JP2000234135A - 切削性に優れた高強度アルミニウム合金 - Google Patents

切削性に優れた高強度アルミニウム合金

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JP2000234135A
JP2000234135A JP11033978A JP3397899A JP2000234135A JP 2000234135 A JP2000234135 A JP 2000234135A JP 11033978 A JP11033978 A JP 11033978A JP 3397899 A JP3397899 A JP 3397899A JP 2000234135 A JP2000234135 A JP 2000234135A
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aluminum alloy
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strength aluminum
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JP11033978A
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Hideo Yoshida
英雄 吉田
Shinichi Matsuda
眞一 松田
Hidechika Hatta
秀周 八太
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有害なPbを含有せず、従って地球環境を汚
染することを極めて少なく、且つ優れた切削性、強度特
性、加工性をそなえた切削用アルミニウム合金を提供す
る。 【解決手段】 Cu:2.0〜6.0%、In:0.0
1〜0.5%、Bi:0.05〜2.0%を含有し、残
部がAl及び不可避不純物からなり、不純物としてのP
bを0.05%以下に規制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削性に優れた高
強度アルミニウム合金、詳しくは、公害問題を生じるお
それのある鉛を含有せず、特に押出材および引抜き材と
して使用するのに適した切削性に優れた高強度アルミニ
ウム合金に関する。
【0002】
【従来の技術】切削用アルミニウム合金としては、従
来、Al−Cu系の2011合金、Al−Mg−Si系
の6262合金等が知られているが、これらのアルミニ
ウム合金はいずれも、切削性を向上させるために、低融
点元素の鉛(Pb)が添加されている。近年、Pbによ
る公害問題が採り上げられており、地球環境の観点か
ら、有害物質のPbを含有しない切削用アルミニウム合
金の開発が要請されるようになっている。
【0003】この要請から、Pbを含有しないで切削用
アルミニウム合金として、Cu:3.5〜6.0質量
%、Mg:0.4〜1.0質量%、あるいはMg:0.
5〜6質量%を含有するAl−Si系のアルミニウム合
金(特開平9−194977号公報、特開平10−81
75号公報)が提案されているが、これらのアルミニウ
ム合金は、従来の2011アルミニウム合金及び626
2アルミニウム合金等に比べての切削性が劣り、例えば
深いドリル加工を施すと、切削屑がつながってしまい、
切削屑をうまく排出できない等の難点がある。Pbの代
替としてInやSn、Biを添加したAl−Si−Mg
系合金も提案されているが、従来合金に比べて強度面で
必ずしも満足すべきものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、切削用アル
ミニウム合金における上記従来の問題点を解消するため
になされたものであり、その目的は、Pbを含有するこ
となく、従来の2011合金と同等以上の強度を有し、
同時にT3、T8処理後の切削性を向上させ、加工性を
保持した切削性に優れた高強度アルミニウム合金を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項1記載の切削性に優れた高強度アル
ミニウム合金は、Cu:2.0〜6.0%、In:0.
01〜0.5%、Bi:0.05〜2.0%を含有し、
残部がAl及び不純物からなり、不純物としてのPbを
0.05%以下に規制したことを特徴とする。
【0006】本発明の請求項2記載の切削性に優れた高
強度アルミニウム合金は、請求項1記載のアルミニウム
合金に、さらにSn:0.05〜2.0%を含有するこ
とを特徴とし、請求項3記載の切削性に優れた高強度ア
ルミニウム合金は、請求項1又は2記載のアルミニウム
合金に、さらにMg:0.1〜2.0%、Si:0.1
〜1.2%のうちの1種または2種を含有することを特
徴とする。
【0007】また、本発明の請求項4記載の切削性に優
れた高強度アルミニウム合金は、請求項1〜3記載のア
ルミニウム合金に、さらにMn:0.1〜2.0%、C
r:0.1〜0.3%のうちの1種又は2種を含有する
ことを特徴とし、請求項5記載の切削性に優れた高強度
アルミニウム合金は、請求項1〜4記載のアルミニウム
合金に、さらにFe:0.1〜0.4%、Ti:0.0
1〜0.2%、Zr:0.1〜0.3%、Ni:0.0
5〜2.3%のうちの1種又は2種以上を含有すること
を特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の切削用アルミニウム合金
における合金成分の意義およびその限定理由について説
明すると、アルミニウム合金中のCuは、合金マトリッ
クス中に固溶あるいは析出することによって、強度を向
上させるよう機能する。Cuの好ましい含有範囲は2.
