(57)【要約】  ABSTRACT以下の組成を有するアルミニウム合金：０．２〜１．８重量％のＳｉ、０．２〜１．８重量％のＭｇ、０．３〜２．５重量％のＭｎ、０．２〜１．５重量％のＦｅ、０．０５〜０．７５重量％のＺｒ、０．０３〜０．１８重量％のＴｉ、任意に以下の元素の１種以上：最大０．１重量％のＣｒ、最大０．０５重量％のＣｕ、０．２〜１．８重量％のＺｎ、０．０２〜０．５重量％のＥｒ；ならびに任意に０．０１〜０．２重量％のＴｉおよびＢ含有結晶成長抑制剤；残部は、アルミニウムおよび不可避不純物。  合金は、特に自動車産業のための部品の製造のために、押出、鍛造または永久鋳型中での鋳造により、高い熱安定性を有する部品に適している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
向上した熱安定性を有する部品のための、特にかかる部品を押出、鍛造または永久鋳型中での鋳造によって製造するための、アルミニウム合金であって、合金が以下の組成：
０．２〜１．８重量％のＳｉ
０．２〜１．８重量％のＭｇ
０．３〜２．５重量％のＭｎ
０．２〜１．５重量％のＦｅ
０．０５〜０．７５重量％のＺｒ
０．０３〜０．１８重量％のＴｉ、
任意に以下の元素の１種以上：
最大０．１重量％のＣｒ、
最大０．０５重量％のＣｕ、
０．２〜１．８重量％のＺｎ、
０．０２〜０．５重量％のＥｒ；
ならびに任意に０．０１〜０．２重量％のＴｉおよびＢを含む結晶成長抑制剤；
を有し、残部がアルミニウムおよび不可避不純物である、前記アルミニウム合金。
【請求項２】
Ｍｎ含有量が０．８〜１．５重量％、好ましくは１．２〜１．５重量％であ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３】
Ｆｅ／Ｍｎ比が０．５〜０．７、好ましくは２：３の範囲内であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
Ｓｉ含有量が０．６〜０．８重量％、好ましくは０．７重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
比Ｍｇ／Ｓｉが０．９〜１．１の範囲内、好ましくは１：１であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
Ｚｒ含有量が０．０８〜０．３５重量％、好ましくは０．１〜０．３重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
比Ｔｉ／Ｚｒが０．１５〜１の範囲内、好ましくは１：４であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
Ｃｕを０．０５重量％を超えない、好ましくは０．０３重量％を超えない量において含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
Ｃｒを０．１重量％を超えない、好ましくは０．０８重量％を超えない量において含有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
０．０２〜０．５重量％のＥｒ、好ましくは０．０２〜０．３重量％のＥｒを含有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
Ｚｎ含有量が０．４〜０．８重量％、好ましくは０．５〜０．７重量％であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
Ｚｎ含有量が０．４〜１．２重量％、好ましくは０．６〜１．２重量％、特に１重量％であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
結晶成長抑制剤として、２．７〜３．２重量％のＴｉ、好ましくは２．９〜３．１重量％のＴｉ、および０．６〜１．１重量％のＢ、好ましくは０．８〜０．９重量％のＢを含有するアルミニウムマスター合金を使用することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
マスター合金中のＴｉ／Ｂの重量比が２．５〜３．５の範囲内、好ましくは３：１であることを特徴とする、請求項１３に記載のアルミニウム合金。
【請求項１５】
合金の製造中に、結晶成長抑制剤を合金に、２．７〜３．２重量％のＴｉ、好ましくは２．９〜３．１重量％のＴｉ、および０．６〜１．１重量％のＢ、好ましくは０．８〜０．９重量％のＢを含有するアルミニウムマスター合金の形態において加え、ここでマスター合金が３：１のＴｉ：Ｂ重量比を示し、アルミニウム合金中のマスター合金の比率が０．５〜２ｋｇ／ｔ、好ましくは１．５ｋｇ／ｔであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１６】
少なくとも５５、好ましくは少なくとも６５、より好ましくは少なくとも８０のブリネル硬度（ＨＢＷ５／２５０）を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１７】
