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特開2024-162309鋳物用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鋳物並びにその製造方法
(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】P2024162309
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】鋳物用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鋳物並びにその製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 21/02 20060101AFI20241114BHJP
C22F 1/043 20060101ALI20241114BHJP
B22D 21/04 20060101ALI20241114BHJP
B22D 27/20 20060101ALI20241114BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20241114BHJP
【ＦＩ】
C22C21/02
C22F1/043
B22D21/04 A
B22D27/20 B
C22F1/00 611
C22F1/00 630Z
C22F1/00 631Z
C22F1/00 681
C22F1/00 604
C22F1/00 630D
C22F1/00 630J
C22F1/00 650E
C22F1/00 623
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023077686
(22)【出願日】2023-05-10
(71)【出願人】
【識別番号】000004743
【氏名又は名称】日本軽金属株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】507073859
【氏名又は名称】日軽エムシーアルミ株式会社
(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】織田 和宏
(72)【発明者】
【氏名】望月 鉄矢
(72)【発明者】
【氏名】三輪 晋也
(72)【発明者】
【氏名】王 多
(57)【要約】
【課題】重力鋳造のように冷却速度の遅い鋳造方法でも、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子の分散を伴うことなく１００ＧＰａ以上のヤング率を発現する高剛性かつ安価なアルミニウム合金鋳物を得ることができるアルミニウム合金及び当該アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物並びにその簡便かつ効率的な製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％、Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、を特徴とする鋳物用アルミニウム合金。
【選択図】なし
【解決手段】Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％、Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、を特徴とする鋳物用アルミニウム合金。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％、
Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、
Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、
Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、
Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、
Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、
残部がＡｌと不可避不純物からなり、
前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、
を特徴とする鋳物用アルミニウム合金。
Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、
Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、
Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、
Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、
Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、
残部がＡｌと不可避不純物からなり、
前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、
を特徴とする鋳物用アルミニウム合金。
【請求項2】
請求項１に記載の鋳物用アルミニウム合金からなり、
ヤング率が１００ＧＰａ以上であること、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物。
ヤング率が１００ＧＰａ以上であること、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物。
【請求項3】
６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を含み、
前記ヤング率が１１０ＧＰａ以上であること、
を特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金鋳物。
前記ヤング率が１１０ＧＰａ以上であること、
を特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金鋳物。
【請求項4】
請求項１に記載の鋳物用アルミニウム合金からなる溶湯を鋳造し、
前記鋳造に重力鋳造を用いること、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法。
前記鋳造に重力鋳造を用いること、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【請求項5】
