特許 7409195 鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/06 20060101AFI20231226BHJP

   C22C 21/02 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

C22C21/06

C22C21/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020057262

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021055177

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-09-21

(31)【優先権主張番号】P 2019175053

(32)【優先日】2019-09-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】井上 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】山元 泉実

【審査官】河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１８０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２７９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－１２５９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１０６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０５２７７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ２１／０６

Ｃ２２Ｃ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系のアルミニウム合金であって、
Ｍｇ：２．０～７．５質量％、
Ｓｉ：１．６５～５．００質量％、
Ｃａ：０．００４～０．０４質量％、
残部がＡｌ及び不可避不純物よりなること、
を特徴とする鋳造用アルミニウム合金。

【請求項2】

前記Ｃａの含有量が０．００９～０．０２質量％であること、
を特徴とする請求項１に記載の鋳造用アルミニウム合金。

【請求項3】

更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を含むこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋳造用アルミニウム合金。

【請求項4】

請求項１～３のうちのいずれかに記載の鋳造用アルミニウム合金を用いたこと、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物。

【請求項5】

ダイカスト材であること、
を特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金鋳物。

【請求項6】

Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系の主原料にＣａを添加して、Ｍｇ：２．０～７．５質量％、Ｓｉ：１．６５～５．００質量％、Ｃａ：０．００４～０．０４質量％、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系のアルミニウム合金とし、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物のＭｇ_２Ｓｉ粒子を微細化すること、
を特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造方法。

【請求項7】

前記Ｃａの含有量を０．００９～０．０２質量％とすること、
を特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。

【請求項8】

更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を添加すること、
を特徴とする請求項６又は７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、当該鋳造用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

輸送用機器をはじめとする種々の分野で構造体軽量化への取り組みが進められており、鉄と比べて軽量なアルミニウム合金が注目されている。アルミニウム合金による構造部材の製造方法は種々存在するが、低コストで複雑形状を効率的に得ることができる、大量生産に適した方法としては、鋳造法を挙げることができる。特に、アルミニウム合金の溶湯を金型内に射出して鋳造部材を成型するダイカスト法は、極めて生産性が高い。

【0003】

鋳造法で高い強度及び延性を有する部材を得ることができるアルミニウム合金としては、例えば、亜共晶型のＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金が知られている。しかしながら、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金は凝固時に収縮性があり、鋳造割れが発生しやすいという課題があった。

【0004】

これに対し、例えば、特許文献１（特許第６２２９１３０号公報）においては、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系のアルミニウム合金であって、以下全て質量％で、Ｍｇ：２．０～７．５％，Ｓｉ：１．６５～５．０％であり、Ｓｒ：０．０１５～０．１２％含有し、鋳造後の金属組織中に晶出したＭｇ_２Ｓｉが微細な塊状であり、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする鋳造用アルミニウム合金、が提案されている。

【0005】

前記特許文献１に記載の鋳造用アルミニウム合金においては、Ｓｒの添加により凝固過程にて晶出するＭｇ_２Ｓｉの晶出形態を微細な塊状に改質することができ、鋳造の鋳放しの状態で高延性及び高強度が得られるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金の特徴を活かしつつ、耐鋳造割れ性に優れた鋳造用アルミニウム合金及びそれを用いた鋳物を提供することができる、としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６２２９１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、車両軽量化のニーズの高まり等により、アルミニウム合金製部材にはより高い強度に加えて優れた延性（信頼性）が要求されており、上記特許文献１で提案されているアルミニウム合金から得られるアルミニウム合金鋳物では実現が困難な状況となっている。より具体的には、Ｍｇ_２Ｓｉのサイズはアルミニウム合金鋳物の延性に直接的に影響するところ、上記特許文献１で提案されているアルミニウム合金ではＳｒの添加によりＭｇ_２Ｓｉの微細化が図られているが、Ｍｇ_２Ｓｉの更なる微細化が切望されている。加えて、Ｓｒは比較的高価であり、より安価な元素の添加によるＭｇ_２Ｓｉの微細化が求められている。

【0008】

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、優れた鋳造性を有し、高い強度と延性を兼ね備えたアルミニウム合金鋳物、当該アルミニウム合金鋳物を得るための鋳造用アルミニウム合金、及びアルミニウム合金鋳物の安価かつ簡便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】

