JP2010023051A - Light metal member produced from melt and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで生産可能な耐摩耗性に優れた第2種Al合金材を提供する。
【解決手段】本発明の溶製軽金属部材の製造方法は、ロール鋳造機(1)へAl合金等の軽金属溶湯(M)を供給し、回転する該鋳型部(11、12)で該軽金属溶湯を連続的に急冷凝固させつつ連続した板状素材(R)を鋳造する素材鋳造工程と、素材鋳造工程時の余熱によって少なくとも温間状態にある板状素材に塑性加工を加え所望形状に創成した素形材とする形状創成工程とを備えることを特徴とする。素材鋳造工程後の板状素材は急冷凝固により微細な組織を有すると共に、鋳造時の余熱によって少なくとも温間状態のまま形状創成工程で塑性加工される。このため本発明の製造方法によれば、わざわざ再加熱するまでもなく効率的で高品質な成形が可能となり、省エネルギー化と歩留りや生産効率の向上との両立を図れる。
【選択図】図1Kind Code: A1 A second type Al alloy material excellent in wear resistance that can be produced at low cost is provided.
A method for producing a melted light metal member according to the present invention comprises supplying a light metal melt (M) such as an Al alloy to a roll casting machine (1), and rotating the mold metal (11, 12) to rotate the light metal melt. A material casting process in which a continuous plate material (R) is cast while rapidly solidifying and rapidly solidifying the material, and plastic processing is applied to at least the plate material in a warm state by the residual heat during the material casting process to create a desired shape. And a shape creation step for forming a base material. The plate-like material after the material casting process has a fine structure by rapid solidification and is plastically processed in the shape creation process at least in a warm state by residual heat during casting. For this reason, according to the manufacturing method of the present invention, efficient and high-quality molding can be performed without bothering reheating, and both energy saving and improvement in yield and production efficiency can be achieved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、溶製により得られた板状素材を成形した溶製軽金属部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a melted light metal member obtained by molding a plate-like material obtained by melting and a method for manufacturing the same.
部材、装置さらには車両等の軽量化を図るために、従来の鉄系部材がAl系またはMg系の軽金属部材で代替されつつある。この傾向は、単なるケースやハウジングに留まらず、耐摩耗性や摺動性が要求される機能部材にまで及んでいる。例えば、自動車用部材でいえば、内燃機関(レシプロエンジン)のシリンダライナーが、従来の黒鉛鋳鉄製からAl合金製に替わりつつある。 In order to reduce the weight of members, devices, and vehicles, conventional iron-based members are being replaced by Al-based or Mg-based light metal members. This tendency extends not only to cases and housings but also to functional members that require wear resistance and slidability. For example, in the case of automobile members, the cylinder liner of an internal combustion engine (reciprocating engine) is being replaced by Al alloy from conventional graphite cast iron.
もっとも、このような代替がなされるとしても、従来と同等以上の機能(強度、耐摩耗性等)が確保されるなければならない。これに関する提案が下記の特許文献1および特許文献2に記載されている。 However, even if such an alternative is made, functions (strength, wear resistance, etc.) equal to or higher than those of conventional ones must be ensured. The proposal regarding this is described in the following patent document 1 and patent document 2.
先ず、特許文献1では、黒鉛粒子と硬質粒子を分散させた粉末Al合金を成形、焼結させた焼結製Al合金部材を用いたシリンダライナーが提案されている。また、特許文献2では、Al−高Si系合金の粉末をシリンダライナー表面に溶射することが提案されている。 First, Patent Document 1 proposes a cylinder liner using a sintered Al alloy member obtained by forming and sintering a powder Al alloy in which graphite particles and hard particles are dispersed. In Patent Document 2, it is proposed to spray the Al-high Si alloy powder on the cylinder liner surface.
しかし、これらいずれの場合も、高コストなAl合金粉末を、さらに成形、焼結したり、溶射したりすることが必要となる。従って、このように粉末を用いたAl合金部材では、要求される機能は確保されるとしても、その製造コストを容易には削減し難い。一方、生産性のよい重力鋳造やダイカスト鋳造等では、化学組成をいくら調整したとしても、要求特性を十分に満たすAl合金部材を得ることは困難である。 However, in any of these cases, it is necessary to further mold, sinter, or spray the high-cost Al alloy powder. Therefore, in such an Al alloy member using powder, even if the required function is ensured, it is difficult to easily reduce the manufacturing cost. On the other hand, in gravity casting, die casting, etc. with good productivity, it is difficult to obtain an Al alloy member that sufficiently satisfies the required characteristics, no matter how much the chemical composition is adjusted.
また特許文献3〜5には、製造時のコストやエネルギー消費量の低減を図るために、連続鋳造圧延により製造した汎用Al合金材を軽金属部材に用いることが提案されている。しかしこのような軽金属部材では、材料単体としての特性はよくても、部材への成形性が劣ったり加工コストが高くなったりして、結局は生産コストを効果的に削減することはできない。
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、軽金属からなる所望形状の素形材を低コスト、低エネルギー消費量で製造できる溶製軽金属部材の製造方法を提供することを目的とする。また、その方法により製造された各特性に優れる溶製軽金属部材を提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, and provides the manufacturing method of the melted light metal member which can manufacture the shape material of the desired shape which consists of light metals at low cost and low energy consumption. Objective. Moreover, it aims at providing the melted light metal member excellent in each characteristic manufactured by the method.
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、軽金属溶湯を急冷凝固して得た板状素材へその急冷凝固に引き続いて塑性加工を加え、所望形状の素形材へ形状創成することを思いつき、優れた特性の溶製軽金属部材を低コストで得ることに成功した。この成果を発展させることで、本発明者は以降に述べる種々の発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research to solve this problem and repeated trial and error, the present inventor added plastic working to the plate-like material obtained by rapidly solidifying a light metal melt and rapidly forming it into a desired shape. I came up with the idea of creating a shape on the material, and succeeded in obtaining a melted light metal member with excellent properties at low cost. By developing this result, the present inventor has completed various inventions described below.
〈溶製軽金属部材の製造方法〉
(1)すなわち、本発明の溶製軽金属部材の製造方法は、環状の鋳型部を外周面側に有すると共に回転する冷却ロールを少なくとも一つ有するロール鋳造機へ、アルミニウム(Al)、Al合金、マグネシウム(Mg)またはMg合金のいずれかである軽金属からなる軽金属溶湯を供給し、該鋳型部で該軽金属溶湯を急冷凝固させつつ連続した板状素材を鋳造する素材鋳造工程と、
該素材鋳造工程時の余熱によって少なくとも温間状態にある板状素材に塑性加工を加え所望形状に創成した素形材とする形状創成工程とを備えることを特徴とする。
<Method for producing melted light metal member>
(1) That is, in the method for producing a melted light metal member of the present invention, an aluminum (Al), an Al alloy, a roll casting machine having an annular mold part on the outer peripheral surface side and having at least one rotating cooling roll, A material casting step of supplying a molten metal made of a light metal that is either magnesium (Mg) or an Mg alloy, and casting a continuous plate-shaped material while rapidly solidifying the molten light metal in the mold part; and
And a shape creation step of forming a shaped material that is created into a desired shape by applying plastic working to at least a plate-like material in a warm state due to residual heat during the material casting step.
(2)本発明の溶製軽金属部材の製造方法によれば、板状素材を連続鋳造する素材鋳造工程と、その素材鋳造工程で得られた板状素材に塑性加工を与えて所望形状に創成し素形材とする形状創成工程とが短時間内に続いてなされる。
このため、板状素材を塑性変形させる形状創成工程に際して、板状素材をわざわざ再加熱するまでもなく、素材鋳造工程の余熱を形状創成工程で利用できる。このため省エネルギー化を図りつつも、温間状態または熱間状態のまま板状素材を塑性加工でき、割れ等を生じさせることなく成形等でき、所望形状の素形材を素早く低コストで得ることができる。
しかも本発明に係る板状素材は、冷却ロールを用いた鋳造法(ロールキャスト法)により急冷凝固して得られたものであるから、その金属組織は非常に微細となっている。このため、板状素材を形状創成して得られた素形材は、その軽金属の化学組成に応じた各種特性(例えば、強度、延性、靱性、耐熱性、耐摩耗性など)に優れる。
(2) According to the method for producing a melted light metal member of the present invention, a material casting process for continuously casting a plate material, and a plate material obtained in the material casting process is subjected to plastic working to create a desired shape. A shape creation process for forming a silicon shape material is performed in a short time.
For this reason, in the shape creation process of plastically deforming the plate-shaped material, it is not necessary to reheat the plate-shaped material, and the remaining heat of the material casting process can be used in the shape creation process. Therefore, while saving energy, the plate-like material can be plastically processed in the warm state or in the hot state, and can be molded without causing cracks, etc., and a desired shape can be obtained quickly and at low cost. Can do.
Moreover, since the plate-like material according to the present invention is obtained by rapid solidification by a casting method (roll casting method) using a cooling roll, the metal structure is very fine. For this reason, the shaped material obtained by creating a shape of a plate-shaped material is excellent in various properties (for example, strength, ductility, toughness, heat resistance, wear resistance, etc.) according to the chemical composition of the light metal.
さらに、そのような機械的特性などに限らず、板状素材が急冷凝固したものであることは、その後の形状創成工程における成形性にも大きく貢献している。つまり、本発明者が鋭意研究したところ、その板状素材がそのように急冷凝固されたものであることによって、その板状素材へ強加工を加えた場合でも、板状素材は割れ等を生じず、歩留まりのよい形状創成工程がなされる。
このように本発明の溶製軽金属部材の製造方法によれば、素材鋳造工程と形状創成工程とが相乗的に作用し、単に省エネルギー化のみならず、板状素材の成形性向上や素形材の歩留り向上によって生産コストが低減され、しかも、得られた素形材も各特性に優れたものである。
Furthermore, not only such mechanical characteristics, but also the fact that the plate-shaped material is rapidly solidified contributes greatly to the formability in the subsequent shape creation process. In other words, as a result of intensive research conducted by the present inventors, the plate-like material is rapidly solidified so that even if the plate-like material is subjected to strong processing, the plate-like material is cracked. Therefore, a shape creation process with good yield is performed.
Thus, according to the manufacturing method of the melted light metal member of the present invention, the material casting process and the shape creation process act synergistically, and not only energy saving but also improvement of formability of the plate-shaped material and shape material The production cost is reduced by improving the yield, and the obtained shaped material is also excellent in each characteristic.
〈溶製軽金属部材〉
本発明は溶製軽金属部材の製造方法としてのみならず、それにより得られた溶製軽金属部材としても把握できる。
<Melted light metal parts>
The present invention can be grasped not only as a method for producing a melted light metal member, but also as a melted light metal member obtained thereby.
〈その他〉
(1)特に断らない限り、本明細書でいう「x〜y」は、下限xおよび上限yを含む。また、本明細書に記載した上下限値は任意に組合わせて、「a〜b」のような範囲を構成し得る。
本発明でいう「不可避不純物」は、原料中に含まれる不純物、鋳造時、成形時等に混入する不純物などであって、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な元素である。
<Others>
(1) Unless otherwise specified, “x to y” in this specification includes a lower limit x and an upper limit y. Moreover, the upper and lower limit values described in the present specification can be arbitrarily combined to constitute a range such as “ab”.
The “inevitable impurities” as used in the present invention are impurities contained in raw materials, impurities mixed during casting, molding, etc., and are elements that are difficult to remove due to cost or technical reasons. .
また「改質元素」は、本発明の必須元素(Al、Mg、Si若しくはCuまたはFe、Ti、Zr、Nb、Hf、Sc若しくはY)以外の元素であって、溶製軽金属部材の特性改善に有効な元素である。改善される特性の種類は問わないし、これら各元素の組合せは任意である。
また、上記元素の組成が重要であるため、改質元素の組成は特に限定されないが、一例を挙げると、P:0.001〜0.1%、B:0.01〜0.3%、Cr:0.01〜0.3%、V:0.01〜0.3%、Mn:0.01〜0.3%である。
The “modifying element” is an element other than the essential elements of the present invention (Al, Mg, Si or Cu or Fe, Ti, Zr, Nb, Hf, Sc or Y), and improves the characteristics of the melted light metal member. Is an effective element. There is no limitation on the type of characteristics to be improved, and the combination of these elements is arbitrary.
In addition, since the composition of the above elements is important, the composition of the modifying element is not particularly limited, but for example, P: 0.001 to 0.1%, B: 0.01 to 0.3%, Cr: 0.01-0.3%, V: 0.01-0.3%, Mn: 0.01-0.3%.
(2)本発明の溶製軽金属部材でいう「溶製」は、単なる製造方法を示すのみならず、製法の表現を便宜的に用いることで、金属組織などの形態を間接的に特定している。これにより本発明の溶製軽金属部材は、少なくとも従来の金型鋳造や重力鋳造などの鋳造材、鍛造材、焼結材、溶射材などとは区別される。 (2) “Melting” as used in the melted light metal member of the present invention not only indicates a simple manufacturing method but also indirectly specifies the form of the metal structure or the like by using the expression of the manufacturing method for convenience. Yes. As a result, the molten light metal member of the present invention is distinguished from at least a conventional casting material such as die casting or gravity casting, forging material, sintered material, thermal spraying material, or the like.
(3)本発明でいう「急冷凝固」を一概に特定することは容易ではない。敢えて急冷凝固を特定するとするなら、ダイキャスト鋳造の冷却速度よりも大きな冷却速度をもつ場合、より具体的にいえば、冷却速度の下限が100℃/秒、150℃/秒、200℃/秒さらには250℃/秒である。上限を特定する必要はないが、現実的な観点から敢えていえば10000℃/秒程度となる。 (3) It is not easy to specify “quick solidification” in the present invention. If it is intended to specify rapid solidification, when the cooling rate is higher than that of die casting, more specifically, the lower limit of the cooling rate is 100 ° C / second, 150 ° C / second, 200 ° C / second. Furthermore, it is 250 ° C./second. Although it is not necessary to specify an upper limit, if it dares from a realistic viewpoint, it will be about 10000 degrees C / sec.
また、急冷凝固の有無は、軽金属の化学組成に応じて定まる板状素材または素形材の金属組織から間接的に判定することも可能である。例えば、特定の化学組成範囲内にあることを前提として、初晶の平均粒径(例えば、初晶Si粒子の平均粒径)、DASの大きさ、晶出物や析出物の平均粒径や分散量などにより急冷凝固の有無や範囲は間接的に特定され得ると考える。 In addition, the presence or absence of rapid solidification can be indirectly determined from the metal structure of a plate-like material or a shaped material determined according to the chemical composition of the light metal. For example, assuming that it is within a specific chemical composition range, the average particle size of primary crystals (for example, the average particle size of primary crystal Si particles), the size of DAS, the average particle size of crystals and precipitates, It is considered that the presence / absence and range of rapid solidification can be indirectly specified by the amount of dispersion.
(4)本発明でいう板状素材の「板状」は、通常は厚さ(T)に対して横幅(W)が大きい場合(T<W)であるが、それには限られず、いわゆる棒状、棒状、管状、溝(樋)状などをも含む概念である。要するに、本発明の板状素材は、塑性加工が加えられて軽金属部材またはそれに近い素形材を構成し得るものである限り、その具体的な形状やサイズを問題としない。 (4) The “plate shape” of the plate-like material referred to in the present invention is usually a case where the width (W) is larger than the thickness (T) (T <W), but is not limited thereto, and is a so-called bar shape. , Rod-shaped, tubular, groove-shaped, etc. In short, the plate-shaped material of the present invention does not have a problem with its specific shape and size as long as it can be plastically processed to form a light metal member or a shape material close thereto.
また、それらの断面形状も角形(三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等)、丸形(円形、楕円形等)などの定形状に限らず、C形状、L形状、チャンネル形状などの異形状でもよい。この異形状には、不均等な厚い部分をもつ偏肉状(偏肉状素材)も含まれる。このような偏肉部位は、例えば、幅方向の一方側、両側、略中央側、厚さ方向の片側または両面側などである。 Their cross-sectional shapes are not limited to regular shapes such as squares (triangles, quadrilaterals, pentagons, hexagons, octagons, etc.) and round shapes (circulars, ellipses, etc.), but also C shapes, L shapes, channel shapes, etc. Different shapes may be used. This irregular shape includes an uneven thickness (uneven thickness material) having an unevenly thick portion. Such uneven thickness portions are, for example, one side in the width direction, both sides, substantially the center side, one side or both sides in the thickness direction.
もっとも、板状素材の厚さの上限は8mmさらには6mmとし、その下限は0.5mmさらには1mmとすると、板状素材は大きな冷却速度で凝固し、良好な成形性を発現する。また、その板状素材からなる素形材または軽金属部材は、部品として十分な強度および剛性を有する。なお、板状素材の幅は2500mm以下であると、幅方向に均質な組織が得られる点で好ましい。 However, if the upper limit of the thickness of the plate material is 8 mm or 6 mm and the lower limit is 0.5 mm or 1 mm, the plate material is solidified at a large cooling rate and exhibits good moldability. In addition, the base material or light metal member made of the plate-like material has sufficient strength and rigidity as a part. In addition, it is preferable that the width | variety of a plate-shaped raw material is 2500 mm or less at the point from which a homogeneous structure | tissue is obtained in the width direction.
(5)本発明でいう板状素材の「素材」は、いわゆるロールキャストした鋳物のままでも良いし、それに多少の圧延などが加えられたものでもよい。つまり、板状素材の「素材」は、素材鋳造工程後の形状創成工程に供される「素材」という意味であり、ロールキャスト後の形態を大きく変えない限り、多少の加工が加えられたものも本発明でいう「板状素材」に含まれる。 (5) The “material” of the plate-like material referred to in the present invention may be a so-called roll cast casting, or may be a material obtained by adding some rolling or the like. In other words, the “material” of the plate-shaped material means “material” that is used in the shape creation process after the material casting process, and has undergone some processing unless the form after roll casting is significantly changed. Is also included in the “plate material” in the present invention.
(6)一方、本発明でいう「素形材」には、ロールキャスト後の鋳物に圧延等を加えてその板厚や金属組織を単に調整したに過ぎないものは含まれない。板状素材へ塑性加工を加えて最終的な軽金属部材の形状に近づけたものが素形材である。例えば、板状素材をいわゆるニアネットシェイプさらにはネットシェイプしたものである。これを形状創成工程でいう「塑性加工」という観点からみると、板状素材を単にロール圧延するだけのような加工は本発明でいう塑性加工に該当せず、形状創成工程でいう「塑性加工」とは、板状素材を軽金属部材の最終形状に近い所望形状に創成する加工ともいえる。 (6) On the other hand, the “original material” referred to in the present invention does not include a material obtained by simply adjusting the thickness and metal structure of the cast material after roll casting by rolling or the like. A shaped material is obtained by applying plastic working to a plate-like material to bring it close to the shape of the final light metal member. For example, a plate-shaped material is a so-called near net shape or net shape. From the viewpoint of “plastic processing” in the shape creation process, processing such as simply rolling a sheet material does not correspond to plastic processing in the present invention, and “plastic processing” in the shape creation process. "It can be said that the plate-shaped material is formed into a desired shape close to the final shape of the light metal member.
(7)その形状創成工程の「温間状態」とは、常温を超えて再結晶温度未満に加熱された状態をいう。ちなみに「熱間状態」とは、再結晶温度以上融点未満に加熱された状態をいう。
これらは軽金属の化学組成や塑性加工の程度により異なるため、それらの具体的な温度範囲を特定することは困難である。敢えていえば、Al合金製の板状素材における温間状態とは、例えば、150〜300℃さらには200〜280℃である。また、Al合金製の板状素材における熱間状態とは、例えば、350〜500℃さらには400〜480℃である。
(7) The “warm state” in the shape creation process refers to a state of heating to a temperature exceeding normal temperature and lower than the recrystallization temperature. Incidentally, the “hot state” refers to a state of being heated to the recrystallization temperature or higher and lower than the melting point.
Since these differ depending on the chemical composition of the light metal and the degree of plastic working, it is difficult to specify their specific temperature range. If it dares, the warm state in the plate-shaped raw material made of Al alloy is, for example, 150 to 300 ° C. or 200 to 280 ° C. Moreover, the hot state in the plate-shaped material made of Al alloy is, for example, 350 to 500 ° C., further 400 to 480 ° C.
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る溶製軽金属部材のみならず、その製造方法にも適宜適用できる。また、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
そして溶製軽金属部材またはその製造方法に係る本発明は、上述した構成に加えて、次に列挙する構成中から任意に選択した一つまたは二つ以上がさらに付加され得る。その際、カテゴリーを越えて重畳的または任意的に抽出した構成を付加可能である。例えば、溶製軽金属部材の組成に関する構成であれば、その物自体にも、その製造方法にも関連することはいうまでもない。また、一見「方法」に関する構成のように見えても、プロダクトバイプロセスとして理解すれば「物」に関する構成ともなり得る。
The present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the invention. In addition, the content demonstrated by this specification including the following embodiment is applicable not only to the melted light metal member which concerns on this invention but its manufacturing method suitably. Which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.
