CN1080770C - 耐磨耗压铸铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐磨耗压铸铝合金，其具有耐磨耗性佳、可降低制造成本之功效，其包含下述成份：

(一)82～86.6%重量比的Al；

(二)12.6～15%重量比的Si；及

(三)0.8～3.0%重量比的间隙元素。

其中，该间隙元素可为Mn、稀土元素、Ti、Cr等元素成份中之任一种或任二种以上之组合。

Description

耐磨耗压铸铝合金

本发明涉及一种耐磨耗压铸铝合金，尤指一种用于传动系统零件之轻量化、耐磨耗的铝合金，其在制造上不仅可降低成本，且其机械性质更具有耐磨耗性佳的功效。

目前铝及铝合金大量使用于航空、造船、车辆、电信、建筑等工业，由于质轻、耐蚀、强度适当、易作表面处理以及在地壳中存量丰富等因素，已成为最具潜力、最被广泛使用的金属材料之一。一般使用于传动系统零件之金属材料大都是取用轻量化的铝合金，且该铝合金材料须讲求具有较佳耐磨性的机械性质，而该铝合金在制造上可分为铸造、压铸及锻造等制造方式，因其处理方式不同又具有二种性质状态，一是铸造态、一是热处理态。请参阅图1所示，其为一种Al-Si相图，该图的纵坐标轴为温度变化，而横坐标轴为Si的含量变化。图中AE、EB为液相线，AC为固相线，CED为共晶线。具有图中E点组成的合金称为“共晶合金”，亦即，Si含量12.6％之E点为共晶点，其组成为Al+Si的共晶。而合金成份在E左边者称为“亚共晶合金”，其Al的成份含量较共晶反应所须的比率成份多，故其降温时将会先析出质软的Al，称为Al的初晶，直到当Al的含量达到共晶反应的比率时，即会析出组织较细之Al与Si的共晶，故其合金组成有Al的初晶及Al+Si的共晶。又合金成份在E右边者称为“过共晶合金”，因其Si的成份含量较共晶反应所须的比率成份多，故其降温时将会先析出较硬较粗的Si，称为Si的初晶，直到当Si的含量达到共晶反应的比率时，即会析出Al与Si的共晶，因此其合金组成有Si的初晶及Al+Si的共晶；故当Si含量为大于12.6％之过共晶合金时，将有Si的初晶产生。而铝合金之所以能具有耐磨耗的特性，最主要即因其成份内含有Si的初晶。但因一般压铸用之铝合金，例如JIS规格的ADC10(其成份为Al以外尚具有Cu：2～4％、Si：7.5～9.5％、Mg：0.3％以下、Zn：1.0％以下、Fe：1.3％以下、Mn：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Sn：0.2％以下、Pb：0.2％以下、及Ti：0.2％以下)、ADCl2(其成份为Al以外尚具有Cu：1.5～3.5％、Si：9.6～12.0％、Mg：0.3％以下、Zn：1.0％以下、Fe：1.3％以下、Mn：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Sn：0.2％以下、Pb：0.3％以下、及Ti：0.2％以下)，如图1中所示，其Si元素之含量成份较低，尚未达到12.6％的共晶含量成份，因此其仅具有Al的初晶及Al+Si的共晶，而Al的硬度较小、耐磨性较差，Al+Si共晶的组织又细，故其压铸后铝合金的耐磨性不佳，须再经过表面硬化处理加工方能提升材料的耐磨性，相对地其制造成本亦增加许多。因此亦有人认为既然Si的初晶含量可影响铝合金的耐磨性，乃萌思若在成份中加重Si元素的比率应可提升耐磨性，故而有390R合金的产生(其成份为Al以外尚具有Si：16～18％、Fe：1.3％、Cu：4～5％、Mn：0.5％、Mg：0.45～0.65％、Ni：0.1％、Zn：1.5％、Ti：0.2％及其他元素0.1％～0.2％)，其Si元素成份超过12.6％而多达16～18％的高含量，然其所能析出的初晶Si虽多，但因Si的熔点很高约1100℃，Si晶较难熔化，故于压铸时所须的压铸温度较高、时间较久，其所须花费的能源较多人力亦增加。且当温度升高时该合金体中所溶入的气体较多，将于冷却后合金内部形成气孔，故会降低此合金的耐磨耗性。

故由以上分析可知，初晶Si的含量将影响铝合金的耐磨耗性，但若成份中不具初晶Si则该合金组织的耐磨性不佳；若大幅度提高Si的含量，则须提高熔化温度，此又大幅增加成本，而材料具有气孔品质依旧不佳，无法用作制造传动系统零件的金属材料。今有鉴于前述已知的铝合金材料在使用上仍有其不尽理想之处，本发明人因而针对上述缺陷加以改良，并秉持精益求精之理念，研发出耐磨性好的本发明铝合金以供使用。

