JP2002535488A - 半固体状態での成形のための過共晶アルミニウム−珪素合金生成物 - Google Patents
半固体状態での成形のための過共晶アルミニウム−珪素合金生成物Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、珪素を(重量で)10から30%含有し、必要に応じて銅(10%未満)、マグネシウム(3%未満)、マンガン(2%未満)、鉄(2%未満)、ニッケル(4%未満)、コバルト(3%未満)およびその他の元素(それぞれ0.5%未満、合計1%未満)を含有する、揺変形成に適した、共晶または過共晶アルミニウム−珪素合金生成物を対象とし、その微小構造は、初晶珪素結晶と、等軸タイプのサイズが4mm未満のアルミニウムの樹枝状結晶と、サイズが4mm未満の共晶珪素粒と共晶アルミニウム粒からなる共晶とから成る。更に合金に、不純物の沈殿に厳密に必要な量に対して過剰な添加量である、50から2000ppm(重量)のホウ素を添加することから成る、この微小構造を得る方法も対象とする。
Description
【0001】 技術の分野 本発明は、珪素含有率が共晶の組成(他に添加元素がない場合は11.7%)
以上になるような、必要に応じて他の元素を添加した、Al−Si合金製品に関
するものである。これらの製品、例えば、続いて製造する部品に必要な金属量に
対応するブルームに切断されるビレット、あるいは鍛造用の鋼材は、半固体状態
で、すなわち合金の固相線と液相線の間に含まれる温度で、加熱されるためのも
のであり、特に鍛造または加圧射出によって、成形される。
以上になるような、必要に応じて他の元素を添加した、Al−Si合金製品に関
するものである。これらの製品、例えば、続いて製造する部品に必要な金属量に
対応するブルームに切断されるビレット、あるいは鍛造用の鋼材は、半固体状態
で、すなわち合金の固相線と液相線の間に含まれる温度で、加熱されるためのも
のであり、特に鍛造または加圧射出によって、成形される。
【0002】 技術の現状 必要に応じて銅、マグネシウム、マンガン、亜鉛、ニッケルまたはコバルトな
どの他の添加元素を含み、珪素含有率が共晶の珪素含有率以上である、アルミニ
ウム−珪素合金は、熱膨張率が小さく、摩擦強度が高い鋳造部品、例えば内燃機
関のピストンやライナ、あるいはブレーキまたはクラッチ系統の部品の製造に用
いられる。他方、これらの合金は鋳造や加工が困難であり、また珪素含有率が高
いほど困難になる。
どの他の添加元素を含み、珪素含有率が共晶の珪素含有率以上である、アルミニ
ウム−珪素合金は、熱膨張率が小さく、摩擦強度が高い鋳造部品、例えば内燃機
関のピストンやライナ、あるいはブレーキまたはクラッチ系統の部品の製造に用
いられる。他方、これらの合金は鋳造や加工が困難であり、また珪素含有率が高
いほど困難になる。
【0003】 したがって、合金の完全な溶解を阻止し、製造する部品の所望の最終形状にで
きるだけ近い形状にする方法を利用できるのが望ましい。それは半固体状態での
成形または揺変成形の場合である。この技術は、特にアルミニウム合金のために
、MITのフレミングス教授の研究に続いて、20年ほど前から開発されている
。それは樹枝状結晶の固化構造を球状構造に転換するように、例えば機械的攪拌
または電磁攪拌によって、剪断応力を加えることによってビレットなどの半製品
を鋳造し、これらの半製品片を半固体状態で加熱し、加圧射出または鍛造によっ
てそれらを成形することからなる。得られた製品は金属工業的に優れた健全性を
示し、引け巣や偏析がなく、この方法は自動車産業の大量生産に適合した高い生
産速度を可能にする。
きるだけ近い形状にする方法を利用できるのが望ましい。それは半固体状態での
成形または揺変成形の場合である。この技術は、特にアルミニウム合金のために
、MITのフレミングス教授の研究に続いて、20年ほど前から開発されている
。それは樹枝状結晶の固化構造を球状構造に転換するように、例えば機械的攪拌
または電磁攪拌によって、剪断応力を加えることによってビレットなどの半製品
を鋳造し、これらの半製品片を半固体状態で加熱し、加圧射出または鍛造によっ
てそれらを成形することからなる。得られた製品は金属工業的に優れた健全性を
示し、引け巣や偏析がなく、この方法は自動車産業の大量生産に適合した高い生
産速度を可能にする。
【0004】 工業用途分野の大半は珪素7%の合金AS7Gを使用する(アルミニウム協会
の命名ではA356と357)。過共晶アルミニウムの合金揺変形成は本田技研
工業株式会社の欧州特許出願第0572683号に記載されている。この出願は
、初晶珪素の結晶の最大粒子サイズが100μm未満の固体材料から開始するこ
