-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Aluminiumlegierung mit ausgezeichneter maschineller Bearbeitbarkeit,
welche beispielsweise für
Maschinenteile, die im Verlauf der Herstellung oft eine maschinelle
Verarbeitung erfahren, geeignet ist, sowie auf ein durch das Verfahren
hergestelltes Aluminiumlegierungsprodukt.
-
Unter
Aluminiumlegierungen haben nicht hitzebehandelte Legierungen einschließlich der
Al-Mn-Legierungen der 3000-Reihe
mittelmäßige mechanische
Leistungen, besitzen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
und Kaltverformbarkeit und können
mit geringen Kosten hergestellt werden, so daß sie im allgemeinen als Maschinenteile
verwendet wurden, wobei sie im allgemeinen nach der Kaltverformung
zu den letztendlichen Produkten eine maschinelle Verarbeitung oder
eine Bohrverarbeitung erfahren. Es ist jedoch schwierig, die Legierungen
dieser Reihe für
Maschinenteile zu verwenden, für
welche eine komplizierte maschinelle Verarbeitung oder Bohrverarbeitung
erforderlich ist, da während
der maschinellen Bearbeitung gebildete Splitter schwierig abzutrennen
sind, wodurch die maschinelle Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.
-
Des
weiteren besitzen unter Aluminiumlegierungen nicht hitzebehandelte
Legierungen einschließlich der
Al-Mg-Legierungen
der 5000-Reihe mittelmäßige mechanische
Leistungen (etwas höherer
Festigkeitsgrad als die 3000-Reihe),
eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Kaltbearbeitbarkeit
und können
mit verminderten Kosten hergestellt werden, so daß sie im
allgemeinen beispielsweise für
optische Instrumente wie zylindrische Elemente von Kameras und Mikroskopen
sowie für
andere Maschinenteile verwendet wurden, wobei sie im allgemeinen
nach der Kaltverformung zu den letztendlichen Produkten eine maschinelle
Verarbeitung oder eine Bohrverarbeitung erfahren. Es ist jedoch
schwierig, die Legierungen dieser Reihe für Maschinenteile zu verwenden,
für welche
eine komplizierte maschinelle Verarbeitung oder Bohrverarbeitung
erforderlich ist, da während
der maschinellen Bearbeitung gebildete Splitter schwierig abzutrennen
sind, wodurch die maschinelle Bearbeitbarkeit verschlechtert wird.
-
Andererseits
enthalten im Bereich duktiler Materialien (bezugnehmend auf die
japanische Offenlegungsschrift
Sho 54-143714 ,
japanische Offenlegungsschrift Hei
3-39442 ) bestehende Aluminiumlegierungen mit hoher maschineller
Bearbeitbarkeit Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Pb, Bi und
Sn als effektive zusätzliche
Elemente, wie typischerweise durch die AA6262-Legierung dargestellt
(Si: 0,4–0,8
Gew.-%, Mg: 0,8–1,2-Gew.-%,
Cu: 0,15–0,4
Gew.-%, Pb: 0,4–0,7
Gew.-%, Bi: 0,4–0,7
Gew.-% und ein aus Al bestehender Rest). Derartige Metalle mit niedrigem
Schmelzpunkt bilden mit Aluminium kaum einen Einlagerungsmischkristall,
sondern verursachen kleine körnige
Abscheidungen in der Aluminiumlegierung, und die Körner aus
Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt werden durch die während der
maschinellen Verarbeitung erzeugte Verarbeitungswärme geschmolzen,
wodurch die Splitter abgetrennt werden und die maschinelle Bearbeitbarkeit
der Aluminiumlegierungen verbessert wird.
-
Die
AA6262-Legierungen sind hitzebehandelte Aluminiumlegierungen, welche
bislang als für
Maschinenteile verwendetes Rohmaterial eingesetzt wurden, die eine
maschinelle Verarbeitung, insbesondere Bohren, im Verlauf der Herstellung
erfahren, beispielsweise als Material für das Gehäuse eines Antiblockierbremssystems
eines Automobils. Es wird erwartet, daß der Effekt der Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit durch Zugabe der Metalle mit niedrigem
Schmelzpunkt wie Pb, Bi und Sn nicht nur bei den hitzebehandelten Legierungen,
sondern auch bei den nicht hitzebehandelten Legierungen erhalten
werden kann (bezugnehmend auf die vorstehend beschriebene
japanische Offenlegungsschrift Hei
3-39442 ).
