(57)【要約】【課題】ブリスターがなく、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を製造し得るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びその熱処理方法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト部材を提供する。【解決手段】アルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法は、銅を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法であって、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度で加熱処理する第１の工程と、第１の工程の後に続けて実施される、アルミニウム−銅二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる第２の加熱温度で加熱処理する第２の工程と、を含む。【選択図】図３
2015203142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法であって、
体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度で加熱処理する第１の工程と、
上記第１の工程の後に続けて実施される、アルミニウム−銅二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる第２の加熱温度で加熱処理する第２の工程と、を含む
ことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法。
【請求項２】
上記第２の加熱温度が、上記第１の加熱温度より高いことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法。
【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部材の熱処理方法により製造されたことを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びその熱処理方法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト部材に関する。更に詳細には、本発明は、銅を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びその熱処理方法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、より高価な代替の成分を使用する必要性を取り除く時効性アルミニウム合金の高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）鋳物の熱処理方法が提案されている。
この熱処理方法は、時効性アルミニウム合金の高圧ダイカスト鋳物の熱処理方法であって、（ａ）溶質元素を固溶体に取り入れることが可能な温度に、またその温度範囲に鋳物を加熱することにより鋳物を溶体化処理するステップ、（ｂ）鋳物を１００℃以下に焼入れすることによって鋳物を冷却してステップ（ａ）を終結させるステップ、及び（ｃ）鋳物を自然時効及び／又は人工時効可能な温度範囲に保持することにより、ステップ（ｂ）後の鋳物を時効するステップを備え、鋳物中に受入れがたいブリスターを生じる鋳物における気孔の膨張なしに時効硬化を可能にする溶質元素溶液のレベルを達成するようにステップ（ａ）を行う（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２５６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の熱処理方法では、ブリスターの発生を極力抑えるために、低温で短時間の溶体化処理を行っているため、マグネシウム（Ｍｇ）のα−アルミニウム（α−Ａｌ）相中への固溶は認められるものの、銅（Ｃｕ）がα−Ａｌ相中へ固溶するための固溶拡散時間が十分ではなく、α−Ａｌ相中へのＣｕの固溶が不完全であり、強度向上が十分ではないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、ブリスターの発生を防止しながら、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を製造し得るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びその熱処理方法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト部材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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、銅（Ｃｕ）を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材を所定の第１の加熱温度で加熱し、次いで、続けて所定の第２の加熱温度で加熱することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法は、銅（Ｃｕ）を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法であって、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度で加熱処理する第１の工程と、第１の工程の後に続けて実施される、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる第２の加熱温度で加熱処理する第２の工程と、を含む。
【０００８】
また、本発明のアルミニウム合金ダイカスト部材は、上記本発明のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法により製造されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、銅（Ｃｕ）を含有するアルミニウム合金ダイカスト部材を、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度で加熱し、次いで、アルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる第２の加熱温度で続けて加熱することとした。
