(57)【要約】【課題】本発明は、優れた機械的性質を有する高強度アルミニウム合金鋳物、該合金をダイカストした渦巻状スクロール、及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の高強度アルミニウム合金鋳物は、７．５〜１１．５ｗｔ％のＳｉ、３．８〜４．８ｗｔ％のＣｕ、０．４５〜０．６５ｗｔ％のＭｇ、０．４〜０．７ｗｔ％のＦｅ、０．３５〜０．４５ｗｔ％のＭｎ、０．２ｗｔ％以下の不可避的不純物、及び残部Ａｌを含有するアルミニウム合金に、０．１〜０．３ｗｔ％のＡｇを添加する合金鋳物である。上記合金からダイカストされたアルミニウム合金の渦巻状スクロールの鋳物は、金型から離型後、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施し、その後焼入れを施し、さらに渦巻状スクロールの鋳物は１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱する時効処理を施す。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
７．５〜１１．５ｗｔ％のＳｉ、３．８〜４．８ｗｔ％のＣｕ、０．４５〜０．６５ｗｔ％のＭｇ、０．４〜０．７ｗｔ％のＦｅ、０．３５〜０．４５ｗｔ％のＭｎ、及び残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を鋳造した高強度アルミニウム合金鋳物であって、
前記アルミニウム合金に０．１〜０．３ｗｔ％のＡｇを添加したことを特徴とする高強度アルミニウム合金鋳物。
【請求項２】
前記高強度アルミニウム合金鋳物に含まれるガス量を、１００ｇの前記高強度アルミニウム合金鋳物に対して１．５ｃｍ３以下に抑制し、且つ
溶体化処理及び時効処理を施して強度を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の高強度アルミニウム合金鋳物。
【請求項３】
前記高強度アルミニウム合金鋳物を、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施して、その後焼入れを施し、さらにその後１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱して時効処理を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の高強度アルミニウム合金鋳物。
【請求項４】
前記溶体化処理及び時効処理を施した高強度アルミニウム合金鋳物が、平均１５μｍ以下の粒径の共晶Ｓｉ粒と、平均８μｍ以下の粒径の析出強化Ｃｕ系化合物と、平均１２μｍ以下の粒径の析出強化Ｍｇ−Ｓｉ系化合物と、平均６μｍ以下の粒径の針状Ｆｅ系化合物とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度アルミニウム合金鋳物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、
前記アルミニウム合金の溶湯を金型内に充填して鋳物を鋳造する工程、
前記金型内からアルミニウム合金鋳物を取り出す工程、
前記アルミニウム合金鋳物を４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施す工程、
溶体化処理を施した後、前記アルミニウム合金鋳物に焼入れを施す工程、及び焼入れを施した後、前記アルミニウム合金鋳物を１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱する時効処理を施す工程、
を特徴とする高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項６】
当接する金型を閉じ給湯スリーブ中にアルミニウム合金の溶湯を注いだ後、射出プランジャでダイカストマシンの溶湯注ぎ口を閉じ、金型内を１３．３ｋＰａ以下に減圧する工程、及び減圧後、金型内に高強度アルミニウム合金を充填する前記ダイカストする工程を特徴とする請求項５記載の高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項７】
