(57)【要約】【課題】自動車用足回り部品用等の高強度、高靭性等が要求される部品への適用が可能な機械的特性に優れた鋳造材の提供を目的とする。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が６０％以上、Ｓｉサイズ３μｍ以下、Ｓｉアスペクト比０．６以上になるように凝固速度を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が６０％以上になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
【請求項２】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のＳｉ結晶粒子の平均サイズが３μｍ以下になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
【請求項３】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造方法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のＳｉ結晶粒子のアスペクト比が０．６以上になるように凝固速度制御されたことを特徴とする機械的特性に優れた鋳造材。
【請求項４】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金の成分範囲がＳｉ：６．５〜７．５重量％，Ｍｇ：０．２０〜０．４５重量％，実質的残部がアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金を固相と液相とが混在した半溶融状態にしてダイカスト鋳造することにより得られる鋳造材に関する。
特に、自動車の足回りの部品、駆動制御部品等に適用できる高い強度特性のみならず、大きい伸び特性を有する鋳造材に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のサスペンション用部品、アクチュエーター用部品等に使用される足回り部材や、アンチロックブレーキシステム用部品等に使用されるＡＢＳボディ等の駆動制御部材等においては、高強度のみならず、内部品質欠陥が少なく、耐衝撃性、耐繰り返し疲労強度、加工性等が要求される。
そこで、チクソキャスト法あるいは、レオキャスト法と称されているアルミダイカスト鋳造法が提案されている。
【０００３】
チクソキャスト法は、ビレットを加熱して固相と液相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法で、レオキャスト法は溶融金属を液相線と固相線の間まで除冷し、液相中に固相が混在する半溶融状態にした状態でダイカスト鋳造する方法とされている。
このような半溶融状態のアルミニウム合金を用いた鋳造方法は、従来の高温溶湯を用いた鋳造方法に比較して、低温で鋳込むので、ひけ巣や偏析が少なく、内部品質に優れた鋳造材が得られる。
【０００４】
例えば、特開２０００−３５５２０６号公報には、半溶融金属を用いたダイカスト鋳造法にて自動車用サスペンション部材を製造する例が開示されている。
しかし、金型キャビティ内に半溶融金属を層流充填し、良好な湯流れを確保しただけでは、その後の熱処理によっても充分な機械的特性、特に高い伸び特性が得られずに自動車用足回り部材等への適用が不充分であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車用足回り部品用等の高強度、高靭性等が要求される部品への適用が可能な機械的特性に優れた鋳造材の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、半溶融金属を金型のキャビティ内に鋳込時及び鋳込んだ後の凝固速度がα相の面積比率及び、共晶部のＳｉ結晶粒子径又は、Ｓｉ結晶粒子形状に大きな影響を与え、それにより鋳造材の機械的特性が変化することに着目し、本発明に至ったものである。
【０００８】
本発明の技術的要旨は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金を半溶融状態にし、鋳造用金型キャビティ内に鋳込むダイカスト鋳造法にて鋳造される鋳造材において、金属組織中のα相面積比率が６０％以上になるように凝固速度制御しつつ、鋳造して得られた鋳造材である。
ここで、α相面積比率は、鋳造材の要部断面を顕微観察し、共晶部を除いた部分にてα相の面積比率を求めた値をいう。
【０００９】
鋳造材の共晶部においては、金属組織中のＳｉ結晶粒子の平均サイズが３μｍ以下になるように凝固速度を制御するのが良い。
ここで、Ｓｉ結晶粒子の平均サイズとは、鋳造材の要部断面を金属顕微鏡で観察し、共晶部のＳｉ結晶粒子の長径と短径とを測定した値の平均値をいう。
【００１０】
金属組織中のＳｉ結晶粒子の短径／長径の値をアスペクト比とすると、アスペクト比が０．６以上であるのが良い。
【００１１】
本発明に用いられるアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金であり、Ｓｉ：６．５〜７．５重量％，Ｍｇ：０．２０〜０．４５重量％のものが良く、Ｆｅ：０．５５重量％以下、Ｚｎ：０．３５重量％以下、Ｃｕ：０．２５重量％以下のものがより好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
