車輛材料用鋁壓鑄合金的製作方法

2024-02-15 16:55:15

專利名稱：車輛材料用鋁壓鑄合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛材料用鋁壓鑄合金。
背景技術：
作為汽車、兩輪車的車輪等要求高強度和高韌性的部件的材料，已往提出了在新鋁錠(也稱為一次鋁合金)中添加了幾種元素的鋁壓鑄合金(例如參見專利文獻1)。專利文獻1 日本特許第3255560號公報

發明內容
如上述專利文獻1中記載的鋁壓鑄合金那樣，若使用新鋁錠，則可以把對韌性有不良影響的Fe的含有量抑制在0. 15重量％以下，可以兼具高強度和高韌性。但是，將鋁的再生材料即再生鋁錠(也稱為二次鋁合金)作為基礎原料使用時，由於不可避免地混入Fe， 所以，存在不能兼具高強度和高韌性的問題。本發明是鑑於上述情況而做出的，其目的是，即使在採用低成本的再生鋁錠等的、 含有較多Fe的原料時，也能提供兼具高強度和高韌性的鋁壓鑄合金。為了實現上述目的，本發明的車輛材料用鋁壓鑄合金是以Al-Si為基礎的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特徵在於，將如下的合金進行壓鑄，該合金如下構成以重量％計，Si 5 12%、Mg 0. 1 1. 0%, Fe 0. 16% 以上、Mn 1. 5% 以下、Cu 1. 0% 以下、Zn 2. 0% 以下，另外，為了金屬組織的微小化而加入Ti 0. 03 0. 2%、Sr 0. 005 0. 2%這兩者或其中之一，其餘為Al及不可避免的雜質；在壓鑄後，在0 5分鐘以內，進行水淬或在100°C 以下的冷卻水溶液中急冷。根據本發明，把化學成分的重量比調整成在上述範圍內，進行壓鑄，在壓鑄後，實施上述條件的熱處理，所以，可以抑制導致韌性降低的針狀Fe系金屬間化合物的生成並使金屬組織微小化，可確保高韌性並得到高強度。因此，即使在採用低成本的再生鋁錠等的、 含較多Fe的原料時，也能得到兼具高強度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中有強度要求的部件的鋁壓鑄合金。另外，上述鋁壓鑄合金的水淬或用100°C以下的冷卻水溶液的急冷，也可以在壓鑄後1分鐘以內實施。此時，由於可以切實地使枝晶微小化，所以，可切實地得到高強度和高韌性的鋁壓
鑄合金。另外，上述鋁壓鑄合金，在進行了淬火或冷卻水溶液的急冷後，也可以用100 300°C進行加熱保持。此時，由於在短時間內產生時效硬化，所以，可在短時間內得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。另外，上述加熱保持的加熱時間可以是2 24小時。這時，由於能切實而充分地產生時效硬化，所以，可切實地得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。根據本發明，即使在採用例如低成本的再生鋁錠等的、含有較多Fe的原料時，也能得到兼具高強度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中有強度要求的部件的鋁壓鑄合金。另外，能切實得到高強度和高韌性的鋁壓鑄合金。另外，能在短時間內得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。另外，能切實得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。


圖I(A)是表示Al-Si系合金的壓鑄鑄造品中的Mg量與屈服強度的關係的一例的圖表。圖I(B)是表示該Mg量與延伸率的關係的一例的圖表。圖2是表示該鑄造品中的Fe量與延伸率的關係的一例的圖表。圖3是表示該鑄造品中的二次枝晶臂間距(DASII)與疲勞強度的關係的一例的圖表。圖4是表示該鑄造品中的有無添加Sr和延伸率的關係的一例的圖表。圖5是表示該鑄造品中的壓鑄鑄造後直到水淬的時間與屈服強度的關係的一例的圖表。圖6是表示含有Mg的Al-Si系合金的壓鑄鑄造品中的、淬火後的人工時效時間與洛氏硬度的關係的一例的圖表。圖7是表示適用了本發明的鋁壓鑄合金(實施例)和不滿足本發明的要件的鋁壓鑄合金(比較例)的機械性質的圖表。
具體實施例方式下面，參照

