铸造用铝合金和使用其铸造的铝铸件的制作方法

1.本发明涉及铸造用铝合金和使用其铸造的铝铸件。


背景技术：

2.专利文献1(国际公开第2015/152133号)中公开了一种比刚度、强度以及延展性优异的铸造用al-si-mg系铝合金以及其所构成的铸造部件，该铝合金以质量基准计包含：12.0～14.0％的si、1.5～4.0％的mg、0.10％以下的mn、余量为al和不可避免的杂质。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2015/152133号


技术实现要素：

6.用于解决课题的手段
7.本发明的一个方式涉及一种铸造用铝合金，其包含1.0～10.0质量％的ni、8.01～18.0质量％的cu，余量为al和不可避免的杂质。
8.根据该铸造用铝合金，通过使ni的含量为1.0～10.0质量％，能够在铝合金中分散地结晶出作为基于ni的长片状金属间化合物相的ni系金属间化合物相。因此能够提高铝合金的刚性。此外，通过使cu的含量为8.01～18.0质量％，能够在ni系金属间化合物相的周边以网眼状结晶出作为基于cu的金属间化合物相的cu系金属间化合物相。因此，通过使结晶区域不同的ni系金属间化合物相和cu系金属间化合物相共存，能够进一步提高铝合金的刚性。另外，通过使cu系金属间化合物相在ni系金属间化合物相的周边形成网眼状的网络，能够提高铝合金的拉伸强度。
9.在铸造用铝合金中，ni的含量优选为3.0～10.0质量％。通过使ni的含量的下限为3.0质量％，能够在铝合金中进一步分散地结晶出ni系金属间化合物相。因此，能够进一步提高铝合金的刚性。
10.在铸造用铝合金中，cu的含量[cu]和ni的含量[ni]优选满足下述条件(1)。
[0011]
10.0≤[cu] 0.87[ni]≤23.5
···
(1)
[0012]
铸造用铝合金优选进一步包含5.0～20.0质量％的si。通过使si的含量为5.0～20.0质量％，能够在铝合金中分散地结晶出si相。因此，能够提高铝合金的刚性。此外，通过使ni的含量为1.0～10.0质量％，能够在si相的周边结晶出ni系金属间化合物相。此外，通过使cu的含量为8.01～18.0质量％，能够在si相和ni系金属间化合物相的周边以网眼状结晶出cu系金属间化合物相。因此，通过使结晶区域不同的si相、ni系金属间化合物相和cu系金属间化合物相共存，能够进一步提高铝合金的刚性。
[0013]
在铸造用铝合金中，si的含量优选为5.0～14.5质量％。通过使si的含量的上限为14.5质量％，容易抑制铝合金的凝固过程中的si相的粗大化、抑制铝合金的脆化。因此，容易提高铝合金的拉伸强度。
[0014]
在铸造用铝合金中，si的含量[si]、cu的含量[cu]和ni的含量[ni]优选满足下述条件(2)。
[0015]
30.0≤[si] 0.94[cu] 2.02[ni]≤42.5
···
(2)
[0016]
铸造用铝合金优选进一步包含0.0001～0.1质量％的p。通过使p的含量为0.0001～0.1质量％，在铝合金中生成的alp(磷化铝)起到作为初晶si的异质核的作用，因此能够使初晶si微细化。因此，容易在铝合金中均匀分散地结晶出初晶si。因而容易抑制铝合金中的刚性和拉伸强度的偏差。
[0017]
铸造用铝合金优选进一步包含0.01～3.0质量％的mg。通过使mg的含量为0.01～3.0质量％，能够通过时效处理而使作为基于mg的金属间化合物相的mg系金属间化合物相析出。因此，能够进一步提高铝合金的拉伸强度。
[0018]
在铸造用铝合金中，cu的含量优选为9.0～15.5质量％。
[0019]
本发明的其他方式涉及使用上述铸造用铝合金铸造的铝铸件。能够提供刚性高、拉伸强度也优异的铝铸件。
附图说明
[0020]
图1是示出实施方式的铸造用铝合金的实施例以及比较例的组成、条件(1)的值、条件(2)的值、杨氏模量和拉伸强度的图。
[0021]