即，本发明的主要目的在于提供一种耐磨耗性佳并可降低制造成本的耐磨耗压铸铝合金。

本发明提供一种耐磨耗压铸铝合金，其包含下述成份：

(一)82～86.6％重量比的Al；

(二)12.6～15％重量比的Si；及

(三)0.8～3.0％重量比的间隙元素。

其中，该间隙元素可为Mn、稀土元素(Rare Earth)、Ti、Cr等元素成份中之任一种或任二种以上的组合。

藉前述各组合成份及比例的限制，可使铝合金具有较佳的耐磨耗性。

为更进一步详细说明本发明，再现参考附图并以实施例与二磨耗测试说明如下，但本发明之范围并不以该实施例为限。图中：

图1为Al-Si相图。

图2为本发明与ADC10、390R等比较例的湿磨耗试验结果图。

图3为本发明与ADC10、390R等比较例的干磨耗试验结果图。

图4和5为本发明之铝合金的显微放大图。

本发明实施例之一种耐磨耗压铸铝合金，其成份为：85.3重量％的Al、13.5重量％的Si及1.2重量％的Cr。图4和5为本发明铝合金之显微放大图，其中白色的部分为Al，深色的部分为Si，浅色的部分为含Cr的硬质相。在该实施例的铝合金中，Si的含量成份略大于12.6％含量共晶状态，故由图1可见其合金成份为相当接近E点的过共晶合金，因此其在相当低温的状态下即可产生过量的初晶Si，令铝合金具有较佳的耐磨耗性。又，一般之压铸用铝金属含有0.8～1.3％的微量Fe，通常会与Al元素形成Al-Fe的金属间化合物，因此合金中的间隙元素Cr将与该Al-Fe化合物形成为Al-Fe-Cr硬质化合物，此化合物在高温下能固熔于Al基中，达一定低温时，溶解度变小，会在固溶体内析出，而此物亦可令铝合金硬化，增加铝合金的耐磨耗性，然而该间隙元素的含量成份须达0.8％以上才可提供适当的硬性，但若超过3.0％则又令合金过硬质脆且韧性不佳，导致材料的机械性质不佳，因此该间隙元素的含量选用在0.8～3.0％的范围，较可达到材料的最佳化。

由以上可知本发明的铝合金确为一种耐磨耗佳的合金材料，且其在低温下即可完成压铸成型，且成型之后的铝合金即具有耐磨耗性佳的机械性质，因此不须经过表面硬化处理加工，不仅制造上较为方便，更可降低制造成本，并可适用于制造异向、同向、等速、不等速之传动系统零件的合金材料。

图2和3为本发明与ADC10、390R等比较例分别所作的湿、干磨耗试验结果图，其结果分别为：

(一)湿磨耗试验(图2)

磨耗试验条件：

试验机--滑动磨耗试验机

压缩负荷-18.9kg(315～630kg/cm²)

摩擦速度-0.065～4.36m/s

摩擦距离-600m

润滑--油(SAE10W40)

对磨材-S45C(HRC60)

由图中可看出本发明之铝合金在0.065～4.36m/s的摩擦速度试验结果，其摩耗量皆较ADS10、390R等比较例小，故本发明的铝合金在湿磨耗中确具有较佳的耐磨耗性。

(二)干磨耗试验(图3)

磨耗试验条件：

试验机--滑动磨耗试验机

压缩负荷-2.1kg(28～47kg/cm²)

摩擦速度-0.61～4.31m/s

摩擦距离-100m

润滑--(干式)

对磨材--(HV800)

由图中可看出本发明铝合金之磨耗量在0.61～2.34m/s摩擦速度下略呈上升曲线，而在2.34～4.31m/s的摩擦速度间则急速下降，故其磨耗量初值略大于该二比较例，而后乃渐趋于该二比较例之间，又再下降至二比较例下方，其磨耗量终值大于该二比较例，故本发明在干磨耗之高速摩擦速度中亦具有较佳的耐磨耗性。

经由分别在湿、干磨耗试验中的结果可见，本发明之铝合金确具有相当佳的耐磨耗性。

综观上述，本发明之构造特征，确能提供一种实用的耐磨耗压铸铝合金，尤指一种用于传动系统零件之轻量化、耐磨耗的铝合金，其在制造上不仅可降低成本，且其机械性质更具有耐磨耗性佳的功效；以其整体构造及组合空间型态而言，既未曾见诸于已知同类产品中，亦未曾公开于申请前，乃为一新颖又具产业上利用价值之发明。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (4)

1、一种耐磨耗压铸铝合金，其包含下述成份：

(一)82～86.6％重量比的Al；

(二)12.6～15％重量比的Si；及

(三)0.8～3.0％重量比的Mn。

2、一种耐磨耗压铸铝合金，其包含下述成份：

(一)82～86.6％重量比的Al；

(二)12.6～15％重量比的Si；及

(三)0.8～3.0％重量比的稀土元素。

3、一种耐磨耗压铸铝合金，其包含下述成份：

(一)82～86.6％重量比的Al；

(二)12.6～15％重量比的Si；及

(三)0.8～3.0％重量比的Ti。

4、一种耐磨耗压铸铝合金，其包含下述成份：

(一)82～86.6％重量比的Al；

(二)12.6～15％重量比的Si；及

(三)0.8～3.0％重量比的Cr。

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