JPH083675A

JPH083675A - 鍛造用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH083675A
Application number: JP10904594A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hori; 久司堀; Shuichiro Watanabe; 修一郎渡辺; Shiyouji Oono; 昭自大野
Original assignee: Nikkei Techno Research Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nikkei Techno Research Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1996-01-09
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP3471421B2

Abstract

(57)【要約】【目的】引張り強さ，耐力，伸び等の機械的特性に優
れた鍛造用アルミニウム合金を得る。【構成】この鍛造用アルミニウム合金は、Ｓｉ：０．
６〜３．０％，Ｍｇ：０．２〜２．０％，Ｃｕ：０．３
〜１．０％，Ｔｉ：０．０１〜０．１％，Ｂ：０．００
０１〜０．０１％，Ｍｎ：０．１〜０．５％，Ｃｒ：
０．１〜０．５％及びＦｅ：０．０５〜０．５％を含
み、且つ合金設計値から換算したＭｇ₂ Ｓｉ量が１．５
％以上となるように成分設計されている。または、合金
設計値から換算したＭｇ₂ Ｓｉ当量以外のＳｉ量が０．
５％以上となるように成分設計する。このアルミニウム
合金は、冷却速度２００℃／秒以下で鋳造された後、１
０〜５０％の据込み率で鍛造加工される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車部品，家電製品
等に使用され、良好な強度及び大きな伸び率を呈する鍛
造用アルミニウム合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金の代表的な鍛造用素材
として、６０６１合金が使用されている。しかし、６０
６１合金は、押出工程を経て鍛造用素材にされることか
ら、コスト高になる。また、押出し材を鍛造することか
ら、製品形状がおのずと単純な形状に限定される。その
ため、形状が複雑な製品を得る場合、鍛造用素材を鋳造
で得る必要が生じる。現在、鋳造によって所定の形状が
付与された素材、すなわち予形材で鍛造が可能な材料と
しては、ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ等がＪＩＳで掲げられて
いる。しかし、ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ等のアルミニウム
合金は、６０６１合金に比較し伸び率等の引張り特性が
劣り、形状特性に優れた鍛造製品を得ることができな
い。

【０００３】ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ等のアルミニウム合
金を鋳造することにより得られた鍛造用素材の伸び率を
大きくするため、Ｓｉ含有量を３重量％程度まで少な
く、更にＮａ、Ｓｒ、Ｓｂ等を添加し、共晶Ｓｉを微細
化することが、特開昭５４−１３４０７号公報で紹介さ
れている。共晶Ｓｉの微細化によって、伸び率がある程
度改善される。しかし、依然として６０６１合金の伸び
率には及ばず、鍛造性に問題が残っている。また、得ら
れた鍛造製品の耐力が十分でないことから、所定の構造
強度をだすために厚肉化することを余儀なくされてい
た。その結果、軽量化部品としてのアルミニウム材料の
長所を活用できない現状である。本発明者等は、このよ
うな問題を解消したアルミニウム合金として、Ｐ含有量
を規制し共晶Ｓｉを十分に微細化することにより、鍛造
性を始めとして機械強度等に優れた鍛造用合金を特開平
５−９６３７号公報で紹介した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鍛造後の最
終製品になるべく近い形状をもつ鋳造品を鋳造する際、
Ｓｉ量が少ない６０６１，６０６３等の展伸用材料で
は、鋳造時の熱間割れ，鋳巣等の欠陥が発生し易い。一
方、Ｓｉ量が多いＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ等の鋳造用合金
では、鋳造時に問題が生じないが、鍛造後の強度や靭性
が劣る傾向を示す。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、鋳造後のＭｇ₂ Ｓｉ量又は
Ｍｇ₂ Ｓｉ量以外の過剰Ｓｉ量を調整することにより、
鋳造時に熱間割れが発生せず、且つ鍛造後に強度及び靭
性が向上する鍛造用アルミニウム合金を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の鍛造用アルミニ
ウム合金は、その目的を達成するため、Ｓｉ：０．６〜
３．０重量％，Ｍｇ：０．２〜２．０重量％，Ｃｕ：
０．３〜１．０重量％，Ｔｉ：０．０１〜０．１重量
％，Ｂ：０．０００１〜０．０１重量％，Ｍｎ：０．１
〜０．５重量％，Ｃｒ：０．１〜０．５重量％及びＦ
ｅ：０．０５〜０．５重量％を含み、且つ合金設計値か
ら換算したＭｇ₂ Ｓｉ量が１．５重量％以上となるよう
に成分設計されていることを特徴とする。或いは、合金
設計値から換算したＭｇ₂ Ｓｉ当量以外のＳｉ量が０．
５重量％以上となるように、成分設計する。前掲した組
成をもつアルミニウム合金溶湯は、２００℃／秒以下の
冷却速度で所定形状に鋳造される。得られた鋳造品は、
１０〜５０％の据込み率で鍛造加工され、素形材とな
る。

