
４０ｐｐｍのホウ素、
必要に応じて８０から３００ｐｐｍのストロンチウム、
および、それぞれが最大０．０５重量パーセントであり、総量が最大０．２重量パーセントであるところの、さらなる元素および製造に伴う不純物を含む、残りとしてのアルミニウム。
【００１４】
本発明の合金の、第一の好ましい変更態様は、下記の合金元素を下記の好ましい範囲において含有する。
１１．２から１１．８重量パーセントのシリコン、
０．６から０．９重量パーセントのマンガン、
最大０．１５重量パーセントの鉄、
１．８から２．０重量パーセントのマグネシウム、
１．８から２．０重量パーセントの銅、
１．８から２．０重量パーセントのニッケル、
０．０８から０．２５重量パーセントのチタン、および
２０から３０ｐｐｍのホウ素。
【００１５】
本発明の合金の、第二の好ましい変更態様は、下記の合金元素を下記の好ましい範囲において含有する。
１１．２から１１．８重量パーセントのシリコン、
０．６から０．９重量パーセントのマンガン、
最大０．１５重量パーセントの鉄、
１．８から２．０重量パーセントのマグネシウム、
１．８から２．０重量パーセントの銅、
１．８から２．０重量パーセントのニッケル、
０．６から１．０重量パーセントのコバルト、
０．０８から０．２５重量パーセントのチタン、および
２０から３０ｐｐｍのホウ素。
【００１６】
本発明の合金の、第三の好ましい変更態様は、下記の合金元素を下記の好ましい範囲において含有する。
１１．２から１１．８重量パーセントのシリコン、
０．６から０．９重量パーセントのマンガン、
最大０．１５重量パーセントの鉄、
０．７から１．０重量パーセントのマグネシウム、
１．８から２．０重量パーセントの銅、
０．５から１．０重量パーセントのクロム、
１．７から２．０重量パーセントの亜鉛、
０．０８から０．２５重量パーセントのチタン、および
２０から３０ｐｐｍのホウ素。
【００１７】
マンガンの添加により、鋳物の型への接着を防止する。マンガンもまた、熱硬化性に実質的に貢献する。鉄の含量を少なくすることで、伸長性が高まり、キャビテーションを増加させ、機械加工性を劣化させる、鉄含有小板生成のリスクを軽減する。
【００１８】
高いシリコン含有量は、鋳造性を向上させ、キャビテーションの軽減をもたらす。共晶組成近傍のアルミニウム−シリコン組成によって、鋳造温度も低下させることができ、それによって金型の寿命を延ばすことができる。過共晶シリコンの含量は、一次シリコン結晶が発生しないように選択された。
【００１９】
クロムを添加することで、合金の脱型性がさらに向上し、強度が増加する。コバルトは熱安定性の向上に寄与する。チタンおよびホウ素は、粒子の精錬（ｒｅｆｉｎｅ）に役立つ。粒子がよく精錬されると、鋳造性および機械特性が大きく向上する。
【００２０】
本発明のアルミニウム合金の好ましい適用分野は、ダイカスト、型鋳造、砂型鋳造などによる、熱的および機械的ストレス下での部品の製造、特に、ダイカスト法による自動車のシリンダクランクケースの製造である。
【００２１】
本発明のその他の利点、特徴および詳細は、以下の好ましい実施態様の記載から明らかである。
【００２２】
本発明の合金を、ダイカスト法によって鋳造し、肉厚３ミリの平らな引張試験片を形成した。ダイカストの鋳型から取り出した後、試験片を静かな空気内で冷却した。
【００２３】
鋳造状態（ｃａｓｔ  ｓｔａｔｅ）の引張試験片の機械特性として、降伏点（Ｒｐ０．２）、引張強さ（Ｒｍ）および破断伸び（Ａ）を、室温（ＲＴ）、１５０℃、２２５℃および３００℃で決定した。また、１５０℃、２２５℃および３００℃でそれぞれ５００時間実施した、各種の一段式熱処理後の、室温（ＲＴ）および熱処理温度（ＨＴＴ）での機械的強度も決定した。
【００２４】
調査の対象とした合金は、表１にまとめている。
【００２５】
表２、３および４は、表１に示す合金の鋳造状態の引張試験片について、各種温度で調べた機械特性を示す。
【００２６】
表５、６および７は、表１の合金の引張試験片について、異なる温度で５００時間熱処理後の、室温（ＲＴ）および熱処理温度（ＨＴＴ）で決定した機械特性を示す。
【００２７】
長時間試験の結果、本発明の合金がすぐれた熱安定性を有することが確認された。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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【００３２】
【表５】
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【００３３】
【表６】
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【００３４】
【表７】
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