图2是示出对于比较例1的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0022]
图3是示出对于实施例1的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0023]
图4是示出对于实施例2的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0024]
图5是示出对于实施例3的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0025]
图6是示出对于实施例8的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0026]
图7是示出对于实施例10的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
[0027]
图8是示出对于比较例2的铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果的图。
具体实施方式
[0028]
以下参照附图对本技术所公开的铸造用铝合金和使用其铸造的铝铸件的实施方式进行说明。需要说明的是，本发明并不限于以下的实施方式，包括权利要求书中限定的方案。
[0029]
《第1实施方式》
[0030]
第1实施方式的铸造用铝合金包含1.0～10.0质量％的ni、8.01～18.0质量％的cu，余量为al和不可避免的杂质。
[0031]
本实施方式中，“铸造”包括基于砂型铸造法、模具铸造法、压铸法等各种铸造法的铸造。另外，“铝合金”是指包含铝相作为主相的合金。因此，“铸造用铝合金”是指通过砂型铸造法、模具铸造法、压铸法等各种铸造法铸造的铝合金。元素的“质量％”是指元素的质量相对于铸造用铝合金的质量的百分数。例如，“a～b质量％的元素”这一表述是指元素的质量％为a％以上b％以下。“余量”是指构成铸造用铝合金的成分中的除了所列举的元素以外的成分。例如，“一种铸造用铝合金，其包含
···
ni、
···
cu，余量为al和不可避免的杂质”这一表述是指构成铸造用铝合金的成分中的除了ni和cu以外的成分为al和不可避免的
杂质。在以下的实施方式中也是同样的。
[0032]
(ni：镍)
[0033]
第1实施方式的铸造用铝合金包含1.0～10.0质量％的ni。本实施方式的铸造用铝合金中，作为基于ni的长片状金属间化合物相的ni系金属间化合物相例如作为初晶在铝合金中分散地结晶。由于ni含量的下限为1.0质量％，因此能够增加ni系金属间化合物相的生成量。因此能够提高铝合金的刚性。另外，由于ni含量的上限为10.0质量％，因此能够抑制铝合金的凝固过程中的ni系金属间化合物相的粗大化。因此，例如龟裂沿着长边状ni系金属间化合物相进展的状况也容易被抑制于未然。因此，能够抑制铝合金的拉伸强度的降低。在以下的实施方式中也是同样的。
[0034]
(cu：铜)
[0035]
第1实施方式的铸造用铝合金包含8.01～18.0质量％的cu。本实施方式的铸造用铝合金中，作为基于cu的金属间化合物相的cu系金属间化合物相例如作为与al的共晶在ni系金属间化合物相的周边以网眼状结晶。由于cu含量的下限为8.01质量％，因此能够增加cu系金属间化合物相的生成量。因此能够提高铝合金的刚性。另外，由于cu含量的上限为18.0质量％，因此能够抑制作为硬质相的cu系金属间化合物相的过度增加。由此能够抑制铝合金的脆化。因此能够抑制铝合金的拉伸强度的降低。在以下的实施方式中也是同样的。
[0036]
(al：铝、不可避免的杂质)
[0037]
第1实施方式的铸造用铝合金中的余量为al和不可避免的杂质。作为余量中包含的不可避免的杂质，例如可以举出zn(锌)、fe(铁)、mn(锰)、cr(铬)、sn(锡)、pb(铅)、v(钒)、ti(钛)等元素。不可避免的杂质的含量优选合计为7.5质量％以下，更优选合计为5.0质量％以下、合计为4.0质量％以下或合计为3.0质量％以下。在以下的实施方式中也是同样的。
