JP2006322032A - セミソリッド鋳造用アルミニウム合金、並びにアルミ合金鋳物とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固相と液相とが共存した状態の溶湯であるスラリを用いて鋳造するセミソリッド鋳造用のアルミニウム合金である。Si:9%(質量%、以下同様)以上、13%未満、Sr:0.003%以上、0.3%以下、Na:0.001%以上、0.05%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。SrとNaとは、Na(ppm)≧−1.03・Sr(ppm)+80.4の関係を満たすことが好ましい。Mg:0.05%以上、1%未満を含有していることが好ましい。
【選択図】図1
Description
このように多くの利点を備えたセミソリッド鋳造法は、例えば、下記の特許文献に開示されている。特許文献1はAl−Si亜共晶合金について開示したものであり、特許文献2はAl−Si過共晶合金について開示したものである。
なお、上記特許文献3の段落[0010]には、共晶組成に近いAl−Si系合金にSrを添加すると、共晶Siを微細化し延性を向上させ得る旨が記載されている。しかし、上記記載のSrの添加に依る共晶Si微細化の効果は、従来から知られているものに過ぎない。また、上記特許文献3には、Mg合金にSrを添加したものしか開示されておらず、共晶組成に近いAl−Si系合金にSrを添加したものは開示されていない。さらに、後述する本発明のような複合共晶組織に関する記載は特許文献3に全くない。ちなみに、Mg合金にSrを添加しているのは鋳造引けを改善するためであって、本発明の意図とするところと全くことなる。
Si:9%(質量%、以下同様)以上、13%未満、Sr:0.003%以上、0.3%以下、Na:0.001%以上、0.05%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とするセミソリッド鋳造用アルミニウム合金にある(請求項1)。
Srは、本発明のアルミニウム合金をセミソリッド鋳造用として用いる際に最適なスラリを得る上で非常に有効な元素である。上記共晶組成をもつAl合金の溶湯にSrを含有させることで、その溶湯中から共晶粒となるAl−Si共晶の固相が粥状に晶出し易くなる。そしてその溶湯は、全体が粥状のスラリとなった後に凝固する。つまり、粥状凝固をする。一方、その溶湯中にSr等を含有させない場合、溶湯は鋳型のキャビティ壁面から共晶組織を形成するようになり、表皮形成型の凝固形態となり易い。
上記のごとく、Srの添加は粥状凝固状態を得るために非常に有効であるが、冷却条件が比較的遅い条件の場合には、共晶Si相が針状に晶出してしまうことがあり、冷却条件の管理を厳密に行う必要がある。これに対し、Naを上記Srと同時に添加することにより、例えば砂型のような凝固速度条件が比較的遅い場合であっても、共晶Si相が針状に晶出することを抑制し、なおかつ、粥状凝固状態を達成することができる。そのため、冷却条件の管理をあまり厳格に行わなくても、所望の組織のアルミ合金鋳物を容易に得ることができる。そして、共晶Siの針状化抑制によって、針状化した場合に比べて機械的性質を大きく向上させることができるのである。
Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス中に分散した複合共晶組織を有していることを特徴とするアルミ合金鋳物にある(請求項5)。
上記スラリを鋳型に注入する注入工程と、
注入された上記スラリを冷却して凝固させる凝固工程とを備え、
Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス中に分散した複合共晶組織を有するアルミ合金鋳物を得ることを特徴とするアルミ合金鋳物の製造方法にある(請求項6)。
すなわち、上記スラリ調製工程では、上記アルミニウム合金を加熱して半溶融状態のスラリとする。このスラリは、固液共存状態となり、最終的に得られる複合共晶組織中の主に共晶粒が固相となり、主に共晶マトリックスが液相となったものである。このスラリを調製する際には、完全に溶融させた溶湯を上記共晶粒が生じる温度まで冷却する必要があるが、上記アルミニウム合金に上記特定量のSrとNaを同時添加している効果によって、冷却速度の厳密な管理を行わなくても理想的な状態のスラリを得ることができる。
そして、上記注入工程及び凝固工程を経ることによって、Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス中に分散した複合共晶組織を確実に得ることができる。
Mgは、溶湯中のSrやNaの酸化損耗を防止する効果があり、これは、Mgがこれら元素よりも優先的に酸化するためである。また、時効硬化熱処理でMg2Siを形成して合金を析出強化する効果もある。その含有量は0.05%以下では酸化損耗防止に不充分である。また1%を超えてもこれらの効果が飽和してしまう。より好適な範囲は0.1〜0.7%である。
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
本例では、セミソリッド鋳造用アルミニウム合金として複数の合金(試料1〜10)を準備し、これらを用いてアルミ合金鋳物を製作した。
