JP2005054231A - Aluminum composite material, parts for machine structure, and method for forming extruded material made of aluminum alloy - Google Patents

Aluminum composite material, parts for machine structure, and method for forming extruded material made of aluminum alloy Download PDF

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竜治 志賀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum composite material which has superior scuffing resistance and abrasion resistance, and shows superior extrusion characteristics; part items for machine structure; and a method for forming an extruded material made of an aluminum alloy. <P>SOLUTION: The aluminum composite material comprises the aluminum alloy 10 and hard particles 20. The aluminum alloy 10 includes, by mass%, 3% to 9.5% iron (Fe), 1% to 6% copper (Cu), 0.3% to 3% magnesium (Mg), and more than 0 but less than 1 mass% silicon (Si). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、一般的には、アルミニウム複合材料、機械構造部品およびアルミニウム合金製押出し材の成形方法に関する。より特定的には、大きい割合で硬質粒子を含むアルミニウム複合材料、機械構造部品およびアルミニウム合金製押出し材の成形方法に関する。   The present invention generally relates to a method for forming an aluminum composite material, a machine structural component, and an aluminum alloy extruded material. More specifically, the present invention relates to a method of forming an aluminum composite material containing a large proportion of hard particles, a machine structural component, and an aluminum alloy extruded material.

従来、鉄を多量に含む急冷凝固粉末Al−Fe系アルミニウム合金は、高温において優れた強度特性を示し、8質量%の割合で鉄を含むAl−8Fe合金などが知られている。このようなアルミニウム合金は、たとえば、特開平3−253536号公報(特許文献1)に開示されている。   Conventionally, a rapidly solidified powder Al—Fe-based aluminum alloy containing a large amount of iron exhibits excellent strength characteristics at high temperatures, and an Al-8Fe alloy containing iron at a rate of 8 mass% is known. Such an aluminum alloy is disclosed, for example, in JP-A-3-253536 (Patent Document 1).

また別に、アルミニウム合金にアルミナやシリコンなどの硬質粒子を添加し、熱間押出し法によってそのアルミニウム合金からスリーブやシリンダーライナーなどが成形されることが知られている。スリーブやシリンダーライナーは、エンジンに組み込まれてピストンリングと摺動する。アルミニウム合金に硬質粒子を添加することによって、スリーブやシリンダーライナーの摺動面から突出した状態の硬質粒子が、摺動するピストンリングに接触する。このため、スリーブやシリンダーライナーの耐磨耗特性および耐スカッフ特性を向上させることができる。
特開平3−253536号公報
Separately, it is known that hard particles such as alumina and silicon are added to an aluminum alloy, and a sleeve, a cylinder liner, and the like are formed from the aluminum alloy by a hot extrusion method. The sleeve and cylinder liner are incorporated into the engine and slide with the piston ring. By adding hard particles to the aluminum alloy, the hard particles in a state of protruding from the sliding surface of the sleeve or the cylinder liner come into contact with the sliding piston ring. For this reason, the wear resistance and scuff resistance of the sleeve and cylinder liner can be improved.
JP-A-3-253536

Al−Fe系アルミニウム合金は、200℃を超える温度では優れた強度を示すものの、150℃以下の温度では他の合金に比較して強度が低下する。また、熱間押出し法によってアルミニウム合金からスリーブやシリンダーライナーを成形する際、アルミニウム合金は400℃から500℃程度の温度下に置かれる。しかし、高温時の高強度ゆえに、Al−8Fe合金等の耐熱性アルミニウム合金は、その温度下で20%以下程度の伸びしか示さない。   The Al—Fe-based aluminum alloy exhibits excellent strength at temperatures exceeding 200 ° C., but the strength decreases at temperatures of 150 ° C. or lower compared to other alloys. Further, when forming a sleeve or a cylinder liner from an aluminum alloy by a hot extrusion method, the aluminum alloy is placed at a temperature of about 400 ° C. to 500 ° C. However, because of the high strength at high temperatures, heat-resistant aluminum alloys such as Al-8Fe alloys exhibit only about 20% or less elongation at that temperature.

このようにアルミニウム合金の伸びが低いことから、硬質粒子の添加量を多くすると、押出し成形時にアルミニウム合金にひび割れが発生するという問題が生じる。硬質粒子の添加量を多くすると、アルミニウム合金中で硬質粒子が凝集しやすくなり、硬質粒子の凝集した部分を起点にひび割れが発生するからである。しかし、ひび割れの発生するおそれがない範囲で硬質粒子を添加しただけでは、スリーブやシリンダーライナーの耐磨耗特性および耐スカッフ特性を十分に向上させることができない。   Since the elongation of the aluminum alloy is low in this way, if the amount of hard particles added is increased, there arises a problem that cracks occur in the aluminum alloy during extrusion molding. This is because if the addition amount of the hard particles is increased, the hard particles are easily aggregated in the aluminum alloy, and cracks are generated starting from the aggregated portion of the hard particles. However, the wear resistance and scuff resistance of sleeves and cylinder liners cannot be sufficiently improved only by adding hard particles within a range where there is no risk of cracking.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、耐磨耗特性および耐スカッフ特性に優れるとともに、優れた押出し特性を示すアルミニウム複合材料、機械構造部品およびアルミニウム合金製押出し材の成形方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and is formed of an aluminum composite material, a machine structural component, and an aluminum alloy extruded material that exhibit excellent wear resistance and scuff resistance characteristics and excellent extrusion characteristics. Is to provide a method.