And in addition to the structure mentioned above, this invention which concerns on a molten light metal member or its manufacturing method can further add one or two or more arbitrarily selected from the structure enumerated next. At that time, it is possible to add a configuration extracted in a superimposed manner or arbitrarily beyond the category. For example, if it is the structure regarding the composition of a melted light metal member, it cannot be overemphasized that it is related also to the thing itself and its manufacturing method. Even if it looks like a configuration related to “method”, it can be a configuration related to “thing” if it is understood as a product-by-process.
《製造方法》
〈素材鋳造工程(ロールキャスト)〉
(1)素材鋳造工程は、Al、Al合金、MgまたはMg合金のいずれかである軽金属溶をロール鋳造機へ供給しロール鋳造機の冷却ロールで急冷凝固させて板状素材を製造する工程である。本発明でいうロール鋳造機は、冷却ロールが少なくとも一つ有ればよい。
このためロール鋳造機は、例えば、冷却ロールと冷却ベルト、冷却ロールと加圧(成形)ロール、または冷却ロールと冷却ロール(双ロール)などを組合せた鋳造機であってもよい。
ロール鋳造機は、従来から鋼板などを連続鋳造する場合に使用されてきたが、本発明では単なる板材等を製造するためではなく、より複雑な形状をした溶製軽金属部材を効率よく製造するための一工程としてロール鋳造機を利用している。
軽金属溶湯を安定して急冷凝固させ高品質の板状素材を効率的に生産する上で、そのロール鋳造機は少なくとも一対の冷却ロールが対峙して配設された双ロール鋳造機であると好ましい。以降では便宜上、この双ロール鋳造機を主に取り上げて説明する。
"Production method"
<Material casting process (roll cast)>
(1) The material casting process is a process of manufacturing a plate-shaped material by supplying light metal solution, which is one of Al, Al alloy, Mg or Mg alloy, to a roll casting machine and rapidly solidifying it with a cooling roll of the roll casting machine. is there. The roll casting machine referred to in the present invention only needs to have at least one cooling roll.
For this reason, the roll casting machine may be, for example, a casting machine in which a cooling roll and a cooling belt, a cooling roll and a pressure (forming) roll, or a cooling roll and a cooling roll (double roll) are combined.
Conventionally, a roll casting machine has been used for continuous casting of steel sheets and the like. However, in the present invention, not only for producing simple plate materials, but for efficiently producing molten light metal members having more complicated shapes. A roll casting machine is used as one process.
The roll casting machine is preferably a twin roll casting machine in which at least a pair of cooling rolls are arranged opposite to each other in order to stably rapidly cool and solidify the molten metal and efficiently produce a high-quality plate material. . Hereinafter, for convenience, this twin roll casting machine will be mainly described.
双ロール鋳造機は、通常、外周面側に設けられた環状の鋳型部で対峙させた一対の冷却ロール(これを適宜「双ロール」という。)と、この双ロールへ供給する溶湯を一時的に溜めると共に双ロールへの供給量を調整し得る溶湯溜まりと、一対の冷却ロールの間隔を調整する調整機構と、各冷却ロールを駆動する駆動装置と、冷却ロールを冷却する冷却装置とからなる。 In a twin roll casting machine, usually, a pair of cooling rolls (referred to as “twist rolls” as appropriate) opposed to each other by an annular mold part provided on the outer peripheral surface side and a molten metal supplied to the twin rolls are temporarily provided. A molten metal reservoir that can adjust the supply amount to the twin rolls, an adjustment mechanism that adjusts the distance between the pair of cooling rolls, a driving device that drives each cooling roll, and a cooling device that cools the cooling roll. .
一方の冷却ロールの環状の鋳型部の断面形状は、形状創成工程に供する板状素材の形状に応じて定まる。例えば、板状素材が板厚の略一定な平板状素材であれば、その鋳型部は平坦な環状帯であれば足る。この場合、対峙した他方の冷却ロールの鋳型部も同形状にすれば足る。もっとも、板状素材が平板状素材の場合であれば、各冷却ロールの鋳型部は、外周中央部を薄く彫込んだ断面略コ字状(凹状)であってもよい。また、対峙した双ロールの一方の冷却ロールの鋳型部のみを凹状とし、他方の冷却ロールの鋳型部を平坦な環状帯としてもよい。 The cross-sectional shape of the annular mold part of one cooling roll is determined according to the shape of the plate-shaped material used for the shape creation process. For example, if the plate-like material is a flat plate-like material having a substantially constant plate thickness, the mold part may be a flat annular band. In this case, it is sufficient to make the mold part of the other cooling roll facing the same shape. However, if the plate material is a flat material, the mold portion of each cooling roll may have a substantially U-shaped cross section (concave shape) in which the outer peripheral center portion is thinly carved. Moreover, it is good also considering only the casting mold part of one cooling roll of the opposing roll as a concave shape, and making the casting mold part of the other cooling roll into a flat annular belt.
また、少なくとも一つの冷却ロールの鋳型部が、冷却ロールの幅方向の断面形状が凹状の環状溝であっても、その幅方向の凹み具合を変化させることで、幅方向の断面形状が不均等な偏肉状の板状素材(偏肉状素材)を得ることもできる。
このように、ロール鋳造機により板状素材を連続鋳造する場合、冷却ロールの鋳型部の形状は種々変更可能であり、これにより溶製軽金属部材の形状に応じて、様々な形状の板状素材を連続的に得ることが可能となる。また、その場合、対峙した冷却ロールの両方の鋳型部が必ずしも対称的な形状である必要はなく、板状素材の急冷凝固やその安定した成形性を確保できる範囲で種々変更可能である。
Further, even if the mold part of at least one cooling roll is an annular groove having a concave cross-sectional shape in the width direction of the cooling roll, the cross-sectional shape in the width direction is uneven by changing the degree of depression in the width direction. An uneven plate-shaped material (uneven-walled material) can also be obtained.
As described above, when the plate material is continuously cast by the roll casting machine, the shape of the mold part of the cooling roll can be variously changed, and accordingly, the plate material of various shapes can be selected according to the shape of the melted light metal member. Can be obtained continuously. In that case, both mold parts of the opposed cooling rolls do not necessarily have a symmetrical shape, and various changes can be made within a range in which rapid solidification of the plate-like material and stable formability thereof can be ensured.
冷却ロールの直径、幅等は板状素材の所望サイズに応じて決定され、ロール隙間も板状素材の所望厚さに応じて決定される。冷却ロールの配置は、各冷却ロールの回転軸が略水平に配置される場合のみならず、溶湯溜まりの形態および配置を工夫して各冷却ロールの回転軸が略鉛直に配置される場合でもよい。水平配置した場合、重力の影響を抑制できる分、溶湯溜まりから冷却ロールへ溶湯を供給する速度を調整し易い。
なお、溶湯溜まりへの溶湯の補給は、溶湯補給ノズル等を介して、補給量を調整しつつ適宜行えばよい。冷却ロールの駆動装置は、設定した回転方向や回転速度で、各冷却ロールを駆動し得る。通常、各冷却ロールは同期回転する。
The diameter, width, etc. of the cooling roll are determined according to the desired size of the plate material, and the roll gap is also determined according to the desired thickness of the plate material. The cooling rolls may be arranged not only when the rotating shafts of the respective cooling rolls are arranged substantially horizontally, but also when the rotating shafts of the respective cooling rolls are arranged substantially vertically by devising the form and arrangement of the molten metal pool. . When horizontally arranged, it is easy to adjust the speed at which the molten metal is supplied from the molten metal pool to the cooling roll as much as the influence of gravity can be suppressed.
In addition, what is necessary is just to perform the replenishment of the molten metal to a molten metal pool suitably, adjusting a replenishment amount via a molten metal replenishment nozzle. The cooling roll drive device can drive each cooling roll with the set rotational direction and rotational speed. Usually, each cooling roll rotates synchronously.
冷却ロールの冷却装置は、軽金属溶湯を急冷凝固させるために、冷却ロールの内周面側から水冷等して、冷却ロールの鋳型部を常時冷却するのが好ましい。この水冷は、例えば、冷却ロールの内周面に冷却水の噴流を当て行える。これにより大きな抜熱が可能となり、鋳型部を安定して冷却できる。 It is preferable that the cooling device for the cooling roll always cools the mold portion of the cooling roll by water cooling from the inner peripheral surface side of the cooling roll in order to rapidly cool and solidify the molten metal. In this water cooling, for example, a jet of cooling water can be applied to the inner peripheral surface of the cooling roll. As a result, large heat removal is possible, and the mold part can be cooled stably.
もっとも、冷却ロールの鋳型部に接触した軽金属溶湯から瞬時に大きく抜熱して、軽金属溶湯を急冷凝固させるには、冷却ロールの冷却方法のみならず、その冷却ロールの鋳型部自体が大きな熱伝導率をもつことも重要である。そこで冷却ロールの少なくとも鋳型部の最表面近傍が高熱伝導材からなり、その熱伝導率が50W/m・k以上、100W/m・k以上さらには200W/m・k以上であると好ましい。そのような高熱伝導材として、例えば、CuまたはCu合金がある。例えば、純Cu製であれば、その熱伝導率は350〜400W/m・k程度となる。ちなみに、この高熱伝導材として、純Cu以外に、96%<Cu<99.3%の高銅合金、黄銅、青銅、Cu−Be系銅合金などの各種銅合金を用いることができる。その他の高熱伝導材として、炭素鋼やクロム鋼などの一般鋼材、熱伝導率を改善したダイカスト金型用鋼等も現実的である。なお、軽金属溶湯の温度はその化学組成により異なるものの、高々850℃程度であるので、熱伝導性が高ければ融点が比較的低い金属でも利用可能である。 However, not only the cooling roll cooling method but also the cooling roll mold itself has a large thermal conductivity in order to quickly remove heat from the molten metal coming into contact with the mold part of the cooling roll and rapidly cool and solidify the molten metal. It is also important to have Therefore, at least the vicinity of the outermost surface of the mold part of the cooling roll is made of a high heat conductive material, and the thermal conductivity is preferably 50 W / m · k or more, 100 W / m · k or more, further 200 W / m · k or more. An example of such a high thermal conductivity material is Cu or Cu alloy. For example, if it is made of pure Cu, its thermal conductivity is about 350 to 400 W / m · k. Incidentally, as this high thermal conductive material, various copper alloys such as 96% <Cu <99.3% high copper alloy, brass, bronze, Cu—Be based copper alloy can be used in addition to pure Cu. Other high heat conductive materials such as general steel materials such as carbon steel and chrome steel, and steel for die casting with improved thermal conductivity are also realistic. Although the temperature of the light metal melt varies depending on its chemical composition, it is at most about 850 ° C., so that a metal having a relatively low melting point can be used if the thermal conductivity is high.
(2)ロール鋳造機による板状素材の鋳造は次のようにして行われる。
先ず、溶湯が冷却ロールの外周面に接する点(凝固開始点)から凝固が開始する。この凝固開始点からロール間隔が最小になる点(ロールキス点)に至るまで、軽金属溶湯が凝固して形成された円筒面状の凝固殻が冷却ロールの外周表面に形成されて成長する。そして、対峙する冷却ロールの表面に形成された凝固殻が、ロールキス点で圧着されてロール間隔に応じた所定厚さの板状素材が得られる。
(2) The casting of the plate material by the roll casting machine is performed as follows.
First, solidification starts from the point (solidification start point) at which the molten metal contacts the outer peripheral surface of the cooling roll. From this solidification start point to the point where the roll interval is minimized (roll kiss point), a cylindrical solidified shell formed by solidifying the light metal melt is formed on the outer peripheral surface of the cooling roll and grows. And the solidified shell formed on the surface of the opposing cooling roll is pressure-bonded at the roll kiss point to obtain a plate-shaped material having a predetermined thickness corresponding to the roll interval.
このようなロール鋳造機を用いて得られた板状素材は、ロール鋳造機を出た段階で熱間圧延されるから、割れ等を生じることなく欠陥のほとんどないものとなっている。 Since the plate-like material obtained using such a roll casting machine is hot-rolled at the stage of exiting the roll casting machine, it has almost no defects without causing cracks.
(3)ロール鋳造機の運転条件は、所望するAl合金部材の形状、仕様に応じて適宜調整すればよい。例えば、ロール周速:1〜60m/min程度、ロール間隔(板厚):1〜10mm程度にすれば好ましい。このような条件で銅製の冷却ロールを運転した場合、板状素材の冷却速度は、板厚平均で102〜104 ℃/秒程度になる。勿論、実際の冷却速度は、板状素材に対する冷却ロールの大きさ、冷却ロールの冷却方法等によって異なり、一概に特定することは難しい。
(4)素材鋳造工程中または素材鋳造工程後(または直後)に、冷却ロールで急冷凝固され、この冷却ロールから剥離した後の板状素材を、冷却媒体により所定温度まで冷却する冷却工程を備えると好適である。
これにより板状素材の板厚が大きい場合でも、ロール鋳造機を出た後の板状素材を確実に急冷凝固させることができる。これにより、板厚に拘らず、内部まで微細な凝固組織をもつ品質的に安定した板状素材が得られる。ここでいう「所定温度まで冷却する」とは、板状素材を室温などの常温以下までは完全に冷却させずに、次の形状創成工程に備えて少なくとも温間状態に板状素材を保つことを意味する。冷却媒体には、水や油などの冷却液、不活性ガスやエアなどの冷却気体である。板状素材の冷却媒体への接触方法には、冷却液浴槽への浸漬、シャワー状またはミスト状の噴霧などがある。
(3) The operating conditions of the roll casting machine may be appropriately adjusted according to the desired shape and specifications of the Al alloy member. For example, it is preferable if the roll peripheral speed is about 1 to 60 m / min and the roll interval (plate thickness) is about 1 to 10 mm. When a copper cooling roll is operated under such conditions, the cooling rate of the plate-like material is 102 to 104 on the plate thickness average. It becomes about ° C / second. Of course, the actual cooling rate differs depending on the size of the cooling roll with respect to the plate-shaped material, the cooling method of the cooling roll, etc., and it is difficult to specify it in general.
(4) In the raw material casting process or after (or immediately after) the raw material casting process, a cooling process is provided in which the plate-shaped material that has been rapidly solidified by a cooling roll and separated from the cooling roll is cooled to a predetermined temperature by a cooling medium. It is preferable.
Thereby, even when the plate-shaped material has a large thickness, the plate-shaped material after exiting the roll casting machine can be surely rapidly cooled and solidified. Thereby, regardless of the plate thickness, a plate-like material that is stable in quality and has a fine solidified structure up to the inside can be obtained. Here, “cool to a predetermined temperature” means to keep the plate-like material at least in a warm state in preparation for the next shape creation process without completely cooling the plate-like material to room temperature or below. Means. The cooling medium is a cooling liquid such as water or oil, or a cooling gas such as an inert gas or air. Examples of the method of contacting the plate-like material with the cooling medium include immersion in a cooling bath, spraying in a shower form or mist form.
〈形状創成工程〉
(1)形状創成工程は、ロール鋳造に続けて、板状素材を成形(塑性加工)して所望形状に創成した素形材を得る工程である。この工程は冷間状態でも可能ではあるが、本発明ではロール鋳造時の予熱を利用した温間加工または熱間加工がなされる。これにより従来の冷間加工であれば、割れ等が生じる場合でも、本発明の形状創成工程によれば、割れ等を生じることなく、歩留まりよく、Al合金部材などの軽金属部材を生産し得る。具体例を挙げると、硬質なSi粒子が多数分散した板状素材を強加工した場合でも、割れ等を生じることがなく、高い歩留まりにより生産性を向上し得ると共に比較的低い成形荷重で所望形状に成形し得る。このため設備能力の省力化を図れ、溶製軽金属部材の生産コストの低減も図れる。
<Shape creation process>
(1) The shape creation step is a step of obtaining a shaped material created in a desired shape by molding (plastic working) a plate-like material following roll casting. Although this process is possible even in a cold state, in the present invention, warm processing or hot processing using preheating at the time of roll casting is performed. Thus, with conventional cold working, even if cracking or the like occurs, the shape creation process of the present invention can produce a light metal member such as an Al alloy member with high yield without causing cracking or the like. For example, even when a plate-like material with a large number of hard Si particles dispersed therein is hard-worked, it does not cause cracks, etc., and it can improve productivity with a high yield and has a desired shape with a relatively low molding load. Can be molded into For this reason, the facility capacity can be saved and the production cost of the melted light metal member can be reduced.
この塑性加工の際に割れ等の不具合を生じないのは、前述したように、板状素材の加工温度だけではなく、そもそも板状素材が急冷凝固したものであり金属組織が微細であることが大きく寄与している。従って、本発明により高品質の軽金属部材が効率よく生産可能となったのは、素材鋳造工程と形状創成工程が相乗的に作用しているところが大きい。 As described above, it is not only the processing temperature of the plate-shaped material, but also the plate-shaped material that is rapidly solidified by solidification, and the metal structure is fine. It contributes greatly. Therefore, the high-quality light metal member can be efficiently produced by the present invention is largely due to the synergistic action of the material casting process and the shape creation process.
ちなみに、素材鋳造工程後の板状素材の温度は、当然に固相線以下の温度であるが、それでも100〜500℃程度好ましくは200〜400℃程度にもなる。この素材鋳造工程時の余熱を有効利用する観点から、形状創成工程はできるだけ素材鋳造工程の直後に行うのが好ましい。ただし、素材鋳造工程後の形状創成工程が長くなるほど板状素材の温度が低下し得るから、形状創成工程中に補助的に加熱したり、または再加熱して板状素材を温間状態または熱間状態にする加熱工程を備えてもよい。
ちなみに、温間加工または熱間加工をする場合について説明しているが、本発明に係る板状素材は組織が全体的に微細であるため、冷間成形性も相当に高いことが本発明者により確認されている。
Incidentally, the temperature of the plate-like material after the material casting step is naturally a temperature below the solidus, but still about 100 to 500 ° C., preferably about 200 to 400 ° C. From the viewpoint of effectively utilizing the residual heat during the material casting process, the shape creation process is preferably performed as soon as possible after the material casting process. However, the longer the shape creation process after the material casting process, the lower the temperature of the plate-like material. Therefore, the plate-like material can be warmed or reheated by auxiliary heating or reheating during the shape creation process. You may provide the heating process which makes it an intermediate state.
Incidentally, although the case where warm processing or hot processing is performed is described, since the plate-like material according to the present invention has a fine structure as a whole, the present inventor has a considerably high cold formability. Has been confirmed.
(2)塑性加工
形状創成工程でなされる板状素材の塑性加工は、板状素材に所望形状を付与して素形材とするものである限りその種類は問わない。単なる圧延等は、板状素材の板厚等を変更する程度に過ぎず、素形材とする塑性加工ではないため、本発明でいう塑性加工には含まれない。
(2) Plastic processing The type of plastic processing of the plate-shaped material that is performed in the shape creation step is not limited as long as a desired shape is imparted to the plate-shaped material to obtain a shaped material. Simple rolling or the like is merely an amount for changing the plate thickness or the like of the plate-shaped material, and is not included in the plastic working as used in the present invention because it is not a plastic working for forming a raw material.
本発明でいう塑性加工の一例をあげると、ロールフォーミング加工、プレス加工、打抜加工、バーリング加工、ヘミング加工などがある。塑性加工は、それらのいずれか一種以上であれば足り、複数種が組み合わされたものであってもよい。
ここで「ロールフォーミング加工」とは、雄型と雌型の一対のロール間を長い帯板を通すことにより変形させてフレーム構造やパイプ状構造を作る加工法をいう。
Examples of the plastic working in the present invention include roll forming, pressing, punching, burring, hemming and the like. Any one or more of the plastic workings are sufficient, and a combination of a plurality of types may be used.
Here, “roll forming” refers to a processing method in which a frame structure or a pipe-like structure is formed by deforming a pair of male and female rolls by passing a long strip.
「プレス加工」とは、プレス機の凸凹を有する金型(プレス型)間に板状素材を載置して、その金型間に成形荷重を付与することにより、板状素材を所望の形状に塑性変形(せん断、曲げ、絞り等)させる加工をいう。
「打抜加工」とは、板状素材に金型を当てて所望形状に打ち抜く加工である。
「バーリング加工」とは、板状素材に穴をあけると同時に絞り加工を行い、その穴の周りにフランジ形状を形成する加工である。
「ヘミング加工(カーリング加工)」とは、ワーク端部を折り曲げる加工である。
このような塑性加工の他、板状素材を折ったり曲げたりして立体的な形状に加工する曲げ加工、板状素材に回転運動を与えてヘラやローラーで所望形状を創成するスピニング加工、板状素材の伸びを利用して板厚変化を抑制しつつ模様や文字などの比較的浅い凹凸形状を創成するエンボス加工などの塑性加工でも良い。また、ロールフォーミングにより作られたフレーム状構造物(素形材)またはパイプ状構造物(素形材)を曲げ加工することも可能である。
“Pressing” means placing a plate-shaped material between molds (press molds) having unevenness in a press machine, and applying a molding load between the molds to form the plate-shaped material in a desired shape. This refers to processing that causes plastic deformation (shearing, bending, drawing, etc.).