その固相線温度が≧６１０℃であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１８】
それを３２５〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃で２〜４２時間、好ましくは６〜２４時間熱処理し、続いて気体または液体媒体中で冷却することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の合金で製造した、特に自動車産業のための部品。
【請求項２０】
永久鋳型中で鋳造することによって、特に圧力ダイ鋳造により、または鍛造によって、または押出により製造されることを特徴とする、請求項１９に記載の部品。
【請求項２１】
１５０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２２０℃で４〜７２時間、好ましくは８〜２４時間熱処理に供することを特徴とする、請求項１９または２０に記載の部品。
【請求項２２】
７０〜１２０の範囲内、特に７５〜９５の範囲内のブリネル硬度（ＨＢＷ５／２５０）を有することを特徴とする、請求項２１に記載の部品。
【請求項２３】
１つ以上の熱接合プロセスによって、好ましくははんだ付け／ろう付けまたは溶接によってさらに加工されていることを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の部品。
【請求項２４】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金の、圧力ダイ鋳造、鍛造または押出による自動車産業のための部品の製造のための使用であって、前記部品を接合プロセスによって、特に熱接合プロセスによって任意にさらに加工する、前記使用。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向上した熱安定性を有する部品のためのアルミニウム合金に関する。 合金から製造した部品は、高熱に曝露した後の高い強度および高い硬度によって特徴づけられる。本発明のアルミニウム合金は、押出、鍛造または永久鋳型中での鋳造によって前述のタイプの部品を製造するのに、ならびに熱接合方法によってこのように製造した部品のさらなる加工のために特に適している。本発明はさらに、前記合金によって製造される部品、および部品、特に自動車産業のための部品の製造のためのこのアルミニウム合金の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
押出および鋳型鋳造は、アルミニウム合金を形成する最も経済的な方法の２つである。
押出において、設計の選択肢は、主に合金のタイプ、利用可能なプロセス力およびプレス方向によって影響され、制限される。押出による成形における別の重要なパラメーターは、プレス温度であり、その高さは、特定の合金組成によって、特に熱適用に対するその耐性によって制限される。成形プロセスの間に合金の局部的な加熱が起こり得るので、部分的な溶融が、特にダイ入口端部の領域において生じ得、それによって、押出製品の機械的特性に影響が及ぶ。
【０００３】
高圧ダイ鋳造において、設計上の限界は、当該方法を挿入可能なコアを使用せずに実現する必要があるため、主に目指す最も単純な可能な部品形状によって影響を受ける。
【０００４】
押し出した部分の品質は、機械設定および工具設計（ダイ幾何学的形状）のみならず、選択した合金系に大いに依存する。特に、ＡｌＭｎ（Ｃｕ）およびＡｌＭｇＳｉ合金系は、押し出した製品のために広く使用される（F. OSTERMANN: "Anwendungstechnologie Aluminium", 第３版、pp 456-457, Berlin 2014）。永久的鋳型プロセス、特にダイ鋳造においてもまた、化学的組成および微細構造は、適用に関して技術的に関連する後の部品特性について決定的な役割を果たす。
【０００５】
鍛造による成形においてもまた、温度上昇が、変形エネルギー−特に過度に高い成形速度において−のために起こり得る。その場合において、局所的な過熱がワークピースにおいて起こり得、それによって微細構造および機械的特性に悪影響が及ぼされる。この成形プロセスでもまた、合金組成の影響は、必須である。
鍛造品を設計するときにさえも、プロセス関連の設計ルールが該当し、それによって設計の選択肢が制限される。
【０００６】
上に記載したように、上に述べた成形方法（押出、鋳型鋳造、鍛造）における設計の自由度に対する限界があり、それは、技術的または経済的理由によるものであり得る。
しかし、特に自動車産業において、成形プロセス、例えば押出または鋳型鋳造などによって、製造することができないか、または経済的に製造することができない、ますます複雑な部品および部品群が、使用されている。
【０００７】
好適な接合方法、特に溶接またははんだ付け／ろう付けのさらなる開発を通じて、アルミニウム合金製の部品についての用途は、より複雑な部品および部品群をこのようにして生産することができるので、大幅に拡大している。
【０００８】
