(57)【要約】【課題】アルミニウム合金の砂型鋳造方法による自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金とこれを用いた鋳造連結部材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金は、アルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）を含有することを特徴とし、これを用いた鋳造連結部材の製造方法は、アルミニウム合金を鋳造及び溶体化処理した後、１５０〜１６０℃の温度で４時間〜５時間熱処理を行って製造することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金において、
アルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）が含有されたことを特徴とする、自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金。
【請求項２】
自動車スペースフレーム用鋳造連結部材の製造方法において、
アルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）が含有されたアルミニウム合金を鋳造及び溶体化処理した後、１５０〜１６０℃の温度で４時間〜５時間熱処理を行って製造することを特徴とする、自動車スペースフレーム用鋳造連結部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金とこれを用いた鋳造連結部材の製造方法（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｌｌｏｙ  ｆｏｒ  ｃａｓｔ  ｎｏｄｅ  ｏｆ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｓｐａｃｅ  ｆｒａｍｅ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｃａｓｔ  ｎｏｄｅ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ）に関するものであって、さらに詳細には、アルミニウム合金の各成分に対する添加範囲を適宜調節して、それによる最適の熱処理条件を提示することにより、高伸び率特性を有する製品を製造することができる、自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金とこれを用いた鋳造連結部材の製造方法に関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費向上の要求に対応する自動車の軽量化のために自動車産業を中心にアルミニウム材料の適用範囲が広く拡大されている趨勢であり、特に、アルミニウム材料を利用した自動車の車体の設計及び製造技術の開発が様々な方法で行われている。
【０００３】
その中で、アルミニウムスペースフレーム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｓｐａｃｅ  Ｆｒａｍｅ：  ＡＳＦ）は、図１に示すように、車体の骨格をなす部分をアルミニウム押出材で製作して、この押出材間の連結のために鋳造連結部材（ｃａｓｔ  ｎｏｄｅ）が適用されており、それにアルミニウム合金板材で内板及び外板を構成してなる超軽量車体構造である。
【０００４】
これによりアルミニウムスペースフレームは、車両に加えられる全ての荷重を押出材フレーム及び鋳造連結部材が担う構造となっている。
【０００５】
一方、車両の場合、衝突安全性の確保が何よりも重要であるが、特に車両衝突時、車体は、一定部分変形されながら衝突エネルギーを適切に吸収し、乗客を安全に守らなければならない。
【０００６】
従って、アルミニウムスペースフレーム車体においても、フレーム及び鋳造連結部材が簡単に破断（ｆｒａｃｔｕｒｅ）せず、適切に変形されながら衝突エネルギーを吸収できるような特性を有しなければならない。
【０００７】
即ち、フレーム及び鋳造連結部材が衝突エネルギーを吸収することによる安全性確保という面で、材質的に高い伸び率を保持しなければならないのである。
【０００８】
しかし、アルミニウム鋳造品の場合、一般的に伸率が低く、砂型鋳造品の場合、３％内外の伸率を、金型鋳造品の場合、６〜７％内外の伸率を有するため、鋳造連結部材のように高い伸率が要求される車体部品には適していない。
スペースフレームの継手等に用いるアルミニウム合金のダイカスト鋳物は、例えば特許文献１にその技術が開示されている。
【０００９】
これにより、一部の自動車製造会社のアルミニウムスペースフレーム車両（ドイツＡｕｄｉ  Ａ２，  Ａ３）の場合、新開発の合金（Ａｕｒａｌ：Ａｌ−１０％Ｓｉ−Ｍｇ，Ｍｎ，Ｆｅ）及びこの新合金を利用した高真空金型鋳造（ダイカスト）工法により、２〜３ｍｍ厚さの薄肉高伸び率の鋳造連結部材を製作して量産適用している。
【００１０】