“Punching” is a process of punching a plate-shaped material into a desired shape by applying a die.
The “burring process” is a process in which a hole is formed at the same time as a hole is made in a plate material and a flange shape is formed around the hole.
The “hemming process (curling process)” is a process of bending the workpiece end.
In addition to such plastic processing, bending processing that folds or bends the plate material into a three-dimensional shape, spinning processing that creates a desired shape with a spatula or roller by applying a rotational motion to the plate material, plate Plastic processing such as embossing that creates a relatively shallow uneven shape such as a pattern or a character while suppressing a change in the plate thickness by using the elongation of the shaped material may be used. It is also possible to bend a frame-like structure (raw material) or pipe-like structure (raw material) made by roll forming.
ところで、このような塑性加工を施す素材形状が基本的に板状であるから、創成できる形状には相応の制限がある。しかし、前述したように、本発明でいう板状素材は、単なる平板材のみではない。つまり、冷却ロールの外周面側にある鋳型部の形状を種々変更することで、様々な形状の板状素材ひいては素形材をも効率的に生産できる。
このような異形材(板状素材)を塑性加工して素形材にすることで、実用されている様々な溶製軽金属部材を本発明により現実に製造することが可能となる。なお、角状、樋状または偏肉状などの形状は、素材鋳造工程で板状素材の形状として付与されてもよいが、平板状の板状素材に対して形状創成工程で素形材の形状として付与されても良い。
By the way, since the material shape to be subjected to such plastic working is basically a plate shape, there is a corresponding limitation on the shape that can be created. However, as described above, the plate-like material referred to in the present invention is not only a flat plate material. In other words, by changing the shape of the mold part on the outer peripheral surface side of the cooling roll, it is possible to efficiently produce plate-shaped materials of various shapes, and therefore, shaped materials.
By forming such a deformed material (plate-shaped material) into a shaped material by plastic working, it is possible to actually manufacture various melted light metal members that are practically used according to the present invention. In addition, the shape such as the square shape, the bowl shape, or the uneven thickness shape may be provided as the shape of the plate material in the material casting process, but the shape material of the shape material in the shape creation process may be applied to the flat plate material. It may be given as a shape.
もっとも、本発明のような溶製軽金属部材に、ダイキャスト鋳造品や重力鋳造品のような複雑な形状が求められることは少ない。そこで以下では、ロールフォーミング加工によって平板状の板状素材を簡易な円筒状に成形する場合を代表例に取り上げて説明する。
この場合、板状素材がロール鋳造機から送り出される送出方向に円筒の軸が沿うよう(縦向き)にしてもよいし、円筒の軸がロール鋳造機の送出方向に対して垂直となるよう(横向き)にしてもよい。ただ、連続的に効率よく円筒状のAl合金部材を製造するのであれば、前者のように、ロール鋳造機の送出方向に円筒状の軸が沿うように成形するのが好ましい。
However, the melted light metal member as in the present invention is rarely required to have a complicated shape such as a die cast product or a gravity cast product. Therefore, hereinafter, a case where a flat plate-shaped material is formed into a simple cylindrical shape by roll forming will be described as a representative example.
In this case, the axis of the cylinder may be along the feed direction in which the plate-shaped material is sent out from the roll casting machine (longitudinal direction), or the cylinder axis may be perpendicular to the feed direction of the roll casting machine ( (Landscape). However, if a cylindrical Al alloy member is produced continuously and efficiently, it is preferable to form the cylindrical axis along the feed direction of the roll casting machine as in the former case.
成形速度は特に拘らないが、素材鋳造工程の速度に対応または同期した速度であると、溶製軽金属部材を連続的にスムーズに製造できて好ましい。
特に、このような円筒状または半円筒状等の簡単な形状部材は、回転、摺動等する部位に使用される耐摩耗性部材の場合に多い。従って、そのような部材の製造には、塑性加工をロールフォーミング加工とした本発明の製造方法が好適である。
The forming speed is not particularly limited, but a speed corresponding to or synchronized with the speed of the raw material casting process is preferable because a molten light metal member can be produced continuously and smoothly.
In particular, such a simple member having a cylindrical shape or a semicylindrical shape is often used as a wear-resistant member used for a portion that rotates or slides. Therefore, the manufacturing method of the present invention in which plastic forming is roll forming is suitable for manufacturing such a member.
〈付加的工程〉
(1)截断工程
現実的に製造される板状素材は順次鋳造され搬送される連続した素材である。このため、本発明の必須工程ではないとしても、形状創成工程にそれぞれの素形材を分離する分離工程や板状素材を切断する切断工程が含まれない限り、適当な箇所で形状創成工程前または形状創成工程後の板状素材を截断する工程が必要となる。
そこで本発明では、形状創成工程後に溶製Al合金部材を個別に切り離す截断工程を備えると好適である。
<Additional process>
(1) Cutting process A plate-like material that is actually manufactured is a continuous material that is sequentially cast and conveyed. For this reason, even if it is not an essential process of the present invention, the shape creation process requires an appropriate location before the shape creation process as long as the shape creation process does not include a separation process for separating the respective raw materials or a cutting process for cutting the plate-like material. Or the process of cutting the plate-shaped raw material after a shape creation process is needed.
Therefore, in the present invention, it is preferable to provide a cutting step of individually cutting the molten Al alloy member after the shape creation step.
形状創成工程前に截断工程を行えば、適当な大きさまたは長さに分離された板状素材が順次得られる。形状創成工程後に截断工程を行えば、適当な形状が創成された素形材が順次得られる。
この截断工程は、例えば、回転刃等からなるカッタやレーザ等を用いて行うことができる。連続する成形体の流れを阻害せずに切断し、また、切断面を比較的綺麗にするには、レーザを用いると好ましい。
If a cutting process is performed before a shape creation process, the plate-shaped raw material isolate | separated into suitable magnitude | size or length is obtained sequentially. If a cutting process is performed after a shape creation process, the raw material in which the suitable shape was created is obtained sequentially.
This cutting process can be performed using, for example, a cutter or a laser made of a rotary blade or the like. In order to cut without obstructing the flow of the continuous molded body and to make the cut surface relatively clean, it is preferable to use a laser.
(2)接合工程
形状創成工程後の素形材の端部を密着させたり接着させたりすることが必要となる場合もある。そこで本発明の必須工程ではないが、素形材から閉じた筒状部材(軽金属部材)を製造するような場合、本発明は素形材の端部を接合する接合工程を備えると好適である。具体的には、例えば、形状創成工程が板状素材を略管状に成形する工程であり、略管状に成形された素形材の端部を接合して筒状の溶製軽金属部材を得る接合工程を備えると好適である。軽金属部材を効率よく製造するため、接合工程は前記截断工程前に設けられると好ましい。
(2) Joining process It may be necessary to adhere or bond the ends of the shaped material after the shape creation process. Therefore, although not an essential step of the present invention, when manufacturing a closed cylindrical member (light metal member) from a base material, it is preferable that the present invention includes a joining step of joining the ends of the base material. . Specifically, for example, the shape creation step is a step of forming a plate-shaped material into a substantially tubular shape, and joining the end portions of the shaped material formed into a substantially tubular shape to obtain a tubular molten light metal member It is preferable to provide a process. In order to efficiently manufacture the light metal member, it is preferable that the joining step is provided before the cutting step.
接合工程は、突合せ部の溶接(アーク、レーザ、TIG、MIGなど)、摩擦攪拌(FSW)接合、固相接合などにより行える。この場合も、素材鋳造工程や形状創成工程の速度に対応した速度で接合工程が行われると、溶製軽金属部材を連続的にスムーズに製造できて好ましい。 The joining process can be performed by welding the butt portion (arc, laser, TIG, MIG, etc.), friction stir (FSW) joining, solid phase joining, or the like. Also in this case, it is preferable that the joining light metal member can be manufactured continuously and smoothly when the joining process is performed at a speed corresponding to the speed of the material casting process or the shape creation process.
(3)熱処理工程
熱処理工程は、溶製軽金属部材を加熱、保持、冷却して、溶製軽金属部材の金属組織を改質する工程である。この改質の種類は問わないが、素形材または溶製軽金属部材の強化、加工歪みの除去、均質化等があり得る。軽金属がAl合金やMg合金であれば、熱処理工程は、例えば、均質化熱処理、溶体化処理、時効処理(ピーク時効処理(T6処理/JIS)、過時効処理(T7処理/JIS)等)である。
(3) Heat treatment step The heat treatment step is a step of heating, holding, and cooling the molten light metal member to modify the metal structure of the molten light metal member. There is no limitation on the type of the modification, but there may be strengthening of the raw material or melted light metal member, removal of processing strain, homogenization, and the like. If the light metal is an Al alloy or Mg alloy, the heat treatment process is, for example, homogenization heat treatment, solution treatment, aging treatment (peak aging treatment (T6 treatment / JIS), overaging treatment (T7 treatment / JIS), etc.). is there.
具体的な熱処理条件は、軽金属部材に付与したい特性や軽金属の組成等により異なる。一例を挙げれば、均質化処理は、含有する元素が拡散可能な温度、例えば、400〜560℃の温度で10分〜24時間の加熱を行うと好ましい。均質化処理は、加熱後、炉冷または空冷される。これに対して溶体化処理は、そのような加熱をした後に、水冷、湯冷または油冷等により急冷される。
時効処理は、例えば、溶体化処理等よりも低温(例えば、300℃以下)で1〜10時間の加熱を行った後冷却される。これにより、溶体化処理後の内部歪みが除去されたり、化合物粒子が析出することにより高強度化が図られる。
Specific heat treatment conditions vary depending on characteristics to be imparted to the light metal member, the composition of the light metal, and the like. For example, the homogenization treatment is preferably performed at a temperature at which the contained element can diffuse, for example, at a temperature of 400 to 560 ° C. for 10 minutes to 24 hours. In the homogenization treatment, furnace heating or air cooling is performed after heating. On the other hand, the solution treatment is rapidly cooled by water cooling, hot water cooling, oil cooling or the like after such heating.
The aging treatment is cooled after heating for 1 to 10 hours at a lower temperature (for example, 300 ° C. or lower) than the solution treatment or the like, for example. As a result, the internal strain after the solution treatment is removed or the compound particles are precipitated to increase the strength.
なお、軽金属が後述の第2種Al合金(耐摩耗性Al合金)である場合、熱処理により、マトリックス中に固溶しているSiをマトリックス中から微細に析出させることも可能である。なお、本明細書でいう「初晶Si粒子」はこの析出したSi粒子をも含む概念である。 When the light metal is a second-type Al alloy (abrasion resistant Al alloy) described later, Si dissolved in the matrix can be finely precipitated from the matrix by heat treatment. The “primary crystal Si particles” in this specification is a concept including the precipitated Si particles.
《軽金属》
本発明でいう軽金属は、Al、Al合金、MgまたはMg合金のいずれかである。本発明では、それらの具体的な化学組成を問題とはしない。従って、汎用されている多種多様な軽金属を本発明の製造方法で用いることもできるし、特定の特性を改善した改良材または新規の開発材を用いることもできる。以降では、特性の改善、取扱性等が比較的容易で実用性の高い軽金属として代表的なAl合金を取り上げて説明すると共に、本発明者が本発明の製造方法に適した軽金属として開発した新規なAl合金についても併せて説明する。
《Light metal》
The light metal referred to in the present invention is any one of Al, Al alloy, Mg, or Mg alloy. In the present invention, their specific chemical composition is not a problem. Therefore, a wide variety of light metals that are widely used can be used in the production method of the present invention, and improved materials with improved specific characteristics or newly developed materials can be used. In the following, while taking up a typical Al alloy as a light metal that is relatively easy to improve properties, handleability, etc. and is highly practical, the present inventors have developed a light metal suitable for the production method of the present invention. A detailed description of the Al alloy will also be given.
〈汎用Al合金〉
溶製軽金属部材に要求される特性に応じて、本発明の製造方法に好適な化学組成の汎用Al合金を用いるとよい。例えばJIS規格でいうと、AC4C、AC4CH等の鋳造材、2000系合金(Al−Cu系合金)、5000系合金(Al−Mg系)、6000系合金(Al−Mg−Si系合金)、7000系合金(Al−Zn−Mg系合金)、Al−Li−Cu系合金等の高強度材、この他、Al−Fe系合金等の汎用Al合金を本発明の溶製軽金属部材およびその製造方法に用いることができる。
<General-purpose Al alloy>
A general-purpose Al alloy having a chemical composition suitable for the production method of the present invention may be used according to the characteristics required for the melted light metal member. For example, according to JIS standards, casting materials such as AC4C and AC4CH, 2000 series alloys (Al-Cu series alloys), 5000 series alloys (Al-Mg series), 6000 series alloys (Al-Mg-Si series alloys), 7000 High-strength materials such as Al-Zn-Mg alloys and Al-Li-Cu alloys, as well as general-purpose Al alloys such as Al-Fe alloys, etc. Can be used.
〈第1種Al合金〉
(1)このような汎用Al合金以外に、本発明の溶製軽金属部材およびその製造方法に適した材料を本発明者は新たに開発した。この新規なAl合金(これを本明細書では「第1種Al合金」という。)を用いれば、上述したような優れた効果が得られると共に、その溶製軽金属部材は強度、耐食性、耐軟化性等にも優れたものとなり得る。
具体的にいえば、この第1種Al合金は、全体を100%としたときに、第1成分元素であるFe:0.8〜5%と、第2成分元素であるTi:0.15〜1%とを含有すると共に、Zr、Nb、Hf、ScおよびYからなり各々の含有量が0.05〜2%である第3成分元素群より選ばれた1種以上の第3成分元素が合計量(X)でTiよりも多くFeよりも少なく(Fe%>X%>Ti%)、残部がAlと不可避的不純物および/または改質元素とからなる。
<Type 1 Al alloy>
(1) In addition to such a general-purpose Al alloy, the inventor has newly developed a material suitable for the melted light metal member of the present invention and the manufacturing method thereof. By using this novel Al alloy (this is referred to as “first type Al alloy” in this specification), the above-described excellent effects can be obtained, and the melted light metal member has strength, corrosion resistance, and softening resistance. It can be excellent in properties and the like.
More specifically, the first type Al alloy has a total content of 100%, Fe: 0.8 to 5% as the first component element, and Ti: 0.15 as the second component element. And at least one third component element selected from the third component element group consisting of Zr, Nb, Hf, Sc and Y and each content being 0.05-2% The total amount (X) is more than Ti and less than Fe (Fe%>X%> Ti%), with the balance being Al and inevitable impurities and / or modifying elements.
この第1種Al合金は、Siを含有していなくても優れた鋳造性を示すと共に、NiやMnを含有していなくても優れた耐熱性を示す。
そしてこの第1種Al合金を用いた場合に、本発明の素材鋳造工程が、組成から決定される液相線温度よりも20℃以上高い温度で軽金属を溶解させ軽金属溶湯を得る溶解工程と、鋳型部で該軽金属溶湯を組成から決定される固相線温度より少なくとも10℃低い温度まで150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満の冷却速度で急冷凝固させる凝固工程とを備えると好適である。
The first type Al alloy exhibits excellent castability even if it does not contain Si, and also exhibits excellent heat resistance even if it does not contain Ni or Mn.
And when this first type Al alloy is used, the raw material casting step of the present invention is a melting step of dissolving a light metal at a temperature higher than the liquidus temperature determined from the composition by 20 ° C. or more to obtain a light metal melt, It is preferable to comprise a solidification step in which the light metal melt is rapidly solidified at a cooling rate of 150 ° C./second or more and less than 10000 ° C./second to a temperature that is at least 10 ° C. lower than the solidus temperature determined from the composition in the mold part. .
これにより、強度や耐軟化性に優れた溶製軽金属部材が得られる。例えば、第1種Al合金からなる溶製軽金属部材は、その化学組成から決定される固相線温度の1/2以上という高温環境下に曝された場合でも、その後の室温硬さがほとんど低下しない。このため、第1種Al合金からなる板状素材、素形材または軽金属部材(以下、まとめて「第1種Al合金材」という。)を例えば200℃以上の高温に再加熱して時効硬化等させると、その強度がより向上し得る。それ故、形状創成工程後に第1種Al合金材に対して、さらに熱間加工や熱処理等を施しても、第1種Al合金材の強度を低下させることなく、むしろその強度を向上させることが可能になる。 Thereby, the melted light metal member excellent in intensity | strength and softening resistance is obtained. For example, a melted light metal member made of a first-type Al alloy has a substantially reduced room temperature hardness even when exposed to a high-temperature environment of 1/2 or more of the solidus temperature determined from its chemical composition. do not do. For this reason, a plate-shaped material, a shaped material or a light metal member (hereinafter collectively referred to as “first-type Al alloy material”) made of a first-type Al alloy is reheated to a high temperature of, for example, 200 ° C. or more and age-hardened. If they are equal, the strength can be further improved. Therefore, even if the first type Al alloy material is further subjected to hot working or heat treatment after the shape creation process, the strength of the first type Al alloy material is not lowered, but rather the strength is improved. Is possible.
この理由は次のように考えられる。
第1種Al合金のように、先ずAl合金にFeが添加されると、金属組織的には観ると、Al基地からなるα相と、Al−Fe系化合物とAl基地との共晶組織からなり該α相を取り囲むように形成された層状相とが形成される。さらに、第2成分元素Ti、および第3成分元素が特定量添加されると、これら第2成分元素および第3成分元素をAlに固溶させることができ、過飽和固溶体からなるAl基地が形成される。そのため、熱エネルギーやひずみエネルギーが加わったときに、AlとTi(第2成分元素)と第3成分元素とからなる安定な化合物(金属間化合物)相がAl基地中に析出される。それ故、耐軟化性が向上すると共に加工や加熱等を行った後の強度を向上させることができたと思われる。
The reason is considered as follows.
First, when Fe is added to the Al alloy as in the first type Al alloy, from the viewpoint of metal structure, the α phase composed of the Al base and the eutectic structure of the Al-Fe-based compound and the Al base. And a layered phase formed so as to surround the α phase. Furthermore, when the second component element Ti and the third component element are added in specific amounts, the second component element and the third component element can be dissolved in Al, and an Al base made of a supersaturated solid solution is formed. The Therefore, when thermal energy or strain energy is applied, a stable compound (intermetallic compound) phase composed of Al, Ti (second component element), and third component element is precipitated in the Al matrix. Therefore, it seems that the softening resistance was improved and the strength after processing or heating was able to be improved.
(2)付加的構成
第1種Al合金材に関する上記の見解を踏まえて、さらに次のような工程等を本発明の構成へ付加できる。
(i) 第1種Al合金材に対して温度200℃以上で熱間圧延加工を行うことにより、第1種Al合金材の厚みを30%以上圧下させる熱間圧延工程を有すると好適である。
(2) Additional configuration Based on the above view regarding the first type Al alloy material, the following steps and the like can be further added to the configuration of the present invention.
(i) It is preferable to have a hot rolling step of reducing the thickness of the first type Al alloy material by 30% or more by performing hot rolling on the first type Al alloy material at a temperature of 200 ° C. or higher. .
(ii)第1種Al合金材に対して冷間圧延加工を行うことにより、第1種Al合金材の厚みを30%以上圧下させた後、第1種Al合金の融点の1/2以上かつ550℃以下の温度で加熱する冷間圧延−加熱工程を有すると好適である。 (ii) Cold rolling the first type Al alloy material to reduce the thickness of the first type Al alloy material by 30% or more, and then ½ or more of the melting point of the first type Al alloy And it is suitable to have the cold rolling-heating process heated at the temperature of 550 degrees C or less.
(iii) 第1種Al合金材を温度400℃以上で0.5時間〜3時間加熱する熱処理工程を有すると好適である。 (iii) It is preferable to have a heat treatment step of heating the first type Al alloy material at a temperature of 400 ° C. or more for 0.5 hours to 3 hours.
(iv)第1種Al合金材は、Al基地からなるα相と、該α相を取り囲むように形成され、かつAl基地とAl−Fe系化合物との共晶組織からなる層状相とを有する金属組織を有し、Al基地はAlの過飽和固溶体からなり、該過飽和固溶体には第2成分元素および第3成分元素が固溶しており、第1種Al合金材の任意断面において、Alと第2成分元素と第3成分元素との金属間化合物からなる粒径5μm以上の晶出物の占める面積率は5%未満になっていると好適である。 (iv) The first type Al alloy material has an α phase composed of an Al base and a layered phase formed so as to surround the α phase and composed of a eutectic structure of the Al base and the Al—Fe-based compound. It has a metal structure, the Al base is made of a supersaturated solid solution of Al, and the second component element and the third component element are in solid solution in the supersaturated solid solution. In an arbitrary cross section of the first type Al alloy material, Al and It is preferable that the area ratio occupied by a crystallized substance having a particle diameter of 5 μm or more, which is composed of an intermetallic compound of the second component element and the third component element, is less than 5%.
