特許 7438134 Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｍｎ－Ｆｅ鋳造合金

(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】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ－Ｍｎ－Ｆｅ鋳造合金

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/06 20060101AFI20240216BHJP

   B22D 17/00 20060101ALI20240216BHJP

   B22D 21/04 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

C22C21/06

B22D17/00 B

B22D21/04 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020561716

(86)(22)【出願日】2019-05-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-02

(86)【国際出願番号】 US2019030924

(87)【国際公開番号】W WO2019217319

(87)【国際公開日】2019-11-14

【審査請求日】2022-05-06

(31)【優先権主張番号】62/667,930

(32)【優先日】2018-05-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】317012374

【氏名又は名称】アルコア ユーエスエイ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001438

【氏名又は名称】弁理士法人 丸山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，シンヤン

【審査官】浅野 裕之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１４６４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２４５７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第０１３８４２６４（ＧＢ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１８７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０５２７７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１０３２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１０５６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９３１２４３０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｃ ２１／０６

Ｂ２２Ｄ １７／００

Ｂ２２Ｄ ２１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム鋳造合金であって、
２．７５～４．６重量％のＭｇと、
０．７０～２．５重量％のＳｉと、
但し、マグネシウムとケイ素の重量比（重量％Ｍｇ／重量％Ｓｉ）は１．７：１乃至３．６：１であり、
０．５５～１．５重量％のＭｎと、
０．２０～０．６０重量％のＦｅと、を含み、かつ、
（１） 重量％Ｓｉ≦（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）；及び
（２） 重量％Ｓｉ≧（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）－０．６）であり、
Ｔｉを０．０１～０．１５重量％含み、
任意にＳｒを最大で０．１０重量％含み、
任意にＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを最大で０．１５重量％含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からなり、スカンジウムが前記アルミニウム鋳造合金の中に不純物として含まれている、アルミニウム鋳造合金。

【請求項2】

Ｓｒを０．００５～０．１０重量％含む、請求項１のアルミニウム鋳造合金

【請求項3】

アルミニウム鋳造合金は、少なくとも３．０重量％のＭｇを含む、請求項１のアルミニウム鋳造合金。

【請求項4】

アルミニウム鋳造合金は、１．１０～２．１重量％のＳｉを含む、請求項３のアルミニウム鋳造合金。

【請求項5】

アルミニウム鋳造合金は、０．６０～１．２重量％のＭｎを含む、請求項４のアルミニウム鋳造合金。

【請求項6】

アルミニウム鋳造合金は、０．３０～０．６０重量％のＦｅを含む、請求項５のアルミニウム鋳造合金。

【請求項7】

（０．４５６７＊重量％Ｍｇ－０．５）≦重量％Ｓｉ≦（０．４５６７＊重量％Ｍｇ＋０．２）である、請求項１のアルミニウム鋳造合金。

【請求項8】

アルミニウム鋳造合金は、２００ＭＰａ以上の極限引張強度、１１０ＭＰａ以上の引張降伏強度、及び１０％以上の伸び、の少なくとも１つを実現する、請求項１のアルミニウム鋳造合金。

【請求項9】

アルミニウム鋳造合金は、０．０１２重量％以下のβ－Ａ１_５ＦｅＳｉ化合物を含む、請求項１のアルミニウム鋳造合金。

【請求項10】

アルミニウム鋳造合金は、高温割れ傾向指数が、０．３０以下を実現する、請求項１のアルミニウム鋳造合金。

【請求項11】

方法であって、
（ａ）アルミニウム鋳造合金を形状鋳造品にシェイプ鋳造する工程であって、前記アルミニウム鋳造合金が、
２．７５～４．６重量％のＭｇと、
０．７０～２．５重量％のＳｉと、
但し、マグネシウムとケイ素の重量比（重量％Ｍｇ／重量％Ｓｉ）は１．７：１乃至３．６：１であり、
０．５５～１．５重量％のＭｎと、
０．２０～０．６０重量％のＦｅと、を含み、かつ、
（１） 重量％Ｓｉ≦（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）；及び
（２） 重量％Ｓｉ≧（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）－０．６）であり、
Ｔｉを０．０１～０．１５重量％含み、
任意にＳｒを最大で０．１０重量％含み、
任意にＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを最大で０．１５重量％含み、残部アルミニウム及び不可避不純物であって、スカンジウムが前記アルミニウム鋳造合金の中に不純物として含まれており、
シェイプ鋳造後の前記形状鋳造品がクラックフリーである、シェイプ鋳造する工程と、
（ｂ）前記形状鋳造品を質別処理する工程と、を含む、方法。