とを推奨しており、それによって射出金型の湯口とキャビティがあまりに早く摩
耗するのが防止される。出願はかかる構造に至る鋳造方法についてなにも表示し
ていない。
の命名ではA356と357)。過共晶アルミニウムの合金揺変形成は本田技研
工業株式会社の欧州特許出願第0572683号に記載されている。この出願は
、初晶珪素の結晶の最大粒子サイズが100μm未満の固体材料から開始するこ
とを推奨しており、それによって射出金型の湯口とキャビティがあまりに早く摩
耗するのが防止される。出願はかかる構造に至る鋳造方法についてなにも表示し
ていない。
【0005】 日本国特開平08―323461(旭テック(株))には、過共晶AlSi合
金の半固体状態での成形法が記載されており、流入金属がチキソトロピー構造に
至り、初晶珪素の結晶の偏析を減らすような攪拌を導くように、流動性を改善す
るための剪断と鋳型の充填が同時に行われる。
金の半固体状態での成形法が記載されており、流入金属がチキソトロピー構造に
至り、初晶珪素の結晶の偏析を減らすような攪拌を導くように、流動性を改善す
るための剪断と鋳型の充填が同時に行われる。
【0006】 I.DiewwanitとM.C.Flemingsの論文"Semi-Solid Form
ing of Hypereutectic Al-Si Alloys" Light Metals 1996, The Minerals, Meta
ls & Materials Society, 787-793頁の序文には、過共晶AlSi合金の半固体
状態での成形に関する文献が完全に記載され、機械的攪拌による流動成形試験が
記載されている。記載されたどの方法も、過共晶アルミニウム合金の揺変形成へ
の適性を簡単に改善することはできない。
ing of Hypereutectic Al-Si Alloys" Light Metals 1996, The Minerals, Meta
ls & Materials Society, 787-793頁の序文には、過共晶AlSi合金の半固体
状態での成形に関する文献が完全に記載され、機械的攪拌による流動成形試験が
記載されている。記載されたどの方法も、過共晶アルミニウム合金の揺変形成へ
の適性を簡単に改善することはできない。
【0007】 他方で、米国特許第5701942号(宇部興産(株))には過共晶アルミニ
ウム合金の半固体状態での使用方法が記載されている。実施例は珪素含有率が3
から11%の様々な組成、および7%のSi、0.15%のTi、0.005%
のBの組成が示され、これはTiB2に対応する化学量論比に対してTiがはる
かに過剰である。
ウム合金の半固体状態での使用方法が記載されている。実施例は珪素含有率が3
から11%の様々な組成、および7%のSi、0.15%のTi、0.005%
のBの組成が示され、これはTiB2に対応する化学量論比に対してTiがはる
かに過剰である。
【0008】 発明の対象 出願人は、共晶または過共晶合金AlSiについて、機械的または電磁攪拌な
しに単純に得られる、特定の固化構造を示す固体物質から出発して揺変形成によ
る成形に極めて有利な半固体状態での流動特性を得ることができることを発見し
た。
しに単純に得られる、特定の固化構造を示す固体物質から出発して揺変形成によ
る成形に極めて有利な半固体状態での流動特性を得ることができることを発見し
た。
【0009】 本発明は、揺変形成に適した、共晶または過共晶アルミニウム−珪素合金生成
物を対象としており、珪素を(重量で)10から30%含有し、必要に応じて銅
(10%未満)、マグネシウム(3%未満)、マンガン(2%未満)、鉄(2%
未満)、ニッケル(4%未満)、コバルト(3%未満)およびその他の元素(そ
れぞれ0.5%未満、合計1%未満)を含有し、粗鋳造状態の微小構造が、初晶
珪素結晶と、等軸タイプのサイズが4mm未満のアルミニウムの樹枝状結晶と、
サイズが4mm未満の共晶珪素粒と共晶アルミニウム粒からなる共晶とから成る
。
物を対象としており、珪素を(重量で)10から30%含有し、必要に応じて銅
(10%未満)、マグネシウム(3%未満)、マンガン(2%未満)、鉄(2%
未満)、ニッケル(4%未満)、コバルト(3%未満)およびその他の元素(そ
れぞれ0.5%未満、合計1%未満)を含有し、粗鋳造状態の微小構造が、初晶
珪素結晶と、等軸タイプのサイズが4mm未満のアルミニウムの樹枝状結晶と、
サイズが4mm未満の共晶珪素粒と共晶アルミニウム粒からなる共晶とから成る
。
【0010】 更に合金に、不純物の沈殿に厳密に必要な量に対して過剰な添加量である、5
0から2000ppm(重量)のホウ素を添加することから成る、この微小構造
