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特開2024-132243鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132243
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物
(51)【国際特許分類】
C22C 21/02 20060101AFI20240920BHJP
【ＦＩ】
C22C21/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042951
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000004743
【氏名又は名称】日本軽金属株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001885
【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＲコンサルタント
(72)【発明者】
【氏名】船田 卓
(72)【発明者】
【氏名】織田 和宏
(57)【要約】
【課題】ダイカスト法と比較して鋳造速度が遅く、過冷却状態を起こしにくい重力鋳造等を用いた場合であっても、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制される共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及びＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制された共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を提供する。
【解決手段】Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、ＳｒとＣａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
【選択図】なし
【解決手段】Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、ＳｒとＣａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％、
Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、
Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、
Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、
前記Ｓｒと前記Ｃａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、
を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、
Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、
Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、
前記Ｓｒと前記Ｃａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、
を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
【請求項2】
鉄系化合物の晶出温度が共晶点よりも低いこと、
を特徴とする請求項１に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
を特徴とする請求項１に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
【請求項3】
前記Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）と前記Ｓｉの含有量（ＭＳｉ）が式（１）又は式（２）を満たすこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
ＭＳｉが１１．０ｗｔ％以上１２．６ｗｔ％未満の場合：
ＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉ （１）
ＭＳｉが１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合：
ＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉ （２）
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
ＭＳｉが１１．０ｗｔ％以上１２．６ｗｔ％未満の場合：
ＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉ （１）
ＭＳｉが１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合：
ＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉ （２）
【請求項4】
Ｍｎ：０．０ｗｔ％超０．３ｗｔ％以下を含み、
残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金。
【請求項5】
請求項１又は２に記載の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなり、
鉄系化合物の平均長径が５０μｍ以下であること、
を特徴とする共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物。
鉄系化合物の平均長径が５０μｍ以下であること、
を特徴とする共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物。
【請求項6】
３５．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有すること、
を特徴とする請求項５に記載の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物。
を特徴とする請求項５に記載の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
Ａｌ－Ｓｉ系合金は優れた鋳造性と機械的性質を有していることから、鋳物用合金として幅広く用いられている。しかしながら、Ａｌには不可避不純物としてＦｅが混入しやすく、原料におけるスクラップ材の割合が高くなるとその影響が顕著になる。
【0003】
特に、環境保護の観点から、近年では再生地金から製造されるアルミニウム合金鋳物が増加しているところ、再生地金から製造されるＡｌ－Ｓｉ系合金鋳物には不純物としてＦｅが混入されやすく、Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質に及ぼすＦｅの影響が問題となっている。