【0009】

本発明者らは、上記目的を達成すべく、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物に形成されるＭｇ_２Ｓｉの微細化方法について鋭意研究を重ねた結果、安価なＣａを適切な量添加すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。

【0010】

即ち、本発明は、
Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系のアルミニウム合金であって、
Ｍｇ：２．０～７．５質量％、
Ｓｉ：１．６５～５．００質量％、
Ｃａ：０．００４～０．０４質量％、
残部がＡｌ及び不可避不純物よりなること、
を特徴とする鋳造用アルミニウム合金、を提供する。

【0011】

本発明の鋳造用アルミニウム合金においては、適量のＣａを添加することで、Ｓｒを添加する場合よりも安価かつ顕著にＭｇ_２Ｓｉを微細化することができる。０．００４質量％のＣａを添加することで当該効果を確実に発現させることができる。一方で、メカニズムは必ずしも明らかになっていないが、０．０４質量％超のＣａを添加すると、Ｍｇ_２Ｓｉが粗大化する傾向が認められる。Ｃａは不可避不純物であるＰと化合物を形成し、当該化合物の形成によってＭｇ_２Ｓｉが微細化されると考えられるが、全てのＰとＣａが反応し、かつ化合物が全てＣａ_３Ｐ_２であると仮定すると、Ｃａは質量比でＰの約２倍が必要となる。Ｃａの添加量が必要以上に多い場合、Ｃａはリン化物以外の化合物を形成して、組織に悪影響を及ぼすと思われる。

【0012】

Ｃａの添加量は、０．００９～０．０２質量％であることが好ましい。Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることで、Ｍｇ_２Ｓｉの粗大化をより確実に抑制することができ、アルミニウム合金鋳物の全域において微細なＭｇ_２Ｓｉが存在する、均質な微細組織を得ることができる。

【0013】

また、本発明の鋳造用アルミニウム合金においては、更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を含むこと、が好ましい。適量のＦｅを含むことで、Ａｌ－Ｆｅ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。また、適量のＭｎを含むことで、固溶強化によるアルミニウム合金鋳物の強度上昇が期待できることに加えて、Ａｌ－Ｍｎ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。

【0014】

また、本発明の鋳造用アルミニウム合金においては、鋳造後の金属組織中にＭｇ_２Ｓｉ粒子が晶出し、鋳物の断面観察における前記Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積が２０μｍ^２以下であること、が好ましい。Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積を２０μｍ^２以下とすることで、アルミニウム合金鋳物の延性低下を極めて効果的に抑制することができる。

【0015】

本発明は、本発明の鋳造用アルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金鋳物、も提供する。本発明の鋳造用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物は、高い強度及び延性を有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鋳物において、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子が微細化されており、より高い強度及び延性を有している。

【0016】

本発明のアルミニウム合金鋳物は、ダイカスト材であることが好ましい。効率的に大量生産が可能なダイカスト材とすることで、自動車用部品等の、大量の部材が必要とされる用途にも十分対応することができる。加えて、ダイカスト材とすることで、鋳造組織をより微細にすることができ、高い強度を実現することができる。

【0017】

更に、本発明は、Ｍｇ：２．０～７．５質量％、Ｓｉ：１．６５～５．００質量％、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなるＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系のアルミニウム合金に、０．００４～０．０４質量％のＣａを添加し、前記アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物のＭｇ_２Ｓｉ粒子を微細化すること、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。

【0018】

本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、高い強度及び延性を有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金を主原料とし、当該Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金に適量のＣａを添加することで、Ｓｒを添加する場合よりも顕著にアルミニウム合金鋳物のＭｇ_２Ｓｉを微細化することができる。その結果、極めて高いレベルで強度と延性を両立したアルミニウム合金鋳物を得ることができる。０．００４質量％のＣａを添加することで当該効果を確実に発現させることができる。一方で、メカニズムは必ずしも明らかになっていないが、０．０４質量％超のＣａを添加すると、Ｍｇ_２Ｓｉが粗大化する傾向が認められる。

【0019】

また、本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることが好ましい。Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることで、Ｍｇ_２Ｓｉの粗大化をより確実に抑制することができ、アルミニウム合金鋳物の全域において微細なＭｇ_２Ｓｉが存在する、均質な微細組織を得ることができる。