-
Obwohl
jedoch durch die Zugabe von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt
zu den Aluminiumlegierungen die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert
werden kann, wird dadurch die Korrosionsbeständigkeit verringert, was zu
einem Nachteil einer durch die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt
hervorgerufenen Warmbrüchigkeit
führt und
es notwendig macht, ausreichend auf die Bearbeitungsumstände zu achten.
Weiterhin können
die Legierungen, wenn sie als Schrott zurückgewonnen werden, nur für eingeschränkte Legierungsarten,
für welche
Pb und Bi erforderlich sind, wiederverwendet werden, was zu einem
Problem einer schlechten Zurückgewinnungseffizienz
führt.
Daher ist ihr Anwendungsbereich eingeengt.
-
Weiterhin
werden die Maschinenteile manchmal zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit,
Verschleißbeständigkeit
oder zur dekorativen Wirkung einer Eloxierung auf der Oberfläche unterzogen.
Jedoch bilden sich im Fall von mit Pb und Bi versetzten Aluminiumlegierungen
keine Oxidfilme auf Oberflächenbereichen,
in denen Pb und Bi freigelegt sind, was zu einem Probleme führt, daß nur inhomogene
und nichtglänzende
Eloxalfilme erhalten werden können.
-
Obwohl
in der
japanischen Offenlegungsschrift
Sho 60-184658 nicht hitzebehandelte Aluminumlegierungen
mit verbesserter maschineller Bearbeitbarkeit vorgeschlagen sind,
welche keine Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten, war deren
maschinelle Bearbeitbarkeit verglichen mit den Aluminiumlegierungen,
die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Pb, Bi und Sn enthielten,
nicht ausreichend.
-
GB 384 889 offenbart eine
gut spanbare Aluminiumlegierung aus 5 bis 15% Magnesium, 8 bis 18% Silicium
und Aluminium als Rest.
-
DE-AS 14 83 229 offenbart
spanbare Aluminiumlegierungen für
Zylinderköpfe
aus 0,6 bis 4,5% Silicium, 2,5–11%
Magnesium, 0,6 bis 1,8% Mangan, bis 0,6% Kupfer und Aluminium als
Rest oder Legierungen aus 4 bis 12% Magnesium, 0,5 bis 5% Silicium,
0,2 bis 5% Kupfer, bis 7% Mangan, Chrom und/oder Titan und Aluminium
als Rest.
-
CH 665 223 A5 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung einer Legierung mit guter Spanbarkeit
und mit einer anmeldungsmäßigen Zusammensetzung,
wobei die Legierung warmstranggepresst wird, um eutektische Si-Kristalle
bis zu 10 μm
Größe zu erhalten.
-
JP 01011952 A offenbart
einen Aluminiumlegierungsbarren mit einer Zusammensetzung von 4–15% Si,
0,5–5%
Cu und 0,2–1%
Mg als wesentliche Bestandteile, wobei der Rest im Wesentlichen
Al ist. Dieser Barren wird bei 450–500°C für 2–8 Stunden einer Durchwärmbehandlung
ausgesetzt. Danach wird der Barren einem Extrusionsformen unterzogen.
-
DE 25 19 362 A1 offenbart
ein Verfahren zum Extrudieren und Wärmebehandeln hochfester Aluminiumlegierungen
mit einem Vorsehen eines homogenisierten Gussbarrens, einem Durchführen eines
ersten Warm-Extrudierens des Gussbarrens mit einer Dickenabnahme
zwischen 20 bis 75%, einem Durchführen eines zweiten Warm-Extrudierens
bei Lösungsglühtemperatur
der Legierung und einem Abschrecken des Strangpressprofiles nach
dem zweiten Extrudieren.
-
DE 30 41 942 A1 offenbart
einen Gußstrang
aus Aluminiumknetlegierung der 4,0–12,0 Gew.-% Silizium und 0,6–1,3 Gew.-%
Magnesium enthält
und ein feines Gußgefüge besitzt,
bei dem die Primärkristalle
eine Größe von nicht
mehr als 40 μm,
vorzugsweise nicht mehr als 25 μm
besitzen, die intermetallischen Verbindungen der Nebenphasenteilchen
nicht größer als
15 μm und
der sekundäre
Dendriten-Armabstand nicht größer ist
als 20 μm.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme
im Stand der Technik entwickelt, und es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine Aluminiumlegierung mit ausgezeichneter maschineller Bearbeitbarkeit
sowie eine Aluminiumlegierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit,
guter Zurückgewinnungseffizienz
und Fähigkeit
zur Ausbildung homogener Eloxalfilme bereitzustellen.