[0038]
根据本实施方式的铸造用铝合金，通过使ni的含量为1.0～10.0质量％，能够在铝合金中分散地结晶出ni系金属间化合物相。因此能够提高铝合金的刚性。此外，通过使cu的含量为8.01～18.0质量％，能够在ni系金属间化合物相的周边以网眼状结晶出cu系金属间化合物相。因此，通过使结晶区域不同的ni系金属间化合物相和cu系金属间化合物相共存，能够进一步提高铝合金的刚性。另外，通过使cu系金属间化合物相在ni系金属间化合物相的周边形成网眼状的网络，能够提高铝合金的拉伸强度。
[0039]
本实施方式的铸造用铝合金中，ni含量的下限优选为1.5质量％，更优选为2.0质量％、2.1质量％、3.0质量％、3.5质量％或4.0质量％。另外，ni含量的上限优选为8.0质量％，更优选为7.0质量％、6.5质量％或6.1质量％。通过这样设定ni含量的下限和上限，容易提高铝合金的刚性和拉伸强度这两者。或者可抑制刚性和拉伸强度中的任一者极端降低的状况，容易平衡良好地表现出刚性和拉伸强度这两者。特别是通过使ni含量的下限为3.0质量％，能够在铝合金中进一步分散地结晶出ni系金属间化合物相。因此，能够进一步提高铝合金的刚性。在以下的实施方式中也是同样的。
[0040]
本实施方式的铸造用铝合金中，cu含量的下限优选为8.2质量％，更优选为9.0质量％、9.5质量％、10.0质量％、10.1质量％、10.5质量％、11.0质量％、11.5质量％或11.9质量％。另外，cu含量的上限优选为17.5质量％，更优选为17.0质量％、16.5质量％、16.0质量％、15.5质量％、15.0质量％或14.7质量％。通过这样设定cu含量的下限和上限，容易提
高铝合金的刚性和拉伸强度这两者。或者可抑制刚性和拉伸强度中的任一者极端降低的状况，容易平衡良好地表现出刚性和拉伸强度这两者。在以下的实施方式中也是同样的。
[0041]
本实施方式的铸造用铝合金中，按照cu的含量[cu]和ni的含量[ni]满足下述条件(1)的方式进行混配。
[0042]
10.0≤[cu] 0.87[ni]≤23.5
···
(1)
[0043]
本实施方式中，通过满足条件(1)，容易提高铝合金的刚性和拉伸强度这两者。或者可抑制刚性和拉伸强度中的任一者极端降低的状况，容易平衡良好地表现出刚性和拉伸强度这两者。条件(1)的下限优选为11.0、更优选为12.0或13.0。另外，条件(1)的上限优选为23.0、更优选为22.5。在以下的实施方式中也是同样的。
[0044]
《第2实施方式》
[0045]
第2实施方式的铸造用铝合金包含5.0～20.0质量％的si、1.0～10.0质量％的ni、8.01～18.0质量％的cu，余量为al和不可避免的杂质。
[0046]
(si：硅)
[0047]
第2实施方式的铸造用铝合金包含5.0～20.0质量％的si。本实施方式的铸造用铝合金中，si相例如作为初晶si以及作为与al的共晶si分别分散地结晶。由于si含量的下限为5.0质量％，因此能够增加si相的结晶量。因此能够提高铝合金的刚性。另外，由于si含量的上限为20.0质量％，因此能够抑制铝合金的凝固过程中的si相的粗大化。因此能够抑制铝合金的脆化。因而能够抑制铝合金的拉伸强度的降低。此外，由于si含量的上限为20.0质量％，因此能够抑制与si相的粗大化相伴的作用于si相的浮力的增加。因此能够抑制铝合金中的si相的上浮和/或分离。因而能够抑制铝合金的组织和拉伸强度的偏差。在以下的实施方式中也是同样的。
[0048]
根据本实施方式的铸造用铝合金，通过使si的含量为5.0～20.0质量％，能够在铝合金中分散地结晶出初晶和共晶的si相。因此能够提高铝合金的刚性。此外，通过使ni的含量为1.0～10.0质量％，能够在si相的周边结晶出ni系金属间化合物相。此外，通过使cu的含量为8.01～18.0质量％，能够在si相和ni系金属间化合物相的周边以网眼状结晶出cu系金属间化合物相。因此，通过使结晶区域不同的si相、ni系金属间化合物相和cu系金属间化合物相共存，能够进一步提高铝合金的刚性。