【0004】
ＦｅはＡｌ合金のヤング率等の機械的性質を向上させる作用や、金型の焼き付きを防止する作用を有しているが、Ａｌ－Ｓｉ系合金中に含まれると粗大な針状のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物を形成し、当該Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が破壊の起点となる。
【0005】
これに対し、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物を粗大化させない方法として、過冷却を利用することが知られており、Ａｌ－Ｓｉ系合金の鋳造法としては、過冷却状態を起こしやすいダイカスト法等の冷却速度の速い鋳造方法が選択されていた。
【0006】
例えば、特許文献１（特開平８－１３４５７８号公報）においては、「Ｃｕ：１～７重量％，Ｓｉ：１０～１６重量％，Ｍｇ：０．３～２重量％，Ｆｅ：０．５～２重量％，Ｍｎ：０．１～４重量％，Ｔｉ：０．０１～０．３重量％，Ｐ：０．０１重量％以下及びＣａ：０．００１～０．０２重量％を含み、Ｐ／Ｃａが重量比で０．５以下の範囲に調整されている高温強度及び靭性に優れたダイカスト用アルミニウム合金。」が開示されている。
【0007】
上記特許文献１に記載のダイカスト用アルミニウム合金においては、「本発明に従ったダイカスト用アルミニウム合金は、前述した組成をもつアルミニウム合金溶湯を冷却速度２０℃／秒以上で鋳造し、晶出物の平均長径を２０μｍ以下及び共晶Ｓｉの平均長径を１０μｍ以下に抑制している。」とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平８－１３４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ダイカスト法は、冷却速度は速いものの、高圧を加えながら金型に溶湯を充填するため、空気の巻き込み等の鋳造欠陥が発生しやすいという問題が存在する。加えて、ダイカスト装置そのものが高額であるという問題も存在する。
【0010】
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、ダイカスト法と比較して鋳造速度が遅く、過冷却状態を起こしにくい重力鋳造等を用いた場合であっても、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制される共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及びＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制された共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金の組成について鋭意研究を重ねた結果、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金に適量のＳｒ及び／又はＣａを添加することで過冷状態が生じ、凝固時間の短縮によってＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制されることを見出して、本発明に到達した。
【0012】
即ち、本発明は、
Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％、
Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、
Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、
Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、
前記Ｓｒと前記Ｃａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、
を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金、を提供する。
Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％、
Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下、を含有し、
Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％、
Ｃａ：０．００５～０．０５ｗｔ％、のいずれか一種以上を含有し、
前記Ｓｒと前記Ｃａの合計量が０．０５ｗｔ％以下であること、
を特徴とする鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金、を提供する。
【0013】
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金においては、０．００５～０．０５ｗｔ％のＳｒ及び／又は０．００５～０．０５ｗｔ％のＣａを添加し、ＳｒとＣａの合計量を０．０５ｗｔ％以下とすることで、重力鋳造のように冷却速度が遅い場合であっても、過冷状態を起こすことができる。その結果、凝固時間が短縮し、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が粗大化する前に凝固を完了させることができる。
【0014】
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金においては、鉄系化合物の晶出温度が共晶点よりも低いこと、が好ましい。本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金は、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加することによって共晶凝固時の過冷を大きくし、凝固時間を短くすることで鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の粗大化を抑制するものである。当該機構に基づき、共晶凝固より高い温度で晶出する化合物の微細化効果は小さくなるが、鉄系化合物の晶出温度よりも高い温度で共晶凝固が生じることで、鉄系化合物を顕著に微細化することができる。
【0015】
また、本発目の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金においては、前記Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）と前記Ｓｉの含有量（ＭＳｉ）が式（１）又は式（２）を満たすこと、が好ましい。
ＭＳｉが１１．０ｗｔ％以上１２．６ｗｔ％未満の場合：
ＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉ （１）
ＭＳｉが１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合：
ＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉ （２）
ＭＳｉが１１．０ｗｔ％以上１２．６ｗｔ％未満の場合：
ＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉ （１）
ＭＳｉが１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合：
ＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉ （２）
【0016】
ＭＳｉが１１．０ｗｔ％以上１２．６ｗｔ％未満の場合は、ＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉとすることで、鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の晶出温度を共晶温度未満とすることができる。一方で、ＭＳｉが１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合は、ＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉとすることで、鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の晶出温度を共晶温度未満とすることができる。
【0017】
更に、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金においては、
Ｍｎ：０．０ｗｔ％超０．３ｗｔ％以下を含み、
残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有すること、が好ましい。
Ｍｎを適量添加することで、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させることができる。
Ｍｎ：０．０ｗｔ％超０．３ｗｔ％以下を含み、
残部がＡｌと不可避不純物からなる組成を有すること、が好ましい。
Ｍｎを適量添加することで、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させることができる。
【0018】
また、本発明は、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなり、鉄系化合物の平均長径が５０μｍ以下であること、を特徴とする共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物、も提供する。
【0019】
本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなり、適量のＳｒ及び／又はＣａの添加によって鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の粗大化が抑制されることから、鉄系化合物の平均長径が５０μｍ以下となっている。鉄系化合物の平均長径は３０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。
【0020】
また、本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は、３５．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有すること、が好ましい。本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物はＳｒ及び／又はＣａの添加によって導電率が高くなっている。導電率は３８．０％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましい。共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物が高い導電率を有していることで、導電材料としても好適に使用することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、ダイカスト法と比較して鋳造速度が遅く、過冷却状態を起こしにくい重力鋳造等を用いた場合であっても、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制される共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及びＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制された共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】Ｓｒ及び／又はＣａの添加により鉄系化合物を微細化できる組成範囲を示すグラフである。
【図2】舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（低倍率）。
【図3】舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（高倍率）。
【図4】シェルカップを用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（低倍率）。
【図5】シェルカップを用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（高倍率）。
【図6】舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ組織である（低倍率）。
【図7】舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ組織である（高倍率）。
【図8】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（低倍率）。
【図9】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（高倍率）。
【図10】シェルカップを用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（低倍率）。
【図11】シェルカップを用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織である（高倍率）。
【図12】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ写真である（低倍率）。
【図13】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ写真である（高倍率）。
【図14】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３のミクロ写真である（低倍率）。
【図15】舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３のミクロ写真である（高倍率）。
【図16】舟型を使用した場合の冷却曲線である。