本發明的實施方式。本實施方式的鋁壓鑄合金，是將如下合金進行壓鑄鑄造，在壓鑄鑄造後，在0 5分鐘以內進行水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷的淬火，淬後，進行用100 300°C的溫度加熱保持的人工時效處理而製造的。在該合金中，包含化學成分重量比為 Si (矽)5 12%、Mg(鎂)0· 1 1. 0%、Fe :0· 16% 以上、Mn (錳)1· 5% 以下、Cu (銅) 1.0% 以下、Zn(鋅)2.0% 以下，包含 Ti(鈦)0· 03 0. 2%、Sr (鍶)0· 005 0.2% 這兩者或其中之一，其餘為Al (鋁)及不可避免的雜質。下面，說明本實施方式的鋁壓鑄合金的化學成分重量比和熱處理條件的限定理由及其作用。(Si:5 12%)Si是在鋁合金的壓鑄鑄造中具有提高熔融金屬流動性的效果的元素。在Si量以重量％為5%以上時，可以使熔融金屬具有良好的流動性，在12%以下時，可以確保壓鑄鑄造品的延伸率，因此，本實施方式的鋁壓鑄合金的Si量優選在5%以上、12%以下。(Mg :0· 1 1. 0% )Mg是被添加到Al-Si系合金內時起到固溶到Α1(α相)的固溶強化元素的作用並起到生成Mg析出相的析出強化元素的作用的元素。如圖I(A)的一例所示，在Al-Si系合金中，若Mg量增加，則壓鑄鑄造品的屈服強度有提高的傾向。另外，如圖I(B)的一例所示，在Al-Si系合金中，若Mg量增加，則壓鑄鑄造品的延伸率有降低的傾向。另外，對含有Mg的Al-Si系合金進行淬火、固溶處理時，形成將Mg過飽和地固溶的過飽和固溶體，通過自然時效或人工時效處理，能得到可提高強度的鋁壓鑄合金。Mg量為0. 以上時，可得明顯的強度提高的效果，為1.0%以下時，可確保韌性， 所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的Mg量優選在0. 以上、1.0%以下。(Fe :0· 16% 以上)Fe是在Al-Si系合金的壓鑄鑄造中使韌性降低的元素。如圖2的一例所示，在 Al-Si系合金中，若Fe量增加，則壓鑄鑄造品的延伸率有降低的傾向。這是因為Fe的含量增多時會生成較多使韌性降低的針狀Al-Si-Fe系金屬間化合物的緣故。另一方面，Fe是在壓鑄鑄造鋁合金時具有提高防止燒結於模具的性質(以下稱為脫模性)的效果的元素。如後所述可以通過添加Mn來抑制上述針狀的Al-Si-Fe系金屬間化合物的生成， 另外，Fe量在0. 16%以上時可確保提高脫模性的效果。所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的 Fe量，優選在0. 16%以上。如後述的實施例那樣，Fe量在0. 8%以下時，通過添加Mn，可確保非常好的韌性。所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的Fe量，更優選在0. 16%以上、0. 8%以下。(Mn: 1.5% 以下)Mn是在被添加到含有Fe的Al-Si系合金時生成對韌性無不良影響的塊狀的 Al-Si-Fe-Mn系的金屬間化合物來抑制上述針狀Al-Si-Fe系金屬間化合物的生成的元素。 即，即使在壓鑄鑄造Fe量多的Al-Si系合金時，通過添加Mn，也能確保壓鑄鑄造品的韌性。另一方面，Mn是大量添加時使壓鑄鑄造品的韌性降低的元素。如果Mn量在1.5%以下，可以確保壓鑄鑄造品的延伸率，所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的Mn量優選在1. 5%以下。如後述實施例那樣，即使在Fe量多達0. 8%時，如果Mn 量在0. 3%以上，也能確保非常好的韌性，所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的Mn量更優選在 0. 3%以上、1. 5%以下。(01:1.0%以下，211:2.0%以下)Cu量超過了 1.0%時或者Zn量超過了 2. 0%時，壓鑄鑄造品的韌性降低，所以，本實施方式的鋁壓鑄合金的Cu量、Zn量優選分別在1. 0%以下、2. 0%以下。(添加Ti 0. 03 0. 2%、Sr 0. 005 0. 2%這兩種或其中的一種)Ti是在Al-Si系合金的壓鑄鑄造中具有使初晶α相(Al)微小化而提高壓鑄鑄造品的強度和韌性的效果的元素。初晶α相(Al)的微小化也就是枝晶的微小化以及二次枝晶臂間距(DASII)的縮小。如圖3的一例所示，已知二次枝晶臂間距越小，壓鑄鑄造品的疲勞強度越高。另一方面，Sr是在Al-Si系合金的壓鑄鑄造中具有使共晶Si微小化而提高壓鑄鑄造品的強度和韌性的效果的元素。如圖4的一例所示，在Al-Si系合金的壓鑄鑄造中，若添加了 Sr，則壓鑄鑄造品的延伸率提高。如果Ti量在0. 03%以上，則可明顯地提高強度和韌性，但是如果超過了 0. 2%，則即使添加再多，效果也不變。同樣地，如果Sr量在0. 005%以上，可明顯地提高強度和韌性， 但是如果超過了 0. 2%，則即使添加再多，效果也不變。