前記溶湯にＴｉ及びＢを添加し、ＴｉＢ２を晶出させること、
を特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
を特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は鋳造用アルミニウム合金及び当該鋳物用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物並びにその製造方法に関し、特に、自動車等の各種車両のラダー型フレーム、ペリメータ型フレームやケース類、工作機械のテーブルのように、高い剛性を必要とされる部材に好適に使用できる高剛性アルミニウム合金鋳物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車のフレームのように特に高い剛性が必要とされる部材には、鋳鉄が使用されてきた。しかしながら、近年の省エネルギーの観点からの自動車の軽量化の要求に伴い、当該要求に応え得る材料としてアルミニウム合金が注目されている。
【0003】
剛性の高いアルミニウム合金材としては、セラミックス粒子を添加した複合材が知られている。例えば、特許文献１（特開平６－２１２３２８号公報）において、マトリックスを１００重量％としたとき重量％で、Ｎｉ：１０～２０％、Ｓｉ：８～２５％と、さらに少なくともＭｏ：１．０～３．０％を含み、残部がＡｌからなるアルミニウム合金をマトリックスとし、当該マトリックスを含む複合材料全体を１００重量％としたとき、窒化物、硼化物、炭化物、酸化物の粒子の１種または２種以上が合計で１０重量％を超え３０重量％以下の量が当該マトリックス中に分散し、粉末冶金法により製造されていることを特徴とする高耐熱・高剛性・低熱膨張アルミニウム基複合材料、が提案されている。
【0004】
上記特許文献１に記載の高耐熱・高剛性・低熱膨張アルミニウム基複合材料においては、耐熱アルミニウム合金マトリックスに硼化物、窒化物、炭化物、酸化物を特定の量範囲で添加することで、常温での引張強度及び高温での引張強度に優れるとともに、ヤング率、熱膨張率の低下を図ることができる、とされている。
【0005】
また、本発明者らも、特許文献２（特開２００５－２７２８６８号公報）において、「Ｓｉ：１３～２５質量％、Ｃｕ：２～８質量％、Ｆｅ：０．５～３質量％、Ｍｎ：０．３～３質量％、Ｐ：０．００１～０．０２質量％を含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、ＦｅとＭｎの合計量が３．０質量％以上であることを特徴とする剛性に優れ、低線膨張率を有する鋳造用アルミニウム合金」を提案している。
【0006】
上記特許文献２に記載の鋳造用アルミニウム合金においては、鋳造時にＡｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系あるいはＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の微細な晶出粒子を分散させることができ、必要とする高剛性及び低線膨張率を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平６－２１２３２８号公報
【特許文献2】特開２００５－２７２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年では、アルミニウム合金材により高い剛性、具体的には１００ＧＰａ以上のヤング率が求められるようになってきた。しかしながら、上記特許文献１に記載の高耐熱・高剛性・低熱膨張アルミニウム基複合材料のように、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子を添加することでアルミニウム合金材の剛性を高めることはできるものの、これらの粒子はアルミニウム相との結晶整合性が低く、アルミニウム相と粒子との界面に欠陥が発生することが問題となる。
【0009】
また、上記特許文献２に記載の鋳造用アルミニウム合金のように、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子等のセラミックス粒子の分散を伴わずに１００ＧＰａ以上のヤング率を得るためには、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏを大量に添加する必要があり、材料コストの増加を避けられない。加えて、これらの添加元素は大量に添加すると粗大晶出物を形成するため、重力鋳造のように冷却速度の遅い鋳造方法を用いることが困難である。
【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、重力鋳造のように冷却速度の遅い鋳造方法でも、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子の分散を伴うことなく１００ＧＰａ以上のヤング率を発現する高剛性かつ安価なアルミニウム合金鋳物を得ることができるアルミニウム合金及び当該アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物並びにその簡便かつ効率的な製造方法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、アルミニウム合金の組成等について鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム合金材の剛性を高めるためには、アルミニウムよりも剛性の高い化合物を多く晶出させることが必要であり、特に、特定の化合物がアルミニウム合金材の剛性向上に効果的であることを見出して、本発明に到達した。
【0012】
即ち、本発明は、
Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％、
Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、
Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、
Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、
Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、
Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、
残部がＡｌと不可避不純物からなり、
前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、
を特徴とする鋳物用アルミニウム合金、を提供する。
Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％、
Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％、
Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％、
Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％、
Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％、
Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％、を含有し、
残部がＡｌと不可避不純物からなり、
前記不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏがいずれも０．０５ｗｔ％以下に規制されていること、
を特徴とする鋳物用アルミニウム合金、を提供する。
【0013】
本発明の鋳造用アルミニウム合金においては、アルミニウム合金材の剛性を効果的に向上させる初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物が優先的に晶出する合金組成となっている。これらの化合物は、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物及びＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃｒ系化合物よりも、アルミニウム合金材の剛性向上に及ぼす寄与度が大きい。
【0014】
また、アルミニウム合金材の剛性を効果的に向上させる初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物の晶出量を低減するＭｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏの量が厳格に規制（いずれも０．０５ｗｔ％以下）されており、アルミニウム合金鋳物の剛性を効率的に高めることができる。
【0015】
また、本発明は、本発明の鋳物用アルミニウム合金からなり、ヤング率が１００ＧＰａ以上であること、を特徴とするアルミニウム合金鋳物、も提供する。
【0016】
本発明のアルミニウム合金鋳物においては、初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物が優先的に多量に晶出していることから、１００ＧＰａ以上の高いヤング率を有している。アルミニウム合金鋳物のヤング率は１１０ＧＰａ以上であることが好ましく、１２０ＧＰａ以上であることがより好ましく、１３０ＧＰａ以上であることが最も好ましい。
【0017】
また、本発明のアルミニウム合金鋳物においては、６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を含むことが好ましい。６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を含むことで、アルミニウム合金鋳物のヤング率を確実に向上させることができる。ＴｉＢ２はＡｌ２Ｏ３やＳｉＣと異なり、アルミニウム合金の晶出相でもあることから、アルミニウムとの濡れ性がよく、結晶整合性も良好であることから、アルミニウム相との界面における欠陥の形成が抑制されている。
【0018】
更に、本発明は、本発明の鋳物用アルミニウム合金からなる溶湯を鋳造し、前記鋳造に重力鋳造を用いること、を特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法、も提供する。
【0019】
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、粗大な晶出物を形成しやすいＭｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏの量が厳格に規制（いずれも０．０５ｗｔ％以下）されていることから、冷却速度の遅い重力鋳造を用いてもアルミニウム合金鋳物の機械的性質を低下させる粗大な晶出物の形成が抑制される。
【0020】
また、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏの各元素の含有量が０．０５ｗｔ％以下となっていることで、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に対する寄与が小さい化合物の形成を抑制し、当該剛性向上に対する寄与が大きい化合物の形成を促進することができる。その結果、ヤング率が１００ＧＰａ以上である高い剛性を有するアルミニウム合金鋳物を得ることができる。
【0021】
また、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、高い剛性を有するアルミニウム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。
【0022】
更に、本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、前記溶湯にＴｉ及びＢを添加し、ＴｉＢ２を晶出させること、が好ましい。Ｔｉ及びＢの添加方法は、本発明の効果を損なわない限りにおいて限定されず、例えば、Ａｌ－Ｔｉ及びＡｌ－Ｂの母合金を溶湯に投入し、６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２が形成されるように添加量を調整すればよい。６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を晶出させることで、アルミニウム合金鋳物のヤング率を１１０ＧＰａ以上とすることができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、重力鋳造のように冷却速度の遅い鋳造方法でも、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子の分散を伴うことなく１００ＧＰａ以上のヤング率を発現する高剛性かつ安価なアルミニウム合金鋳物を得ることができるアルミニウム合金及び当該アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物並びにその簡便かつ効率的な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施例で用いた重力鋳造用の金型形状である。
【図2】実施例で用いた引張試験片形状である。
【図3】実施アルミニウム合金鋳物４のミクロ組織である。
