(57)【要約】【課題】低熱伝導性のアルミニウム合金材料の実現。【解決手段】Ｃｕが２．０〜４．０重量％、Ｓｉが７．０〜１０．０重量％、Ｍｇが０．２〜０．４重量％、Ｆｅが０．４〜１．２重量％、Ｍｎが０．７５〜２．５重量％、Ｔｉが０．４〜１．０重量％と、０．１〜０．４重量％のＣｒ及び０．１〜０．２重量％のＶの少なくともいずれかと、を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる低熱伝導性アルミニウム合金材料。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕが２．０〜４．０重量％、Ｓｉが７．０〜１０．０重量％、Ｍｇが０．２〜０．４重量％、Ｆｅが０．４〜１．２重量％、Ｍｎが０．７５〜２．５重量％、Ｔｉが０．４〜１．０重量％と、０．１〜０．４重量％のＣｒ及び０．１〜０．２重量％のＶの少なくともいずれかと、を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする低熱伝導性アルミニウム合金材料。
【請求項２】
Ｔｉの含有量を０．４〜０．７重量％としたことを特徴とする請求項１に記載の低熱伝導性アルミニウム合金材料。
【請求項３】
Ｆｅの含有量を０．４〜０．６重量％、Ｍｎの含有量を０．７５〜１．２５重量％としたことを特徴とする請求項２に記載の低熱伝導性アルミニウム合金材料。
【請求項４】
Ｃｒの含有量を０．２〜０．３重量％としたことを特徴とする請求項３に記載の低熱伝導性アルミニウム合金材料。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の低熱伝導性アルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物を鋳放したことを特徴とする鋳造品の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の低熱伝導性アルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物にＪＩＳ規格によるＴ４若しくはＴ５熱処理を施したことを特徴とする鋳造品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低熱伝導性のアルミニウム合金材料やその合金材料からなる鋳造品の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動車用エンジン部品には、熱伝導率が低く耐磨耗性の高い鋳鉄等の鉄系材料が用いられている。しかしながら、鉄系材料では重量が重くなる。
【０００３】
そこで、最近では、自動車用エンジン部品（例えば、レシプロエンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド、ロータリエンジンのロータハウジング）にも高熱導率且つ軽量な鋳造用アルミニウム合金（例えば、ＪＩＳ ＡＣ４Ｂ）が用いられている。しかしながら、高熱伝導率のアルミニウム合金を用いると燃焼室が冷え易くなることから熱効率（燃費）が悪化することがある。
【０００４】
上記鋳造用アルミニウム合金に関連して、特許文献１には、自動車用モータ部品を高電気抵抗率の素材で構成するため、Ｓｉを１０〜１２重量％、Ｍｇを４〜６重量％、Ｍｎを０．５〜３重量％、Ｃｕを４〜６重量％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる高電気抵抗率の鋳造用アルミニウム合金が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１３９４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記電気抵抗率と熱伝導率とは関連性があるものの、特許文献１の用途は自動車用モータ部品であり、その化学成分は低熱伝導率を主眼としたものではないため、高電気抵抗率の材料であってもその材料が所望の低熱伝導率をも有するとは必ずしも言えない。よって、高熱伝導率のアルミニウム合金を用いた場合の熱効率の悪化を解決するものではない。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、その目的は、低熱伝導性のアルミニウム合金材料やその合金材料からなる鋳造品の製造技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第１の形態は、Ｃｕが２．０〜４．０重量％、Ｓｉが７．０〜１０．０重量％、Ｍｇが０．２〜０．４重量％、Ｆｅが０．４〜１．２重量％、Ｍｎが０．７５〜２．５重量％、Ｔｉが０．４〜１．０重量％と、０．１〜０．４重量％のＣｒ及び０．１〜０．２重量％のＶの少なくともいずれかと、を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる。