Ｓｉ：６．５〜７．５重量％，Ｍｇ：０．２０〜０．４５重量％，残部が実質的にＡｌであるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の溶湯を除冷し、固相率２０〜７０％範囲内になるように半溶融金属を調整し、各種冷却条件にてダイカスト鋳造した。
ここで、製品形状としては、略直方体のものと丸棒形状のものを用いて、金型内の冷却水の水量及び金型キャビティ内への層流充填速度を変化させて鋳造した。
この鋳造材を４９０〜５３０℃にて溶体化処理し、１７０〜２００℃にて人工時効処理した後に試験片を切り出して機械的特性を測定した。
【００１３】
その結果を図１（表１）に示す。
表１において、直方体形状の鋳造材に対しては、ＪＩＳ−５号試験片を切り出し、丸棒形状の鋳造材に対してはＪＩＳ−１４号試験片を切り出してＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づいて測定した。
鋳造材の要部断面を顕微観察測定した際のＳｉ共晶部を共晶部Ｓｉ要因とし、共晶部を除いた部分でのα相をα相要因とそれぞれ表示した。
【００１４】
各要因の測定方法は、共晶部の参考写真を示した図２にて説明すると、Ｓｉ結晶粒子の短径ａと長径ｂを測定し、ａとｂとの平均をＳｉサイズ径とし、ａ／ｂの値をＳｉアスペクト比とした。
Ｓｉ面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したＳｉ結晶粒子の占有率を示す。
α相部は参考写真図３に示したように、短径Ｓと長径Ｌとを測定し、ＳとＬの平均をα相サイズとし、Ｓ／Ｌをα相アスペクト比とした。
α相面積率は、顕微鏡にて一定範囲を測定したα相占有率を示す。
【００１５】
熱処理条件は、表１に示した上段が溶体化処理するための加熱条件であり、下段が人工時効処理条件である。
【００１６】
表１に示した測定結果に基づいて、各要因の重回帰分析を実施した結果、引張強度に対しては図４に示すように、Ｓｉアスペクト比が有意と検定され、伸びに対しては、図５に示すようにＳｉサイズ、Ｓｉアスペクト比、α相面積率が高度に有意と検定された。
なお、表１中に示す、破断判定はＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づいて引張り試験をした際に、Ａ：標点間中心から標点間距離の１／４以内で破断した場合、Ｂ：標点間中心から標点間距離の１／４を超え、標点間内で破断した場合、Ｃ：標点間外で破断した場合として判定評価した。
【００１７】
重回帰分析の結果、自動車の足回り部品用に用いられる部材にアルミニウム合金鋳造材を適用するためには、強度に対しては熱処理条件を調整することで充分に可能であるが、伸びに対しては、α相面積率（比率）６０％以上又はＳｉサイズが３μｍ以下、又はＳｉアスペクト比０．６以上でなければ製品に要求される伸び７％以上が確保できないことが明らかになった。
ここで、Ｓｉサイズ、Ｓｉアスペクト比等の値は、鋳造材の要部断面を顕微鏡観察し、約ｎ＝５〜１０の平均的な値を意味し、特異的な値が除かれている。
【００１８】
図６にＳｉアスペクト比とＳｉサイズの関係を示したように、高度に負の相関を示した。
これは、Ｓｉ結晶粒子が粗大化すると球状から棒状に成長し、変化したためと推定される。
【００１９】
実際の製品鋳造においては、製品の形状、大きさ等を考慮し、α相面積率又は／及びＳｉサイズ又は／及びＳｉアスペクト比が上記の範囲内に入るように鋳造条件、凝固速度条件が選定されることで条件設定される。
このようにして、本発明により得られた鋳造材を用いて、例えばアクチュエターボディ部材、サスペンションアーム部材を製作し、自動車部品として試作評価した結果、疲労耐久試験等を合格することができた。
【００２０】
【発明の効果】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金をを用いて半溶融状態にして、ダイカス鋳造すると、それにより得られる鋳造材は従来、強度的には優れているが、伸びが悪く、自動車の足回り部品等には適用が困難であったのに対して、本発明においては、凝固速度を適切に制御し、α相面積率、Ｓｉサイズ、Ｓｉアスペクト比を調整することで伸び特性にも優れた鋳造材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（表１）鋳造材の各要因と機械的性質（特性）の測定結果を示す。
【図２】Ｓｉ共晶部の参考写真を示す。
【図３】α相部の参考写真を示す。
【図４】引張強度に対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図５】伸びに対する各要因の重回帰分析による分散分析結果を示す。
【図６】Ｓｉアスペクト比とＳｉサイズの相関分析結果を示す。
【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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【図６】
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