JP2004292864A - アルミニウム複合材の熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材の伸びを向上させることである。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質のＳｉＣ粒子を複合させたアルミニウム複合材を熱処理する際に、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を油冷として冷却速度を緩やかにする（実施例３〜６）か、または容体化処理を２段階処理として処理時間を短くする（実施例７）ことにより、時効処理過程において伸びの阻害因子となる硬質な金属間化合物であるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させ、通常の熱処理を行った場合（比較例１，２）に比べて伸びを大幅に向上させたのである。
【選択図】 図２
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質のＳｉＣ粒子を複合させたアルミニウム複合材を熱処理する際に、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を油冷として冷却速度を緩やかにする（実施例３〜６）か、または容体化処理を２段階処理として処理時間を短くする（実施例７）ことにより、時効処理過程において伸びの阻害因子となる硬質な金属間化合物であるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させ、通常の熱処理を行った場合（比較例１，２）に比べて伸びを大幅に向上させたのである。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金は、鋼に比べて軽量なうえ、熱処理により強度や伸びも機械構造部品に必要な水準に調整できるため、車両用部材や航空機用部材等の素材として広く使用されている。しかし、最近では、このようなアルミニウム合金を使用した部材の中でも、特に他の部材との摺動部を有するものについては、交換周期の延長を図るため、耐摩耗性の向上が求められている。
【０００３】
このような軽量部材の耐摩耗性を向上させるための手段の一つとして、その素材を、アルミニウム合金中にＳｉＣ等の高硬度の粒子を均一に分散させたアルミニウム複合材に変更することが考えられる。しかしながら、このアルミニウム複合材は、母材中に分散する硬質粒子にほとんど弾性がないため、通常の熱処理を行っても伸びが低いものとなることは避けられない。
【０００４】
例えば、Ｓｉを８〜１０ｗｔ％、Ｍｇを０．３〜０．６ｗｔ％含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ：ＡＣ４Ａ）は、約５２５℃×約１０時間の容体化処理後に約１６０℃×約９時間の時効処理を行うことにより、約３％の伸びが得られる（例えば、非特許文献１参照。）が、同じ組成のアルミニウム合金に２０ｖｏｌ％のＳｉＣを複合させたアルミニウム複合材では、同じ熱処理を行っても、伸びがほぼ０％となってしまう。
【０００５】
【非特許文献１】
「アルミニウムの組織と性質」軽金属学会、１９９１年、ｐ．５１８−５２１
【０００６】
従って、硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材は、耐摩耗性には優れるが、ある程度伸びが必要とされる用途には使用できないのが現状であった。
【０００７】
例えば、図１に示す鉄道車両用のブレーキディスク１では、ブレーキ作動時にブレーキパッド４と摺動して入熱される外周部と、車輪３の回転により常に冷却されている内周側ボルト締付部との間に熱膨張差が生じ、この熱膨張差を十分に吸収できるだけの伸びが要求される。従って、このブレーキディスク１の素材として硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材を使用すれば、ボルト締付部に熱亀裂が発生して割れてしまうおそれがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の課題は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材の伸びを向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、アルミニウム複合材を熱処理する際に、伸びの阻害因子となる硬質な金属間化合物であるＭｇ２ Ｓｉの析出量を抑えるようにしたのである。
【００１０】
Ｍｇ２ Ｓｉの析出量を抑えるための具体的な手段としては、容体化処理後に人工時効処理を行う熱処理方法において、前記容体化処理の保持温度から前記時効処理の保持温度への冷却を油冷とする方法を採用することができる。
【００１１】
すなわち、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を従来の水冷から油冷に変更することにより、冷却速度を緩やかにし、冷却後に過飽和に固溶されるＭｇおよびＳｉの量を少なくして、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させたのである。
【００１２】
また、別の具体的な手段として、前記容体化処理を、５５０〜５６０℃で１〜３時間保持する１次容体化処理と、５３０〜５４０℃で３〜５時間保持する２次容体化処理とに分けて行う方法を採用することもできる。
【００１３】