この発明に従ったアルミニウム複合材料は、アルミニウム合金と、硬質粒子とを備える。アルミニウム合金は、アルミニウム合金に対して、3質量%以上9.5質量%以下の鉄(Fe)と、1質量%以上6質量%以下の銅(Cu)と、0.3質量%以上3質量%以下のマグネシウム(Mg)と、0を超え1質量%未満のシリコン(Si)とを含む。ここでいう硬質粒子は、アルミニウム合金のマトリクスに対してビッカース硬さHv100以上のものをいう。好ましくは、アルミニウム複合材料に対する硬質粒子の割合は、単位面積当たり5面積%以上30面積%以下である。   The aluminum composite material according to the present invention includes an aluminum alloy and hard particles. The aluminum alloy is 3% by mass to 9.5% by mass of iron (Fe), 1% by mass to 6% by mass of copper (Cu), and 0.3% by mass to 3% by mass with respect to the aluminum alloy. % Magnesium (Mg) or less and less than 1% by mass of silicon (Si). Here, the hard particles are those having a Vickers hardness of Hv 100 or more with respect to the matrix of the aluminum alloy. Preferably, the ratio of the hard particles to the aluminum composite material is 5 area% or more and 30 area% or less per unit area.

発明者等は、このような金属組成を備えるアルミニウム合金が、室温から200℃程度までの温度において高い強度を示し、400℃以上の温度で高い伸びを示すことを知見した。また、このアルミニウム合金によれば、時効処理のための熱処理を行なうことなく、上述の特性が得られることを知見した。   The inventors have found that an aluminum alloy having such a metal composition exhibits high strength at temperatures from room temperature to about 200 ° C., and exhibits high elongation at temperatures of 400 ° C. or higher. Further, it has been found that according to this aluminum alloy, the above-mentioned characteristics can be obtained without performing a heat treatment for aging treatment.

このような知見から、このアルミニウム合金と硬質粒子とから形成されたアルミニウム複合材料は、400℃以上の温度で高い伸びを示す。このため、アルミニウム複合材料に硬質粒子を含む場合であっても、アルミニウム複合材料の押出し成形時にひび割れが生じるおそれがない。一方、そのアルミニウム複合材料は、室温から200℃程度までの温度において高い強度を示す。   From such knowledge, the aluminum composite material formed from this aluminum alloy and hard particles exhibits high elongation at a temperature of 400 ° C. or higher. For this reason, even if it is a case where an aluminum composite material contains a hard particle, there is no possibility that a crack may arise at the time of extrusion molding of an aluminum composite material. On the other hand, the aluminum composite material exhibits high strength at temperatures from room temperature to about 200 ° C.

硬質粒子は、アルミニウム複合材料の表面から突出し、アルミニウム複合材料の表面と、その表面に対して摺動する部材とが直接接触することを抑制する。硬質粒子の割合が5面積%以上である場合、このような効果を十分に得ることができる。また、硬質粒子の割合が30面積%以下である場合、アルミニウム複合材料の被削性が良好であり、硬質粒子の割合が大きすぎることによるアルミニウム複合材料の押出し特性の低下を招くことがない。   The hard particles protrude from the surface of the aluminum composite material and suppress the direct contact between the surface of the aluminum composite material and a member that slides on the surface. When the ratio of the hard particles is 5 area% or more, such an effect can be sufficiently obtained. Moreover, when the ratio of a hard particle is 30 area% or less, the machinability of an aluminum composite material is favorable, and the extrusion characteristic of the aluminum composite material is not lowered due to the excessive ratio of the hard particle.

以上に説明した理由から、本発明によれば、耐磨耗特性および耐スカッフ特性に優れるとともに、優れた押出し特性を示すアルミニウム複合材料を実現することができる。   For the reasons described above, according to the present invention, it is possible to realize an aluminum composite material that is excellent in wear resistance and scuff resistance and exhibits excellent extrusion characteristics.

なお、上述の金属組成からなるアルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、マグネシウムが固溶されたマトリクスと、マトリクス中に析出した金属間化合物とから形成されている。マトリクス中に析出した金属間化合物は、高い強度を有するとともに、高温下においても安定して存在する。このため、アルミニウム合金の強度は、高い温度条件下にあっても維持されるものと考えられる。   In addition, the aluminum alloy which consists of the above-mentioned metal composition is formed from the matrix in which aluminum is the main component and magnesium was dissolved, and the intermetallic compound which precipitated in the matrix. The intermetallic compound deposited in the matrix has a high strength and exists stably even at high temperatures. For this reason, the strength of the aluminum alloy is considered to be maintained even under high temperature conditions.

また、マグネシウムは、マトリクスの転位のひずみ場に沿った濃度分布となるようにアルミニウムを主成分とするマトリクスに固溶している。このマグネシウムは、高温においてマトリクス中で拡散しやすい。このため、高温下においてアルミニウム合金を塑性変形させると、マトリクスの転位の移動とともにマグネシウムも移動する。   Magnesium is dissolved in a matrix mainly composed of aluminum so as to have a concentration distribution along the dislocation strain field of the matrix. This magnesium tends to diffuse in the matrix at high temperatures. For this reason, when the aluminum alloy is plastically deformed at a high temperature, the magnesium moves as the matrix dislocations move.