【０００６】鍛造後にＴ₆ 処理を施すアルミニウム合金
を自動車用部品として使用するとき、引張り強さ３００
Ｎ／ｍｍ² 以上，耐力２５０Ｎ／ｍｍ² 以上及び伸び１
０％以上の機械的性質が要求される。本発明の鍛造用ア
ルミニウム合金は、この要求に十分応える特性を呈す
る。なお、本発明のアルミニウム合金は、押出し後に鍛
造することによっても製造されるが、コスト低減のため
に押出し工程を省略し、鋳造後に直接鍛造することによ
って所定の機械的性質を付与することができる。そのた
め、製造コスト自体も低減される。

【０００７】

【作用】本発明の鍛造用アルミニウム合金においては、
鋳造後のＭｇ₂ Ｓｉ量又はＭｇ₂ Ｓｉ量以外の過剰Ｓｉ
量を調整することにより、鋳造時の熱間割れが防止され
る。鋳造時に発生したミクロポロシティは、据込み率１
０〜５０％の鍛造によって押し潰される。その結果、鍛
造加工性に優れ機械的性質が向上したアルミニウム合金
が得られる。

【０００８】以下、合金成分及びその含有量等について
説明する。Ｓｉ：０．６〜３．０重量％本発明の鍛造用アルミニウム合金は、鋳造で得られた予
形材を鍛造することにより、所定形状をもつ製品とされ
る。この予形材を得るために、溶湯の流動性，引け性等
が良く、鋳造割れ等の欠陥が発生しないことが要求され
る。この鋳造性を確保する上から、Ｓｉを含有させるこ
とが必要である。Ｓｉ含有量が０．６重量％未満では、
Ｍｇ₂ Ｓｉ化合物以外の過剰Ｓｉが０．５重量％未満と
なるため、鋳造時に割れが発生し易くなる。しかし、多
量のＳｉ含有は、アルミニウム合金の伸びや機械的強度
を低下させる。０．６〜３．０重量％の範囲のＳｉ含有
量で、必要とする伸びや機械的強度が得られると共に、
鋳造性も良好になる。Ｓｉ含有量が３．０重量％を超え
ると、ミクロ組織でも検出されるように粒界に比較的多
量の共晶Ｓｉが晶出し、伸び，機械的強度等を劣化させ
る。逆に、Ｓｉ含有量が０．６重量％未満のときには、
鋳造性が悪化し、鋳造時に割れが発生し易くなる。

【０００９】Ｍｇ：０．２〜２．０重量％Ｓｉと共存して熱処理によりＭｇ₂ Ｓｉとして析出し、
引張強さ，耐力等の機械的強度を向上させる。しかし、
Ｍｇ含有量が２．０重量％を越えると，Ｍｇによる強度
改善効果が飽和する。また、０．２重量％未満のＭｇ含
有量では、強度の向上に有効なＭｇ₂ Ｓｉとして働くＭ
ｇ分が不足する。Ｃｕ：０．３〜１．０重量％時効処理後にＡｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系等の析
出物となって、アルミニウム合金の強度を上昇させる。
このような効果を得るためには、０．３重量％以上のＣ
ｕ含有量が必要である。また、Ｍｇとの併用添加によっ
て、十分な伸びが確保される。しかし、１．０重量％を
超える多量のＣｕが含まれると、耐糸錆性が劣化する。

【００１０】Ｔｉ：０．０１〜０．１重量％及びＢ：
０．０００１〜０．０１重量％アルミニウム合金の鋳造組織は、Ｔｉ及びＢの併用添加
によって微細化される。鋳造組織の微細化に伴い、粒界
に析出する不純物やシュリンケージ等が細かく分散さ
れ、機械的特性が向上する。このような効果を得るため
には、０．０１重量％以上のＴｉ及び０．０００１重量
％以上のＢを含有させることが必要である。しかし、Ｔ
ｉ含有量及びＢ含有量がそれぞれ０．１重量％及び０．
０１重量％を超えると、析出する介在物が多くなり、却
って靭性，強度，伸び等が劣化する。