【0020】

また、本発明の鋳造用アルミニウム合金鋳物の製造方法においては、更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を添加することが好ましい。適量のＦｅを添加することで、Ａｌ－Ｆｅ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。また、適量のＭｎを添加することで、固溶強化によるアルミニウム合金鋳物の強度上昇が期待できることに加えて、Ａｌ－Ｍｎ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、優れた鋳造性を有し、高い強度と延性を兼ね備えたアルミニウム合金鋳物、当該アルミニウム合金鋳物を得るための鋳造用アルミニウム合金、及びアルミニウム合金鋳物の安価かつ簡便な製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施アルミニウム合金鋳物１の光学顕微鏡写真である。

【図2】実施アルミニウム合金鋳物２の光学顕微鏡写真である。

【図3】実施アルミニウム合金鋳物３の光学顕微鏡写真である。

【図4】実施アルミニウム合金鋳物４の光学顕微鏡写真である。

【図5】図１を二値化した画像である。

【図6】図２を二値化した画像である。

【図7】図３を二値化した画像である。

【図8】図４を二値化した画像である。

【図9】Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の粒面積とその割合を示すグラフである。

【図10】実施アルミニウム合金鋳物５の光学顕微鏡写真である。

【図11】実施アルミニウム合金鋳物５の０．２％耐力と破断伸びの関係を示すグラフである。

【図12】実施アルミニウム合金鋳物５のシャルピー衝撃試験で得られた荷重変位曲線である。

【図13】比較アルミニウム合金鋳物１の光学顕微鏡写真である。

【図14】比較アルミニウム合金鋳物２の光学顕微鏡写真である。

【図15】図１３を二値化した画像である。

【図16】図１４を二値化した画像である。

【図17】比較アルミニウム合金鋳物３の光学顕微鏡写真である。

【図18】比較アルミニウム合金鋳物３のシャルピー衝撃試験で得られた荷重変位曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物及びアルミニウム合金鋳物の製造方法の代表的な実施形態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．鋳造用アルミニウム合金
本発明の鋳造用アルミニウム合金は、Ｍｇ：２．０～７．５質量％、Ｓｉ：１．６５～５．００質量％、Ｃａ：０．００４～０．０４質量％、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなることを特徴としている。また、より好ましい態様として、更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を含む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。なお、不可避不純物としては、Ｐを挙げることができる。

【0025】

（１）添加元素
Ｍｇ：２．０～７．５質量％
ＭｇはＳｉとＭｇ_２Ｓｉを形成し、アルミニウム合金鋳物の強度向上に寄与する。Ｍｇの添加量を２．０質量％以上とすることで、鋳造の鋳放し状態においても十分な強度、耐力及び延性を得ることができる。また、Ｍｇの添加量を７．５質量％以下とすることで、Ｍｇ_２Ｓｉの晶出量が過剰になることを防ぎ、アルミニウム合金鋳造の機械的性質の低下を抑制することができる。

【0026】

Ｓｉ：１．６５～５．００質量％
ＳｉはＭｇとＭｇ_２Ｓｉを形成し、アルミニウム合金鋳物の強度向上に寄与する。また、Ｓｉは湯流れを良好にし、鋳造性を改善する働きを持つ。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。

【0027】

Ｃａ：０．００４～０．０４質量％
Ｃａは主としてＭｇ_２Ｓｉを微細化するために添加される。０．００４質量％のＣａを添加することで当該効果を確実に発現させることができるが、０．０４質量％超のＣａを添加すると、Ｍｇ_２Ｓｉが粗大化する傾向が認められる。より確実にＭｇ_２Ｓｉの微細化効果を発現させるためには、Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることが好ましい。Ｓｒの添加によっても同様の効果が得られるが、Ｃａの添加によるＭｇ_２Ｓｉの微細化効果はより顕著であり、Ｓｒの添加では得られないサイズの微細なＭｇ_２Ｓｉを形成させることができる。また、ＣａはＳｒよりも安価な元素である。

【0028】

Ｆｅ：０．３～１．０質量％
０．３～１．０質量％のＦｅを添加することで、適量のＡｌ－Ｆｅ系の金属間化合物の形成により、金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。一方で、過剰にＦｅを添加すると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物、Ｆｅ－Ｓｉ系化合物が形成され、延性に悪影響を及ぼす。