【０００８】
この形態によれば、鋳造用アルミニウム合金の熱伝導率を低く抑えることができる。
【０００９】
また、第２の形態では、Ｔｉの含有量を０．４〜０．７重量％とした。この形態によれば、添加元素中のＴｉを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化を図ると共に、所望の強度を付加することができる。
【００１０】
また、第３の形態では、Ｆｅの含有量を０．４〜０．６重量％、Ｍｎの含有量を０．７５〜１．２５重量％とした。この形態によれば、添加元素中のＦｅ、Ｍｎを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化及び高強度化を更に促進させることができる。
【００１１】
また、第４の形態では、Ｃｒの含有量を０．２〜０．３重量％とした。この形態によれば、添加元素中のＣｒを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化及び高強度化を更に促進させることができる。
【００１２】
また、第５の形態では、上記いずれかの形態の低熱伝導性アルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物を鋳放して製造する。この形態によれば、低熱伝導率のアルミニウム合金鋳造品を製造することができる。
【００１３】
また、第６の形態では、上記のいずれかの形態の低熱伝導性アルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物にＪＩＳ規格によるＴ４若しくはＴ５熱処理を施して製造する。この形態によれば、熱処理により低熱伝導率化と機械的性質（引張強度）とを両立したアルミニウム合金鋳造品を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低熱伝導性のアルミニウム合金材料やその合金材料からなる鋳造品の製造技術を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１７】
［化学成分について］
図１は本発明に係る一実施例と比較例の夫々の化学成分を示す図である。
【００１８】
図１において、比較例１〜９は添加元素としてＣｕ（銅）、Ｓｉ（珪素）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、及びＴｉ（チタン）を加え、比較例１１〜１９は上記添加元素に更にＣｒ（クロム）及びＶ（バナジウム）の少なくともいずれかを加えたものであり、いずれも残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。また、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｈ５２０２）によるアルミニウム合金鋳物ＡＣ４Ｂを参考例として示している。
【００１９】
図２（ａ）は比較例１〜９の熱伝導率とＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＴｉの含有量との関係、図２（ｂ）は比較例１１〜１９の熱伝導率とＣｒ、Ｖ、及びＭｎの含有量との関係を夫々示す図である。また、図３（ａ）は比較例１〜９の引張強度とＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＴｉの含有量との関係、図３（ｂ）は比較例１１〜１９の引張強度とＣｒ、Ｖ、及びＭｎの含有量との関係を夫々示す図である。
【００２０】
＜Ｓｉの含有量について＞
図２（ａ）において、Ｓｉの含有量が７．０〜１０．０重量％の範囲では、Ｓｉを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向がある。一方、図３（ａ）において、Ｓｉの含有量が７．０〜１０．０重量％の範囲では、Ｓｉの含有量にかかわらず引張強度は増加するか、大きい値で略一定に維持される。従って、Ｓｉの含有量を７．０〜１０．０重量％の範囲としている。
【００２１】
＜Ｆｅの含有量について＞
図２（ａ）において、Ｆｅの含有量（含有率）が０〜１．０重量％の範囲では、Ｆｅを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向がある。一方、図３（ａ）において、Ｆｅの含有量が０〜０．５重量％の範囲では引張強度は増加するものの、０．５〜１．０重量％の範囲になると反対に低下する傾向がある。従って、低熱伝導率化の観点ではＦｅの含有量は０．４〜１．２重量％の範囲で十分効果があると考えられるが、引張強度をも考慮するとＦｅの含有量は０．４〜０．６重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２２】
