(57)【要約】【課題】  鋳造後に溶体化処理を施す事無く、安定的に高い強度と大きな伸びが得られ、しかも、特に鋳造割れを起こしにくいという点において鋳造性に優れたダイカスト用非熱処理アルミニウム合金の提供。【解決手段】  含有するMgとSiの質量比が0.1以上かつ0.5以下で、Si：3.5質量%〜5.0質量%、Mg：0.35質量%〜2.5質量%、Mn：0.3質量%〜1.5質量%、Fe：0.15質量%以下、Ti：0.20質量%以下を含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるダイカスト用非熱処理アルミニウム合金。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有するMgとSiの質量比が0.1以上かつ0.5以下で、Si：3.5質量%〜5.0質量%、Mg：0.35質量%〜2.5質量%、Mn：0.3質量%〜1.5質量%、Fe：0.15質量%以下、Ti：0.20質量%以下を含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるダイカスト用非熱処理アルミニウム合金。
【請求項２】
Ti含有量が0.10質量%以上であることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金。
【請求項３】
含有するMgとSiの質量比が0.1以上かつ0.5以下で、Si：3.5質量%〜5.0質量%、Mg：0.35質量%〜2.5質量%、Mn：0.3質量%〜1.5質量%、Fe：0.15質量%以下、Ti：0.05質量%〜0.20質量%を含み、且つ、B：0.001質量%〜0.10質量%またはZr：0.05質量%〜0.30質量%の何れか1つ又は2つを含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるダイカスト用非熱処理アルミニウム合金。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載されたダイカスト用非熱処理アルミニウム合金溶湯を、高真空ダイカスト法によって鋳造するアルミニウムダイカスト製品の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法で製造されたアルミニウムダイカスト製品。
【請求項６】
自動車のサスペンションアーム、サブフレームまたはサスペンションのリンク部品であることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウムダイカスト製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト用のアルミニウム合金に関するものである。より具体的には、本発明は、ダイカスト鋳造後に溶体化処理や人工時効等の熱処理を施すこと無く優れた機械的性質を得ることができ、鋳造性、特に鋳造割れが生じない優れた特性を有するダイカスト用非熱処理アルミニウム合金に関するものである。本発明はさらに、このようなアルミニウム合金を用いたダイカスト製品、及び、該ダイカスト製品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造法は、薄肉鋳物に鋳造が可能であり、寸法精度が高く、生産性が高いなどの優れた特徴を有している。近年では真空ダイカスト法で鋳造を行った後、熱処理を施すことで強度、伸びに代表される機械的性質を向上させたアルミニウム合金ダイカスト鋳物が使用されるようになってきている。
【０００３】
しかし、このようなアルミニウム合金材料は、優れた機械的性質を得るためにダイカスト鋳造後、溶体化処理及び時効処理を施す必要がある。従って、溶体化処理後の水冷時に発生したひずみを矯正するための矯正工程が必要となり、生産性が悪くコスト高である。
溶体化処理を前提として、高い引張り強さ及び伸びを有するアルミニウム合金鋳造材を開示した文献として特開平７‐１０９５３７号公報を挙げることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７‐１０９５３７号公報
【０００５】
上述のような低い生産性とコスト高の問題を解決すべく、ダイカスト鋳造後に熱処理を施す必要の無いダイカスト用アルミニウム合金を開示した文献としては、例えば、特開平５-９６３８号公報が有る。
【０００６】
【特許文献２】特開平５−９６３８号公報
【０００７】
しかし、上記の特許文献２などに記載されているAl‐Mg‐Mn(‐Zr)系の合金は、熱処理を施す必要が無く、高い引張り強さと耐力を有する一方で、鋳造時に割れが発生しやすいという問題を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、溶体化処理の必要が無い特許文献２に開示されたものに代表されるダイカスト用アルミニウム合金が有する上述の課題に着目してなされたものであって、鋳造後に溶体化処理や人工時効等の熱処理を施す事無く、安定的に高い強度と大きな伸びが得られ、しかも、特に鋳造割れを起こしにくいという点において鋳造性に優れたダイカスト用非熱処理アルミニウム合金を提供することを目的とするものである。