-
Es
wurden gewissenhafte Untersuchungen zur Lösung der vorstehenden Probleme
durchgeführt,
und als Ergebnis wurde die Erfindung beruhend auf dem Befund entwickelt,
daß die
maschinelle Bearbeitbarkeit ohne die bislang mit der Absicht der
Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit erfolgte Zugabe von
Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt wie Pb, Bi und Sn, sondern statt
dessen durch Dispersion einer zweiten Phase aus harten Körnern mit
geeigneter Korngröße in einem
vorbestimmten Flächenverhältnis in
einer Mutterphase verbessert werden kann.
-
Die
vorstehenden Aufgaben werden durch Bereitstellen eines Verfahrens
gemäß Anspruch
1 und eines durch dieses Verfahren erhältlichen Aluminiumlegierungsprodukts
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen werden
in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
-
In
der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung
mit ausgezeichneter maschineller Bearbeitbarkeit beträgt die durchschnittliche
Korngröße von harten
Körnern
einer zweiten Phase 2 bis 20 μm
und ihr Flächenverhältnis 2
bis 12%. Die harten Körner
der zweiten Phase umfassen vorzugsweise Verbindungen des Si-Systems,
welche durch Koagulation einer geschmolzenen Aluminiumlegierung
kristallisiert werden.
-
Wenn
die harten Körner
der zweiten Phase aus einer Verbindung des Si-Systems bestehen,
enthält eine
Zusammensetzung der Aluminiumlegierung 1,5–6% Si, 0,5–3% Mg und 0,5–2 Gew.-%
Mn. Genauer kann eine Aluminiumlegierung, die 1,5-6% Si, 0,5–3% Mg,
0,5–2
Gew.-% Mn und einen Rest aus Al und unvermeidlichen Verunreinigungen
enthält,
welche zusätzlich
mindestens eines von 0,15–0,8%
Cu und 0,04–0,35%
Cr enthält,
und eine Aluminiumlegierung, welche weiterhin 0,01–0,1% Ti
zusätzlich
zu den vorstehend beschriebenen Bestandteilen enthält, genannt
werden.
-
Die
harten Körner
der zweiten Phase mit vorbestimmter durchschnittlicher Korngröße und vorbestimmtem
Flächenverhältnis können erhalten
werden, indem die vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierungen
verwendet werden, die vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierungen
unter Erhalt eines Schmelzblock mit einem DAS (Dendritenarmabstand;
dendrite arm spacing) von 10 bis 50 μm gegossen, und dieser einer
Durchwärmbehandlung
bei 450–520°C und einer
anschließenden
Extrusionsformung unterzogen wird.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben.
-
In
der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung
sind harte Körner
einer zweiten Phase mit einer durchschnittlichen Korngröße von 2
bis 20 μm
und einem Flächenverhältnis von
2 bis 12% in einer Mutterphase dispergiert, wobei durch die harten
Körner
das in Splittern während
der maschinellen Bearbeitung verursachte Gleiten von Kristallen
beendet wird, wodurch Gleitbahnen unter Ausbildung kleiner Hohlräume angehäuft werden,
und man nimmt an, daß derartige
Hohlräume
die Ursprünge
für die
Auslösung
der Abtrennung der Splitter darstellen, wodurch sich eine ausgezeichnete
maschinelle Bearbeitbarkeit ergibt.
-
Die
harten Körner
der zweiten Phase haben vorzugsweise eine Härte, die mindestens größer als
diejenige der Aluminiumlegierungsmatrix ist, und eine geringere
Angleicheigenschaft an der Grenze mit der Matrix und können kristallisierte
oder abgeschiedene Körner
aus Si und Verbindungen des Si-Systems ebenso wie Verbindungen des
Ni-Systems und Verbindungen
des Fe-Systems einschließen,
und von diesen sind hinsichtlich der Härte und Angleicheigenschaft
Si und Verbindungen des Si-Systems am meisten bevorzugt.