【請求項12】

シェイプ鋳造は、高圧ダイカスト鋳造である、請求項１１の方法。

【請求項13】

質別処理は、形状鋳造品に、Ｆ質別及びＴ５質別の１つの質別処理をすることを含む、請求項１１の方法。

【請求項14】

質別処理は、溶体化熱処理工程を行わない、請求項１１の方法。

【請求項15】

形状鋳造品は、自動車部品の形態である、請求項１１の方法。

【請求項16】

自動車部品は、構造部品である、請求項１５の方法。

【請求項17】

自動車部品は、ドアフレーム、又はショックタワー、又はトンネル構造体である、請求項１５の方法。

【請求項18】

形状鋳造アルミニウム合金製品であって、
２．７５～４．６重量％のＭｇと、
０．７０～２．５重量％のＳｉと、
但し、マグネシウムとケイ素の重量比（重量％Ｍｇ／重量％Ｓｉ）は１．７：１乃至３．６：１であり、
０．５５～１．５重量％のＭｎと、
０．２０～０．６０重量％のＦｅと、を含み、かつ、
（１） 重量％Ｓｉ≦（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）；及び
（２） 重量％Ｓｉ≧（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）－０．６）であり、
Ｔｉを０．０１～０．１５重量％含み、
任意にＳｒを最大で０．１０重量％含み、
任意にＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを最大で０．１５重量％含み、残部アルミニウム及び不可避不純物であって、スカンジウムが不純物として含まれているアルミニウム鋳造合金を含み、
自動車部品の形態である、形状鋳造アルミニウム合金製品。

【請求項19】

自動車部品は、構造部品である、請求項１８の形状鋳造アルミニウム合金製品。

【請求項20】

自動車部品は、ドアフレーム、又はショックタワー、又はトンネル構造体である、請求項１８の形状鋳造アルミニウム合金製品。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

アルミニウム合金は、様々な用途で有用である。例えば、アルミニウム鋳造(casting又はfoundry)合金は、例えば、自動車産業や家電産業を含む数十もの産業で使用されている。

【発明の概要】

【0002】

広義において、本開示は、新規なアルミニウム鋳造合金及びその関連製品に関する。新規なアルミニウム鋳造合金は、概して、２．５～５．０重量％のＭｇ、０．７０～２．５重量％のＳｉを含み（本質的に前記Ｍｇ及び前記Ｓｉからなることもある）、マグネシウムとケイ素の重量比（Ｍｇ／Ｓｉ）は１．７：１乃至３．６：１であり、０．４０～１．５重量％のＭｎ、０．１０～０．６０重量％のＦｅを含み、任意にＴｉを最大０．１５重量％、任意にＳｒを最大０．１０重量％、及び任意にＺｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを最大０．１５重量％含み、残部アルミニウム及び不可避不純物である。新規なアルミニウム鋳造合金は、特性の中でも、特に、強度、展性(ductility)、鋳造性、金型焼き付き抵抗性(die soldering resistance)、及び品質指数(quality index)の２つ以上の特性の向上を実現することができる。

【0003】

＜ｉ．組成＞
上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、概して２．５～５．０重量％のＭｇを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、４．７５重量％以下のＭｇを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、４．６０重量％以下のＭｇを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも２．７５重量％のＭｇを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも３．０重量％のＭｇを含む。

【0004】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、概して、０．７０～２．５重量％のＳｉを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．８０重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．９０重量％のＳｉを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．９５重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも１．００重量％のＳｉを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも１．０５重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも１．１０重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも１．１５重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも１．２０重量％のＳｉを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２．４重量％以下のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２．３重量％以下のＳｉを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２．２重量％以下のＳｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２．１重量％以下のＳｉを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２．０重量％以下のＳｉを含む。