【0029】

Ｍｎ：０．２～０．６質量％
適量のＭｎを添加することで、固溶強化によるアルミニウム合金鋳物の強度上昇が期待できることに加えて、Ａｌ－Ｍｎ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。指定範囲の下限値に満たない場合は、これらの効果が十分でなく、上限値を超える場合にはＡｌ－Ｍｎ系化合物の初晶が粗大な晶出物を形成し、延性に悪影響を及ぼすため、上記範囲で制限されている。

【0030】

上記の組成を有する本発明の鋳造用アルミニウム合金の製造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、従来公知の種々の方法で、所望の組成を有するアルミニウム合金溶湯を溶製すればよい。

【0031】

大気雰囲気下で溶製される溶湯には、水素ガス・酸化物等の不純物が混入しており、この溶湯をそのまま鋳造した場合、凝固の際にポロシティ等の欠陥となって現れ、生成された部材の靭性を阻害する。これらの欠陥を防止するには、溶湯溶製後かつダイカストの前段階において、窒素やアルゴンガス等の不活性ガスによるバブリングを行うことが効果的である。溶湯の下部より供給された不活性ガスは、浮上する際、溶湯中の水素ガスや不純物を補足し、溶湯表面へと除去する作用を有する。

【0032】

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、本発明の鋳造用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物であり、高い強度及び延性を有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鋳物においてＭｇ_２Ｓｉ粒子が微細化されており、より高い強度及び延性を有している。

【0033】

本発明のアルミニウム合金鋳物に含まれるＭｇ_２Ｓｉ粒子は従来のＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金鋳物に含まれるＭｇ_２Ｓｉ粒子と比較して顕著に微細化されており、アルミニウム合金鋳物の断面観察におけるＭｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積が２０μｍ^２以下であることが好ましい。Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積を２０μｍ^２以下とすることで、アルミニウム合金鋳物の延性低下を極めて効果的に抑制することができる。

【0034】

Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積の評価方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法で測定すればよい。例えば、アルミニウム合金鋳物を切断し、得られた断面試料を光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察し、Ｍｇ_２Ｓｉ相が存在する領域のサイズを算出することで求めることができる。この際、得られた観察画像を二値化し、適当なソフトウェアを用いることで、効率的にＭｇ_２Ｓｉ粒子の平均面積を求めることができる。なお、観察手法に応じて、断面試料には機械研磨、バフ研磨、電解研磨及びエッチング等を施せばよい。

【0035】

本発明のアルミニウム合金鋳物は、ダイカスト材であることが好ましい。効率的に大量生産が可能なダイカスト材とすることで、自動車用部品等の、大量の部材が必要とされる用途にも十分対応することができる。加えて、ダイカスト材とすることで、鋳造組織を微細にすることができ、より高い強度を実現することができる。

【0036】

なお、本発明の効果を損なわない限りにおいて、アルミニウム合金鋳物の形状及びサイズは特に限定されず、従来公知の種々の部材とすることができる。当該部材としては、例えば、車体構造材を挙げることができる。

【0037】

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は、本発明の鋳造用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金鋳物である。アルミニウム合金鋳物を得るための鋳造方法は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、従来公知の種々の方法及び条件を用いればよいが、ダイカストを用いることが好ましい。

【0038】

本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、高い強度及び延性を有するＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金を主原料とし、当該Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金に適量のＣａを添加することで、Ｓｒを添加する場合よりも顕著にアルミニウム合金鋳物のＭｇ_２Ｓｉを微細化することができる。その結果、極めて高いレベルで強度と延性を両立したアルミニウム合金鋳物を得ることができる。０．００４質量％のＣａを添加することで当該効果を確実に発現させることができる。一方で、メカニズムは必ずしも明らかになっていないが、０．０４質量％超のＣａを添加すると、Ｍｇ_２Ｓｉが粗大化する傾向が認められる。

【0039】

また、本発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法においては、Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることが好ましい。Ｃａの添加量を０．００９～０．０２質量％とすることで、Ｍｇ_２Ｓｉの粗大化を確実に抑制することができ、アルミニウム合金鋳物の全域において微細なＭｇ_２Ｓｉが存在する、均質な微細組織を得ることができる。

