JP4055177B2 - 機械的強度の優れたダイカスト用アルミニウム合金及びそれを用いたボールジョイント装置 - Google Patents
機械的強度の優れたダイカスト用アルミニウム合金及びそれを用いたボールジョイント装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のダイカスト用アルミニウム基合金である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、これらの機械的強度が要求される部材としては、例えば、鉄（ブッシュ入り）やダイカスト用亜鉛基合金の中Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ系ダイカスト用亜鉛基合金（例えばＢＥＲＩＣ：商標）が主として用いられている。しかしながら、これらの材料は前記の部品等に使用した場合、引張強度、硬度及び靭性などの機械的性質は優れているものの、耐食性が劣り、比重が６．８ｇ／ｃｍ3 と大きい欠点がある。又、ダイカスト用アルミニウム基合金が使用される場合、引張強度が２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ２、０．２％耐力で１０〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２と低く、特にダイカストを行った製品強度のバラツキが大きく、高品質化が望めず、更に靭性の面でも前記材料に劣るため用途が限られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ダイカスト用亜鉛基合金、例えばＢＥＲＩＣ並の強度、硬さ及び靭性などの性能を有し、更に、ダイカスト用アルミニウム基合金並の比重及び耐食性をも備えたダイカスト用アルミニウム基合金を提供するものである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
（１）構成
本発明は、重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：６〜１０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．５％、Ｆｅ：１．３％以下を含み、残部がＡｌと不可避物質とからなることを特徴とする機械的強度に優れたダイカスト用アルミニウム基合金を提供するものであり、ボールジョイント用ダイカスト用アルミニウム基合金である。
【０００５】
（２）詳細な説明
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金にＺｎ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｎ及びＦｅを添加することによって、ダイカスト用アルミニウム基合金としては従来になかった引張強度、耐摩耗性、及び靭性を持つ合金を見いだした。
特に引張強度、耐摩耗性と靭性は相反するものであり、これらの特徴バランスを確保した本材料は、摺動部品、軸受部品等に使用でき、特にボールジョイント更に自動車用スタビライザーコンロッドに対して適性を有しており、従来アルミダイカスト仕様の部材には対応できなかった箇所への使用が可能となった。
【０００６】
イ：各元素の作用
Ｚｎ：（１０〜２５％）
Ｚｎは引張強度、硬度などを向上させる効果的な元素であるが１０％未満では効果が少なく、２５％を超えると耐食性が劣化する。またＳｉと共存するとＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎの共晶を形成し、融点を低下させ鋳造性が良好となる。
Ｓｉ：（６〜１０％）
Ｓｉは耐摩耗性と強度を向上させる効果的な元素であり、また融点を低下させ鋳造性を改善する効果もある。しかし、６％未満では耐摩耗性が劣り、１０％を超えると靭性が低下する。
【０００７】
Ｃｕ：（０．５〜３．０％）
Ｃｕは初晶に固溶し強度、硬度の向上に効果的な元素であるが、０．５％未満ではその効果が少なく、３％を超えると靭性や耐食性が劣化する。
Ｍｎ：（０．１〜０．５％）
ＭｎはＦｅを含む針状の金属間化合物を塊状に改質し、靭性向上に効果的な元素であるが、０．１％未満では効果がなく０．５％を超えると靭性を低下させると供に、融点が著しく上昇し鋳造性が悪くなる。
Ｍｇ：（０．０２〜０．５％）
Ｍｇは微量含まれることで初晶中に固溶したりＭｇ２Ｓｉを形成し析出硬化が生じ、強度の向上に非常に効果的な元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が少なく０．５％を超えると脆化する。
Ｆｅ：（１．３％以下）
Ｆｅは金型への溶着防止に効果的な元素であるが１．３％を超えると粗大なＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅの金属間化合物が生成し靭性、耐食性を低下させる。
即ち上記各範囲の合金成分を含んでなる残部アルミニウムおよび不可避物質の合金は従来のダイカスト用アルミニウム基合金とダイカスト用亜鉛基合金の欠点を克服した優れたダイカスト用アルミニウム基合金であることが確認された。