0〜6.0%であり、2.0%未満でその効果が小さ
く、6.0%を越えると押出性が低下する。Cuのさら
に好ましい含有範囲は2.5〜5.7%である。
【0009】Inは、低融点元素であるInの化合物を
形成し、切削性の向上に機能する。Inの好ましい含有
範囲は0.01〜0.5%であり、0.01%未満では
その効果が十分でなく、0.5%を越えると押出材に欠
陥が生じ易くなる。Inのさらに好ましい含有範囲は
0.01〜0.3%である。BiもInと同様に、低融
点元素であるBiの化合物を形成し、切削性の向上に機
能する。Biの好ましい含有範囲は、0.05〜2.0
%であり、0.05%未満ではその効果が十分でなく、
2.0%を越えると押出材に欠陥が生じ易くなる。Bi
のさらに好ましい含有範囲は0.2〜1.0%である。
【0010】Snは、低融点元素であるSnの化合物を
形成し、切削性を向上させるよう機能する。Snの好ま
しい含有範囲は0.05〜2.0%であり、0.05%
未満ではその効果が十分でなく、2.0%を越えると押
出材に欠陥が生じ易くなる。Snのさらに好ましい含有
範囲は0.4〜1.2%である。
【0011】Mgは、Si及び/又はCuと共存するこ
とにより、強度及び切削性を向上させるよう機能する。
Mgの好ましい含有範囲は0.1〜2.0%であり、
0.1%未満ではその効果が小さく、2.0%を越える
と押出性が低下する。Mgのさらに好ましい含有範囲は
0.1〜1.5%である。
【0012】Siは、強度向上に寄与し、特にMgと共
存することにより、Mg2 Siを生成して強度を高め、
更に共晶Siを分散させることにより、切削性を向上す
るよう機能する。Siの好ましい含有範囲は0.1〜
1.2%であり、0.1%未満ではその効果が十分でな
く、1.2%を越えると押出性や切削工具寿命が低下す
る。Siのさらに好ましい含有範囲は0.1〜0.5%
である。
【0013】Mnは、Al−Mn系及びAl−Mn−F
e−Si系の化合物粒子を析出して、再結晶粒を微細化
し、強度及び切削性を向上させるよう機能する。Mnの
好ましい含有範囲は0.1〜2.0%であり、0.1%
未満ではその効果が十分でなく、2.0%を越えると押
出性が低下する。Mnのさらに好ましい含有範囲は0.
1〜0.3%である。
【0014】Crは、再結晶粒の微細化に寄与し、強度
及び切削性を向上させるよう機能する。Crの好ましい
含有範囲は0.1〜0.3%であり、0.1%未満では
その効果が小さく、0.3%を越えると粗大晶出物の晶
出により押出材に欠陥が生じ易くなる。Crのさらに好
ましい含有範囲は0.1〜0.2%である。
【0015】Feは、強度と切削性を高める。特にMn
と共存した場合、Al−Mn−Fe−Si系の化合物粒
子を析出し、再結晶粒を微細化し、強度及び切削性を向
上させるよう機能する。Feの好ましい含有範囲は0.
1〜0.4%であり、0.1%未満ではその効果が小さ
く、0.4%を越えると粗大化合物の晶出により、押出
材に欠陥が生じ易くなる。Feのさらに好ましい含有範
囲は0.1〜0.3%である。
【0016】Tiは、鋳造組織を微細化し、微細な晶出
物を形成して切削性を向上させるよう機能する。Tiの
好ましい含有範囲は0.01〜0.2%であり、0.0
1%未満ではその効果が小さく、0.2%を越えると粗
大化合物の晶出により、押出材に欠陥が生じる易くな
る。Tiのさらに好ましい含有範囲は0.01〜0.1
%である。
【0017】Zrは、Crと同様に、再結晶粒の微細化
に寄与し、強度及び切削性を向上させるよう機能する。
Zrの好ましい含有範囲は0.1〜0.3%であり、
0.1%未満ではその効果が小さく、0.3%を越える
と粗大化合物の晶出により、押出材に欠陥が生じ易くな
る。Zrのさらに好ましい含有範囲は、0.1〜0.2
%である。
【0018】Niは、Ni系の析出物を析出させ、強度
を向上させるよう機能する。Niの好ましい含有範囲は
0.05〜2.3%であり、0.05%未満ではその効
果が小さく、2.3%を越えると切削性を低下させる。
Niのさらに好ましい含有範囲は0.5〜1.2%であ
る。
【0019】本発明のアルミニウム合金は、例えば、連
続鋳造により上記の組成を有するアルミニウム合金ビレ
ットを造塊し、均質化処理した後、押出加工を行い、得
られた押出材を、溶体化処理後、水焼き入れし、その
後、引き抜き加工してT3処理材として使用する。その
後更に人工時効処理してT8処理材として使用すること
もできる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明すると共に、それに基づいてその効果を実証する。な
お、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様を
説明するためのものであって、これにより本発明が制限
されることはない。
【0021】実施例1 連続鋳造により、表1に示す成分組成(No.1〜15
に示す組成)を有するアルミニウム合金ビレット(直径
90mm)を造塊し、均質化処理を施した後、押出加工
を行って、直径30mmの押出棒及び厚さ10mm、幅
40mmの押出形材をそれぞれ作製する。得られた直径
30mmの各押出棒を500℃の温度で2時間溶体化処
理した後、水焼入れを行い、直径27mmまで引き抜き
加工してT3処理材を作製した。その後、更に170℃
で4時間の人工時効処理を行いT8処理材を作製し、得
られた各押出棒、各T3処理材及び各T8処理材につい
て、(1)切削性、(2)強度、(3)押出性を評価し
た。