すなわち、容体化処理を従来の１段階処理から２段階処理に変更することにより、容体化処理全体の時間を短くし、時効処理温度への冷却開始前のＭｇおよびＳｉの固溶量を少なくするようにしても、時効処理でのＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態の熱処理の対象となる鉄道車両用ブレーキディスク１を示す。このブレーキディスク１は、中央の取付孔１ａの周縁に複数のボルト孔１ｂを有する円盤状に形成されており、鉄道車両の車軸２の外径に嵌め込まれて車輪３にボルト締めされた状態で使用され、ブレーキ作動時には外周部にブレーキパッド４が押し付けられるようになっている。このディスク１では、前述のように、ブレーキ作動時にパッド４との摺動により入熱される外周部と、車輪３の回転により常に冷却されている内周側ボルト締付部との間に熱膨張差が生じるため、この熱膨張差を吸収できるだけの伸び（本発明者らの解析では０．７％以上）が必要である。
【００１５】
この実施形態では、前記ブレーキディスク１を、Ｓｉを８〜１０ｗｔ％、Ｍｇを０．３〜０．６ｗｔ％含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ：ＡＣ４Ａ）に２０ｖｏｌ％のＳｉＣ粒子を均一に分散させたアルミニウム複合材で形成し、本発明を適用した熱処理を行って、必要な伸びの確保を図るようにした。
【００１６】
ここで、前記アルミニウム複合材の伸びに対する本発明の熱処理方法の効果を確認するため、以下の実験を行った。実験は、アルミニウム複合材の試験片を７個用意し、各試験片に対してそれぞれ異なる熱処理を行って、熱処理後の強度や伸び等の機械的性質を調査した。
【００１７】
図２は、前記各試験片の熱処理条件と機械的性質の測定結果を示す。この図２から、容体化処理温度から水冷して時効処理する通常の熱処理を行った比較例（Ｎｏ．１、２）の伸びが非常に低いレベルにあるのに対して、容体化処理温度からの冷却を油冷とした実施例（Ｎｏ．３〜６）では、１．０％前後の伸びが得られていることがわかる。また、容体化処理を１次処理と２次処理とに分けて行った実施例（Ｎｏ．７）でも、１．２％の伸びが得られた。この結果から、本発明の熱処理方法を適用して、容体化処理および時効処理の温度や時間を適切に設定することにより、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量が減少して、伸びが大幅に向上することが確認された。
【００１８】
なお、各実施例の母材硬さは比較例よりも低くなっているが、母材中に非常に硬度の高いＳｉＣ粒子が均一に分散しており、複合材全体としては十分に高い耐摩耗性が得られるので、ある程度の母材硬さの低下は問題とならない。また、強度（抗張力、０．２％耐力）についても、標準的な熱処理条件の比較例（Ｎｏ．１）に比べると低いが、ブレーキディスクに必要なレベルは確保されている。
【００１９】
従って、前記アルミニウム複合材を素材として形成したブレーキディスクに対して、図２に示した各実施例のいずれかの熱処理を行うことにより、ディスク内周側と外周側の熱膨張差を十分に吸収する伸びが得られ、ディスクを長期間安定して使用できるようになる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材を熱処理する際に、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を油冷として冷却速度を緩やかにするか、または容体化処理を２段階処理として処理時間を短くすることにより、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させたので、通常の熱処理を行った場合に比べて伸びを大幅に向上させることができる。従って、この発明を適用したアルミニウム複合材は、ある程度の伸びが必要な用途でも、割れ等を発生することなく安定して使用することができ、耐摩耗性向上の要求に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な鉄道車両用のブレーキディスクの正面図
【図２】アルミニウム複合材の伸びに対する本発明の熱処理方法の効果を示す表
【符号の説明】
１ ブレーキディスク
１ａ 取付孔
１ｂ ボルト孔
２ 車軸
３ 車輪
４ ブレーキパッド
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金は、鋼に比べて軽量なうえ、熱処理により強度や伸びも機械構造部品に必要な水準に調整できるため、車両用部材や航空機用部材等の素材として広く使用されている。しかし、最近では、このようなアルミニウム合金を使用した部材の中でも、特に他の部材との摺動部を有するものについては、交換周期の延長を図るため、耐摩耗性の向上が求められている。
【０００３】
このような軽量部材の耐摩耗性を向上させるための手段の一つとして、その素材を、アルミニウム合金中にＳｉＣ等の高硬度の粒子を均一に分散させたアルミニウム複合材に変更することが考えられる。しかしながら、このアルミニウム複合材は、母材中に分散する硬質粒子にほとんど弾性がないため、通常の熱処理を行っても伸びが低いものとなることは避けられない。
【０００４】
例えば、Ｓｉを８〜１０ｗｔ％、Ｍｇを０．３〜０．６ｗｔ％含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ：ＡＣ４Ａ）は、約５２５℃×約１０時間の容体化処理後に約１６０℃×約９時間の時効処理を行うことにより、約３％の伸びが得られる（例えば、非特許文献１参照。）が、同じ組成のアルミニウム合金に２０ｖｏｌ％のＳｉＣを複合させたアルミニウム複合材では、同じ熱処理を行っても、伸びがほぼ０％となってしまう。
【０００５】
【非特許文献１】
「アルミニウムの組織と性質」軽金属学会、１９９１年、ｐ．５１８−５２１
【０００６】
従って、硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材は、耐摩耗性には優れるが、ある程度伸びが必要とされる用途には使用できないのが現状であった。
【０００７】
