(57)【要約】      （修正有）【課題】高熱及び高い機械的ストレス下での鋳造のための、高温において優れたクリープ強度を備えた圧力ダイカスト方法によるシリンダークランクケースの生産に特に適したAlMgSi型のアルミニウム合金を提供する。【解決手段】マグネシウム及びシリコンの含有量（ｗｔ％）が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;Si][8.5;2,7][8.5;4,7][6.3;2,7][6.3;3.4]である多角形Ａにより限定され、またその合金が以下のものを含むアルミニウム合金による。Ｍｎ：０．１〜１％、Ｆｅ：１％以下、Ｃｕ：３％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｃｏ：０．６％以下、Ｚｎ：０．２％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｂｅ：０．００８％以下、Ｖ：０．５％以下、残部：不純物を０．２％以下含むアルミニウム合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱及び高い機械的ストレス下での鋳造のための、高温において優れたクリープ強度を備えたAlMgSi型のアルミニウム合金であって、
%  w/wの単位での合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;  Si]  [8.5;  2,7]  [8.5;  4,7]  [6.3;  2,7]  [6.3;  3.4]である多角形Ａにより限定され、またその合金が以下のものを含むことを特徴とするアルミニウム合金。
0.1〜1%  w/w      マンガン
最大1%  w/w        鉄
最大3%  w/w        銅
最大2%  w/w        ニッケル
最大0.5%  w/w      クロム
最大0.6%  w/w      コバルト
最大0.2%  w/w      亜鉛
最大0.2%  w/w      チタニウム
最大0.5%  w/w      ジルコニウム
最大0.008%  w/w    ベリリウム
最大0.5%  w/w      バナジウム
更なる要素、及び製造に伴うそれぞれ最大0.05%  w/wかつ合計で最大0.2%  w/wの不純物を含む残留物としてのアルミニウム。
【請求項２】
6.9〜7.9%  w/wのMg、好ましくは7.1〜7.7%  w/wのMgを含むことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
3.0〜3.7%  w/wのSi、好ましくは3.1〜3.6%  w/wのSiを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
%  w/wの単位での合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;  Si]  [7.9;  3,0]  [7.9;  3,7]  [6.9;  3,0]  [6.9;  3,7]  である多角形Ｂにより限定されることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
%  w/wの単位での合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;  Si]  [7.7;  3.1]  [7.7;  3,6]  [7.1;  3,1]  [7.1;  3,6]である多角形Ｃにより限定されることを特徴とする請求項４記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
0.4〜1%  w/wのFe、好ましくは0.5〜0.7%  w/wのFeと、0.1  〜0.5%  w/wのMn、好ましくは0.3〜0.5%  w/wのMnを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
最大0.20%  w/wのFe、好ましくは0.15%  w/wのFeと、0.5〜1%  w/wのMn、好ましくは0.5〜0.8%  w/wのMnを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
0.2〜1.2%  w/wのCu、好ましくは0.3〜0.8%  w/wのCu、特に0.4〜0.6%  w/wのCuを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
0.8〜1.2%  w/wのNiを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
最大0.2%  w/wのCr、好ましくは最大0.05%  w/wのCrを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
0.3〜0.6%  w/wのCoを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
0.05〜0.15%  w/wのTiを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
0.1〜0.4%  w/wのZrを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
0.02〜0.15%  w/wのV、好ましくは0.02〜0.08%  w/wのV、特に0.02〜0.05%  w/wのV、及び60  ppm未満のBeを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１５】
高熱及び高い機械的ストレス下で、圧力ダイカスト、型鋳造、又は砂型鋳造により生産される部品のための請求項１〜１４のいずれかに記載のアルミニウム合金の使用。
【請求項１６】
圧力ダイカスト方法により生産された自動車エンジン構造におけるシリンダークランクケースのための請求項１５記載の使用。
【請求項１７】
