專利名稱：車輛材料用鋁壓鑄合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛材料用鋁壓鑄合金。
背景技術(shù)：
作為汽車、兩輪車的車輪等要求高強(qiáng)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(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特許第3255560號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
如上述專利文獻(xiàn)1中記載的鋁壓鑄合金那樣，若使用新鋁錠，則可以把對(duì)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(qiáng)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(chǔ)原料使用時(shí)，由于不可避免地混入Fe， 所以，存在不能兼具高強(qiáng)度和高韌性的問題。本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的是，即使在采用低成本的再生鋁錠等的、 含有較多Fe的原料時(shí)，也能提供兼具高強(qiáng)度和高韌性的鋁壓鑄合金。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的車輛材料用鋁壓鑄合金是以Al-Si為基礎(chǔ)的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特征在于，將如下的合金進(jìn)行壓鑄，該合金如下構(gòu)成以重量％計(jì)，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，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)；在壓鑄后，在0 5分鐘以內(nèi)，進(jìn)行水淬或在100°C 以下的冷卻水溶液中急冷。根據(jù)本發(fā)明，把化學(xué)成分的重量比調(diào)整成在上述范圍內(nèi)，進(jìn)行壓鑄，在壓鑄后，實(shí)施上述條件的熱處理，所以，可以抑制導(dǎo)致韌性降低的針狀Fe系金屬間化合物的生成并使金屬組織微小化，可確保高韌性并得到高強(qiáng)度。因此，即使在采用低成本的再生鋁錠等的、 含較多Fe的原料時(shí)，也能得到兼具高強(qiáng)度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中有強(qiáng)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，也可以在壓鑄后1分鐘以內(nèi)實(shí)施。此時(shí)，由于可以切實(shí)地使枝晶微小化，所以，可切實(shí)地得到高強(qiáng)度和高韌性的鋁壓
鑄合金。另外，上述鋁壓鑄合金，在進(jìn)行了淬火或冷卻水溶液的急冷后，也可以用100 300°C進(jìn)行加熱保持。此時(shí)，由于在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生時(shí)效硬化，所以，可在短時(shí)間內(nèi)得到兼具高韌性和更高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。另外，上述加熱保持的加熱時(shí)間可以是2 24小時(shí)。這時(shí)，由于能切實(shí)而充分地產(chǎn)生時(shí)效硬化，所以，可切實(shí)地得到兼具高韌性和更高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。根據(jù)本發(fā)明，即使在采用例如低成本的再生鋁錠等的、含有較多Fe的原料時(shí)，也能得到兼具高強(qiáng)度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中有強(qiáng)度要求的部件的鋁壓鑄合金。另外，能切實(shí)得到高強(qiáng)度和高韌性的鋁壓鑄合金。另外，能在短時(shí)間內(nèi)得到兼具高韌性和更高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。另外，能切實(shí)得到兼具高韌性和更高強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)系的一例的圖表。圖I(B)是表示該Mg量與延伸率的關(guān)系的一例的圖表。圖2是表示該鑄造品中的Fe量與延伸率的關(guān)系的一例的圖表。圖3是表示該鑄造品中的二次枝晶臂間距(DASII)與疲勞強(qiáng)度的關(guān)系的一例的圖表。圖4是表示該鑄造品中的有無添加Sr和延伸率的關(guān)系的一例的圖表。圖5是表示該鑄造品中的壓鑄鑄造后直到水淬的時(shí)間與屈服強(qiáng)度的關(guān)系的一例的圖表。圖6是表示含有Mg的Al-Si系合金的壓鑄鑄造品中的、淬火后的人工時(shí)效時(shí)間與洛氏硬度的關(guān)系的一例的圖表。圖7是表示適用了本發(fā)明的鋁壓鑄合金(實(shí)施例)和不滿足本發(fā)明的要件的鋁壓鑄合金(比較例)的機(jī)械性質(zhì)的圖表。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金，是將如下合金進(jìn)行壓鑄鑄造，在壓鑄鑄造后，在0 5分鐘以內(nèi)進(jìn)行水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷的淬火，淬后，進(jìn)行用100 300°C的溫度加熱保持的人工時(shí)效處理而制造的。