【0005】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金のマグネシウムとケイ素の重量比（重量％Ｍｇ／重量％Ｓｉ）は、概して、１．７：１乃至３．６：１である。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金のマグネシウムとケイ素の重量比は、少なくとも１．８：１である。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金のマグネシウムとケイ素の重量比は、少なくとも１．８５：１である。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金のマグネシウムとケイ素の重量比は、３．６：１以下である。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金のマグネシウムとケイ素の重量比は、３．５：１以下である。

【0006】

一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、クラックフリー(crack-free)の鋳造製品（例えば、クラックフリーの高圧ダイカスト製品）の製造を容易にするのに十分な量のマグネシウムとケイ素とを含む。クラックフリー製品とは、所定の目的のために使用するのに十分であるクラックの無い製品を意味する。一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、高温割れ傾向指数(hot cracking tendency index)(ＨＣＴＩ)が、本明細書で開示される低いＨＣＴＩ値の例としての０．３０以下を実現するのに十分な量のマグネシウムとケイ素を含む。

【0007】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、概して、０．４０～１．５重量％のＭｎを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．４５重量％のＭｎを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．５０重量％のＭｎを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．５５重量％のＭｎを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．６０重量％のＭｎを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１．４５重量％以下のＭｎを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１．４０重量％以下のＭｎを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１．３５重量％以下のＭｎを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１．３０重量％以下のＭｎを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１．２５重量％以下のＭｎを含む。別の実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、１．２０重量％以下のＭｎを含む。

【0008】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、概して、０．１０～０．６０重量％のＦｅを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．１２重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．１５重量％のＦｅを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．２０重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．２５重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．３０重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．３５重量％のＦｅを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．５５重量％以下のＦｅを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．５０重量％以下のＦｅを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．４５重量％以下のＦｅを含む。

【0009】

一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、α相粒子の形成を促進し、β相粒子の形成を制限するのに十分な量の鉄とマンガンを含む。一実施形態において、新規なアルミニウム鋳造合金は、少なくとも鉄の含有量により、０．０１２重量％以下のβ－Ａ１５ＦｅＳｉ化合物を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０１０重量％以下のβ－Ａｌ５ＦｅＳｉ化合物を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．００８重量％以下のβ－Ａｌ５ＦｅＳｉ化合物を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．００６重量％以下のβ－Ａ１５ＦｅＳｉ化合物を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．００４重量％以下のβ－Ａ１５ＦｅＳｉ化合物を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．００２重量％以下のβ－Ａ１５ＦｅＳｉ化合物を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．００１重量％以下のβ－Ａ１５ＦｅＳｉ化合物を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０００５重量％以下のβ－Ａｌ_５ＦｅＳｉ化合物を含む。

【0010】

一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、次の条件を満たすのに十分な量のマグネシウムとケイ素を含むことができる：
（０．４５６７＊Ｍｇ－０．５）＜＝Ｓｉ＜＝（０．４５６７＊Ｍｇ＋０．２）

【0011】

一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、次の条件を満たすのに十分な量のマグネシウム、ケイ素、マンガン、及び鉄を含むことができる。
（１） 重量％Ｓｉ≦（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）；及び
（２） 重量％Ｓｉ≧（０．４５６７＊（重量％Ｍｇ）＋０．２＊（重量％Ｍｎ）＋０．２５＊（重量％Ｆｅ）－０．６）

【0012】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、任意に、Ｔｉを最大０．１５重量％含むことができる。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．０１重量％のＴｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．０３重量％のＴｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．０５重量％のＴｉを含む。新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．０７重量％のＴｉを含む。新しいアルミニウム鋳造合金は、０．１３重量％以下のＴｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．１１５重量％以下のＴｉを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．１０重量％以下のＴｉを含む。一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、結晶粒を微細化し、チタン含有一次粒子の形成を制限／回避するのに十分な量のチタンを含む。幾つかの実施形態では、チタンは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。

【0013】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、任意に、Ｓｒを最大０．１０重量％含むことができる。一実施形態では、ストロンチウム含有一次粒子の形成を制限／回避すると共に、Ｍｇ_２Ｓｉ共晶の改質を促進するのに十分な量のストロンチウムを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．００５重量％のＳｒを含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０８重量％以下のＳｒを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０５重量％以下のＳｒを含む。幾つかの実施形態では、ストロンチウムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。