-
Die
durchschnittliche Korngröße der harten
Körner
der zweiten Phase ist zu 2 bis 20 μm definiert, da die Anhäufung der
Gleitbahnen weniger auftritt, wenn die durchschnittliche Korngröße kleiner
als 2 μm
ist, wodurch die als Ursprünge
für die
Auslösung
der Abtrennung dienenden Abschnitte vermindert werden, was zu einer
Verschlechterung der maschinellen Bearbeitbarkeit führt. Andererseits
wird, wenn die durchschnittliche Korngröße mehr als 20 μm beträgt, die
Extrudierbarkeit verschlechtert, tritt ein heftiger Werkzeugverschleiß während der
maschinellen Bearbeitung auf und wird die Ausdehnung des Materials
vermindert. Weiterhin ist das Flächenverhältnis der
harten Körner
der zweiten Phase zu 2 bis 12% definiert, da bei einem kleineren
Flächenverhältnis als
2% weniger als Ursprünge
für die
Auslösung
der Abtrennung dienende Abschnitte ausgebildet werden, wodurch die
maschinelle Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Andererseits wird,
wenn das Flächenverhältnis 12% übersteigt,
die Extrudierbarkeit verschlechtert, wodurch ein heftiger Werkzeugverschleiß während der
maschinellen Bearbeitung verursacht wird, und die Ausdehnung des
Materials vermindert. Die durchschnittliche Korngröße der harten
Körner
der zweiten Phase beträgt
vorzugsweise 3 bis 10 μm,
bevorzugter 4 bis 6 μm,
wohingegen das Flächenverhältnis vorzugsweise
5 bis 10% und noch bevorzugter 5 bis 7% beträgt.
-
Anschließend werden
die Gründe
für die
Zugabe jedes Elements sowie die Gründe für die Festlegung der Zugabemenge
zur vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierung erläutert.
-
Si: 1,5–6,0%
-
Si
bildet in einer Aluminiumstruktur Verbindungen des Si-Systems aus, wodurch
die Abtrennung von Splittern und somit die maschinelle Bearbeitbarkeit
verbessert wird. Dies liegt daran, daß durch die Verbindungen des
Si-Systems Ursprünge
für die
Auslösung
der Abtrennung von Splittern ausgebildet werden. Es ist notwendig,
daß der
untere Grenzwert für
die Zugabe von Si 1,5% übersteigt,
was eine Grenze für
die Festkörperlöslichkeit
in Aluminium darstellt. Um einen deutlichen Effekt des Si zu erhalten,
ist die Zugabe von mehr als 2,0% wünschenswert. Das bedeutet hinsichtlich
des Erhalts einer ausgezeichneten maschinellen Bearbeitbarkeit,
daß der
Gehalt an Si vorzugsweise mehr als 2,0 beträgt. Andererseits ist es notwendig,
daß die
obere Grenze für
die Zugabe von Si weniger als 12,0% beträgt, was einen eutektischen
Punkt darstellt, damit die Extrudierbarkeit nicht verringert oder
kein Brüchigwerden
des Extrusionsmaterial aufgrund des Auftretens von grobem primärem Si,
welches die Verformungsbeständigkeit
erhöht,
hervorgerufen wird. Für
eine befriedigende Extrusionsformbarkeit werden weniger als 6% zuzugeben.
-
Mg: 0,5–3,0%
-
Mg
hat den Effekt einer Verbesserung der Abtrennung von Splittern,
Verbesserung der Kalthärtbarkeit und
der Erhöhung
der Festigkeit des Rohmaterials durch Mischkristallbildung. Wenn
der Mg-Gehalt weniger als 0,5% beträgt, kann kein ausreichender
Effekt erhalten werden. Andererseits wird, wenn es in einer Menge von
mehr als 6,0% zugegeben wird, die Verformungsbeständigkeit
erhöht,
wodurch die Extrudierbarkeit vermindert wird. Hinsichtlich der Gewährleistung
der Festigkeit und bevorzugten Extrudierbarkeit beträgt die Zugabemenge
vorzugsweise 1,0% bis 3,0%. Hinsichtlich der Verbesserung der Extrudierbarkeit
bei gleichzeitiger Unterdrückung
der Verformungsbeständigkeit
während
der Extrusion kann ein bemerkenswerter Effekt erhalten werden, indem
der Gehalt auf weniger als 1,0%, insbesondere weniger als 0,9% festgelegt
wird. Entsprechend kann Mg in diesem Fall in einer Menge von 0,5
bis 1,0% oder 0,5 bis 0,9% vorhanden sein.