[0049]
本实施方式的铸造用铝合金中，si含量的下限优选为5.5质量％，更优选为5.6质量％、6.0质量％、6.5质量％、7.0质量％、7.5质量％、8.0质量％或8.5质量％。另外，si含量的上限优选为18.0质量％，更优选为17.0质量％、16.5质量％、16.4质量％、16.0质量％、15.5质量％、15.0质量％、14.5质量％、14.0质量％、13.8质量％或13.5质量％。通过这样设定si含量的下限和上限，容易提高铝合金的刚性和拉伸强度这两者。或者可抑制刚性和拉伸强度中的任一者极端降低的状况，容易平衡良好地表现出刚性和拉伸强度这两者。特别是通过使si含量的上限为14.5质量％，可抑制铝合金的凝固过程中的si相的粗大化，容易进一步抑制铝合金的脆化。因此，容易提高铝合金的拉伸强度。在以下的实施方式中也是同样的。
[0050]
本实施方式的铸造用铝合金中，按照si的含量[si]、cu的含量[cu]和ni的含量[ni]满足下述条件(2)的方式进行混配。
[0051]
30.0≤[si] 0.94[cu] 2.02[ni]≤42.5
···
(2)
[0052]
本实施方式中，通过满足条件(2)，容易提高铝合金的刚性和拉伸强度这两者。或者可抑制刚性和拉伸强度中的任一者极端降低的状况，容易平衡良好地表现出刚性和拉伸强度这两者。条件(2)的下限优选为30.5、更优选为31.0或31.5。另外，条件(2)的上限优选为42.0、更优选为41.5。在以下的实施方式中也是同样的。
[0053]
《第3实施方式》
[0054]
第3实施方式的铸造用铝合金包含5.0～20.0质量％的si、1.0～10.0质量％的ni、8.01～18.0质量％的cu、0.0001～0.1质量％的p，余量为al和不可避免的杂质。
[0055]
(p：磷)
[0056]
第3实施方式的铸造用铝合金包含0.0001～0.1质量％的p。由于p含量的下限为0.0001质量％，因此能够提高将初晶si微细化的作用。因此能够在铝合金中均匀分散地结晶出初晶si。另外，由于p含量的上限为0.1质量％，因此能够抑制铝合金的流动性的降低。从而能够提高铝合金的铸造性。在以下的实施方式中也是同样的。
[0057]
根据本实施方式的铸造用铝合金，通过使p的含量为0.0001～0.1质量％，在铝合金中生成的alp(磷化铝)起到作为初晶si的异质核的作用，因此能够使初晶si微细化。因此容易在铝合金中均匀分散地结晶出初晶si。从而容易抑制铝合金中的刚性和拉伸强度的偏差。
[0058]
本实施方式的铸造用铝合金中，p含量的下限优选为0.0003质量％、更优选为0.0006质量％。另外，p含量的上限优选为0.05质量％，更优选为0.04质量％或0.03质量％。通过这样设定p含量的下限和上限，容易抑制铝合金的刚性和拉伸强度的偏差。在以下的实施方式中也是同样的。
[0059]
《第4实施方式》
[0060]
第4实施方式的铸造用铝合金包含1.0～10.0质量％的ni、8.01～18.0质量％的cu、0.01～3.0质量％的mg，余量为al和不可避免的杂质。
[0061]
(mg：镁)
[0062]
第4实施方式的铸造用铝合金包含0.01～3.0质量％的mg。由于mg含量的下限为0.01质量％，因此能够提高通过铝合金的时效处理而使作为基于mg的金属间化合物相的mg系金属间化合物相析出的作用。因此，能够实现铝合金的析出增强。另外，由于mg含量的上限为3.0质量％，因此能够抑制mg系金属间化合物相的过度增加。因此能够抑制铝合金的伸长率的降低。
[0063]
根据本实施方式的铸造用铝合金，通过使mg的含量为0.01～3.0质量％，能够通过时效处理而使作为基于mg的金属间化合物相的mg系金属间化合物相析出。因此，能够进一步提高铝合金的拉伸强度。
[0064]