(v) 第1種Al合金材は、Al基地からなるα相と、該α相を取り囲むように形成され、かつAl基地とAl−Fe系化合物との共晶組織からなる層状相とを有する金属組織を有し、Al基地は、Alおよび/またはAlに第2成分元素および第3成分元素が固溶したAlの過飽和固溶体からなり、Al基地には、Alと第2成分元素と第3成分元素との金属間化合物からなる粒径2〜500nmの析出物が分散されていると好適である。 (v) The first type Al alloy material has an α phase composed of an Al base and a layered phase formed so as to surround the α phase and composed of a eutectic structure of the Al base and the Al—Fe-based compound. The Al base is made of a supersaturated solid solution of Al in which the second component element and the third component element are dissolved in Al and / or Al. The Al base includes Al, the second component element, and the third element. It is preferable that precipitates having a particle diameter of 2 to 500 nm made of intermetallic compounds with component elements are dispersed.
(3)具体的形態
第1種Al合金に関して好適な具体的形態を挙げて説明する。
(i) 第1成分元素であるFeは0.8〜5%が好ましい。
Feが過少では、十分な強度が得られず、高温環境下における強度、耐熱性が低下したりし得る。一方、Feが過多では、冷却速度に対応して特性が大きく変化し易くなり、一定の特性を備えた鋳造材を安定的に生産することが困難になる。具体的には、例えば圧延を行った場合に、第1種Al合金材に割れが生じ易くなる。また、鋳造時に粗大な晶出物が形成されやすくなり、加工性や成形性が低下し得る。Feの含有量は2〜4%さらには3〜4%であると好ましい。
(3) Specific Form A preferred specific form for the first type Al alloy will be described.
(i) Fe as the first component element is preferably 0.8 to 5%.
If Fe is insufficient, sufficient strength cannot be obtained, and strength and heat resistance in a high temperature environment may be lowered. On the other hand, if Fe is excessive, the characteristics are likely to change greatly corresponding to the cooling rate, and it becomes difficult to stably produce a cast material having a certain characteristic. Specifically, for example, when rolling is performed, cracks are likely to occur in the first type Al alloy material. Further, coarse crystallized products are easily formed during casting, and workability and formability can be reduced. The Fe content is preferably 2 to 4%, more preferably 3 to 4%.
(ii)第2成分元素であるTiは0.15〜1%が好ましい。
Tiを第3成分元素と共に添加した場合、合金組織を微細化することができる。また、溶解状態から凝固する際に過飽和に固溶したものが熱間圧延されたり、冷間圧延後に熱処理がされた場合、Al母相中にTiが析出して強度をさらに向上させる。
Tiが過少では、十分な耐熱性、耐軟化性が得られなくなる。一方、Tiが過多では、鋳造時に粗大なAl−Ti系晶出物が形成され易くなり、加工性や成形性が低下し得る。Tiの含有量は0.3〜0.9%さらには0.7〜0.8%であると好ましい。
(ii) Ti as the second component element is preferably 0.15 to 1%.
When Ti is added together with the third component element, the alloy structure can be refined. In addition, when solidified in a supersaturated state when solidified from a molten state or hot-rolled after cold rolling, Ti precipitates in the Al matrix and further improves the strength.
When Ti is too small, sufficient heat resistance and softening resistance cannot be obtained. On the other hand, when Ti is excessive, coarse Al—Ti crystallized substances are easily formed during casting, and workability and formability may be reduced. The Ti content is preferably 0.3 to 0.9%, more preferably 0.7 to 0.8%.
(iii)第3成分元素は、Zr、Nb、Hf、ScおよびYからなる第3成分元素群から選ばれる1種以上の元素を、個々の含有量が0.05〜2%含有する。
第3成分元素は、第1成分元素Feおよび第2成分元素Tiと共に添加することにより、耐軟化性を向上させる効果を発揮する。すなわち、Al合金に第1成分元素Feを添加した場合、上述のごとくAl−Fe系化合物とAl基地とによって層状相を形成するようになる。さらに第2成分元素Ti、および第3成分元素を特定量添加すると、熱エネルギーやひずみエネルギーが加わったときにAlとTiと第3成分元素とからなる安定な化合物(金属間化合物)相がAl母相内に析出するため、強度特性や耐軟化性を向上させることができる。そのため、熱間圧延、あるいは冷間圧延後に加熱を行った場合に強度を向上させることができる。また、圧延加工を施さずに熱処理だけを行った場合にも同様に強度の向上効果を得ることができる。
(iii) The third component element contains 0.05 to 2% of individual content of one or more elements selected from the third component element group consisting of Zr, Nb, Hf, Sc and Y.
By adding the third component element together with the first component element Fe and the second component element Ti, an effect of improving the softening resistance is exhibited. That is, when the first component element Fe is added to the Al alloy, a layered phase is formed by the Al—Fe compound and the Al base as described above. Further, when a specific amount of the second component element Ti and the third component element is added, a stable compound (intermetallic compound) phase composed of Al, Ti, and the third component element is added to Al when heat energy or strain energy is applied. Since it precipitates in the matrix phase, strength properties and softening resistance can be improved. Therefore, the strength can be improved when heating is performed after hot rolling or cold rolling. Further, when only the heat treatment is performed without performing the rolling process, the effect of improving the strength can be obtained similarly.
第3成分元素群の個々の含有量が%過少では、第3成分元素添加による上述の効果が充分に得られない。一方、少なくとも1種の第3成分元素が過多では、冷却速度を充分に高くしないと大きな晶出物が生じやすくなり、加工性や成形性が劣化する。第3成分元素群の個々の含有量は0.2〜1.2%さらには0.5〜1.2%であると好ましい。 When the individual content of the third component element group is too small, the above-described effects due to the addition of the third component element cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if there is an excessive amount of at least one kind of the third component element, a large crystallized product tends to be produced unless the cooling rate is sufficiently increased, and the workability and formability deteriorate. The individual content of the third component element group is preferably 0.2 to 1.2%, more preferably 0.5 to 1.2%.
また、第3成分元素の合計含有量X%は、Al合金における第1成分元素Feの含有量をFe%、および第2成分元素Tiの含有量をTi%としたとき、Fe>X>Tiを満足する。
X≧Feの場合は、第1種Al合金材の強度が低下したり、耐軟化性が低下したりし得る。X≦Tiの場合は、耐軟化性が劣化し得る。Fe≦Tiの場合には、第1種Al合金材の強度が低下したり、耐軟化性が低下したりし得る。
Further, the total content X% of the third component element is such that when the content of the first component element Fe in the Al alloy is Fe% and the content of the second component element Ti is Ti%, Fe>X> Ti Satisfied.
In the case of X ≧ Fe, the strength of the first type Al alloy material may be reduced, or the softening resistance may be reduced. In the case of X ≦ Ti, the softening resistance can be deteriorated. In the case of Fe ≦ Ti, the strength of the first type Al alloy material may be reduced, or the softening resistance may be reduced.
第3成分元素群のうち少なくともZrは0.2〜1.2%含有されると好ましい。この場合、優れた強度特性および成形性が維持され、耐軟化性がより向上され得る。Zrの含有量が過少では、Zr添加による上述の効果が充分に得られない。一方、Zrが過多では、溶解工程においてAl合金を溶解させるときの溶解温度が非常に高くなり得る。そのため、溶解時に特別な装置が必要となり、製造コストが増大し得る。 In the third component element group, at least Zr is preferably contained in an amount of 0.2 to 1.2%. In this case, excellent strength characteristics and moldability can be maintained, and softening resistance can be further improved. If the Zr content is too small, the above-described effects due to the addition of Zr cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if Zr is excessive, the melting temperature when the Al alloy is melted in the melting step can be very high. Therefore, a special apparatus is required at the time of melting, and the manufacturing cost can be increased.
(iv)前記溶解工程において、第4成分元素としてMgは0.05〜2%含有されると好ましい。この場合、成形性を損ねることなく第1種Al合金材の強度がより向上し得る。Mgが過少では、Mgによる強度向上が充分に得られない。一方、Mgが過多では、第1種Al合金材の加工性が悪くなり、例えば圧延時に圧延割れが発生し、成形性が低下し得る。Mgの含有量は0.2%〜1.5%さらには0.3%〜0.8%であると好ましい。 (iv) In the dissolution step, it is preferable that 0.05 to 2% of Mg is contained as the fourth component element. In this case, the strength of the first type Al alloy material can be further improved without impairing formability. If the amount of Mg is too small, the strength improvement due to Mg cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if Mg is excessive, the workability of the first-type Al alloy material is deteriorated. For example, rolling cracks are generated during rolling, and the formability can be lowered. The Mg content is preferably 0.2% to 1.5%, more preferably 0.3% to 0.8%.
(v)溶解工程では、Cu、Cr、およびCoからなる第5成分元素群から選ばれる1種以上の第5成分元素を0.05〜1%含有すると好ましい。
第5成分元素群のうちCuを含有する場合には、第1種Al合金材の加工性をほとんど損ねることなく、強度を向上させることができる。また、第5成分元素群のうちCrおよび/またはCoを含有する場合には、Al−(Fe,Cr)化合物および/又はAl−(Fe,Co)化合物が形成され、Al−Fe化合物単体が分散するよりも、伸び、加工性、および成形性を向上させることができる。その結果、加工性や成形性等をほとんど損ねることなく、第1種Al合金材の強度を向上させることができる。
(v) In the melting step, it is preferable to contain 0.05 to 1% of one or more fifth component elements selected from the fifth component element group consisting of Cu, Cr, and Co.
When Cu is contained in the fifth component element group, the strength can be improved without substantially impairing the workability of the first type Al alloy material. Further, when Cr and / or Co is contained in the fifth component element group, an Al— (Fe, Cr) compound and / or Al— (Fe, Co) compound is formed, and the Al—Fe compound alone is formed. Elongation, workability, and moldability can be improved rather than dispersing. As a result, the strength of the first type Al alloy material can be improved without substantially impairing workability and formability.
第5成分元素が過少では、該第5成分元素の添加による上述の効果が充分に得られない。一方、第5成分元素群のうちCuが過多では、加工性および成形性が悪くなる。また、この場合には、耐食性が劣化し得る。また、第5成分元素群のうちCrおよび/またはCoが過多では、成形性が悪くなる。より好ましくは、第5成分元素の含有量は、0.1%〜0.7%がよく、さらに好ましくは0.1%〜0.5%がよい。
なお、第5成分元素を2種類以上含有する場合には、その合計量を0.05〜1%という前記範囲にすることが好ましい。
If the fifth component element is too small, the above-described effects due to the addition of the fifth component element cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if Cu is excessive in the fifth component element group, workability and formability deteriorate. In this case, the corrosion resistance can be deteriorated. Further, if the Cr and / or Co is excessive in the fifth component element group, the formability is deteriorated. More preferably, the content of the fifth component element is 0.1% to 0.7%, and more preferably 0.1% to 0.5%.
In addition, when 2 or more types of 5th component elements are contained, it is preferable to make the total amount into the said range of 0.05 to 1%.
(vi)溶解工程で、さらに第6成分元素としてVおよび/またはMoを0.05%超え0.5%未満含有するとが好ましい。この場合、第1種Al合金材の加工性および成形性をほとんど損ねることなく、強度を向上させることができる。
第6成分元素が過少では、その効果が充分に得られず、過多では溶解温度が著しく上昇してしまう。また、粗大な晶出物が形成されやすくなり、加工性および成形性が悪くなる。第6成分元素の含有量は0.1〜0.4%さらには0.1〜0.3%であるとより好ましい。第6成分元素を2種類含有する場合は、その合計量を0.05%〜0.5%にすると好ましい。
(vi) In the melting step, it is preferable that V and / or Mo is further contained as a sixth component element in an amount of more than 0.05% and less than 0.5%. In this case, the strength can be improved without substantially impairing the workability and formability of the first type Al alloy material.
If the sixth component element is too small, the effect cannot be obtained sufficiently, and if it is too large, the melting temperature will rise remarkably. Further, coarse crystallized products are easily formed, and workability and moldability are deteriorated. The content of the sixth component element is more preferably 0.1 to 0.4%, and further preferably 0.1 to 0.3%. When two types of sixth component elements are contained, the total amount is preferably 0.05% to 0.5%.
(vii)第4成分元素と第5成分元素と第6成分元素との合計量を3%以下にすると好ましい。それらの合計量が過多では、第1種Al合金材の加工性が悪くなり、例えば圧延時に圧延割れが発生し得る。またこの場合には、素材鋳造工程において晶出物が生じやすくなり、成形性が劣化し得る。 (vii) The total amount of the fourth component element, the fifth component element and the sixth component element is preferably 3% or less. If the total amount thereof is excessive, the workability of the first type Al alloy material is deteriorated, and for example, rolling cracks may occur during rolling. In this case, a crystallized product is easily generated in the material casting process, and the moldability can be deteriorated.
また、溶解工程においては、第1種Al合金溶湯を、その組成から決定される液相線温度から20℃以上高い温度(液相線温度+20℃以上)で溶解させて得る。溶解温度が過少では、十分な湯流れ性を得ることができず、鋳造後の第1種Al合金材の内部に巣が形成され、健全な第1種Al合金材を得ることができない。 Further, in the melting step, the first type Al alloy molten metal is obtained by melting at a temperature higher than the liquidus temperature determined from its composition by 20 ° C. or higher (liquidus temperature + 20 ° C. or higher). If the melting temperature is too low, sufficient hot metal flowability cannot be obtained, and a nest is formed inside the first type Al alloy material after casting, so that a healthy first type Al alloy material cannot be obtained.
(viii)次に、素材鋳造工程で、第1種Al合金の組成から決定される固相線温度より少なくとも10℃低い温度すなわち少なくとも固相線温度−10℃に達するまで、上記溶湯を冷却速度150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満で冷却しつつ板状に鋳造して第1種Al合金の板状素材を得ると好ましい。 (viii) Next, in the raw material casting step, the molten metal is cooled at a rate of at least 10 ° C. lower than the solidus temperature determined from the composition of the first type Al alloy, that is, at least at the solidus temperature of −10 ° C. It is preferable to obtain a plate-shaped material of the first type Al alloy by casting into a plate shape while cooling at 150 ° C./second or more and less than 10,000 ° C./second.
素材鋳造工程における冷却速度が過少では、凝固過程で粗大な晶出物が形成されるため、成形性が悪くなったり、強度特性および耐軟化性が低下したりし得る。また、10000℃/秒を越える冷却速度を実現するためには、特別な装置が必要となるため、製造コストが増大し得る。また、10000℃/秒を越える冷却速度を達成する場合には、鋳造後の第1種Al合金の板状素材の板厚を相当薄くする必要がある。
上記の範囲内の冷却速度であれば、第1種Al合金の板状素材の断面内にアモルファス相は実質的に形成されず、例えば結晶化温度の前後で生じる特性変化がほとんど生じない熱的安定性の高い板状素材を得ることができる。
If the cooling rate in the raw material casting process is too low, coarse crystallized products are formed during the solidification process, so that the formability may deteriorate, and the strength characteristics and softening resistance may deteriorate. Further, in order to realize a cooling rate exceeding 10,000 ° C./second, a special apparatus is required, so that the manufacturing cost can be increased. In order to achieve a cooling rate exceeding 10,000 ° C./second, it is necessary to considerably reduce the thickness of the first Al alloy plate material after casting.
If the cooling rate is within the above range, the amorphous phase is not substantially formed in the cross section of the plate-shaped material of the first type Al alloy, and, for example, a thermal characteristic that hardly causes a characteristic change before and after the crystallization temperature occurs. A highly stable plate-like material can be obtained.
また、素材鋳造工程において、冷却速度による冷却を固相線温度−10℃に達するまで行わなかった場合には、連続鋳造時に上流の溶湯の熱によって下流の鋳造材が局部的に再溶融し、粗大な晶出物が形成される。そのため、得られるAl合金鋳造材の金属組織が不均一になり得る。
なお、冷却速度(150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満)による冷却は、少なくとも固相線温度−10℃に達するまで行えばよく、当該温度に達した以降は150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満という冷却速度からはずれる温度で冷却してもよい。
冷却速度(150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満)による冷却は、固相線温度−100℃に達するまで行うと好ましい。
Further, in the raw material casting process, when the cooling at the cooling rate is not performed until the solidus temperature reaches −10 ° C., the downstream casting material is locally remelted by the heat of the upstream molten metal during continuous casting, Coarse crystallization is formed. Therefore, the metal structure of the obtained Al alloy cast material can be non-uniform.
The cooling at a cooling rate (150 ° C./second or more and less than 10000 ° C./second) may be performed at least until the solidus temperature reaches −10 ° C., and after reaching the temperature, 150 ° C./second or more and 10,000. The cooling may be performed at a temperature deviating from the cooling rate of less than ° C / second.
Cooling at a cooling rate (150 ° C./second or more and less than 10,000 ° C./second) is preferably performed until the solidus temperature reaches −100 ° C.
(ix)素材鋳造工程では、溶湯を厚さ0.3〜10mmの板状に連続鋳造すると好ましい。
板厚が過小では、ロール間への注湯やギャップ制御などが困難になり、第1種Al合金材の生産が困難になる。一方、板厚が過大では、150℃/秒以上という冷却速度を確保することが困難になる。また、冷却速度にばらつきが生じ易く、均一な特性の第1種Al合金の板状素材を得ることが困難になる。
(Ix) In the raw material casting step, it is preferable to continuously cast the molten metal into a plate shape having a thickness of 0.3 to 10 mm.
When the plate thickness is too small, it becomes difficult to pour molten metal between the rolls or control the gap, and it becomes difficult to produce the first type Al alloy material. On the other hand, if the plate thickness is excessive, it is difficult to ensure a cooling rate of 150 ° C./second or more. In addition, the cooling rate is likely to vary, making it difficult to obtain a plate material of the first type Al alloy having uniform characteristics.
(x)本発明の場合、熱間圧延工程は必須ではない。もっとも、熱間圧延工程を行う場合は、素材鋳造工程後の板状素材に対して熱間圧延工程を行うと好ましい。これにより、別途加熱するまでもなく、工数や製造時間を少なくすることができ、製造コストの低減を図ることができる。この熱間圧延工程中の板状素材の温度は200〜500℃が好ましい。この温度が過小では割れ等を生じるおそれがあり、過大では層状相中のAl−Fe系化合物が粗大化し、強度が低下し得る。またこの場合、熱間圧延工程中、圧延ロールに対するダメージが大きくなり、ロール寿命の低下を招く。 (x) In the present invention, the hot rolling step is not essential. But when performing a hot rolling process, it is preferable to perform a hot rolling process with respect to the plate-shaped raw material after a raw material casting process. Thereby, it is not necessary to heat separately, and man-hours and manufacturing time can be reduced, and manufacturing cost can be reduced. As for the temperature of the plate-shaped raw material in this hot rolling process, 200-500 degreeC is preferable. If this temperature is too low, cracks or the like may occur, and if it is too high, the Al—Fe-based compound in the layered phase becomes coarse and the strength can be lowered. Further, in this case, damage to the roll is increased during the hot rolling process, resulting in a reduction in roll life.
なお、第1種Al合金の場合、「固相線温度より少なくとも10℃低い温度」が500℃以下になることはない。したがって、上記鋳造工程において500℃まで冷却しても、上述の「固相線温度より少なくとも10℃低い温度」までの冷却は充分確保される。また熱間圧延後に、例えば450℃×1hのような高温焼鈍を行っても、もはや耐軟化性はほとんど変化しない。 In the case of the first type Al alloy, the “temperature lower by at least 10 ° C. than the solidus temperature” does not become 500 ° C. or less. Therefore, even when cooling to 500 ° C. in the casting step, sufficient cooling to the above “temperature lower than the solidus temperature by at least 10 ° C.” is ensured. Further, even after high temperature annealing such as 450 ° C. × 1 h after hot rolling, the softening resistance hardly changes anymore.
〈第2種Al合金〉
(1)本発明者は、上述したような汎用Al合金や第1種Al合金以外にも、溶製軽金属部材に適した新規なAl合金(これを本明細書では「第2種Al合金」という。)を開発した。この第2種Al合金を用いれば、従来の焼結材や溶射材よりも遙かに低コストで耐摩耗性に優れた溶製軽金属部材を得ることができる。
具体的にいえば、この第2種Al合金は、前記軽金属は、全体を100%(以下単に「%」という。)としたときに、ケイ素(Si):17〜43%と、銅(Cu):0.2〜7%と、マグネシウム(Mg):0.05〜4%と、残部がAlと不可避不純物および/または改質元素とからなる。
<Type 2 Al alloy>
(1) In addition to the general-purpose Al alloy and the first type Al alloy as described above, the present inventor proposed a novel Al alloy suitable for a melted light metal member (this is referred to as “second type Al alloy” in the present specification). Developed). If this 2nd type Al alloy is used, the melted light metal member excellent in abrasion resistance can be obtained at a cost much lower than the conventional sintered material and sprayed material.
Specifically, in the second type Al alloy, when the light metal is 100% (hereinafter simply referred to as “%”), silicon (Si): 17 to 43% and copper (Cu ): 0.2 to 7%, Magnesium (Mg): 0.05 to 4%, and the balance consists of Al, inevitable impurities and / or modifying elements.
