(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：６．５〜８．０質量％，Ｍｇ：０．２５〜０．４５質量％，Ｆｅ：０．０８〜０．４０質量％，Ｃａ：０．００１〜０．０１質量％，Ｐ：０．００１５質量％未満，Ｔｉ：０．０２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０１質量％，残部がＡｌ及び不可避的不純物の組成をもち、表面から深さ１ｍｍまでの表層部にあるα−Ａｌ相と中心部にあるα−Ａｌ相との平均粒径の差が５０μｍ以下に規制され、共晶組織の最大径が４００μｍ以下に抑えられた金属組織をもち、塑性変形した一部に他部材が締結されていることを特徴とする塑性加工されたアルミニウム合金鋳物。
【請求項２】
更にＣｒ：０．０５〜０．３質量％，Ｍｎ：０．０５〜０．２質量％の１種又は２種を含む請求項１記載のアルミニウム合金鋳物。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組成をもつアルミニウム合金溶湯を０．０５〜０．２５ｍ／秒で金型に充填し、３０ＭＰａ以上の圧力を加えた状態で液相線と固相線との間の温度域を２０℃／秒以上で冷却することを特徴とする塑性加工可能なアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の組成をもつアルミニウム合金溶湯を０．０５〜０．２５ｍ／秒で金型に充填し、３０ＭＰａ以上の圧力を加えた状態で液相線と固相線との間の温度域を２０℃／秒以上で冷却することにより凹部又は孔部を備えたアルミニウム合金鋳物を鋳造し、凹部又は孔部に他部材をセットした後、凹部又は孔部の上部又は周囲にある肉を凹部又は孔部側に塑性流動させて他部材を締結することを特徴とする塑性変形を利用したアルミニウム合金鋳物への締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カシメ等の塑性変形で他部材を締結できるアルミニウム合金鋳物，その製造方法及び締結方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧回路を内部に備えた自動車用ブレーキ保安部品等の部品には、油量を調整するための調整具が油圧回路の出口部分に取り付けられる。調整具としては、溶接法でアルミニウム製自動車用ブレーキ保安部品に固定できない鋼製，合成樹脂製等が多用されている。そのため、カシメ等でアルミニウム材料を塑性変形させることにより調整具を取り付ける方法が採用されている。
アルミニウム製の自動車用ブレーキ保安部品には、このように他部品を固定する際に塑性変形されることから、比較的靭性の高いＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金の展伸材が使用されている。しかし、展伸材は鋳物材に比較してコストが高いため、鋳物材で自動車用ブレーキ保安部品を作ることが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、通常のアルミニウム合金鋳物は、鋳巣等の鋳造欠陥を含み、結晶粒径が不均一なα−Ａｌ相のマトリックスをもっている。マトリックスには、共晶組織が粗大に偏析し、初晶Ｓｉが分散していることもある。アルミニウム合金鋳物は、このような組織のために靭性が低く、塑性変形を利用した締結法には適さない材料とされていた。たとえば、Ｔｉ，Ｂの添加により等軸晶の発生を促進させて鋳巣を軽減した自動車用ブレーキ保安部品用アルミニウム合金鋳物も知られている（特開平６−１４５８６６号公報）が、このアルミニウム合金鋳物でも塑性変形能が十分でなく、他部品を締結できるまでに至っていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｐ量を規制してＣａ，Ｔｉ，Ｂを複合添加すると共に、α−Ａｌ相及び共晶組織の粒径を制御することにより，塑性変形性を改善し、カシメ等によって他部品を容易に締結できるアルミニウム合金鋳物を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のアルミニウム合金鋳物は、その目的を達成するため、Ｓｉ：６．５〜８．