CN102952974A

CN102952974A - 耐磨损性、敛缝性和疲劳强度优良的铝合金

Info

Publication number: CN102952974A
Application number: CN2011102443195A
Authority: CN
Inventors: 柴田果林
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明涉及一种耐磨损性、敛缝性和疲劳强度优良的铝合金。本发明的目的在于提供耐磨损性优良、且谋求敛缝性的改善和疲劳强度的改善这两个相互对立的品质并存的铝合金。该铝合金的特征在于，其包含Si：3.0～6.0质量％；Mg：0.2～0.45质量％；Cu：0.1～0.5质量％；Fe：0.01～0.5质量％；Ti：0.01～0.1质量％和从Mn、Cr、Zr、V中选出的一种以上共计0.01～1.0质量％，剩余部分为Al和不可避免的杂质。

Description

耐磨损性、敛缝性和疲劳强度优良的铝合金

技术领域

本发明涉及耐磨损性优良、且敛缝性和疲劳强度优良的铝合金以及采用它的挤压件。

背景技术

通过在铝合金中添加Si，使Si晶粒在金属组织中析出，谋求耐磨损性的提高的技术是公知的。

但是，比如在汽车领域中，用于防抱死制动系统的促动器主体部件(在下面简称为ABS主体)等，其内置有活塞或者阀部件，故要求对活塞的滑动或阀的开闭具有耐磨损性。另一方面，在组装这些部件之后，为了将内部流体密封，必须要求有敛缝密封件等，要求优良的敛缝性的同时能确保耐压性尽可能高的疲劳强度。

比如，在专利文献1中公开有下述的铝合金，在该铝合金中包含Si：3.0～6.0质量％和Mg：0.4～1.0质量％，由此维持耐磨损性的同时确保较高的强度，但是具有改善敛缝性的余地。

针对添加Si和Mg的铝合金进行调查，其结果，专利文献2公开了一种铝合金，其特征在于添加Si：1.5～12.0质量％，Mg：0.5～6.0质量％，但是其目的是为了提高以Si为起点的切削切断性，因为还包含0.5质量％以上的Mg，因此敛缝性差。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本第3654695号发明专利公报

专利文献2：日本第3107517号发明专利公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种谋求耐磨损性优良且敛缝性的改善和疲劳强度的改善这两个相互对立的品质并存的铝合金。

本发明的铝合金的特征在于，其包含Si：3.0～6.0质量％；Mg：0.2～0.45质量％；Cu：0.1～0.5质量％；Fe：0.01～0.5质量％；Ti：0.01～0.1质量％和从Mn、Cr、Zr、V中选出的一种以上的元素共计0.01～1.0质量％，剩余部分为Al和不可避免的杂质。

本发明的铝合金的特征在于下述的方面。

通过添加3.0～6.0质量％的Si成分，确保耐磨损性，同时通过添加0.2～0.45质量％的Mg成分，借助添加的Si成分的一部分和Mg成分的Mg2Si的析出效果，谋求强度的提高。

但是，仅如此的话，具有会在采用敛缝的塑性加工时容易发生微小裂缝的问题。

于是，本发明通过添加共计0.01～1.0质量％的Mn、Cr、Zr、V中的一种以上的元素，能抑制裂缝的发生。

另外，对于Mn、Cr、Zr、V中的任意一种均可以认定在敛缝时具有抑制微小裂缝发生的效果，但是表现出特别显著效果的是V成分。

于是，在上述Mn、Cr、Zr、V的成分的总计中，优选V的含量可在0.01～0.5质量％的范围内。

另外，通过添加这些微量成分，添加0.1～0.5质量％的Cu成分，能在敛缝时抑制微小裂缝发生的同时，提高疲劳强度。

由于本发明的铝合金在确保耐磨损性的同时，能谋求优良的敛缝性和较高的疲劳强度这二者并存，故采用该合金制造挤压件，可用于ABS主体部件这样的将工作流体密封的自动部件，或可用于要求确保较高的疲劳强度且优良的敛缝性的各种部件。