-
Mn: 0,5–2,0%
-
Mn
besitzt einen Effekt der Verbesserung der Festigkeit des Rohmaterials
durch Mischkristallbildung und einen Effekt der Förderung
der Splitterabtrennung zur Verbesserung der Kalthärtbarkeit.
Wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,5% beträgt, kann kein ausreichender
Effekt erhalten werden. Wenn andererseits Mn in einer Menge von
mehr als 2,0% zugegeben wird, wird die Extrudierbarkeit verringert.
Insbesondere hinsichtlich der Gewährleistung der Festigkeit und
der befriedigenden Extrudierbarkeit beträgt die Zugabemenge vorzugsweise
mehr als 0,7% und weniger als 1,5%.
-
Cu: 0,15–3,0%
-
Cu
besitzt Effekte der Verbesserung der Festigkeit des Rohmaterials
durch Mischkristallbildung und auch der Förderung der Splitterabtrennung
zur Verbesserung der Kalthärtbarkeit
und wird anstatt oder zusammen mit Mn zugegeben. Wenn jedoch der
Cu-Gehalt weniger als 0,15% beträgt,
ist der Effekt schwach. Wenn es andererseits in einer Menge von
mehr als 3,0% zugegeben wird, wird die Korrosionsbeständigkeit
und ebenso die Extrudierbarkeit vermindert. Insbesondere hinsichtlich
der Gewährleistung
der Festigkeit, befriedigenden Korrosionsbeständigkeit und Extrudierbarkeit
beträgt
die Zugabemenge vorzugsweise 0,3 bis 0,8%.
-
Cr: 0,04–0,35%
-
Cr
bildet mit Al eine Verbindung aus und erzeugt Ursprünge für die Auslösung der
Abtrennung von Splittern, wodurch die maschinelle Bearbeitbarkeit
verbessert wird. Wenn die Zugabemenge weniger als 0,04% beträgt, ist
der Effekt nicht ausreichend. Wenn sie andererseits 0,35% überschreitet,
werden grobe Verbindungen gebildet, wodurch die Extrudierbarkeit
verringert wird.
-
Ti: 0,01–0,1%
-
Ti
verfeinert die Gußstruktur
und stabilisiert die mechanische Eigenschaft. Wenn der Ti-Gehalt
weniger als 0,01% beträgt,
kann kein Effekt erhalten werden. Andererseits ist der Effekt abgesättigt, selbst
wenn es im Überschuß von 0,1%
zugegeben wird.
-
Weiterhin
sind in Übereinstimmung
mit den in JIS H 4040 spezifizierten chemischen Bestandteilen als unvermeidliche
Verunreinigungen in der Aluminiumlegierung Pb, Bi und Sn jeweils
in einer Menge von weniger als 0,05 Gew.-% erlaubt. Derartige Metalle
mit niedrigem Schmelzpunkt können,
wenn sie in großer
Menge enthalten sind, die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung
verschlechtern, haben aber keinen unerwünschten Effekt auf die Eigenschaften,
wenn die Menge im vorstehend beschriebenen Bereich liegt. Weiterhin
sind andere unvermeidliche Verunreinigungen jeweils in einer Menge
von weniger als 0,05 Gew.-% ebenfalls erlaubt.
-
Um
eine Verteilung der harten Körner
der zweiten Phase in den vorstehend beschriebenen Al-Si-Mg-Legierungen
zu erhalten, ist es notwendig, einen Schmelzblock mit einem DAS
von weniger als 50 μm
zu erhalten, welcher anschließend
einer Durchwärmbehandlung
bei 450 bis 520°C
unterzogen wird. Der Schmelzblock wird als Material für die maschinelle
Verarbeitung nach der Extrusion verwendet und kann entsprechend
der Zusammensetzung oder dem Bedarf für die maschinelle Verarbeitung
verwendet werden, nachdem er einer Härtungs-Alterungsbehandlung
oder einer Mischkristallbildung durch Wiedererhitzungs-Härtungs-Alterungsbehandlung
unterworfen wurde, oder einer maschinellen Verarbeitung nach einem
Schmiedevorgang unterworfen werden.