【0014】

上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、任意で、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを最大で０．１５重量％含む。一実施形態において、新しいアルミニウム鋳造合金は、ジルコニウム、スカンジウム、ハフニウム、バナジウム、及び／又はクロムを含有する一次粒子の形成を制限／回避すると共に、固溶強化を促進するのに十分な量のジルコニウム、スカンジウム、ハフニウム、バナジウム、及び／又はクロムを含む。一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを少なくとも０．０１重量％含む。一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを少なくとも０．０３重量％含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを少なくとも０．０５重量％含む。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｖ、及びＣｒの何れかを０．１０重量％以下含む。幾つかの実施形態では、ジルコニウムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。幾つかの実施形態では、スカンジウムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。幾つかの実施形態では、ハフニウムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。幾つかの実施形態では、バナジウムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。幾つかの実施形態では、クロムは、不純物として新規なアルミニウム鋳造合金に含まれる。

【0015】

新しいアルミニウム鋳造合金の残部は、概して、アルミニウム及び不可避不純物である。一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物を０．３０重量％以下含み、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物の何れかの元素を０．１０重量％以下含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物を０．１５重量％以下含み、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物の何れかの元素を０．０５重量％以下含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物を０．１０重量％以下含み、新しいアルミニウム鋳造合金は、不可避不純物の何れかの元素を０．０３重量％以下含む。

【0016】

＜ｉｉ．処理＞
新規なアルミマム鋳造合金は、適当な任意の鋳造方法を用いて鋳造することができる。一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、インゴット又はビレットとして直接チル鋳造される。別の実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、形状鋳造品(shape cast product)（例えば、複雑な自動車部品のような複雑な形状鋳造品）にシェイプ鋳造される。一実施形態では、形状鋳造品は、自動車構造部品である。別の実施形態では、形状鋳造品は、ドアフレームである。別の実施形態では、形状鋳造品はショックタワーである。別の実施形態では、形状鋳造品は、自動車用トンネル構造体である。

【0017】

一実施形態において、シェイプ鋳造(shape casting)は高圧ダイカスト鋳造(high-pressure die casting)を含む。別の実施形態では、シェイプ鋳造は永久モールド鋳造を含む。

【0018】

新しいアルミニウム鋳造合金は、溶体化熱処理工程を必要としない。それゆえ、新規なアルミニウム鋳造合金には、Ｆ質別(temper)又はＴ５質別などの適当な質別処理が施されることができる。

【0019】

＜特性＞
上述したように、新規なアルミニウム鋳造合金は、強度、展性、鋳造性、金型焼き付き抵抗性及び品質指数の少なくとも２つ以上の特性の向上を実現することができる。機械的特性は、ＡＳＴＭ Ｅ８及びＢ５５７に従って測定されることができる（例えば、方向性凝固された時）。鋳造性は、本明細書に記載されたＨＣＴＩ法を用いて測定されることができる。金型焼き付き抵抗性は、合金を鋳造することによって決定されることができる。

【0020】

一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２００ＭＰａ以上の極限引張強さ(ultimate tensile strength)を実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２１０ＭＰａ以上の極限引張強さを実現する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２２０ＭＰａ以上の極限引張強さを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２３０ＭＰａ以上の極限引張強さを実現する。

【0021】

一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１００ＭＰａ以上の引張降伏強さ(tensile yield strength)を実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１０５ＭＰａ以上の引張降伏強さを実現する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１１０ＭＰａ以上の引張降伏強さを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１１５ＭＰａ以上の引張降伏強さを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１２０ＭＰａ以上の引張降伏強さを実現する。別の実施形態において、新規なアルミニウム鋳造合金は、１２５ＭＰａ以上の引張降伏強さを実現する。上記引張降伏強さの値は、上記極限引張強さのどの値とも一緒に実現されることができる。

【0022】

一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、７％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、８％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、９％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１０％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１１％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１２％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１３％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１４％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１５％以上の伸びを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１６％以上の伸びを実現する。上記伸びの値は、上記極限引張強さ又は上記引張降伏強さの何れかの値と一緒に実現されることができる。