具体的には、まず、表1に示すごとく、およそAl−11%Si−2.5%Cuを基本とした成分組成を有する各種合金組成のものを、それぞれ1.5kgずつ温度750℃にて溶解した。各合金は、地金として、福岡アルミ工業(株)製の純Al、Al−25%Si、Al−40%Cu、Al−10%Mgを採用し、これらを適宜秤量混合したものである。
図1に良好な凝固組織の例を示す。これは試料5のものである。同図に示すごとく、Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒1が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス2中に分散した複合共晶組織が得られている。また、針状の共晶Siが存在していない。
表1から知られるごとく、Sr及びNa含有量が本発明の範囲内である試料1、5、7、8、9、10は、いずれも、粥状凝固が達成でき、共晶Siの針状化も抑制できた。
これに対し、試料2は、粥状凝固は達成できたが、共晶Siの針状化が抑制できなかった。この原因は、Na含有量が少な過ぎたためであると考えられる。
試料3は、粥状凝固も達成できず、共晶Siの針状化抑制もできなかった。この結果から、Na含有量が適正であっても、Sr含有量が少なすぎると、粥状凝固が達成できないだけではなく、共晶Siの針状化も抑制できないことがわかる。
試料4も、粥状凝固も達成できず、共晶Siの針状化抑制もできなかった。この原因は、Sr含有量とNa含有量が共に少なすぎたためであると考えられる。
試料6は、粥状凝固は達成できたが、共晶Siの針状化が抑制できなかった。この原因は、試料2の場合と同様に、Na含有量が少な過ぎたためであると考えられる。
同図から知られるごとく、Sr含有量が0.003%(30ppm)以上、Na含有量が0.001%(10ppm)以上である場合には、すべて粥状凝固と共晶Siの針状化抑制の両方が達成できている。また、さらに考察すると、SrとNaとの相乗効果を考慮すれば、少なくとも、Na(ppm)≧−1.03・Sr(ppm)+80.4の関係を満たす領域であれば、確実に粥状凝固と共晶Siの針状化抑制の両方を達成することができることがわかる。
本例では、鋳造品の機械的性質を比較するために、縦型ダイキャスト鋳造機を用いて加圧鋳造した。
具体的には、表2に示した各合金を上記と同様に溶解した。これをダイキャスト機のスリーブに577℃で注湯してから放冷することで固相と液相とが共存した状態のスラリとした(スラリ調製工程)。
この鋳物から平行部径4mm、長さ20mmの引張試験片を切り出して引張試験に供した。結果を表3に示す。また、組織観察によって、粥状凝固と共晶Siの針状化抑制の達成状況を実施例1と同様に表2に示す。
2 Al−Si共晶からなる共晶マトリックス
Claims (6)
- 固相と液相とが共存した状態の溶湯であるスラリを用いて鋳造するセミソリッド鋳造用のアルミニウム合金であって、
Si:9%(質量%、以下同様)以上、13%未満、Sr:0.003%以上、0.3%以下、Na:0.001%以上、0.05%以下を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とするセミソリッド鋳造用アルミニウム合金。 - 請求項1において、SrとNaとは、Na(ppm)≧−1.03・Sr(ppm)+80.4の関係を満たすことを特徴とするセミソリッド鋳造用アルミニウム合金。
- 請求項1又は2において、さらに、Mg:0.05%以上、1%未満を含有していることを特徴とするセミソリッド鋳造用アルミニウム合金。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、さらに、Cu:5%以下、Mn:1%以下、Fe:0.05%以上、1%未満、Ti:0.03%以上、0.3%以下、Cr:0.03%以上、0.5%以下、Ni:2%以下、Zn:3%以下、V:0.01%以上、0.2%以下、Zr:0.05%以上、0.3%以下、またはSn:0.2%以下の少なくとも一種を含有していることを特徴とするセミソリッド鋳造用アルミニウム合金。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセミソリッド鋳造用アルミニウム合金を、固相と液相とが共存した状態の溶湯であるスラリとし、該スラリを鋳型に注入することによって作製してあり、
Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス中に分散した複合共晶組織を有していることを特徴とするアルミ合金鋳物。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセミソリッド鋳造用アルミニウム合金を、固相と液相とが共存した状態の溶湯であるスラリを得るスラリ調製工程と、
上記スラリを鋳型に注入する注入工程と、
注入された上記スラリを冷却して凝固させる凝固工程とを備え、
Al−Si共晶からなる粒状の共晶粒が、Al−Si共晶からなる共晶マトリックス中に分散した複合共晶組織を有するアルミ合金鋳物を得ることを特徴とするアルミ合金鋳物の製造方法。
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