を得る方法も対象とする。
0から2000ppm(重量)のホウ素を添加することから成る、この微小構造
を得る方法も対象とする。
【0011】 発明の開示 金属組織学の表面断面図で観察できるような過共晶AlSi合金の固化構造は、
a)特に20から500ppmのリンの添加によって、サイズを微細にすること
ができる初晶珪素の粒子と、 b)5mmを越えるサイズに達することが多い、共晶段階のはじめに形成される
アルミニウムの樹枝状結晶と、 c)共晶珪素粒および共晶アルミニウム粒で構成され、場合によっては、Cu、
Mg、またはNiなどの他の合金元素を介在させる金属間層から成る共晶と、 から成る。共晶アルミニウム粒のサイズは樹枝状結晶のサイズと相関し、ほぼ同
じ値である。塩化鉄または三成分酸で標本を腐食して柱状の形状のこれらの共晶
アルミニウム粒の存在とサイズが明らかになる。
a)特に20から500ppmのリンの添加によって、サイズを微細にすること
ができる初晶珪素の粒子と、 b)5mmを越えるサイズに達することが多い、共晶段階のはじめに形成される
アルミニウムの樹枝状結晶と、 c)共晶珪素粒および共晶アルミニウム粒で構成され、場合によっては、Cu、
Mg、またはNiなどの他の合金元素を介在させる金属間層から成る共晶と、 から成る。共晶アルミニウム粒のサイズは樹枝状結晶のサイズと相関し、ほぼ同
じ値である。塩化鉄または三成分酸で標本を腐食して柱状の形状のこれらの共晶
アルミニウム粒の存在とサイズが明らかになる。
【0012】 出願人は、アルミニウムの樹枝状結晶または共晶アルミニウム粒が柱状(また
は柱状晶)タイプの形と4mmを越えるサイズを示すとき、液体部分の割合が2
0と60%の間に含まれるまで半固体状態で加熱した生成物が球状化の不十分な
構造を示し、共晶アルミニウム粒子が細長い形状を取って、良好な条件での成形
には不向きな流動性に至ることを確認した。反対に、樹枝状結晶と共晶アルミニ
ウム粒が、サイズが4mm未満の等軸タイプの構造を有するならば、半固体状態
で加熱された生成物がうまく球状化し、実現する部品の容易な成形に適した流動
性と、この部品の冶金的に優れた品質に至る。
は柱状晶)タイプの形と4mmを越えるサイズを示すとき、液体部分の割合が2
0と60%の間に含まれるまで半固体状態で加熱した生成物が球状化の不十分な
構造を示し、共晶アルミニウム粒子が細長い形状を取って、良好な条件での成形
には不向きな流動性に至ることを確認した。反対に、樹枝状結晶と共晶アルミニ
ウム粒が、サイズが4mm未満の等軸タイプの構造を有するならば、半固体状態
で加熱された生成物がうまく球状化し、実現する部品の容易な成形に適した流動
性と、この部品の冶金的に優れた品質に至る。
【0013】 本発明による構造が、加熱されるブルームまたは鋼材の全体に見られることが
重要である。事実、この構造が一部にしか存在しないとき、構造の異質性のため
に、成形の際に困難が生じることになる。
重要である。事実、この構造が一部にしか存在しないとき、構造の異質性のため
に、成形の際に困難が生じることになる。
【0014】 本発明の構造を信頼性と反復性の高い形で、かつ機械的または電磁攪拌を用い
ずに得るために有効な手段は、ビレットまたは鋼材の形で鋳造されるための液体
金属に0.005から0.2%の、好適には0.01から0.05%のホウ素を
添加することである。
ずに得るために有効な手段は、ビレットまたは鋼材の形で鋳造されるための液体
金属に0.005から0.2%の、好適には0.01から0.05%のホウ素を
添加することである。
【0015】 ホウ素は通常アルミニウムの精製のために、Ti、Zr、MnまたはVのよう
な不純物を金属間ホウ化物の形で沈殿させるために用いられる。また、通常、T
iB2粒子の形成によって、アルミニウム粒を精錬にするために、A−T5Bの
ような、チタンまたはホウ素の母合金が使用される。これらの合金において、チ
タンはTiB2の形成に必要な化学量論的な量に対して過剰であり、ホウ素の全
含有量は50ppmを超えない。
な不純物を金属間ホウ化物の形で沈殿させるために用いられる。また、通常、T
iB2粒子の形成によって、アルミニウム粒を精錬にするために、A−T5Bの
ような、チタンまたはホウ素の母合金が使用される。これらの合金において、チ
タンはTiB2の形成に必要な化学量論的な量に対して過剰であり、ホウ素の全
含有量は50ppmを超えない。
【0016】 本発明に従って添加されるホウ素が金属間化合物の形での不純物の除去に厳密
に必要な化学量論量に対して少なくとも0.005%過剰であることが不可欠で
ある。ホウ素の添加はAl−B系の母合金(例えばA−B3またはA−B6合金
