(57)【要約】【課題】Ｆｅを含むアルミニウム合金の鋳造により容易に製造することができ、優れた耐熱性及び耐摩耗性を備えるアルミニウム合金の鋳造体を提供する。【解決手段】鋳造体１ａ，１ｂ，１ｃは、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金を鋳造することにより得られる。純鉄または鉄と他の金属との金属間化合物からなり、９０μｍ以下の範囲の粒子径を備える塊状晶出相と、Ａｌ及びＳｉと、Ｆｅ又はＭｎとの金属間化合物からなり、３００μｍ以下の範囲の長さを備える針状晶出相とを備え、α晶が１００以上の範囲のビッカース硬度を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金を鋳造することにより得られる鋳造体であって、
純鉄または鉄と他の金属との金属間化合物からなり、９０μｍ以下の範囲の粒子径を備える塊状晶出相と、
Ａｌ及びＳｉと、Ｆｅ又はＭｎとの金属間化合物からなり、３００μｍ以下の範囲の長さを備える針状晶出相とを備え、
α晶が１００以上の範囲のビッカース硬度を備えることを特徴とするアルミニウム合金の鋳造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金の鋳造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金の鋳造体を内燃機関のシリンダブロック、シリンダスリーブ等に用いる場合、該鋳造体には高い耐熱強度と、高い耐摩耗性（耐摺動性）とが求められる。アルミニウム合金に耐摩耗性を付与するために、該アルミニウム合金にＦｅ等の高硬度材料を添加することが知られている。前記アルミニウム合金として、自動車等のスクラップのリサイクル材を用いる場合には、該アルミニウム合金に鉄が混入するので好都合である。
【０００３】
前記Ｆｅ等の高硬度材料を含むアルミニウム合金には、例えば、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎのうち１種または２種と、Ｃｕ及びＭｇを含むものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２６６００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記Ｆｅを含むアルミニウム合金を用いて鋳造を行うと、得られた鋳造体にＦｅと他の金属との金属間化合物からなる針状相が晶出するという不都合がある。前記鋳造体は、前記針状相が晶出すると、該針状相の先端から亀裂が生じやすくなり脆くなる。この結果、前記Ｆｅを含むアルミニウム合金は、粉末成形体用の材料として用いられ、成形後、さらに焼結しなければならないので、製造工程が繁雑になることが避けられない。
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、Ｆｅを含むアルミニウム合金の鋳造により容易に製造することができ、優れた耐熱性及び耐摩耗性を備えるアルミニウム合金の鋳造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金の鋳造体は、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金を鋳造することにより得られる鋳造体であって、純鉄または鉄と他の金属との金属間化合物からなり、９０μｍ以下の範囲の粒子径を備える塊状晶出相と、Ａｌ及びＳｉと、Ｆｅ又はＭｎとの金属間化合物からなり、３００μｍ以下の範囲の長さを備える針状晶出相とを備え、α晶が１００以上の範囲のビッカース硬度を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のアルミニウム合金の鋳造体は、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金を用いて鋳造することにより、純鉄または鉄と他の金属との金属間化合物からなる塊状晶出相を備えたものとなる。また、本発明のアルミニウム合金の鋳造体は、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金を用いて鋳造することにより、針状晶出相が微小になると共に、優れた硬度を備えるα晶を得ることができる。
【０００９】
この結果、本発明のアルミニウム合金の鋳造体によれば、前記純鉄または金属間化合物の塊状晶出相が前記α晶に保持されることにより脱落しにくくなり、該鋳造体と他の構成とが相互に摺動するときに、該鋳造体に優れた耐摩耗性を付与することができる。また、本発明のアルミニウム合金の鋳造体によれば、前記針状晶出相が微小になると共に、前記α晶が優れた硬度を備えるので、優れた耐熱強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の鋳造体と鋳造型との例を示す説明的斜視図。