当接する金型を閉じ給湯スリーブ中にアルミニウム合金の溶湯を注いだ後、射出プランジャでダイカストマシンの溶湯注ぎ口を閉じ、金型内を１３．３ｋＰａ以下に減圧する工程後、金型内に少なくとも大気圧以上の圧力の酸素を吹き込む雰囲気調整をする工程、及び雰囲気調整後、金型内に高強度アルミニウム合金を充填する前記ダイカストする工程を特徴とする請求項５記載の高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項８】
当接する金型を閉じダイカストマシンの給湯スリーブ中にアルミニウム合金の溶湯を注いだ後、キャビティ内の空気、離型剤及び潤滑剤から発生する熱分解ガスを巻き込まないように低速ダイカスト法を用いて射出プランジャを前進させながら金型内に高強度アルミニウム合金を充填する前記ダイカストする工程を特徴とする請求項５記載の高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項９】
Ａｇを添加したアルミニウム合金から鋳造されたコンプレッサ部材の渦巻状スクロール。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載する高強度アルミニウム合金鋳物から鋳造された空調機のコンプレッサ部材の渦巻状スクロール。
【請求項１１】
請求項１０記載の高強度アルミニウム合金鋳物から鋳造された空調機のコンプレッサ部材の渦巻状スクロールの製造方法であって、
金型内を１３．３ｋＰａ以下に減圧する工程、及び
減圧後、金型内に高強度アルミニウム合金を充填してダイカストする工程、
を特徴とする渦巻状スクロールの製造方法。
【請求項１２】
金型内を１３．３ｋＰａ以下に減圧する前記工程後、金型内に少なくとも大気圧以上の圧力の酸素を吹き込む雰囲気調整をする工程、及び雰囲気調整後、金型内に高強度アルミニウム合金を充填してダイカストする工程、
を特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた機械的性質を有する高強度アルミニウム合金鋳物、及びこの高強度アルミニウム合金からダイカストされた空調機のコンプレッサ部材の渦巻状スクロールに関する。さらに、本発明は、上記高強度アルミニウム合金鋳物の製造方法、及び上記高強度アルミニウム合金からダイカストされた空調機の渦巻状スクロールをダイカストした高強度アルミニウム合金の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金製のスクロールの高強度化に関する従来の加工技術は、特開平９−２５６１２７号に開示されるように、ダイカストしたスクロールダイカスト製品を金型から離型した直後に、水冷または時効処理する方法であるが、この水冷または時効処理するダイカストスクロール製品の製造方法は、アルミニウム合金の含有元素の中で特に析出強化元素であるＣｕ及びＭｇの含有量を調整し且つ水焼入れ及び時効処理を施すことによって、Ｃｕ及びＭｇの析出状態を改良しこの合金の強度を向上させる。また、上記製造方法においては、ダイカスト製品の引張り強度、耐力及び疲労強度を向上することが確認されたが、しかしながら、このアルミニウム合金のダイカストダイカスト製品は、ダイカスト組織が網目状に形成されるので、一般的に共晶Ｓｉを球状化する溶体化時効処理（Ｔ６処理）を施したアルミニウム合金のダイカスト製品に比較して、上記のそれぞれの機械的性質が劣る。
【０００３】
さらに、特開平２０００−１９２１８０号は、上記に類似する化学組成を有するアルミニウム合金のダイカスト製品及びその製造方法を開示する。この製造方法は、アルミニウム合金のダイカスト製品中に含まれるガス含有量を抑制し且つ溶体化処理を施すことによって、ダイカスト製品の強度の向上を図っている。しかしながら、近年空調機器に備わるアルミニウム合金製スクロールは、空調の高効率化及び使用冷媒の変更に伴い、特開平２０００−１９２１８０号に記載する製造方法の改良だけでは、アルミニウム合金製スクロールの設計要求値を満足させることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況を鑑み、アルミニウム合金鋳物の引張り強度、耐力及び疲労強度等を向上させると共に、上記アルミニウム合金鋳物の鋳造欠陥を低減することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、上記課題を解決したアルミニウム合金鋳物をダイカストした高強度を有し鋳造欠陥を低減した高強度アルミニウム合金鋳物、及び高強度アルミニウム合金鋳物からなる空調機の渦巻状スクロールを提供することを目的とする。