(57)【要約】【課題】液相に対応した液相凝固領域における初晶Ｓｉ量を極力減少させ，また偏析の発生を防止した，優れた靱性と耐応力腐食割れ性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物を提供する。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物は，固相と液相とが共存したＡｌ−Ｓｉ系合金材料を凝固させたものである。Ａｌ−Ｓｉ系合金材料は，６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなる。固相に対応した固相凝固領域ＳＳ  の体積分率Ｖｆは４０％≦Ｖｆ≦６０％である。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固相と液相とが共存したＡｌ−Ｓｉ系合金材料を凝固させた鋳物であって，前記Ａｌ−Ｓｉ系合金材料は，６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなり，前記固相に対応した固相凝固領域（ＳＳ  ）の体積分率Ｖｆが４０％≦Ｖｆ≦６０％であることを特徴とする，優れた靱性と耐応力腐食割れ性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物。
【請求項２】
６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなり，且つ固相と液相とが共存した固液共存状態を有すると共に固相率Ｓが４０％≦Ｓ≦６０％であるＡｌ−Ｓｉ系合金材料を調製し，次いで前記Ａｌ−Ｓｉ系合金材料を鋳型に注入して冷却し，前記固液共存状態に対応した凝固組織を得ることを特徴とする，優れた靱性と耐応力腐食割れ性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，優れた靱性と耐応力腐食割れ性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物，特に，固相と液相とが共存したＡｌ−Ｓｉ系合金材料を凝固させた鋳物およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は，先に，この種の鋳物として，Ｓｉ含有量が６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％であるＡｌ−Ｓｉ系合金材料を用い，チクソキャスティングの適用下で製造されたものを提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１６７０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記Ａｌ−Ｓｉ系合金材料を用いてチクソキャスティングを行うと，空孔部等の欠陥の無い高強度な鋳物を得ることができるのであるが，液相に対応した凝固領域について考察を加えた結果，次のような問題のあることが判明した。
【０００５】
即ち，Ａｌ−Ｓｉ系合金材料全体が融液状態にあるときはＳｉ濃度は６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％であるが，固相と液相とが共存した状態，つまり，固液共存状態にあるときには固相がＡｌより構成されていることから液相中のＳｉ濃度はＡｌ濃度の低下に応じて上昇することになる。そして，液相に対応した液相凝固領域のＳｉ濃度がＳｉ≫１１．７ｗｔ％（共晶点）となる結果として，その部分には多数の初晶Ｓｉが晶出し，これに起因して鋳物における靱性の低下，応力腐食割れの発生等を招いたのである。一方，固相に対応した固相凝固領域の体積分率Ｖｆが低く過ぎると，これは液相が過多であったことから鋳物に偏析が発生してその靱性の低下を招来した。これらの問題はレオキャスティングについても当然に発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，チクソキャスティングまたはレオキャスティングの適用下で得られたものであって，液相に対応した液相凝固領域における初晶Ｓｉ量を極力減少させ，また偏析の発生を防止した前記Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば，固相と液相とが共存したＡｌ−Ｓｉ系合金材料を凝固させた鋳物であって，前記Ａｌ−Ｓｉ系合金材料は，６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなり，前記固相に対応した固相凝固領域の体積分率Ｖｆが４０％≦Ｖｆ≦６０％であるＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物が提供される。
【０００８】