そのため、ブリスターがなく、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を製造し得るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びその熱処理方法により製造されたアルミニウム合金ダイカスト部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、Ａｌ−Ｃｕ二元系状態図である。
【図２】図２は、５００℃で３時間加熱処理をしたアルミニウム合金ダイカスト部材の外観を示す写真である。
【図３】図３は、本発明のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法の一例における熱処理履歴を示すグラフ図である。
【図４】図４は、加熱処理時間と体積膨張率との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、加熱処理温度と体積膨張率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、加熱処理時間と銅濃度比との関係を示すグラフである。
【図７】図７（Ａ）は、アルミニウム合金ダイカスト部材を電子線プローブマイクロアナライザによって線分析する要領を示す図であり、図７（Ｂ）は、電子線プローブマイクロアナライザによる線分析の結果を示すグラフにおいて、銅濃度比の算出方法を説明する図である。
【図８】図８は、各例における強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法及びアルミニウム合金ダイカスト部材について詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法について詳細に説明する。本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法は、Ｃｕを含有するアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法であって、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度で加熱処理する第１の工程と、第１の工程の後に続けて実施される、Ａｌ−Ｃｕ二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる第２の加熱温度で加熱処理する第２の工程と、を含む。
なお、Ｃｕを含有するアルミニウム合金ダイカスト部材としては、例えば、ＡＤＣ１２など従来公知のものを適用することができる。
【００１３】
このような工程を経ることにより、Ｃｕがα−Ａｌ相中に十分固溶することができ、単に加熱温度４６０℃で加熱処理した場合と比較して、１０〜２０％程度強度が向上した、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を得ることができる。
【００１４】
ここで、「体積膨張率」は、例えば、加熱処理の前後における比重をアルキメデス法によって測定することにより算出することができる。しかしながら、このような方法により測定・算出されたものに限定されるものではない。
【００１５】
例えば、図１に示すＡｌ−Ｃｕ二元系状態図から分かるように、Ｃｕの固溶量は、温度により決まるため、所望のＣｕの固溶量を得るためには、所望のＣｕの固溶量となる温度以上で加熱処理する必要がある。
【００１６】
具体的には、３．０質量％のＣｕを含有するアルミニウム合金ダイカスト部材においては、Ｃｕをα−Ａｌ相中に完全に固溶させるためには、Ａｌ−Ｃｕ二元系状態図から、４６０℃以上で加熱処理する必要がある。
また、このような温度においても、Ｃｕが固溶拡散する時間を十分なものとするためには、長時間加熱処理する必要があり、例えば、３時間以上加熱処理することが好ましい。
【００１７】
しかしながら、アルミニウム合金ダイカスト部材の場合、４６０℃以上で長時間加熱処理すると、ブリスター（内在ガスの膨れ）が発生し、外観上の品質が悪化するため、長時間加熱処理することはできない。例えば、図２は、５００℃で３時間加熱処理をしたアルミニウム合金ダイカスト部材の外観を示す写真である。図２中の包囲線で囲んだ部分にブリスターが発生していることが確認できる。
【００１８】
そこで、本発明者らは、例えば、４００℃以下程度の低温で加熱処理することによっても、ある程度のＣｕがα−Ａｌ相中に固溶することに着目した。なお、具体的には、４００℃でのＣｕの最大固溶量は１．２質量％程度である。
図３は、本発明のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法の一例における熱処理履歴を示すグラフ図である。第１の工程として、低温（４００℃付近）で加熱処理を行い（図３中の符号ａで示す部位）、次いで、第２の工程として、Ａｌ−Ｃｕ二元系状態図における固溶限度線から所望の固溶量となる４００℃以上、例えば、４５０〜５００℃の加熱温度を決定し、その加熱温度で加熱処理を行う（図３中の符号ｂで示す部位）ことにより、Ｃｕをα−Ａｌ相中に十分に固溶させることが可能であることを見出した。
【００１９】
更に、本発明者らは、ブリスターが発生しない加熱処理時間や加熱温度について鋭意検討した。
例えば、図４は、加熱処理時間と体積膨張率との関係を示すグラフであり、また、図５は、加熱処理温度と体積膨張率との関係を示すグラフである。図４及び図５より、第１の工程においては、アルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理戦後の体積膨張率が０．４％以下となる加熱温度、加熱処理時間であれば、ブリスターが発生しないことを見出した。特に、４００℃以下の加熱温度であれば、長時間加熱処理してもブリスターは発生しない。
【００２０】
現時点においては、以下のようなメカニズムにより、その効果が得られていると考えている。
【００２１】
低温（４００℃付近）で加熱処理することにより、Ｃｕの固溶限まで溶け込ませる拡散エネルギーを持たせることができ、更に高温短時間で加熱処理することにより、拡散エネルギーを有するＣｕと共に残りのＣｕを完全固溶させることができる。
【００２２】
但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００２３】
また、本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法においては、第２の工程における第２の加熱温度を、第１の工程における第１の加熱温度より高くすることが好ましい。
【００２４】
このような工程を経ることにより、第１の工程においてα−Ａｌ相中に固溶したＣｕが第２の工程においてα−Ａｌ相の外に排出される（析出する）ことが抑制され、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を得ることができる。