圧力ダイカスト方法により生産された自動車構造における安全部品のための請求項１〜１４のいずれかに記載のアルミニウム合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高熱及び高い機械的ストレスにさらされる鋳造部品の製造のための、高温において優れたクリープ強度を備えたAlMgSi型のアルミニウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル燃料の燃焼の改良と、より高い特定の出力を達成する目的で、ディーゼルエンジンを更に開発することにより、特により高い爆発圧が導かれ、その結果、脈動する機械的負荷がシリンダークランクケースにかかり、材料に非常に高い要求が課されることとなる。高い疲労強度のみならず、材料の高温での優れた耐久性強度は、シリンダークランクケースの生産において、その材料を使用するための更なる必要条件である。
【０００３】
AlSi合金は、高熱ストレス下の部品として今日一般に使用されているが、この高温強度は、合金に銅を添加することによって達成されている。しかしながら、銅はまた高温脆性を増加させ、可鍛性にマイナスの効果をもたらす。特に高温強度が要求される利用は、主に自動車エンジンのシリンダーヘッドの分野に見いだされる。例えば、
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を参照。
【０００４】
シリンダーヘッドの生産のための高温AlMgSi合金は、US-A-3868250により知られている。その合金は、通常の添加物に加えて、0.6〜4.5%  w/wのSi、2.5〜11%  w/wのMg、そのうち1〜4.5%  w/wのfree  Mg、0.6〜1.8%  w/wのMnを含んでいる。
【０００５】
WO-A-9615281には、3.0〜6.0%  w/wのMg、1.4〜3.5%  w/wのSi、0.5〜2.0%  w/wのMn、最大0.15%  w/wのFe、最大0.2%  w/wのTi、及びそれぞれ最大0.02%  w/wかつ合計で0.2%  w/wの更なる不純物を含む残留物としてのアルミニウムが記載されている。その合金は、機械特性に高い要求がされる部品の生産に適している。その合金の処理は、圧力ダイカスト、シキソ鋳造又はシキソ鍛造によることが好ましい。
【０００６】
圧力ダイカスト、圧搾鋳造、シキソフォーミング、又はシキソ鍛造による安全部品の生産のための同様のアルミニウム合金は、WO-A-0043560により知られている。その合金は、2.5〜7.0%  w/wのMg、1.0〜3.0%  w/wのSi、0.3〜0.49%  w/wのMn、0.1〜0.3%  w/wのCr、最大0.15%  w/wのTi、最大0.15%  w/wのTi、最大0.15%  w/wのFe、最大0.00005%  w/wのCa、最大0.00005%  w/wのNa、最大0.0002%  w/wのP、それぞれ最大0.02%  w/wの更なる不純物、及び残留物としてのアルミニウムを含んでいる。
【０００７】
EP-A-1234893により知られるAlMgSi型の鋳造合金は、3.0〜7.0%  w/wのMg、1.7〜3.0%  w/wのSi、0.2〜0.48%  w/wのMn、0.15〜0.35%  w/wのFe、最大0.2%  w/wのTi、また任意に0.1〜0.4%  w/wのNi、並びに残留物としてのアルミニウム、及びそれぞれ最大0.02%  w/wかつ合計で最大0.2%  w/wの製造に伴う不純物を含み、更に、合金のマグネシウムとシリコンが、Mg：Siが1.7：1の重量比で本質的に存在し、それは固相のAl及びMg2Siを含む準二元共晶の構成に対応するという条件が付いている。その合金は、圧力ダイカスト、レオ鋳造、シキソ鋳造による自動車の安全部品の生産に適している。
【０００８】
（非特許文献１）
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【特許文献１】US-A-3868250
【特許文献２】WO-A-9615281
【特許文献３】WO-A-0043560
【特許文献４】EP-A-1234893
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、高熱及び高い機械的ストレス下での部品生産のために高温において優れたクリープ強度を備えたアルミニウム合金を提供することである。その合金は、特に圧力ダイカストに適したものであるべきであり、また重力ダイカスト、低圧ダイカスト、及び砂型鋳造に適したものであるべきである。
【００１０】
本発明の特別な目的は、内燃機関、特にディーゼルエンジンのシリンダークランクケースのための、圧力ダイカストにより生産されたアルミニウム合金を供給することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
合金から鋳造された部品は、高い強度とともに高い延性を示すべきである。部品の目指す機械特性は、次のように定義される。
【００１２】
歪み限界      Rp0.2＞  170  MPa
張力          Rm    ＞  230  MPa
破断伸び      A5    ＞  6%
【００１３】
合金の可鋳性は、現在使用されているAlSiCuの鋳造合金の可鋳性と同等なものであるべきであり、その合金は、いかなる高温脆性の傾向をも示すべきではない。
【００１４】
本発明の目的は、%  w/wの単位での合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;  Si]  [8.5;  2,7]  [8.5;  4,7]  [6.3;  2,7]  [6.3;  3.4]である多角形Ａにより限定され、またその合金が以下のものを含む本発明による解決で達成される。
0.1〜1%  w/w      マンガン
最大1%  w/w        鉄
最大3%  w/w        銅
最大2%  w/w        ニッケル
最大0.5%  w/w      クロム
最大0.6%  w/w      コバルト
最大0.2%  w/w      亜鉛
最大0.2%  w/w      チタニウム
最大0.5%  w/w      ジルコニウム
最大0.008%  w/w    ベリリウム
最大0.5%  w/w      バナジウム