このとき、アルミニウム合金の塑性変形の速度が小さい場合は、マトリクスの転位とマグネシウムとは同じ速度で移動することが可能である。しかし、アルミニウム合金の塑性変形の速度を徐々に上げていくと、マグネシウムが移動できる速度がマトリクスの転位が移動する速度よりも遅くなる。このため、アルミニウム合金を高速で塑性変形させた場合に、塑性変形速度に応じてマグネシウムに起因した抵抗が発生し、アルミニウム合金の伸びを向上させることができる。つまり、マグネシウムがマトリクスに固溶していることによってひずみ速度感受性が向上し、これによりアルミニウム合金の伸びを向上させることができるものと考えられる。   At this time, when the rate of plastic deformation of the aluminum alloy is low, the matrix dislocations and the magnesium can move at the same rate. However, when the rate of plastic deformation of the aluminum alloy is gradually increased, the rate at which magnesium can move becomes slower than the rate at which the matrix dislocations move. For this reason, when the aluminum alloy is plastically deformed at a high speed, resistance due to magnesium is generated according to the plastic deformation rate, and the elongation of the aluminum alloy can be improved. That is, it is considered that the strain rate sensitivity is improved by the solid solution of magnesium in the matrix, whereby the elongation of the aluminum alloy can be improved.

より好ましくは、アルミニウム合金は、6質量%以上8.5質量%以下の鉄と、3.5質量%以上4.5質量%以下の銅と、1質量%以上2質量%以下のマグネシウムと、0を超え1質量%未満のシリコンとを含む。   More preferably, the aluminum alloy contains 6% by mass or more and 8.5% by mass or less of iron, 3.5% by mass or more and 4.5% by mass or less of copper, 1% by mass or more and 2% by mass or less of magnesium, And more than 0 and less than 1% by mass of silicon.

また好ましくは、アルミニウム合金は、0.3質量%以上4質量%以下のマンガン(Mn)をさらに含む。このように構成されたアルミニウム複合材料によれば、アルミニウム合金の硬度を向上させることができる。これにより、外部から硬質粒子に荷重が加わった場合に、硬質粒子がアルミニウム合金に沈み込む量を少なくすることができる。マンガンの割合が0.3質量%以上である場合、アルミニウム合金の硬度を十分に向上させることができる。また、マンガンの割合が4質量%以下である場合、アルミニウム合金の硬度が高くなりすぎず、アルミニウム複合材料の被削性が著しく低下することがない。より好ましくは、アルミニウム合金は、2質量%以上3質量%以下のマンガンをさらに含む。   Preferably, the aluminum alloy further includes 0.3% by mass or more and 4% by mass or less of manganese (Mn). According to the aluminum composite material thus configured, the hardness of the aluminum alloy can be improved. Thereby, when a load is applied to the hard particles from the outside, the amount of the hard particles sinking into the aluminum alloy can be reduced. When the proportion of manganese is 0.3% by mass or more, the hardness of the aluminum alloy can be sufficiently improved. Further, when the manganese ratio is 4% by mass or less, the hardness of the aluminum alloy does not become too high, and the machinability of the aluminum composite material does not significantly decrease. More preferably, the aluminum alloy further includes 2% by mass or more and 3% by mass or less of manganese.

また好ましくは、硬質粒子は、ムライト、FeMoおよび多孔質アモルファスカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。これらの材料の硬度は、ビッカース硬さHv500から1200程度の範囲内にある。硬質粒子の硬度がHv1200以下である場合、アルミニウム複合材料の被削性が低下せず、硬質粒子と接触する外部部材に対しての相手攻撃性を低くできる。また、硬質粒子の硬度がHv500以上ある場合、外部部材と硬質粒子とが接触することによる硬質粒子の自己磨耗を抑制できる。   Preferably, the hard particles include at least one selected from the group consisting of mullite, FeMo, and porous amorphous carbon. The hardness of these materials is in the range of about Vickers hardness Hv500 to 1200. When the hardness of the hard particles is equal to or less than Hv 1200, the machinability of the aluminum composite material is not lowered, and the opponent attack against the external member in contact with the hard particles can be lowered. Further, when the hardness of the hard particles is Hv 500 or more, the self wear of the hard particles due to the contact between the external member and the hard particles can be suppressed.

なお、多孔質アモルファスカーボンとは、各種セルロース系材料に樹脂を含浸させ、これを圧縮した成形品を炭化焼成することによって得られるものをいう。このような多孔質アモルファスカーボンとしては、セルロース系材料として木材または木質材料を用いたウッドセラミックや、セルロース系材料として米糠を用いた米糠セラミックなどが挙げられる。   The porous amorphous carbon is obtained by impregnating various cellulose materials with a resin and carbonizing and firing a molded product obtained by compressing the resin. Examples of such porous amorphous carbon include wood ceramics using wood or woody materials as cellulosic materials, and rice bran ceramics using rice bran as cellulosic materials.