例えば、図１に示す鉄道車両用のブレーキディスク１では、ブレーキ作動時にブレーキパッド４と摺動して入熱される外周部と、車輪３の回転により常に冷却されている内周側ボルト締付部との間に熱膨張差が生じ、この熱膨張差を十分に吸収できるだけの伸びが要求される。従って、このブレーキディスク１の素材として硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材を使用すれば、ボルト締付部に熱亀裂が発生して割れてしまうおそれがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の課題は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材の伸びを向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、アルミニウム複合材を熱処理する際に、伸びの阻害因子となる硬質な金属間化合物であるＭｇ２ Ｓｉの析出量を抑えるようにしたのである。
【００１０】
Ｍｇ２ Ｓｉの析出量を抑えるための具体的な手段としては、容体化処理後に人工時効処理を行う熱処理方法において、前記容体化処理の保持温度から前記時効処理の保持温度への冷却を油冷とする方法を採用することができる。
【００１１】
すなわち、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を従来の水冷から油冷に変更することにより、冷却速度を緩やかにし、冷却後に過飽和に固溶されるＭｇおよびＳｉの量を少なくして、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させたのである。
【００１２】
また、別の具体的な手段として、前記容体化処理を、５５０〜５６０℃で１〜３時間保持する１次容体化処理と、５３０〜５４０℃で３〜５時間保持する２次容体化処理とに分けて行う方法を採用することもできる。
【００１３】
すなわち、容体化処理を従来の１段階処理から２段階処理に変更することにより、容体化処理全体の時間を短くし、時効処理温度への冷却開始前のＭｇおよびＳｉの固溶量を少なくするようにしても、時効処理でのＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態の熱処理の対象となる鉄道車両用ブレーキディスク１を示す。このブレーキディスク１は、中央の取付孔１ａの周縁に複数のボルト孔１ｂを有する円盤状に形成されており、鉄道車両の車軸２の外径に嵌め込まれて車輪３にボルト締めされた状態で使用され、ブレーキ作動時には外周部にブレーキパッド４が押し付けられるようになっている。このディスク１では、前述のように、ブレーキ作動時にパッド４との摺動により入熱される外周部と、車輪３の回転により常に冷却されている内周側ボルト締付部との間に熱膨張差が生じるため、この熱膨張差を吸収できるだけの伸び（本発明者らの解析では０．７％以上）が必要である。
【００１５】
この実施形態では、前記ブレーキディスク１を、Ｓｉを８〜１０ｗｔ％、Ｍｇを０．３〜０．６ｗｔ％含有するＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金（ＪＩＳ：ＡＣ４Ａ）に２０ｖｏｌ％のＳｉＣ粒子を均一に分散させたアルミニウム複合材で形成し、本発明を適用した熱処理を行って、必要な伸びの確保を図るようにした。
【００１６】
ここで、前記アルミニウム複合材の伸びに対する本発明の熱処理方法の効果を確認するため、以下の実験を行った。実験は、アルミニウム複合材の試験片を７個用意し、各試験片に対してそれぞれ異なる熱処理を行って、熱処理後の強度や伸び等の機械的性質を調査した。
【００１７】
図２は、前記各試験片の熱処理条件と機械的性質の測定結果を示す。この図２から、容体化処理温度から水冷して時効処理する通常の熱処理を行った比較例（Ｎｏ．１、２）の伸びが非常に低いレベルにあるのに対して、容体化処理温度からの冷却を油冷とした実施例（Ｎｏ．３〜６）では、１．０％前後の伸びが得られていることがわかる。また、容体化処理を１次処理と２次処理とに分けて行った実施例（Ｎｏ．７）でも、１．２％の伸びが得られた。この結果から、本発明の熱処理方法を適用して、容体化処理および時効処理の温度や時間を適切に設定することにより、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量が減少して、伸びが大幅に向上することが確認された。
【００１８】
なお、各実施例の母材硬さは比較例よりも低くなっているが、母材中に非常に硬度の高いＳｉＣ粒子が均一に分散しており、複合材全体としては十分に高い耐摩耗性が得られるので、ある程度の母材硬さの低下は問題とならない。また、強度（抗張力、０．２％耐力）についても、標準的な熱処理条件の比較例（Ｎｏ．１）に比べると低いが、ブレーキディスクに必要なレベルは確保されている。
【００１９】
従って、前記アルミニウム複合材を素材として形成したブレーキディスクに対して、図２に示した各実施例のいずれかの熱処理を行うことにより、ディスク内周側と外周側の熱膨張差を十分に吸収する伸びが得られ、ディスクを長期間安定して使用できるようになる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材を熱処理する際に、容体化処理温度から時効処理温度への冷却を油冷として冷却速度を緩やかにするか、または容体化処理を２段階処理として処理時間を短くすることにより、時効処理過程におけるＭｇ２ Ｓｉの析出量を減少させたので、通常の熱処理を行った場合に比べて伸びを大幅に向上させることができる。従って、この発明を適用したアルミニウム複合材は、ある程度の伸びが必要な用途でも、割れ等を発生することなく安定して使用することができ、耐摩耗性向上の要求に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な鉄道車両用のブレーキディスクの正面図