為此，本實施方式的鋁壓鑄合金，為了提高強度和韌性，優選含有0. 03 %以上的Ti或0. 005%以上的Sr,為了更加提高強度和韌性，更優選含有0. 03%以上的Ti和 0. 005%以上的Sr雙方。另外，本實施方式的鋁壓鑄合金的Ti量、Sr量，從經濟性觀點考慮，更優選都在0.2%以下。(壓鑄後，在0 5分鐘內水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷)如圖5的一例所示，在Al-Si系合金的壓鑄鑄造中，若壓鑄後至淬火的時間短，壓鑄鑄造品的屈服強度提高，而若壓鑄後至淬火的時間長，則壓鑄鑄造品的屈服強度有降低的傾向。這是因為，如果在壓鑄後至淬火為止的時間短，則較高地維持淬火時的溫度，凝固開始時的冷卻速度加快，枝晶被微小化，而如果至淬火的時間長，則淬火時的溫度低於凝固點，凝固開始時的冷卻速度減慢，不發生枝晶微小化的緣故。另外，通常如果降低淬火用的液體的溫度，則可以加大淬火前後的溫度差，可進一步加快凝固開始時的冷卻速度，可使枝晶更加微小化。滿足本實施方式的化學成分重量比的要件的合金，如果在壓鑄後0 5分鐘內水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷，則可以通過淬火而兼具高強度和高韌性。另一方面，在壓鑄後至淬火的時間超過了 5分鐘時或者淬火用的液體溫度超過了 100°C時，即使進行淬火，也得不到高強度。因此，本實施方式的鋁壓鑄合金，優選在壓鑄後0分鐘以上、5分鐘以內進行水淬或用100°C以下的冷卻水溶液急冷。另外，壓鑄鑄造後至淬火的時間如果在 1分鐘以內，則可以使淬火前的溫度降低為最小限度，切實得到強度提高的效果和機械性質均勻化的效果。因此，本實施方式的鋁壓鑄合金，更優選在壓鑄後的1分鐘以內水淬或用 IOO0C以下的冷卻水溶液急冷。(淬火後，用100 300°C的溫度加熱保持)如圖6的一例所示，在含有Mg的Al-Si系合金中，在壓鑄鑄造後進行淬火、然後進行人工時效處理(加熱保持)時，作為壓鑄鑄造品的強度指標的硬度(洛氏硬度)，具有隨著時間的經過迅速上升後、保持為一定的傾向。對滿足本實施方式的化學成分重量比的要件的合金進行壓鑄鑄造後，用上述條件淬火，在淬火後用100°c以上、300°C以下的溫度加熱保持時，迅速地進行時效硬化，可在短時間內提高強度，所以，本實施方式的鋁壓鑄合金優選在淬火後用100°C以上、300°C以下的溫度加熱保持。另外，上述加熱保持時間如果在2小時以上、24小時以內，則充分地進行時效硬化，並且作為未達到過時效的狀態，可以使壓鑄鑄造品的硬度充分提高，所以，本實施方式的鋁壓鑄合金更優選在淬火後用100°C以上、300°C以下的溫度加熱保持2小時以上24 小時以內。另外，上述加熱保持時，本實施方式的鋁壓鑄合金以預定的升溫速度被加熱。根據本實施方式，將化學成分的重量比調節在上述範圍內之後進行壓鑄鑄造，壓鑄鑄造後實施上述條件的熱處理，所以，可以抑制導致韌性降低的針狀Fe系金屬間化合物的生成，並可使金屬組織微小化，可在確保高韌性的同時得到高強度。這樣，即使在採用例如成本低的再生鋁錠等的、含Fe多的原料時，通過壓鑄鑄造和鑄造後的熱處理，也可得到兼具高強度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中要求強度的部件的鋁壓鑄合金。另外，根據本實施方式，至淬火的溫度降低變小，即將淬火之前的溫度保持得較高，能夠防止淬火前發生的部分凝固，所以，可切實得到機械性質均勻、高強度和高韌性的鋁壓鑄合金。
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另外，根據本實施方式，由於迅速地進行時效硬化，所以，可以在短時間內得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。另外，根據本實施方式，由於切實充分地產生時效硬化，所以，可切實得到兼具高韌性和更高強度的鋁壓鑄合金。實施例在實施例中，把由化學成分重量比為Si 8. 5%, Mg 0. 15 Fe 0. 8 %, Mn 0. 03%,Cu 0. 01%,Zn 0. 01%、其餘為Al和不可避免的雜質構成的再生鋁錠熔融後，添加 Mn、Ti、Sr，調製成為由化學成分重量比為 Si 8. 5%,Mg 0. 15%,Fe 0. 8%,Mn 0. 3%,Cu 0.01%,Zn :0.01%,Ti 0. 04%,Sr :0. 01 %、其餘為Al和不可避免的雜質構成的熔融金屬。