熱接合プロセス、例えば溶接またははんだ付け／ろう付けを、これに関連して通常使用するため、これらの熱接合プロセスにおいて生じる熱応力条件下での材料の信頼性およびその安定性が、必須である。短期間の熱応力に対する材料の耐性は、偶発的な加熱の場合において、および構造物の意図された加熱、例えばはんだ付け／ろう付けまたは溶接の場合において、共に重要である。
【０００９】
一般に、精緻な部品における使用のための高い加工および動作温度で顕著な高温強度を有するアルミニウム合金の開発は、過去においてますます注意が払われてきている。 特に自動車産業において、可能な最も高い温度への曝露を含む方法による加工後に、特に強度および硬度の点において材料の安定性についての需要がある。
【００１０】
これに関連して、所望の機械的特性を達成するために、製造プロセスを経た後にさらなる熱処理を必要としない部品に適したアルミニウム合金についての増加している需要がある。
【００１１】
熱応力に対する増大した耐性は、例えばエンジン部品、例えばピストンにおいて、ますます増大する動作温度のためにまた最上の重要性である。この適用の分野についてもまた、高温での好ましい強度特性が、他の所要の特性、例えば高い耐摩耗性、低い密度、低い熱膨張および良好な鋳造性に加えて要求されている。これらの要求は、現在まで比較的高いＳｉ含有量およびＣｕの混合物を有する鋳造合金で満たされ得るに過ぎない。しかしながら、かかる合金は、空気の封入を形成するそれらの傾向のために圧力ダイ鋳造プロセスにはほとんど適さない。
【００１２】
用語高温強度は、一般に、高温における材料の強度を意味するものと理解される。高温強度の点における最も高い値は、とりわけ２ｘｘｘタイプの合金（ＡｌＣｕ）によって示される。高温強度が、数ある中でＳｉ、Ｃｕ、ＮｉまたはＦｅの量を増加させることによって達成され、しかしながら、それによって、機械的特性（例えば破壊靱性）の低下が生じる（F. OSTERMANN, loc. cit., pp 300-303）。
【００１３】
より高い温度で、微細構造における不可逆的な変化およびしたがって強度の不可逆的な低下のみならず、材料または部品がゆっくり塑性的に変形するクリープ過程もまた、起こり得る。好ましいクリープ特性を有するアルミニウム材料は、３ｘｘｘ、５ｘｘｘおよび６ｘｘｘ合金系の合金の中にある（F. OSTERMANN: "Anwendungstechnologie Aluminium", 第３版、pp 300-304, Berlin 2014）。接合手法、例えば溶接またははんだ付け／ろう付けのために、タイプ４ｘｘｘのアルミニウム合金を、通常使用する。
【００１４】
通常、所要の機械的特性、特に高い硬度は、銅または亜鉛の合金への添加によって達成される。さらに、これらの合金に熱処理を施して、硬化効果による機械的特性の改善を達成する。ここでは、準安定相が形成して、力の適用の際の転位の動きを相殺する。あるいはまた、Ａｌ−Ｍｎ合金を、使用する。
【００１５】
合金のはんだ付け性／ろう付け性についての前提条件は、材料の固相線温度がはんだの液相線温度より高いことである。ろう付けにおいて、作業温度は一般に４４０〜６００℃であり；はんだ付けにおいて、作業温度は４４０℃より低い。
【００１６】
ろう付けプロセスの温度プロファイルは、機械的特性に著しい影響を及ぼす。固相線付近の温度を使用する場合、これによって材料の軟化がもたらされる。強度における増加を、構造体の急速冷却を伴うその後の天然の、または人工的な時効硬化によってのみ達成することができる。
【００１７】
ろう付可能なアルミニウム合金の数は、極めて限定されている。これは、材料の固相線温度がろう付けはんだの液相線温度よりも高くなければならないという上に述べた条件の結果である。普及しているＡｌ−Ｍｎ合金は、熱の影響をより受けにくいが、固相点付近の加工温度では、それらはまた、硬度安定性における弱点を示す。
【００１８】
さらに、高温適用のためのアルミニウム合金が知られており、それは希土類金属の群からの合金元素（例えばＳｃ、Ｅｒ）の添加を含む。これらの希土類金属は、分散質をアルミニウムマトリックス（例えばＡｌ３Ｅｒタイプのもの）中に形成し、それは、高められた使用温度での機械的特性を改善することを意味する。かかる合金は、ＥＰ２１１０４５２Ａ１から知られており、この合金は、高いＣｕ含有量（１．０〜８．０重量％）を有するが、Ｚｎを含まない。
【発明の概要】
【００１９】
上記の要件に鑑み、本発明の目的は、押出、鍛造および永久鋳型における鋳造（特に高圧ダイ鋳造）に適しており、容易に鋳造可能であり、鋳放し状態において、および高熱の短時間の適用中に高い硬度を有するアルミニウム合金を提供することにあった。さらに、合金は、良好な接合特性、特に良好なろう付け性、および高い耐腐食性を有するべきである。さらに、合金は、自動車産業のための部品、特に高められた高温強度を有する部品の製造に適しているべきである。
【００２０】
これらの目的は、独立請求項による、および従属請求項において特定する態様によるアルミニウム合金で、ならびに本発明のアルミニウム合金を用いて製造し、接合プロセス、特に熱接合プロセスによって任意にさらに加工される部品によって達成される。