【0040】

また、本発明の鋳造用アルミニウム合金鋳物の製造方法においては、更に、Ｆｅ：０．３～１．０質量％及びＭｎ：０．２～０．６質量％を添加することが好ましい。適量のＦｅを添加することで、Ａｌ－Ｆｅ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。また、適量のＭｎを添加することで、固溶強化によるアルミニウム合金鋳物の強度上昇が期待できることに加えて、Ａｌ－Ｍｎ系の金属間化合物の形成により金型へのアルミニウム合金溶湯の焼き付きを防止することができる。

【0041】

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】

【0042】

≪実施例≫
表１に示す組成（実施例１～実施例４）のアルミニウム合金を溶製した後、シェル型の鋳型を用いて実施アルミニウム合金鋳物を得た。なお、表１の値は質量％であり、不可避不純物として存在するＰの値も示している。

【0043】

【表1】

【0044】

得られた各実施アルミニウム合金鋳物（実施アルミニウム合金鋳物１～実施アルミニウム合金鋳物４）から断面観察用試料を切り出し、鏡面研磨を施して組織観察用試料とした。実施アルミニウム合金鋳物１～実施アルミニウム合金鋳物４の光学顕微鏡写真を図１～図４にそれぞれ示す。光学顕微鏡写真において、黒色となっている領域がＭｇ_２Ｓｉ相である。

【0045】

次に、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子のサイズを評価するために、光学顕微鏡写真の二値化を行った。図１～図４について二値化した画像を図５～図８にそれぞれ示す。二値化によって、Ｍｇ_２Ｓｉの領域は白色となり、光学顕微鏡写真よりも明瞭に当該領域を確認することができる。

【0046】

汎用の画像解析ソフトを用いて、二値化した画像（図５～図８）に関してＭｇ_２Ｓｉ粒子に対応するピクセルを抜き出し、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の粒面積とその割合を算出した。得られた結果を図９に示す。また、当該粒面積の平均値を表２に示す。なお、表２では、画像解析におけるピクセル数と当該ピクセル数を面積に換算した値の両方を示している。

【0047】

【表2】

【0048】

表３に示す組成（実施例５）のアルミニウム合金を溶製した後、ＰＦ法による１１０×１１０×３ｍｍ板型の金型へのダイカストによって実施アルミニウム合金鋳物であるアルミニウム合金ダイカスト材（実施アルミニウム合金鋳物５）を得た。なお、表３の値は質量％であり、不可避不純物として存在するＰの値も示している。

【0049】

【表3】

【0050】

得られた実施アルミニウム合金鋳物５から断面観察用試料を切り出し、鏡面研磨を施して組織観察用試料とした。実施アルミニウム合金鋳物５の光学顕微鏡写真を図１０に示す。光学顕微鏡写真において、黒色となっている領域がＭｇ_２Ｓｉ相である。

【0051】

実施アルミニウム合金鋳物５からＪＩＳ Ｚ ２２４１の１４Ｂ引張試験片を切り出し、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行った。得られた０．２％耐力と破断伸びの関係を図１１に示す。また、実施アルミニウム合金鋳物５からシャルピー衝撃試験片を切り出し、計装化シャルピー衝撃試験機を用いて吸収エネルギーを評価した。試験片のサイズは５５ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍであり、深さ２ｍｍのＵノッチを設けた。得られた代表的な荷重変位曲線を図１２に示す。

【0052】

荷重変位曲線で囲われた面積で吸収エネルギーを評価したところ、シャルピー値（吸収エネルギー）は１０．０Ｊ／ｃｍ^２であり、亀裂発生エネルギーは１．１６Ｊ、亀裂伝播エネルギーは０．６８Ｊであった。なお、これらの値は４回のシャルピー衝撃試験の平均値である。

【0053】

≪比較例≫
組成を表１に示す比較例１及び比較例２とした以外は実施例（実施例１～実施例４）と同様にして、比較アルミニウム合金鋳物１及び比較アルミニウム合金鋳物２を得た。また、実施例と同様にして光学顕微鏡観察を行い、光学顕微鏡写真の二値化及び画像解析によりＭｇ_２Ｓｉ粒子の粒面積とその割合を算出した。