【図２】本実施形態において溶湯に振動を付与する装置の一構成例を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の鋳造体１ａ，１ｂ，１ｃは、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎを含むアルミニウム合金の溶湯を、鋳造型２ａ，２ｂ，２ｃに鋳込むことにより鋳造される。
【００１３】
図１（ａ）は、ルミ耐熱ボード鋳造型２ａを用いる例であり、例えば、鋳型温度を常温（３０℃以下）として鋳造を行う。この結果、例えば、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒状鋳造体１ａが得られる。
【００１４】
図１（ｂ）は、Ｆｅ鋳造型２ｂを用いる例であり、例えば、鋳型温度を４７０℃として鋳造を行う。この結果、例えば、４０ｍｍ×２０ｍｍ×１９０ｍｍの四角柱状鋳造体１ｂが得られる。
【００１５】
図１（ｃ）は、Ｃｕ鋳造型２ｃを用いる例であり、例えば、鋳型温度を常温（３０℃以下）として鋳造を行う。この結果、例えば、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状部１１の一端部に、最大直径８０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円錐台状頭部１２を備える鋳造体１ｃが得られる。
【００１６】
本実施形態において、前記アルミニウム合金として、母材中に、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒを含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成のものを用いることができる。ここで、前記アルミニウム合金の全量に対して、Ｆｅは２．０〜３．０質量％、Ｃｕは２．０〜３．５質量％、Ｍｇは０．３５〜０．５５質量％、Ｓｉは１０．０〜１２．０質量％、Ｍｎは１．０〜１．５質量％、Ｚｎは１．０質量％以下、Ｎｉは０．１質量％以下、Ｔｉは０．２質量％以下、Ｃｒは０．１質量％以下の範囲とすることができる。
【００１７】
前記組成において、Ｆｅは前記アルミニウム合金の全量に対して、２．０〜３．０質量％の範囲とすることより、純鉄または鉄と他の金属との金属間化合物からなる塊状相を晶出させることができる。
【００１８】
また、Ｃｕは前記アルミニウム合金の全量に対して、２．０〜３．５質量％の範囲とすることより、α晶の強度を向上し前記塊状相の脱落を防止すると共に、高温強度を改善することができる。
【００１９】
また、Ｍｇは前記アルミニウム合金の全量に対して、０．３５〜０．５５質量％の範囲とすることより、機械的強度を向上させることができる。
【００２０】
また、Ｓｉは前記アルミニウム合金の全量に対して、１０．０〜１２．０質量％の範囲とすることより、Ｍｇとの化合物を形成してα晶の強度を向上させることができると共に、溶湯の流動性を向上させることができる。
【００２１】
また、Ｍｎは前記アルミニウム合金の全量に対して、１．０〜１．５質量％の範囲とすることにより、Ｆｅとの金属間化合物を形成して前記塊状相を晶出させることができる。
【００２２】
前記アルミニウム合金として、例えば、全量に対して、Ｆｅ２．０質量％、Ｃｕ２．５質量％、Ｍｇ０．５質量％、Ｓｉ１０．５質量％、Ｍｎは１．０質量％、Ｚｎ１．０質量％以下、Ｎｉ０．１質量％以下、Ｔｉ０．２質量％以下、Ｃｒ０．１質量％以下を含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなるもの（以下、アルミニウム合金Ｉと記載する）を挙げることができる。
【００２３】
アルミニウム合金Ｉの溶湯を、図１に示す鋳造型２ａ，２ｂ，２ｃに鋳込んで鋳造を行うことにより得られた鋳造体１ａ，１ｂ，１ｃは、塊状晶出相と、針状晶出相とを備え、α晶は、１００以上の範囲のビッカース硬度を備えている。鋳造体１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、前記塊状晶出相は、ＦｅとＭｎとの金属間化合物からなり、前記針状晶出相は、ＡｌとＳｉとＦｅとの金属間化合物、又はＡｌとＳｉとＭｎとの金属間化合物からなる。
【００２４】
本実施形態では、前記鋳造において、凝固速度を０．６８〜２４．６℃／秒とすることにより、前記塊状晶出相の粒子径を９０μｍ以下とし、前記針状晶出相の長さを３００μｍ以下とし、α晶のビッカース硬度を１００〜１３０とすることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、前記鋳造の際に、前記溶湯に振動を付与するようにしてもよく、このようにすることにより、前記塊状晶出相及び前記針状晶出相をさらに微細化すると共に、α晶のビッカース硬度をさらに高くすることができる。前記溶湯に対する振動の付与は、図２に示すように、アルミニウム合金Ｉの溶湯１１をルツボ１２に供給し、溶湯１１に振動子装置１３を浸漬することによりおこなうことができる。
【００２６】