【００２１】
本発明の合金組成物を使用して、良好な硬度値での、押出部においてのみならず、製作した、または鋳放しの状態における鍛造および加圧ダイ鋳造において高い熱安定性を達成することが可能である。当該合金は、したがって特に、自動車産業のための温度でストレスを加えられた部分を製造するのに、および／または接合方法、特に熱接合プロセス、例えばろう付けまたは溶接によるさらなる加工に適している。（合金の向上した熱安定性のために、押出プロセスまたは他の成形プロセスを、より高い加工速度で、またはより高い圧力で、ワークピースにおいて起こる局部的な過熱を伴わずに行うことができる）。
【００２２】
The inventive alloy has the following composition:本発明の合金は、以下の組成を有する：
０．２〜１．８重量％のＳｉ
０．２〜１．８重量％のＭｇ
０．３〜２．５重量％のＭｎ
０．２〜１．５重量％のＦｅ
０．０５〜０．７５重量％のＺｒ
０．０３〜０．１８重量％のＴｉ。
【００２３】
さらに、合金は、任意にまた以下の元素の１種以上を以下に示す割合において含んでもよい：
最大０．１重量％のＣｒ
最大０．０５重量％のＣｕ
０．２〜１．８重量％のＺｎ
０．０２〜０．５重量％のＥｒ。
【００２４】
さらに、合金は、任意に、ＴｉおよびＢ含有結晶成長抑制剤を、０．０１〜０．２重量％の量において含有してもよい。合金の特定された組成は、依然として影響されない。結晶精錬剤を、好ましくは、合金を述べた成分を含むアルミニウムマスター合金の形態において製造する際に加える。
【００２５】
残部は、アルミニウムおよび不可避不純物からなる。これらの不純物の割合は、好ましくは最大０．０５重量％（個々に）または最大０．１５重量％（合計において）である。驚くべきことに、Ｃｕ含有量を最大０．０５重量％に制限することにより、合金の固相線点が６１０°C.℃より低く低下することを防止することが見出されている。好ましくは、Ｃｕ含有量は、最大０．０３重量％に制限される。
【００２６】
さらに、Ｍｎ含有量を０．３〜２．５重量％の範囲内に、好ましくは０．８〜１．５重量％のＭｎの範囲内に、より好ましくは１．２〜１．５重量％のＭｎの範囲内に調整することにより、高温での高い寸法強度を確保することができ、したがって離型の間に反りがほとんど、または全くないことが予測されることが、見出された。さらに、鋳造法、特に圧力ダイ鋳造による製造の場合において、本発明に従って使用するＭｎ含有量によって、鋳型におけるいかなる固着も防止され、離型性が確実になる。
【００２７】
さらに、驚くべきことに、鉄／マンガン比（重量百分率に基づく）を０．５〜０．７の範囲内、特に０．６〜０．７の範囲内に設定することにより、合金の鋳造性の改善が影響されることが、見出されている。Ｆｅ／Ｍｎ比が２：３（＝０．６７）である場合が、特に有利である。
【００２８】
好ましいケイ素含有量は、０．６〜０．８重量％、特に０．７重量％である。Ｓｉ含有量に関して、Ｓｉ／Ｍｇ比の０．９〜１．１の範囲における調整は、合金の硬度に対して、およびその鋳造性に対して好ましい影響を有することがまた、見出されている。最適な硬度および鋳造性のために、１：１のＳｉ／Ｍｇ比を、好ましくは維持するべきである。
【００２９】
好ましいジルコニウム含量は、０．０８〜０．３５重量％、特に０．１〜０．３重量％である。Ｚｒの含有量に関して、合金の熱安定性および鋳造性を、Ｔｉ／Ｚｒ比が０．１５〜１、好ましくは１：４（＝０．２５）の範囲内である場合にさらに向上させることができることがまた、見出された。
【００３０】
Ｆｅ含有量は、０．２〜１．５重量％、好ましくは０．２〜１．０重量％、特に０．２〜０．８重量％である。Ｆｅ含有量を、好ましくは、上に説明したように、Ｆｅ含有量に依存して調整する（Ｆｅ／Ｍｎ比）。
【００３１】
Ｍｇ含有量は、０．２〜１．８重量％のＭｇ、好ましくは０．２〜１．２重量％、特に０．２〜０．９重量％の範囲内であり、より好ましくは０．７重量％である。
Ｍｇ含有量を、好ましくは、上に議論したようにＳｉ含有量に依存して設定する（Ｓｉ／Ｍｇ比）。
【００３２】
Ｔｉ含有量は、０．０３〜０．１８重量％の範囲内、好ましくは０．０５〜０．１重量％の範囲内である。Ｔｉ含有量を、好ましくは、上に説明したように、Ｚｒ含有量に依存して設定する（Ｔｉ／Ｚｒ比）。
【００３３】
さらに、驚くべきことに、エルビウム（Ｅｒ）の添加により、合金の熱安定性をさらに高めることができることが、見出されている。好ましい態様によれば、本発明の合金は、したがってエルビウムをさらなる合金元素として含む。所望の効果を、０．０２〜０．５重量％のＥｒを加えることによって達成する。好ましくは、この割合は、０．０２〜０．３重量％Ｅｒの範囲内である。
【００３４】
さらに、驚くべきことに、亜鉛（Ｚｎ）の添加により、合金の熱安定性をさらに高めることができることが、見出されている。好ましい態様によれば、本発明の合金は、したがって亜鉛をさらなる合金元素として含有する。任意のＺｎ含量は、０．２〜１．８重量％のＺｎの範囲内にあり；それは、好ましくは０．４〜０．８重量％、特に０．５〜０．７重量％である。さらなる態様によれば、Ｚｎ含有量は、０．４〜１．２重量％、好ましくは０．６〜１．２重量％、特に１重量％の範囲内である。