)、Si−BまたはAl−Si−B(例えばA−S10B3合金)の母合金の形
で実施することができる。またフッ化ホウ素酸へのフラックスの形でも実施でき
る。
に必要な化学量論量に対して少なくとも0.005%過剰であることが不可欠で
ある。ホウ素の添加はAl−B系の母合金(例えばA−B3またはA−B6合金
)、Si−BまたはAl−Si−B(例えばA−S10B3合金)の母合金の形
で実施することができる。またフッ化ホウ素酸へのフラックスの形でも実施でき
る。
【0017】 本発明による生成物は珪素が30%までの共晶または過共晶合金の通常の一切
の用途分野に、特に摩耗摩擦応力を受ける部品、例えば、ブレーキドラムやディ
スク、エンジンや圧縮機のシリンダーやライナ、ピストンや変速機のフォークに
使用が可能である。
の用途分野に、特に摩耗摩擦応力を受ける部品、例えば、ブレーキドラムやディ
スク、エンジンや圧縮機のシリンダーやライナ、ピストンや変速機のフォークに
使用が可能である。
【0018】 実施例 初晶珪素粒子を精製するためにリンを100ppm添加して、(重量で)17
%のSi、4%のCu、0.6%のMgを含むA−S17U4G合金を製造した
。合金Aは他の添加物を一切含有せず、合金Bは0.15%のチタンと、0.3
%のAT5B、つまり5%のチタンと1%のホウ素を含有する母合金、を添加し
て製造した。本発明による合金Cは0.03%のホウ素を添加して製造された。
金属は機械的または電磁攪拌なしに、充填半連続鋳造で直径75mmのビレット
の形に鋳造した。
%のSi、4%のCu、0.6%のMgを含むA−S17U4G合金を製造した
。合金Aは他の添加物を一切含有せず、合金Bは0.15%のチタンと、0.3
%のAT5B、つまり5%のチタンと1%のホウ素を含有する母合金、を添加し
て製造した。本発明による合金Cは0.03%のホウ素を添加して製造された。
金属は機械的または電磁攪拌なしに、充填半連続鋳造で直径75mmのビレット
の形に鋳造した。
【0019】 合金Aのビレットの金属表面断面図検査の結果、ビレットの全断面について、
あるいは少なくとも外周に一番近い部分について、サイズが3と10mmの間の
アルミニウムの樹枝状結晶と柱状(あるいは柱状晶)の形の共晶アルミニウム粒
を含む構造が明らかになった。液体部分が40%程度になるまで半固体状態で加
熱した後、共晶アルミニウムが球状化していないことが分かった。流動性試験か
らこの金属は半固体成形に適しないことが分かる。ビレットの中心部分が不都合
の少ない構造を示す場合でも、揺変形成で鋳型に充填するには、中心と縁の間の
流動性の異質性のために困難があった。
あるいは少なくとも外周に一番近い部分について、サイズが3と10mmの間の
アルミニウムの樹枝状結晶と柱状(あるいは柱状晶)の形の共晶アルミニウム粒
を含む構造が明らかになった。液体部分が40%程度になるまで半固体状態で加
熱した後、共晶アルミニウムが球状化していないことが分かった。流動性試験か
らこの金属は半固体成形に適しないことが分かる。ビレットの中心部分が不都合
の少ない構造を示す場合でも、揺変形成で鋳型に充填するには、中心と縁の間の
流動性の異質性のために困難があった。
【0020】 合金Bのビレットの断面検査の結果、ビレットの外に向かって柱状で、中心に
向かって等軸の傾向がある、混合構造が認められ、樹枝状結晶と共晶アルミニウ
ム粒子のサイズは0.2と10mmの間で変動した。半固体状態で加熱した後、
部分的に球状化した構造が得られる。先の場合と同様に、構造の異質性のために
、流動性が変動し、鋳型の充填に困難が生じることになる。
向かって等軸の傾向がある、混合構造が認められ、樹枝状結晶と共晶アルミニウ
ム粒子のサイズは0.2と10mmの間で変動した。半固体状態で加熱した後、
部分的に球状化した構造が得られる。先の場合と同様に、構造の異質性のために
、流動性が変動し、鋳型の充填に困難が生じることになる。
【0021】 本発明による合金Cのビレットについては、断面検査の結果、等軸の形状の樹
枝状結晶とアルミニウム粒がある構造が認められ、サイズが0.2と2mmの間
に含まれる均質な核生成が証明された。半固体状態で加熱した後、共晶アルミニ
ウムは完全に球状化し、流動性試験は一貫して良好であった。
枝状結晶とアルミニウム粒がある構造が認められ、サイズが0.2と2mmの間
に含まれる均質な核生成が証明された。半固体状態で加熱した後、共晶アルミニ
ウムは完全に球状化し、流動性試験は一貫して良好であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ギャラ,ミシェル フランス共和国,エフ−38210 サン カ ンタン シュル イゼール,ラ デルフィ ニエール