さらに、本発明は、高強度アルミニウム合金鋳物及びこの高強度アルミニウム合金鋳物からなる空調機の渦巻状スクロールの製造方法を供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題であるアルミニウム合金鋳物の高強度化を図るために、本発明の高強度アルミニウム合金鋳物は、７．５〜１１．５ｗｔ％のＳｉ、３．８〜４．８ｗｔ％のＣｕ、０．４５〜０．６５ｗｔ％のＭｇ、０．４〜０．７ｗｔ％のＦｅ、０．３５〜０．４５ｗｔ％のＭｎ、及び残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金に、０．１〜０．３ｗｔ％のＡｇを添加する合金鋳物である。先ず、本発明においては、図３のａ、ｂ及びｃのようにＣｕ、Ｍｇ及びＭｎ量を調整し強度を向上した上記基本組成のアルミニウム合金に微量の銀を添加したことにより、合金中に含まれる析出強化元素である銅、マグネシウム及びシリコンの化合物が、合金中により微細に分散して且つ析出するので、これらの析出物の微細析出によりアルミニウム合金鋳物の強度を向上させることができる。さらに第２に、上記基本組成のアルミニウム合金に微量の銀を添加したことにより、合金中で粗大化すると強度の低下もたらす針状鉄鋳造組織を微細化するので、アルミニウム合金鋳物の強度の低下を抑制することができる。さらに第３に、上記基本組成のアルミニウム合金に微量の銀を添加したことにより、合金中に晶出する共晶Ｓｉ組織を微細化するので、アルミニウム合金鋳物の強度を向上させることができる。
【０００７】
なお、本発明においては、銀の含有量が０．１ｗｔ％以下であると、共晶Ｓｉ組織の微細、及び針状Ｆｅ組織の微細化、及び銅、マグネシウム及びシリコンの析出強化合金の均一微細化への寄与が少なすぎる。また、銀の含有量が０．３ｗｔ％を越えると、共晶Ｓｉ組織の微細、及び針状Ｆｅの化合物組織の微細化、及び銅、マグネシウム及びシリコンの析出強化合金の均一微細化への寄与はほとんど無くなる。したがって、本発明においては上記アルミニウム合金への銀の添加量は、０．１〜０．３ｗｔ％の範囲に限定する。また、不可避的不純物は、０．２ｗｔ％以下にすることが好ましい。
【０００８】
さらに本発明においては、本発明のアルミニウム合金鋳物に含まれるガス量を、１００ｇの高強度アルミニウム合金に対して１．５ｃｍ３以下好ましくは０．５ｃｍ３以下に抑制して、溶体化処理及び時効処理を施す。アルミニウム合金鋳物中のガス量を規定したことにより、次に述べる高温及び長時間の溶体化処理及び時効処理を行っても、巻き込まれたガスが膨張してブリスタを発生して高強度アルミニウム合金鋳物に強度低下を引き起こすことはない。
【０００９】
さらに、上記課題であるアルミニウム合金鋳物の高強度化を図るために、本発明の高強度アルミニウム合金鋳物を、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施して、その後焼入れを施し、さらにその後１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱して時効処理を施す。本発明に従ってダイカストされたく強度アルミニウム合金鋳物を、上記条件によって溶体化処理を施すことによって、合金中に含まれる析出強化元素である銅、マグネシウム及びシリコンの化合物が、微量添加元素の銀と共に合金中に微細且つ均一に分散して析出するので、アルミニウム合金鋳物の析出強化を向上させる。さらに本発明においては、上記溶体化処理後に焼入れを施し、さらにその後時効処理を施すことによって、合金中の添加元素の銀によって微細化された共晶Ｓｉ組織を粒状化するので、アルミニウム合金鋳物はさらに強化される。上記焼入れとしては、水焼入れの他に、油焼き入れ、油と水エマルジョン焼入れなどを採用する。
【００１０】