【0023】

一実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．３０以下のＨＣＴＩを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．２５以下のＨＣＴＩを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．２０以下のＨＣＴＩを実現する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．１５以下のＨＣＴＩを実現する。

【0024】

一実施形態では、新規なアルミニウム鋳造合金は、金型焼き付き抵抗性を有する。鋳造されたアルミニウム合金の鋳造品が、当該鋳造品に損傷を与えることなく、及び／又は、金型に付着することなく、金型から取り外されることができる。金型の焼き付きは、高圧ダイカスト鋳造で発生することがあり、金型表面に溶融アルミニウムが融着する。幾つかの実施形態において、本明細書に記載の新規なアルミニウム鋳造合金は、金型に融着することなく鋳造されることができる。

【0025】

これらの特徴と他の特徴の組合せについて、以下の詳細な説明において開示する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、実施例１の合金について、ケイ素含有量と高温割れ傾向指数との関係を示すグラフである。

【0027】

【図2】図２は、実施例２の合金について、ケイ素含有量と高温割れ傾向指数との関係を示すグラフである。

【0028】

【図3】図３は、実施例３の合金について、ケイ素含有量と高温割れ傾向指数との関係を示すグラフである。

【0029】

【図4】図４は、実施例４の合金について、ケイ素含有量と高温割れ傾向指数との関係を示すグラフである。

【0030】

【図5a】図５ａは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、β相含有量（重量％で示される）を、Ｍｎ及びＦｅの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｇは３．６重量％、Ｓｉは１．５重量％に一定に維持されている。

【0031】

【図5b】図５ｂは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、β相含有量（重量％で示される）を、Ｍｎ及びＦｅの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｇは３．６重量％、Ｓｉは１．５重量％に一定に維持されている。

【0032】

【図6】図６は、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、β相含有量（重量％で示される）を、Ｆｅ含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｇは３．６重量％、Ｓｉは１．５重量％、Ｍｎは０．５重量％に一定に維持されている。

【0033】

【図7】図７ａは、実施例６の合金について、極限引張強さ（ＭＰａ）と鉄含有量（重量％）との関係を示すグラフである。

【0034】

【図7b】図７ｂは、実施例６の合金について、伸び（％）と鉄含有量（重量％）との関係を示すグラフである。

【0035】

【図7c】図７ｃは、実施例６の合金について、引張降伏強度（ＭＰａ）と鉄含有量（重量％）との関係を示すグラフである。

【0036】

【図7d】図７ｄは、実施例６の合金について、品質指数（Ｑ、ＭＰａ）と鉄含有量（重量％）との関係を示すグラフである。

【0037】

【図8a】図８ａは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、ＨＣＩ（高温割れ指数の計算値）を、Ｓｉ及びＭｇの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｎは０．７重量％、Ｆｅは０．２５重量％に一定に維持されている。

【0038】

【図8b】図８ｂは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、非平衡凝固温度範囲（℃）を、Ｓｉ及びＭｇの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｎは０．７重量％、Ｆｅは０．２５重量％に一定に維持されている。

【0039】

【図8c】図８ｃは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、ＨＣＩ（高温割れ指数の計算値）を、Ｓｉ及びＭｎの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｇは４．０重量％、Ｆｅは０．２５重量％に一定に維持されている。

【0040】

【図8d】図８ｄは、ＩＣＭＥモデリングに基づいて、ＨＣＩ（高温割れ指数の計算値）を、Ｓｉ及びＦｅの含有量の関数として示すグラフであり、Ｍｇは４．０重量％、Ｍｎは０．７０重量％に一定に維持されている。

【発明を実施するための形態】

【0041】

＜実施例１＞
ペンシルプローブ鋳造品として、６種類のアルミニウム合金を鋳造した。これらのアルミニウム合金の組成を次の表１に示す。

【表1】

合金ごとに様々な接続サイズ(connection sizes)で５つの試験を行った。高温割れの結果を表２に示す。表中、「Ｃ」は鋳造中に割れが発生したこと、「ＯＫ」は割れが発生せずに鋳造が行われたこと、「ＮＦ」はペンシルプローブのモールドが完全に充填されていなかったことを意味する。この結果に基づいて、各合金の高温割れ傾向指数（ＨＣＴＩ）を算出した。表２は、算出した各合金のＨＣＴＩも記載している。