そしてこの第2種Al合金からなる板状素材、素形材または軽金属部材(以下、まとめて「第2種Al合金材」という。)は、円相当径でいう平均粒径が5〜50μmの初晶Si粒子と、分散した該初晶Si粒子を保持するマトリックスとからなる金属組織を少なくとも表層部に有し、優れた耐摩耗性を発現し得る。 And the plate-shaped raw material, raw material, or light metal member (hereinafter collectively referred to as “second-type Al alloy material”) made of the second-type Al alloy has an average particle diameter in a circle equivalent diameter of 5 to 50 μm. It has a metal structure composed of primary crystal Si particles and a matrix that holds the dispersed primary crystal Si particles in at least the surface layer portion, and can exhibit excellent wear resistance.
なお、円相当径とは、金属組織を顕微鏡観察した際に求まる初晶Si粒子の占める面積を円相当の面積に換算したときの直径である。具体的には、顕微鏡写真を画像処理等して容易に求めることができる。初晶Si粒子とマトリックスとは顕微鏡写真上で明瞭にコントラストが違うから、二値化処理したのち、各種画像計測処理を行う。また、平均粒径とは、一定視野内(具体的には約2700μm x 約2000μmの視野を5視野以上)の円相当径の平均である。 The equivalent circle diameter is a diameter when the area occupied by the primary crystal Si particles obtained when the metal structure is observed with a microscope is converted into an equivalent circle area. Specifically, a microphotograph can be easily obtained by image processing or the like. Since the primary crystal Si particles and the matrix clearly differ in contrast on the micrographs, various image measurement processes are performed after the binarization process. In addition, the average particle diameter is an average of equivalent circle diameters within a fixed field of view (specifically, a field of view of about 2700 μm × about 2000 μm is 5 or more fields).
この第2種Al合金材が低コストであるにも拘らず、優れた耐摩耗性を発現する理由は必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。
第2種Al合金材は、溶製材といっても、一般的な鋳型部に溶湯を注湯する重力鋳造やダイカスト鋳造とは異なる。すなわち、ロール鋳造機により鋳造された板状素材を、成形してなる。このため、成形前の板状素材の段階から、少なくともその表層部には、第2種Al合金溶湯が急冷凝固した微細な金属組織が形成される。しかも本発明では、このようにロール鋳造機を用いて微細な金属組織が形成されることを踏まえつつも、さらに、Al合金溶湯の組成を調整することで、その金属組織が単に微細なだけではなく、初晶Si粒子が強固なマトリックス中に微細に晶出、分散した耐摩耗性に優れた金属組織を得ることに成功している。こうして、第2種Al合金材は、低コストな溶製でありながらも、優れた耐摩耗性を発揮するに至った。
The reason why the second type Al alloy material exhibits excellent wear resistance despite the low cost is not necessarily clear, but at present, it is considered as follows.
The second type Al alloy material is different from gravity casting or die casting in which molten metal is poured into a general mold part even if it is a molten material. That is, a plate-shaped material cast by a roll casting machine is formed. For this reason, from the stage of the plate-shaped raw material before forming, at least on the surface layer portion thereof, a fine metal structure formed by rapidly solidifying the second type Al alloy molten metal is formed. Moreover, in the present invention, while considering that a fine metal structure is formed using a roll casting machine in this way, by further adjusting the composition of the Al alloy molten metal, the metal structure is merely fine. However, it has succeeded in obtaining a metal structure having excellent wear resistance in which primary Si particles are finely crystallized and dispersed in a strong matrix. Thus, the second type Al alloy material has achieved excellent wear resistance while being manufactured at low cost.
しかも本発明では、ロール鋳造機による板状素材の鋳造後に、連続して、第2種Al合金からなる板状素材を成形している。このため、改めて板状素材を加熱等しなくても、鋳造時の予熱を利用して少なくとも温間成形が可能である。このため、硬質な初晶Si粒子が多数分散し、本来は成形が困難な板状素材であっても、低コストで割れ等を生じさせることなく成形することが可能である。 Moreover, in the present invention, after the plate material is cast by the roll casting machine, the plate material made of the second type Al alloy is continuously formed. For this reason, even if it does not heat a plate-shaped raw material anew, at least warm forming is possible using the preheating at the time of casting. For this reason, even if it is a plate-like material in which a large number of hard primary crystal Si particles are dispersed and originally difficult to form, it can be formed at low cost without causing cracks.
そして、別の場所で製造された素材(板材や鋳物)を搬送し、それを順次成形する従来の製造方法に比べて、本発明の場合は、素材鋳造工程とその素材の形状創成工程を同一場所で、同時期に、連続的に行えるため、従来必要であった搬送、段取り、予備加熱等に係る時間やコストを大幅に削減できる。 And compared with the conventional manufacturing method which conveys the raw material (board | plate material and casting) manufactured in another place, and forms it sequentially, in the case of this invention, the raw material casting process and the shape creation process of the raw material are the same. Since it can be performed continuously at the same time at the same place, the time and cost related to transportation, setup, preheating, etc., which are conventionally required, can be greatly reduced.
このように第2種Al合金材は、低コストで耐摩耗性に優れるのみならず、素材製造から製品に至るまでの工程を効率化することで、全体的に観ても、低コストで大量生産可能なものである。 In this way, the second type Al alloy material is not only excellent in wear resistance at low cost, but also by increasing the efficiency from the material production to the product, so that it can be manufactured at low cost and in large quantities. It can be produced.
なお、本明細書でいう「耐摩耗性」は、一般的な摩耗試験であるボールオンディスク、ピンオンディスク、リングオンディスクなどの測定により、客観的または相対的な比較が可能である。もっとも、このような試験を行わずとも、技術常識または一般的な当業者の経験から、金属組織を顕微鏡等で観察し、初晶Si粒子の平均粒径や分散状態(粒子数、均一性、粒形状、面積率等)またはマトリックスの凝固組織などを調べることでも評価できる。例えば、ある程度の初晶Si粒子が、微細に均一に晶出または析出しており、また、マトリックスも微細で強固であり、靱性等を低下させる余計な晶出物などが含まれていない場合、耐摩耗性に優れる金属組織と判断し得る。 The “abrasion resistance” in the present specification can be objectively or relatively compared by measuring a general wear test such as a ball-on-disk, a pin-on-disk, or a ring-on-disk. However, even if such a test is not performed, the metal structure is observed with a microscope or the like based on the common general knowledge or the experience of those skilled in the art, and the average particle size and dispersion state of primary Si particles (number of particles, uniformity, The particle shape, area ratio, etc.) or the solidified structure of the matrix can also be evaluated. For example, when a certain amount of primary Si particles are crystallized or precipitated finely and uniformly, and the matrix is also fine and strong, and does not contain extra crystallized materials that reduce toughness, etc. It can be determined that the metal structure is excellent in wear resistance.
(2)化学組成
本発明に係る第2種Al合金は、Si、Cu、MgおよびAlを基本元素とする。
(i)Si
Siは、耐摩耗性を発現させるSi粒子を晶出させる重要な元素である。特に第2種Al合金では、Al合金溶湯中のSi量を増加させ、全体的に過共晶組成とすることで、多数の微細な初晶Si粒子の晶出を容易にしている。
(2) Chemical composition The second type Al alloy according to the present invention contains Si, Cu, Mg and Al as basic elements.
(i) Si
Si is an important element for crystallizing Si particles that exhibit wear resistance. In particular, in the second type Al alloy, the amount of Si in the Al alloy molten metal is increased so as to have a hypereutectic composition as a whole, thereby facilitating crystallization of a large number of fine primary crystal Si particles.
Si量が過少では、晶出する初晶Si粒子量が少なく十分な耐摩耗性が得られない。Si量が過多の場合、被耐摩耗材(相手材)への攻撃性が強くなり、また、加工性を悪化させるため望ましくない。さらに、Si量が過多になると溶解温度が高くなりすぎて、所望する微細な金属組織からなる板状素材を得ることが困難となる。 If the amount of Si is too small, the amount of primary crystal Si particles to be crystallized is small and sufficient wear resistance cannot be obtained. An excessive amount of Si is not desirable because it increases the aggressiveness to the wear-resistant material (the counterpart material) and deteriorates the workability. Furthermore, when the amount of Si is excessive, the melting temperature becomes too high, and it becomes difficult to obtain a plate-like material having a desired fine metal structure.
このような観点から第2種Al合金では、Al合金中のSi量を17〜43%とした。この上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、18%、19%、22%、24%、30%、35%、37%、38%、40%、41%、42%から任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 From this point of view, in the second type Al alloy, the amount of Si in the Al alloy is 17 to 43%. The upper and lower limits can be arbitrarily selected within the numerical range. In particular, it is preferable to set numerical values arbitrarily selected from 18%, 19%, 22%, 24%, 30%, 35%, 37%, 38%, 40%, 41%, and 42% as the upper and lower limits.
(ii)CuおよびMg
CuおよびMgは、初晶Si粒子を保持するマトリックスを強化する元素である。第2種Al合金材が安定した耐摩耗性を発揮する上で、初晶Si粒子の存在のみならず、その初晶Si粒子を保持するマトリックスの高強度化が重要となる。これにより、第2種Al合金材自体の機械的強度の向上も同時に図れる。このような元素が過少では強度の向上が望めず、過多では高強度になり過ぎて、鋳造後の板状素材を連続的に成形しづらくなる。
(ii) Cu and Mg
Cu and Mg are elements that reinforce the matrix holding primary crystal Si particles. In order for the second type Al alloy material to exhibit stable wear resistance, not only the presence of the primary crystal Si particles, but also the enhancement of the strength of the matrix holding the primary crystal Si particles is important. Thereby, the mechanical strength of the second type Al alloy material itself can be improved at the same time. If the amount of such elements is too small, improvement in strength cannot be expected. If the amount is too large, the strength becomes too high, and it becomes difficult to continuously form a plate-like material after casting.
このような観点から第2種Al合金では、Al合金中のCu量を、0.2〜7%とした。この上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、0.3%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、2%、3%、4%、5%、5.5%、6%、6.5%から任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 From such a viewpoint, in the second type Al alloy, the amount of Cu in the Al alloy is set to 0.2 to 7%. The upper and lower limits can be arbitrarily selected within the numerical range. Especially from 0.3%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5% It is preferable to use arbitrarily selected numerical values as upper and lower limits.
また、同様に第2種Al合金では、Al合金中のMg量を0.05〜4%とした。この上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、0.07%、0.1%、0.5%、0.8%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%から任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 Similarly, in the second type Al alloy, the amount of Mg in the Al alloy is set to 0.05 to 4%. The upper and lower limits can be arbitrarily selected within the numerical range. In particular, a numerical value arbitrarily selected from 0.07%, 0.1%, 0.5%, 0.8%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5% The lower limit is preferable.
(iii)P
Pは、高SiのAl合金溶湯から晶出する初晶Si粒子を微細に、また、球状化する上で有効な元素である。初晶Si粒子が微細で球状であるほど、耐摩耗性に優れた第2種Al合金材が得られる。
Pが過少では、そのような効果が得られず、過多の場合は微細球状化の向上が望めないし、原料コストが高くなる。
(iii) P
P is an element effective for finely and spheroidizing primary Si particles crystallized from a high Si Al alloy molten metal. As the primary crystal Si particles are finer and spherical, the second type Al alloy material having better wear resistance can be obtained.
If P is too small, such an effect cannot be obtained, and if it is excessive, improvement in fine spheroidization cannot be expected, and the raw material cost increases.
このような観点から第2種Al合金では、Al合金中のP量を質量比で20〜400ppmとすると好適である。この上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、30ppm、60ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppmから任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 From such a viewpoint, in the second type Al alloy, it is preferable that the amount of P in the Al alloy is 20 to 400 ppm by mass ratio. The upper and lower limits can be arbitrarily selected within the numerical range. In particular, it is preferable to set numerical values arbitrarily selected from 30 ppm, 60 ppm, 100 ppm, 150 ppm, 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, and 350 ppm as the upper and lower limits.
(3)金属組織
第2種Al合金材の金属組織は、マトリックス中にSi粒子が分散した複合組織となっている。
初晶Si粒子は、前記組成のAl合金溶湯を急冷凝固することで形成され、第2種Al合金材の耐摩耗性に大きな影響を与える。特に、その平均粒径が重要であり、平均粒径が過小でも過大でも、十分な耐摩耗性が得られない。初晶Si粒子の平均粒径は、Al合金溶湯の冷却速度等によって変化し得るが、平均粒径が円相当径で5〜50μmとなるようにすると、十分な耐摩耗性が得られる。この平均粒径の上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、7μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、45μmから任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。
(3) Metal structure The metal structure of the second type Al alloy material is a composite structure in which Si particles are dispersed in a matrix.
The primary crystal Si particles are formed by rapidly solidifying an Al alloy melt having the above composition, and have a great influence on the wear resistance of the second type Al alloy material. In particular, the average particle size is important, and even if the average particle size is too small or too large, sufficient wear resistance cannot be obtained. The average particle diameter of the primary crystal Si particles can be changed depending on the cooling rate of the Al alloy molten metal, but sufficient wear resistance can be obtained when the average particle diameter is 5 to 50 μm in terms of equivalent circle diameter. The upper and lower limits of the average particle diameter can be arbitrarily selected within the numerical range. In particular, it is preferable to set numerical values arbitrarily selected from 7 μm, 10 μm, 15 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, and 45 μm as the upper and lower limits.
また、金属組織を顕微鏡観察した際に、初晶Si粒子が金属組織中に占める割合である面積率が10〜40%であると好ましい。この面積率が過小または過大であると、十分な耐摩耗性または安定した摺動性が得られない。この上下限は、その数値範囲内で任意に選択され得る。特に、11%、15%、30%、35%、37%、40%から任意に選択した数値を上下限にすると好ましい。 In addition, when the metal structure is observed with a microscope, the area ratio, which is the ratio of primary crystal Si particles in the metal structure, is preferably 10 to 40%. If the area ratio is too small or too large, sufficient wear resistance or stable slidability cannot be obtained. The upper and lower limits can be arbitrarily selected within the numerical range. In particular, it is preferable to set numerical values arbitrarily selected from 11%, 15%, 30%, 35%, 37%, and 40% as the upper and lower limits.
なお、マトリックスは、前記の化学組成を有するAl合金から、晶出したSi粒子を除いた組成からなる。従ってマトリックスは、残余のSiとCuとMgとがAl中に固溶、晶出または析出したAl合金からなる。特に、前述したCuまたはMgがマトリックスの特性に影響を与え、耐摩耗性を発現させる初晶Si粒子の保持性、第2種Al合金材の摺動性を確保する上で重要である。 The matrix has a composition obtained by removing crystallized Si particles from the Al alloy having the above chemical composition. Therefore, the matrix is made of an Al alloy in which the remaining Si, Cu, and Mg are dissolved, crystallized, or precipitated in Al. In particular, the above-described Cu or Mg affects the characteristics of the matrix, and is important for ensuring the retention of primary crystal Si particles that exhibit wear resistance and the slidability of the second type Al alloy material.
なお、本発明に係る板状素材の厚さは問わないが、その後の成形を考慮すると、通常は数mm〜十数mm程度である。板状素材の幅は、成形方法や溶製軽金属部材のサイズに応じて適宜、決定される。第2種Al合金からなる溶製軽金属部材の形状も問わないが、その形状の範囲は、鋳造した板状素材を連続的に成形できる範囲である。もっとも、板状素材の鋳造に続いて一次成形した後に、別途、二次成形等がなされてもよい。 In addition, although the thickness of the plate-shaped raw material which concerns on this invention is not ask | required, when the subsequent shaping | molding is considered, it is about several mm-about dozen mm normally. The width of the plate material is appropriately determined according to the forming method and the size of the melted light metal member. The shape of the melted light metal member made of the second type Al alloy is not limited, but the range of the shape is a range in which the cast plate-shaped material can be continuously formed. However, secondary molding or the like may be performed separately after the primary molding following the casting of the plate material.
《用途等》
(1)本発明の溶製軽金属部材は、形状や使用形態を問わないが、各種の優れた特性を発現することから、従来の鉄製部材に替えて本発明の溶製軽金属部材広く用いることで各種装置などの軽量化を図ることができる。例えば、自動車エンジンのシリンダライナーを、従来の黒鉛鋳鉄製から第2種Al合金からなる本発明の溶製軽金属部材製に替えれば、軽量化による燃費改善、走行性能の向上等が期待される。また、従来の焼結製部材など本発明の溶製軽金属部材に替えることで、コスト削減を図ることができる。
<Applications>
(1) The melted light metal member of the present invention may be used in any shape or form of use, but it exhibits various excellent characteristics. Therefore, the melted light metal member of the present invention is widely used instead of the conventional iron member. It is possible to reduce the weight of various devices. For example, if the cylinder liner of an automobile engine is changed from the conventional graphite cast iron to the melted light metal member of the present invention made of the second type Al alloy, it is expected to improve the fuel consumption and the running performance by reducing the weight. Moreover, cost reduction can be aimed at by changing to the molten light metal member of this invention, such as the conventional sintered member.
(2)塑性加工の類型別に本発明の溶製軽金属部材の用途等を観ると、例えば、次のようになる。
(i)ロールフォーミング加工
ロールフォーミング加工を経て製造される溶製軽金属部材として、自動車の車体用ピラー、バンパーリンフォースメント、内燃機関エンジンのスリーブ(ライナー)、サイドメンバー、サイドシル、クロスメンバー、ラダーフレーム、ドアビーム等がある。
この場合に用いる軽金属の種類は特に限定されず、例えば、前述したような汎用Al合金、第1種Al合金または第2種Al合金のいずれをも用いることもできる。特に本発明は、形状創成工程の塑性加工をロールフォーミング加工とするロールフォーミング工程であると好適である。
(2) The use of the melted light metal member of the present invention according to the type of plastic working is as follows, for example.
(i) Roll forming process Molten light metal members manufactured through roll forming processes include automotive body pillars, bumper reinforcements, internal combustion engine sleeves (liners), side members, side sills, cross members, and ladder frames. There are door beams, etc.
The kind of light metal used in this case is not particularly limited, and for example, any of the general-purpose Al alloy, the first type Al alloy, and the second type Al alloy as described above can be used. In particular, the present invention is preferably a roll forming step in which the plastic forming in the shape creation step is roll forming.
(ii)プレス加工
プレス加工を経て製造される溶製軽金属部材として、自動車のフード(トランク、ボンネットなど)、フロアパネル、センターピラー、サブフレーム等がある。この場合に用いる軽金属の種類も特に限定されないが、部材の強度、剛性、靱性(=衝撃吸収性)の観点から、特に第1種Al合金または汎用Al合金のいずれか用いると好適である。
(ii) Press work Melted light metal members manufactured through press work include automobile hoods (trunks, bonnets, etc.), floor panels, center pillars, subframes, and the like. The kind of light metal used in this case is not particularly limited, but from the viewpoint of the strength, rigidity, and toughness (= impact absorbability) of the member, it is particularly preferable to use either the first type Al alloy or the general-purpose Al alloy.
(iii)打抜き加工、バーリング加工またはヘミング加工
打抜き加工、バーリング加工またはヘミング加工を経て製造される溶製軽金属部材として、各種のリンク部材、アーム部材等がある。この場合に用いる軽金属の種類も特に限定されないが、部材の強度、剛性、靱性(=衝撃吸収性)の観点から、特に第1種Al合金を用いると好適である。
(iii) Punching process, burring process or hemming process As the melted light metal member manufactured through the punching process, burring process or hemming process, there are various link members, arm members, and the like. The type of light metal used in this case is not particularly limited, but it is particularly preferable to use the first type Al alloy from the viewpoint of the strength, rigidity, and toughness (= impact absorbability) of the member.
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《製造装置》
〈基本形態〉
本発明に係る溶製軽金属部材の一例として、円筒状部材Lを図1に示す鋳造成形装置Aを用いて製造した。この円筒状部材は、例えば、自動車用エンジンのシリンダに圧入され、ピストンと摺接するシリンダライナーを想定したものである。
鋳造成形装置Aは、双ロールキャスター1(双ロール鋳造機)と、ロールフォーミング機2と、レーザー溶接機3と、カッタ4とからなる。
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
"Manufacturing equipment"
<Basic form>
As an example of the melted light metal member according to the present invention, a cylindrical member L was manufactured using a casting apparatus A shown in FIG. For example, the cylindrical member is assumed to be a cylinder liner that is press-fitted into a cylinder of an automobile engine and is in sliding contact with the piston.
The casting molding apparatus A includes a twin roll caster 1 (a twin roll casting machine), a roll forming machine 2, a laser welding machine 3, and a cutter 4.
