JP2019173078A

JP2019173078A - アルミニウム合金鋳物部材の製造方法

Info

Publication number: JP2019173078A
Application number: JP2018061128A
Authority: JP
Inventors: 山川　直樹; Naoki Yamakawa; 直樹山川; 亮介伊達; Ryosuke Date; 渉宮原; Wataru Miyahara
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-10

Abstract

【課題】Ｔ６熱処理において溶体化処理時間が短かい場合であっても、疲労強度を高位安定化させることが可能である、アルミニウム合金鋳物部材の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金を鋳造した後、Ｔ６熱処理を行なうアルミニウム合金鋳物部材の製造方法において、アルミニウム合金の銅含有量を２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下の範囲とし、かつＴ６熱処理のうちの溶体化処理条件を４９０℃以上５１０℃以下の温度で６０分以下の時間保持することを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金鋳物部材の製造方法に関する。

シリンダヘッドなどの強度や硬さが必要とされるアルミニウム鋳物部材には、銅やマグネシウムを添加した合金系に、Ｔ６熱処理を行って強度や硬さを向上させたものが使用されている（例えば、特許文献１参照）。Ｔ６熱処理とは、溶体化焼き入れ処理と時効処理との２段階で構成される熱処理である。溶体化焼き入れ処理は、例えば、５００℃で５時間程度の炉内保持（溶体化処理）を行った後に焼き入れを行う処理である。溶体化焼き入れ処理によって、銅やマグネシウム等の添加金属をアルミニウム中に固溶させて均質化することができる。次いで行う時効処理は、２００℃で５時間程度の炉内保持を行う処理である。時効処理によって、銅やマグネシウムを、ＣｕＡｌ_２やＭｇ_２Ｓｉ等の形で微細析出させる。

特許第４７９６５６３号公報

前記Ｔ６熱処理は、物性の向上の点では優れた処理方法であるが、処理時間が１０時間近くかかってしまう。生産効率の向上のために、Ｔ６熱処理の処理時間を短縮化すると、特性のばらつきが発生し、極端に疲労特性が低い部材となってしまう場合があった。

本発明は上記問題点を解決するものであり、Ｔ６熱処理において処理時間が短い場合であっても、疲労強度を高位安定化させることが可能である、アルミニウム合金鋳物部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金鋳物部材の製造方法は、
アルミニウム合金を鋳造した後、Ｔ６熱処理を行なうアルミニウム合金鋳物部材の製造方法において、
前記アルミニウム合金の銅含有量を２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下の範囲とし、かつ前記Ｔ６熱処理のうちの溶体化処理条件を４９０℃以上５１０℃以下の温度で６０分以下の時間保持することを特徴とする。

本発明によれば、Ｔ６熱処理において処理時間が短い場合であっても、疲労強度を高位安定化させることが可能である、アルミニウム合金鋳物部材の製造方法を提供することができる。

図１は、Ｔ６処理を行ったアルミニウム合金の、部材破断寿命が１０^４サイクルとなる歪振幅（μｓｔ）について、Ｔ６処理時間との関係を示したグラフである。図２は、図１のデータを、アルミニウム合金中のＣｕ含有量と部材破断寿命が１０^４サイクルとなる歪振幅（μｓｔ）との関係を示したグラフである。図３は、本実施例で示す疲労試験に供したアルミニウム合金組織中のＣｕについて、ＥＰＭＡによる面分析結果から算出した、Ｃｕが十分に溶体化されずに残っている「溶け残り」部分の面積比率と、前記歪振幅との関係をプロットしたグラフである。

Ｔ６熱処理が適用される合金系としては、銅（Ｃｕ）を２〜４ｗｔ％程度含むＡＣ２Ｂ合金およびＡＣ４Ｂ合金が代表的なものである。これらの合金について、Ｔ６熱処理時間を短縮化すると、所望の疲労強度が得られる部材がある一方で、規定値から外れる部材も発生するといったように、疲労強度がばらつくことがある。

図１に、Ｔ６処理を行ったアルミニウム合金の、部材破断寿命が１０^４サイクルとなる歪振幅（μｓｔ）について、Ｔ６処理時間との関係を示す。縦軸に示した部材破断寿命が１０^４サイクルとなる歪振幅は、疲労強度の指標であり、数値が大きいほど疲労特性が良好である。

図１は、５００℃での保持時間を２０分とした溶体化処理の後、水中へ焼き入れを行い、次いで、２００℃での保持時間を３５分とした時効処理を行ったアルミニウム合金鋳物部材（サンプル数ｎ＝１２）と、５００℃での保持時間を１００分とした溶体化処理の後、水中へ焼き入れを行い、次いで、２００℃での保持時間を１３５分とした時効処理を行ったアルミニウム合金鋳物部材（サンプル数ｎ＝１２）について、前記歪振幅を測定し、その最大値と最小値とをプロットしたグラフである。

同図に示すように、熱処理条件が短時間である５００℃、２０分の溶体化焼入れ後、３５分の時効処理を行ったサンプルは、長時間処理である５００℃、１００分の溶体化焼入れ後、１３５分の時効処理を行ったサンプルに対し、特性のバラツキが大きいことがわかる。

そこで、特性のばらつきを小さくすることで、短時間のＴ６熱処理においても、疲労強度を高位安定化させるために、発明者らは合金中の銅の含有量に着目して検討を行った。その結果、銅を２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下の範囲内で含むアルミニウム合金であると、従来よりも格段に短い処理時間で、疲労強度の高位安定化が可能であることを見出した。

図２は、アルミニウム合金のＣｕ添加量と、部材破断寿命が１０^４サイクルとなる歪振幅（μｓｔ）との関係を示すグラフである。

図２に示すデータは図１のデータを、アルミニウム合金中のＣｕ含有量を横軸にとり、前記歪振幅の値を縦軸にプロットしたグラフである。これによると、疲労強度はＣｕ含有量と密接に関わっており、短時間の熱処理条件であっても、疲労強度を高位安定化させるためには、アルミニウム合金として、Ｃｕ添加量が２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下の範囲内であるものを用いればよいことがわかる。

なお、前記の疲労強度試験に供したアルミニウム合金について、ＥＰＭＡにより面分析を行ない、画像処理によって、５００℃での溶体化処理後もＣｕが溶体化されずに残った領域（「溶け残り」領域）と、５００℃での溶体化処理によってＣｕが溶体化された領域（「溶け込み」領域）とを可視化し、Ｃｕの「溶け残り」面積率（％）を算出した。そして、「溶け残り」部分の面積比率と、前記歪振幅との関係をプロットした。その結果を図３に示す。

図３に示すように、溶体化処理後にも溶け残ったＣｕが多い場合に、疲労特性が低下する関係にある。したがって、図１に示した短時間熱処理の場合に発生する疲労特性のバラツキは、溶体化が不十分でＣｕが多く溶け残る場合に発生し、溶体化処理後のＣｕ溶け残り量を抑制するためにもアルミニウム合金中のＣｕ添加量は小さい値であることが有効であることがわかる。

以上、上記実施形態に示したように、本発明によれば、アルミニウム合金鋳物部材の製造時のＴ６熱処理において、処理時間が短い場合であっても、疲労強度を高位安定化させることを可能にすることができる。

Claims

アルミニウム合金を鋳造した後、Ｔ６熱処理を行なうアルミニウム合金鋳物部材の製造方法において、
前記アルミニウム合金の銅含有量を２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下の範囲とし、かつ前記Ｔ６熱処理のうちの溶体化処理条件を４９０℃以上５１０℃以下の温度で６０分以下の時間保持することを特徴とするアルミニウム合金鋳物部材の製造方法。