(57)【要約】【課題】高硬度、高強度を目的とする鍛造材２０１４に匹敵する熱処理用アルミニウムダイカスト合金を提供する。【解決手段】Ｃｕ：４．６〜５．６重量％、Ｓｉ：７．５〜１２．０重量％、Ｍｇ：０．３重量％以下、Ｚｎ：１．０重量％以下、Ｆｅ：１．０重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｎｉ：０．５重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下、残部Ａｌを成分とする熱処理用アルミニウムダイカスト合金。【効果】本発明の材料はダイカスト用であり、これを熱処理することによって硬さ並びに引張り強さが鋳造材を熱処理したものに匹敵する値とすることができる。実体品から採取した試験片で、ロックウェル硬さＢで８５〜９０、引張り強さで４２０〜４５０Ｎ／ｍｍ２が得られた。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：４．６〜５．６重量％、Ｓｉ：７．５〜１２．０重量％，Ｍｇ：０．３重量％以下、Ｚｎ：１．０重量％以下、Ｆｅ：１．０重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｎｉ：０．５重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下、Ａｌ：残部、を成分とすることを特徴とする熱処理用高力アルミニウムダイカスト合金材料。
【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ダイカストの強度を鍛造材レベルに引き上げ、硬さ並びに引っ張り強さを要求する自動車部品、特にエンジン廻りの機器、油圧ポンプなどの部材に供するダイカスト材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムダイカスト材料ＪＩＳ　Ｈ５３０２（非特許文献１）の量的に８０％を占めるＡＤＣ１２は、本発明者の一人が当時ＪＩＳ審議に提案した材料である。この材料はＣｕの量が１．５〜３．５重量％で湯流れ性を主体とした材料であるが、他の材料に比して強度が低く、実製品から切り出した試験片は引っ張り強度が２２．４Ｎ／ｍｍ２であり、ＡＳＴＭに定める試験片強さの７０％と低い。更に、Ｔ６処理による強度向上を図ろうとすると、内部欠陥のためふくれを生じる。したがって、熱処理には適さず、ほとんどは鋳放しのままで使用されている。熱処理することによって強度改善される事例があるにもかかわらず、ダイカストにふさわしい材料がなく、強度を必要とする場合は鍛造品で２０１４、２０２４系統のものが使用されている。因みに表１に従来の代表的なダイカスト材と鍛造材の引張り強さと硬さの比較を示す。
【０００３】
【表１】
2004124181.tif 000002
【０００４】
又、鋳放しで使用される例としてＴｉなどの成分調整により、凝固組織の均質化を図り、疲労特性を向上させる提案もなされている。（例えば特許文献１参照）しかし、このものはダイカスト用として用いた場合、Ｔｉ等の微量成分の調整に留意する必要があり、ダイカスト用としては効率的に利用することができない。
【非特許文献１】ＪＩＳ　Ｈ５３０２
【特許文献１】特開２０００−３０３１３３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
代表的なダイカスト用アルミニウム合金であるＡＤＣ１２は、Ｃｕが１．５〜３．５重量％で湯流れ性を主体とした材料である。しかし、Ｔ６処理するとふくれを生ずるので現実には実施されていないのが現状であった。熱処理したものは試験的には引張り強さ３５０Ｎ／ｍｍ２どまりで、４００Ｎ／ｍｍ２を越えるものは存在しなかった。そこで、本発明は前記ＡＤＣ１２を改良して、従来、強度を得るために鍛造材をＴ６処理で加工していたものを、ダイカスト材料のＴ６処理に置き換えて経済的効果をきわめて大きくしようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決すべく、下記に示す新規な合金組成を案出したものである。
Ｓｉ：７．５〜１２．０重量％、Ｃｕ：４．６〜５．６重量％、Ｍｇ：０．３重量％以下、Ｆｅ：１．０重量％以下、Ｚｎ：１．０重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｎｉ：０．５重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下、残部がＡｌの組成をもつ。すなわち、再生塊ベースの不純物を許容し、強度、硬さを高めるために微量成分の添加は行わず、主成分の一つであるＣｕの増量のみで所期の目的を達成するものである。このものはＴ６処理によるＡｌＣｕ２の析出硬化で４５０Ｎ／ｍｍ２の引っ張り強さ、ＨＲｂ９０の硬さを得る。
かかる材料を使用して目的製品を鋳造する方法は、下記の方法が適している。横型締め、下から上への竪鋳込みのマシンを用いて行う。また給湯時のメタルの酸化を抑え、酸化物の巻き込みを充填速度を抑えてメタルの流れが乱流にならぬようプランジャー速度は毎秒１ｍ／ｓ以内とする。指向性凝固せしめるため湯口位置、冷却水管位置を工夫し、ヒケを生じやすい箇所、鋳造欠陥を予測し、局部的に油圧シリンダによるスクイーズを行う。
【０００７】