０質量％，Ｍｇ：０．２５〜０．４５質量％，Ｆｅ：０．０８〜０．４０質量％，Ｃａ：０．００１〜０．０１質量％，Ｐ：０．００１５質量％未満，Ｔｉ：０．０２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０１質量％，残部がＡｌ及び不可避的不純物の組成をもち、表面から深さ１ｍｍまでの表層部にあるα−Ａｌ相と中心部にあるα−Ａｌ相との平均粒径の差が５０μｍ以下に規制され、共晶組織の最大径が４００μｍ以下に抑えられた金属組織をもち、塑性変形した一部に他部材が締結されていることを特徴とする。このアルミニウム合金鋳物は、必要に応じて更にＣｒ：０．０５〜０．３質量％，Ｍｎ：０．０５〜０．２質量％の１種又は２種を含むことができる。
【０００６】
成分及び含有量が調整されたアルミニウム合金溶湯を０．０５〜０．２５ｍ／秒で金型に充填し、３０ＭＰａ以上の圧力を加えた状態で液相線と固相線との間の温度域を２０℃／秒以上で冷却することにより製造される。他部品締結用の凹部又は孔部をアルミニウム合金鋳物の所定部分に設け、凹部又は孔部に他部材をセットした後、凹部又は孔部の上部又は周囲にある肉を凹部又は孔部側に塑性流動させることにより、アルミニウム合金鋳物に他部材が締結される。
【０００７】
【作用】
塑性変形による他部品との締結に通常のアルミニウム合金鋳物が適さない理由は、アルミニウム合金鋳物では鋳物表層部と中心部との間でα−Ａｌ相の平均粒径差が大きいこと、鋳巣等の鋳造欠陥があること、共晶組織が粗大に偏析していること等に原因があると考えられる。大きな平均粒径差，鋳造欠陥，共晶組織の粗大偏析等があるとアルミニウム合金鋳物の伸びが部分的に低下し、不均一な伸び，塑性変形，割れ等が生じるため、他部品を締結できない。そこで、本発明者等は、塑性変形能に及ぼす平均粒径差，鋳造欠陥，偏析等の影響を種々調査検討した結果、Ｐ量を低減すると共にＣａ，Ｔｉ，Ｂの複合添加によって共晶組織を微細化・改質し、鋳造条件の制御により鋳造欠陥の発生を抑え且つ表層部と中心部とα−Ａｌ相の平均粒径差を小さくするとき、塑性変形によって他部品を締結できるアルミニウム合金鋳物が得られることを解明した。
次いで、本発明で規定した合金成分，含有量，金属組織，製造条件等を説明する。
【０００８】
〔合金設計〕
Ｓｉ：６．５〜８．０質量％
Ｍｇ2Ｓｉ，共晶Ｓｉ等として析出し、機械的強度の向上に有効な合金成分であり、鋳造性を改善する作用も呈する。このような効果は、６．５質量％以上のＳｉで顕著になる。しかし、８．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、粗大な共晶Ｓｉが偏析しやすくなり、靭性の低下を招く。
Ｍｇ：０．２５〜０．４５質量％
時効処理でＭｇ2Ｓｉとして析出し、機械的強度を付与する合金成分である。機械的強度に与える影響は、０．２５質量％以上のＭｇ添加で顕著になる。しかし、０．４５質量％を超える過剰量のＭｇを添加すると、酸化物の巻込みや湯流れ不良等の欠陥が発生しやすくなる。
【０００９】
Ｆｅ：０．０８〜０．４０質量％
金型の焼付きを防止する上で有効な合金成分であり、０．０８質量％以上で効果が顕著になる。しかし、０．４０質量％を超える過剰量のＦｅが含まれると、粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物が生成し、靭性の低下を招く。
Ｃａ：０．００１〜０．０１質量％，Ｐ：０．００１５質量％未満
本発明に従ったアルミニウム合金鋳物では、Ｐを極力少なくしＣａを共存させることにより初晶Ｓｉの生成を抑制し、共晶Ｓｉを改質している。その結果、塑性変形能が向上し、強度及び靭性にも優れたアルミニウム合金鋳物が得られる。Ｃａによる共晶Ｓｉの改質は０．００１質量％以上のＣａで顕著になり、０．００２質量％以上が好ましい。しかし、０．００１５質量％以上のＰが含まれるとＣａの作用が損なわれる。また、０．００１５質量％以上のＰや０．０１質量％を超えるＣａは、アルミニウム合金溶湯の湯流れ性，鋳造性を悪化させる原因となる。
【００１０】
Ｔｉ：０．０２〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０１質量％