また好ましくは、硬質粒子の粒径は、2μm以上150μm以下である。硬質粒子の粒径が2μm以上である場合、アルミニウム合金に対する硬質粒子の埋め込み効果が十分得られる。また、硬質粒子が凝集しにくく、アルミニウム合金中に均一に分散する。これらの理由により、硬質粒子の磨耗にともなって、硬質粒子がアルミニウム合金から欠落することを抑えられる。硬質粒子の粒径が150μm以下である場合、アルミニウム複合材料の被削性を大幅に低下させない。また、外部からの衝撃に対して硬質粒子が割れにくくなり、割れることによって硬質粒子がアルミニウム合金から欠落する問題を抑えられる。   Preferably, the hard particles have a particle size of 2 μm or more and 150 μm or less. When the particle size of the hard particles is 2 μm or more, the effect of embedding the hard particles in the aluminum alloy is sufficiently obtained. Further, the hard particles hardly aggregate and are uniformly dispersed in the aluminum alloy. For these reasons, it is possible to prevent the hard particles from being lost from the aluminum alloy as the hard particles are worn. When the particle size of the hard particles is 150 μm or less, the machinability of the aluminum composite material is not significantly reduced. Moreover, it becomes difficult to break hard particles against impact from the outside, and the problem that the hard particles are missing from the aluminum alloy due to cracking can be suppressed.

この発明に従った機械構造部品は、上述のいずれかに記載のアルミニウム複合材料を用いて形成されている。所定の割合で硬質粒子を含む機械構造部品は、既に説明した理由から耐磨耗特性および耐スカッフ特性に優れている。加えて、室温から200℃程度までの温度において、特に高い機械的強度を示す。このような機械構造部品としては、たとえば、内燃機関に用いられるスリーブやシリンダーライナー、その他ポンプ用ロータなどが挙げられる。このアルミニウム複合材料は、400℃以上で高い伸びを有し、スリーブやシリンダーライナーなどを押出し材で成形する場合に適している。   The mechanical structural component according to the present invention is formed using the aluminum composite material described above. Mechanical structural parts containing hard particles at a predetermined ratio are excellent in wear resistance and scuff resistance for the reasons already described. In addition, it exhibits particularly high mechanical strength at temperatures from room temperature to about 200 ° C. Examples of such mechanical structural parts include sleeves and cylinder liners used in internal combustion engines, and other pump rotors. This aluminum composite material has a high elongation at 400 ° C. or higher, and is suitable for forming a sleeve, a cylinder liner, or the like with an extruded material.

この発明に従ったアルミニウム合金製押出し材の成形方法は、3質量%以上9.5質量%以下の鉄、1質量%以上6質量%以下の銅、0.3質量%以上3質量%以下のマグネシウム、および0を超え1質量%未満のシリコンを含むアルミニウム合金と、硬質粒子との混合体を成形して成形体を形成する工程と、成形体を温度400℃以上で押出し成形することによって、アルミニウム合金製押出し材を形成する工程とを備える。   The method for forming an extruded material made of an aluminum alloy according to the present invention includes 3% by mass to 9.5% by mass of iron, 1% by mass to 6% by mass of copper, 0.3% by mass to 3% by mass of copper. A step of forming a molded body by forming a mixture of magnesium and an aluminum alloy containing silicon that is greater than 0 and less than 1% by mass, and hard particles, and extruding the molded body at a temperature of 400 ° C. or higher. Forming an extruded material made of aluminum alloy.

このように構成されたアルミニウム合金製押出し材の成形方法によれば、アルミニウム合金は、温度400℃以上において高い伸びを示すため、この温度条件下で行なわれる押出し成形時、形成されるアルミニウム合金製押出し材にひび割れが生じることがない。このため、成形体に含まれる硬質粒子の割合を大きくして、耐磨耗特性および耐スカッフ特性に優れたアルミニウム合金製押出し材を得ることができる。加えて、成形体を押出し成形する工程において、押出し速度を向上させることができる。これにより、アルミニウム合金製押出し材の生産効率を向上させることができる。また好ましくは、成形体を形成する工程は、アルミニウム合金製押出し材に対する硬質粒子の割合が、単位面積当たり5面積%以上30面積%以下となるように、アルミニウム合金と硬質粒子とを混合する工程を含む。   According to the method of forming an aluminum alloy extruded material thus configured, the aluminum alloy exhibits high elongation at a temperature of 400 ° C. or higher. Therefore, the aluminum alloy formed at the time of extrusion molding under this temperature condition is made. There is no cracking in the extruded material. For this reason, the ratio of the hard particles contained in the molded body can be increased to obtain an aluminum alloy extruded material excellent in wear resistance and scuff resistance. In addition, in the process of extruding the molded body, the extrusion speed can be improved. Thereby, the production efficiency of the extruded material made of aluminum alloy can be improved. Preferably, the step of forming the formed body is a step of mixing the aluminum alloy and the hard particles so that the ratio of the hard particles to the aluminum alloy extruded material is 5% by area or more and 30% by area or less per unit area. including.

以上説明したように、この発明に従えば、耐磨耗特性および耐スカッフ特性に優れるとともに、優れた押出し特性を示すアルミニウム複合材料、機械構造部品およびアルミニウム合金製押出し材の成形方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum composite material, a machine structural component, and an aluminum alloy extruded material that have excellent wear resistance and scuff resistance characteristics and exhibit excellent extrusion characteristics. Can do.