【図17】シェルカップを使用した場合の冷却曲線である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0024】
１．鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金は、適量のＳｒ及び／又はＣａを含有することを特徴としている。以下、各成分について詳細に説明する。
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金は、適量のＳｒ及び／又はＣａを含有することを特徴としている。以下、各成分について詳細に説明する。
【0025】
（１）添加元素
（１－１）必須の添加元素
Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％
Ｓｉは鋳造性を向上させる元素であると共に、初晶Ｓｉや共晶Ｓｉとして晶出し、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有する。下限値に満たない場合は、鋳造性が十分でなくなり、上限値を超えて含有する際には、破壊の起点となる粗大な晶出物の形成により、伸びに悪影響をもたらすため、上記範囲で制限する必要がある。また、１３．０ｗｔ％を超えてＳｉを含有する場合、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加しても初晶Ｓｉの晶出を抑制することができず、粗大な初晶Ｓｉが晶出してしまう。
（１－１）必須の添加元素
Ｓｉ：１１．０～１３．０ｗｔ％
Ｓｉは鋳造性を向上させる元素であると共に、初晶Ｓｉや共晶Ｓｉとして晶出し、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有する。下限値に満たない場合は、鋳造性が十分でなくなり、上限値を超えて含有する際には、破壊の起点となる粗大な晶出物の形成により、伸びに悪影響をもたらすため、上記範囲で制限する必要がある。また、１３．０ｗｔ％を超えてＳｉを含有する場合、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加しても初晶Ｓｉの晶出を抑制することができず、粗大な初晶Ｓｉが晶出してしまう。
【0026】
Ｆｅ：０．５ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下
Ｆｅは不純物としても混入しやすい元素であるが、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物のヤング率を向上させる作用を有すると共に、金型への焼き付きを防止する作用を有する。Ｆｅの含有量が多くなり過ぎるとＳｒ及び／又はＣａを添加してもＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化を抑制し難くなるため、Ｆｅの含有量は１．０ｗｔ％以下とする必要がある。一方で、Ｆｅの含有量が０．５ｗｔ％以下の場合はＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形成量が少なくなり、粗大化は生じ難くなるが、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物のヤング率を向上させる作用や金型への焼き付きを防止する作用が得られない。
Ｆｅは不純物としても混入しやすい元素であるが、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物のヤング率を向上させる作用を有すると共に、金型への焼き付きを防止する作用を有する。Ｆｅの含有量が多くなり過ぎるとＳｒ及び／又はＣａを添加してもＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化を抑制し難くなるため、Ｆｅの含有量は１．０ｗｔ％以下とする必要がある。一方で、Ｆｅの含有量が０．５ｗｔ％以下の場合はＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形成量が少なくなり、粗大化は生じ難くなるが、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物のヤング率を向上させる作用や金型への焼き付きを防止する作用が得られない。
【0027】
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金においては、鉄系化合物の晶出温度が共晶点よりも低いことが好ましい。鉄系化合物の晶出温度及び共晶点（共晶凝固の温度）は鋳造時の冷却曲線を取得して判断してもよく、適当な熱力学計算ソフトウェアを用いて算出してもよい。
【0028】
Ａｌ、Ｓｉ及びＦｅの三元系状態図から導出される、共晶Ｓｉよりも後にＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が晶出するＦｅ量の範囲を図１に示す。図１より、Ｓｉの含有量が１２．６ｗｔ％を境として、境界条件が異なることが分かる。
【0029】
ここで、Ｓｉの含有量（ＭＳｉ）が１２．６ｗｔ％未満の場合、Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）とＳｉの含有量（ＭＳｉ）はＭＦｅ≦０．０７×ＭＳｉの関係を満たすことが好ましい。Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）とＳｉの含有量（ＭＳｉ）が当該関係を満たすことで、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の晶出温度が共晶凝固温度よりも低くなり、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化抑制効果が顕著になる。
【0030】
一方で、Ｓｉの含有量（ＭＳｉ）が１２．６ｗｔ％以上１３．０ｗｔ％以下の場合、Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）とＳｉの含有量（ＭＳｉ）はＭＦｅ≦１．０１－０．０１×ＭＳｉを満たすことが好ましい。Ｆｅの含有量（ＭＦｅ）とＳｉの含有量（ＭＳｉ）が当該関係を満たすことで、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の晶出温度が共晶凝固温度よりも低くなり、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化抑制効果が顕著になる。
【0031】
Ｓｒ：０．００５～０．０５ｗｔ％及び／又はＣａ：０．００５～０．０５ｗｔ％