【図２】アルミニウム複合材の伸びに対する本発明の熱処理方法の効果を示す表
【符号の説明】
１ ブレーキディスク
１ａ 取付孔
１ｂ ボルト孔
２ 車軸
３ 車輪
４ ブレーキパッド
Claims (2)
- Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材に対して、容体化処理後に人工時効処理を行う熱処理方法において、前記容体化処理の保持温度から前記時効処理の保持温度への冷却を油冷としたことを特徴とするアルミニウム複合材の熱処理方法。
- Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金に硬質粒子を複合させたアルミニウム複合材に対して、容体化処理後に人工時効処理を行う熱処理方法において、前記容体化処理を、５５０〜５６０℃で１〜３時間保持する１次容体化処理と、５３０〜５４０℃で３〜５時間保持する２次容体化処理とに分けて行うようにしたことを特徴とするアルミニウム複合材の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003084942A JP2004292864A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | アルミニウム複合材の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003084942A JP2004292864A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | アルミニウム複合材の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004292864A true JP2004292864A (ja) | 2004-10-21 |
Family
ID=33399985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003084942A Pending JP2004292864A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | アルミニウム複合材の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004292864A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1646210A1 (en) | 2004-10-05 | 2006-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | IP telephone apparatus for selection of a communication service based on call rates and service availability |
| CN104087773A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-10-08 | 北京理工大学 | 一种纳米晶铝的制备方法 |
| CN104561856A (zh) * | 2014-07-23 | 2015-04-29 | 霍山汇能汽车零部件制造有限公司 | 一种4032铝合金热处理工艺 |
| CN105543740A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 百色学院 | 提高铝合金防腐蚀性能的热处理工艺 |
| CN112119172A (zh) * | 2018-03-27 | 2020-12-22 | 日轻商菱铝业株式会社 | Al－Si－Mg系铝合金 |
| CN112522647A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-19 | 上海汽车变速器有限公司 | 含稀土铝硅合金高真空压铸高延伸率热处理方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003084942A patent/JP2004292864A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1646210A1 (en) | 2004-10-05 | 2006-04-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | IP telephone apparatus for selection of a communication service based on call rates and service availability |
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| CN112119172A (zh) * | 2018-03-27 | 2020-12-22 | 日轻商菱铝业株式会社 | Al－Si－Mg系铝合金 |
| US11649530B2 (en) | 2018-03-27 | 2023-05-16 | Nikkei Mc Aluminium Co., Ltd. | Al—Si—Mg aluminum alloy |
| CN112522647A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-19 | 上海汽车变速器有限公司 | 含稀土铝硅合金高真空压铸高延伸率热处理方法 |
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