＜Ｍｎの含有量について＞
図２（ａ）において、Ｍｎの含有量が０〜２．０重量％の範囲では、Ｍｎを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向がある。一方、図３（ａ）において、Ｍｎの含有量が０〜１．０重量％の範囲では引張強度は大きな値で略一定に維持されるものの、１．０〜２．０重量％の範囲になると反対に急激に低下する傾向がある。
【００２３】
更に、図２（ｂ）において、Ｍｎの含有量が０．５〜１．０重量％の範囲では、Ｍｎを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向がある。一方、図３（ｂ）において、Ｍｎの含有量が０．５〜１．０重量％の範囲では引張強度は大きな値で略一定に維持されるものの、１．０〜１．５重量％の範囲になると反対に急激に低下する傾向がある。
【００２４】
従って、低熱伝導率化の観点ではＭｎの含有量は０．７５〜２．５重量％の範囲で十分効果があると考えられるが、引張強度をも考慮するとＭｎの含有量は０．７５〜１．２５重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
＜Ｔｉの含有量について＞
図２（ａ）において、Ｔｉの含有量が０〜０．５重量％の範囲では、Ｔｉを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向があるものの、０．５〜１．０重量％の範囲になると反対に増加する傾向がある。一方、図３（ａ）において、Ｔｉの含有量が０〜１．０重量％の範囲では引張強度は大きな値で略一定に維持されるか、増加する傾向がある。従って、引張強度の観点ではＴｉの含有量は０．４〜１．０重量％の範囲で十分効果があると考えられるが、低熱伝導率化を考慮するとＴｉの含有量は０．４〜０．７重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
＜Ｃｒ及びＶの含有量について＞
図２（ｂ）において、Ｃｒの含有量が０〜０．２５重量％の範囲では、Ｃｒを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向があるものの、０．２５〜０．５重量％の範囲になると反対に増加する傾向がある。一方、図３（ｂ）において、Ｃｒの含有量が０〜０．２５重量％の範囲では引張強度は大きな値から緩やかに低下するが、０．２５〜０．５重量％の範囲になると急激に低下する傾向がある。従って、低熱伝導率化の観点ではＣｒの含有量は０．１〜０．４重量％の範囲で十分効果があると考えられるが、引張強度をも考慮するとＣｒの含有量は０．２〜０．３重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２７】
また、図２（ｂ）において、Ｖの含有量が０〜０．１５重量％の範囲では、Ｖを多く含有するほど熱伝導率は低下する傾向がある。一方、図３（ｂ）において、Ｖの含有量が０〜０．１５重量％の範囲では引張強度は大きな値から緩やかに低下する傾向がある。従って、低熱伝導率化及び引張強度の増加のいずれも考慮するとＶの含有量は０．１〜０．２重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
尚、Ｃｒ及びＶの少なくともいずれかを添加してもよい。即ち、ＣｒとＶの両方を添加することが最も効果的ではあるが、Ｃｒだけを添加してもよい。Ｖは高融点金属でアルミニウムとの融点差が大きいことから多量に添加しても合金化自体が難しい。また、他の添加元素に比べて高価であることから、Ｖだけを添加するとしても０．１〜０．２重量％程度の少量にすることが好ましい。
【００２９】
＜Ｍｇについて＞
ＭｇはＳｉと結合してＭｇ2Ｓｉという化合物として組織中に析出し、強度の向上に寄与する一方、Ｍｇを入れすぎるとアルミニウム合金が脆弱化してしまう。従って、Ｍｇの含有量は、参考例であるＡＣ４Ｂと同程度の０．２〜０．４重量％とした。
【００３０】
＜Ｃｕについて＞
ＣｕはＡｌと結合して化合物を作ってＭｇと同様に強度の向上に寄与するが、少なすぎると強度の向上が小さく、多すぎると耐食性が悪化してしまう。従って、Ｃｕの含有量は、参考例であるＡＣ４Ｂと同程度の２．０〜４．０重量％とした。
【００３１】
＜Ａｌについて＞
Ａｌは自動車用エンジン部品等の軽量化に寄与する元素であるので、Ａｌ及びその他の不可避不純物を残部となる。
【００３２】
上記実施形態によれば、Ｃｕが２．０〜４．０重量％、Ｓｉが７．０〜１０．０重量％、Ｍｇが０．２〜０．４重量％、Ｆｅが０．４〜１．２重量％、Ｍｎが０．７５〜２．５重量％、Ｔｉが０．４〜１．０重量％と、０．１〜０．４重量％のＣｒ及び０．１〜０．２重量％のＶの少なくともいずれかと、を含有した。これにより、鋳造用アルミニウム合金の熱伝導率を低く抑えることができる。