【００３５】
さらに、驚くべきことに、合金元素ＺｎおよびＥｒによって、組み合わせて使用した際に、熱安定性におけるさらなる向上が可能になることが、見出された。特に、０．０２重量％〜０．５重量％のＥｒおよび０．２〜１．８重量％のＺｎ、好ましくは０．４〜０．８重量％のＺｎを組み合わせて加えることにより、かかる向上を達成することができる。
【００３６】
好ましくは、本発明の合金を、ＴｉおよびＢ含有結晶成長抑制剤を使用する結晶成長抑制に供する。本発明の合金における結晶精錬剤の割合は、好ましくは０．５〜２ｋｇ／ｔ、より好ましくは１．５ｋｇ／ｔである。
【００３７】
好ましくは、ＴｉおよびＢを含有し（残部：アルミニウム）、合金の製造の間に好ましくは０．５〜２ｋｇ／ｔ、特に好ましくは１．５ｋｇ／ｔの割合において加えるアルミニウムマスター合金を、結晶成長抑制剤として使用する。かかるＡｌマスター合金において、ＴｉおよびＢは、実質的に結晶または粒状形態において含まれ、それは、結晶化核として作用することができる（例えばΤｉΒ２、Αｌ３Τｉ  ΑｌΤｉ５Β１、ΑｌΤｉ６）。
【００３８】
好ましくは、マスター合金は、２．７〜３．２重量％のＴｉ、特に２．９〜３．１重量％のＴｉ、および０．６〜１．１重量％のＢ、特に０．８〜０．９重量％のＢを含み、各場合においてアルミニウムが残部である。
さらに、マスター合金中のＴｉ／Ｂの重量比が２．５〜３．５、特に３：１（＝３．０）であることが、好ましい。
【００３９】
本発明のアルミニウム合金およびそれから製造される部品は、それらが少なくとも５５  ＨＢＷ５／２５０、好ましくは少なくとも６５  ＨＢＷ５／２５０、より好ましくは少なくとも８０  ＨＢＷ５／２５０のブリネル硬度を有する点で区別される。
本発明のアルミニウム合金およびそれから製造される部品は、さらに≧６１０℃、特に≧６３０℃の固相線温度によって区別される。
【００４０】
用途または要件プロフィルに依存して、本発明の合金を、任意に熱処理に供することができる。これを、好ましくは、２〜４２時間、特に６〜２４時間の期間にわたって、３２５〜４２５℃、特に３５０〜４００℃の範囲内の温度で行う。これに、空冷を後続させるか、または熱処理した合金を、好適な気体（例えば空気もしくは不活性ガス）または液体媒体（例えば水もしくは油）中で急冷する。好ましい熱処理を、６〜２４時間および３５０〜４００℃で行い、続いて空冷する。
【００４１】
本発明の合金を、異なる用途のための、好ましくは自動車産業における用途のための部品の製造のために使用することができる。本発明の合金、特に熱処理した合金（上記を参照）は、高い動作温度−例えば２５０℃まで、または３００℃までに曝露される部品（例えばエンジン部品またはギアボックス部品、例えばピストン、シリンダーヘッド、エンジンブロック、ギアボックスハウジング、熱交換器）の製造に適している。
【００４２】
さらに、本発明の合金は、熱接合方法、例えばはんだ付け／ろう付け（特にろう付け）または溶接によってさらに加工される部品に特に適している。本発明の合金は、例えば自動車産業およびＨＶＡＣ技術における、フラックスを使用するアルミニウム部品のはんだ付け／ろう付けに、ならびにはんだ付け／ろう付け炉におけるプロセスに；特に熱交換器の製造に適している。
【００４３】
本発明は、したがって、−上でより詳細に定義した合金から製造される部品に及ぶ。好ましくは、部品を、永久鋳型中での鋳造によって、特に高圧ダイ鋳造によって、または押出によって、または鍛造によって製造する。必要な場合には、部品を、他の方法、特に熱接合方法（例えばはんだ付け／ろう付け、溶接）によって、または鍛造によってさらに加工して、複雑な形状を有する複雑な組み立てまたは部品を得ることができる。
【００４４】
一般に、本発明の合金から製造した部品の耐熱性を、所望により、部品を人工時効に供することによってさらに上昇させることができる。さらに、ブリネル硬度の上昇を、かかる熱処理により達成することができる。
【００４５】
驚くべきことに、製造した状態において本発明の合金で製造した部品中に存在する高い硬度（典型的には５０〜７０ＨＢＷ  ５／２５０の範囲内）を、熱処理を１５０〜２４０℃、好ましくは１８０〜２２０℃、特に好ましくは２００℃で、４時間〜７２時間、好ましくは８〜２４時間、より好ましくは８〜１２時間の期間にわたって行うことにより、なおさらに上昇させることができることが、見出されている。かかる熱処理の後、部品は、上昇したブリネル値（ＨＢＷ５／２５０）を有し、それは、典型的には初期値（熱処理前）の１．１〜１．５倍に相当する。硬度をなおさらに上昇させることが、可能である。
【００４６】
上記のような熱処理を行うことにより、少なくとも７０、好ましくは少なくとも８０のブリネル硬度（ＨＢＷ５／２５０）を有する部品を、得ることができる。好ましくは、このようにして製造した部品は、７０〜１２０の範囲内の、特に７５〜９５の範囲内のブリネル硬度を有する。
【００４７】