附图说明

图1表示评价所采用的铝合金的化学成分表；

图2表示用于评价的坯锭(billet)的均质化处理条件和挤压件的制造条件；

图3表示品质的评价结果。

具体实施方式

说明本发明的铝合金的成分的选定理由。

(Si、Mg)

如果在铝合金中添加Si成分和Mg成分，则通过析出一部分Mg₂Si而产生的时效硬化，提高挤压件的强度，过剩的Si成分作为Si晶粒而析出到金属组织中，获得耐磨损性。

下面，全部按照质量％而进行说明。

如果Si成分添加不超过3.0％，则耐磨损性不充分，每次少量增加Si成分的添加量的实验结果是，从5.0％附近开始耐磨损性的上升曲线平缓，在6.0％趋于基本平衡。

因此，Si成分的范围优选为3.0～6.0％的范围内。

为了进一步使强度和耐磨损性稳定，也可将Si成分范围控制在4.1～5.1％的范围内。

如上所述，Mg成分对挤压件的强度具有影响，但是如果添加量多，则材料的粘性降低，挤压性也降低。

因此，Mg成分优选为0.2～0.45％的范围内。

为了在该场合也使强度和耐磨损性稳定，也可将Mg成分控制在0.3～0.45％的范围内。

(Cu)

Cu成分由于固溶效果，在有助于疲劳强度提高的同时，在规定范围内也提高切削性。

Cu成分可在0.1～0.5％的范围内。

如果Cu成分不足0.1％，则疲劳强度不充分，如果超过0.5％，则局部电位差会导致一般耐腐蚀性降低。

于是，在抑制电位差腐蚀的原因这一点上，理想方式优选为Cu成分范围控制在0.1～0.3％。

(Fe)

Fe成分容易分散析出到晶粒间，有助于切削性的提高，但是如果Fe成分多，则敛缝性下降。

因此，Fe成分可在0.01～0.5％的范围内。

(Ti)

Ti成分在铝合金的坯锭铸造时，具有晶粒的细微化效果，一般按照在0.01～0.1％的范围内添加。

(Mn、Cr、Zr、V)

通过微量的添加，这些成分具有抑制挤压件的表面的再结晶，抑制敛缝时的微小裂缝的发生的效果。

对于它们的成分的总计值，按照在0.1～1.0％的范围内添加。

特别是V成分的添加效果优良，优选为V成分按照在0.01～0.5％的范围内添加。

特别是优选为V成分的范围为0.01～0.1％。

接着，铸造图1表所示的合金组成的坯锭(8英寸)，在460～590℃的温度下，进行6个小时的均质化处理。

作为挤压条件，将坯锭额外加热到450～510℃，挤压加工40mm～100mm的矩形截面的挤压件，按原样在挤压后，马上以70℃/min以上的冷却速度进行铸模端淬火处理。

已获得的挤压件在160～195℃的温度下，进行2～8小时的人工时效处理。

具体处理条件在图2的表中表示。

下面对品质评价项目和其评价方法进行说明。

(拉伸强度、屈服强度、延伸率、硬度)

对于拉伸强度、屈服强度和延伸率，将按照上述方式获得的挤压件切出JIS-13B号拉伸试验片，实施符合JIS-Z2241的拉伸试验。

在这里，JIS表示日本工业规格。

对于硬度，通过ロックゥェルBスケ一ル硬度计，按照JIS-Z2245测定挤压件的表面硬度。

(疲劳强度)

根据JIS-Z2274，将挤压件制作JIS-1号(1-8)旋转弯曲疲劳试验片，采用符合JIS规格的小野式旋转弯曲疲劳试验机。

(敛缝性)

将挤压件沿挤压方向采取直径14mm×高度21mm的试验片，沿轴向进行冷镦冲压，计算在侧面产生微小裂纹的极限镦锻率。

极限镦锻率通过下述式计算。

εhc＝(h0-hc)/h0×100

εhc：极限镦锻率(％)，h0：试验片的原始高度，hc：裂纹发生时1的试验片的高度。

对于试验条件，在室温下，压缩速度为10mm/s，试验机采用25吨的自动绘图仪。

(耐磨损性)