ＳｒとＣａは、Ａｌ－Ｓｉ系合金の鋳造の際に過冷却を起こす作用がある。Ｓｒ及び／又はＣａの添加により、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉの凝固核が分解される結果、共晶凝固時の過冷度が増大すると考えられる。過冷却が生じることにより、凝固時間が短くなり、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が粗大化する前に凝固が完了するため、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化を抑制することができる。当該作用はＳｒ及び／又はＣａを０．００５ｗｔ％以上添加することで顕著となるが。一方で、０．０５ｗｔ％を超えて添加しても、それ以上の効果は見込めないことから、Ｓｒ及び／又はＣａの添加量は０．０５ｗｔ％以下とすることが好ましい。ＳｒとＣａの両方を添加する場合は、その合計量を０．０５ｗｔ％以下とする必要がある。また、ＳｒとＣａには共晶Ｓｉを微細にする作用もある。
ＳｒとＣａは、Ａｌ－Ｓｉ系合金の鋳造の際に過冷却を起こす作用がある。Ｓｒ及び／又はＣａの添加により、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉの凝固核が分解される結果、共晶凝固時の過冷度が増大すると考えられる。過冷却が生じることにより、凝固時間が短くなり、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が粗大化する前に凝固が完了するため、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化を抑制することができる。当該作用はＳｒ及び／又はＣａを０．００５ｗｔ％以上添加することで顕著となるが。一方で、０．０５ｗｔ％を超えて添加しても、それ以上の効果は見込めないことから、Ｓｒ及び／又はＣａの添加量は０．０５ｗｔ％以下とすることが好ましい。ＳｒとＣａの両方を添加する場合は、その合計量を０．０５ｗｔ％以下とする必要がある。また、ＳｒとＣａには共晶Ｓｉを微細にする作用もある。
【0032】
（１－２）任意の添加元素
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金には、Ｍｎを添加してもよい。
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金には、Ｍｎを添加してもよい。
【0033】
Ｍｎ：０．０ｗｔ％超０．３ｗｔ％以下
Ｍｎは、Ｆｅと同様にヤング率を向上させる作用や金型への焼き付き防止の作用を有すると共に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形状を針状から塊状に変化させる作用を有する。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形状を針状から塊状とすることで、当該Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物への応力集中が緩和され、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の強度や信頼性を向上させることができる。一方で、０．３ｗｔ％を超えて添加されると粗大なＡｌ－Ｍｎ系化合物が形成されやすくなり、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を低下させる可能性がある。
Ｍｎは、Ｆｅと同様にヤング率を向上させる作用や金型への焼き付き防止の作用を有すると共に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形状を針状から塊状に変化させる作用を有する。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の形状を針状から塊状とすることで、当該Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物への応力集中が緩和され、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の強度や信頼性を向上させることができる。一方で、０．３ｗｔ％を超えて添加されると粗大なＡｌ－Ｍｎ系化合物が形成されやすくなり、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を低下させる可能性がある。
【0034】
その他の元素
Ｃｕは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物、初晶Ｓｉおよび共晶Ｓｉの粗大化に影響を与える元素ではなく、固溶強化や析出強化（時効処理）により、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有しているため、鋳物用、ダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳ規格の添加元素としての上限５．０ｗｔ％までは、含有を許容される。Ｃｕの含有量が５．０ｗｔ％を超えると粗大なＡｌ－Ｃｕ系化合物が形成されやすくなることに加え、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の耐食性が低下する。機械的性質を向上させるためには、Ｃｕの含有量は０．０５～５．０ｗｔ％とすることが好ましい。更に好ましい含有量は、０．１～３．５ｗｔ％である。
Ｃｕは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物、初晶Ｓｉおよび共晶Ｓｉの粗大化に影響を与える元素ではなく、固溶強化や析出強化（時効処理）により、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有しているため、鋳物用、ダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳ規格の添加元素としての上限５．０ｗｔ％までは、含有を許容される。Ｃｕの含有量が５．０ｗｔ％を超えると粗大なＡｌ－Ｃｕ系化合物が形成されやすくなることに加え、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の耐食性が低下する。機械的性質を向上させるためには、Ｃｕの含有量は０．０５～５．０ｗｔ％とすることが好ましい。更に好ましい含有量は、０．１～３．５ｗｔ％である。
【0035】
ＭｇはＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物、初晶Ｓｉおよび共晶Ｓｉの粗大化に影響を与える元素ではなく、固溶強化や析出強化（時効処理）により、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有しているため、鋳物用、ダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳ規格の添加元素としての上限１．５ｗｔ％までは、含有を許容される。Ｍｇの含有量が１．５ｗｔ％を超えると粗大なＡｌ－Ｍｇ系化合物が形成されやすくなる。機械的性質を向上させるためには、Ｍｇの含有量は０．４～１．５ｗｔ％とすることが好ましい。更に好ましい含有量は、０．４～１．０ｗｔ％である。
【0036】
Ｚｎ：０．０ｗｔ％超１．０ｗｔ％以下