【００１１】Ｍｎ及びＣｒ：０．１〜０．５重量％加工時にアルミニウム合金が再結晶することを防止する
ために、添加される元素である。再結晶防止を図るため
には、０．１重量％以上のＭｎ及び０．１重量％以上の
Ｃｒを複合して含有させることが必要である。０．１重
量％以上のＭｎ及びＣｒを含有させるとき、熱間加工中
及びその後のＴ₆ 処理（５２０℃×４時間加熱→水冷→
１６０℃×６時間加熱→放冷）における再結晶が防止さ
れる。しかし、これら元素を多量に添加すると、粗大な
金属間化合物が生成し、材料特性を低下させる。また、
Ｍｎ又はＣｒを単独添加した場合では、鍛造繊維組織の
方向に幅１〜２ｍｍ及び長さ５ｍｍ程度の再結晶粒が発
達する。この再結晶粒は、Ｍｎ及びＣｒを併用添加する
ことにより、幅及び長さ共に１ｍｍ以下に抑えられる。
更に、Ｍｎ及びＣｒの過剰添加は、マトリックスの硬度
が上昇し、却って加工性が低下する。そこで、Ｍｎ含有
量及びＣｒ含有量の上限は、共に０．５重量％に規定し
た。

【００１２】Ｆｅ：０．０５〜０．５重量％鋳造時にβ−ＡｌＦｅＳｉ系の晶出物を粒界に発生さ
せ、すでに発生している初晶のＡｌ結晶粒を結合させる
作用を呈する。その結果、鋳造割れが防止される。この
ような効果は、０．０５重量％以上のＦｅ含有量で顕著
になる。しかし、０．５重量％を超える多量のＦｅが含
まれると、巨大な晶出物が生成し、機械的性質に悪影響
を与える。Ｍｇ₂ Ｓｉ量：１．５重量％以上Ｍｇ₂ Ｓｉ量は、合金設計の段階で含まれるＭｇ量（分
析値）に（１＋１／１．７３）を乗じる設計値で算出さ
れる。この設計値が１．５重量％以上になると鋳造時に
割れの発生が抑えられるので、設計値１．５重量％以上
を満足するようにＳｉ含有量及びＭｇ含有量が決定され
る。Ｍｇ₂ Ｓｉ量が割れ抑制に与える関係は、表１に示
すように本発明者等による多数の実験結果から求められ
たものである。

【００１３】表１では、リングテスト試料における表面
の割れのトータル長さが１．５ｃｍ以下を合格とした。
リングテスト法では、所定組成の溶湯を７１０℃の保持
し、柄杓で約１００ｇを金型温度１５０℃の金型に注
ぎ、凝固後のリング表面全体に表れる割れの長さを測定
した。金型としては、外径５８ｍｍ及び内径３８ｍｍの
リング状金型を使用し、断面の形状は高さ２０ｍｍ及び
横１０ｍｍの四角形でコーナー部が丸くなっている。こ
のときの溶湯冷却速度は、約１５℃／秒であった。ま
た、表面割れの総長で１．５ｃｍ以下を合格とした。表
１の試料Ｎo.１〜４にみられるように、Ｍｇ₂ Ｓｉ量が
設計値１．５重量％以上で割れの発生がなくなってい
る。Ｍｇ₂ Ｓｉ量の調整による割れが抑制されること
は、Ａｌ−Ｍｇ₂ Ｓｉ系においてＭｇ₂ Ｓｉが共晶とし
て存在していると、Ａｌ−Ｍｇ₂ Ｓｉの共晶溶湯が結晶
粒界に補給されることに起因するものと推察される。

【００１４】

【表１】

【００１５】過剰Ｓｉ量：０．５重量％以上過剰Ｓｉ量が設計計算値で０．５重量％以上になると、
表１のＮo.５，６にみられるように割れが防止される。
過剰Ｓｉによる割れ抑制作用は、Ａｌ−Ｍｇ₂ Ｓｉ−Ｓ
ｉ系において、ＳｉがＡｌ−Ｓｉ系の共晶となり、結晶
粒界にＡｌ−Ｓｉ系共晶溶湯が補給されることに由来す
るものと推察される。すなわち、Ｍｇが全てＭｇ₂ Ｓｉ
になっていると推定し、残りの過剰Ｓｉが共晶Ｓｉにな
るものと考えられる。そこで、設計計算値で０．５重量
％以上の過剰Ｓｉ量となるように、Ｓｉ含有量及びＭｇ
含有量を決定する。鋳造時の溶湯冷却速度：２００℃／秒以下鋳造割れが生じないためには、共晶Ｍｇ₂ Ｓｉ又はＳｉ
の存在が重要である。共晶Ｍｇ₂ Ｓｉ又はＳｉは溶湯の
冷却速度に依存し、冷却速度が遅いほど発生量が多くな
ることから、必要量の共晶Ｍｇ₂ Ｓｉ又はＳｉを確保す
るため溶湯の冷却速度を２００℃／秒以下にする。