【図4】実施アルミニウム合金鋳物４の反射電子像である。
【図5】実施アルミニウム合金鋳物４のＢのマッピング結果である。
【図6】実施アルミニウム合金鋳物４のＴｉのマッピング結果である。
【図7】実施アルミニウム合金鋳物４のＦｅのマッピング結果である。
【図8】実施アルミニウム合金鋳物４のＮｉのマッピング結果である。
【図9】実施アルミニウム合金鋳物４のＳｉのマッピング結果である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の鋳物用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鋳物並びにその製造方法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。
【0026】
１．鋳物用アルミニウム合金
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に効果的な化合物を多く晶出させることを目的として、組成が最適化されていることを特徴としている。アルミニウム合金鋳物の剛性向上に効果的な化合物とは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ系化合物である。本発明者が鋭意研究を重ねた結果、これらの化合物はＭｇ－Ｓｉ系化合物及びＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃｒ系化合物よりもアルミニウム合金鋳物の剛性向上に対する寄与が大きいことが明らかとなった。以下、各成分について詳細に説明する。
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に効果的な化合物を多く晶出させることを目的として、組成が最適化されていることを特徴としている。アルミニウム合金鋳物の剛性向上に効果的な化合物とは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ系化合物である。本発明者が鋭意研究を重ねた結果、これらの化合物はＭｇ－Ｓｉ系化合物及びＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃｒ系化合物よりもアルミニウム合金鋳物の剛性向上に対する寄与が大きいことが明らかとなった。以下、各成分について詳細に説明する。
【0027】
（１）必須の添加元素
Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％
Ｓｉは、初晶Ｓｉ及びＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性を向上させる作用を有する。この作用は１６．０ｗｔ％以上で顕著となるが、２０．０ｗｔ％を超えると初晶Ｓｉが粗大化し、粗大な初晶Ｓｉによってアルミニウム合金鋳物の切削加工性が著しく低下する。また、Ｓｉにはアルミニウム合金鋳物の線膨張係数を低下させる作用や耐摩耗性を向上させる作用がある。Ｓｉ含有量は１６．５～１９．５ｗｔ％であることが好ましい。
Ｓｉ：１６．０～２０．０ｗｔ％
Ｓｉは、初晶Ｓｉ及びＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性を向上させる作用を有する。この作用は１６．０ｗｔ％以上で顕著となるが、２０．０ｗｔ％を超えると初晶Ｓｉが粗大化し、粗大な初晶Ｓｉによってアルミニウム合金鋳物の切削加工性が著しく低下する。また、Ｓｉにはアルミニウム合金鋳物の線膨張係数を低下させる作用や耐摩耗性を向上させる作用がある。Ｓｉ含有量は１６．５～１９．５ｗｔ％であることが好ましい。
【0028】
Ｎｉ：５．０～８．０ｗｔ％
Ｎｉは、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性を向上させ、線膨張係数を低下させる作用がある。この作用は５．０ｗｔ％以上で顕著となるが、８．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化し、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。ヤング率向上の観点からは、Ｎｉの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
Ｎｉは、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性を向上させ、線膨張係数を低下させる作用がある。この作用は５．０ｗｔ％以上で顕著となるが、８．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化し、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。ヤング率向上の観点からは、Ｎｉの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
【0029】
Ｃｕ：４．０～７．０ｗｔ％
Ｃｕは、Ａｌ－Ｃｕ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は４．０ｗｔ％以上で顕著となるが、７．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化し、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。加えて、７．０ｗｔ％を超えるとアルミニウム合金鋳物の耐食性も低下する。ヤング率向上の観点からは、Ｃｕの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
Ｃｕは、Ａｌ－Ｃｕ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は４．０ｗｔ％以上で顕著となるが、７．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化し、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。加えて、７．０ｗｔ％を超えるとアルミニウム合金鋳物の耐食性も低下する。ヤング率向上の観点からは、Ｃｕの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
【0030】
Ｆｅ：２．０～４．０ｗｔ％
Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は２．０ｗｔ％以上で顕著となるが、４．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化しやすくなり、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。また、２．０～４．０ｗｔ％のＦｅを添加することで、金型への焼き付き防止作用を発現することができる。ヤング率向上の観点からは、Ｆｅの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物及びＡｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は２．０ｗｔ％以上で顕著となるが、４．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化しやすくなり、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。また、２．０～４．０ｗｔ％のＦｅを添加することで、金型への焼き付き防止作用を発現することができる。ヤング率向上の観点からは、Ｆｅの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
【0031】
Ｍｎ：１．０～３．０ｗｔ％
Ｍｎは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は１．０ｗｔ％以上で顕著となるが、３．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化しやすくなり、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。また、１．０～３．０ｗｔ％のＭｎを添加することで、金型への焼き付き防止作用を発現することができる。ヤング率向上の観点からは、Ｍｎの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
Ｍｎは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物として晶出し、アルミニウム合金鋳物の剛性の向上に寄与する。この作用は１．０ｗｔ％以上で顕著となるが、３．０ｗｔ％を超えると晶出物が粗大化しやすくなり、アルミニウム合金鋳物の伸びが低下する。また、１．０～３．０ｗｔ％のＭｎを添加することで、金型への焼き付き防止作用を発現することができる。ヤング率向上の観点からは、Ｍｎの含有量は可能な限り多くすることが好ましい。
【0032】
Ｐ：０．００４～０．０２ｗｔ％
Ｐは、初晶Ｓｉの晶出核となり、初晶Ｓｉの微細化に寄与する。この作用は０．００４ｗｔ％以上で顕著となるが、０．０２ｗｔ％を超えて添加しても当該作用の向上は見られない。Ｐの含有量は０．００７～０．０１５ｗｔ％であることが好ましい。
Ｐは、初晶Ｓｉの晶出核となり、初晶Ｓｉの微細化に寄与する。この作用は０．００４ｗｔ％以上で顕著となるが、０．０２ｗｔ％を超えて添加しても当該作用の向上は見られない。Ｐの含有量は０．００７～０．０１５ｗｔ％であることが好ましい。
【0033】
（２）不可避不純物
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏが０．０５ｗｔ％以下に規制されていることを特徴としている。
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏが０．０５ｗｔ％以下に規制されていることを特徴としている。
【0034】
Ｍｇ：０．０５ｗｔ％以下
Ｍｇは母相中に固溶し、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するが、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物として晶出し、結果として、剛性向上の寄与がより大きい初晶Ｓｉの晶出量を少なくしてしまうことから、０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｍｇは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
Ｍｇは母相中に固溶し、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するが、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物として晶出し、結果として、剛性向上の寄与がより大きい初晶Ｓｉの晶出量を少なくしてしまうことから、０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｍｇは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
【0035】
Ｃｒ：０．０５ｗｔ％以下
ＣｒはＣｒ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＣｒ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｃｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｃｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｃｒは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｃｒは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
ＣｒはＣｒ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＣｒ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｃｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｃｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｃｒは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｃｒは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
【0036】
Ｚｒ：０．０５ｗｔ％以下