このような材質の鋳造連結部材の場合、引張強度２００ＭＰａ、降伏強度１３０ＭＰａ、伸び率１４〜１８％の物性を有しており、特に車体部品としての十分な伸び率を確保している。
【００１１】
しかし、高真空ダイカスト工法を適用する場合、設備自体が高価で且つ金型鋳造であるため、装備費、金型費などの投資費が過多になり、製品の数量が少量の場合、あるいは試験品を製作する場合、莫大な原価負担及び開発費が必要になるという問題が生じる。
【００１２】
これに比べ、砂型鋳造は、鋳造時、砂型に溶湯を注入して製品を製作するので、投資費が低く少量生産に適しているという長所を有する（スペースフレーム車体の場合、少量多品種モデルに主に適用）。
【００１３】
しかしながら、アルミニウム砂型鋳造品の場合、金型鋳造品に比べ、製品の物性、特に伸び率（３％内外）が低いため、車体部品への適用に困難があり、砂型鋳造方法を適用して高伸び率の鋳造連結部材を製造することができる方法が切実に要求されているのが実情である。
【特許文献１】特開平１１−２９３３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、アルミニウム合金の各成分に対する添加範囲を適宜調節して、それによる最適の熱処理条件を提示することにより、砂型鋳造方法によっても高真空ダイカスト工法を通じて製造した製品と同等水準の高伸び率特性を有する製品を製造することができる、自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金とこれを用いた鋳造連結部材の製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る自動車スペースフレームの鋳造連結部材用アルミニウム合金は、アルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）が含有されたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る自動車スペースフレーム用鋳造連結部材の製造方法は、アルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）が含有されたアルミニウム合金を鋳造及び溶体化処理した後、１５０〜１６０℃の温度で４時間〜５時間熱処理を行って製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による自動車スペースフレームの鋳造連結部材用合金とこれを用いた鋳造連結部材の製造方法によると、合金成分（銅、シリコン、マグネシウム、鉄）の添加範囲を適切に調節して、それによる最適の熱処理条件を提示することにより、砂型鋳造方法を用いても引張強度、降伏強度、伸び率において高真空ダイカスト製品と同等な水準の製品を製造することができるという長所がある。
【００１８】
即ち、高真空ダイカスト工法を適用しなくても、安価な砂型鋳造方法を利用し同等水準の物性を有するアルミニウム車体部品を製造することができるため、開発費及び原価節減の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面及び表を参照し、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
アルミニウムスペースフレームの部品として、フレーム押出材間連結のために使用される鋳造連結部材を製造するためには、高伸び率を確保できる方法が必要である。
【００２１】
本発明では、複雑な車体部品としての製作が可能になるように、鋳造性に優れ、且つ衝突エネルギーの吸収による安全性確保の面から高伸び率を確保することができる砂型鋳造形合金と、これに適合した製造方法、特に製造過程においても十分な物性確保のための最適の熱処理条件を提示する。
【００２２】
本発明で開発しようとするアルミニウム合金は、車体部品の特性上、薄い肉厚及び多いリブ（ｒｉｂ）構造を有して且つ大きさの大きい部品を製作するに使用されるため、鋳造性と高い伸率を確保しなければならない。
【００２３】
このために、本発明に係る鋳造連結部材用アルミニウム合金は、アルミニウム−銅−シリコン合金であって、特にアルミニウムを主材として、これに０．４〜０．５重量％の銅（Ｃｕ）、２．５〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）、０．１重量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．１重量％以下の鉄（Ｆｅ）及び０．２０重量％以下のチタニウム（Ｔｉ）を含有したことに特徴がある。
【００２４】
現在、砂型鋳造あるいは重力鋳造に使用される合金は、主に、ＡＣ４Ｃ（Ａ３５６）系列の合金であって、Ｓｉを６．５〜７．５％程度含有しており（ＫＳ  Ｄ  ６００８）、本発明の高伸び率砂型鋳造用アルミニウム合金及びＡＣ４Ｃアルミニウム合金の各成分に対する含有量を次の表１に示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示す本発明の組成及び含量範囲で、銅（Ｃｕ）は、固溶強化及び析出強化の機能があるが、多すぎると耐食性を低下させるおそれがあるため、その含量範囲を０．４〜０．５重量％に制限する。