共にα−Ａｌ相の微細化剤として知られている合金成分であるが、本発明者等による調査検討の結果、鋳造時に液相線と固相線との間の温度域を２０℃／秒以上で冷却するとき共晶Ｓｉの偏析抑制にも有効であることが判った。偏析抑制効果は、０．０２質量％以上のＴｉ及び０．００１質量％以上のＢで顕著になる。しかし、０．１質量％を超えるＴｉ及び０．０１質量％を超えるＢが含まれると、粗大な化合物が生成しやすくなり、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する傾向が示される。
【００１１】
Ｃｒ：０．０５〜０．３質量％，Ｍｎ：０．０５〜０．２質量％の１種又は２種共に必要に応じて添加される合金成分である。Ｃｒは、塑性変形後に締結部の強度低下を引き起こす再結晶化を防止する作用を呈し、０．０５質量％以上で顕著な効果を奏する。Ｍｎは、Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉとして析出し、靭性に悪影響を及ぼす粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物の生成を抑制する作用を呈し、０．０５質量％以上でＭｎの添加効果が顕著になる。しかし、０．３質量％を超える過剰量のＣｒや０．２質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると、アルミニウム合金溶湯の鋳造性が悪化する。
【００１２】
〔金属組織〕
本発明に従ったアルミニウム合金鋳物は、合金設計及び鋳造条件を特定することにより、表面から深さ１ｍｍまでの表層部にあるα−Ａｌ相と中心部にあるα−Ａｌ相との平均粒径の差を５０μｍ以下に規制し、共晶組織の最大径を４００μｍ以下に抑えている。表層部と中心部とでα−Ａｌ相の平均粒径差が小さいため、物性値に不連続性がなく、伸びの良好なアルミニウム合金鋳物となる。また、塑性変形時に破壊の起点となりやすい粗大な共晶組織の生成が抑えられているので、クラックを発生させることなくアルミニウム合金鋳物を塑性変形させて他部品を締結できる。他方、最大径が４００μｍを越える共晶組織があると、共晶組織を起点とする割れが発生しやすく、油圧回路を内蔵する自動車用ブレーキ保安部品等の材料として適さなくなる。
【００１３】
〔鋳造条件〕
所定組成に調整されたアルミニウム合金溶湯は、ダイカスト法で鋳造される。鋳造に際しては、０．０５〜０．２５ｍ／秒でアルミニウム合金溶湯を金型に充填する。充填速度を０．０５ｍ／秒以上とすることにより湯回り性が確保され、０．２５ｍ／秒以下にすることにより気密性に有害な鋳巣の発生が防止される。金型に充填されたアルミニウム合金溶湯は，塑性変形時に破壊の起点となりやすい鋳巣を圧潰するため加圧される。加圧力を３０ＭＰａ以上にすると、鋳巣の圧潰が促進される。
金型内でアルミニウム合金溶湯は、液相線と固相線との間の温度域を２０℃／秒以上の速度で冷却される。この温度域における冷却条件の制御により、アルミニウム合金溶湯が固相線温度に到達した段階でもＴｉ，Ｂが共存しているので、α−Ａｌ相の微細化に加え共晶組織の偏析抑制にＴｉ及びＢを有効に働く。２０℃／秒に達しない緩慢な冷却速度では、共晶組織の晶出に先立ってα−Ａｌ相の微細化にＴｉ，Ｂが消費され尽くされるため、共晶組織の偏析を抑制できなくなる。
【００１４】
〔締結方法〕
鋳造されたアルミニウム合金鋳物は、他部品を締結するための凹部又は孔部を備えている。このような凹部又は孔部は、キャビティ内部に突出する隆起部又は突起を金型に付けることによって容易に形成される。具体的には、図１に示すように油圧回路の一部となる流路１がアルミニウム合金鋳物２の内部に形成されており、流路１がアルミニウム合金鋳物２の表面に開口する位置に凹部３が設けられている。凹部３に調整具４をセットした後（ａ）、凹部３の上部にある肉を押し下げるように上方から加工圧力Ｆを加えて塑性変形部５を形成する（ｂ）。これにより、調整具４は、凹部３の底辺と塑性変形部５との間に狭持される。
【００１５】
【実施例】
表１に示した組成のアルミニウム合金を溶製し、脱ガス，排滓処理した後、層流ダイカスト法で直方体形状のアルミニウム合金鋳物に鋳造した。鋳造条件を表２に示す。
【００１６】