双ロールキャスター1は、溶湯溜まり10と、一対の冷却ロール11、12と、その冷却ロール11、12を冷却する冷却装置(図示せず)、冷却ロール11、12を回転させる駆動装置(図示せず)からなる。なお、冷却ロール11、12の各回転軸は水平に配置されているが、冷却ロール11と冷却ロール12とはそれぞれ鉛直方向に配置されている。そして溶湯溜まり10は、その冷却ロール11、12の隙間(ロールキス点)に向けてAl合金溶湯Mが供給されるように水平配置されている。なお、Al合金溶湯Mは、溶湯溜まり10の湯面が所定範囲に収まるように、図示しない溶湯補給ノズルから継続的に補給される。
冷却ロール11、12の外周面側は、いずれも平坦な環状帯からなる銅製の鋳型部となっている。この銅製の鋳型部は、冷却ロール11、12の内周面へ噴霧された冷却水により、その内周面側から常時冷却冷されている。
The twin roll caster 1 includes a molten metal pool 10, a pair of cooling rolls 11, 12, a cooling device (not shown) for cooling the cooling rolls 11, 12, and a driving device (not shown) for rotating the cooling rolls 11, 12. Z). In addition, although each rotating shaft of the cooling rolls 11 and 12 is arrange | positioned horizontally, the cooling roll 11 and the cooling roll 12 are each arrange | positioned at the perpendicular direction. The molten metal pool 10 is horizontally arranged so that the Al alloy molten metal M is supplied toward the gap (roll kiss point) between the cooling rolls 11 and 12. The Al alloy molten metal M is continuously replenished from a melt replenishing nozzle (not shown) so that the molten metal surface of the molten metal reservoir 10 is within a predetermined range.
The outer peripheral surface side of the cooling rolls 11 and 12 is a copper mold part made of a flat annular band. The copper mold part is always cooled and cooled from the inner peripheral surface side by cooling water sprayed on the inner peripheral surfaces of the cooling rolls 11 and 12.
ロールフォーミング機2は、双ロールキャスター1を出てきた薄板材R(板状素材、平板状素材)をその送出方向を軸とする円筒状に成形すべく、複数の成形ローラ21が配置されてなる。各成形ローラ21は独立して回転または駆動され得る。薄板材Rの送り速度は、冷却ロール11、12の速度に応じて調整される。 The roll forming machine 2 is provided with a plurality of forming rollers 21 for forming a thin plate material R (plate material, flat plate material) that has come out of the twin roll caster 1 into a cylindrical shape with the feeding direction as an axis. Become. Each forming roller 21 can be rotated or driven independently. The feeding speed of the thin plate material R is adjusted according to the speed of the cooling rolls 11 and 12.
レーザー溶接機3は、ロールフォーミング機2を出てきた略円管状の薄板材Rの端部に、レーザーを縦方向(送出方向)に照射して、その端部を溶融接合させる。なお、ロールフォーミング機2を抜けた段階で、その両端部は突き合わされた状態となっている。 The laser welding machine 3 irradiates the end part of the substantially tubular thin sheet material R coming out of the roll forming machine 2 in the vertical direction (feeding direction), and melts and joins the end part. Note that both ends of the roll forming machine 2 are in contact with each other when the roll forming machine 2 is removed.
カッタ4は、レーザー溶接機3により両端部を溶接されたパイプ材を、シリンダライナー等の所望される高さに応じて切断していく。このカッタ4には、高速回転させた刃を対象物に当てて切断する高速カッタを用いた。こうして円筒状部材Lが順次、連続的に得られる。 The cutter 4 cuts the pipe material welded at both ends by the laser welding machine 3 according to a desired height of a cylinder liner or the like. The cutter 4 was a high-speed cutter that cuts the object by applying a blade rotated at high speed to the object. In this way, the cylindrical member L is obtained sequentially and continuously.
〈変形形態1〉
上述した鋳造成形装置Aのロールフォーミング機2をロールフォーミング機102に変更した鋳造成形装置Bを図2に示した。この鋳造成形装置Bにより、本発明に係る溶製軽金属部材の一例として角形状(溝形状)部材Fが製造される。なお、図1に示した各部材から変更のない各部材については、図1と図2で同じ符号を用いた。
具体的にいえば、鋳造成形装置Bのロールフォーミング機102は、双ロールキャスター1を出てきた薄板材R(板状素材)をその送出方向を軸とする角形状(チャンネル形状)に成形すべく、複数の成形ローラ121が配置されてなる。その他は鋳造成形装置Aの場合と同様である。
<Deformation 1>
FIG. 2 shows a casting apparatus B in which the roll forming machine 2 of the casting apparatus A described above is changed to a roll forming machine 102. By this casting apparatus B, a square (groove shape) member F is manufactured as an example of the melted light metal member according to the present invention. In addition, the same code | symbol was used in FIG. 1 and FIG. 2 about each member which has not changed from each member shown in FIG.
Specifically, the roll forming machine 102 of the casting apparatus B forms the thin plate material R (plate material) that has come out of the twin roll caster 1 into a square shape (channel shape) with the feed direction as an axis. Therefore, a plurality of forming rollers 121 are arranged. Others are the same as in the case of the casting apparatus A.
〈変形形態2〉
図1または図2では、冷却ロール11、12の外周面が平坦な環状帯であって、幅方向で板厚が一定な平板状の板状素材(平板状素材)が得られる双ロールキャスター1を示した。これに対して、冷却ロールの外周面形状(鋳型部形状)を変更した双ロールキャスター2の冷却ロール211、212を図3に示した。冷却ロール211は、外周面中央が断面円弧凸状の雄型となっており、冷却ロール212は外周面中央が断面円弧凹状の雌型となっている。これら冷却ロール211、212が嵌合的に配置されることで、それらが対峙する外周中央部には円弧状のキャビティCが形成される。この双ロールキャスター2を用いると、図4(a)に示す断面が半円状の連続した半円筒形状の樋状素材が得られる。
この樋状素材をさらにロールフォーミング機で所望形状に成形することで、種々の本発明に係る溶製軽金属部材が得られる。
<Modification 2>
In FIG. 1 or FIG. 2, the twin roll caster 1 from which the flat plate-shaped raw material (flat plate-shaped material) with the outer peripheral surface of the cooling rolls 11 and 12 being flat annular strips with a constant plate thickness in the width direction is obtained. showed that. On the other hand, the cooling rolls 211 and 212 of the twin roll caster 2 in which the outer peripheral surface shape (mold part shape) of the cooling roll is changed are shown in FIG. The center of the outer peripheral surface of the cooling roll 211 is a male mold having a convex arc shape in the cross section, and the cooling roll 212 is a female mold having a concave section in the center of the outer peripheral surface. By arranging these cooling rolls 211 and 212 in a fitting manner, an arcuate cavity C is formed in the central portion of the outer periphery where they face each other. When this twin roll caster 2 is used, a continuous semi-cylindrical bowl-shaped material having a semicircular cross section shown in FIG. 4A is obtained.
By further forming this bowl-shaped material into a desired shape with a roll forming machine, various melted light metal members according to the present invention can be obtained.
〈変形形態3〉
さらに、その冷却ロール211、212を、外周面中央の断面形状が角状となる雄型および雌型とすることで、角状のキャビティCが形成され、図4(b)に示すような断面が角溝状の連続したチャンネル形状の樋状素材が得られる。
<Modification 3>
Furthermore, by making the cooling rolls 211 and 212 into a male mold and a female mold having a square cross-sectional shape at the center of the outer peripheral surface, a square cavity C is formed, and the cross section as shown in FIG. A continuous channel-shaped bowl-shaped material having a square groove shape is obtained.
《試験片の製造》
〈第1種Al合金の検討〉
上述した鋳造成形装置Aを用いて溶製軽金属部材を製造するに際して、先ず、溶製軽金属部材の特性改善に有効なAl合金(第1種Al合金)の開発検討を次のようにして行った。
先ず、表1−1〜表1−4に示すように複数種類の組成を有するAl合金よりなる第1種Al合金材(板状素材または素形材)を作製し、その耐軟化性等を調べその優位性を明らかにした。その内で好適と思われる範囲内にある第1種Al合金材(実施例1〜48)について、その合金成分組成、比重、および冷却速度を表1−1および表1−2に示した。比較のために、それ以外の成分範囲からなるAl合金よりなるAl合金鋳造材(比較例1〜20および比較例28〜37)および好適な範囲から外れる冷却速度で作製した第1種Al合金材(比較例21〜27)も準備した。こられの合金の成分組成と比重を表1−3および表1−4に示した。なお、本例において、冷却速度は、鋳造工程において各組成のAl合金の溶湯が冷却されていく過程において、固相線温度±40℃の範囲を通過するときの速度をもって決定した。
<Manufacture of test pieces>
<Examination of Type 1 Al Alloy>
When manufacturing a melted light metal member using the casting molding apparatus A described above, first, development study of an Al alloy (first type Al alloy) effective for improving the characteristics of the melted light metal member was performed as follows. .
First, as shown in Table 1-1 to Table 1-4, a first type Al alloy material (plate-like material or shaped material) made of an Al alloy having a plurality of types of compositions is prepared, and its softening resistance and the like are determined. The investigation revealed its superiority. Table 1-1 and Table 1-2 show the alloy component composition, specific gravity, and cooling rate of the first type Al alloy materials (Examples 1 to 48) within the range considered to be preferable. For comparison, an Al alloy cast material (Comparative Examples 1 to 20 and Comparative Examples 28 to 37) made of an Al alloy having a component range other than that and a first type Al alloy material manufactured at a cooling rate that deviates from the preferred range. (Comparative Examples 21 to 27) were also prepared. The component composition and specific gravity of these alloys are shown in Tables 1-3 and 1-4. In this example, the cooling rate was determined by the rate at which it passed through the range of the solidus temperature ± 40 ° C. in the course of cooling the molten Al alloy of each composition in the casting process.
本例では、図1−1に示すように各第1種Al合金材(実施例1〜48、比較例1〜20および比較例28〜37)を単ロール式の連続鋳造によって作製し、その後、耐軟化性評価のために各種後処理工程を行った。 In this example, as shown in FIG. 1-1, each 1st type Al alloy material (Examples 1-48, Comparative Examples 1-20, and Comparative Examples 28-37) is produced by single roll type continuous casting, and then Various post-treatment steps were performed for softening resistance evaluation.
すなわち、図1−1(a)〜(c)に示すように各第1種Al合金材を作製するに当たり、各合金組成から決定される液相線温度よりも20℃以上高い温度(溶解温度)で各Al合金を溶解させて溶湯を形成する溶解工程S1と、この溶湯を表1−1〜表1−4に示す各種冷却速度で少なくとも固相線温度より10℃低い温度まで冷却し、さらに室温まで冷却し、厚み1.2mmの板状に鋳造して第1種Al合金材(板状素材)を得る鋳造工程S2とを行った。
なお、鋳造工程S2で用いた単ロール式のロール鋳造機では、冷却ロールに銅製のロールを用いた。そして溶解工程および鋳造工程が本発明でいう素材鋳造工程に相当する。
That is, as shown in FIGS. 1-1 (a) to (c), in producing each type 1 Al alloy material, a temperature (melting temperature) that is 20 ° C. higher than the liquidus temperature determined from each alloy composition. The melting step S1 in which each Al alloy is dissolved to form a molten metal, and the molten metal is cooled to at least 10 ° C. lower than the solidus temperature at various cooling rates shown in Table 1-1 to Table 1-4. Furthermore, it cooled to room temperature, and performed casting process S2 which casts in the plate shape of thickness 1.2mm, and obtains 1st type Al alloy material (plate-shaped raw material).
In the single roll type roll casting machine used in the casting step S2, a copper roll was used as the cooling roll. The melting step and the casting step correspond to the material casting step in the present invention.
また、鋳造工程S2後に得られた各第1種Al合金材(実施例1〜48、比較例1〜20、および比較例28〜37)に対して、後処理工程S3を行った。後処理工程S3としては、下記の熱間圧延工程S3a(実施例1〜36、実施例41〜48、比較例1〜20、および比較例28〜37)、冷間圧延−加熱工程S3b(実施例37、実施例39、および実施例40)、熱処理工程S3c(実施例38)のいずれかを行った。各Al合金鋳造材に対して行った後処理工程の種類を表1−1〜表1−4に示した。 Moreover, post-processing process S3 was performed with respect to each 1st type Al alloy material (Examples 1-48, Comparative Examples 1-20, and Comparative Examples 28-37) obtained after casting process S2. As post-processing process S3, the following hot rolling process S3a (Examples 1-36, Examples 41-48, Comparative Examples 1-20, and Comparative Examples 28-37), Cold rolling-heating process S3b (implementation) Example 37, Example 39, and Example 40) or heat treatment step S3c (Example 38) was performed. Tables 1-1 to 1-4 show the types of post-processing steps performed on each Al alloy cast material.
熱間圧延工程S3aにおいては、図1−1(a)に示すように鋳造工程S2後のAl合金鋳造材を温度450℃に加熱し、熱間圧延加工によってその厚みを40%圧下して厚み0.72mmの第1種Al合金材を得た。その後室温まで放冷した。
冷間圧延−加熱工程S3bにおいては、図1−1(b)に示すように鋳造工程S2後の第1種Al合金材に冷間圧延加工を施してその厚みを40%圧下させて厚み0.72mmの第1種Al合金材を得た。その後、Al合金の融点の1/2以上の温度(本例においては450℃)で第1種Al合金材を1時間加熱した。その後室温まで放冷した。
熱処理工程S3cにおいては、図1−1(c)に示すように鋳造工程S2後のAl合金鋳造材を温度450℃で1時間加熱した。その後室温まで放冷した。
In the hot rolling step S3a, as shown in FIG. 1-1 (a), the Al alloy cast material after the casting step S2 is heated to a temperature of 450 ° C., and the thickness is reduced by 40% by hot rolling. A 0.72 mm type 1 Al alloy material was obtained. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature.
In the cold rolling-heating step S3b, as shown in FIG. 1-1 (b), the first type Al alloy material after the casting step S2 is subjected to cold rolling and the thickness is reduced by 40% to reduce the thickness to 0. A 72-mm first type Al alloy material was obtained. Thereafter, the first-type Al alloy material was heated for 1 hour at a temperature of ½ or more of the melting point of the Al alloy (in this example, 450 ° C.). Thereafter, it was allowed to cool to room temperature.
In the heat treatment step S3c, as shown in FIG. 1-1 (c), the Al alloy cast material after the casting step S2 was heated at a temperature of 450 ° C. for 1 hour. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature.
さらに、本例においては、図1−1(a)〜(c)に示すように前記の後処理工程S3後に、第1種Al合金材を300℃の温度に100時間保持(例えば、エンジンの走行環境相当の温度域に長時間曝露されたことを想定)し、その後室温まで放冷する加熱工程S4を行った。このようにして、鋳造後に、後処理工程S3、および加熱工程S4を行ったAl合金材(実施例1〜実施例48、比較例1〜20、および比較例28〜37)を得た。 Furthermore, in this example, as shown to FIGS. 1-1 (a)-(c), after the said post-processing process S3, 1st type Al alloy material is hold | maintained at the temperature of 300 degreeC for 100 hours (for example, engine The heating process S4 which assumed that it exposed to the temperature range equivalent to driving | running | working environment for a long time) and left to cool to room temperature after that was performed. In this way, Al alloy materials (Example 1 to Example 48, Comparative Examples 1 to 20, and Comparative Examples 28 to 37) subjected to the post-processing step S3 and the heating step S4 were obtained after casting.
また、本例においては、冷却速度の優位性を示すため、比較用として、表1−4に示す各組成のAl合金を冷却速度150℃/未満で鋳造して、鋳塊を作製し、該鋳塊を圧延することによって第1種Al合金材を作製した(比較例21〜比較例27)。
即ち、図1−2(a)に示すようにまず鋳塊を作製するに当たり、各合金の組成から決定される液相線温度よりも200℃高い温度(溶解温度)にて合金を溶解して溶湯を作製する溶解工程S5と、該溶湯を冷却速度100℃/秒で冷却することにより凝固させてAl合金鋳塊を得る凝固工程S6とを行った。これにより、厚み1.2mmの板状のAl合金鋳塊を得た。
In this example, in order to show the superiority of the cooling rate, for comparison, an Al alloy having each composition shown in Table 1-4 was cast at a cooling rate of less than 150 ° C. to produce an ingot, The first type Al alloy material was produced by rolling the ingot (Comparative Example 21 to Comparative Example 27).
That is, as shown in FIG. 1-2 (a), in producing the ingot first, the alloy was melted at a temperature (melting temperature) 200 ° C. higher than the liquidus temperature determined from the composition of each alloy. A melting step S5 for producing a molten metal and a solidifying step S6 for solidifying the molten metal by cooling at a cooling rate of 100 ° C./second were performed. This obtained the plate-shaped Al alloy ingot of thickness 1.2mm.
鋳塊作製後、後処理工程S7として、熱間圧延工程S7a又は冷間圧延−加熱工程S7bを行った。具体的には、比較例21〜23および比較例25〜27については熱間圧延工程S7aを行い、比較例24については冷間圧延−加熱工程S7bを行った。
熱間圧延工程S7aにおいては、図1−2(a)に示すように前記凝固工程S6後のAl合金鋳塊を温度450℃に加熱し、熱間圧延加工によってその厚みを40%圧下して、厚み0.72mmの第1種Al合金材を得た。その後室温まで放冷した。
After the ingot production, a hot rolling step S7a or a cold rolling-heating step S7b was performed as a post-processing step S7. Specifically, for Comparative Examples 21 to 23 and Comparative Examples 25 to 27, a hot rolling step S7a was performed, and for Comparative Example 24, a cold rolling-heating step S7b was performed.
In the hot rolling step S7a, as shown in FIG. 1-2 (a), the Al alloy ingot after the solidification step S6 is heated to a temperature of 450 ° C., and the thickness is reduced by 40% by hot rolling. A first type Al alloy material having a thickness of 0.72 mm was obtained. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature.
また、冷間圧延−加熱工程S7bにおいては、図1−2(b)に示すように前記凝固工程S6後のAl合金鋳塊に冷間圧延加工を施して、その厚みを40%圧下させて厚み0.72mmの第1種Al合金材を得た。その後、Al合金の融点の1/2以上の温度(本例においては450℃)で1時間加熱し、室温まで放冷した。 Further, in the cold rolling-heating step S7b, as shown in FIG. 1-2 (b), the Al alloy ingot after the solidification step S6 is subjected to cold rolling and the thickness is reduced by 40%. A first type Al alloy material having a thickness of 0.72 mm was obtained. Then, it heated for 1 hour at the temperature (450 degreeC in this example) more than 1/2 of melting | fusing point of Al alloy, and stood to cool to room temperature.
さらに、図1−2(a)および(b)に示すように前記の後処理工程S7後に、Al合金材を300℃の温度に100時間保持(例えば、エンジンの走行環境相当の温度域に長時間曝露されたことを想定)し、その後室温まで放冷する加熱工程S8を行った。
以上のようにして、溶解工程S5、凝固工程S6、後処理工程S7、および加熱工程S8を行った第1種Al合金材(比較例21〜比較例27)を得た。
Further, as shown in FIGS. 1-2 (a) and (b), after the post-processing step S7, the Al alloy material is held at a temperature of 300 ° C. for 100 hours (for example, in a temperature range corresponding to the engine running environment). The heating step S8 was performed, assuming that it was exposed to time, and then allowed to cool to room temperature.
As described above, the first type Al alloy material (Comparative Example 21 to Comparative Example 27) subjected to the melting step S5, the solidifying step S6, the post-processing step S7, and the heating step S8 was obtained.
そして、実施例1〜40および比較例1〜27において、後処理工程S3(S7)前のAl合金鋳造材の硬度HVR1、後処理工程S3(S7)後の第1種Al合金材の硬度HVR2、および後処理工程S3(S7)後に更に加熱工程S4(S8)を経たAl合金材の硬度HVR3をそれぞれ測定し、その変化によって耐軟化性の評価を行った。
なお、前記HVRn(n:No)は残留硬さと称され、一般には材料融点の1/2を越えるような高温域に曝されると、残留硬さは大きく低下するようになる。そのような観点から、高温域で長時間曝されても硬さ低下の少ない第1種Al合金材を検討した。
In Examples 1 to 40 and Comparative Examples 1 to 27, the hardness HVR1 of the Al alloy cast material before the post-processing step S3 (S7) and the hardness HVR2 of the first type Al alloy material after the post-processing step S3 (S7). And hardness HVR3 of Al alloy material which passed through heating process S4 (S8) after post-processing process S3 (S7) was measured, respectively, and softening resistance was evaluated by the change.
The HVRn (n: No) is referred to as residual hardness. Generally, when it is exposed to a high temperature range exceeding 1/2 of the material melting point, the residual hardness is greatly reduced. From such a point of view, the first type Al alloy material having a small hardness reduction even when exposed to a high temperature range for a long time was examined.
