JP2014037622A - 連続鋳造棒及び鍛造品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Siを12〜20wt%、Cuを0.5〜6wt%、Mgを0.1〜6wt%、FeとMnをFe>Mn且つFe+Mn=0.3〜2wt%、TiとZrをTi/Zr=0.06〜1且つTi+Zr≦0.3wt%、Srを0.005〜0.025wt%含有し、残部がAl及び不純物であり、断熱鋳型で製造したことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
Siは、低熱膨張性と耐摩耗性の向上に寄与する元素である。しかしながら、多量に添加すると粗大な初晶Siが晶出し、材料の強度や靱性、加工性を低下させることになる。
従って、本発明では充分な効果を得るため、その下限を12wt%とし、充分な靱性及び加工性を確保するため、その上限を20wt%とする。
Cuは、Al2Cuの析出により高温強度向上に寄与する元素である。しかしながら、多量に添加すると粗大化合物やポロシティーが生じ、強度や靱性を低下させ、また比重を増加させることにもなる。
従ってCuは、200℃において最低限必要な強度を得るため、その下限を0.5wt%とし、粗大化合物やポロシティーの発生を防止すると共に比重の増加を抑えるため、その上限を6wt%とする。なお、Srを添加しないでCaのみを添加する場合は、Cuが4wt%よりも多いとCa添加による組織を微細化・安定化する効果が発揮されなくなるため、Cuの上限を4wt%とする。
Mgは、Mg2Siの析出により強度向上に寄与する元素であるが、多量に添加すると化合物が粗大化し、強度と靱性を低下させる。よってMgは、強度向上の効果が認められ且つ粗大化合物が生じない範囲として、0.1〜6wt%としている。
Feは、Alとの化合物の析出により高温強度向上に寄与する元素である。単体では、Al−Fe−Si化合物として晶出する。Mnも高温強度を向上させるための元素であり、Feと同時に添加するとAl6(Fe,Mn)化合物を形成する。高温強度にはAl−Fe−Si化合物が効くため、FeをMnよりも多くしている。また、Feを2wt%以上添加すると化合物が粗大化して強度・靱性の低下を招き、0.3wt%以下では高温強度を向上させる効果が十分得られないため、Fe+Mn<0.3〜2wt%としている。
TiとZrは、ともに組織微細化と耐熱性に寄与する元素である。特にZrは鍛造後の強度向上に寄与するため、Zrの添加量をTiよりも多くしている。TiとZrの総量が0.3wt%以上では粗大晶出物が発生するため、Ti+Zr≦0.3wt%としている。
Srは上記のSi等の添加元素の組織を微細化し、組織を安定化する働きがある。Srの含有量が0.005wt%よりも少ないとこの効果が不安定になり、0.025wt%よりも多いとポロシティーが発生するおそれがある。よってSrは0.005〜0.025wt%とした。
Caは、Srと同様にSi等の添加元素の組織を微細化し、組織を安定化する働きがある。Caの含有量が0.005wt%よりも少ないとこの効果が不安定になり、0.02wt%よりも多いとポロシティーが発生するおそれがある。よってCaは0.005〜0.025wt%とした。
CaはSrと比べて安価であるが効果が不安定な場合があり、SrとCaを複合添加することで、Caでは不安定な部分を同じ効果を持つ少量のSrで補い、組織を微細化・安定化する効果を安定して得ることができる。また、SrとCaをそれぞれ単独で添加するよりも、総添加量を少なくすることができる。SrとCaを合わせた量が0.004wt%よりも少ないと効果が不安定で、0.03wt%よりも多いとポロシティーが発生するおそれがあるため、Sr+Ca=0.004〜0.03wt%とした。
ADC12Z等のダイカスト用アルミニウム合金は、流通量が多く比較的安価であるが、不純物としてZnを含有しており、Znを含有すると耐食性が低下するなどの不具合が生ずるため、従来は使用していなかった。本発明の連続鋳造棒は、Znを含有してもそのような不具合が生じず、Znを含有しないものと同じように微細な安定した組織になる。そのため、ダイカスト用アルミニウム合金を原料に用いることが可能で、これによりコストダウンを図ることができる。Znの含有量は、限定されるものではないが、おおむね0.8wt%以下が好ましい。
上述のように、断熱鋳型2の外側の下端部2aを局部的に冷却していることで、従来の断熱型連続鋳造法に比較して固液共存温度域の幅dが小さくなる。
断熱鋳型2の下端部2aに噴射した冷却水5は、鋳塊Msの表面に沿って下方向に流水部5aを形成しながら流下する。
実施例1はCaを添加したものであり、実施例2はSrを添加したものであり、実施例3はSrとCaを複合添加したものであり、実施例4はSrとZnを添加したものである。比較例1は、実施例1〜4と同じように断熱鋳型で鋳造し、SrとCaを何れも添加しないもの、比較例2はDC鋳造法により鋳造し、Srを添加したものである。なおT6室温強度とは、T6処理という熱処理を行い強度を高めた状態にして、引っ張り試験を行ったときの最大強さである。
一方、比較例1の組織は、実施例1と比較して晶出物が針状で大きくなっており、またポロシティーの発生も見られる。比較例1について、晶出物のサイズを測定したところ、平均値が8μmであった。このように、断熱鋳型で鋳造しても、SrとCaの何れも添加しない場合には、細かい組織が安定的に得られにくい。
比較例2の組織は、20μm程度の初晶Siが分散して晶出しており、また針状の晶出物も見られ、実施例1〜4とは全く異なった組織になっている。このようにSrを添加したとしても、DC鋳造法により鋳造すると、冷却速度が早くないため20μm程度の初晶Siが晶出する。
一方、比較例2について据え込み鍛造を行ったところ、60%ちょっとで割れが発生した。このように鍛造性が劣るのは、組織が粗大なためと考えられる。
図8の写真より明らかなように、Srを添加した実施例5は、Srを添加しない比較例3よりもSi粒子が小さくなっている。Srを添加しない比較例3には、図中の矢印で示すような大きなSi粒子が確認されるが、Srを添加した実施例5にはそのような大きなSi粒子は見られない。
7 ピストン(鍛造品)
Ms 鋳塊(連続鋳造棒)
Claims (4)
- Siを12〜20wt%、Cuを0.5〜6wt%、Mgを0.1〜6wt%、FeとMnをFe>Mn且つFe+Mn=0.3〜2wt%、TiとZrをTi/Zr=0.06〜1且つTi+Zr≦0.3wt%、Srを0.005〜0.025wt%含有し、残部がAl及び不純物であり、断熱鋳型で製造したことを特徴とする連続鋳造棒。
- Siを12〜20wt%、Cuを0.5〜4wt%、Mgを0.1〜6wt%、FeとMnをFe>Mn且つFe+Mn=0.3〜2wt%、TiとZrをTi/Zr=0.06〜1且つTi+Zr≦0.3wt%、Caを0.005〜0.02wt%含有し、残部がAl及び不純物であり、断熱鋳型で製造したことを特徴とする連続鋳造棒。
- Siを12〜20wt%、Cuを0.5〜6wt%、Mgを0.1〜6wt%、FeとMnをFe>Mn且つFe+Mn=0.3〜2wt%、TiとZrをTi/Zr=0.06〜1且つTi+Zr≦0.3wt%、SrとCaをSr+Ca=0.004〜0.03wt%含有し、残部がAl及び不純物であり、断熱鋳型で製造したことを特徴とする連続鋳造棒。
- 請求項1〜3の何れかに記載の連続鋳造棒を熱間または冷間鍛造したことを特徴とする鍛造品。
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