更なる要素、及び製造に伴うそれぞれ最大0.05%  w/wかつ合計で最大0.2%  w/wの不純物を含む残留物としてのアルミニウム。
【００１５】
次の要素の範囲は、合金に用いられる主たる要素、MgとSiのために好ましい。
【００１６】
Mg    6.9〜7.9%  w/w  、特に7.1〜7.7%  w/w
Si    3.0〜3.7%  w/w  、特に3.1〜3.6%  w/w
【００１７】
%  w/wの単位での合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量が、デカルトの座標系において、座標が[Mg;  Si]  [7.9;  3,0]  [7.9;  3,7]  [6.9;  3,0]  [6.9;  3,7]  である多角形Ｂにより限定された合金が特に好ましく、とりわけ座標が[Mg;  Si]  [7.7;  3.1]  [7.7;  3,6]  [7.1;  3,1]  [7.1;  3,6]である多角形Ｃにより限定された合金が好ましい。
【００１８】
合金に用いられる要素のMn及びFeは、鋳物の型への接着を防止する。鉄の含有量をより多くすることで、伸長性が低減するという犠牲はあるが、より高い高温強度を得ることができる。Mnはまた、熱硬化に大きく貢献する。したがって、適用する分野により、合金に用いられる要素のFe及びMnは、次のようにお互いにバランスをとるようにすることが好ましい。
【００１９】
0.4〜1%  w/wのFe、特に0.5〜0.7%  w/wのFeの含有量と、0.1  〜0.5%  w/wのMn、特に0.3〜0.5%  w/wのMnの含有量を用意する。
【００２０】
最大0.2%  w/wのFe、特に0.15%  w/wのFeの含有量と、0.5〜1%  w/wのMn、特に0.5〜0.8%  w/wのMnの含有量を用意する。
【００２１】
次の含有量の範囲は、合金に用いられる更なる要素のために好ましい。
【００２２】
Cu      0.2〜1.2%  w/w、好ましくは0.3〜0.8%  w/w、特に0.4〜0.6%  w/w
Ni      0.8〜1.2%  w/w
Cr      最大0.2%  w/w、好ましくは最大0.05%  w/w
Co      0.3〜0.6%  w/w
Ti      0.05〜0.15%  w/w
Fe      最大0.15%  w/w
Zr      0.1〜0.4%  w/w
【００２３】
銅は、強度の更なる上昇をもたらすが、含有量の増加は、合金の腐食性の悪化を導く。
【００２４】
コバルトの付加により、合金の脱型性が更に改善される。
【００２５】
チタニウム及びジルコニウムは、粒子の精錬に役立つ。優れた粒子の精錬は、鋳造特性及び機械特性の改良に大きく貢献する。
【００２６】
バナジウムを伴うベリリウムは、ドロス（浮きかす）の形成を減らす。0.02〜0.15%  w/wのV、好ましくは0.02〜0.08%  w/wのV、特に0.02〜0.05%  w/wのVと、60  ppm未満のBeを加えると十分である。
【００２７】
本発明に係るアルミニウム合金の好ましい適用分野は、高熱及び高い機械的ストレス下での、圧力ダイカスト、型鋳造又は砂型鋳造による部品の生産、特に圧力ダイカスト方法で生産された自動車のエンジンのシリンダークランクケースの生産である。
【００２８】
本発明に係る合金はまた、単一段階の熱処理を行えば、別の溶液で赤熱（焼きなまし）することなく、自動車の構造における構成部品のために要求される機械特性を満足する。
【００２９】
本発明の更なる利点、特徴及び詳細は、以下の好ましい実施形態の記載及び次に示す図面に見ることができる。
【００３０】
図１は、合金に用いられる要素のMg及びSiの含有量の限界を示す図である。
【００３１】
図１に示される多角形Ａは、合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量の範囲を定義しており、多角形ＢとＣは、好ましい範囲を示している。直線Ｅは、準二元共晶のAl-Mg2Siの組成に対応する。このように、本発明に係る合金の構成は、マグネシウムの過剰側にある。
【００３２】
本発明に係る合金は、異なる壁厚の圧力ダイカスト板に鋳造された。引張強さのテストのサンプルは、その圧力ダイカスト板から製造された。機械特性の歪み限界（Rp0.2）、引張強さ（Rm）、破断伸び（A）は次の状態の引張強さのテストのサンプルにより決定された。
【００３３】
F            鋳造状態
Water/F      鋳造状態，脱型後、水で焼き入れ
F＞24  h    鋳造状態，室温で２４時間超貯蔵
Water/F＞24  鋳造状態，脱型後、水で焼き入れ，室温で２４時間超貯蔵
そして、250℃〜380℃の範囲の温度での様々な単一段階の熱処理工程後、及び150℃〜250℃の範囲の温度での長期間の貯蔵の後決定された。
【００３４】
調査した合金を表１に要約する。文字Ａは、銅を添加した合金を示し、文字Ｂは、銅を添加していない合金を示す。
表２は、表１の合金の引張強さのテストのサンプルにより決定された機械特性の結果を示す。
【００３５】
高温で良いクリープ強度を持つ、テーブル１及び２に含まれていない合金は、次の組成（in  %  w/w）を示した。
3.4  Si、0.6  Fe、0.42  Cu、0.32  Mn、7.4  Mg、0.07  Ti、0.9  Ni、0.024  V、及び0.004  Be
【００３６】
長期間のテストの結果は、本発明に係る合金の高温における良いクリープ強度を明らかに示している。90分間350℃〜380℃の単一段階の熱処理後の機械特性は、さらに本発明に係る合金がまた、自動車構造における構成部品のための要求を満たすことを示している。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】合金に用いられる要素のマグネシウム及びシリコンの含有量の限界を示す図である。
【図１】
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【外国語明細書】
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