【００１６】鍛造時の据込み率：１０〜５０％鋳造品に生じているポロシティが据込み率１０％以上の
鍛造によって押し潰され、アルミニウム合金の機械的特
性を改善する。据込み率がポロシティに与える影響を図
１に示す。しかし、５０％を超える据込み率は、ポロシ
ティ圧潰作用を飽和させ、且つ図２に示すように引張り
強さ及び耐力の値が低下する傾向を示し、却って鍛造加
工に要する費用を上昇させる。

【００１７】

【実施例】表２に示した合金成分の素材をＪＩＳＤ４号
の舟形鋳型を使用して鋳造した。金型を２００℃に予熱
しておいた。このとき、溶湯の冷却速度は約１０℃／秒
であった。得られた素材を４５０℃に加熱し、型温度２
００℃で据込み率４０％の熱間鍛造を施し、Ｔ₆ 処理
（５２０℃×４時間加熱→水焼入れ→１６０℃×６時間
加熱→空冷）した後、機械的性質を調査した。Ｍｇ₂ Ｓ
ｉ量及び過剰Ｓｉ量の計算値及び鋳造割れの結果を表３
に、鋳造材をＴ₆ 処理した後の機械的性質を表４に示
す。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】表３にみられるように、Ｍｇ₂ Ｓｉ量及び
過剰Ｓｉ量が鋳造割れの抑制に効果的であり、それぞれ
１．５重量％以上及び０．５重量％以上になっているの
で、Ｓｉ及びＭｇ以外の元素の添加にも拘らず割れの発
生が見られなかった。鋳造材をＴ₆ 処理した後の機械的
性質は、表４に示すように、試料Ｎo.１０，１１では何
れも据込み率４０％のときの目標値である引張り強さ３
００Ｎ／ｍｍ² ，耐力２５０Ｎ／ｍｍ² 以上及び伸び１
０％以上を満足している。試料Ｎo.１０について、据込
み率とポロシティとの関係を調査した。ポロシティ量
は、試験片の比重を測定し、据込み率６０％のときの比
重に対する差で表した。図１から明らかなように、据込
み率１０％でポロシティがほぼつぶれていることが判
る。また、試料Ｎo.１０について据込み率と機械的性質
との関係をしめした図２から、引張り強さ及び耐力は、
据込み率４０〜５０％で飽和していることが判る。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の鍛造用
アルミニウム合金は、Ｍｇ₂ Ｓｉ量及び過剰Ｓｉ量を調
整することにより、鋳造時に発生し易い熱間割れを防止
し、鍛造後優れたに強度及び靭性を呈する。また、鋳造
材に含まれているポロシティは、鍛造によって押し潰さ
れ、良好な機械的特性を持った製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明鍛造用アルミニウム合金の据込み率と
ポロシティとの関係を示したグラフ

【図２】同じく据込み率がアルミニウム合金の機械的
特性に与える影響を示したグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大野昭自静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地株式会社日軽技研内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ：０．６〜３．０重量％，Ｍｇ：
０．２〜２．０重量％，Ｃｕ：０．３〜１．０重量％，
Ｔｉ：０．０１〜０．１重量％，Ｂ：０．０００１〜
０．０１重量％，Ｍｎ：０．１〜０．５重量％，Ｃｒ：
０．１〜０．５重量％及びＦｅ：０．０５〜０．５重量
％を含み、且つ合金設計値から換算したＭｇ₂ Ｓｉ量が
１．５重量％以上となるように成分設計されている鍛造
用アルミニウム合金。
【請求項２】Ｓｉ：０．６〜３．０重量％，Ｍｇ：
０．２〜２．０重量％，Ｃｕ：０．３〜１．０重量％，
Ｔｉ：０．０１〜０．１重量％，Ｂ：０．０００１〜
０．０１重量％，Ｍｎ：０．１〜０．５重量％，Ｃｒ：
０．１〜０．５重量％及びＦｅ：０．０５〜０．５重量
％を含み、且つ合金設計値から換算したＭｇ₂ Ｓｉ当量
以外のＳｉ量が０．５重量％以上となるように成分設計
されている鍛造用アルミニウム合金。
【請求項３】冷却速度を２００℃／秒以下に設定し請
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
鋳造することを特徴とする鍛造用アルミニウム合金の鋳
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
ニウム合金を鋳造し、１０〜５０％の据込み率で鍛造加
工を施した素形材。