本発明の合金およびそれから製造した部品は、長期間にわたってさえも、高熱への曝露の下での高い熱安定性によって区別される。その結果、機械的性質、特に硬度は、かかる温度条件下で大いに安定である。
【００４８】
高温の影響下で、本発明の合金から製造した成分は、一般に、硬度（ブリネル硬度）における温度依存性変化に関して以下に記載する挙動を示す。
−部品の１５０〜２４０℃、好ましくは１８０〜２２０℃、特に好ましくは２００℃への、４時間〜７２時間、好ましくは８〜２４時間、より好ましくは８〜１２時間の期間にわたる熱曝露によって、一般に硬度の上昇が生じる。この上昇のために、部品は、初期ブリネル値（ＨＢＷ５／２５０）の少なくとも１．１〜１．５倍に相当するブリネル値を有する。例えば部品の使用中または使用条件下で生じ得るような長時間の熱処理（例えば３日より長い、３０日まで、またはさらにより長い）さえも、部品の硬度または他の機械的特性に対して悪影響を及ぼさない。
【００４９】
−熱曝露を長時間にわたって（＞３日、特に４日、またはさらにより長い、例えば３０日）上に示した温度で行う場合に、部品は、その後最初のブリネル値（ＨＢＷ５／２５０）の少なくとも１〜１．３倍に相当するブリネル硬度を示す。好ましくは、上に示した温度での熱の長期間の適用（３日またはより長い、特に４日以上、例えば３０日）の際にさえも、硬度の低下は起こらない。最初に存在する硬度特性は、−記載したように−硬度の上昇が達成されない限り、少なくとも実質的に維持される。
【００５０】
−部品の２６０〜３５０℃、好ましくは２８０〜３２０℃、特に好ましくは３００℃への４時間〜７２時間、好ましくは８〜２４時間、より好ましくは８〜１２時間の期間にわたる熱曝露の結果、硬度のみのわずかな低下がもたらされる。一般に、かかる熱処理の後、ブリネル硬度は、なお初期値（すなわち製作した状態に基づく）の８０〜９５％にのぼる。好ましくは、上に示した温度での熱の長期間の適用（３日以上、特に４日以上、例えば３０日まで）の際にさえも、ブリネル硬度のさらなる変化は起こらない（すなわちそれは、依然として初期値の約８０〜９５％で実質的に一定である）。
【００５１】
本発明の合金の他の重要かつ有利な特性は、このようにして製造した部品を固相線点に近い温度に一時的に曝露することができ、それによって硬度または他の機械的特性の実質的な低下を引き起こさないことである。この熱安定性は、部品がそれらを例えば熱接合方法（特にろう付けまたは溶接）によってさらに加工する際にかかる熱負荷に曝露されるので、実際的に重要である。
【００５２】
本発明の合金を使用して製造した部品を、４００〜６５０℃、好ましくは４００〜６２０℃、特に４００〜６１０℃の温度に短時間（≦３０分、好ましくは≦２０分、特に≦１５分）曝露することができ、それによってそれらの機械的特性、特にそれらの硬度の関連する低下は引き起こされない。上に示した熱への曝露の後、硬度のわずかな低下のみが、観察される。一般に、熱へのかかる短時間の曝露の後、ブリネル硬度は、なお初期値（製造した状態）の７０〜９５％にのぼる。
【００５３】
本発明の合金およびそれから製造した部品は、したがって、前述の要件、特に高熱に曝露した際の熱安定性に関する要件を満たす。
本発明のアルミニウム合金は、とりわけ、圧力ダイ鋳造、鍛造または押出による自動車産業のための部品の製造に適しており、ここで前記部品を、接合プロセスによって、特に熱接合プロセスによって任意にさらに加工することができる。
【００５４】
本発明のアルミニウム合金を、好ましくは、それらの製造、それらのさらなる加工中に、またはその後の使用において、温度に関する増大した要求に供される部品の製造に使用することができ、例えばエンジンまたはギヤボックス部品（例えばピストン、シリンダーヘッド、エンジンブロック、ギアボックスハウジングなど）、熱交換器、ならびにシャーシ部品およびボディ部品である。
【００５５】
本発明のアルミニウム合金を、当業者に知られている方法によって、典型的には本発明の上に述べた合金組成に相当する組成を有する溶融物を調製することによって調製することができる。合金化元素ＴｉおよびＢを、好ましくは、上に説明したように、合金の製造中にマスター合金の形態において加える。
【００５６】
本発明の合金を、好ましくは垂直連続鋳造法を用いて製造する。溶融物の不活性ガスでの先立ってのガス処理により、十分な溶融品質が確実になり、水素に乏しい鋳造物が生成する；これはまた、熱に曝露した際の高い硬度安定性を達成するための重要な前提条件である。金属溶融物を不活性ガスで処理する方法は、当該分野において知られている。
【００５７】
好ましい実施形態によれば、合金を、その製造後に、任意の熱処理に供する。この熱処理を、好ましくは、２〜４２時間、特に６〜２４時間の期間にわたって、３２５〜４２５℃、特に３５０〜４００℃の範囲内の温度で行う。これに空冷を後続させるか、または熱処理した合金を好適な気体（例えば空気もしくは不活性ガス）または液体媒体（例えば水もしくは油）中で急冷する。好ましい熱処理を、６〜２４時間、３５０〜４００℃で行い、続いて空冷する。
【００５８】