【０００９】
本発明の目的は、さらに、上記のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金を用いて製造されたダイカスト製品、および、当該ダイカスト製品を製造するための製造方法を提供することを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、含有するMgとSiの質量比（Mgの質量%／Siの質量%）が0.1以上かつ0.5以下で、Si：3.5質量%〜5.0質量%、Mg：0.35質量%〜2.5質量%、Mn：0.3質量%〜1.5質量%、Fe：0.15質量%以下、Ti：0.20質量%以下を含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるダイカスト用非熱処理アルミニウム合金を提供する。
【００１１】
さらに、本発明の好ましい実施態様の１つによれば、上述のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金において、Ti含有量は0.10質量%〜0.20質量%の範囲である。
【００１２】
また、上記のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金に、B：0.001質量%〜0.10質量%、、Zr：0.05質量%〜0.30質量%の何れか1つ又は両方を添加する場合は、Tiの含有量は0.05質量％〜0.20質量％の範囲であることが好ましい。
【００１３】
本発明はまた、高い強度と高い伸びを示し、しかも、鋳造割れを生じさせることの無いアルミニウムダイカスト製品の製造方法として、上述の何れかのダイカスト用非熱処理アルミニウム合金の溶湯を、高真空ダイカスト法によって鋳造する製造方法を提供する。
【００１４】
本発明はまた、上述の方法で製造された、高強度と高い伸びを示し、しかも、鋳造割れを有しないアルミニウムダイカスト製品を提供する。
【００１５】
最後に、本発明は、上述の方法で製造された、高強度と高い伸びを示し、しかも、鋳造割れを有していない自動車のサスペンションアーム、サブフレームまたはサスペンションのリンク部品を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
以下に、上述した本発明の合金の各成分の作用と量的な限定の理由について説明する。本明細書における含有量の記載は、特記が無い場合、いずれも質量%を意味する。また、数値範囲を示した場合、特記が無い場合、当該範囲には最小値、最大値がいずれも含まれるものとする。
【００１７】
Siは、ダイカスト鋳造時の鋳造割れの抑制に効果を有すると共に、機械的強度、耐磨耗性、切削性、防振性を向上させる。しかし、3.5質量%未満ではその効果は小さく、5.0質量%を超えるとMg-Si系の金属間化合物が多量に晶出して伸びが低下したので、Siは3.5質量%〜5.0質量%の範囲とした。
【００１８】
Mgは、アルミニウム合金のマトリクス中に固溶して強度を向上させると共に、共存するSiと共に一部は自然時効によってMg-Si系化合物として析出して強度を向上させる。しかし、0.35質量%未満では強度向上の効果が期待できず、2.5質量%以上では強度が増加するが同時に伸びの低下が著しかったので、Mgは0.35質量%〜2.5質量%の範囲とした。
【００１９】
Mnは、ダイカスト時に製品の金型への焼きつきを抑制する効果を有すると共に針状のFe化合物を粒状化して、Fe化合物による伸びの低下を抑制する。しかし、0.3質量%未満では金型への焼きつきの抑制に十分な効果が得られず、1.5質量%を超えると粗大なAl-Mn系の金属間化合物が晶出し、伸びが低下するので、Mnは0.3質量%〜1.5質量%の範囲とした。なお、金型への焼きつきを考慮すると、0.6質量％以上含有させることがより好ましい。
【００２０】
Feは、アルミニウム合金中に不可避的に混入する不純物であるが、ダイカスト鋳造の金型への焼き付きを防止する効果を有する。しかし、Fe含有量が増加すると針状のFe系金属間化合物の晶出量が増加し、伸びや靭性が低下するので、Feは0.15質量%以下とした。
【００２１】
TiとBおよびZrは、それぞれ単独であるいは化合物を形成して、初晶α（Al）相を微細化し、ダイカスト鋳物の機械的性質を向上させる効果を有する。しかし、Ti単独の場合は、0.10質量%未満、TiとBあるいはZrが共存している場合は、Tiが0.05質量%未満でBが0.001質量%未満あるいはZrが0.05質量％未満ではその効果が小さく、反対にTiが0.20質量%を超えるか、Bが0.20質量%、Zrが0.30質量％を超えると、TiAl3粒子やTiB2粒子あるいはAl-Zr系化合物が粗大化し、初晶α（Al）相の微細化効果が減少するので、Tiは0.20質量%以下、あるいは、Ti：0.05質量%〜0.20質量%かつB：0.001質量%〜0.10質量%とした。
