(57)【要約】【課題】軽量化領域に関し材質上の強度向上策を講じられている，軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材を提供する。【解決手段】軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材１１  は，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金組成を有すると共に液相と固相とが共存する鋳造材料を用いて鋳造されたものであって，主領域ＡＭ  と，その主領域ＡＭ  と一体で，且つ体積の減少を図られた軽量化領域ＡＬ  とを備えている。その軽量化領域ＡＬ  のＳｉ含有量は主領域ＡＭ  のＳｉ含有量よりも大に設定されている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金組成を有すると共に液相（Ｌ）と固相（Ｓ）とが共存する鋳造材料（８）を用いて鋳造されたものであって，主領域（ＡＭ  ）と，その主領域（ＡＭ  ）と一体で，且つ体積の減少を図られた軽量化領域（ＡＬ  ）とを備え，その軽量化領域（ＡＬ  ）のＳｉ含有量が前記主領域（ＡＭ  ）のＳｉ含有量よりも大であることを特徴とする，軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，Ａｌ合金鋳物製機械構造部材としては，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いて重力金型鋳造法の適用下で鋳造された，自動車のサスペンション用ナックルが知られている（例えば，非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
本田技研工業株式会社発行，サービスマニュアル，ＡＣＣＯＲＤ，シャシ整備編，２００２年１０月，第１１−２９〜１１−３３頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記ナックルにおいて，その軽量化を図るためには，所定の部位を薄肉にすると共にそこに補強用リブを設ける，といったような，機械的構造上の強度を持つように体積の減少を図られた軽量化領域を備えることは必要不可欠であるが，それだけでなく，その軽量化領域の材質に関しても強度向上策を講じるのが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，軽量化領域に関し材質上の強度向上策を講じられている，軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金組成を有すると共に液相と固相とが共存する鋳造材料を用いて鋳造されたものであって，主領域と，その主領域と一体で，且つ体積の減少を図られた軽量化領域とを備え，その軽量化領域のＳｉ含有量が前記主領域のＳｉ含有量よりも大である，軽量化を図られたＡｌ合金鋳物製機械構造部材が提供される。
【０００７】
亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金においてはＳｉ含有量が増すと強度が向上し，共晶点近傍で最大強度となる。鋳造中，軽量化領域を成形する金型のキャビティ構成部には，その体積の減少に伴い固相よりも液相が優先的に進入し易くなり，その液相は共晶組成であることから軽量化領域のＳｉ含有量は主領域のそれよりも大となる。これにより材質に関する強度向上策を講じられて，十分な強度を確保された軽量化領域を持つＡｌ合金鋳物製機械構造部材を提供することができる。この部材の主領域においてはＳｉ含有量の減少に伴い伸びの向上が認められる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜３において，Ａｌ合金鋳物製機械構造部材としての，自動車のサスペンション用ナックル１１  は筒状体２を有し，その筒状体２から複数のアーム３が派生している。筒状体２の一端側は端壁４により閉鎖され，他端側の開口からは筒状体２内に軸受（図示せず）が装着される。
【０００９】
端壁４は，体積の減少を図られた軽量化領域ＡＬ  であり，その端壁４を除いた主たる部分は主領域ＡＭ  である。端壁４は薄肉の板状壁部５と，その板状壁部５の外面ほぼ全体に設けられたリブ構造部６とよりなる。そのリブ構造部６は薄肉の複数のリブ７よりなり，それらのリブ７のうちいくつかのものは，板状壁部５の外面を囲むように配置され，他のものは，互に交差して，その囲まれた部分を複数に分割するように配置されている。
【００１０】
ナックル１１  は，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金組成を有すると共に液相と固相とが共存する鋳造材料を用いて鋳造されたものであり，また軽量化領域ＡＬ  のＳｉ含有量は主領域ＡＭ  のＳｉ含有量よりも大となっている。この種の鋳造法には，チクソキャスティング法およびレオキャスティング法が該当する。
【００１１】