前記Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物において，固相凝固領域の体積分率Ｖｆを前記のように設定すると，偏析の発生を防止することができる。またＣｕ含有量を前記のように設定すると，液相中のＡｌ濃度の減少が融液Ｃｕにより補われてＳｉ濃度の上昇が抑制される。つまり，初晶Ｓｉの晶出が全く無いか，在っても僅少量に抑えられる。これによりＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物の靱性および耐応力腐食割れ性を大いに向上させることが可能である。この鋳物は，例えば自動車用サスペンション部品として好適である。
【０００９】
ただし，固相凝固領域の体積分率ＶｆがＶｆ＞６０％では，液相中のＳｉ濃度が上昇して初晶Ｓｉ量が多くなるため鋳物の靱性および耐応力腐食割れ性が低下する。一方，Ｖｆ＜４０％では初晶Ｓｉの晶出は無くなるが，液相が過多であったことから鋳物に偏析が生じる。
【００１０】
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。
【００１１】
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，鋳物の強度向上元素として機能する。ただし，Ｓｉ含有量がＳｉ＜６．５ｗｔ％では共晶を形成する液相が少なすぎるため，Ａｌ−Ｓｉ系合金材料の流動が不均一となって鋳物に未充填箇所が生じ易くなる。一方，Ｓｉ＞７．５ｗｔ％では初晶Ｓｉ量が多くなると共に共晶を形成する液相が多すぎるため鋳物に偏析が生じて，その靱性が低下する。
【００１２】
Ｃｕは，前記のように初晶Ｓｉの晶出を抑制するために添加される。ただし，Ｃｕ含有量がＣｕ＞１．５ｗｔ％では耐応力腐食割れ性が低下し，一方，Ｃｕ＜０．５ｗｔ％では添加の意義が無く，初晶Ｓｉ量が多くなって鋳物の靱性が低下する。
【００１３】
Ｍｇは，鋳物において，耐力と靱性を両立させるために添加調整される。ただし，Ｍｇ含有量がＭｇ＜０．４ｗｔ％では鋳物の耐力向上が不十分であり，一方，Ｍｇ＞０．５ｗｔ％では鋳物の耐力は向上するが靱性が低下する。
【００１４】
Ｔｉは，鋳物の金属組織を微細化してその靱性を向上させるために添加される。ただし，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鋳物の靱性低下を招来する。
【００１５】
本発明によれば，６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなり，且つ固相と液相とが共存した固液共存状態を有すると共に固相率Ｓが４０％≦Ｓ≦６０％であるＡｌ−Ｓｉ系合金材料を調製し，次いで前記Ａｌ−Ｓｉ系合金材料を鋳型に注入して冷却し，前記固液共存状態に対応した凝固組織を得るＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物の製造方法が提供される。
【００１６】
前記のような手段を採用すると，前記構成の鋳物を容易に量産することができる。
【００１７】
ただし，固相率ＳがＳ＞６０％では，液相中のＳｉ濃度が上昇して初晶Ｓｉ量が多くなるため鋳物の靱性および耐応力腐食割れ性が低下する。一方，Ｓ＜４０％では初晶Ｓｉの晶出は無くなるが，液相が過多であったことから鋳物に偏析が生じる。
【００１８】
各化学成分の添加理由および含有量限定理由は前記の場合と同じである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物は，固相と液相とが共存したＡｌ−Ｓｉ系合金材料を凝固させたものであり，図１に示すように，複数の島状をなす，固相に対応した固相凝固領域ＳＳ  と，それらの間を埋める，液相に対応した液相凝固領域ＳＬ  とを有する。Ａｌ−Ｓｉ系合金材料は，６．５ｗｔ％≦Ｓｉ≦７．５ｗｔ％，０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％，０．４ｗｔ％≦Ｍｇ≦０．５ｗｔ％，Ｔｉ＜０．２ｗｔ％および残部Ａｌ（不可避不純物を含む）よりなる。また固相凝固領域ＳＳ  の体積分率Ｖｆは４０％≦Ｖｆ≦６０％である。
【００２０】
前記Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物において，固相凝固領域ＳＳ  の体積分率Ｖｆを前記のように設定すると，偏析の発生を防止することができる。またＣｕ含有量を前記のように設定すると，液相中のＡｌ濃度の減少が融液Ｃｕにより補われてＳｉ濃度の上昇が抑制される。つまり，初晶Ｓｉの晶出が全く無いか，在っても僅少量に抑えられる。これによりＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物の靱性および耐応力腐食割れ性を大いに向上させることが可能である。
【００２１】
以下，具体例について説明する。
【００２２】