この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1および図2は、この発明の実施の形態におけるアルミニウム合金製押出し材の表面を示す顕微鏡写真である。図1に示す顕微鏡写真の倍率は50倍であり、図2に示す顕微鏡写真の倍率は400倍である。図1および図2に示すアルミニウム合金製押出し材に旋盤加工などが施されることによって、エンジンに組み込まれてピストンリングと摺動するシリンダーライナーやスリーブが製造される。   1 and 2 are photomicrographs showing the surface of an aluminum alloy extruded material according to an embodiment of the present invention. The magnification of the micrograph shown in FIG. 1 is 50 times, and the magnification of the micrograph shown in FIG. 2 is 400 times. A cylinder liner and a sleeve that are incorporated into the engine and slide with the piston ring are manufactured by lathing or the like on the extruded material made of aluminum alloy shown in FIGS. 1 and 2.

図1および図2を参照して、アルミニウム合金製押出し材は、アルミニウム合金10と、アルミニウム合金10中に分散して分布する硬質粒子20とから形成されている。硬質粒子20は、米糠セラミックから形成されている。硬質粒子20が含まれる割合は、アルミニウム合金製押出し材に対して5面積%以上30面積%以下である。図中の上縁から下縁に向けた微細な線状は、アルミニウム合金製押出し材の押出し成形時に形成されたものである。   Referring to FIGS. 1 and 2, the aluminum alloy extruded material is formed of aluminum alloy 10 and hard particles 20 dispersed and distributed in aluminum alloy 10. The hard particles 20 are made of rice bran ceramic. The ratio in which the hard particles 20 are contained is 5 area% or more and 30 area% or less with respect to the aluminum alloy extruded material. The fine line shape from the upper edge to the lower edge in the figure is formed at the time of extrusion molding of the extruded material made of aluminum alloy.

アルミニウム合金10は、アルミニウム合金10に対して、3質量%以上9.5質量%以下の鉄と、1質量%以上6質量%以下の銅と、0.3質量%以上3質量%以下のマグネシウムと、0を超え1質量%未満のシリコンとを含み、残部はアルミニウムおよび不可避不純物である。   The aluminum alloy 10 is composed of 3% by mass to 9.5% by mass of iron, 1% by mass to 6% by mass of copper, and 0.3% by mass to 3% by mass of magnesium with respect to the aluminum alloy 10. And more than 0 and less than 1% by mass of silicon, the balance being aluminum and inevitable impurities.

図3は、図1中のアルミニウム合金の引張り強さと温度との関係を示すグラフである。図3には、図1中のアルミニウム合金としての、8質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるアルミニウム合金A、および4質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるアルミニウム合金Bの引張り強さと温度との関係が示されている。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the tensile strength and temperature of the aluminum alloy in FIG. 3 includes 8% by mass of iron, 4% by mass of copper, 1.5% by mass of magnesium, and inevitably small amounts of silicon as the aluminum alloy in FIG. Contains aluminum and aluminum alloy A, which is an unavoidable impurity, and 4% by mass of iron, 4% by mass of copper, 1.5% by mass of magnesium, and an inevitable amount of silicon, with the balance being aluminum The relationship between the tensile strength of aluminum alloy B, which is an unavoidable impurity, and temperature is shown.

また、比較のため、17質量%のシリコンと、5質量%の鉄と、3質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなる♯217合金、および8質量%の鉄を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなるAl8Fe合金の引張り強さと温度との関係も示されている。   For comparison, a # 217 alloy containing 17% by mass of silicon, 5% by mass of iron, 3% by mass of copper, and 1.5% by mass of magnesium, with the balance being aluminum and inevitable impurities, Also shown is the relationship between the tensile strength and temperature of an Al8Fe alloy containing 8% by mass of iron and the balance of aluminum and inevitable impurities.

図3を参照して、アルミニウム合金AおよびBは、室温から300℃程度の温度範囲で♯217合金およびAl8Fe合金と同等以上の高い引張り強さを有し、特に、温度250℃程度においても350MPa以上の引張り強さを維持している。このため、このアルミニウム合金10から形成されたアルミニウム合金製押出し材は、シリンダーライナーやスリーブが置かれる200℃程度の温度下においても優れた強度特性を示す。   Referring to FIG. 3, aluminum alloys A and B have a tensile strength equal to or higher than that of # 217 alloy and Al8Fe alloy in a temperature range from room temperature to about 300 ° C., and particularly 350 MPa even at a temperature of about 250 ° C. The above tensile strength is maintained. For this reason, the aluminum alloy extruded material formed from the aluminum alloy 10 exhibits excellent strength characteristics even at a temperature of about 200 ° C. where the cylinder liner and the sleeve are placed.

図4は、図1中のアルミニウム合金の破断伸びと温度との関係を示すグラフである。図4には、図1中のアルミニウム合金としてのアルミニウム合金AおよびBの他、比較のための♯217合金およびAl8Fe合金の破断伸びと温度との関係も示されている。   4 is a graph showing the relationship between elongation at break and temperature of the aluminum alloy in FIG. FIG. 4 also shows the relationship between the elongation at break and the temperature of # 217 alloy and Al8Fe alloy for comparison, in addition to aluminum alloys A and B as the aluminum alloys in FIG.