【０００８】
図１及び図２には、本発明の合金の使用例を示すものである。
図１は、自動車用スタビライザーコンロッドであり、一対の、シャフト（１）の先端にあるボール（２）を本発明の合金で造法されたホルダー（３）がボールを自在に把握し、ボールジョイントを構成している。
図２は、一般的なボールジョイントを示しており、本発明の合金で鋳造されたホルダー（３）がボール（２）（鋼球）を保持した構造をしている。
【０００９】
次に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
第１表に示される化学組成をもったＡｌ合金を通常の溶解法により溶製し、型締力１３５ｔｏｎのコールドチャンバー型ダイカストマシンを使用し７５０℃の鋳造温度でダイカストを行った。金型は、ＡＳＴＭ規格（Ｂ８−６６）の引張試験片（平行部φ６．３５ｍｍ，標点間距離５０ｍｍ，長さ２３０ｍｍ）と衝撃試験片（６．３５×６．３５×２３０ｍｍ）の２個取りの型を用いた。この試験片を用いて機械試験を行った。尚、硬さ試験は、衝撃試験片をエメリー紙（＃１０００）で研磨し、ビッカース硬さ試験機で測定した。
これらの合金の内訳は、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、比較合金Ｎｏ．５〜Ｎｏ．１４、従来合金Ｎｏ．１５（ダイカスト用亜鉛基合金：ＢＥＲＩＣ）及びＮｏ．１６（ダイカスト用アルミニウム基合金：ＡＤＣ１２）である。このうち比較合金のＮｏ．５〜Ｎｏ．１４は、いずれも化学成分のうちのいずれかの成分が、本発明合金の組成範囲から外れたものである。
第２表にこれらの合金について求めた各種機械的性質を示す。
第２表に示される結果から、本発明合金は比較合金、従来合金に比べ、優れた機械的性質を示すことが明きらかとなった。
【００１０】
実施例２
上記の第１表に示した合金の中、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、比較合金Ｎｏ．６，１０，１２，１４、従来合金Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１６の合金を上記の鋳造条件で幅３０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの寸法の鋳造片を作製した。これを塩水噴霧試験（ＳＳＴ）により３００時間の腐食減量を測定し耐食性の比較を行った。
その結果を第３表に示す。
ＳＳＴによる腐食減量は本発明合金Ｎｏ．１〜４と従来合金Ｎｏ．１６のダイカスト用アルミニウム基合金と比べると同等の高い耐食性を示すことが明きらかとなった。一方、比較合金Ｎｏ．６，１０，１２，１４及びダイカスト用亜鉛基合金である従来合金Ｎｏ．１５は本開発合金に比べ著しく耐食性が劣化した。
【００１１】
実施例３
上記の第１表に示した合金の中、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３、比較合金Ｎｏ．５，７及び従来合金Ｎｏ．１５，１６の合金を上記鋳造片を幅１０ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ３６ｍｍに切削加工したものを用いてアムスラー型摩耗試験機で摩耗量を測定した試験条件は転がり摩耗形式で無潤滑下で行った。相手材はＳＫＤ１１とし摩擦距離が３０００ｍの地点での摩耗量を測定した。
その結果を第４表に示す。
第４表より本発明合金は比較合金、従来合金と比べ優れた耐摩耗性を有することが明きらかとなった。
第１表〜第４表の諸試験結果を総合すると本発明合金は従来合金と比べ機械的性質、特に引張強度、耐力、硬さ及び靭性に優れており、且つ耐食性はアルミニウム合金のもつ優れた特徴を有することが明きらかとなった。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【表４】
【００１６】
【発明の効果】
本発明合金は、ダイカスト用アルミニウム基合金並の比重や耐食性を備え、且つ価格が安価で、しかも機械的性質に優れ、摺動部品、軸受部品等特にボールジョイントに対して適性のあるダイカスト用アルミニウム基合金である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明合金の使用例で、自動車用スタビライザーコンロッドの一部を切裁した説明図
【図２】本発明合金の使用例で、ボールジョイントの一部を切裁した説明図
【符号の説明】
１：シャフト ２：ボール ３：ホルダー ４：キャップ ５：ブーツ ６：グリース
【産業上の利用分野】