本实施方式的铸造用铝合金中，mg含量的下限优选为0.05质量％，更优选为0.1质量％、0.2质量％或0.3质量％。另外，mg含量的上限优选为2.0质量％，更优选为1.0质量％、0.8质量％或0.6质量％。通过这样设定mg含量的下限和上限，容易提高铝合金的拉伸强度。
[0065]
本实施方式的铸造用铝合金优选进一步包含5.0～20.0质量％的si。另外，本实施方式的铸造用铝合金优选进一步包含0.0001～0.1质量％的p。
[0066]
通过使用上述实施方式的铸造用铝合金，能够提供刚性高、拉伸强度也优异的铝铸件。因此，该铝铸件适合于要求高刚性以及高拉伸强度的各种各样的用途中。作为该铝铸
件的用途的示例，可以举出机床、机器人和汽车等的构成部件等。
[0067]
《实施例》
[0068]
图1中示出了上述实施方式的铸造用铝合金的实施例以及比较例的组成(质量％)、条件(1)的值、条件(2)的值、杨氏模量(gpa)和拉伸强度(mpa)。拉伸强度(mpa)是对于实施例和比较例的铸造用铝合金的试验片依据“jis z 2241(金属材料拉伸试验方法)”测定得到的值。试验片使用通过模具铸造法铸造的直径为6mm、平行部长度为36mm的14a号试验片。杨氏模量是根据拉伸试验中的应力和应变的关系的弹性范围内的斜率而求出的值。应变为与试验片平行部表面面对面地贴附的2片单轴应变片的计测值的平均值。
[0069]
(实施例1～10与比较例1的比较)
[0070]
如图1所示，实施例1～10的cu含量为8.01质量％以上，与之相对，比较例1的cu含量小于8.01质量％。此处，实施例1～10的杨氏模量为95～108gpa，与之相对，比较例1的杨氏模量为95gpa。因此，与比较例1相比，实施例1～10的刚性最大提高了14％左右。另外，实施例1～10的拉伸强度为170～261mpa，与之相对，比较例1的拉伸强度为160mpa。因此，与比较例1相比，实施例1～10的拉伸强度最大提高了63％左右(最小也为6％左右)。由此确认到了，通过使cu含量的下限为8.01质量％，能够提高铸造用铝合金的刚性和拉伸强度。
[0071]
(实施例1～10与比较例2的比较)
[0072]
如图1所示，实施例1～10的cu含量为18.0质量％以下，与之相对，比较例2的cu含量大于18.0质量％。此处，实施例1～10的杨氏模量为95～108gpa，与之相对，比较例2的杨氏模量为104gpa。因此，与比较例2相比，实施例1～10的刚性的波动幅度落入4～9％的范围。另外，实施例1～10的拉伸强度为170～261mpa，与之相对，比较例2的拉伸强度为119mpa。因此，与比较例2相比，实施例1～10的拉伸强度最大提高了120％左右(最小也为43％左右)。这样确认到了，通过使cu含量的上限为18.0质量％，能够抑制铸造用铝合金的刚性的偏差、稳定地表现出刚性，并且还能够显著提高拉伸强度。
[0073]
(实施例2～9与实施例1的比较)
[0074]
如图1所示，实施例2～9的cu含量为9.0质量％以上，与之相对，实施例1的cu含量小于9.0质量％。此处，实施例2～9的杨氏模量为95～108gpa，与之相对，实施例1的杨氏模量为99gpa。因此，与实施例1相比，实施例2～9的刚性的波动幅度落入4～9％的范围。另外，实施例2～9的拉伸强度为181～261mpa，与之相对，实施例1的拉伸强度为172mpa。因此，与实施例1相比，实施例2～9的拉伸强度最大提高了52％左右(最小也为5％左右)。这样确认了，通过使cu含量的下限为9.0质量％，能够抑制铸造用铝合金的刚性的偏差、稳定地表现出刚性，并且能够提高拉伸强度。
[0075]
(实施例2～9与实施例10的比较)
[0076]
如图1所示，实施例2～9的cu含量为15.5质量％以下，与之相对，实施例10的cu含量大于15.5质量％。此处，实施例2～9的杨氏模量为95～108gpa，与之相对，实施例10的杨氏模量为104gpa。因此，与实施例10相比，实施例2～9的刚性的波动幅度落入4～9％的范围。另外，实施例2～9的拉伸强度为181～261mpa，与之相对，实施例10的拉伸强度为170mpa。因此，与实施例10相比，实施例2～9的拉伸强度最大提高了54％左右(最小也为6％左右)。这样确认到了，通过使cu含量的上限为15.5质量％，能够抑制铸造用铝合金的刚性的偏差、稳定地表现出刚性，并且能够提高拉伸强度。