耐軟化性は、図1−3(a)に示すようにHVR1<HVR2<HVR3のパターン(パターン1)となるものを優(◎)とし、図1−3(b)に示すようにHVR1<HVR2、HVR1<HVR3、かつHVR2>HVR3のパターン(パターン2)となるものを良(○)とし、それ以外の、例えば、図1−3(c)に示すようにHVR1>HVR2>HVR3のパターン(パターン3)となるものを不良(×)として判定する。各実施例1〜48および比較例1〜37の耐軟化性の評価結果を表1−5〜表1−8に示した。
なお、図1−3(a)〜(c)は、横軸にHVR1、HVR2、HVR3の区別を、縦軸にビッカース硬さHVをとったものである。
As shown in FIG. 1-3 (a), the softening resistance is excellent (◎) when HVR1 <HVR2 <HVR3 (pattern 1), and HVR1 < A pattern that satisfies HVR2, HVR1 <HVR3, and HVR2> HVR3 (pattern 2) is determined to be good (◯), and other patterns, for example, HVR1>HVR2> HVR3 as shown in FIG. What becomes (pattern 3) is determined as defective (x). The evaluation results of the softening resistance of Examples 1 to 48 and Comparative Examples 1 to 37 are shown in Tables 1-5 to 1-8.
In FIGS. 1-3 (a) to (c), the horizontal axis represents HVR1, HVR2, and HVR3, and the vertical axis represents Vickers hardness HV.
表1−5および表1−6から知られるように、実施例1〜48の第1種Al合金材は、耐軟化性が前記パターン1又はパターン2の挙動を示しており、耐軟化性に優れていることがわかる。
一方、表1−7および表1−8の結果から知られるように、Al−遷移元素合金において、遷移元素種の組み合わせ又は鋳造時の冷却速度により、図1−3(a)(b)のパターン1、2を示す“上昇系(◎又は○)”と、図1−3(c)のパターン3の“下降系(×)”に分類されることがわかった。なお、表1−7に示すように下降系は汎用のAl合金において観察される現象である。
As is known from Table 1-5 and Table 1-6, the first class Al alloy materials of Examples 1 to 48 have the softening resistance indicating the behavior of the pattern 1 or pattern 2, and the softening resistance is improved. It turns out that it is excellent.
On the other hand, as is known from the results of Tables 1-7 and 1-8, in the Al-transition element alloy, depending on the combination of transition element species or the cooling rate at the time of casting, as shown in FIGS. It was found that the patterns are classified into “rising system (◎ or ◯)” indicating patterns 1 and 2 and “descending system (×)” of pattern 3 in FIG. As shown in Table 1-7, the descending system is a phenomenon observed in general-purpose Al alloys.
実施例1〜48の第1種Al合金材が上述のごとく優れた耐軟化性を示す理由を調べるために、これらの実施例うちの1種類の第1種Al合金材(実施例11)について、熱間圧延工程前後における合金組織の変化を走査型電子顕微鏡によって観察した。熱間圧延前の合金組織の顕微鏡写真を図1−4に示し、熱間圧延後の合金組織の顕微鏡写真を図1−5に示した。図1−4および図1−5より知られるように熱間圧延後には、Al基地からなるα相、およびAl−Fe系化合物とAl基地との共晶組織からなる層状相の金属組織内において、Al基地中にAlとTiと第3成分元素とからなる安定な化合物相(析出物)が析出していた。この安定な化合物相(析出物)によって、耐軟化性が向上し、上述のごとく加工や加熱等を行った後において、強度が向上したと考えられる。 In order to investigate the reason why the first-type Al alloy material of Examples 1 to 48 exhibits excellent softening resistance as described above, one type of first-type Al alloy material (Example 11) of these examples is used. The change of the alloy structure before and after the hot rolling process was observed with a scanning electron microscope. A photomicrograph of the alloy structure before hot rolling is shown in FIG. 1-4, and a photomicrograph of the alloy structure after hot rolling is shown in FIG. 1-5. As is known from FIGS. 1-4 and 1-5, after hot rolling, in the metal structure of the α phase composed of Al base and the layered phase composed of eutectic structure of Al—Fe based compound and Al base. A stable compound phase (precipitate) composed of Al, Ti and the third component element was precipitated in the Al base. This stable compound phase (precipitate) improves softening resistance, and it is considered that the strength is improved after processing, heating, and the like as described above.
なお、図1−5とは違う倍率で、圧延後の第1種Al合金材の合金組織を走査型電子顕微鏡により観察した結果(写真)を図1−7に示した。図1−7よりも知られるように実施例11の第1種Al合金材1は、Al基地からなるα相2と、該α相2を取り囲むように形成された層状相4とを有している。そして、熱間圧延後の第1種Al合金材1(実施例11)の合金組織においては、Al基地中に粒径約15nm以下の析出物3が生じていることがわかる。 In addition, the result (photograph) which observed the alloy structure of the 1st type Al alloy material after rolling with the scanning electron microscope with the magnification different from FIG. 1-5 was shown to FIGS. 1-7. As is known from FIGS. 1-7, the first-type Al alloy material 1 of Example 11 has an α phase 2 made of an Al base and a layered phase 4 formed so as to surround the α phase 2. ing. And in the alloy structure of the 1st type Al alloy material 1 (Example 11) after hot rolling, it turns out that the precipitate 3 with a particle size of about 15 nm or less has arisen in Al base.
また、熱間圧延工程前における実施例11の第1種Al合金材の合金組織の走査型電子顕微鏡(SEM)の別写真を図1−8および図1−9に示した。図1−8は、Al合金鋳造材(実施例11)の合金組織を倍率1000倍のSEMで観察した写真を示し、図1−9は、第1種Al合金材(実施例11)の合金組織を倍率5000倍のSEMで観察した写真を示した。なお、図1−9は、図1−8における晶出物が発生していた部分の拡大図である。 Moreover, another photograph of the scanning electron microscope (SEM) of the alloy structure of the first type Al alloy material of Example 11 before the hot rolling process is shown in FIGS. 1-8 and 1-9. FIG. 1-8 shows a photograph of an alloy structure of an Al alloy cast material (Example 11) observed with a SEM at a magnification of 1000 times, and FIG. 1-9 shows an alloy of the first type Al alloy material (Example 11). The photograph which observed the structure | tissue by SEM of 5000 times magnification was shown. FIG. 1-9 is an enlarged view of the portion where the crystallized product is generated in FIG. 1-8.
また、実施例11の比較用として、熱間圧延工程前における比較例22のAl
合金鋳造材の合金組織の走査型電子顕微鏡写真を図1−10および図1−11に示した。図1−10は、Al合金鋳造材(比較例22)の合金組織を倍率1000倍のSEMで観察した写真を示し、図1−11は、第1種Al合金材(比較例22)の合金組織を倍率5000倍のSEMで観察した写真を示した。なお、図1−11は、図1−10における晶出物が発生していた部分の拡大図である。
なお、走査型電子顕微鏡としては、株式会社日立製作所製のS−3600Nを用い、加速電圧15kVという条件で観察を行った。
For comparison with Example 11, Al in Comparative Example 22 before the hot rolling step
Scanning electron micrographs of the alloy structure of the cast alloy material are shown in FIGS. 1-10 and 1-11. FIG. 1-10 shows a photograph of an alloy structure of an Al alloy cast material (Comparative Example 22) observed with a SEM at a magnification of 1000 times, and FIG. 1-11 shows an alloy of the first type Al alloy material (Comparative Example 22). The photograph which observed the structure | tissue by SEM of 5000 times magnification was shown. FIG. 1-11 is an enlarged view of the portion where the crystallized product in FIG. 1-10 was generated.
In addition, as a scanning electron microscope, S-3600N made from Hitachi, Ltd. was used, and it observed on the conditions of acceleration voltage 15kV.
図1−8および図1−9に示すように実施例11の第1種Al合金材の合金組織においては、α相中に粒径5μm以上の晶出物(Alと第2成分元素Tiと第3成分元素Xとの化合物(Alx(Ti,X)))はほとんどなく、晶出物の面積率は5%未満であった。
一方、図1−10および図1−11より知られるように比較例22の第1種Al合金材9の合金組織においては、α相92のAl基地中に粒径5μm以上の粗大な晶出物93(Alと第2成分元素Tiと第3成分元素Xとの化合物(Alx(Ti,X)))が比較的多く(面積率5%以上)分散していた。また、図1−9と図1−11とを比較して知られるように比較例22においては、実施例11に比べて、より大きな晶出物が発生していた。
As shown in FIGS. 1-8 and 1-9, in the alloy structure of the first-type Al alloy material of Example 11, a crystallized substance (Al and the second component element Ti and having a particle size of 5 μm or more in the α phase). There was almost no compound (Alx (Ti, X))) with the third component element X, and the area ratio of the crystallized product was less than 5%.
On the other hand, as is known from FIGS. 1-10 and 1-11, in the alloy structure of the first-type Al alloy material 9 of Comparative Example 22, coarse crystallization with a grain size of 5 μm or more in the Al matrix of the α phase 92. The product 93 (compound of Al, second component element Ti, and third component element X (Alx (Ti, X))) was relatively large (area ratio of 5% or more) and dispersed. Further, as is known by comparing FIGS. 1-9 and 1-11, a larger crystallization product was generated in Comparative Example 22 than in Example 11.
また、第1種Al合金材(比較例22)の晶出物が観察された領域における成分分析を行った結果を示す(図1−12参照)。同図においては、第1種Al合金材(比較例22)の走査型電子顕微鏡写真における直線A−Aで示した領域における各成分(Al、Zr、Ti、Fe)の相対的な量をピークの大きさで示している。
また、図1−12において、Al、Ti、FeについてはKα線によるプロファイルを示し、ZrについてはLα線によるプロファイルを示した。図1−12より知られるように晶出物においては、第2成分元素Tiおよび第3成分元素Zrが多く存在しており、AlとTiとZrとの化合物を形成していることがわかる。なお、各成分量の分析には、エダックス・ジャパン株式会社製のエネルギー分散型X線分析装置を用いた。
Moreover, the result of having performed the component analysis in the area | region where the crystallization thing of the 1st type Al alloy material (comparative example 22) was observed is shown (refer FIG. 1-12). In the figure, the relative amount of each component (Al, Zr, Ti, Fe) in the region indicated by the straight line AA in the scanning electron micrograph of the first type Al alloy material (Comparative Example 22) is peaked. The size is shown.
In FIG. 1-12, Al, Ti, and Fe show profiles by Kα rays, and Zr shows profiles by Lα rays. As can be seen from FIG. 1-12, in the crystallized product, a large amount of the second component element Ti and the third component element Zr are present, and a compound of Al, Ti, and Zr is formed. In addition, for the analysis of each component amount, an energy dispersive X-ray analyzer manufactured by Edax Japan Co., Ltd. was used.
また、熱間圧延前の第1種Al合金材(実施例11)を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した結果(写真)を図1−13に示した。透過型電子顕微鏡としては株式会社日立製作所製のHF−2000を用い、観察は加速電圧200kVビーム径φ1nmという条件で行った。図1−13に示すように実施例11の第1種Al合金材1の金属組織は、Al基地からなるα相2と、該α相2を取り囲むように形成された層状相4とを有している。 Moreover, the result (photograph) which observed the 1st type Al alloy material (Example 11) before hot rolling with the transmission electron microscope (TEM) was shown to FIGS. 1-13. As a transmission electron microscope, HF-2000 manufactured by Hitachi, Ltd. was used, and observation was performed under the condition of an acceleration voltage of 200 kV and a beam diameter of 1 nm. As shown in FIG. 1-13, the metal structure of the first-type Al alloy material 1 of Example 11 has an α phase 2 composed of an Al base and a layered phase 4 formed so as to surround the α phase 2. is doing.
次いで、層状相4における任意の位置(図1−13の点*1〜*4)について、エネルギー分散型X線分析(EDX)を行うことにより、層状相4に存在する成分元素を調べた。EDX分析は、エネルギー分散型X線分析装置としては、NORAN VOYAGERIII M3100を用い、検出器としては、Si/Li半導体検出器を用いた。測定は、エネルギー分解能137eV、取込時間30秒という条件で行った。その結果を図1−14〜17に示した。
図1−14〜図1−17は、それぞれ図1−13における*1〜*4の各点におけるEDXの分析結果を示した。
Subsequently, the component element which exists in the layered phase 4 was investigated by performing energy dispersive X-ray analysis (EDX) about arbitrary positions in the layered phase 4 (points * 1 to * 4 in FIG. 1-13). In EDX analysis, NORAN VOYAGER III M3100 was used as an energy dispersive X-ray analyzer, and a Si / Li semiconductor detector was used as a detector. The measurement was performed under the conditions of an energy resolution of 137 eV and an acquisition time of 30 seconds. The results are shown in FIGS.
FIGS. 1-14 to 1-17 show the results of EDX analysis at points * 1 to * 4 in FIG. 1-13, respectively.
同様に、熱間圧延後の第1種Al合金材(実施例11)についても透過型電子顕微鏡(TEM)で観察し、任意の四点*1〜*4におけるEDX分析を行った。TEM写真を図1−18に示し、図1−18の各点*1〜*4におけるEDX分析の結果をそれぞれ図1−19〜図1−22に示した。
図1−13〜図1−17および図1−18〜図1−22より知られるように熱間圧延の前後に関わらず、層状相4には、AlおよびFeしか検出されておらず、第2成分元素Tiや第3成分元素Zrは存在していない(図1−13および図1−18参照)。よって、第2成分元素Tiや第3成分元素Zrはα相2のAl基地中に存在していることがわかる。
Similarly, the first type Al alloy material after hot rolling (Example 11) was also observed with a transmission electron microscope (TEM), and EDX analysis was performed at arbitrary four points * 1 to * 4. A TEM photograph is shown in FIG. 1-18, and the results of EDX analysis at points * 1 to * 4 in FIG. 1-18 are shown in FIGS. 1-19 to 1-22, respectively.
As is known from FIGS. 1-13 to 1-17 and FIGS. 1-18 to 1-22, only Al and Fe are detected in the layered phase 4 irrespective of before and after the hot rolling, The two-component element Ti and the third component element Zr do not exist (see FIGS. 1-13 and 1-18). Therefore, it can be seen that the second component element Ti and the third component element Zr are present in the α base 2 Al base.
次に、本例では、実施例1〜実施例48および比較例1〜37に関して、室温での強度、加工性、成形性、および耐食性を次のようにして評価した。 Next, in this example, with respect to Examples 1 to 48 and Comparative Examples 1 to 37, strength at room temperature, workability, formability, and corrosion resistance were evaluated as follows.
<強度>
各第1種Al合金材から引張試験片を切り出し、JIS Z2241に規定の引張試験を行って引張強さを求めた。その結果を表1−5〜表1−8に示した。
また、引張試験によって測定した引張強さと冷却速度との関係を図1−6に示した。図1−6は、横軸に冷却速度(℃/秒)、縦軸に引張強さ(MPa)を示した片対数グラフである。そして図1−6においては、3種類のAl合金組成、即ちAl−2Fe−1Zr−0.8Ti(比較例21、実施例48、実施例9、実施例47、実施例46)、Al−4Fe−1Zr−0.8Ti(比較例22、実施例43、実施例11、実施例42、実施例41)、Al−4Fe−1Zr−0.8Ti−0.5Mg(実施例45、実施例44)の第1種Al合金材について、冷却速度と引張強さとの関係を示した。
<Strength>
A tensile test piece was cut out from each type 1 Al alloy material, and a tensile test was conducted according to JIS Z2241 to obtain a tensile strength. The results are shown in Tables 1-5 to 1-8.
Moreover, the relationship between the tensile strength measured by the tensile test and the cooling rate is shown in FIGS. 1-6. FIG. 1-6 is a semilogarithmic graph in which the horizontal axis indicates the cooling rate (° C./second) and the vertical axis indicates the tensile strength (MPa). And in FIG. 1-6, three types of Al alloy compositions, namely Al-2Fe-1Zr-0.8Ti (Comparative Example 21, Example 48, Example 9, Example 47, Example 46), Al-4Fe -1Zr-0.8Ti (Comparative Example 22, Example 43, Example 11, Example 42, Example 41), Al-4Fe-1Zr-0.8Ti-0.5Mg (Example 45, Example 44) The relationship between the cooling rate and the tensile strength of the first type Al alloy material was shown.
<加工性>
加工性の判定は、圧延加工(熱間圧延又は冷間圧延)後における圧延割れの発生の有無を観察することによって行った。即ち、圧延加工後の各第1種Al合金材の表面を観察し、表面に圧延割れが観察された場合を不良(×)とし、圧延割れが観察されなかった場合を良好(○)として評価した。なお、耳割れ(連続鋳造材の両端に発生する割れ)のみが発生した連続鋳造材については、良好(○)として評価した。実工程ではスリッターで除去できるからである。その結果を表1−5〜表1−8に示した。なお、圧延を行っていない第1種Al合金材(実施例38)については、加工性の評価は行っていない。
<Processability>
The determination of workability was performed by observing the presence or absence of occurrence of rolling cracks after rolling (hot rolling or cold rolling). That is, the surface of each first-type Al alloy material after the rolling process is observed, and the case where rolling cracks are observed on the surface is evaluated as bad (x), and the case where no rolling cracks are observed is evaluated as good (◯). did. In addition, about the continuous cast material which only the ear crack (crack generate | occur | produced in the both ends of a continuous cast material) generate | occur | produced, it evaluated as favorable ((circle)). This is because it can be removed by a slitter in the actual process. The results are shown in Tables 1-5 to 1-8. In addition, about the 1st type Al alloy material (Example 38) which is not rolling, evaluation of workability is not performed.
<成形性>
成形性は、JIS H7701に規定の自動車Al合金板のヘミング加工限界評価試験を行い、曲げ部分における表面の割れの発生を立体顕微鏡で観察した。表面に割れが観察された場合を不良(×)とし、割れが観察されなかった場合を良好(○)として評価した。その結果を表1−5〜表1−8に示した。
<Moldability>
As for formability, a hemming limit evaluation test of an automotive Al alloy plate specified in JIS H7701 was performed, and the occurrence of surface cracks in the bent portion was observed with a stereoscopic microscope. The case where a crack was observed on the surface was evaluated as bad (x), and the case where no crack was observed was evaluated as good (◯). The results are shown in Tables 1-5 to 1-8.
<腐食性>
腐食性は、6061合金について腐食試験を行い、その結果との比較により評価した。
即ち、まず市販の6061合金(Al−1.1Mg−0.8Si−0.1Cu−0.1Cr−0.03Ti)から一定の寸法の試験片を切り出し、その重量W1を測定した。
<Corrosive>
Corrosion was evaluated by performing a corrosion test on 6061 alloy and comparing the result.
That is, first, a test piece having a certain size was cut out from a commercially available 6061 alloy (Al-1.1Mg-0.8Si-0.1Cu-0.1Cr-0.03Ti), and its weight W1 was measured.
次いで、濃度5wt%のNaCl水溶液を用いて、試験片に対して塩水噴霧試験を行った(JIS Z2371)。さらに、試験片の表面に生成した腐食生成物を除去した後、試験片の重量(W2)を測定した。そして、6061合金の試験片の重量変化率ΔWa(%)を、ΔWa=|W2−W1|×100/W1という式に基づいて算出した。 Next, a salt spray test was performed on the test piece using a 5 wt% NaCl aqueous solution (JIS Z2371). Furthermore, after removing the corrosion products generated on the surface of the test piece, the weight (W2) of the test piece was measured. Then, the weight change rate ΔWa (%) of the test piece of 6061 alloy was calculated based on the equation: ΔWa = | W2-W1 | × 100 / W1.
一方、実施例1〜48および比較例1〜37の第1種Al合金材についても、各Al合金鋳造材から一定寸法の試験片を作製し、上述の6061合金の場合と同様に塩水噴霧試験を行った。そして、試験前の重量W3および試験後の重量W4を測定し、各試験片の重量変化率ΔWb%を、ΔWb=|W4−W3|×100/W3という式に基づいて算出した。
腐食性の判定は、ΔWb<0.8ΔWaの場合を優(◎)、0.8Wa≦Wb≦1.2Waの場合を良(○)とした。また、ΔWb>1.2ΔWaの場合を不良(×)とした。その結果を表1−5〜表1−8に示した。
On the other hand, also about the 1st type Al alloy material of Examples 1-48 and Comparative Examples 1-37, the test piece of a fixed dimension is produced from each Al alloy casting material, and the salt spray test similarly to the case of the above-mentioned 6061 alloy Went. Then, the weight W3 before the test and the weight W4 after the test were measured, and the weight change rate ΔWb% of each test piece was calculated based on the equation: ΔWb = | W4-W3 | × 100 / W3.
The determination of corrosiveness was determined to be excellent (◎) when ΔWb <0.8ΔWa and good (◯) when 0.8 Wa ≦ Wb ≦ 1.2 Wa. Moreover, the case of (DELTA) Wb> 1.2 (DELTA) Wa was set as the defect (x). The results are shown in Tables 1-5 to 1-8.
表1−5、表1−6および図1−6より知られるように実施例1〜実施例48は、引張強さ230MPa以上という充分な強度を示すと共に、耐軟化性、成形性、および耐腐食性にも優れたAl合金鋳造材であることがわかる。 As can be seen from Table 1-5, Table 1-6, and FIGS. 1-6, Examples 1 to 48 show sufficient strength of a tensile strength of 230 MPa or more, as well as softening resistance, moldability, and resistance to resistance. It turns out that it is an Al alloy casting material excellent also in corrosivity.