Ｚｎは共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有するが、１．０ｗｔ％を超えて添加されると共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金の耐食性が低下しやすくなる。
Ｚｎは共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の機械的性質を向上させる作用を有するが、１．０ｗｔ％を超えて添加されると共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金の耐食性が低下しやすくなる。
【0037】
ＴｉとＢは、単体あるいは複合添加すると共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の鋳造組織の微細化を促進する作用を有しており、それぞれ０．５ｗｔ％以下まで添加してもよい。
【0038】
（１－３）不可避不純物
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金には再生原料が使用されることが多いため、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の特性を阻害しない範囲での不可避不純物の含有が許容される。不可避不純物としては、例えば、Ｐを挙げることができる。
本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金には再生原料が使用されることが多いため、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金及び共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の特性を阻害しない範囲での不可避不純物の含有が許容される。不可避不純物としては、例えば、Ｐを挙げることができる。
【0039】
２．共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物
本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなるものである。
本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなるものである。
【0040】
本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は適量のＳｒ及び／又はＣａの添加によってＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の粗大化が抑制されることから、当該Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の平均長径が５０μｍ以下となっている。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物の平均長径は３０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。
【0041】
加えて、本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は適量のＳｒ及び／又はＣａの添加によって共晶Ｓｉの粗大化も抑制されている。共晶Ｓｉの径は１μｍ以下であることが好ましく、０．９μｍ以下であることがより好ましく、０．８μｍ以下であることが最も好ましい。
【0042】
Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物及び共晶Ｓｉの粒径を測定する方法は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の組織観察手法を用いることができ、例えば、光学顕微鏡観察やＳＥＭ観察を用いればよい。
【0043】
また、本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は、適量のＳｒ及び／又はＣａの添加によって導電率が高くなっている。導電率は３５．０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましく、３８．０％ＩＡＣＳ以上であることがより好ましい。導電率の測定方法は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の測定方法を用いればよい。
【0044】
本発明の共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は、本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金からなるアルミニウム合金溶湯を鋳造することによって得ることができる。ここで、適量のＳｒ及び／又はＣａが添加された本発明の鋳物用共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金を用いることで、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物を微細化するために冷却速度が大きなダイカスト法を用いる必要がなく、冷却速度が小さい重力鋳造等を好適に用いることができる。
【0045】
重力鋳造等を用いることで、空気の巻き込み等の鋳造欠陥を抑制しつつ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が微細化された共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を簡便かつ効率的に得ることができる。また、重力鋳造はダイカストのように高価な装置が不要であり、製造装置の導入コストを低減することができる。
【0046】
その他の鋳造条件については本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の鋳造方法及び鋳造条件を用いることができる。
【0047】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0048】
≪実施例≫
表１の実施例１及び実施例２として示す組成となるように配合した原料を黒鉛坩堝に挿入し、表２に示す溶湯処理条件及び表３に示す鋳造条件を用いて、本発明の実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１及び実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２を得た。具体的には、大気溶解した後に脱滓し、回転式脱ガス装置による脱ガス処理を施した。次に、重力鋳造法を用いて本発明の実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を得た。実施例１の重力鋳造には舟型（ＪＩＳ４号金型）又はシェルカップ（砂型）を用い、舟型の場合は鋳造温度を７５０℃、鋳型温度を１５６℃とし、シェルカップの場合は鋳造温度を７５８℃、鋳型温度を室温とした。実施例２の重力鋳造には舟型（ＪＩＳ４号金型）を用い、鋳造温度を７５７℃、鋳型温度を１５５℃とした。