接著，用備有兩輪車用車輪形成用的模具的常用壓鑄機，對上述熔融金屬進行壓鑄鑄造，製造兩輪車用車輪。壓鑄模具開模後，迅速地把上述兩輪車用車輪浸漬到冷卻水溶液中，進行淬火。這時，在壓鑄鑄造後至淬火的時間是1分鐘，淬火前的冷卻水溶液的溫度是50°C。然後，把上述淬火後的兩輪車用車輪保持在時效處理爐中，進行180°C、4小時的人工時效處理(加熱保持)。人工時效處理後，將上述兩輪車用車輪切斷，進行機械加工，製作成拉伸試驗片， 用拉伸試驗機測定該拉伸試驗片的機械特性。[比較例1]在比較例1中，用與實施例相同的條件，對與實施例相同的熔融金屬進行壓鑄鑄造，製作成兩輪車用車輪。不實施壓鑄鑄造後的熱處理，而作為未加工鑄件。接著，將上述兩輪車用車輪切斷，進行機械加工，製作成拉伸試驗片，用拉伸試驗機測定該拉伸試驗片的機械特性。[比較例2]在比較例2中，把與實施例相同的再生鋁錠熔融，調製成為由化學成分重量比為 Si 8. 5%,Mg 0. 15%,Fe 0. 8%,Mn 0. 03%,Cu 0. 01%, Zn 0. 01%、其餘為 Al 和不可避免的雜質構成的熔融金屬。接著，用與實施例相同的條件，對上述熔融金屬進行壓鑄鑄造，製作兩輪車用車輪。不實施壓鑄鑄造後的熱處理，而作為未加工鑄件。然後，將上述兩輪車用車輪切斷，進行機械加工，製作成拉伸試驗片，用拉伸試驗機測定該拉伸試驗片的機械特性。圖7是表示實施例、比較例1和比較例2的鋁壓鑄合金的機械特性的圖表。實施例的鋁壓鑄合金，儘管含有多達0.8%的Fe，卻顯示了超過150MPa的高屈服強度和超過7. 5%的高延伸率。另一方面，比較例1的鋁壓鑄合金，屈服強度低，為105MPa。比較例2的鋁壓鑄合金的延伸率低，為5. 1%。上面，詳細說明了本發明的實施方式，但本發明並不限定於此，例如作為壓鑄鑄造法的一例舉出通常的壓鑄鑄造法進行了說明，當然也可以實施高真空壓鑄鑄造法。另外，上述的加熱、急冷處理也可以進行2次以上。這樣，容易使金屬組織均勻化。另外，本發明的鋁壓鑄合金，可適用於四輪機動車、機動兩輪車或其它用途的各種壓鑄部件，例如四輪機動車的副車架、發動機部件、變速箱，機動兩輪車的車架、擺動臂、發動機部件、變速箱等，對其用途沒有任何限定。另外，本發明可以在不脫離其主旨的範圍內用進行了各種變更的方式來實施。
權利要求
1.一種車輛材料用鋁壓鑄合金，是以Al-Si為基礎的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特徵在於，將如下的合金進行壓鑄，該合金如下構成以重量％計，Si :5 12%、Mg:0. 1 1.0%,Fe 0. 16%以上、Mn :1. 5%以下、Cu以下、Zn :2. 0%以下，另外，為了金屬組織的微小化而加入Ti 0. 03 0. 2%、Sr 0. 005 0. 2%這兩者或其中之一，其餘為Al及不可避免的雜質；在壓鑄後，在0 5分鐘以內，進行水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷。
2.如權利要求1所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特徵在於，上述水淬或用冷卻水溶液的急冷，在壓鑄後1分鐘內進行。
3.如權利要求1或2所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特徵在於，在上述水淬或用冷卻水溶液急冷後，以100 300°C加熱保持。
4.如權利要求3所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特徵在於，上述加熱保持的加熱時間是2 24小時。
全文摘要
本發明即使在採用低成本的再生鋁錠等的、含較多Fe的原料時也能提供兼具高強度和高韌性的鋁壓鑄合金。本發明的車輛材料用鋁壓鑄合金是以Al-Si為基礎的車輛材料用鋁壓鑄合金，將如下的合金進行壓鑄，該合金如下構成以重量％計，Si5～12％、Mg0.1～1.0％、Fe0.16％以上、Mn1.5％以下、Cu1.0％以下、Zn2.0％以下，另外，為了金屬組織的微小化而加入Ti0.03～0.2％、Sr0.005～0.2％這兩者或其中之一，其餘為Al及不可避免的雜質；在壓鑄後，在0～5分鐘以內進行水淬或在100℃以下的冷卻水溶液中急冷。
文檔編號C22F1/043GK102206778SQ20111007304
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月25日 優先權日2010年3月30日
發明者福田徵秀, 高橋恭 申請人:本田技研工業株式會社