ＺｒはＺｒ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＺｒ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｚｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｚｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｚｒは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｚｒは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
ＺｒはＺｒ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＺｒ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｚｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｚｒが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｚｒは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｚｒは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
【0037】
Ｖ：０．０５ｗｔ％以下
ＶはＶ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＶ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｖが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｖが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｖは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｖは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
ＶはＶ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＶ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｖが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｖが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｖは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｖは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
【0038】
Ｍｏ：０．０５ｗｔ％以下
ＭｏはＭｏ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＭｏ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｍｏが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｍｏが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｍｏは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｍｏは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
ＭｏはＭｏ－Ｓｉ系化合物として晶出する。この化合物は通常のＭｏ添加量では剛性向上に寄与しない。一方で、Ｍｏが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与する初晶Ｓｉの晶出量が減少する。加えて、溶湯にＴｉ及びＢを添加してＴｉＢ２を晶出させる場合、Ｍｏが存在すると、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に寄与するＴｉＢ２の晶出量が減少する。このような理由から、Ｍｏは０．０５ｗｔ％以下に規制する。Ｍｏは０．０１ｗｔ％以下に規制することが好ましい。
【0039】
なお、Ａｌ－Ｓｉ系の鋳物用アルミニウム合金には再生原料が使用されることが多いため、本発明のアルミニウム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。
【0040】
２．アルミニウム合金鋳物
本発明のアルミニウム合金鋳物は、本発明の鋳物用アルミニウム合金からなる高剛性アルミニウム合金鋳物であり、ヤング率が１００ＧＰａ以上であることを特徴としている。ヤング率は１１０ＧＰａ以上であることが好ましく、１２０ＧＰａ以上であることがより好ましく、１３０ＧＰａ以上であることが最も好ましい。
本発明のアルミニウム合金鋳物は、本発明の鋳物用アルミニウム合金からなる高剛性アルミニウム合金鋳物であり、ヤング率が１００ＧＰａ以上であることを特徴としている。ヤング率は１１０ＧＰａ以上であることが好ましく、１２０ＧＰａ以上であることがより好ましく、１３０ＧＰａ以上であることが最も好ましい。
【0041】
本発明のアルミニウム合金鋳物においては、剛性向上に対する寄与が比較的に小さいＭｇ－Ｓｉ系化合物の晶出が抑制され、当該寄与が比較的に大きい初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物が優先的に多量に晶出している。
【0042】
Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ系化合物はいずれも約２００ＧＰａ以上のヤング率を有しており、Ａｌ合金中に晶出させることで、複合則に従ってＡｌ合金のヤング率が向上する。
【0043】
初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物の形状及びサイズ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ないが、微細であることが好ましい。より具体的には、初晶Ｓｉの粒径は１００μｍ以下であることが好ましい。また、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物の粒径は１００μｍ以下であることが好ましい。
【0044】