実施例1〜実施例48の結果(表1−5および表1−6)からわかるように、ベースとなるAl−Fe合金に対し、第2成分元素Ti、および第3成分元素(Zr、Nb、Hf、Sc、Y)を添加することにより、成形性および耐食性を損なうことなく、高強度なAl合金となる。また、必要に応じて、第4成分元素Mg、第5成分元素(Cu、Cr、Co)、第6成分元素(V、Mo)を添加することで、さらにその特性を向上させることもできる。 As can be seen from the results of Examples 1 to 48 (Tables 1-5 and 1-6), the second component element Ti and the third component elements (Zr, Nb) were used for the base Al—Fe alloy. , Hf, Sc, Y), a high-strength Al alloy is obtained without impairing formability and corrosion resistance. Moreover, the characteristics can be further improved by adding a fourth component element Mg, a fifth component element (Cu, Cr, Co), and a sixth component element (V, Mo) as necessary.
また、実施例1〜実施例48は耐軟化性に優れ、後工程において熱エネルギーやひずみエネルギーを与えることにより、更に高強度化することも見出した。そして、使用環境(例えば、300℃に長時間曝される)において特性低下が極めて少ない。それ故、第1種Al合金は、例えば自動車部品において好適に利用することができる。 Moreover, Example 1- Example 48 was excellent in softening resistance, and also discovered that it further strengthened by giving a thermal energy and a strain energy in a post process. And the characteristic deterioration is very little in the use environment (for example, it exposes to 300 degreeC for a long time). Therefore, the first type Al alloy can be suitably used in, for example, automobile parts.
これに対し、表1−7および表1−8から知られるように本発明において規定する合金組成範囲を超えるAl合金を用いた場合(比較例1〜比較例20、比較例28〜比較例37)や、冷却速度が不十分な場合(比較例21〜27)には、合金鋳造材の特性が劣化していることがわかる。 On the other hand, as is known from Tables 1-7 and 1-8, when an Al alloy exceeding the alloy composition range specified in the present invention was used (Comparative Examples 1 to 20, Comparative Examples 28 to 37) ) Or when the cooling rate is insufficient (Comparative Examples 21 to 27), it can be seen that the characteristics of the alloy casting material are deteriorated.
また、本例においては、鋳造工程後に冷間圧延加工を行った第1種Al合金材および圧延加工を行っていない第1種Al合金材について、焼鈍(加熱)温度と残留硬さとの関係を調べた。具体的には、先ず、前記実施例11と同様の組成および条件(表1−1参照)でAl合金鋳造材を作製した。次いで、第1種Al合金材に対して室温条件下で冷間圧延を行い、第1種Al合金材の厚みを50%圧下させた。次いで、所定の温度で1時間加熱(焼鈍)し、加熱後の第1種Al合金材の残留硬さを調べた。そして、加熱(焼鈍)温度と残留硬さとの関係をグラフにプロットした。その結果を図1−23に示した。なお、残留硬さの測定は、ビッカース硬さ試験機を用いて荷重100gf、保持時間20秒間という条件で行った。 In this example, the relationship between the annealing (heating) temperature and the residual hardness of the first type Al alloy material that was cold-rolled after the casting process and the first type Al alloy material that was not rolled. Examined. Specifically, first, an Al alloy cast material was produced under the same composition and conditions as in Example 11 (see Table 1-1). Next, the first type Al alloy material was cold-rolled at room temperature to reduce the thickness of the first type Al alloy material by 50%. Next, heating (annealing) was performed at a predetermined temperature for 1 hour, and the residual hardness of the first type Al alloy material after heating was examined. And the relationship between heating (annealing) temperature and residual hardness was plotted on the graph. The results are shown in FIG. The residual hardness was measured using a Vickers hardness tester under the conditions of a load of 100 gf and a holding time of 20 seconds.
また、前記実施例11と同様の組成および条件(表1−1参照)で作製したAl合金鋳造材に対して、圧延を行わずに各温度で焼鈍だけを行った場合についても、加熱(焼鈍)温度と残留硬さとの関係をグラフにプロットした。その結果を図1−23に示した。 In addition, heating (annealing) was also performed in the case where the Al alloy cast material produced under the same composition and conditions as in Example 11 (see Table 1-1) was annealed at each temperature without rolling. ) The relationship between temperature and residual hardness was plotted on a graph. The results are shown in FIG.
図1−23より知られるように圧延後に加熱した場合、圧延をせずに加熱した場合のいずれにおいても、加熱により残留硬さを向上させることができる。特に、400℃〜500℃で加熱した場合には、残留硬さをより充分に向上させることができ、圧延を行った場合には、400℃〜450℃で加熱した場合において、より一層残留硬さを向上できることがわかる。 As can be seen from FIG. 1-23, the residual hardness can be improved by heating in any case where heating is performed after rolling and heating is performed without rolling. In particular, when heated at 400 ° C. to 500 ° C., the residual hardness can be sufficiently improved, and when rolling is performed, when heated at 400 ° C. to 450 ° C., the residual hardness is further increased. It can be seen that this can be improved.
〈第2種Al合金の検討〉
上述した鋳造成形装置Aを用いて、Al合金組成が異なる種々の試験片(円筒状部材L)を製造した。各試験片の組成は表2−1(試験片No.A1〜A31)および表2−2(試験片No.B1〜B9)に示した。また、比較のため、双ロール鋳造ではなく重力鋳造で製作した薄板材を用いて、同様に試験片を製造した。このときの各組成を表2−3(試験片No.C1〜C31)に示した。
<Examination of Type 2 Al Alloy>
Using the above-described casting apparatus A, various test pieces (cylindrical members L) having different Al alloy compositions were manufactured. The composition of each test piece is shown in Table 2-1 (test piece Nos. A1 to A31) and Table 2-2 (test piece Nos. B1 to B9). For comparison, a test piece was similarly manufactured using a thin plate material manufactured by gravity casting instead of twin roll casting. Each composition at this time is shown in Table 2-3 (test pieces No. C1 to C31).
ここで双ロール鋳造は、各表1−に示す組成のAl合金溶湯(溶湯温度800℃)を銅製の冷却ロールからなる双ロールキャスター1に注湯して行った。このときの冷却ロール11、12の回転速度は5m/minとして、両冷却ロール間隔は板厚が5mmとなるように調整した。また、重力鋳造は、表2−3に示す組成のAl合金溶湯(溶湯温度800℃)を、5mm厚の板状のキャビティをもつ金型へ注湯し自然冷却させて行った。 Here, the twin roll casting was performed by pouring a molten Al alloy (molten metal temperature 800 ° C.) having the composition shown in Table 1 into a twin roll caster 1 composed of a copper cooling roll. At this time, the rotation speed of the cooling rolls 11 and 12 was set to 5 m / min, and the distance between both cooling rolls was adjusted so that the plate thickness was 5 mm. In addition, gravity casting was performed by pouring a molten Al alloy (melt temperature 800 ° C.) having a composition shown in Table 2-3 into a mold having a plate-like cavity having a thickness of 5 mm and naturally cooling.
なお、本発明者が得られた板の断面組織を観察し、二次デンドライト間隔をDAS法により求めたところ、双ロール鋳造した場合の冷却速度は170℃/秒程度であり、重力鋳造の場合の冷却速度は7℃/秒程度であった。 In addition, when the present inventor observed the cross-sectional structure of the obtained plate, the secondary dendrite interval was determined by the DAS method, the cooling rate when twin roll casting was about 170 ° C./second, in the case of gravity casting The cooling rate was about 7 ° C./second.
〈測定〉
(1)前記の各試験片について光学顕微鏡で観察した金属組織写真を画像解析して初晶Si粒子の円相当径および面積率を求めた。画像解析した領域の大きさは、約2700μmx約2000μmとした。
(2)各試験片について、ビッカース硬さを測定した。このときの測定条件は、荷重は5kgf、保持時間30sであった。
<Measurement>
(1) The metal structure photograph observed with the optical microscope about each said test piece was image-analyzed, and the circle | round | yen equivalent diameter and area ratio of primary-crystal Si particle | grains were calculated | required. The size of the area subjected to image analysis was about 2700 μm × about 2000 μm.
(2) About each test piece, the Vickers hardness was measured. The measurement conditions at this time were a load of 5 kgf and a holding time of 30 s.
〈金属組織の観察〉
Al−20%Si−4%Cu−1%Mg(−0.02%P)%のAl合金溶湯を双ロール鋳造または重力鋳造して板状素材を製造した。双ロール鋳造および重力鋳造の鋳造条件は前述した通りである。
<Observation of metal structure>
A plate-shaped material was manufactured by twin roll casting or gravity casting of Al-20% Si-4% Cu-1% Mg (-0.02% P)% Al alloy molten metal. The casting conditions for twin roll casting and gravity casting are as described above.
これらの板状素材を光学顕微鏡で観察した組織写真を図2−1〜2−3に示した。参考までに、これら板状素材の初晶Si粒子の平均粒径とビッカース硬さとを前述した方法で求め、その結果を表2−4に併せて示した。 The structure | tissue photograph which observed these plate-shaped raw materials with the optical microscope was shown to FIGS. 2-1 to 2-3. For reference, the average particle size and Vickers hardness of primary crystal Si particles of these plate materials were determined by the method described above, and the results are also shown in Table 2-4.
〈評価〉
(1)双ロール鋳造の場合(試験片No.A1〜A31、B1〜B9、D1およびD2)
(i)表2−1、表2−2および表2−4より、本発明でいう化学組成内のAl合金溶湯を双ロール鋳造した試験片は、いずれも初晶Si粒子の平均粒径が9〜36μm内にあり、初晶Si粒子が微細に分散していることがわかる。この平均粒径は、Si量の増加と共に増加する傾向にあるが、それでも表2−1では21〜36μmの範囲内にあり、また、表2−2では9〜16μmの範囲にあった。このことから、Si量が増加した場合でも、双ロール鋳造を行うことで、微細な初晶Si粒子が安定して晶出することが確認された。特に、表2−2から明らかなように、微量のPを含有させることで、非常に微細な初晶Si粒子が安定して分散することがわかった。このことは、図2−1および図2−2に示したように、Pの含有のみ相違する金属組織写真からも一目瞭然である。
<Evaluation>
(1) In the case of twin roll casting (test pieces No. A1 to A31, B1 to B9, D1 and D2)
(i) From Table 2-1, Table 2-2, and Table 2-4, all of the test pieces obtained by twin-roll casting the molten Al alloy within the chemical composition referred to in the present invention have an average primary Si particle size. It is in the range of 9 to 36 μm, and it can be seen that the primary crystal Si particles are finely dispersed. This average particle size tended to increase with an increase in the amount of Si, but was still in the range of 21 to 36 μm in Table 2-1, and in the range of 9 to 16 μm in Table 2-2. From this, it was confirmed that even when the Si amount is increased, fine primary crystal Si particles are stably crystallized by performing twin roll casting. In particular, as is clear from Table 2-2, it was found that very fine primary crystal Si particles were stably dispersed by containing a small amount of P. This is obvious from metal structure photographs that differ only in the content of P, as shown in FIGS. 2-1 and 2-2.
さらに、マトリックス中に分散している初晶Si粒子は、その平均粒径が小さいだけではない。すなわち、その分散割合を示す面積率が全体の11〜33%もあり、いずれも10%以上と高いものであった。従って、微細なSi粒子の晶出が量的にも十分に確保されていることがわかる。なお、この面積率の割合は、全体のSi量を多くすることで増加させ得ることも明かとなった。 Furthermore, the primary Si particles dispersed in the matrix are not only small in average particle size. That is, the area ratio indicating the dispersion ratio was 11 to 33% of the total, and all were as high as 10% or more. Therefore, it can be seen that the crystallization of fine Si particles is sufficiently secured. It has also been clarified that the ratio of the area ratio can be increased by increasing the total amount of Si.
また、この試験片の硬さは101〜238Hvの範囲にあり、いずれも100Hv以上の十分な硬さを有していることがわかった。これにより、十分な耐摩耗性が発現されることがわかる。なお、このビッカース硬さは、全体的に観ると、初晶Si粒子の面積率が大きいほど(全体の含有Si量が大きいほど)、大きくなっている。さらに、同様な面積率であれば、CuまたはMgの含有量が増加するほど、ビッカース硬さが大きくなることがわかった。さらに、Si、CuおよびMgの全体的な組成が同じなら、初晶Si粒子の平均粒径が小さいほど、ビッカース硬さは大きくなる傾向を示した。 Moreover, the hardness of this test piece exists in the range of 101-238Hv, and it turned out that all have sufficient hardness of 100Hv or more. Thereby, it turns out that sufficient abrasion resistance is expressed. Note that the Vickers hardness increases as the area ratio of the primary crystal Si particles increases (the larger the total amount of Si contained). Furthermore, it was found that the Vickers hardness increases as the Cu or Mg content increases with the same area ratio. Furthermore, if the overall composition of Si, Cu and Mg was the same, the smaller the average particle size of the primary crystal Si particles, the greater the Vickers hardness.
(ii)もっとも、表2−1に示した試験片No.A28〜A31のデータから次のことがわかる。
Si量が一般的な過共晶組成である15%(<17%)の場合でも、面積率は10%よりも小さく、かつ、ビッカース硬さも100Hvより小さくなった(試験片No.A28)。逆に、Si量が45%程度にまで高くなると、面積率およびビッカース硬さは共に高くなるが、初晶Si粒子がもはや微細分散しているとはいい難く、安定した耐摩耗性が望めない(試験片No.A29)。
(ii) However, the test piece No. shown in Table 2-1. The following can be understood from the data of A28 to A31.
Even when the amount of Si was 15% (<17%), which is a general hypereutectic composition, the area ratio was smaller than 10% and the Vickers hardness was smaller than 100 Hv (test piece No. A28). Conversely, when the Si amount increases to about 45%, both the area ratio and Vickers hardness increase, but it is difficult to say that the primary crystal Si particles are finely dispersed and stable wear resistance cannot be expected. (Test piece No. A29).
また、Si量が適量であっても、CuおよびMgを全く含まない場合は、マトリックスの硬さまたは強度が不足し、全体的なビッカース硬さも不十分となった(試験片No.A30)。逆に、CuまたはMgの含有量が増加すると、初晶Si粒子の平均粒径、面積率およびビッカース硬さは共に良好になるものの、マトリックスが硬くなりすぎて成形中に割れを生じた。 Moreover, even if the amount of Si was an appropriate amount, when Cu and Mg were not contained at all, the hardness or strength of the matrix was insufficient, and the overall Vickers hardness was insufficient (test piece No. A30). On the contrary, when the content of Cu or Mg increases, the average particle diameter, area ratio, and Vickers hardness of the primary crystal Si particles are improved, but the matrix becomes too hard and cracks occur during molding.
(2)重力鋳造の場合(試験片No.C1〜C3、D3)
上述の双ロール鋳造した試験片に比較して、重力鋳造した試験片では、いずれも、初晶Si粒子の面積率、ビッカース硬さは良好なものの、初晶Si粒子の平均粒径がいずれも大きく、Si粒子の脱落、相手材への攻撃性等を考えると、優れた耐摩耗性を発揮し得ない。このことは、図2−3に示した金属組織を観れば明白である。
(2) In the case of gravity casting (test pieces No. C1-C3, D3)
Compared with the above-mentioned twin-roll cast test piece, the gravity cast test piece has good area ratio of primary crystal Si particles and Vickers hardness, but the average particle size of primary crystal Si particles is all Considering the drop of Si particles and the aggressiveness to the mating material, excellent wear resistance cannot be exhibited. This is apparent from the metal structure shown in FIG.
A 鋳造成形装置
M Al合金溶湯
R 薄板材(板状素材)
L 円筒状部材
1 双ロールキャスター(双ロール鋳造機)
11、12 冷却ロール
2 ロールフォーミング機
21 成形ローラ
3 レーザー溶接機
4 カッタ
A Casting molding equipment M Al alloy molten metal R Thin plate material (plate material)
L Cylindrical member 1 Twin roll caster (Twin roll casting machine)
11, 12 Cooling roll 2 Roll forming machine 21 Forming roller 3 Laser welding machine 4 Cutter
Claims (24)
該素材鋳造工程時の余熱によって少なくとも温間状態にある板状素材に塑性加工を加え所望形状に創成した素形材とする形状創成工程とを備えることを特徴とする溶製軽金属部材の製造方法。 To a roll casting machine having an annular mold part on the outer peripheral surface side and having at least one cooling roll that rotates, a light metal melt made of a light metal that is one of aluminum (Al), Al alloy, magnesium (Mg), or Mg alloy A material casting step of casting a continuous plate material while rapidly solidifying the light metal melt at the mold part,
A method for producing a melted light metal member, comprising: a shape creating step in which a plate-shaped material that is at least warm due to residual heat during the material casting step is subjected to plastic working to create a desired shape. .
前記板状素材は、板厚が略一定の平板状素材である請求項1に記載の溶製軽金属部材の製造方法。 The mold part consists of a flat annular band,
The method for producing a melted light metal member according to claim 1, wherein the plate material is a flat plate material having a substantially constant plate thickness.
第1成分元素である鉄(Fe):0.8〜5%と、
第2成分元素であるチタン(Ti):0.15〜1%とを含有すると共に、
ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)およびイットリウム(Y)からなり各々の含有量が0.05〜2%である第3成分元素群より選ばれた1種以上の第3成分元素が合計量(X)でTiよりも多くFeよりも少なく(Fe%>X%>Ti%)、
残部がAlと不可避的不純物および/または改質元素とからなる第1種Al合金である請求項1に記載の溶製軽金属部材の製造方法。 When the light metal is 100% as a whole,
Iron (Fe) as the first component element: 0.8 to 5%,
While containing titanium (Ti) as the second component element: 0.15 to 1%,
One kind selected from the third component element group consisting of zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf), scandium (Sc), and yttrium (Y), and each content is 0.05-2% The total amount (X) of the third component element is more than Ti and less than Fe (Fe%>X%> Ti%),
The method for producing a melted light metal member according to claim 1, wherein the balance is a first type Al alloy comprising Al and inevitable impurities and / or modifying elements.
前記鋳型部で該軽金属溶湯を、組成から決定される固相線温度より少なくとも10℃低い温度まで150℃/秒以上かつ10000℃/秒未満の冷却速度で急冷凝固させる凝固工程を備える請求項1または16に記載の溶製軽金属部材の製造方法。 The raw material casting step is a melting step in which the light metal is melted by melting the light metal at a temperature 20 ° C. or higher than the liquidus temperature determined from the composition;
2. A solidification step in which the light metal melt is rapidly solidified at a cooling rate of 150 ° C./second or more and less than 10000 ° C./second to a temperature at least 10 ° C. lower than the solidus temperature determined from the composition in the mold part. Or the manufacturing method of the melted light metal member of 16.
ケイ素(Si):17〜43%と、
Cu:0.2〜7%と、
マグネシウム(Mg):0.05〜4%と、
残部がAlと不可避不純物および/または改質元素とからなる第2種Al合金である請求項1に記載の溶製軽金属部材の製造方法。 When the light metal is 100% as a whole,
Silicon (Si): 17 to 43%;
Cu: 0.2 to 7%,
Magnesium (Mg): 0.05-4%
The method for producing a melted light metal member according to claim 1, wherein the balance is a second-type Al alloy comprising Al and inevitable impurities and / or modifying elements.
前記板状素材は、Al基地からなるα相と、該Al基地とAl−Fe系化合物との共晶組織からなり該α相を取り囲む層状相とを有する金属組織を有し、
前記Al基地は、Alに前記第2成分元素と前記第3成分元素が固溶したAlの過飽和固溶体および/またはAlからなり、
Alと該第2成分元素および/または前記第3成分元素との金属間化合物からなる粒径5μm以上の晶出物の占める面積率が5%未満であることを特徴とする溶製軽金属部材。 Manufactured by the method of claim 16,
The plate material has a metal structure having an α phase composed of an Al matrix and a layered phase surrounding the α phase composed of a eutectic structure of the Al matrix and an Al—Fe-based compound,
The Al base is composed of an Al supersaturated solid solution in which the second component element and the third component element are dissolved in Al and / or Al.
A melted light metal member characterized in that an area ratio occupied by a crystallized material having a particle size of 5 μm or more composed of an intermetallic compound of Al and the second component element and / or the third component element is less than 5%.
。 The melted light metal member according to claim 22, wherein a particle size of a precipitate made of the intermetallic compound dispersed in the Al base is 2 to 500 nm.
.
前記板状素材は、円相当径でいう平均粒径が5〜50μmの初晶Si粒子と、分散した該初晶Si粒子を保持するマトリックスとからなる金属組織を少なくとも表層部に有し、耐摩耗性に優れることを特徴とする溶製軽金属部材。 Manufactured by the method of claim 18,
The plate-like material has a metal structure composed of primary Si particles having an average particle diameter in a circle equivalent diameter of 5 to 50 μm and a matrix holding the dispersed primary crystal Si particles in at least a surface layer portion. A melted light metal member characterized by excellent wear characteristics.
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