【0042】

合金の高温割れ傾向指数（ＨＣＴＩ）は、次のように定義される。

【数1】

【0043】

割れがどの接続ロッドにも認められなかった場合、ＨＣＴＩ値は０である。割れが、７本の接続ロッド（４ｍｍ～１６ｍｍ）の全てに認められた場合、ＨＣＴＩ値は１である。したがって、ＨＣＴＩが小さいほど、合金の高温割れ抵抗(hot cracking resistance)が高いことを示す。

【表2】

図１は、得られたＨＣＴＩ値に対してケイ素含有量を示したものである。Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ及びＴｉの量が同様で、Ｓｉが約１～約２重量％の合金は、高温割れ抵抗の向上を実現した。これらの合金のＭｇ／Ｓｉ比は、約２．０～３．０である。Ｓｉが１．５６重量％の合金Ａ４は、Ｍｇ／Ｓｉ比が２．２６であった。

【0044】

＜実施例２＞
４つの追加の合金を鋳造し、実施例１と同様に、高温割れ感受性を判定した。実施例１と同様、ケイ素含有量を再び変化させたが、マグネシウムとマンガンは、実施例１よりも少ない公称量(nominal amount)を使用した。実施例２の合金の組成を表３に示す。実施例２の合金のＨＣＴＩの結果を図に示す。合金Ｂ２が最も優れた高温割れ抵抗を示した。この合金のＭｇ／Ｓｉ比は約２．６５である。

【表3】

【0045】

図２は、Ａｌ－２．５Ｍｇ－ｌ．ｌＭｎ－ｘ％Ｓｉ合金の高温割れ傾向指数の測定結果を示す。０．９６重量％のＳｉ及び２．５４重量％のＭｇを有する合金Ｂ２が、最も優れた高温割れ抵抗を示した。この合金のＭｇ／Ｓｉ比は約２．６５である。

【0046】

＜実施例３＞
４つの追加の合金を鋳造し、実施例１と同様に、高温割れ感受性を判定した。実施例１と同様、ケイ素含有量を再び変化させたが、マグネシウムは実施例１よりも多い公称量を使用し、マンガンは実施例１よりも少ない公称量を使用した。実施例３の合金の組成を表４に示す。実施例３の合金のＨＣＴＩの結果は図３に示される。図示されるように、全ての合金のＨＣＴＩは概ね良好である。最も低いＨＣＴＩは、合金Ｃ３であり、Ｍｇ／Ｓｉ比が２．２２である。

【表4】

【0047】

実施例１～３の結果から、高温割れ抵抗を向上させるために、Ｍｇ／Ｓｉ（重量比）は約１．７～約３．６にすべきであり、好ましくは約２．０～約３．０である。

【0048】

＜実施例４＞
４つの追加の合金を鋳造し、実施例１と同様に、高温割れ感受性を判定した。ここでは、公称マグネシウム量を３．６重量％、公称ケイ素量を１．５重量％を目標とし、マンガン含有量を変化させた。実施例４の合金の組成を表５に示す。実施例４の合金のＨＣＴＩの結果を図４に示す。図示されているように、全ての合金のＨＣＴＩは概ね良好である。Ｍｎを１．２０重量％含有する合金Ｄ４が最も良好なＨＣＴＩ結果を実現した。

【表5】

【0049】

＜実施例５＞
４つの追加の合金を鋳造し、実施例１と同様に、高温割れ感受性を判定した。ここでは、公称マグネシウム量を３．４５重量％、公称ケイ素量を１．５５重量％、公称マンガン量を０．９０重量％を目標とし、鉄の含有量を変化させた。実施例５の合金の組成を表６に示す。また、実施例５の合金のＨＣＴＩの結果を図に示す。図示されているように、全ての合金のＨＣＴＩは概ね良好である。Ｆｅを０．２９重量％含有する合金Ｅ４が最も良好なＨＣＴＩ結果を実現した。