在該合金中，包含化學(xué)成分重量比為 Si (硅)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，其余為Al (鋁)及不可避免的雜質(zhì)。下面，說明本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的化學(xué)成分重量比和熱處理?xiàng)l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(dòng)性的效果的元素。在Si量以重量％為5%以上時(shí)，可以使熔融金屬具有良好的流動(dòng)性，在12%以下時(shí)，可以確保壓鑄鑄造品的延伸率，因此，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Si量優(yōu)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(nèi)時(shí)起到固溶到Α1(α相)的固溶強(qiáng)化元素的作用并起到生成Mg析出相的析出強(qiáng)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(qiáng)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(duì)含有Mg的Al-Si系合金進(jìn)行淬火、固溶處理時(shí)，形成將Mg過飽和地固溶的過飽和固溶體，通過自然時(shí)效或人工時(shí)效處理，能得到可提高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。Mg量為0. 以上時(shí)，可得明顯的強(qiáng)度提高的效果，為1.0%以下時(shí)，可確保韌性， 所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Mg量優(yōu)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?yàn)镕e的含量增多時(shí)會(huì)生成較多使韌性降低的針狀A(yù)l-Si-Fe系金屬間化合物的緣故。另一方面，F(xiàn)e是在壓鑄鑄造鋁合金時(shí)具有提高防止燒結(jié)于模具的性質(zhì)(以下稱為脫模性)的效果的元素。如后所述可以通過添加Mn來抑制上述針狀的Al-Si-Fe系金屬間化合物的生成， 另外，F(xiàn)e量在0. 16%以上時(shí)可確保提高脫模性的效果。所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的 Fe量，優(yōu)選在0. 16%以上。如后述的實(shí)施例那樣，F(xiàn)e量在0. 8%以下時(shí)，通過添加Mn，可確保非常好的韌性。所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Fe量，更優(yōu)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(shí)生成對(duì)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A(yù)l-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(shí)，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(shí)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(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Mn量優(yōu)選在1. 5%以下。如后述實(shí)施例那樣，即使在Fe量多達(dá)0. 8%時(shí)，如果Mn 量在0. 3%以上，也能確保非常好的韌性，所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Mn量更優(yōu)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(shí)或者Zn量超過了 2. 0%時(shí)，壓鑄鑄造品的韌性降低，所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Cu量、Zn量優(yōu)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)施方式的鋁壓鑄合金，為了提高強(qiáng)度和韌性，優(yōu)選含有0. 03 %以上的Ti或0. 005%以上的Sr,為了更加提高強(qiáng)度和韌性，更優(yōu)選含有0. 03%以上的Ti和 0. 005%以上的Sr雙方。另外，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金的Ti量、Sr量，從經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)考慮，更優(yōu)選都在0.2%以下。(壓鑄后，在0 5分鐘內(nèi)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，若壓鑄后至淬火的時(shí)間短，壓鑄鑄造品的屈服強(qiáng)度提高，而若壓鑄后至淬火的時(shí)間長，則壓鑄鑄造品的屈服強(qiáng)度有降低的傾向。這是因?yàn)?