図4を参照して、♯217合金およびAl8Fe合金の破断伸びが、温度変化にかかわらず20%以下の値を推移しているのに対して、アルミニウム合金AおよびBの破断伸びは、200℃を超える温度下で急激に増加している。結果、400℃の温度では、破断伸びが50%を超える値となっている。このため、このアルミニウム合金10から形成されたアルミニウム合金製押出し材が多量の硬質粒子20を含む場合であっても、400℃以上の温度下で行なわれる押出し成形時に優れた押出し特性を示す。   Referring to FIG. 4, the breaking elongation of # 217 alloy and Al8Fe alloy has a value of 20% or less regardless of temperature change, whereas the breaking elongation of aluminum alloys A and B is 200 ° C. It increases rapidly at temperatures exceeding. As a result, at a temperature of 400 ° C., the elongation at break exceeds 50%. For this reason, even when the aluminum alloy extruded material formed from the aluminum alloy 10 contains a large amount of hard particles 20, it exhibits excellent extrusion characteristics during extrusion molding performed at a temperature of 400 ° C. or higher.

図5は、各種材料からなる硬質粒子の硬度を示すグラフである。図5を参照して、ムライトのビッカース硬さは1150程度、FeMoのビッカース硬さは1100程度、米糠セラミックのビッカース硬さは600程度である。ここで、硬質粒子20のビッカース硬さは、500以上1200以下であることが好ましい。   FIG. 5 is a graph showing the hardness of hard particles made of various materials. Referring to FIG. 5, mullite has a Vickers hardness of about 1150, FeMo has a Vickers hardness of about 1100, and rice bran ceramic has a Vickers hardness of about 600. Here, the Vickers hardness of the hard particles 20 is preferably 500 or more and 1200 or less.

このように構成されたアルミニウム合金製押出し材は、優れた押出し特性を有するため、5面積%以上の割合で硬質粒子20を含むことができる。このため、このアルミニウム合金製押出し材でシリンダーライナーやスリーブを製造した場合に、より優れた耐磨耗特性および耐スカッフ特性を得ることができる。また、硬質粒子20が含まれる割合は30面積%以下であるため、アルミニウム合金製押出し材の被削性や押出し特性が低下することを防止できる。   Since the aluminum alloy extruded material thus configured has excellent extrusion characteristics, it can contain the hard particles 20 at a ratio of 5 area% or more. For this reason, when a cylinder liner and a sleeve are manufactured with this aluminum alloy extruded material, more excellent wear resistance and scuff resistance can be obtained. Moreover, since the ratio in which the hard particle | grains 20 are contained is 30 area% or less, it can prevent that the machinability and extrusion characteristic of an aluminum alloy extrusion material fall.

本発明によるアルミニウム複合材料を評価するために、焼付き性評価試験および耐磨耗性評価試験を以下に説明する手順に従って行なった。   In order to evaluate the aluminum composite material according to the present invention, a seizure evaluation test and an abrasion resistance evaluation test were performed according to the procedures described below.

まず、8質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるサンプル1のアルミニウム合金粉末と、8質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、2質量%のマンガンと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるサンプル2のアルミニウム合金粉末と、8質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、3質量%のマンガンと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるサンプル3のアルミニウム合金粉末と、4質量%の鉄と、4質量%の銅と、1.5質量%のマグネシウムと、不可避的に存在する微量のシリコンとを含み、残部がアルミニウムと不可避不純物であるサンプル4のアルミニウム合金粉末とを準備した。また別に、ムライト(平均粒径12μm)、ウッドセラミック(平均粒径20μm)およびFeMo(平均粒径30μm)の3種類の硬質粒子を準備した。   First, the aluminum alloy of Sample 1 containing 8% by mass of iron, 4% by mass of copper, 1.5% by mass of magnesium, and inevitably a small amount of silicon, the balance being aluminum and inevitable impurities Contains powder, 8 mass% iron, 4 mass% copper, 1.5 mass% magnesium, 2 mass% manganese, and unavoidable traces of silicon with the balance being aluminum and inevitable The aluminum alloy powder of Sample 2, which is an impurity, 8% by mass of iron, 4% by mass of copper, 1.5% by mass of magnesium, 3% by mass of manganese, and inevitable amounts of silicon The balance is aluminum and the aluminum alloy powder of sample 3 which is unavoidable impurities, 4% by mass of iron, 4% by mass of copper, 1.5% by mass of magnesium, And a silicon, the balance was prepared an aluminum alloy powder of Sample 4 is aluminum and inevitable impurities. Separately, three types of hard particles were prepared: mullite (average particle size 12 μm), wood ceramic (average particle size 20 μm), and FeMo (average particle size 30 μm).

サンプル1から4のアルミニウム合金粉末と3種類の硬質粒子とを適当に組み合わせ、V型ブレンターにより15分間混合した。この際、組み合わせる硬質粒子の割合を、単位面積当たり10面積%から20面積%まで変化させた。混合によって得られた粉末を5×10(kgf/cm)の成形圧力で成形することによって成形体を形成した。その成形体を温度460℃まで加熱した後、φ22mmの丸棒に押出し成形した。この際、いずれの丸棒においても、ひび割れが観察されなかった。 The aluminum alloy powders of Samples 1 to 4 and three types of hard particles were appropriately combined and mixed for 15 minutes with a V-type brenter. At this time, the ratio of the hard particles to be combined was changed from 10 area% to 20 area% per unit area. The powder obtained by mixing was molded at a molding pressure of 5 × 10 3 (kgf / cm 2 ) to form a molded body. The molded body was heated to a temperature of 460 ° C. and then extruded into a round bar having a diameter of 22 mm. At this time, no crack was observed in any of the round bars.