【表6】

【0050】

これらは予想外の結果である。Ａｌ－Ｓｉ鋳造合金の機械的特性は鉄によって悪影響を受ける。その理由は、鉄は大きな一次化合物又は擬似一次化合物として存在し、硬さを増加させるが延性を低下させるからである。ＨＣＴＩのこれらの向上結果を受けて、モデリング（ＩＣＭＥ－Integrated Computational Materials Engineering）を実施した。これらの結果は、ＦｅとＭｎの含有量を制御することにより、好ましくない針状のβ－Ａｌ_５ＦｅＳｉの形成の可能性を回避できることを示している。図５ａ、図５ｂ及び図６は、マンガン及び鉄の含有量と、β－Ａｌ_５ＦｅＳｉ及びα－Ａｌ_１５ＦｅＭｎ_３Ｓｉ_２相粒子（Ａｌ－３．６Ｍｇ－ｌ．５Ｓｉ合金の場合）における体積率との相関関係を示す。Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金にＭｎを添加することにより、α－Ａｌ_１５ＦｅＭｎ_３Ｓｉ_２相の形成を促進し、β－Ａｌ_５ＦｅＳｉ相の形成を制限又は防止することができる。例えば、０．４～０．６重量％のＭｎを有するＡｌ－３．６Ｍｇ－ｌ．５Ｓｉ合金は、鉄の含有量を増加することにより、β－Ａｌ_３ＦｅＳｉ相の量を減少させる。図６に示されるように、鉄を０．１５重量％から０．４重量％まで増加させることにより、β－Ａｌ_５ＦｅＳｉ相の量は約０．０１８重量％から実質的に０重量％まで減少する。このように、鉄の増加とそれに対応する合金内のβ－Ａｌ_５ＦｅＳｉ相の減少により、合金の特性（例えば、伸び）の向上を実現することができる。

【0051】

＜実施例６＞
８つの追加の合金を、方向性凝固により鋳造した。すべての合金は鉄含有量を変化させた。第１のグループ（Ｆ）は、公称マグネシウム量を３．６重量％、公称ケイ素量を１．５重量％、公称マンガン量を０．９０重量％にすることを目標とした。第２のグループ（Ｇ）は、公称マグネシウム量を４．０重量％、公称ケイ素量を１．７重量％、公称マンガン量を０．６５重量％にすることを目標とした。実施例６の合金の組成を次の表に示す。

【表6-1】

【0052】

方向性凝固合金の機械的特性をＡＳＴＭ Ｅ８及びＢ５５７に準拠して試験を行い、その結果を次の表７に記載している。実施例５の合金の機械的特性についても試験を行ったので、それらの結果も、表７に含めている。品質指数（Ｑ）についても記載している。Ｑ＝ＵＴＳ＋ｌ５０＊ｌｏｇ（Ｅｌｏｎｇ．）である。これらの特性及び合金組成に関する様々なグラフを、図７ａ－７ｄに示している。

【表7】

【0053】

＜実施例７：実験モデリング＞
先の実験に基づいて、様々なアルミニウム合金組成をモデル化した。その結果を図８ａ－８ｂに示す。これらのモデリング結果は、０．７重量％のＭｎ及び０．２５重量％のＦｅをターゲットとするＡｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金の場合、マグネシウムとケイ素が、（０．４５６７＊Ｍｇ－０．５）＜＝Ｓｉ＜＝（０．４５６７＊Ｍｇ＋０．２）（すべての値は重量パーセント）とるように制御することが有用であることを示している。

【0054】

追加のアルミニウム合金についても同様のモデリングを行い、図８ｃ－８ｄに示している。これらモデリングの結果は、マンガン又は鉄の含有量が増加すると、ケイ素の含有量を増加させる必要があることを示している。これらの結果はさらに、マグネシウム、ケイ素、マンガン、及び鉄を以下のように制御することが有用であることを示している。
（０．４５６７＊Ｍｇ＋０．２＊Ｍｎ＋０．２５＊Ｆｅ－０．６）＜＝Ｓｉ＜＝（０．４５６７＊Ｍｇ＋０．２＊Ｍｎ＋０．２５＊Ｆｅ）

【0055】

本開示の様々な実施形態を詳細に説明したが、それらの実施形態の改変及び適合させることは、当業者には明らかであろう。しかしながら、そのような改変及び適合は、本開示の精神及び範囲内にあることが明示的に理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図7d】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図8d】