-
Weiterhin
wird der DAS durch eine Erstarrungsrate im Gußschritt gesteuert. Wenn er
mehr als 50 μm beträgt, liegt
die durchschnittliche Korngröße der Verbindung
des Si-Systems nach der Durchwärmbehandlung über 20 μm. Wenn andererseits
der DAS weniger als 10 μm
beträgt,
ist es schwierig, eine durchschnittliche Korngröße von mehr als 2 μm zu erhalten.
Wenn die Temperatur bei der Durchwärmbehandlung höher als 520°C ist, wachsen
die Körner
auf eine Größe an, die
in der durchschnittlichen Korngröße über 20 μm liegt. Andererseits wird
bei einer Temperatur unterhalb von 450°C die Verformungsbeständigkeit
groß und
die Extrudierbarkeit vermindert. Die Zeit für die Durchwärmbehandlung
beträgt
etwa 1 bis 24 Stunden. Ist sie kürzer als
1 h, ergibt sich kein Effekt, wohingegen der Effekt abgesättigt ist,
selbst wenn sie länger
als 24 h ist.
-
Nachstehend
werden erfindungsgemäße Beispiele
im Vergleich mit Vergleichsbeispielen genauer erläutert.
-
-
Legierungen
der in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzungen wurden geschmolzen
und Extrusionsbarren von jeweils 160 mm Durchmesser unter verschiedenen
Abkühlbedingungen
durch ein halbkontinuierliches Gießen hergestellt, von denen
jeder einer Durchwärmbehandlung
von 12 Stunden bei einer in Tabelle 1 gezeigten Durchwärmtemperatur
unterworfen wurde. Nach jeweiligem Messen des DAS des extrudierten
Barrens wurden diese bei einer Extrusionstemperatur von 500°C auf 60
mm Durchmesser extrudiert, direkt mit Wasser abgekühlt und
anschließend
für 6 h
einer Alterungsbehandlung bei 170°C
unterzogen, um die Testmaterialien herzustellen. Die durchschnittliche
Korngröße und das
Flächenverhältnis aller
Körner
der Verbindungen des Si-Systems, die maschinelle Bearbeitbarkeit,
der Werkzeugverschleiß und
die mechanischen Eigenschaften wurden mit den folgenden Verfahren
gemessen. Für
Vergleichsbeispiel 11 wurde, da keine Extrusion möglich war,
keine Messung durchgeführt.
-
Durchschnittliche Korngröße, Flächenverhältnis:
-
Die
durchschnittliche Korngröße und das
Flächenverhältnis der
Körner
der Verbindungen des Si-Systems wurden basierend auf einer optischen
Mikroskopaufnahme bei 400X unter Verwendung eines Bildanalysegeräts (LOOZEX,
Handelsname von Produkten, die von Nireco Co. hergestellt wurden)
bestimmt.
-
Maschinelle Bearbeitbarkeit:
-
Die
maschinelle Bearbeitung wurde unter Verwendung eines herkömmlich erhältlichen
Bohrers aus Hochgeschwindigkeitsstählen von 10 mm Durchmesser
unter den Bedingungen einer Umdrehungszahl von 1500 mm/min und einer
Zuführrate
von 300 mm/min durchgeführt.
Das Gewicht pro 100 Splittern wurde gemessen, und die Bewertung
erfolgte als "O" für diejenigen
mit einem Gewicht von weniger als 0,5 g und als "X" für diejenigen
mit mehr als 0,5 g Gewicht.
-
Werkzeugverschleiß:
-
50
Löcher
mit jeweils 20 mm Tiefe wurden unter den gleichen Bedingungen wie
vorstehend beschrieben in einem Testmaterial von 30 mm Dicke gebildet,
und die Bewertung erfolgte als "O" für diejenigen
mit Rmax an der Innenoberfläche des
fünfzigsten
Lochs von weniger als 6,3 μm
und als "X" für diejenigen
mit mehr als 6,3 μm
Rmax.
-
Mechanische Eigenschaften:
-
Es
wurden JIS Nr. 4-Testprobenkörper
verwendet, welche in Extrusionsrichtung entnommen worden waren,
und die Zugfestigkeit (σB), der Fließpunkt (σ0,2)
sowie die Ausdehnung (δ)
gemäß dem in
JIS Z 2241 festgelegten Metallmaterial-Testverfahren gemessen.