【００３３】
また、Ｔｉの含有量を０．４〜０．７重量％とすると、添加元素中のＴｉを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化を図ると共に、所望の強度を付加することができる。
【００３４】
また、Ｆｅの含有量を０．４〜０．６重量％、Ｍｎの含有量を０．７５〜１．２５重量％とすると、添加元素中のＦｅ、Ｍｎを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化及び高強度化を更に促進させることができる。
【００３５】
また、Ｃｒの含有量を０．２〜０．３重量％とすると、添加元素中のＣｒを材料の機械的性質（引張強度）を悪化させないような含有量とし、低熱伝導率化及び高強度化を更に促進させることができる。
【００３６】
［製造方法について］
図４は本実施例、比較例１〜１９、参考例１の鋳造品の室温時の熱物性値と熱処理との関係を示す図、図５は図４の結果を棒グラフで表した図である。また、図６は本実施例、比較例１〜１９の鋳造品の引張強度と熱処理との関係を示す図、図７は図６の結果を棒グラフで表した図である。
【００３７】
本実施例のアルミニウム合金鋳造品は、完成品としての用途や寸法等に応じて砂型鋳造等の一般的な鋳造法により製造される。
【００３８】
図４及び図５に示すように、本実施例を鋳造し、その鋳造品に対して鋳放し（Ｆ）、Ｏ、Ｔ４〜Ｔ７の各熱処理を施した場合において、熱伝導率λ及び熱拡散率ａが最も低くなるのは鋳放し（Ｆ）の状態であり、次に低い順にＴ５、Ｏ、Ｔ４と続く。
【００３９】
また、図６及び図７に示すように、機械的性質としての引張強度が最も大きくなるのはＴ６、次に大きい順にＴ４、Ｔ７、鋳放し（Ｆ）、Ｔ５と続く。
【００４０】
以上の結果において、低熱伝導率化の観点では鋳放し（Ｆ）、Ｏ、Ｔ５、Ｔ４までが効果があると考えられる。一方、機械的性質の観点ではＴ６、Ｔ４、鋳放し（Ｆ）、Ｔ５までが最適である。従って、低熱伝導率化と機械的性質とを両立させるためには、鋳造後のアルミニウム合金鋳物に、Ｔ４又はＴ５熱処理を施すことが好ましい。
【００４１】
尚、上記Ｏ、Ｔ４〜Ｔ７の各熱処理は、下記に概略を示すように、ＪＩＳ規格に準拠している（ＪＩＳ Ｈ０００１、ＪＩＳハンドブック非鉄  ２００１年参照）。
【００４２】
熱処理条件：内容
Ｏ：３８０℃×４ｈｒ→空冷
Ｔ４：４８５℃×６ｈｒ→水冷
Ｔ５：２２０℃×６ｈｒ→空冷
Ｔ６：４８５℃×６ｈｒ→水冷、１８０℃×６ｈｒ→空冷
Ｔ７：４９８℃×４ｈｒ→水冷、２４０℃×４ｈｒ→空冷
上記実施形態によれば、上記化学成分のアルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物を鋳放して製造することにより、低熱伝導率のアルミニウム合金鋳造品が得られる。
【００４３】
また、上記化学成分でアルミニウム合金材料を鋳造した後、鋳造された鋳物にＪＩＳ規格によるＴ４若しくはＴ５熱処理を施して製造することにより、熱処理により低熱伝導率化と機械的性質とを両立したアルミニウム合金鋳造品が得られる。
【００４４】
［適用部品について］
本実施形態或いは実施例として例示したアルミニウム合金材料は、主にレシプロエンジンではシリンダブロック、シリンダヘッド、及びピストン等、ロータリエンジンではロータやロータハウジング、サイドハウジング等の自動車用エンジン部品であって、高い熱効率が必要とされる鋳造品に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る一実施例と比較例の夫々の化学成分を示す図である。
【図２】（ａ）は比較例１〜９の熱伝導率とＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＴｉの含有量との関係、（ｂ）は比較例１１〜１９の熱伝導率とＣｒ、Ｖ、及びＭｎの含有量との関係を夫々示す図である。
【図３】（ａ）は比較例１〜９の引張強度とＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、及びＴｉの含有量との関係、（ｂ）は比較例１１〜１９の引張強度とＣｒ、Ｖ、及びＭｎの含有量との関係を夫々示す図である。
【図４】本実施例、比較例１〜１９、参考例１の鋳造品の室温時の熱物性値と熱処理との関係を示す図である。
【図５】図４の結果を棒グラフで表した図である。
【図６】本実施例、比較例１〜１９の鋳造品の引張強度と熱処理との関係を示す図である。
【図７】図６の結果を棒グラフで表した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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