Claims (8)
- 【請求項1】揺変形成に適した、共晶または過共晶アルミニウム−珪素合金生成
物であって、珪素を(重量で)10から30%含有し、必要に応じて銅(10%
未満)、マグネシウム(3%未満)、マンガン(2%未満)、鉄(2%未満)、
ニッケル(4%未満)、コバルト(3%未満)およびその他の元素(それぞれ0
.5%未満、合計1%未満)を含有し、その微小構造が、初晶珪素結晶と、サイ
ズが4mm未満のアルミニウムの樹枝状結晶と、サイズが4mm未満の共晶珪素
粒と共晶アルミニウム粒からなる共晶とから成る生成物。 - 【請求項2】リンを0.002から0.05%含有することを特徴とする、請求
項1に記載の生成物。 - 【請求項3】ホウ素を0.005から0.2%含有することを特徴とする、請求
項1に記載の生成物。 - 【請求項4】少なくともTi、Zr、MnまたはV元素の一つに金属間化合物の
形で組み合わされていないホウ素を、少なくとも0.005%含有することを特
徴とする、請求項3に記載の生成物。 - 【請求項5】ホウ素を0.01から0.05%含有することを特徴とする、請求
項3または4に記載の生成物。 - 【請求項6】生成物の製造に用いられる液体合金に、不純物の除去に必要な量に
対して過剰な量のホウ素を添加することから成る、請求項3に記載の生成物を製
造する方法。 - 【請求項7】ホウ素がAlB、SiBまたはAlSiB母合金の形で液体合金内
に導入されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。 - 【請求項8】ホウ素がフッ化ホウ素酸ベースのフラックスの形で液体合金内に導
入されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9900787A FR2788788B1 (fr) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Produit en alliage aluminium-silicium hypereutectique pour mise en forme a l'etat semi-solide |
FR99/00787 | 1999-01-21 | ||
PCT/FR2000/000095 WO2000043559A1 (fr) | 1999-01-21 | 2000-01-18 | Produit en alliage aluminium-silicium hypereutectique pour mise en forme a l'etat semi-solide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002535488A true JP2002535488A (ja) | 2002-10-22 |
Family
ID=9541194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000594965A Pending JP2002535488A (ja) | 1999-01-21 | 2000-01-18 | 半固体状態での成形のための過共晶アルミニウム−珪素合金生成物 |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6200396B1 (ja) |
EP (1) | EP1147237B1 (ja) |
JP (1) | JP2002535488A (ja) |
AT (1) | ATE245714T1 (ja) |
AU (1) | AU3055600A (ja) |
BR (1) | BR0007637A (ja) |
CA (1) | CA2360673A1 (ja) |
CZ (1) | CZ20012658A3 (ja) |
DE (1) | DE60004010D1 (ja) |
FR (1) | FR2788788B1 (ja) |
NO (1) | NO20013576L (ja) |
PL (1) | PL349340A1 (ja) |
SK (1) | SK10002001A3 (ja) |
WO (1) | WO2000043559A1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013054716A1 (ja) * | 2011-10-11 | 2013-04-18 | 日本軽金属株式会社 | Al-Fe-Si系化合物及び初晶Siを微細化させたアルミニウム合金の製造方法 |
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