一般のダイカストは、湯口の溶湯速度が３０〜８０ｍ／ｓと高速であり、空気の巻き込み、離型剤及びメタルとの反応で生じるガス等が製品部に介在すると、溶体化処理４８０℃の加熱により製品にふくれが生じてしまい製品にならない。したがって、本発明は溶湯の流れが乱流とならない範囲である、即ち臨界レイノルズ数が２０００程度に速度を遅くすることが好適である。ラドルによる注湯は酸化物を生成するので好ましくなく、加圧室への給湯は低圧鋳造方式によるのが好ましい。鋳造方式は体積を表面積で除した値が、リニアに上下方向に下部ビスケットを最大に取り、オーバーフロー側が少なくなるように位置せしめて指向性凝固をはかり、最終凝固箇所に鋳造圧力の２倍の圧力を局部的にスクイーズする方法を採用するとよい。
【０００８】
Ｔ６熱処理はダイカスト後、溶体化４８０℃〜５００℃×６時間、水焼き入れ、時効処理１８０℃×６時間、空冷の順で熱処理を行った。１００ｍｍ×８５ｍｍ×５０ｍｍの製品をＴ６処理したがふくれはほとんどなく健全性の高い素材が得られた。
【０００９】
本発明の合金成分について説明する。
Ｓｉ：７．５〜１２．０％
ダイカスト合金は湯流れ性を重視し、共晶に近いＡＤＣ１２のように複雑形状について金型充填性に優れる大型製品についてもダイカスト性を持たせた。そのためにＳｉの量は上記の範囲とする。
【００１０】
Ｃｕ：４．６〜５．６重量％
通常のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系鋳造用合金はダイカストも含めてＣｕが３．０〜４．０重量％の材料が多い。強度的には４．０重量％が最も強く、これを越えると機械的性質が低下すると考えられていた。然るにダイカストの場合、本発明ではＣｕの量を図１のＧＰゾーンＫの最大値５．６％まで高めて、Ｔ６処理によりＣｕＡｌ２が析出硬化してロックウェル硬さＢを大とするのに成功した。その結果、ロックウエル硬さＢで鍛造品２０１４を上回り、さらに超々ジュラルミン７０７５と同等の硬さが得られた。Ｃｕの増加による耐食性についてはＣｕ４．０％とあまり変わらない。ただし、使用雰囲気によっては防錆処理を施すと良い。
【００１１】
Ｍｇ：０．３重量％以下
Ｍｇは不純物ではあるが時効時にＭｇ２Ｓｉとして強度改善に効果が期待できる。実験では０．２重量％でも引張り強さ４５０Ｎ／ｍｍ２が得られたので、ＡＤＣ１２の規格値と同等の０．３重量％以下とした。酸化物の生成とその巻き込み、水素ガスとの共存等の欠陥が気密性を必要とする製品に好ましくないからである。
【００１２】
Ｆｅ：１．０重量％以下
Ｆｅは不純物であり、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉで針状晶を生じ、伸率を低下せしめる一方で、アルミニウム合金が金型に焼き付く傾向がある。本発明ではＦｅ０．６重量％程度で焼き付きの心配がでるが、１．０重量％までは許容できる。高強度、高硬度でありながら伸び率が１．５％とＡＤＣ１２合金と変わらないのはＦｅの影響が大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下に説明する。
素材としてはＣｕの量を３段階に変化させた下記組成のものを用いた。
Ｓｉ：１１．０重量％、Ｃｕ：４．６、５．０、５．４重量％、Ｍｇ：０．２重量％、Ｚｎ：０．６重量％、Ｆｅ：０．６重量％、Ａｌ：残部
かかる素材を用いてダイカスト鋳造を行ったが、その条件は次の通りである。
鋳造温度　７００℃
鋳造圧力　１０００ｋｇｆ／ｃｍ２
スクイーズ圧力　２０００ｋｇｆ／ｃｍ２
金型温度　１８０〜２００℃
製品寸法　１００ｍｍ×８５ｍｍ×５０ｍｍ
製品重量　１ｋｇ
【００１４】
次に引張り強さ試験結果について述べる。
上記の方法で作成した製品をＴ６処理し、切削加工でφ４ｍｍの試験片を採取した。一般に、材料規格に記載される試験片によって示される値より、実体強度は低い値となる傾向がある。図２には、引っ張り強さとＣｕの含有量との関係についての試験結果である。図３にはＣｕ含有量と伸びの関係を示す試験結果である。図４には引張り強さと伸びの関係を示す試験結果を示す。具体的には、引張り強度Ｎ／ｍｍ２が４２０〜４５０、ロックウエル硬さＢが８５〜９０であった。総じてＣｕ含有量が多いと引張り強さ及び伸びが高い。引張り強さの高いものは伸びも高い傾向にある。Ｃｕ：５．４重量％のものは引張り強さ４５０Ｎ／ｍｍ２、ロックウェル硬さＢで９０が得られた。この引張り強さ及びロックウェル硬さはアルミニウム合金ダイカストで過去に不可能と考えられていた機械的性質を有することを示しており、従来は鍛造材であったものがダイカストに置換され、強度部品のダイカスト化が進み、大きな経済的効果が期待できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の材料は、ダイカスト用でありながら、これを熱処理することによって、硬さ並びに引張り強さが鍛造材を熱処理したものに匹敵する値とすることができる。実体品から採取した試験片で、ロックウエル硬さＢで８５〜９０、引張り強さで４２０〜４５０Ｎ／ｍｍ２が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ−Ｃｕ状態図におけるＧＰゾーンＫの説明図である。
【図２】本発明実施例における引張り強さとＣｕ含有量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明実施例におけるＣｕ含有量と伸びの関係を示すグラフである。
【図４】本発明実施例における引張り強さと伸びの関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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