なお、本発明の高強度アルミニウム合金鋳物においては、この高強度アルミニウム合金鋳物に含まれるガス量が、１００ｇの合金鋳物に対して１．５ｃｍ３を越えると、約５００℃における６時間の溶体化処理の際に、鋳物中にブリスタが発生し鋳物を変形させる。したがって、本発明の高強度アルミニウム合金鋳物に含まれるガス量は、１００ｇの合金鋳物に対して１．５ｃｍ３を以下とする。さらに、ダイカスト装置の金型を１３．３ｋＰａ以下に減圧すること、或いはその後金型内に少なくとも大気圧以上の圧力の酸素を吹き込むことによって、アルミニウム合金鋳物に含まれるガス量を、１００ｇの高強度アルミニウム合金に対して１．５ｃｍ３以下に抑制することができる。また、その他の方法として当接する金型を閉じダイカストマシンの給湯スリーブ中にアルミニウム溶湯を注いだ後、キャビティ中の空気、離型剤及び潤滑剤から発生する熱分解ガス等を巻き込まないように射出プランジャをゆっくり前進させながら金型内に高強度アルミニウム合金を充填する方法においても抑制することができる。
【００１１】
本発明の溶体化処理及び時効処理を施した高強度アルミニウム合金鋳物が、平均１２μｍ以下の粒径の共晶Ｓｉ粒と、平均８μｍ以下の粒径の析出強化Ｃｕ系化合物と、平均１２μｍ以下の粒径の析出強化Ｍｇ−Ｓｉ系化合物と、平均６μｍ以下の粒径の針状Ｆｅ系化合物とを有する。本発明の銀を含む高強度アルミニウム合金鋳物は、銀を含まないが本発明と同等の合金成分を有する従来のアルミニウム合金鋳物と比較して、上記溶体化処理及び時効処理とによって上記粒径を有することによって、引張強度、耐力及び疲労強度が、それぞれ５〜１０％程度向上させることができた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
合金鋳物の強度を向上させるため用意したアルミニウム合金は、１０．５ｗｔ％のＳｉ、４．５ｗｔ％のＣｕ、０．６ｗｔ％のＭｇ、０．５ｗｔ％のＦｅ、０．４ｗｔ％のＭｎ、及び不可避的不純物と共に残部Ａｌである化学組成を有し、さらに０．２ｗｔ％Ａｇ添加したアルミニウム合金（本発明）及びＡｇが添加されない合金（比較例）の２種類である。
【００１３】
これらの合金を従来のダイカスト装置によりダイカストし、各合金成分の分布状況をＥＰＭＡ観察によって観察した。図１に、本発明のＡｇを添加したアルミニウム合金及び比較例のＡｇを添加されない合金について、ＥＰＭＡ観察による合金成分の分布状況を示す。
【００１４】
図１のａにおいて、比較例のＡｇ添加無しの試料の共晶Ｓｉ分布は、比較的粗大な共晶Ｓｉが観察された。一方、図１のｅにおいて、本発明のＡｇ添加試料の共晶Ｓｉ分布は、ほとんど微細化した共晶Ｓｉが観察された。さらに、図１のｂ、ｃ及びｄにおいて、比較例のＡｇ添加無しの試料のＣｕ系化合物、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物及びＦｅ系化合物のそれぞれの分布は、比較的粗大な粒が局在化して分布する傾向を示している。特に、析出強化合金であるＣｕ系化合物及びＭｇ−Ｓｉ系化合物が粗大化して局在するので強度の低下及びばらつきの原因となる。特にＣｕは添加量を増やしすぎると鋳造時に割れるという問題が起きるが、Ｃｕ系化合物の分布が均一になることによりＣｕの含有量を比較的高くしても割れるという問題が発生しにくい。また、Ｆｅ系化合物の分布は、比較的長い針状組織を示している。一方、図１のｆ、ｇ及びｈにおいて、本発明のＡｇ添加試料のＣｕ系化合物、Ｍｇ−Ｓｉ系化合物及びＦｅ系化合物のそれぞれの分布は、微細な粒が均一に分布する傾向を示している。析出強化合金であるＣｕ及びＭｇが微細化して均一分布するので、強度が増加し且つ強度のびばらつきを低下させることができる。さらに、Ｆｅの分布は、Ｍｎの添加による塊状組織化とＡｇの添加によるＦｅ分散性の相乗効果によりほとんど有害な針状組織を生じなかった。
【００１５】
実施例１
１０．５ｗｔ％のＳｉ、４．５ｗｔ％のＣｕ、０．６ｗｔ％のＭｇ、０．５ｗｔ％のＦｅ、０．４ｗｔ％のＭｎ、及び不可避的不純物と共に残部Ａｌを含有するアルミニウム合金に、さらに０．２ｗｔ％Ａｇ添加した合金を準備した。
【００１６】
上記アルミニウム合金の溶湯を、従来のダイカスト装置を用いて空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロールをダイカストした。金型から離型後、アルミニウム合金の渦巻状スクロールの鋳物は、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施した。溶体化処理を施した渦巻状スクロールの鋳物はその後、本実施例においては水焼入れを施した。水焼入れを施した後、渦巻状スクロールの鋳物は１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱する時効処理を施した。得られた空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロール鋳物は、引張強度、耐力及び疲労強度を５〜１５％程度増加することができた。