表１の実施例１及び実施例２として示す組成となるように配合した原料を黒鉛坩堝に挿入し、表２に示す溶湯処理条件及び表３に示す鋳造条件を用いて、本発明の実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１及び実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２を得た。具体的には、大気溶解した後に脱滓し、回転式脱ガス装置による脱ガス処理を施した。次に、重力鋳造法を用いて本発明の実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物を得た。実施例１の重力鋳造には舟型（ＪＩＳ４号金型）又はシェルカップ（砂型）を用い、舟型の場合は鋳造温度を７５０℃、鋳型温度を１５６℃とし、シェルカップの場合は鋳造温度を７５８℃、鋳型温度を室温とした。実施例２の重力鋳造には舟型（ＪＩＳ４号金型）を用い、鋳造温度を７５７℃、鋳型温度を１５５℃とした。
【0049】
表１には実施例として示す組成における初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ及び鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の晶出温度も示しているが、鉄系化合物の晶出温度は共晶凝固の温度よりも低くなっている。ここで、各晶出温度は市販の統合型熱力学計算ソフトウェアであるＴｈｅｒｍｏ－Ｃａｌｃを用いて算出した。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【表3】
【0053】
≪比較例≫
表１の比較例１～３として示す組成とし、表２及び表３に示す溶湯処理条件及び鋳造条件を用いたこと以外は実施例と同様にして、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１～３を得た。ここで、比較例１及び比較例２においては意図的にＰを添加しており、Ｐの含有量が多くなっている。また、表１には、実施例と同様にして求めた各組成における初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ及び鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の晶出温度も示しているが、比較例２及び比較例３については、鉄系化合物の晶出温度が共晶凝固の温度よりも高くなっている。
表１の比較例１～３として示す組成とし、表２及び表３に示す溶湯処理条件及び鋳造条件を用いたこと以外は実施例と同様にして、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１～３を得た。ここで、比較例１及び比較例２においては意図的にＰを添加しており、Ｐの含有量が多くなっている。また、表１には、実施例と同様にして求めた各組成における初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ及び鉄系化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物）の晶出温度も示しているが、比較例２及び比較例３については、鉄系化合物の晶出温度が共晶凝固の温度よりも高くなっている。
【0054】
［評価試験］
（１）微細組織
得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物及び比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の底面から１３ｍｍの位置を中心として、１ｃｍ角の立方体を切り出し、断面にバフ研磨を施して、光学顕微鏡による組織観察用の試料とした。
（１）微細組織
得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物及び比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物の底面から１３ｍｍの位置を中心として、１ｃｍ角の立方体を切り出し、断面にバフ研磨を施して、光学顕微鏡による組織観察用の試料とした。
【0055】
舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織を図２及び図３に示す。図２及び図３より、舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１には初晶Ｓｉが殆ど晶出しておらず、微細な共晶Ｓｉ組織が観察される。また、鉄系化合物（図３の実線で囲まれた領域）は顕著に微細化されており、平均長径は２０μｍ程度になっている。
【0056】
シェルカップを用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織を図４及び図５に示す。図４及び図５より、舟型よりも冷却速度が遅くなるシェルカップを用いた場合においても、得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１には初晶Ｓｉが殆ど晶出しておらず、微細な共晶Ｓｉ組織が観察される。また、鉄系化合物（図５の実線で囲まれた領域）も粗大化が抑制されており、平均長径は３０μｍ程度になっている。
【0057】
舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ組織を図６及び図７に示す。図６及び図７より、舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１には初晶Ｓｉが殆ど晶出しておらず、微細な共晶Ｓｉ組織が観察される。また、鉄系化合物（図７の実線で囲まれた領域）は顕著に微細化されており、平均長径は２０μｍ程度になっている。
【0058】
舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織を図８及び図９に示す。比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１は適量のＳｒ及び／又はＣａを含有していないことから、鉄系化合物は顕著に粗大化しており、平均長径は１００μｍ以上になっている。また、多数の初晶Ｓｉが晶出しており、共晶Ｓｉ組織は粗大化していることが分かる。
【0059】
シェルカップを用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１のミクロ組織を図１０及び図１１に示す。比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１は適量のＳｒ及び／又はＣａを含有していないことに加え、舟型よりも冷却速度が遅くなるシェルカップを用いていることから、鉄系化合物はより顕著に粗大化している。また、多数の初晶Ｓｉが晶出しており、共晶Ｓｉ組織は粗大化していることが分かる。
【0060】
舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２のミクロ組織を図１２及び図１３に示す。比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２は適量のＳｒ及び／又はＣａを含有していないことに加え、１．０ｗｔ％を超えるＦｅと１３．０ｗｔ％を超えるＳｉを含有し、Ｐ量も多くなっていることから、鉄系化合物は極めて顕著に粗大化しており、平均長径は２００μｍ以上になっている。また、多数の初晶Ｓｉが晶出しており、共晶Ｓｉ組織は粗大化していることが分かる。
【0061】
舟型を用いて得られた比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３のミクロ組織を図１４及び図１５に示す。比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３は適量のＳｒ及び／又はＣａを含有しているが、１．０ｗｔ％を超えるＦｅと１３．０ｗｔ％を超えるＳｉを含有することから、鉄系化合物の微細化効果が十分に得られておらず、鉄系化合物の平均長径は１００μｍ程度になっている。また、共晶Ｓｉ組織は微細化されているものの、粗大な初晶Ｓｉが晶出している。
【0062】
舟型を用いて得られた実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１、実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２及び比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１における共晶Ｓｉの平均粒径を測定したところ、それぞれ０．７４μｍ、０．８４μｍ及び３．０８μｍであった。実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１及び実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２においては、共晶Ｓｉが顕著に微細化していることが分かる。なお、共晶Ｓｉの平均粒径の測定に用いた観察面積は０．０３５ｍｍ２である。
【0063】
（２）冷却曲線の測定
鋳型の底面から１３ｍｍの位置に熱電対の測温接点が来るように熱電対を固定し、鋳造時に熱電対を鋳ぐるみながら、冷却曲線を測定した。
鋳型の底面から１３ｍｍの位置に熱電対の測温接点が来るように熱電対を固定し、鋳造時に熱電対を鋳ぐるみながら、冷却曲線を測定した。
【0064】
実施例１及び比較例１について、舟型を使用した場合の冷却曲線を図１６に示す。適量のＳｒを含有する実施例１においては過冷却が生じていることが分かる。また、冷却曲線における変曲点（晶出に伴い冷却速度が遅くなる点）から晶出温度を求めると、実施例１の場合は初晶Ｓｉの晶出温度が５７４℃、共晶凝固の温度が５６８℃であり、比較例１の場合は初晶Ｓｉの初出温度が５７８℃、共晶凝固の温度が５７７℃となっている。なお、鉄系化合物の晶出温度は冷却曲線から判断することが困難であった。
【0065】
実施例１及び比較例１について、シェルカップを使用した場合の冷却曲線を図１７に示す。適量のＳｒを含有する実施例１においては、冷却速度が遅いシェルカップを用いた場合においても過冷却が生じていることが分かる。また、冷却曲線における変曲点（晶出に伴い冷却速度が遅くなる点）から晶出温度を求めると、実施例１の場合は共晶凝固の温度が５６３℃であり、比較例１の場合は初晶Ｓｉの初出温度が５７８℃、共晶凝固の温度が５７７℃となっている。なお、鉄系化合物の晶出温度及び実施例における初晶Ｓｉの晶出温度は、冷却曲線から判断することが困難であった。
【0066】
（３）導電率の測定
舟型を用いて得られた各組成を有する共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物について、１５ｍｍの厚さに切り出し、測定面を研磨した後、室温で、ＧＥセンシング＆インスペクションテクノロジー社のＡｕｔｏ Ｓｉｇｍａ ３０００を用いて、導電率を測定した。実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１、実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２及び比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３の導電率は、それぞれ３９．７％ＩＡＣＳ、３７．３％ＩＡＣＳ、３１．２％ＩＡＣＳ、２８．２％ＩＡＣＳ及び３４．９％ＩＡＣＳであった。実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は３５．０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を有していることが確認できる。
舟型を用いて得られた各組成を有する共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物について、１５ｍｍの厚さに切り出し、測定面を研磨した後、室温で、ＧＥセンシング＆インスペクションテクノロジー社のＡｕｔｏ Ｓｉｇｍａ ３０００を用いて、導電率を測定した。実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１、実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物１、比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物２及び比較共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物３の導電率は、それぞれ３９．７％ＩＡＣＳ、３７．３％ＩＡＣＳ、３１．２％ＩＡＣＳ、２８．２％ＩＡＣＳ及び３４．９％ＩＡＣＳであった。実施共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物は３５．０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を有していることが確認できる。
【0067】
以上の結果より、比較的大量のＦｅを含有する共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金であっても、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加することで、冷却速度が大きなダイカスト法を用いることなく、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物を顕著に微細化できることが分かる。加えて、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加することで、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉも微細化されることが確認できる。更に、適量のＳｒ及び／又はＣａを添加することで、共晶Ａｌ－Ｓｉ系合金鋳物に高い導電率を付与できることが分かる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