【００２２】
本合金は、上述した元素以外の元素も、0.5質量％以下であれば、本願合金に悪影響を及ぼさないので、不純物として許容することができる。但し、Cuは、強度を向上させる作用があるものの、耐食性を大きく低下させるので、0.2質量％以下に抑制する必要がある。
【００２３】
本発明にかかる合金においては、Mg含有量とSi含有量との比によって合金の機械的性質や時効硬化特性が変化する。Mg2Siを形成するために必要なMgとSiが過不足無く含まれるバランス組成（Mgの質量／Siの質量＝1.73）よりもSiが多い場合（Mgの質量／Siの質量は1.73より小さい）、凝固時にSi粒子が晶出して強度が上昇した。また、Si量の増加によって鋳造割れが抑制されたので、強度と鋳造性の確保（鋳造割れの抑制）のために、Mg含有量とSi含有量との比を0.5以下とした。
【００２４】
上述のMg含有量とSi含有量の関係に加えて、Si量が一定量を超えるとAl-Si系の金属間化合物の晶出により延性が低下するので、Mg含有量とSi含有量の比（Mgの質量／Siの質量）は0.1以上とした。この比は、特に、0.15以上であるのが好ましい。
【００２５】
本発明によるダイカスト用アルミニウム合金は、上記成分組成を備え、MgとMnの添加による固溶強化と、MgとSiの添加による自然時効の析出強化により十分な強度が得られると同時に、伸びに対して有害なFeを所定の限度内に低減し、Mnの添加によってFe化合物の悪影響を最小限にとどめて十分な延性を確保すると共に、Feの低減による金型への耐焼きつき性を向上させている。そのため、当該アルミニウム合金を用いることによって、鋳造後に溶体化処理や人工時効処理等の熱処理を施すこと無く、高い強度と伸びを備えたアルミニウムダイカスト製品を安定的に得ることができる。
【００２６】
従って、本発明によるダイカスト用非熱処理アルミニウム合金を用いて自動車のサスペンションアームなどのサスペンション取り付け部、サブフレーム又はサスペンションのリンク部品などの自動車用車体部品を好適に鋳造することができる。
【００２７】
また、上記ダイカスト用非熱処理アルミニウム合金を用いて、これらのアルミニウムダイカスト製品を鋳造するに際しては、高真空ダイカスト法を用いることが望ましい。すなわち、高真空ダイカスト法の適用によって、製品中へのガスの巻き込みが低減され、本発明合金が有する優れた機械的性質、特に伸び及び靭性を最大限に活かしたアルミニウムダイカスト製品が得られる。
【００２８】
本発明に基づくダイカスト用非熱処理アルミニウム合金は、合金成分として、Si、Mg、Mn、Fe、Tiをそれぞれ所定範囲で含有するので、Mgの添加による固溶強化及びダイカストの鋳造後の自然時効により十分な強度が得られ、同時に、伸びに対して有害なFeを可能な限り低減してより優れた延性を確保することができ、さらにはTiの添加により初晶α（Al）相を微細化して高い強度と伸びを備えたダイカスト製品を得ることができるという優れた効果をもたらすものである。
【００２９】
本発明に基づくさらに好ましいダイカスト用非熱処理アルミニウム合金は、上記のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金において、Tiの含有量を、さらに0.10質量%〜0.20質量%の範囲に限定して、初晶α（Al）相をさらに微細化して一層高い強度と伸びを備えたダイカスト製品を得ることができる。
【００３０】
本発明に基づく他のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金は、Tiの含有量を0.05質量%〜0.20質量%の範囲に限定し、さらに質量比で0.001質量%〜0.10質量%のBを含み、また、本発明に基づくさらに他のダイカスト用非熱処理アルミニウム合金は質量比で0.05質量%〜0.30質量%のZrを含むことによって、初晶α（Al）相を微細化して高い強度と伸びを備えたダイカスト製品を得ることができる。
【００３１】
本発明が提供するアルミニウムダイカスト製品の製造方法は、上記のアルミニウム合金の鋳造に際して、高真空ダイカスト法を用いることで、特に伸びや靭性に優れたアルミニウムダイカスト製品を得ることができる。
【００３２】
本発明が提供するアルミニウムダイカスト製品は、上記アルミニウムダイカスト製品の製造方法によるものであり、ダイカスト鋳造後に溶体化処理を施す事無く、優れた機械的性質を備えたダイカスト製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
［試験１］
表１に示す組成のアルミニウム合金を750°Cで溶製した後、介在物の除去と脱ガスを目的として、アルゴンガスによるバブリング処理を実施した。
【表１】
2005082865.tif 000003
【００３５】