初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物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。より具体的には、例えば、アルミニウム合金鋳物の断面における微細組織を観察し、観察像において確認される初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物をそれぞれ大きい方から単位面積当たり１０個選定し、初晶Ｓｉについてはこれらの平均粒径を、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物についてはこれらの最大長の平均を算出すればよい。
【0045】
また、本発明のアルミニウム合金鋳物においては、６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を含むことが好ましい。ＴｉＢ２を６．０ｗｔ％以上とすることで、アルミニウム合金鋳物のヤング率を効率的に向上させることができ、ＴｉＢ２を１０．０ｗｔ％以下とすることで、アルミニウム合金鋳物の脆化や加工性の低下を抑制することができる。また、ＴｉＢ２が１０．０ｗｔ％を超えると、溶湯の粘性が上がり鋳造が難しくなる。
【0046】
ＴｉＢ２の形状及びサイズ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ないが、１μｍ以下の粒径を有する粒状のＴｉＢ２とすることが好ましい。
【0047】
本発明のアルミニウム合金鋳物を製造する方法は、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、従来公知のダイカスト法や重力鋳造法を用いることができるが、本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法によって好適に得ることができる。
【0048】
３．アルミニウム合金鋳物の製造方法
本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法は、本発明の鋳物用アルミニウム合金を用い、重力鋳造を用いることを特徴としている。
本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法は、本発明の鋳物用アルミニウム合金を用い、重力鋳造を用いることを特徴としている。
【0049】
本発明の鋳物用アルミニウム合金は、粗大な晶出物を形成しやすいＭｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏの量が厳格に規制（いずれも０．０５ｗｔ％以下）されていることから、冷却速度の遅い重力鋳造を用いてもアルミニウム合金鋳物の機械的性質を低下させる粗大な晶出物の形成が抑制される。
【0050】
また、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ及びＭｏの各元素の含有量が０．０５ｗｔ％以下となっていることで、アルミニウム合金鋳物の剛性向上に対する寄与が小さい化合物の形成を抑制し、当該剛性向上に対する寄与が大きい化合物の形成を促進することができる。その結果、ヤング率が１００ＧＰａ以上である高い剛性を有するアルミニウム合金鋳物を得ることができる。
【0051】
また、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、高い剛性を有するアルミニウム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。
【0052】
また、本発明の鋳物用アルミニウム合金からなる溶湯に６．０～１０．０ｗｔ％のＴｉＢ２を分散させることで、アルミニウム合金鋳物のヤング率を１１０ＧＰａ以上とすることができる。アルミニウム合金鋳物のヤング率は、基本的にＴｉＢ２の添加量の増加に伴って高くなるため、より高いヤング率が必要な場合は６．０～１０．０ｗｔ％の範囲内で添加量を増加させればよい。ＴｉＢ２は溶湯にＴｉ及びＢを添加して晶出させてもよく、ＴｉＢ２粒子を外部から添加してもよく、これらの両方を行ってもよい。
【0053】
ＴｉＢ２の添加によるアルミニウム合金鋳物のヤング率向上効果はアルミニウム合金の組成やＴｉＢ２の形状及びサイズ等にも依存するが、１．０ｗｔ％のＴｉＢ２によって、アルミニウム合金鋳物のヤング率を約２ＧＰａ向上させることができる。ここで、溶湯へのＴｉＢ２粒子の添加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、例えば、従来公知の溶湯攪拌法等を用いることができる。
【0054】
更に、本発明の鋳物用アルミニウム合金には０．００４～０．０２ｗｔ％のＰが含まれていることから、当該Ｐが初晶Ｓｉの晶出核となり、初晶Ｓｉを微細化することができる。
【0055】
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。
【0056】
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0057】
≪実施例≫
表１の実施例１～７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、１０５０℃で大気溶解した後、８００℃に温度を下げ、８００℃で脱滓フラックスによる脱滓処理を施した。不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏはいずれも０．０５ｗｔ％以下となっている。ここで、実施例３～７については、アルミニウム溶湯中にＡｌ－３５ｗｔ％Ｔｉ及びＡｌ－１０ｗｔ％Ｂの母合金を投入して溶解し、表１に記載の量のＴｉ及びＢを添加して、ＴｉＢ２を晶出させた。次に、実施例１、２、４～６については、図１に示す金型を用いて重力鋳造を施し、本発明の実施アルミニウム合金鋳物１、２、４～６を得た。また、実施例３及び７については、１０５０℃で大気溶解した後、８００℃に温度を下げ、８００℃で脱滓フラックスによる脱滓処理を施したインゴットを作製した後、これを８００℃で再溶解してダイカストに用いた。ダイカストの射出条件としては低速０．１ｍ／ｓ、高速１．０ｍ／ｓ、鋳造圧力７０ＭＰａとして、１８０ｍｍ×１５０ｍｍ×６ｍｍの板状の実施アルミニウム合金鋳物３及び７を得た。
表１の実施例１～７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、１０５０℃で大気溶解した後、８００℃に温度を下げ、８００℃で脱滓フラックスによる脱滓処理を施した。不可避不純物としてのＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ及びＭｏはいずれも０．０５ｗｔ％以下となっている。ここで、実施例３～７については、アルミニウム溶湯中にＡｌ－３５ｗｔ％Ｔｉ及びＡｌ－１０ｗｔ％Ｂの母合金を投入して溶解し、表１に記載の量のＴｉ及びＢを添加して、ＴｉＢ２を晶出させた。次に、実施例１、２、４～６については、図１に示す金型を用いて重力鋳造を施し、本発明の実施アルミニウム合金鋳物１、２、４～６を得た。また、実施例３及び７については、１０５０℃で大気溶解した後、８００℃に温度を下げ、８００℃で脱滓フラックスによる脱滓処理を施したインゴットを作製した後、これを８００℃で再溶解してダイカストに用いた。ダイカストの射出条件としては低速０．１ｍ／ｓ、高速１．０ｍ／ｓ、鋳造圧力７０ＭＰａとして、１８０ｍｍ×１５０ｍｍ×６ｍｍの板状の実施アルミニウム合金鋳物３及び７を得た。