【0022】(1)切削性 押出棒から採取した試験片の中心部に、下記条件でドリ
ルにて穴を開け、穴を開ける過程で排出された切削屑1
00個あたりの重量(g/100個)を測定して切削性
を評価する。 切削工具:ストレートドリル(標準JISドリル、高速
度鋼、φ20mm) 回転数 :1500rpm 送り速度:150mm/min 潤滑油 :エマルジョンタイプ (評価基準) ○:20未満 △:20以上100未満 ×:100以上
【0023】(2)強度 各T3処理材及び各T8処理材について、引張強さ(σ
B )の測定を室温にて行い、その測定値を以下の基準で
評価する。 ○:2011アルミニウム合金の測定値と同等以上 ×:2011アルミニウム合金の測定値未満
【0024】(3)押出性 押出温度:400℃、押出速度:1m/分で、上記の厚
さ10mm、幅40mmの形状に押出した場合における
押出形材の表面欠陥の発生を観察し、評価する。 ○:表面欠陥なし ×:表面欠陥あり 以上の評価結果を表1に示す。
【0025】
【表1】 《表注》※1: Mn0.2 %、Cr0.15% ※2: Fe0.35% ※3: Ti0.1 % ※4: Zr0.15% ※5: Ni1.1 %
【0026】表1にみられるように、本発明の条件を満
たす実施例(No.1〜15)は、いずれも、切削性、
強度及び押出性の評価が全てて○であり、従来の201
1合金と同等若しくはそれ以上の評価を得ることが出来
た。
【0027】比較例1 連続鋳造により、表2に示す成分組成(No.16〜3
2に示す組成)を有するアルミニウム合金ビレット(直
径90mm)を造塊し、実施例1と同一工程で、各押出
棒、各T3処理材及び各T8処理材を作製し、これらを
試験材として、実施例1と同様に切削性、強度、押出性
を測定し、評価する。評価結果を表2にに示す。なお、
表2において、本発明の条件を外れたものには下線を付
した。
【0028】
【表2】 《表注》※6: Mn2.2 % ※7: Fe0.5 % ※8: Ti0.3 % ※9: Zr0.4 % ※10: Cr0.4 % ※11: Ni2.4 % 試験材No.31: Pbを0.5 %含有しているため公害の恐れがある。
【0029】表2に示すように、本発明の条件を満たさ
ない試験材No.16〜32は、切削性、強度、押出性
のいずれかが劣っている。試験材No.16はCu量が
少ないため強度が低く、試験材No.17はCu量が多
いため押出性が劣る。試験材No.18はMg量が多い
ため、また試験材No.19はSi量が多いため、いず
れも押出性が劣っている。試験材No.20はInの含
有量が少ないため切削性がわるい。
【0030】試験材No.21はIn量が多く、試験材
No.22はSn量が多く、また試験材No.24はB
i量が多いため押出性が劣る。試験材No.23は、B
i量が少ないため切削性が劣る。試験材No.25はM
n量が多く、試験材No.26はFe量が多く、試験材
No.27はTi量が多く、また試験材No.28はZ
r量が多いため押出性が劣る。
【0031】試験材No.29はCr量が多いため、押
出に問題があり、試験材No.30はNi量が多いため
切削性が低下している。また、試験材No.31は、切
削性、強度、押出性ともに良好であるが、有害物質のP
bを含有するため、公害発生源となる恐れがあり、実用
上問題がある。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、Pbを含有することな
く、従って、Pbによる環境汚染、公害源となる恐れが
なく、且つ優れた切削性、強度及び加工性をそなえた切
削用アルミニウム合金が提供される。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu:2.0〜6.0%(重量%、以下
    同じ)、In:0.01〜0.5%、Bi:0.05〜
    2.0%を含有し、残部がAl及び不純物からなり、不
    純物としてのPbを0.05%以下に規制したことを特
    徴とする切削性に優れた高強度アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 さらにSn:0.05〜2.0%を含有
    することを特徴とする請求項1記載の切削性に優れた高
    強度アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 さらにMg:0.1〜2.0%、Si:
    0.1〜1.2%のうちの1種または2種を含有するこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の切削性に優れた高
    強度アルミニウム合金。
  4. 【請求項4】 さらにMn:0.1〜2.0%、Cr:
    0.1〜0.3%のうちの1種又は2種を含有すること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の切削性に
    優れた高強度アルミニウム合金。
  5. 【請求項5】 さらにFe:0.1〜0.4%、Ti:
    0.01〜0.2%、Zr:0.1〜0.3%、Ni:
    0.05〜2.3%のうちの1種又は2種以上を含有す
    ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の切
    削性に優れた高強度アルミニウム合金。
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