振動子装置１３は、基板１３１上に備えられた低周波発振器１３２と、低周波発振器１３２に動力源を供給する導線１３３と、低周波発振器１３２により生成される所定周波数の振動により振動する振動子１３４とを備え、振動子１３４は基板１３１の下面から下方に突出している。低周波発振器１３２としては、例えば、ハウジング内に配設された鋼球をハウジング外から供給する空気等により回転させる装置、ハウジング内に配設された偏心錘をモータにより回転駆動させる装置等を挙げることができる。また、振動子装置１３は、基板１３１に冷媒を流通することにより、振動子１３４を介してルツボ１２内の溶湯１１を冷却できる構造を備えていてもよい。
【００２７】
本実施形態では、次に、溶湯１１に浸漬した振動子１３４を振動させることにより、溶湯１１に１００〜１０００Ｈｚ、例えば２００Ｈｚの周波数の振動を、１５〜３０秒間付与する。また、同時に、基板１３１に冷媒を流通して溶湯１１を冷却する。前記振動を付与するとき、溶湯１１は、振動開始時には例えば８１０〜８２０℃の温度とされており、振動を付与する間に５〜１５℃／秒の凝固速度で冷却される。この結果、溶湯１１は、振動終了時には例えば６７５〜６７８℃の温度とされる。
【００２８】
本実施形態では、前記振動が付与された溶湯１１を、例えば２４．６℃／秒の凝固速度で冷却することにより、前記塊状晶出相の粒子径を２０〜３０μｍとし、前記針状晶出相の長さを１０μｍ以下とし、α晶のビッカース硬度を１５０〜３００Ｈｖとすることができる。
【００２９】
次に、アルミニウム合金Ｉの溶湯を、図１に示す鋳造型２ｂに鋳込んで鋳造を行うことにより得られた鋳造体１ｂの物性を実施例として表１に示す。前記鋳造は、鋳型温度２００℃、溶湯温度６８１℃、凝固速度１８．３℃/秒の条件で行い、溶湯に２００Ｈｚの振動を２０〜３０秒付与した。
【００３０】
前記物性の定義及び測定方法は次の通りである。
【００３１】
硬度は、ロックウェル硬さ試験機にて、１／１６鋼球によるＢスケール法により測定した。剛性は、ナノインデンター装置にて押し込み硬さ測定時に算出した。引張強度及び０．２％耐力は、試験片をＪＩＳ４号Ｄ型試験片に加工した後、万能試験機にて、試験速度を耐力までは０．３％／分、耐力以降は２．５ｍｍ／分で測定した。疲労試験は、試験片を直径１２ｍｍ、長さ９０ｍｍ（平行部の直径６ｍｍ、長さ３０ｍｍ、つなぎ部のＲ３０）に加工した後、小野式回転曲げ疲労試験機にて、６０〜１６０ＭＰａの応力をかけ、回転数３０００ｒｐｍ、最大繰り返し数１×１０７回で試験した。
【００３２】
高温強度は、試験片部に加熱炉を設置し、所定の雰囲気温度に安定した後、前記引張強度と同一条件で測定した。クリープは、試験片の平行部にＲ熱電対を固縛し、試験片の鍔部に伸び針を取り付けた後、縦型管状炉にて所定の温度まで昇温して試験した。熱膨張率は、試験片を直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍに加工した後、常温から４００℃まで昇温し、不活性ガス中、示差膨張方式で測定した。熱膨張率の標準試料には石英を使用した。
【００３３】
熱伝導率は、レーザーフラッシュ法にて求めた熱拡散率と比熱とから算出した。磨耗量は、ピンオンディスク摩擦磨耗試験法により、本試験片をディスクに、ピンをマルテンサイト系ステンレス鋼にて作製し、荷重３Ｎ、１．５Ｎ、回転数１００ｒｐｍ、８０ｒｐｍで測定し、１ｍ当たりの質量に換算した。
【００３４】
また、比較のために、ＪＩＳのＡＤＣ１２系合金の溶湯を用いた以外は、アルミニウム合金Ｉの場合と全く同一にして鋳造を行うことにより得られた鋳造体の物性を比較例として表１に示す。前記ＡＤＣ１２系合金は、全量に対して、Ｆｅ０．８２質量％、Ｃｕ１．８１質量％、Ｍｇ０．２４質量％、Ｓｉ１１．５２質量％、Ｍｎは０．１６質量％、Ｚｎ１．７８質量％、Ｎｉ０．０６質量％、Ｔｉ０．０３質量％、Ｃｒ０．０８質量％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる。
【００３５】
【表１】
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表１から、アルミニウム合金Ｉの鋳造体（実施例）は、前記ＡＤＣ１２系合金の鋳造体（比較例）に対して、高温強度が大であり、優れた耐熱性を備えていることが明らかである。また、アルミニウム合金Ｉの鋳造体（実施例）は、前記ＡＤＣ１２系合金の鋳造体（比較例）に対して、熱膨張率及び摩耗量が小であると共に熱伝導率が大であり、優れた耐摩耗性（耐摺動性）を備えていることが明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ，１ｂ，１ｃ…鋳造体、  ２ａ，２ｂ，２ｃ…鋳造型、  １３４…振動子。
【図１】
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【図２】
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