【0058】
【表1】
【0059】
重力鋳造を用いた場合は、金型底から１３ｍｍまでの位置から図２に示す形状及び大きさの試験片を切り出し、引張試験を行った。ダイカストを用いた場合は、ダイカスト材から図２に示す形状及び大きさの試験片を切り出し、引張試験を行った。引張試験で得られた荷重－変位曲線の弾性域の傾きからヤング率を求めた。得られた値を表１に示す。
【0060】
得られた実施アルミニウム合金鋳物から１ｃｍ角の立方体を切り出し、断面にバフ研磨を施して組織観察用試料とした。代表的な組織観察結果として、光学顕微鏡で観察された実施アルミニウム合金鋳物４のミクロ組織を図３に示す。図３より、多数の化合物（Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物）が晶出していることが分かる。
【0061】
次に、実施アルミニウム合金鋳物４の組織観察用試料に対して、ＥＰＭＡ（株式会社島津製作所ＥＰＭＡ－１６１０，加速電圧１５ｋＶ，照射電流１００ｍＡ，ビーム径φ１μｍ）を用いた元素マッピングによって介在物を分析した。得られた反射電子像を図４に、Ｂのマッピングを図５に、Ｔｉのマッピングを図６に、Ｆｅのマッピングを図７に、Ｎｉのマッピングを図８に、Ｓｉのマッピングを図９にそれぞれ示す。Ｂ及びＴｉが重畳している領域がＴｉＢ２であり、微細なＴｉＢ２が均一に分散していることが分かる。
【0062】
≪比較例≫
表１の比較例１～８として示す組成としたこと以外は実施例と同様にして、比較アルミニウム合金鋳物１～８を得た。比較例６は０．７ｗｔ％のＶを含有し、比較例７は０．９ｗｔ％のＺｒを含有している。ここで、比較例１、２、４及び８では重力鋳造を用い、比較例３及び５～７ではダイカストを用いた。また、比較例２～７については、アルミニウム溶湯中にＡｌ－３５ｗｔ％Ｔｉ及びＡｌ－１０ｗｔ％Ｂの母合金を投入して溶解し、表１に記載の量のＴｉ及びＢを添加し、ＴｉＢ２を晶出させた。更に、実施例と同様にして引張試験を行い、各比較アルミニウム合金鋳物のヤング率を求めた。得られた値を表１に示す。
表１の比較例１～８として示す組成としたこと以外は実施例と同様にして、比較アルミニウム合金鋳物１～８を得た。比較例６は０．７ｗｔ％のＶを含有し、比較例７は０．９ｗｔ％のＺｒを含有している。ここで、比較例１、２、４及び８では重力鋳造を用い、比較例３及び５～７ではダイカストを用いた。また、比較例２～７については、アルミニウム溶湯中にＡｌ－３５ｗｔ％Ｔｉ及びＡｌ－１０ｗｔ％Ｂの母合金を投入して溶解し、表１に記載の量のＴｉ及びＢを添加し、ＴｉＢ２を晶出させた。更に、実施例と同様にして引張試験を行い、各比較アルミニウム合金鋳物のヤング率を求めた。得られた値を表１に示す。
【0063】
表１より、全ての実施例（実施アルミニウム合金鋳物１～７）において、１００ＧＰａ以上の高いヤング率が得られている。ＴｉＢ２を晶出させていない実施アルミニウム合金鋳物１と実施アルミニウム鋳物２を比較すると、各添加元素の含有量が多い実施アルミニウム合金鋳物１において、より高いヤング率が得られている。また、ヤング率に及ぼす鋳造法の影響は小さく、重力鋳造を用いてもヤング率の高いアルミニウム合金鋳物が得られることが分かる。また、最も高いヤング率は、各添加元素の含有率とＴｉＢ２の晶出量が共に多い実施アルミニウム合金鋳物６で得られており、１３１ＧＰａに達している。
【0064】
一方で、Ｓｉ、Ｆｅ及びＭｎの含有量が少なく、ＴｉＢ２を晶出させていない比較アルミニウム合金鋳物１のヤング率は９５ＧＰａと低い値となっている。また、５．３ｗｔ％のＴｉＢ２を晶出させた場合であっても、Ｆｅ及びＭｎの含有量が少ない比較アルミニウム合金鋳物３及び比較アルミニウム合金鋳物４については、ヤング率が１００ＧＰａに達していない。ＴｉＢ２の晶出量を増加させて６．５ｗｔ％とした比較アルミニウム合金鋳物４及び比較アルミニウム合金鋳物５のヤング率は１００ＧＰａ以上となっているが、Ｃｕ、Ｆｅ及びＭｎの添加量が少ないことから、ＴｉＢ２の晶出量が同程度の実施アルミニウム合金鋳物４及び実施アルミニウム合金鋳物７と比較すると低いヤング率になっていることが分かる。
【0065】
比較アルミニウム合金鋳物６は実施アルミニウム合金鋳物７の組成をベースとし、０．７ｗｔ％のＶを添加した組成を有している。また、比較アルミニウム合金鋳物６ではＶＢ２が晶出し、実施アルミニウム合金鋳物７と比較するとＴｉＢ２の晶出量が少なくなっている。その結果、比較アルミニウム合金鋳物６のヤング率は１０５ＧＰａとなっており、実施アルミニウム合金鋳物７の１１０ＧＰａよりも低い値となっている。
【0066】
比較アルミニウム合金鋳物７は実施アルミニウム合金鋳物７の組成をベースとし、０．９ｗｔ％のＺｒを添加した組成を有している。また、比較アルミニウム合金鋳物７ではＺｒＢ２が晶出し、実施アルミニウム合金鋳物７と比較するとＴｉＢ２の晶出量が少なくなっている。その結果、比較アルミニウム合金鋳物７のヤング率は１０８ＧＰａとなっており、実施アルミニウム合金鋳物７の１１０ＧＰａよりも低い値となっている。
【0067】
比較アルミニウム合金鋳物８は実施アルミニウム合金鋳物２の組成をベースとし、０．５ｗｔ％のＭｇを添加した組成を有している。比較アルミニウム合金鋳物８のヤング率は９９ＧＰａであり、実施アルミニウム合金鋳物２の１００ＧＰａよりも低い値となっている。当該結果は、Ｍｇの添加によってヤング率の向上に資する化合物の量が少なくなることに起因している。
【0068】
以上の結果より、アルミニウム合金鋳物の剛性を効果的に向上させる初晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｕ系化合物Ａｌ－Ｎｉ－Ｆｅ系化合物及びＡｌ－Ｃｕ化合物が優先的に晶出する合金組成とすることで、重力鋳造のように冷却速度の遅い鋳造方法でも、ＳｉＣ粒子やＡｌ２Ｏ３粒子の分散を伴うことなく１００ＧＰａ以上のヤング率を発現する高剛性かつ安価なアルミニウム合金鋳物が得られることが分かる。また、ＴｉＢ２の晶出により、より高いヤング率が得られることが分かる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