前記のような材質の変化が生じるメカニズムは次の通りである。
【００１２】
図４（ａ）に示すように，例えば，レオキャスティング法を適用すべく，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いて，液相Ｌと固相Ｓとが共存した鋳造材料８を容器９内にて調製する。この場合，液相Ｌは共晶組成（Ａｌ＋Ｓｉ）を有し，固相Ｓはα相よりなる。
【００１３】
図４（ｂ）に示すように，金型１０のキャビティ１１において，軽量化領域ＡＬ  を成形するキャビティ構成部１２と，主領域ＡＭ  を成形するキャビティ構成部１３との間には，軽量化領域ＡＬ  の体積減少に伴い絞り部１４が存在する。この状態において，鋳造材料８をキャビティ１１に，その主領域ＡＭ  を成形するキャビティ構成部１３側から加圧下で充填すると，軽量化領域ＡＬ  を成形するキャビティ構成部１３には，絞り部１４の作用で固相Ｓよりも液相Ｌが優先的に進入し易くなり，その液相Ｌは共晶組成であることから軽量化領域ＡＬ  のＳｉ含有量は主領域ＡＭ  のそれよりも大となるのである。
【００１４】
亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金においてはＳｉ含有量が増すと強度が向上し，共晶点近傍で最大強度となることから，軽量化領域ＡＬ  には，材質に関する強度向上策が講じられたことになる。これにより，十分な強度を確保された軽量化領域ＡＬ  を持つＡｌ合金鋳物製ナックル１１  を提供することができる。ナックル１１  の主領域ＡＭ  においてはＳｉ含有量の減少に伴い伸びの向上が認められる。
【００１５】
図５〜７に示すナックル１２  において，その軽量化領域ＡＬ  ，つまり端壁４は薄肉の板状壁部５と，その板状壁部５の外面ほぼ全体に設けられた，薄肉のセル壁１５を持つハニカム構造部１６とよりなる。
【００１６】
図８〜１０は比較例に係るナックル１３  を示し，図１０から明らかなように端壁４およびその近傍が厚肉に形成されている。
【００１７】
以下，具体例について説明する。
【００１８】
表１は，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の一例の組成を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１の亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用いて，レオキャスティング法の適用下，図１〜３に示したナックル１１  の例（１）〜（５）を鋳造した。その際，例（１）〜（５）において，板状壁部５および各リブ７の厚さｔを同一にすると共にその厚さｔを２ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍおよび２０ｍｍにそれぞれ設定した。鋳造条件は以下の通りである。成形温度（鋳造材料の温度）：５８２℃；充填時間：０．９ｓ；レイノルズ数（Ｒｅ）：１０；金型温度：１５０℃．
例（１）〜（５）に関し，板状壁部５および各リブ７，つまり軽量化領域ＡＬ  と主領域ＡＭ  のＳｉ含有量を調べたところ，表２の結果を得た。例（１）〜（５）において，板状壁部２のＳｉ含有量は各リブ７のそれと同じであった。Ｓｉ含有量の測定は発光分光分析法に則り，板状壁部５，リブ７および主領域ＡＭ  に関し，それぞれ３点について行われ，３つの測定値の平均値をＳｉ含有量とした。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
図１１は図２に基づいて，板状壁部・各リブの厚さｔとＳｉ含有量との関係をグラフ化したものである。表２，図１１から明らかなように，例（１），（２）のごとく，板状壁部５・各リブ７の厚さｔをｔ≦４ｍｍに設定すると，板状壁部５等におけるＳｉ含有量をほぼ共晶量である約１２ｗｔ％にすることができる。
【００２３】
次に，図８〜１０に示したナックル１３  ，つまり比較例を鋳造すべく，その端壁４の厚さｔをｔ＝６ｍｍに設定すると共に表１の亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を用い，重力金型鋳造法を行った。鋳造条件は次の通りである。鋳込温度：７２０℃；金型温度：１５０℃．この比較例の端壁４におけるＳｉ含有量は約７ｗｔ％であった。
【００２４】
板状壁部５等の厚さｔをｔ＝２ｍｍに設定した例（１）の軽量化領域ＡＬ  と，比較例の端壁４についてヤング率を測定したところ，例（１）における軽量化領域ＡＬ  のヤング率は，Ｓｉ含有量約１２ｗｔ％にて７５ＧＰａであるのに対し比較例における端壁４のヤング率は，Ｓｉ含有量約７ｗｔ％にて７１ＧＰａであって，軽量化領域ＡＬ  の方が高剛性であることが判明した。
【００２５】