，如果在壓鑄后至淬火為止的時(shí)間短，則較高地維持淬火時(shí)的溫度，凝固開始時(shí)的冷卻速度加快，枝晶被微小化，而如果至淬火的時(shí)間長，則淬火時(shí)的溫度低于凝固點(diǎn)，凝固開始時(shí)的冷卻速度減慢，不發(fā)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，則可以加大淬火前后的溫度差，可進(jìn)一步加快凝固開始時(shí)的冷卻速度，可使枝晶更加微小化。滿足本實(shí)施方式的化學(xué)成分重量比的要件的合金，如果在壓鑄后0 5分鐘內(nèi)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(qiáng)度和高韌性。另一方面，在壓鑄后至淬火的時(shí)間超過了 5分鐘時(shí)或者淬火用的液體溫度超過了 100°C時(shí)，即使進(jìn)行淬火，也得不到高強(qiáng)度。因此，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金，優(yōu)選在壓鑄后0分鐘以上、5分鐘以內(nèi)進(jìn)行水淬或用100°C以下的冷卻水溶液急冷。另外，壓鑄鑄造后至淬火的時(shí)間如果在 1分鐘以內(nèi)，則可以使淬火前的溫度降低為最小限度，切實(shí)得到強(qiáng)度提高的效果和機(jī)械性質(zhì)均勻化的效果。因此，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金，更優(yōu)選在壓鑄后的1分鐘以內(nèi)水淬或用 IOO0C以下的冷卻水溶液急冷。(淬火后，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，在壓鑄鑄造后進(jìn)行淬火、然后進(jìn)行人工時(shí)效處理(加熱保持)時(shí)，作為壓鑄鑄造品的強(qiáng)度指標(biāo)的硬度(洛氏硬度)，具有隨著時(shí)間的經(jīng)過迅速上升后、保持為一定的傾向。對(duì)滿足本實(shí)施方式的化學(xué)成分重量比的要件的合金進(jìn)行壓鑄鑄造后，用上述條件淬火，在淬火后用100°c以上、300°C以下的溫度加熱保持時(shí)，迅速地進(jìn)行時(shí)效硬化，可在短時(shí)間內(nèi)提高強(qiáng)度，所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金優(yōu)選在淬火后用100°C以上、300°C以下的溫度加熱保持。另外，上述加熱保持時(shí)間如果在2小時(shí)以上、24小時(shí)以內(nèi)，則充分地進(jìn)行時(shí)效硬化，并且作為未達(dá)到過時(shí)效的狀態(tài)，可以使壓鑄鑄造品的硬度充分提高，所以，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金更優(yōu)選在淬火后用100°C以上、300°C以下的溫度加熱保持2小時(shí)以上24 小時(shí)以內(nèi)。另外，上述加熱保持時(shí)，本實(shí)施方式的鋁壓鑄合金以預(yù)定的升溫速度被加熱。根據(jù)本實(shí)施方式，將化學(xué)成分的重量比調(diào)節(jié)在上述范圍內(nèi)之后進(jìn)行壓鑄鑄造，壓鑄鑄造后實(shí)施上述條件的熱處理，所以，可以抑制導(dǎo)致韌性降低的針狀Fe系金屬間化合物的生成，并可使金屬組織微小化，可在確保高韌性的同時(shí)得到高強(qiáng)度。這樣，即使在采用例如成本低的再生鋁錠等的、含F(xiàn)e多的原料時(shí)，通過壓鑄鑄造和鑄造后的熱處理，也可得到兼具高強(qiáng)度和高韌性、適合作為在汽車、兩輪車中要求強(qiáng)度的部件的鋁壓鑄合金。另外，根據(jù)本實(shí)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(fā)生的部分凝固，所以，可切實(shí)得到機(jī)械性質(zhì)均勻、高強(qiáng)度和高韌性的鋁壓鑄合金。
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另外，根據(jù)本實(shí)施方式，由于迅速地進(jìn)行時(shí)效硬化，所以，可以在短時(shí)間內(nèi)得到兼具高韌性和更高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，由于切實(shí)充分地產(chǎn)生時(shí)效硬化，所以，可切實(shí)得到兼具高韌性和更高強(qiáng)度的鋁壓鑄合金。實(shí)施例在實(shí)施例中，把由化學(xué)成分重量比為Si 8. 5%, Mg 0. 15 Fe 0. 8 %, Mn 0. 03%,Cu 0. 01%,Zn 0. 01%、其余為Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的再生鋁錠熔融后，添加 Mn、Ti、Sr，調(diào)制成為由化學(xué)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 %、其余為Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)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(jī)，對(duì)上述熔融金屬進(jìn)行壓鑄鑄造，制造兩輪車用車輪。壓鑄模具開模后，迅速地把上述兩輪車用車輪浸漬到冷卻水溶液中，進(jìn)行淬火。