本発明の合金を使用して、部品をまた、既知の方法によって、好ましくは押出し、永久鋳型中での鋳造（特にダイ鋳造）および／または鍛造によって製作することができる。任意に、部品を、接合方法（特にろう付けもしくは溶接）による、または成形プロセスによるさらなる加工に供することができる。
【００５９】
好ましい態様によれば、本発明の合金から製造した部品を、それらの硬度を高める目的のために任意の熱処理（人工時効）に供する。この熱処理を、１５０℃〜２４０℃、好ましくは１８０℃〜２２０℃、特に好ましくは２００℃で、４時間〜７２時間、好ましくは８時間〜２４時間、より好ましくは８時間〜１２時間の期間の間、行う。
【００６０】
Examples例
出発点または比較合金として、商標名「Aluman 16」（AlMn1,6；Aluminium Rheinfelden GmbH製）の下で知られているＥＮ  ＡＷ−３１０３に基づくＡｌ−Ｍｎ合金を、使用した。この合金を、その高い凝固点のためにろう付けすることができ、それは、ダイ鋳造プロセスに適している。合金を、冷却器の製造において、および食品産業において使用する。
この合金の組成を、表１（以下）（第１行、「Ｖ」）に示す。
【００６１】
その比較的高いＭｎおよびＦｅ含有量のため、この合金は、高温での良好な熱安定性によって特徴づけられる。しかしながら、上記の新たな適用の領域について（特に自動車産業における用途のために）、この合金は、その限界に達している。特に、硬度は、所要の成分特性を満たすのにもはや十分ではない。ここで、以下に示す表２、３および４に示す試験結果によって示すように、大幅な改善を、本出願に記載した合金を用いることにより達成することが可能であった。
【００６２】
【表１】
2018534435.tif 000002
【００６３】
すべての値は、重量％においてである；残部：Ａｌおよび不可避的不純物。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６およびＬ７によって示す行は、本発明による合金変形に関する。Ｌ８は、請求項１８に記載の追加的な熱処理を有するＬ７に相当し、同様に本発明の合金を構成する。
【００６４】
組成を表１に示す本発明の７種の合金Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６およびＬ７を、溶融によって調製した。Ｌ８は、請求項１８に記載の追加的な熱処理を有するＬ７に相当する。参照として、組成をまた表１に示す、比較の合金Ｖ（「Aluman-16」、上記を参照）を、精練した。円筒形試験体（Φ４０ｍｍ；高さ３０ｍｍ）を、すべての８種の合金から鋳造した。
【００６５】
硬度の変化に対する温度の影響を試験するために、８種の合金から鋳造した試験被検査物に、異なる熱適用を施した。
試験を、異なる長さの期間の間に３種の温度で行った。結果を、以下の表２、３および４に示す。
【００６６】
長期間試験を、２００℃（表２）および３００℃（表３）で、各場合において１０時間および１００時間の期間にわたって行った。
さらに、短期間試験を、熱接合プロセスにおける合金の熱負荷および挙動をシミュレートするために、６００℃で、９００秒（１５分）の継続時間の間行った（表４）。
【００６７】
熱処理の後、特定した温度条件の下で処理した試験被検査物を、空気中で室温（約２５℃）に冷却し、次にブリネル硬度試験（ＨＢＷ５／２５０；炭化タングステン硬質金属試験ボール、ボール直径５ｍｍ）に供した。測定した硬度値の算術平均を、表２、３および４に列挙する。
【００６８】
結果は、本発明のアルミニウム合金のすべて（Ｌ１〜Ｌ８）が、熱への曝露の継続時間に関係なく比較合金Ｖよりも高い硬度を有することを示す。
既に鋳放し状態において（すなわち試験前）、本発明の合金の変形（Ｌ１〜Ｌ８）は、比較合金Ｖと比較して著しく高い硬度を示すことが、見出されている。２００℃での熱処理（１０時間）の場合において、硬度をなおさらに上昇させることが、さらに可能であった（表２を参照）。
【００６９】
すべての他の試験は、本発明の合金の変形（Ｌ１〜Ｌ８）が硬度値に関して比較合金より優れていることを示す。試験のより高い温度で、またはより長い継続時間で、鋳放し状態と比較して硬度の低下が観察される（表３および４を参照）が、このようにして達成した硬度値がなお比較合金の硬度値より高いことは、真実である。
６００℃で行った短期間試験でさえ、明らかな結果が示される。本発明のアルミニウム合金Ｌ１〜Ｌ８の測定した硬度値は、比較合金Ｖの硬度値を１０ブリネル硬度単位より大きく上回る。
【００７０】
【表２】
2018534435.tif 000003
【００７１】
【表３】
2018534435.tif 000004
【００７２】
【表４】
2018534435.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月28日(2017.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
向上した熱安定性を有する部品のための、特にかかる部品を押出、鍛造または永久鋳型中での鋳造によって製造するための、アルミニウム合金であって、合金が以下の組成：
