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公開番号2025141197
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041022
出願日2024-03-15
発明の名称アルミニウム合金及びその製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類C22C 21/02 20060101AFI20250919BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】本発明の目的の一つは、自然時効が抑制されたアルミニウム合金を提供することである。
【解決手段】本発明は、5.0～12.0質量%のSi、0.15～0.75質量%のMg、0.05～0.20質量%のFe、及び0.25～1.0質量%のMnを含み、残部が、Alと不純物とからなる、アルミニウム合金であって、Al-Si-Fe-Mn系化合物の析出物、及びMg-Si系化合物の析出物を少なくとも含み、TEMマッピングにより400nm×400nmの視野でSi、Mg、Fe又はMnを観測した場合に、Al-Si-Fe-Mn系化合物の析出物と、該Al-Si-Fe-Mn系化合物の析出物の一部を起点として延在するように形成されたMg-Si系化合物の析出物と、が観測される、アルミニウム合金である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
５．０～１２．０質量％のＳｉ、０．１５～０．７５質量％のＭｇ、０．０５～０．２０質量％のＦｅ、及び０．２５～１．０質量％のＭｎを含み、残部がＡｌと不純物とからなる、アルミニウム合金であって、
Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物及びＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物を少なくとも含み、
ＴＥＭマッピングにより４００ｎｍ×４００ｎｍの視野でＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ又はＭｎを観測した場合に、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物と、該Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の一部を起点として延在するように形成されたＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物と、が観測される、アルミニウム合金。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物は、ＴＥＭマッピングにおいて、Ｓｉ、Ｆｅ及びＭｎの観測位置が一致していることにより観測され、
Ｍｇ－Ｓｉ系化合物の析出物は、ＴＥＭマッピングにおいて、Ｓｉ及びＭｇの観測位置が一致していることにより観測される、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
観測された、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の形状及び該Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の一部を起点として延在するように形成されたＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物の形状が、それぞれ針状又は棒状であり、１０ｎｍ以上の長さを有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金を製造する方法であって、
５．０～１２．０質量％のＳｉ、０．１５～０．７５質量％のＭｇ、０．０５～０．２０質量％のＦｅ、及び０．２５～１．０質量％のＭｎを含み、残部がＡｌと不純物とからなる、アルミニウム合金の原料を準備する工程、
アルミニウム合金の原料を加熱して合金溶湯を調製する工程、
合金溶湯を鋳型に注湯する工程、及び
注湯した合金溶湯を冷却して凝固させる工程
を含み、
冷却して凝固させる工程は、合金溶湯を３８０～４６０℃の間において５分間以上保持する工程を含む、製造方法。
【請求項５】
冷却して凝固させる工程の後に、アルミニウム合金を熱処理する工程を含まない、請求項４に記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車部品を軽量化することで、燃費を向上させ、消費電力を低減することができる。したがって、従来使用されていた鉄系材料をアルミニウム材料又はアルミニウム合金に置き換える検討がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、全体を１００質量％としたときに、３．５質量％～７．５質量％のケイ素（Ｓｉ）と、０．４５質量％～０．８質量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、０．０５質量％～０．３５質量％のクロム（Ｃｒ）と、を含み残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避不純物とからなることを特徴とする鋳造性及び加工性に優れた高強度アルミニウム合金が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金からなり、昇温速度２０℃／分の示差走査熱量分析曲線において、１５０～２３０℃の温度範囲に１．０～５．０ｍＷ／ｇの高さａの吸熱ピークと、２３０～２７０℃の温度範囲に２つ以上の発熱ピークとを有し、当該発熱ピークの低温側のピーク高さｂ
１
と高温側のピーク高さｂ
２
の比ｂ
１
／ｂ
２
が０．８０以下であることを特徴とするアルミニウム合金板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１０－１８８７５号公報
特開２０１７－１４５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、鋳造後のアルミニウム合金に対し、溶体化熱処理及び／又は時効熱処理の追加の熱処理を施す。当該熱処理により、アルミニウム合金中にＭｇ－Ｓｉ系の析出物が析出される。当該析出物は、部品に必要な硬さを供したり、自然時効を抑制したりする。したがって、従来技術では、析出物によりアルミニウム合金の硬さを上げることで、高強度化をはかっている。
【０００７】
一方で、前記熱処理工程には、部品に対して熱処理歪による変形を与え得ること、熱エネルギー消費のためコストが高くなり高ＣＯ
２
排出量につながり得ること、という課題がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的の一つは、自然時効が抑制されたアルミニウム合金を提供することである。さらに、本発明の目的の一つは、鋳造後に熱処理工程を行わなくても自然時効が抑制されるアルミニウム合金の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記課題を解決するための手段を種々検討した。その結果、本発明者らは、Ｓｉ、Ｍｇ、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）を含むアルミニウム合金材料の製造において、鋳造時の合金溶湯の冷却工程を制御することにより、自然時効が抑制されるアルミニウム合金を製造できることを見出し、本発明を完成した。本発明のアルミニウム合金では、鋳造時の合金溶湯の冷却工程の制御により、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物を起点としてＭｇ－Ｓｉ系化合物が析出している。すなわち、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物とＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物が接している。
【００１０】
すなわち、本発明の態様例は以下の通りである。
（１）５．０～１２．０質量％のＳｉ、０．１５～０．７５質量％のＭｇ、０．０５～０．２０質量％のＦｅ、及び０．２５～１．０質量％のＭｎを含み、残部がＡｌと不純物とからなる、アルミニウム合金であって、
Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物及びＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物を少なくとも含み、
ＴＥＭマッピングにより４００ｎｍ×４００ｎｍの視野でＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ又はＭｎを観測した場合に、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物と、該Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の一部を起点として延在するように形成されたＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物と、が観測される、アルミニウム合金。
（２）Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物は、ＴＥＭマッピングにおいて、Ｓｉ、Ｆｅ及びＭｎの観測位置が一致していることにより観測され、
Ｍｇ－Ｓｉ系化合物の析出物は、ＴＥＭマッピングにおいて、Ｓｉ及びＭｇの観測位置が一致していることにより観測される、（１）に記載のアルミニウム合金。
（３）
観測された、Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の形状及び該Ａｌ－Ｓｉ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物の析出物の一部を起点として延在するように形成されたＭｇ－Ｓｉ系化合物の析出物の形状が、それぞれ針状又は棒状であり、１０ｎｍ以上の長さを有する、（１）又は（２）に記載のアルミニウム合金。
（４）（１）～（３）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金を製造する方法であって、
５．０～１２．０質量％のＳｉ、０．１５～０．７５質量％のＭｇ、０．０５～０．２０質量％のＦｅ、及び０．２５～１．０質量％のＭｎを含み、残部がＡｌと不純物とからなる、アルミニウム合金の原料を準備する工程、
アルミニウム合金の原料を加熱して合金溶湯を調製する工程、
合金溶湯を鋳型に注湯する工程、及び
注湯した合金溶湯を冷却して凝固させる工程
を含み、
冷却して凝固させる工程は、合金溶湯を３８０～４６０℃の間において５分間以上保持する工程を含む、製造方法。
（５）冷却して凝固させる工程の後に、アルミニウム合金を熱処理する工程を含まない、（４）に記載の製造方法。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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