【0054】

比較アルミニウム合金鋳物１及び比較アルミニウム合金鋳物２の光学顕微鏡写真を図１３及び図１４にそれぞれ示す。また、図１３及び図１４に関して二値化した画像を図１５及び図１６にそれぞれ示す。更に、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の粒面積とその割合を図９に示す。

【0055】

図９の横軸はＭｇ_２Ｓｉ粒子の粒面積Ｓ（μｍ^２）、縦軸は全粒子の総数に対する粒面積Ｓ以下の粒子の数の割合を示しているが、Ｃａの添加により粒面積Ｓが小さな粒子の数が明瞭に多くなっていることが分かる。特に、Ｃａの添加量が２００ｐｐｍまでは添加量の増加に伴ってＭｇ_２Ｓｉ粒子の微細化効果が向上しており、４０～２００ｐｐｍではＳｒを添加した場合よりも顕著な微細化効果が認められる。

【0056】

また、Ｃａ添加によるＭｇ_２Ｓｉ粒子の微細化効果は表２の結果からも明らかであり、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子面積の平均値は添加無し（比較アルミニウム合金鋳物１）と比較して全ての場合（実施アルミニウム合金１～実施アルミニウム合金４）で小さくなっている。加えて、Ｃａの添加量が４０～２００ｐｐｍの場合（実施アルミニウム合金鋳物１～実施アルミニウム合金鋳物３）は、Ｓｒを添加した場合（比較アルミニウム合金鋳物２）よりも値が小さくなっている。Ｃａ添加によるＭｇ_２Ｓｉ粒子の微細化は、アルミニウム合金鋳物の延性の向上に大きく寄与すると考えられる。

【0057】

組成を表３に示す比較例３とした以外は実施例５の場合と同様にして、ＰＦ法による１１０×１１０×３ｍｍ板型の金型へのダイカストによって比較アルミニウム合金鋳物であるアルミニウム合金ダイカスト材を得た。なお、表３の値は質量％であり、不可避不純物として存在するＰの値も示している。

【0058】

得られたアルミニウム合金ダイカスト材（比較アルミニウム合金鋳物３）から断面観察用試料を切り出し、鏡面研磨を施して組織観察用試料とした。比較アルミニウム合金鋳物３の光学顕微鏡写真を図１７に示す。光学顕微鏡写真において、黒色となっている領域がＭｇ_２Ｓｉ相である。

【0059】

図１０に示す実施アルミニウム合金鋳物５の微細組織と図１７に示す比較アルミニウム合金鋳物３の微細組織を比較すると、ダイカスト材の場合であっても、Ｃａの添加によって共晶組織が明確に微細化していることが分かる。

【0060】

比較アルミニウム合金鋳物３からＪＩＳ Ｚ ２２４１の１４Ｂ引張試験片を切り出し、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行った。得られた０．２％耐力と破断伸びの関係を図１１に示す。図１１において、実施アルミニウム合金鋳物５と比較アルミニウム合金鋳物３の引張特性を比較すると、実施アルミニウム合金鋳物５では延性が向上していることが分かる。当該延性の向上は、Ｃａの添加による共晶組織の微細化に起因するものである。

【0061】

また、比較アルミニウム合金鋳物３からシャルピー衝撃試験片を切り出し、計装化シャルピー衝撃試験機を用いて吸収エネルギーを評価した。試験片のサイズは５５ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍであり、深さ２ｍｍのＵノッチを設けた。得られた代表的な荷重変位曲線を図１８に示す。荷重変位曲線で囲われた面積で吸収エネルギーを評価したところ、シャルピー値（吸収エネルギー）は９．０Ｊ／ｃｍ^２であり、亀裂発生エネルギーは１．０８Ｊ、亀裂伝播エネルギーは０．６６Ｊであった。なお、これらの値は４回のシャルピー衝撃試験の平均値である。

【0062】

実施アルミニウム合金鋳物５と比較アルミニウム合金鋳物３のシャルピー衝撃試験の結果を比較すると、Ｃａの添加によって共晶組織が微細化された実施アルミニウム合金鋳物５では、シャルピー値、亀裂発生エネルギー及び亀裂伝播エネルギーの何れにおいても、比較アルミニウム合金鋳物よりも高い値が得られている。

【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】

【図18】