在耐磨损性的评价中，对在下述条件下实施的结果进行比较。

采用摩擦磨损试验机((株)ォリェンテック制EFM-III-F形)。

在试验方法中，将两个不同圆筒试样(销与试验盘)在中心线上一致地旋转，对销施加一定负荷，将试样按压于销上，由此，产生摩擦磨损。

销为直径5mm×高度8mm的SCr20(渗碳淬火)件。

试验盘通过挤压件切出，按照直径60mm×高度5mm，面粗糙度在1.6Z以下，平面度在0.01以下的条件加工。

润滑液采用制动流体，转数为160rpm，试验时间为50hr，加压荷载为20MPa。

磨损量通过粗糙度测定机，测定试验盘的磨损部。

(表面再结晶深度)

从挤压件的表面部切出试样，对其剖面进行镜面精研磨，然后进行蚀刻处理，通过50倍的光学显微镜像测定再结晶的部分的平均深度。

评价结果在图3的表中给出。

在表中，高过目标值的记为“○”。

在这里，疲劳强度的目标在110MPa以上的理由如下。

在比如，ABS主体部件等中，为了耐受施加于泵部、塞部等上的较高液压，设定考虑了疲劳强度的泵部、塞部的壁厚，但是，为了谋求ABS主体的轻质化，疲劳强度优选为110MPa以上。

将敛缝性以极限镦锻率计设定为33％以上，是由于如果采用极限镦锻率不足33％的材料，则容易在将部件组装于ABS主体中时的球状敛缝部产生裂纹。

耐磨损性设定为10μm以下是由于将对滑动部件的磨损量抑制在较小程度。

另外，确定表面再结晶深度、机械特性的目标值在于下述的理由。

该理由是指对ABS主体用的挤压件进行规定的孔加工，将部件组装于该孔加工部，如果在敛缝密封时挤压件的表面部的再结晶层的厚度(深度)大，则在敛缝部表面上容易产生褶皱或裂纹；对于机械特性，考虑将ABS部件等安装于车体上时的强度、耐久性等，确定目标值。

(考察)

合金No.1～9为本发明合金的实施例，由于合金成分范围在规定的范围，故全部的品质项目是达标的。

另外，在图1的表中，各成分的值在目标的范围内的表示为“○”，以便容易考察。

特别是，总计按照0.1～1.0％添加Mn、Cr、Zr、V，由此抑制敛缝时的微小裂缝发生，疲劳强度提高。

由此，敛缝部的耐压性提高。

对于Mn、Cr、Zr、V中的V如实施例1～3所示可知，通过相对微量的添加，敛缝性被改善。

为了减少表面再结晶深度，根据实施例4～6的结果推断Zr的添加是有效的。

另外，在该实施例4～6中，不但添加Mn、Cr，而且微量添加Zr、V，由此表面再结晶深度小，疲劳强度的提高效果明显。

在比较例10中，Cu为0.01％，在0.1％以下，在比较例11中，没有添加Mn、Cr、Zr、V中的任意一个，因此疲劳强度未达到目标。

在比较例12中，Mg为0.61％，超过0.45％，Cu为1.01％，超过0.5％，因此拉伸强度高，但敛缝性差。

在比较例13中，由于Si为0.72％，大大低于3.0％，因此耐磨损性差。

Claims

1.一种耐磨损性、敛缝性和疲劳强度优良的铝合金，其特征在于，其包含Si：3.0～6.0质量％；Mg：0.2～0.45质量％；Cu：0.1～0.5质量％；Fe：0.01～0.5质量％；Ti：0.01～0.1质量％和从Mn、Cr、Zr、V中选出的一种以上的元素共计0.01～1.0质量％，剩余部分为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨损性、敛缝性和疲劳强度优良的铝合金，其特征在于，上述Mn、Cr、Zr、V中的V的含量在0.01～0.5质量％的范围内。