本発明は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系のダイカスト用アルミニウム基合金である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、これらの機械的強度が要求される部材としては、例えば、鉄（ブッシュ入り）やダイカスト用亜鉛基合金の中Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ系ダイカスト用亜鉛基合金（例えばＢＥＲＩＣ：商標）が主として用いられている。しかしながら、これらの材料は前記の部品等に使用した場合、引張強度、硬度及び靭性などの機械的性質は優れているものの、耐食性が劣り、比重が６．８ｇ／ｃｍ3 と大きい欠点がある。又、ダイカスト用アルミニウム基合金が使用される場合、引張強度が２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ２、０．２％耐力で１０〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２と低く、特にダイカストを行った製品強度のバラツキが大きく、高品質化が望めず、更に靭性の面でも前記材料に劣るため用途が限られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ダイカスト用亜鉛基合金、例えばＢＥＲＩＣ並の強度、硬さ及び靭性などの性能を有し、更に、ダイカスト用アルミニウム基合金並の比重及び耐食性をも備えたダイカスト用アルミニウム基合金を提供するものである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
（１）構成
本発明は、重量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：６〜１０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．５％、Ｆｅ：１．３％以下を含み、残部がＡｌと不可避物質とからなることを特徴とする機械的強度に優れたダイカスト用アルミニウム基合金を提供するものであり、ボールジョイント用ダイカスト用アルミニウム基合金である。
【０００５】
（２）詳細な説明
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金にＺｎ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｎ及びＦｅを添加することによって、ダイカスト用アルミニウム基合金としては従来になかった引張強度、耐摩耗性、及び靭性を持つ合金を見いだした。
特に引張強度、耐摩耗性と靭性は相反するものであり、これらの特徴バランスを確保した本材料は、摺動部品、軸受部品等に使用でき、特にボールジョイント更に自動車用スタビライザーコンロッドに対して適性を有しており、従来アルミダイカスト仕様の部材には対応できなかった箇所への使用が可能となった。
【０００６】
イ：各元素の作用
Ｚｎ：（１０〜２５％）
Ｚｎは引張強度、硬度などを向上させる効果的な元素であるが１０％未満では効果が少なく、２５％を超えると耐食性が劣化する。またＳｉと共存するとＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎの共晶を形成し、融点を低下させ鋳造性が良好となる。
Ｓｉ：（６〜１０％）
Ｓｉは耐摩耗性と強度を向上させる効果的な元素であり、また融点を低下させ鋳造性を改善する効果もある。しかし、６％未満では耐摩耗性が劣り、１０％を超えると靭性が低下する。
【０００７】
Ｃｕ：（０．５〜３．０％）
Ｃｕは初晶に固溶し強度、硬度の向上に効果的な元素であるが、０．５％未満ではその効果が少なく、３％を超えると靭性や耐食性が劣化する。
Ｍｎ：（０．１〜０．５％）
ＭｎはＦｅを含む針状の金属間化合物を塊状に改質し、靭性向上に効果的な元素であるが、０．１％未満では効果がなく０．５％を超えると靭性を低下させると供に、融点が著しく上昇し鋳造性が悪くなる。
Ｍｇ：（０．０２〜０．５％）
Ｍｇは微量含まれることで初晶中に固溶したりＭｇ２Ｓｉを形成し析出硬化が生じ、強度の向上に非常に効果的な元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が少なく０．５％を超えると脆化する。
Ｆｅ：（１．３％以下）
Ｆｅは金型への溶着防止に効果的な元素であるが１．３％を超えると粗大なＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅの金属間化合物が生成し靭性、耐食性を低下させる。
即ち上記各範囲の合金成分を含んでなる残部アルミニウムおよび不可避物質の合金は従来のダイカスト用アルミニウム基合金とダイカスト用亜鉛基合金の欠点を克服した優れたダイカスト用アルミニウム基合金であることが確認された。
【０００８】
図１及び図２には、本発明の合金の使用例を示すものである。
図１は、自動車用スタビライザーコンロッドであり、一対の、シャフト（１）の先端にあるボール（２）を本発明の合金で造法されたホルダー（３）がボールを自在に把握し、ボールジョイントを構成している。
図２は、一般的なボールジョイントを示しており、本発明の合金で鋳造されたホルダー（３）がボール（２）（鋼球）を保持した構造をしている。
【０００９】
次に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