また図５〜７に示したナックル１２  において，それの板状端壁５およびセル壁１５の厚さｔを２ｍｍに設定したナックル１２  の例を，図１〜３に示したナックル１１  と同様の方法で鋳造した。そして，図１〜３に示したナックル１１  の例（１），図５〜７に示したナックル１２  の例および比較例について重量測定をしたところ，図１〜３に示したナックル１１  の例（１）は２．２ｋｇ，図５〜７に示したナックル１２  の例は２．１８ｋｇ，比較例は２．５ｋｇであり，ナックル１１  の例（１）およびナックル１２  の例において，軽量化が図られていることが判明した。
【００２６】
さらに，ナックル１１  の例（１）に関し図３について，ナックル１２  の例に関し図７について，比較例に関し図１０についてそれぞれ断面係数を求めたところ，図３のものの断面係数は２４７００，図７のもののそれは２４７２４，図１０のもののそれは２４７６４であり，ナックル１１  の例（１）およびナックル１２  の例は比較例よりも軽量であるにも拘らず比較例と同等の強度を有することが判明した。
【００２７】
ナックル等の機械構造部材の鋳造に当り，亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の組成は，５．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦８．０ｗｔ％，Ｆｅ＜０．１ｗｔ％，Ｃｕ＜０．２ｗｔ％，Ｍｎ＜０．１ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｚｎ＜０．１ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌであることが望ましい。
【００２８】
各化学成分の添加理由および含有量限定理由は次の通りである。
【００２９】
Ｓｉは，共晶（Ａｌ＋Ｓｉ）を形成し，また湯流れ性を良好にするために添加される。さらにＳｉは，部材の強度向上元素として機能する。ただし，Ｓｉ含有量がＳｉ＜５．５ｗｔ％では共晶を形成する液相が少なすぎるため，鋳造材料の流動が不均一となって部材に未充填箇所が生じ易くなる。一方，Ｓｉ＞８．０ｗｔ％では共晶を形成する液相が多すぎるため部材に偏析が生じ易く，その伸びが低下する。
【００３０】
Ｆｅは不純物であって，被圧入部の応力腐食割れを防止すべく，その含有量は前記のように設定される。Ｆｅ含有量がＦｅ≧０．１ｗｔ％では部材の耐食性が低下し，また被圧入部の応力腐食割れを惹起し易くなる。
【００３１】
Ｃｕは不純物であって，被圧入部の応力腐食割れを防止すべく，その含有量は前記のように設定される。Ｃｕ含有量がＣｕ≧０．２ｗｔ％では部材の耐食性が低下し，また被圧入部の応力腐食割れを惹起し易くなる。
【００３２】
Ｍｎは不純物であって，部材の伸びおよび靱性の低下を抑制すべく，その含有量は前記のように設定される。
【００３３】
Ｍｇは，部材において，強度と，伸びおよび靱性とを両立させるために添加される。ただし，Ｍｇ含有量がＭｇ＜０．４ｗｔ％では部材の耐力向上が不十分であり，一方，Ｍｇ＞０．５ｗｔ％では部材の耐力は向上するが靱性が低下する。
【００３４】
Ｚｎは不純物であって，部材の伸び，靱性および耐食性の低下を抑制すべく，その含有量は前記のように設定される。
【００３５】
Ｔｉは，部材の金属組織を微細化してその伸びおよび靱性を向上させるために添加される。この場合，Ｔｉ含有量をＴｉ≧０．２ｗｔ％に設定しても効果は変わらない。なお，Ｔｉの過剰添加は金属間化合物の生成を促して部材の伸びおよび靱性の低下を招来する。
【００３６】
本発明はナックルに限らず，他のＡｌ合金鋳物製機械構造部材に適用される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば前記のように構成することによって，軽量化領域に関し材質上の強度向上策を講じられている，軽量化を図られた高強度なＡｌ合金鋳物製機械構造部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ナックルの第１実施例の斜視図である。
【図２】ナックルの第１実施例の正面図である。
【図３】図２の３−３線切断端面図である。
【図４】鋳造工程の説明図である。
【図５】ナックルの第２実施例の斜視図である。
【図６】ナックルの第２実施例の正面図である。
【図７】図６の７−７線切断端面図である。
【図８】ナックルの比較例の斜視図である。
【図９】ナックルの比較例の正面図である。
【図１０】図９の１０−１０線切断端面図である。
【図１１】板状壁部・各リブの厚さと板状壁部・各リブのＳｉ含有量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  ，１２  ………ナックル（Ａｌ合金鋳物製機械構造部材）
４…………端壁
５…………板状壁部
６…………リブ構造部
７…………リブ
１５………セル壁
１６………ハニカム構造部
ＡＬ  ………軽量化領域
ＡＭ  ………主領域
Ｌ…………液相
Ｓ…………固相
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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