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【００１７】
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【００１８】
得られた各アルミニウム合金鋳物を５２０℃で２時間溶体化処理した後、水焼入れし、次いで１８０℃×４時間の時効処理を施した。時効処理された各アルミニウム合金鋳物の金属組織，機械的特性を調査した。金属組織の観察では、アルミニウム合金鋳物の表面から深さ１ｍｍまでの表層部及び中心部にあるα−Ａｌ相の平均粒径を測定し、両者の差を粒径差として算出した。また、α−Ａｌ相の粒界に偏析した共晶組織を観察し、その最大径を求めた。更に、金型を用いて各合金を重力鋳造して得られた鋳物と各ダイカスト鋳物の比重をアルキメデス法により測定した。ダイカスト鋳物の比重を測定比重，重力鋳造鋳物の比重を真比重とおき、（真比重−測定比重）／真比重×１００として定義される気孔率（％）を算出した。
【００１９】
表３の調査結果にみられるように、本発明に従った成分設計で且つ金属組織を制御した試験番号１，５では、引張強さ，耐力，伸びに優れ、粒径差や気孔率が小さな値を示し、合金番号１のアルミニウム合金を鋳造条件１で鋳造したアルミニウム合金鋳物の金属組織を観察した図２の顕微鏡写真にみられるように共晶組織の粗大な偏析が観察されなかった。
これに対し、同じ組成のアルミニウム合金を使用した場合でも鋳造条件が異なる試験番号２〜４，６〜８では、伸びが低く、粒径差や偏析層が大きくなっていた。また、組成が異なるアルミニウム合金３を本発明に従った鋳造条件１で鋳造した試験番号９では、粒径差は本発明例と同程度であったが、伸びが低く、しかも図３の顕微鏡写真に見られるように共晶組織の粗大な偏析が観察された。
図２及び図３の顕微鏡写真を画像解析することにより共晶組織の偏析層の最大径を測定し、最も大きな偏析層から順に１０個の偏析層を比較して図４に示す。図４からも、本発明品では、偏析層が小さくなっていることが判る。
【００２０】
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【００２１】
試験番号１〜９の各鋳物について、それぞれ１０個をカシメ試験に供した。カシメ試験では、図１に示すように調整具４を凹部３にセットして加工圧力Ｆでかしめた後、鋳物２の割れ有無を調査した。表４の調査結果にみられるように、本発明例の試験番号１，５では何れも割れ発生なくかしめることができた。これに対し、試験番号２〜４，６〜９ではカシメ部に割れが発生するものがあった。カシメにより割れが発生した鋳物を組織観察したところ、共晶組織の粗大な偏析層が破壊の起点になっていることが判った。
【００２２】
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【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアルミニウム合金鋳物は、Ｐ量を低減すると共にＴｉ，Ｂ，Ｃａを複合添加することにより共晶組織の大きな偏析を抑制し、改質している。そのため、鋳物であるにも拘わらず塑性変形を伴うカシメ等の方法によって他部品を締結でき、従来から使用されてきた高価な展伸材に置き換えることが可能となる。また、気密性も高くなっているため、油圧回路を内蔵する自動車用ブレーキ保安部品等としても使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  アルミニウム合金鋳物に設けた凹部に調整具を固着するカシメ作業の説明図
【図２】  本発明に従ったアルミニウム合金鋳物の金属組織を示す顕微鏡写真
【図３】  成分が異なるアルミニウム合金鋳物（比較例）の金属組織を示す顕微鏡写真
【図４】  試験番号１と試験番号９の鋳物の金属組織を画像解析して求められた偏析層の最大径を比較したグラフ
【符号の説明】
１：流路    ２：アルミニウム合金鋳物    ３：凹部    ４：調整具    ５：塑性変形部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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