第１表に示される化学組成をもったＡｌ合金を通常の溶解法により溶製し、型締力１３５ｔｏｎのコールドチャンバー型ダイカストマシンを使用し７５０℃の鋳造温度でダイカストを行った。金型は、ＡＳＴＭ規格（Ｂ８−６６）の引張試験片（平行部φ６．３５ｍｍ，標点間距離５０ｍｍ，長さ２３０ｍｍ）と衝撃試験片（６．３５×６．３５×２３０ｍｍ）の２個取りの型を用いた。この試験片を用いて機械試験を行った。尚、硬さ試験は、衝撃試験片をエメリー紙（＃１０００）で研磨し、ビッカース硬さ試験機で測定した。
これらの合金の内訳は、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、比較合金Ｎｏ．５〜Ｎｏ．１４、従来合金Ｎｏ．１５（ダイカスト用亜鉛基合金：ＢＥＲＩＣ）及びＮｏ．１６（ダイカスト用アルミニウム基合金：ＡＤＣ１２）である。このうち比較合金のＮｏ．５〜Ｎｏ．１４は、いずれも化学成分のうちのいずれかの成分が、本発明合金の組成範囲から外れたものである。
第２表にこれらの合金について求めた各種機械的性質を示す。
第２表に示される結果から、本発明合金は比較合金、従来合金に比べ、優れた機械的性質を示すことが明きらかとなった。
【００１０】
実施例２
上記の第１表に示した合金の中、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、比較合金Ｎｏ．６，１０，１２，１４、従来合金Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１６の合金を上記の鋳造条件で幅３０ｍｍ×厚さ５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの寸法の鋳造片を作製した。これを塩水噴霧試験（ＳＳＴ）により３００時間の腐食減量を測定し耐食性の比較を行った。
その結果を第３表に示す。
ＳＳＴによる腐食減量は本発明合金Ｎｏ．１〜４と従来合金Ｎｏ．１６のダイカスト用アルミニウム基合金と比べると同等の高い耐食性を示すことが明きらかとなった。一方、比較合金Ｎｏ．６，１０，１２，１４及びダイカスト用亜鉛基合金である従来合金Ｎｏ．１５は本開発合金に比べ著しく耐食性が劣化した。
【００１１】
実施例３
上記の第１表に示した合金の中、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３、比較合金Ｎｏ．５，７及び従来合金Ｎｏ．１５，１６の合金を上記鋳造片を幅１０ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ３６ｍｍに切削加工したものを用いてアムスラー型摩耗試験機で摩耗量を測定した試験条件は転がり摩耗形式で無潤滑下で行った。相手材はＳＫＤ１１とし摩擦距離が３０００ｍの地点での摩耗量を測定した。
その結果を第４表に示す。
第４表より本発明合金は比較合金、従来合金と比べ優れた耐摩耗性を有することが明きらかとなった。
第１表〜第４表の諸試験結果を総合すると本発明合金は従来合金と比べ機械的性質、特に引張強度、耐力、硬さ及び靭性に優れており、且つ耐食性はアルミニウム合金のもつ優れた特徴を有することが明きらかとなった。
【００１２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【発明の効果】
本発明合金は、ダイカスト用アルミニウム基合金並の比重や耐食性を備え、且つ価格が安価で、しかも機械的性質に優れ、摺動部品、軸受部品等特にボールジョイントに対して適性のあるダイカスト用アルミニウム基合金である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明合金の使用例で、自動車用スタビライザーコンロッドの一部を切裁した説明図
【図２】本発明合金の使用例で、ボールジョイントの一部を切裁した説明図
【符号の説明】
１：シャフト ２：ボール ３：ホルダー ４：キャップ ５：ブーツ ６：グリース
Claims (2)
- 重量％で、
Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：６〜１０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．５％、Ｆｅ：０超〜１．３％以下、を含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなることを特徴とする機械的強度の優れたダイカスト用アルミニウム基合金。 - 重量％で、
Ｚｎ：１０〜２５％、Ｓｉ：６〜１０％、Ｃｕ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ｍｇ：０．０２〜０．５％、Ｆｅ：０超〜１．３％以下、を含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなることを特徴とするダイカスト用アルミニウム合金を用いたボールジョイント装置。
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