表１はＡｌ−Ｓｉ系合金材料の例（１）〜（５）に関する組成を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１において，Ｍｎは不純物であって，鋳物の靱性低下を抑制すべく，その含有量はＭｎ＜０．１ｗｔ％に設定される。Ｆｅは不純物であって，鋳物の耐応力腐食割れ性を改善すべく，その含有量はＦｅ＜０．１ｗｔ％に設定される。Ｆｅ含有量がＦｅ≧０．１ｗｔ％では鋳物の耐食性が低下し，またその耐応力腐食割れ性も低下する。Ｚｎは不純物であって，鋳物の靱性および耐食性の低下を抑制すべく，その含有量はＺｎ＜０．１ｗｔ％に設定される。
【００２５】
表１の例（１）を用いて，固相と液相とが共存した固液共存状態を有し，且つ固相率ＳがＳ＝４５％であるＡｌ−Ｓｉ系合金材料を調製し，次いでそのＡｌ−Ｓｉ系合金材料を鋳型としての金型に注入して冷却し，前記固液共存状態に対応した凝固組織を有するＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物の例（１）を得た。次いで，表１の例（２）〜（５）を用いて，前記と同様の方法で，Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳物の例（２）〜（５）を得た。
【００２６】
鋳物の例（１）〜（５）について，固相凝固領域ＳＳ  の体積分率Ｖｆおよび液相凝固領域ＳＬ  のＳｉ含有量を測定し，また液相凝固領域ＳＬ  における初晶Ｓｉの有無および個数を調べた。体積分率Ｖｆの測定は，熱力学シュミレーションソフトと急冷による金属組織凍結法との整合によった。Ｓｉ含有量の測定は，熱力学シュミレーションソフトによる定量計算と実物金属組織観察とによった。初晶Ｓｉの有無および個数は顕微鏡写真観察によった。
【００２７】
次いで，鋳物の例（１）〜（５）より，シャルピー衝撃試験用３号試験片を製作して，それらについて試験を行った。また耐応力腐食割れ性に関する試験を行うべく，図２に示すように，鋳物の例（１）〜（５）より，帯板をほぼ円形をなすように折曲げて両端部を対向させたような形状を有する試験片１を製作した。その試験片１の対向部分間に形成された２つの貫通孔２にボルト３を通し，一方の貫通孔２から突出した雄ねじ部４にナット５をねじ込んで，その試験片１を構成するＡｌ−Ｓｉ系合金材料の耐力の９５％分を試験片１に付与した。そして，試験片１を９８〜９９℃のクロム酸試験液中に８０時間浸漬し，その浸漬期間における割れの有無を目視により検査した。クロム酸試験液は，純水１Ｌ当り，３６ｇのＣｒＯ３  と，３０ｇのＫ２  Ｃｒ２  Ｏ７  と，３ｇのＮａＣｌとを含有する。
【００２８】
表２は前記測定および試験結果を示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２から明らかなように，鋳物の例（１）〜（５）において，Ａｌ−Ｓｉ系合金材料の固相率Ｓと固相凝固領域ＳＳ  の体積分率Ｖｆとは等しく，したがって鋳物の例（１）〜（５）において固液共存状態に対応した凝固組織が得られていることが判る。
【００３１】
図３は，鋳物の例（４）の金属組織を示す顕微鏡写真の写図であって，本図より液相凝固領域ＳＬ  に１個の初晶Ｓｉが存在することが判る。
【００３２】
図４は，表２に基づいて液相凝固領域ＳＬ  のＳｉ含有量と，シャルピー衝撃値および液相凝固領域ＳＬ  における初晶Ｓｉの個数との関係をグラフ化したものである。表２，図４から明らかなように，鋳物の例（２）〜（４）のごとく，Ａｌ−Ｓｉ系合金材料として，Ｓｉ，ＭｇおよびＴｉをそれぞれ特定量含有し，且つＣｕ含有量を０．５ｗｔ％≦Ｃｕ≦１．５ｗｔ％に設定されたものを用いると，液相凝固領域ＳＳ  における初晶Ｓｉ量を極力減少させ，靱性および耐応力腐食割れ性を向上させることができるものである。
【００３３】
【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，靱性および耐応力腐食割れ性を大いに向上させたＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物を提供することができる。
【００３４】
本発明によれば，前記のような手段を採用することによって，前記構成のＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物を量産することが可能な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属組織の説明図である。
【図２】応力腐食割れ試験の説明図である。
【図３】金属組織の一例を示す顕微鏡写真の写図である。
【図４】液相凝固領域のＳｉ含有量と，シャルピー衝撃値および液相凝固領域における初晶Ｓｉの個数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
ＳＳ  ……固相凝固領域
ＳＬ  ……液相凝固領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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