【００１７】
実施例２
本実施例においては、先ずダイカスト装置の金型内を真空ポンプを用いて１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以下に減圧した。その後、実施例１に示したアルミニウム合金溶湯を金型内に充填し、空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロールをダイカストした。金型から取り外されたアルミニウム合金の渦巻状スクロールの鋳物は、実施例１と同様に、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施し、その後さらに本実施例においては、水焼入れを施し且つ１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱する時効処理を施した。得られた空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロール鋳物は、上記の高温及び長時間の溶体化処理及び時効処理を行っても、ダイカスト時に金型内を真空とすることにより巻き込むガスを抑えているため、ブリスタの発生が小さく強度低下するという問題が発生することが無かった。
【００１８】
実施例３
本実施例においては、実施例２と同様に、ダイカスト装置の金型内を真空ポンプを用いて１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以下に減圧し、その後金型内に少なくとも大気圧以上の圧力の酸素を吹き込む雰囲気調整をした。実施例１に示したアルミニウム合金溶湯を金型内に充填し、空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロールをダイカストした。金型から取り外されたアルミニウム合金の渦巻状スクロールの鋳物は、実施例１と同様に、４９５〜５０５℃の温度範囲で２〜６時間加熱する溶体化処理を施し、その後さらに本実施例においては、水焼入れを施し且つ１６０〜２２０℃の温度範囲で２〜６時間加熱する時効処理を施した。得られた空調機のコンプレッサ部材である渦巻状スクロール鋳物は、上記の高温及び長時間の溶体化処理及び時効処理を行っても、ダイカスト時に金型内を真空とし、さらに酸素を吹き込むことにより巻き込むガスを抑えているため、ブリスタの発生が小さく強度低下するという問題が発生することはなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、アルミニウム合金に銀を微量添加することにより、晶出合金元素及び析出合金元素の微細化が達成され、高強度アルミニウム合金鋳物を得ることができた。
【００２０】
図２のａに示すように、Ｔ５熱処理を施した従来材に比較して、本発明のＡｇの添加されたＴ６熱処理を施した高強度アルミニウム合金鋳物は、１．４７倍の相対引張強度を備えた。さらに、図２のｂに示すように、Ｔ６熱処理を施したＡｇを含まない従来材に比較して、本発明のＡｇの添加されたＴ６熱処理を施した高強度アルミニウム合金鋳物は、１．２倍の相対引疲労強度を備えた。
【００２１】
さらに、本発明においては、鋳造組織の微細化及び均一化が達成され、それによって本発明のアルミニウム合金鋳物は、強度の向上と、強度のばらつきの低減との双方を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のＡｇを添加したアルミニウム合金及び比較例のＡｇを添加されない合金について、ＥＰＭＡ観察による合金成分の分布状況を示す。
【図２】図２は、本願発明の高強度アルミニウム合金鋳物と従来材との強度を示し、図２のａは相対引張強度を示し、図２のｂは相対疲労強度を示す。
【図３】図３は、Ｃｕ、Ｍｇ及びＭｎ量を調整し添加したことによる基本組成のアルミニウム合金の強度向上を示し、図３のａはＣｕ添加を示し、図３のｂはＭｇ添加を示し、且つ図３のｃはＭｎ添加を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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