【００２７】
また、シリコン（Ｓｉ）は、アルミニウム合金に添加されると流動性が向上するため、鋳造性をよくするために多く添加される元素であるが、本発明では、伸び率向上のために添加量を２．５〜３．０重量％に制限した。
【００２８】
また、マグネシウム（Ｍｇ）は、析出強化効果があるが、熱処理時析出物が過多に生成されると伸率に悪い影響を及ぼすため、その含量範囲を０．１重量％以下に制限した。
【００２９】
また、鉄（Ｆｅ）元素は、アルミニウム、シリコンなどと化合物を形成し伸び率を低下させるため、添加量を０．１重量％以下に制限した。
【００３０】
一方、上記のような組成のアルミニウム合金を使用し自動車スペースフレームの鋳造連結部材を製造する方法において、本発明は、製品を鋳造した後溶体化処理をして、その後人工時効処理をする過程において、人工時効の熱処理条件として１５０〜１６０℃の温度で４〜５時間熱処理（人工時候）をすることに特徴がある。
【００３１】
図２は、本発明による製造方法の熱処理曲線を示したものである。
【００３２】
図２は、本発明の好ましい実施例であって、５３８℃の温度で８時間溶体化処理をした後、１５５℃の温度で４時間人工時効処理する例を示したものである。
【００３３】
本発明の製造方法において、熱処理温度を１５０℃未満にする場合、時効が適切に起こらなくて強度が確保されないという問題があって好ましくなく、１６０℃より高くすると、過時効により伸び率が低下されるという問題があって、好ましくない。
【００３４】
また、上記温度範囲で熱処理時間を４時間未満にすると、時効が適切に起こらなくて強度が足りないという問題があって好ましくなく、５時間を超過して実施すると、伸び率が低下する問題があって、好ましくない。
【００３５】
このようにして、上記組成及び含量を有するアルミニウム合金を使用し、砂型鋳造の方法により製品を鋳造した後、溶体化処理後、本発明で提示した熱処理条件により人工時効処理をすると、自動車スペースフレームの鋳造連結部材として要求される十分な物性の確保が可能になる。
【００３６】
以下、実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３７】
本発明の実施例として、本発明で提示した組成及び含量を有するアルミニウム合金を使用し、通常の砂型鋳造方法により鋳造品を製造して、これを５３８℃で８時間溶体化処理した後、１５５℃で４時間熱処理を行った。
【００３８】
上記方法により製造した試片を使用し引張強度及び降伏強度、伸率を測定して、その結果を砂型鋳造用に広く使用されているＡＣ４Ｃ合金の物性と共に表２に示した。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２から分かるように、降伏強度は、既存材質に比べ劣るが、伸び率は、１８．３％であって、本発明によると一般鋳造品からは得られない高い伸び率の製品を得ることができるということが確認できて、高真空金型鋳造（ダイカスト）工法により得られた物性と類似した物性値を確保することができた（ドイツＡｕｄｉ  Ａ２、Ａ３車両に適用された製品の場合、引張強度２００ＭＰａ、降伏強度１３０ＭＰａ、伸率１４〜１８％である）。
【００４１】
一方、本発明で提示した同一組成及び含量のアルミニウム合金を使用し、同一条件で砂型鋳造及び溶体化処理を行って、その後、温度及び時間を異にした熱処理過程を経て製作した各試片に対し物性を評価した結果を次の表３と表４に示した。
【００４２】
表３は、熱処理温度による各試片の物性を比較して示したものであって、表４は、熱処理時間による各試片の物性を比較して示したものである。
【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【００４５】
表３の比較において、熱処理時間は、全て同じく４時間とし、表４の比較において、熱処理温度は、全て同じく１５５℃にした。
【００４６】
表３及び表４の測定結果を見ると、いずれも実施例１及び実施例２の場合、高伸び率など、鋳造連結部材としての好ましい物性値を得ることができて、これにより、本発明から提示した温度及び時間の熱処理条件が最適の条件であることが分かる。
【００４７】
この実施例は本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の技術的範囲がこれに限定されないことは本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとっては自明なことであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】通常の自動車スペースフレームを示した概略図である。
【図２】本発明による製造方法の熱処理曲線を示した図である。
【図２】
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【図１】
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