[0077]
(铸造用铝合金的组织)
[0078]
图2～图8中示出了对于铸造用铝合金的试验片的组织的观察结果。图2是示出对于比较例1的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图3是示出对于实施例1的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图4是示出对于实施例2的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图5是示出对于实施例3的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图6是示出对于实施例8的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图7是示出对于实施例10的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图，图8是示出对于比较例2的微组织通过扫描型电子显微镜(sem)进行观察的结果的图。
[0079]
如图1所示，比较例1中，cu含量为4.7质量％。如图2所示，比较例1中，在铝合金中结晶出的si相10和ni系金属间化合物相20的周边，稀疏地结晶出细针状的cu系金属间化合物相30。另外，比较例1中，在铝合金中大量存在未结晶出cu系金属间化合物相30的部分，即使为结晶出cu系金属间化合物相30的部分，邻近的cu系金属间化合物相30彼此也以相互间断的状态不连续地分布。其结果，如图1所示，比较例1中，难以提高铸造用铝合金的拉伸强度。
[0080]
如图1所示，实施例1中cu含量为8.2质量％，实施例2中cu含量为10.1质量％，实施例3中cu含量为11.9质量％，实施例8中cu含量为15.0质量％，实施例10中cu含量为17.0质量％。如图3～图7所示，实施例1、2、3、8和10中，在铝合金中的大致整个区域中大致均匀地结晶出cu系金属间化合物相30。另外，实施例1、2、3、8和10中，邻近的cu系金属间化合物相30彼此以相互连接的状态连续地分布，在一部分cu系金属间化合物相30之间形成了网眼状的网络。其结果，如图1所示，在实施例1、2、3、8和10中，能够提高铸造用铝合金的拉伸强度。此外，如图4～图6所示，实施例2、3和8中，构成网眼的cu系金属间化合物相30本身生长得粗，网眼状的网络扩大，使其分布在铝合金中的大致整个区域中。其结果，如图1所示，实施例2、3和8中，能够进一步提高铸造用铝合金的拉伸强度。
[0081]
如图1所示，比较例2中cu含量为18.5质量％。如图8所示，比较例2中，构成网眼的cu系金属间化合物相30本身粗大化成粒状(块状)，网眼状的网络断开和/或被破坏。其结果，如图1所示，比较例1中，难以提高铸造用铝合金的拉伸强度。
[0082]
这样根据对铸造用铝合金的试验片的组织进行观察的结果确认到了，能够使结晶区域不同的si相10、ni系金属间化合物相20和cu系金属间化合物相30共存。另外确认到了，通过使cu含量为8.01～18.0质量％，能够在si相10和ni系金属间化合物相20的周边以网眼状连续地结晶出cu系金属间化合物相30。进而确认到了，通过使cu含量为9.0～15.5质量％，能够在铝合金中的大致整个区域形成基于cu系金属间化合物相30的网眼状的网络。其结果，如图1所示，与比较例1和2相比，实施例1～10中，能够使铸造用铝合金的刚性提高、或者波动幅度小且稳定地表现出刚性，同时还能够提高拉伸强度。
[0083]
符号说明
[0084]
10 si相
[0085]
20 ni系金属间化合物相
[0086]
30 cu系金属间化合物相