-
Die
Testergebnisse sind in Tabelle 1 gesammelt gezeigt. Die Testnummern
1–4 sind
für die
Beispiele, welche die erfindungsgemäßen Voraussetzungen sowohl
hinsichtlich der Zusammensetzung als auch der Herstellungsbedingungen
erfüllen
können,
die Testnummern 5 bis 7 sind für
diejenigen, welche die erfindungsgemäßen Voraussetzungen nur hinsichtlich
der Herstellungsbedingungen erfüllen
können,
und die Testnummern 8 bis 11 sind für diejenigen, welche die erfindungsgemäßen Voraussetzungen
nur hinsichtlich der Zusammensetzung erfüllen können.
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, sind die erfindungsgemäßen Beispiele 1–3, in denen
die Zusammensetzung, die durchschnittliche Korngröße und das
Flächenverhältnis der
harten Körner
der zweiten Phase (Verbindung des Si-Systems) die erfindungsgemäßen Voraussetzungen
erfüllen
können,
hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit bei weniger Werkzeugverschleiß ausgezeichnet.
Andererseits weist Vergleichsbeispiel 5 mit einem geringeren Si-Gehalt
eine geringe durchschnittliche Korngröße und eine schlechte maschinelle
Bearbeitbarkeit auf. Die Vergleichsbeispiele 6 und 7 mit einem großen Si-Gehalt
haben eine hohe durchschnittliche Korngröße, verursachen einen deutlichen
Werkzeugverschleiß und
weisen eine schlechte Materialausdehnung auf. Vergleichsbeispiel
8 mit einem geringeren DAS hat, obwohl es die erfindungsgemäßen Voraussetzungen
hinsichtlich der Zusammensetzung erfüllen kann, eine geringe durchschnittliche
Korngröße der harten Körner der
zweiten Phase und zeigt eine schlechte maschinelle Bearbeitbarkeit.
Vergleichsbeispiel 9 mit einem großen DAS hat eine hohe durchschnittliche
Korngröße mit deutlichem
Werkzeugverschleiß und
besitzt eine schlechte Materialausdehnung. Vergleichsbeispiel 10,
welches einer Durchwärmung
bei hoher Temperatur unterworfen wurde, weist eine hohe durchschnittliche
Korngröße mit deutlichem
Werkzeugverschleiß und
eine schlechte Ausdehnung auf.
-
Wie
vorstehend beschrieben weist die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung eine
ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit und auch ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften auf, obwohl keine Metalle mit niedrigem
Schmelzpunkt wie Pb und Si verwendet werden. Zusätzlich ist sie, da sie keine
Probleme wie ein Winden langer Splitter um das Werkzeug verursacht
und weniger Werkzeugverschleiß hervorruft,
besonders als Material für
Maschinenteile geeignet, welche durch automatische Vorgänge unter
Verwendung eines automatischen Werkzeugs hergestellt werden. Weiterhin
führt sie
nicht zu einer von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt hervorgerufenen
Warmbrüchigkeit,
weist hinsichtlich der Zurückgewinnung
keinen Nachteil auf und ist von außerordentlich großem industriellem
Wert.
-
Weiterhin
hat die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung,
da bei ihr die maschinelle Bearbeitbarkeit ohne Zugabe von Pb oder
Bi verbessert wird, eine ausgezeichnete Eloxal-Verarbeitungsfähigkeit auf und ermöglicht die
Ausbildung homogener und glänzender
Eloxalfilme. Wie vorstehend beschrieben wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zur Herstellung einer Aluminiumlegierung mit ausgezeichneter maschineller
Bearbeitbarkeit bereitgestellt, wobei in dem Verfahren eine Aluminiumlegierung,
die 1,5–6
Gew.-% Si, 0,5–3
Gew.-% Mg und 0,5–2
Gew.-% Mn enthält
sowie weiterhin einen Rest aus Al und unvermeidliche Verunreinigungen
umfasst, unter Erhalt eines Schmelzblocks mit einem Dendritenarmabstand
von 10 bis 50 μm
gegossen wird, welcher dann einer Durchwärmbehandlung bei 450–520°C für mehr als
1 Stunde und dann einer Extrusionsformung zugeführt wird, wonach direkt mit
Wasser abgekühlt
wird, sowie ein durch das Verfahren hergestelltes Aluminiumlegierungsprodukt,
wobei die durchschnittliche Korngröße von harten Körnern einer
zweiten Phase 2 bis 20 μm
und das Flächenverhältnis der
Körner
2 bis 12% beträgt.