次に、溶製したアルミニウム合金材料を720°Cの温度までそれぞれ自然冷却した後、鋳物の製品部が図１に示すような形状となる鉄製の鋳造割れ評価用鋳型に重力鋳造を行った。
【００３６】
そして、重力鋳造後に、得られた鋳物の温度が100°C以下程度となるまで当該鋳型中で冷却を行い、図２に示すような位置に発生した割れの数を調査することによって、これらアルミニウム合金の鋳造割れに関する性能（耐鋳造割れ性）を評価した。このときの割れの数を合金中のSi含有量に対して整理した結果を図３に示す。
【００３７】
図３は、Siの添加量の増加に伴って割れの数が抑制されて耐鋳造割れ性が改善されることを示している。
【００３８】
図３によれば、本発明の実施例はいずれも鋳造割れがまったく発生していない。これに対して、比較例１と２では鋳造割れが発生しており、鋳造性に問題があることが示されている。比較例３と４については、鋳造割れが発生していないので、鋳造性に関しては良好な性能を有しているということができる。しかし、後に述べるように、比較例３と４は伸びが不十分であるために、結果的に鋳造材として所望の特性を有すると評価することはできない。
【００３９】
［試験２］  
上述の実施例と同様に、表２に示す組成のアルミニウム合金を750°Cで溶製した後、介在物の除去と脱ガスを目的としてアルゴンガスバブリング処理を実施した。表２に示した実施例の組成は、何れも表１に示した実施例の組成とは異なるが、表２に示した比較例の６と７は、表１に示した比較例の３と４と同一であることに注意されたい。
【表２】
2005082865.tif 000004
【００４０】
次に、型締め力320トンの高真空ダイカスト装置を使用し、金型に粉体離型剤を塗布した後、鋳造圧力60Mpa、高速射出速度3.5m、スリーブ内真空度0.96気圧、真空バルブ部の真空度0.95気圧の条件で各アルミニウム合金のダイカスト鋳造を実施した。なお、鋳造時の溶湯温度は680°Cであり、鋳造に使用した金型の製品形状は、50ｍｍ×130ｍｍ×2ｍｍの平板状とした。
【００４１】
その後、上記平板ダイカスト材のそれぞれからJIS No. 13B号引張試験片を切り出し、静的引張試験に供した。
【００４２】
上記試験の結果を表3に示す。
【表３】
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【００４３】
表３は、本発明に基づく合金を使用したアルミニウムダイカスト材が優れた機械的性質を有することを示すものである。これは、MgとMnの添加による固溶強化及びMgとSiの添加による析出強化による強度向上と、Feを可能な限り低減するとともにMnを添加することによりFeの悪影響を最小限にとどめていることによる伸びの向上によるものと考えられる。さらには、Ti、Ti+B、あるいはZrの添加による機械的性質の向上が確認された。
【００４４】
ダイカスト用のアルミニウム合金からなる鋳造製品は耐力と伸びのバランスが優れていることが必要であるが、特に、ダイカスト製品を自動車のサスペンションアーム、サブフレームまたはサスペンションのリンク部品として使用することを考慮すると、120MPa以上の耐力と10％以上の伸びが確保されていることが重要である。この点について考慮すると、表３に示した本発明の実施例はいずれも必要な特性を有するものであり、比較例はいずれも耐力については優れているものの伸びが不十分である。
【００４５】
表３に示した引張試験結果を、含有するMgの量とSiの量との比との関係で整理したものが図４である。図４に示されているように、Mgの量とSiの量との比（Mgの質量／Siの質量）が0.1〜0.5の範囲では、優れた強度と伸びが安定して認められた。しかし、この範囲であっても、Siの量が5質量%を超えると伸びが著しく低下していることが分かる。
【００４６】
図４において、比較例５は、耐力が143MPa、伸びが13.4％であるために、これらの値を見る限り上述の所望の特性を有しているかのように見える。しかし、比較例５は、Si：1.0、Mg：2.4を含有し、Mgの量とSiの量との比は2.4である。この値は、表１の比較例１にほぼ相当するものであり、図３に示す鋳造割れ試験の結果は、比較例５には多くの鋳造割れが生じることを示している。したがって、比較例５もまた所望の特性を有するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】鋳造割れ評価用の鋳型を示す概念図である。
【図２】鋳造割れの発生状況を示す概念図である。
【図３】合金中のSi含有量と鋳造割れの数の関係を示すグラフである。
【図４】引張試験結果と含有するMgの量とSiの量との比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０        鋳造割れ評価用の鋳型
２０        鋳造割れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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