０．２〜１．８重量％のＳｉ
０．２〜１．８重量％のＭｇ
０．８〜２．５重量％のＭｎ
０．２〜１．５重量％のＦｅ
０．０５〜０．７５重量％のＺｒ
０．０３〜０．１８重量％のＴｉ、
任意に以下の元素の１種以上：
最大０．１重量％のＣｒ、
最大０．０５重量％のＣｕ、
０．２〜１．８重量％のＺｎ、
０．０２〜０．５重量％のＥｒ；
ならびに任意に０．０１〜０．２重量％のＴｉおよびＢを含む結晶成長抑制剤；
を有し、残部がアルミニウムおよび不可避不純物である、前記アルミニウム合金。
【請求項２】
Ｍｎ含有量が０．８〜１．５重量％、好ましくは１．２〜１．５重量％であ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３】
Ｆｅ／Ｍｎ比が０．５〜０．７、好ましくは２：３の範囲内であることを特徴とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
Ｓｉ含有量が０．６〜０．８重量％、好ましくは０．７重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
比Ｍｇ／Ｓｉが０．９〜１．１の範囲内、好ましくは１：１であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
Ｚｒ含有量が０．０８〜０．３５重量％、好ましくは０．１〜０．３重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
比Ｔｉ／Ｚｒが０．１５〜１の範囲内、好ましくは１：４であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
Ｃｕを０．０５重量％を超えない、好ましくは０．０３重量％を超えない量において含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
Ｃｒを０．１重量％を超えない、好ましくは０．０８重量％を超えない量において含有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
０．０２〜０．５重量％のＥｒ、好ましくは０．０２〜０．３重量％のＥｒを含有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
Ｚｎ含有量が０．４〜０．８重量％、好ましくは０．５〜０．７重量％であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
Ｚｎ含有量が０．４〜１．２重量％、好ましくは０．６〜１．２重量％、特に１重量％であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
少なくとも５５、好ましくは少なくとも６５、より好ましくは少なくとも８０のブリネル硬度（ＨＢＷ５／２５０）を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
その固相線温度が≧６１０℃であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１５】
それを３２５〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃で２〜４２時間、好ましくは６〜２４時間熱処理し、続いて気体または液体媒体中で冷却することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の合金で製造した、部品、特に自動車産業のための部品。
【請求項１７】
永久鋳型中で鋳造することによって、特に圧力ダイ鋳造により、または鍛造によって、または押出により製造されることを特徴とする、請求項１６に記載の部品。
【請求項１８】
１５０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２２０℃で４〜７２時間、好ましくは８〜２４時間熱処理に供することを特徴とする、請求項１６または１７に記載の部品。
【請求項１９】
７０〜１２０の範囲内、特に７５〜９５の範囲内のブリネル硬度（ＨＢＷ５／２５０）を有することを特徴とする、請求項１８に記載の部品。
【請求項２０】
１つ以上の熱接合プロセスによって、好ましくははんだ付け／ろう付けまたは溶接によってさらに加工されていることを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の部品。
【請求項２１】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金の、圧力ダイ鋳造、鍛造または押出による自動車産業のための部品の製造のための、使用であって、前記部品を接合プロセスによって、特に熱接合プロセスによって任意にさらに加工する、前記使用。
【国際調査報告】
2018534435.tif 000006
2018534435.tif 000007
2018534435.tif 000008
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