図6は、テストピースの形状を示す側面図である。図6を参照して、丸棒から5mm×10mm×7mmの大きさを有し、摺動面にC0.5mmの面取りがされたテストピース31を切り出した。これにより、アルミニウム合金粉末と硬質粒子との組み合わせ、硬質粒子の割合が異なる実施例1から13のテストピース31を作製した。また別に、本発明による効果を確認するために、硬質粒子が混合されないアルミニウム合金から形成された比較例1から3のテストピースを作製した。これらのテストピースの組成を表1に示した。   FIG. 6 is a side view showing the shape of the test piece. Referring to FIG. 6, a test piece 31 having a size of 5 mm × 10 mm × 7 mm and a chamfered surface of C 0.5 mm was cut out from the round bar. Thus, test pieces 31 of Examples 1 to 13 in which the combination of the aluminum alloy powder and the hard particles and the ratio of the hard particles were different were produced. Separately, in order to confirm the effect of the present invention, test pieces of Comparative Examples 1 to 3 made of an aluminum alloy in which hard particles are not mixed were prepared. The composition of these test pieces is shown in Table 1.

図7は、チップオンディスク試験装置を示す側面図である。図7に示す装置を用いて、テストピースの焼付き性評価試験を行なった。図7を参照して、テストピース31を押し付ける相手材32には、表面を窒化した窒化鋼(φ60mm×7mm)を用いた。試験は、相手材32の表面に直接テストピース31を押し付ける乾式と、相手材32の表面に油を0.05mg滴下してテストピース31を押し付ける湿式との2種類を行なった。   FIG. 7 is a side view showing a chip-on-disk test apparatus. Using the apparatus shown in FIG. 7, a test piece seizure evaluation test was performed. Referring to FIG. 7, nitrided steel (φ60 mm × 7 mm) having a nitrided surface was used as the counterpart material 32 against which the test piece 31 was pressed. The test was performed in two types: a dry type in which the test piece 31 is directly pressed against the surface of the counterpart material 32 and a wet type in which 0.05 mg of oil is dropped onto the surface of the counterpart material 32 and the test piece 31 is pressed.

相手材32を回転部材34に固定し、テストピース31を固定部材33に固定した。そして、テストピース31を相手材32に対して0.04MPaの荷重で押し付けた。その状態で0.25m/sの速度で回転部材34を固定部材33に対して回転させて試験をスタートさせた。   The mating member 32 was fixed to the rotating member 34, and the test piece 31 was fixed to the fixing member 33. The test piece 31 was pressed against the mating member 32 with a load of 0.04 MPa. In this state, the test was started by rotating the rotary member 34 with respect to the fixed member 33 at a speed of 0.25 m / s.

テストピース31と相手材32との摩擦抵抗が変化するまでの時間を測定し、その時間をスカッフ発生時間とした(初期スカッフの評価)。なお、スカッフとは、摺動面が互いに溶着を起こしている現象をいう。また別に、テストピース31を押し付ける荷重をステップ式に上げていき、焼付きが発生した時点での荷重を焼付き荷重とした。測定されたスカッフ発生時間および焼付き荷重を表1に示した。   The time until the frictional resistance between the test piece 31 and the mating member 32 changes was measured, and that time was taken as the scuffing time (evaluation of initial scuffing). Scuffing refers to a phenomenon in which sliding surfaces are welded to each other. Separately, the load for pressing the test piece 31 was increased stepwise, and the load when seizure occurred was defined as the seizure load. Table 1 shows the measured scuff generation time and seizure load.

次に、図7に示す装置を用いて、テストピースの耐磨耗性評価試験を行なった。この試験では、テストピース31と相手材32との接触部分を油中に浸し、テストピース31を相手材32に対して100MPaの荷重で押し付けた。その状態で0.25m/sの速度で回転部材34を固定部材33に対して回転させて試験をスタートさせた。スタートから1時間後のテストピース31の磨耗量を測定し、これを自己磨耗量として表1に示した。同時に相手材32の磨耗量を測定し、これを相手磨耗量として表1に示した。   Next, an abrasion resistance evaluation test of the test piece was performed using the apparatus shown in FIG. In this test, the contact portion between the test piece 31 and the counterpart material 32 was immersed in oil, and the test piece 31 was pressed against the counterpart material 32 with a load of 100 MPa. In this state, the test was started by rotating the rotating member 34 relative to the fixed member 33 at a speed of 0.25 m / s. The amount of wear of the test piece 31 after 1 hour from the start was measured, and this is shown in Table 1 as the amount of self-wear. At the same time, the wear amount of the mating member 32 was measured, and this was shown in Table 1 as the mating wear amount.