這時(shí)，在壓鑄鑄造后至淬火的時(shí)間是1分鐘，淬火前的冷卻水溶液的溫度是50°C。然后，把上述淬火后的兩輪車用車輪保持在時(shí)效處理爐中，進(jìn)行180°C、4小時(shí)的人工時(shí)效處理(加熱保持)。人工時(shí)效處理后，將上述兩輪車用車輪切斷，進(jìn)行機(jī)械加工，制作成拉伸試驗(yàn)片， 用拉伸試驗(yàn)機(jī)測定該拉伸試驗(yàn)片的機(jī)械特性。[比較例1]在比較例1中，用與實(shí)施例相同的條件，對(duì)與實(shí)施例相同的熔融金屬進(jìn)行壓鑄鑄造，制作成兩輪車用車輪。不實(shí)施壓鑄鑄造后的熱處理，而作為未加工鑄件。接著，將上述兩輪車用車輪切斷，進(jìn)行機(jī)械加工，制作成拉伸試驗(yàn)片，用拉伸試驗(yàn)機(jī)測定該拉伸試驗(yàn)片的機(jī)械特性。[比較例2]在比較例2中，把與實(shí)施例相同的再生鋁錠熔融，調(diào)制成為由化學(xué)成分重量比為 Si 8. 5%,Mg 0. 15%,Fe 0. 8%,Mn 0. 03%,Cu 0. 01%, Zn 0. 01%、其余為 Al 和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的熔融金屬。接著，用與實(shí)施例相同的條件，對(duì)上述熔融金屬進(jìn)行壓鑄鑄造，制作兩輪車用車輪。不實(shí)施壓鑄鑄造后的熱處理，而作為未加工鑄件。然后，將上述兩輪車用車輪切斷，進(jìn)行機(jī)械加工，制作成拉伸試驗(yàn)片，用拉伸試驗(yàn)機(jī)測定該拉伸試驗(yàn)片的機(jī)械特性。圖7是表示實(shí)施例、比較例1和比較例2的鋁壓鑄合金的機(jī)械特性的圖表。實(shí)施例的鋁壓鑄合金，盡管含有多達(dá)0.8%的Fe，卻顯示了超過150MPa的高屈服強(qiáng)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(qiáng)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(xì)說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限定于此，例如作為壓鑄鑄造法的一例舉出通常的壓鑄鑄造法進(jìn)行了說明，當(dāng)然也可以實(shí)施高真空壓鑄鑄造法。另外，上述的加熱、急冷處理也可以進(jìn)行2次以上。這樣，容易使金屬組織均勻化。另外，本發(fā)明的鋁壓鑄合金，可適用于四輪機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)兩輪車或其它用途的各種壓鑄部件，例如四輪機(jī)動(dòng)車的副車架、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、變速箱，機(jī)動(dòng)兩輪車的車架、擺動(dòng)臂、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、變速箱等，對(duì)其用途沒有任何限定。另外，本發(fā)明可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)用進(jìn)行了各種變更的方式來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種車輛材料用鋁壓鑄合金，是以Al-Si為基礎(chǔ)的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特征在于，將如下的合金進(jìn)行壓鑄，該合金如下構(gòu)成以重量％計(jì)，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，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)；在壓鑄后，在0 5分鐘以內(nèi)，進(jìn)行水淬或在100°C以下的冷卻水溶液中急冷。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特征在于，上述水淬或用冷卻水溶液的急冷，在壓鑄后1分鐘內(nèi)進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特征在于，在上述水淬或用冷卻水溶液急冷后，以100 300°C加熱保持。
4.如權(quán)利要求3所述的車輛材料用鋁壓鑄合金，其特征在于，上述加熱保持的加熱時(shí)間是2 24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明即使在采用低成本的再生鋁錠等的、含較多Fe的原料時(shí)也能提供兼具高強(qiáng)度和高韌性的鋁壓鑄合金。本發(fā)明的車輛材料用鋁壓鑄合金是以Al-Si為基礎(chǔ)的車輛材料用鋁壓鑄合金，將如下的合金進(jìn)行壓鑄，該合金如下構(gòu)成以重量％計(jì)，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，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)；在壓鑄后，在0～5分鐘以內(nèi)進(jìn)行水淬或在100℃以下的冷卻水溶液中急冷。
文檔編號(hào)C22F1/043GK102206778SQ20111007304
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者福田征秀, 高橋恭 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社