一方、第２の工程における第２の加熱温度が、第１の工程における第１の加熱温度より低い場合、第１の工程においてα−Ａｌ相中に固溶したＣｕが第２の工程においてα−Ａｌ相の外に排出される（析出する）ことがあり、強度が向上しないことがある。
【００２５】
更に、上述の好適形態のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法においては、例えば、第２の工程における加熱処理時間が１時間以下であることが好ましい。
これは、第２の工程において、高温で長時間加熱処理した場合、ブリスターが発生するおそれがあるからである。また、第二段目の溶体化処理における固溶拡散時間を十分に確保し得るという観点からは、第２の工程における加熱処理時間が１分間以上であることが好ましく、１５分間以上であることがより好ましく、３０分間以上であることが更に好ましい。
【００２６】
また、本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法においては、例えば、第一段目の溶体化処理における固溶拡散時間を十分に確保し得るという観点からは、第１の工程における加熱処理時間が３時間以上であることが好ましい。
【００２７】
更に、本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法においては、第１の工程における体積膨張率と第２の工程における体積膨張率との和が０．４％以下となるような第２の工程における加熱処理時間とすることが好ましい。これにより、ブリスターの発生をより確実に防止することができる。
【００２８】
図６は、加熱処理時間と詳しくは後述するＣｕ濃度比との関係を示すグラフである。実施試験例においては、銅を含むアルミニウム合金ダイカスト部材を体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度に含まれる４００℃で３時間加熱処理する第１の工程の後に続けて、４６０℃で各加熱処理時間加熱処理する第２の工程を行った。一方、比較試験例においては、銅を含むアルミニウム合金ダイカスト部材を体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度に含まれない４６０℃で各加熱時間加熱処理を行った。なお、図６中の線分ｃは銅を含むアルミニウム合金ダイカスト部材を体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度に含まれない５００℃で３時間加熱処理した場合のＣｕ濃度比を示す。
【００２９】
ここで、「Ｃｕ濃度比」は、数値が大きいとα−Ａｌ相中へのＣｕの固溶量が少ないことを示し、数値が小さいとα−Ａｌ相中へのＣｕの固溶量が多いことを示す指標である。
【００３０】
したがって、図６より、本発明の範囲に含まれる熱処理方法（実施試験例）を行うと、Ｃｕの固溶量が格段に多くなることが分かる。
【００３１】
また、Ｃｕ濃度比は、例えば、以下のように規定することができる。
図７（Ａ）は、アルミニウム合金ダイカスト部材を電子線プローブマイクロアナライザによって線分ｄにおいて線分析する要領を示す図であり、図７（Ｂ）は、電子線プローブマイクロアナライザによる線分ｄにおける線分析の結果を示すグラフにおいて、銅濃度比の算出方法を説明する図である。図７に示すように、アルミニウム合金ダイカスト部材におけるα−Ａｌ相に着目し、α−Ａｌ相でのカウント数（１）に対するα−Ａｌ相の周囲の析出部位でのカウント数（２）の比（（２）／（１））をＣｕ濃度比と規定することができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト部材について詳細に説明する。本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト部材は、例えば、上述した第１の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法により製造されたものである。
【００３３】
このような構成とすることにより、ブリスターがなく、単に加熱温度４６０℃で加熱処理した場合と比較して、１０〜２０％程度強度が向上したものとなる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
【００３５】
（実施例１）
アルミニウム合金ダイカスト部材（ＡＣＤ１２）に対して、第１の工程として、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度に含まれる４００℃で３時間加熱処理し、続けて第２の工程として、Ａｌ−Ｃｕ二元系状態図における固溶限度線から３．０質量％の固溶量となる第２の加熱温度に含まれる４６０℃で１時間加熱処理して、本例のアルミニウム合金ダイカスト部材を得た。
【００３６】
（比較例１）
アルミニウム合金ダイカスト部材（ＡＣＤ１２）に対して、４６０℃で３時間加熱処理して、本例のアルミニウム合金ダイカスト部材を得た。
【００３７】
［性能評価］
（強度試験）
各例のアルミニウム合金ダイカスト部材から機械加工によりＪＩＳ１４号Ｂ引張試験片を作成し、引張強度及び耐力を測定した。なお、引張試験片及び引張試験方法については、ＪＩＳ−Ｚ−２２０１及びＺ−２２４１に準拠した。得られた結果を図８に示す。
【００３８】
具体的には、引張強度は、破断荷重と予め測定した引張試験片の平行部の断面積から求めた。また、耐力は、伸び計を使用し、荷重−歪線図より０．２％の歪での荷重と断面積から求めた。
【００３９】
（外観観察）
各例のアルミニウム合金ダイカスト部材の外観を目視より観察して、ブリスター発生の有無を確認した。
【００４０】
図８から、本発明の範囲に属する実施例１におけるアルミニウム合金ダイカスト部材は、本発明外の比較例１におけるアルミニウム合金ダイカスト部材と比較して、引張強度及び耐力が向上していることが分かり、優れた強度を有することが分かる。また、実施例１におけるアルミニウム合金ダイカスト部材においては、ブリスターの発生が観察されなかった一方、比較例１におけるアルミニウム合金ダイカスト部材においては、ブリスターの発生が観察された。
【００４１】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【図１】
2015203142.tif 000003
【図２】
2015203142.tif 000004
【図３】
2015203142.tif 000005
【図４】
2015203142.tif 000006
【図５】
2015203142.tif 000007
【図６】
2015203142.tif 000008
【図７】
2015203142.tif 000009
【図８】
2015203142.tif 000010