表1を参照して、比較例1のテストピースと実施例1から7、12および13のテストピースとを比較した場合に、実施例1から7、12および13のテストピースではスカッフ発生時間が比較的長い時間になることを確認できた。また、比較例1から3のテストピースと実施例1から13のテストピースとを比較した場合に、実施例1から13のテストピースでは焼付き荷重が比較的大きい値となることを確認できた。さらに、比較例1から3のテストピースと実施例1から13のテストピースとを比較した場合に、実施例1から13のテストピースではテストピース31の自己磨耗量が比較的小さい値となることを確認できた。   Referring to Table 1, when the test piece of Comparative Example 1 and the test pieces of Examples 1 to 7, 12 and 13 were compared, the scuff generation time in the test pieces of Examples 1 to 7, 12 and 13 was It was confirmed that it was a relatively long time. Further, when the test pieces of Comparative Examples 1 to 3 and the test pieces of Examples 1 to 13 were compared, it was confirmed that the seizure load was relatively large in the test pieces of Examples 1 to 13. . Further, when the test pieces of Comparative Examples 1 to 3 and the test pieces of Examples 1 to 13 are compared, the amount of self-wear of the test piece 31 is relatively small in the test pieces of Examples 1 to 13. Was confirmed.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態におけるアルミニウム合金製押出し材の表面を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the surface of the aluminum alloy extrusion material in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるアルミニウム合金製押出し材の表面を示す別の顕微鏡写真である。It is another microscope picture which shows the surface of the aluminum alloy extrusion material in embodiment of this invention. 図1中のアルミニウム合金の引張り強さと温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the tensile strength of aluminum alloy in FIG. 1, and temperature. 図1中のアルミニウム合金の破断伸びと温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the breaking elongation of aluminum alloy in FIG. 1, and temperature. 各種材料からなる硬質粒子の硬度を示すグラフである。It is a graph which shows the hardness of the hard particle which consists of various materials. テストピースの形状を示す側面図である。It is a side view which shows the shape of a test piece. チップオンディスク試験装置を示す側面図である。It is a side view showing a chip on disk test device.

符号の説明Explanation of symbols

10 アルミニウム合金、20 硬質粒子。   10 Aluminum alloy, 20 hard particles.

Claims (8)

アルミニウム合金と、硬質粒子とを備え、
前記アルミニウム合金は、前記アルミニウム合金に対して、3質量%以上9.5質量%以下の鉄と、1質量%以上6質量%以下の銅と、0.3質量%以上3質量%以下のマグネシウムと、0を超え1質量%未満のシリコンとを含む、アルミニウム複合材料。
Comprising aluminum alloy and hard particles,
The aluminum alloy is 3% by mass to 9.5% by mass of iron, 1% by mass to 6% by mass of copper, and 0.3% by mass to 3% by mass of magnesium with respect to the aluminum alloy. And an aluminum composite material comprising more than 0 and less than 1% by mass of silicon.
アルミニウム複合材料に対する前記硬質粒子の割合は、単位面積当たり5面積%以上30面積%以下である、請求項1に記載のアルミニウム複合材料。   The aluminum composite material according to claim 1, wherein a ratio of the hard particles to the aluminum composite material is 5 area% or more and 30 area% or less per unit area. 前記アルミニウム合金は、0.3質量%以上4質量%以下のマンガンをさらに含む、請求項1または2に記載のアルミニウム複合材料。   The aluminum composite material according to claim 1, wherein the aluminum alloy further contains 0.3% by mass or more and 4% by mass or less of manganese. 前記硬質粒子は、ムライト、FeMoおよび多孔質アモルファスカーボンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載のアルミニウム複合材料。   The aluminum composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard particles include at least one selected from the group consisting of mullite, FeMo, and porous amorphous carbon. 前記硬質粒子の粒径は、2μm以上150μm以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載のアルミニウム複合材料。   The aluminum composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein a particle diameter of the hard particles is 2 µm or more and 150 µm or less. 請求項1から5のいずれか1項に記載のアルミニウム複合材料を用いて形成された、機械構造部品。   A machine structural part formed using the aluminum composite material according to claim 1. 3質量%以上9.5質量%以下の鉄、1質量%以上6質量%以下の銅、0.3質量%以上3質量%以下のマグネシウム、および0を超え1質量%未満のシリコンを含むアルミニウム合金と、硬質粒子との混合体を成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体を温度400℃以上で押出し成形することによって、アルミニウム合金製押出し材を形成する工程とを備える、アルミニウム合金製押出し材の成形方法。
Aluminum containing 3% by mass or more and 9.5% by mass or less of iron, 1% by mass or more and 6% by mass or less of copper, 0.3% by mass or more and 3% by mass or less of magnesium, and more than 0 and less than 1% by mass of silicon Forming a molded body by molding a mixture of an alloy and hard particles;
Forming the aluminum alloy extruded material by extruding the molded body at a temperature of 400 ° C. or higher.
前記成形体を形成する工程は、前記アルミニウム合金製押出し材に対する前記硬質粒子の割合が、単位面積当たり5面積%以上30面積%以下となるように、前記アルミニウム合金と前記硬質粒子とを混合する工程を含む、請求項7に記載のアルミニウム合金製押出し材の成形方法。   In the step of forming the formed body, the aluminum alloy and the hard particles are mixed so that the ratio of the hard particles to the extruded material made of the aluminum alloy is 5 area% or more and 30 area% or less per unit area. The shaping | molding method of the aluminum alloy extrusion material of Claim 7 including a process.
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