JP2005054232A - Aluminum composite material, machine structural component, and method for molding extrusion material made of aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
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、内燃機関用エンジンスリーブに代表される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 an aluminum composite material containing hard particles in a large proportion, a machine structural component represented by an engine sleeve for an internal combustion engine, and a method for forming an extruded material made of an aluminum alloy.
従来、エンジンスリーブ用アルミニウム合金には、高Ｓｉ（シリコン）アルミニウム合金にアルミナや黒鉛等の粉末を混合したものが用いられてきた。このようなアルミニウム合金は、たとえば、特開平１−２５３５５３号公報（特許文献１）に開示されている。
この高Ｓｉ系アルミニウム合金は、耐磨耗性に優れるものの、延性に乏しいことが知られている。このため、高Ｓｉ系アルミニウム合金に硬質粒子を多く添加すると、押出し成形時にひび割れが発生するという問題が生じる。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。 This high Si-based aluminum alloy is known to have poor ductility although it is excellent in wear resistance. For this reason, when many hard particles are added to a high Si-based aluminum alloy, there arises a problem that cracks occur during extrusion molding. 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、０．０２質量％以上０．４質量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．３質量％以上３質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）とを含む。また好ましくは、アルミニウム合金は、０を超え０．５質量％以下の銅（Ｃｕ）と、０を超え１質量％以下のシリコン（Ｓｉ）とをさらに含む。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. An aluminum alloy contains 0.02 mass% or more and 0.4 mass% or less chromium (Cr) and 0.3 mass% or more and 3 mass% or less magnesium (Mg) with respect to an aluminum alloy. Further preferably, the aluminum alloy further includes more than 0 and 0.5% by mass of copper (Cu) and more than 0 and 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.
このような金属組成を備えるアルミニウム合金は、４００℃以上の温度で高い伸びを示す。このため、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も、４００℃以上の温度で高い伸びを示す。したがって、アルミニウム複合材料に硬質粒子を多量に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。 An aluminum alloy having such a metal composition exhibits high elongation at a temperature of 400 ° C. or higher. For this reason, the aluminum composite material formed from this aluminum alloy and hard particles also exhibits high elongation at a temperature of 400 ° C. or higher. Therefore, even when the aluminum composite material contains a large amount of hard particles, there is no risk of cracking during extrusion molding of the aluminum composite material.
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.
一般的に、優れた摺動特性（耐磨耗性、耐スカッフ特性）を得るためには、アルミニウム合金の強度を高くすることが必要とされている。しかし、発明者等が独自に調査した結果、アルミニウム合金に硬質粒子を添加する場合、アルミニウム合金の強度（硬度）は、摺動特性の優劣にほとんど影響を与えないことが判明した。このことから、強度は低いものの４００℃以上の温度で高い伸びを示すアルミニウム合金と、硬質粒子とを備える本発明のアルミニウム複合材料によって、優れた耐磨耗特性および耐スカッフ特性と、優れた押出し特性とを同時に実現することができる。 In general, in order to obtain excellent sliding characteristics (abrasion resistance, scuff resistance characteristics), it is necessary to increase the strength of an aluminum alloy. However, as a result of independent investigations by the inventors, it has been found that when hard particles are added to an aluminum alloy, the strength (hardness) of the aluminum alloy hardly affects the superiority or inferiority of the sliding characteristics. From this, although the strength is low, the aluminum composite material of the present invention comprising an aluminum alloy exhibiting high elongation at a temperature of 400 ° C. or higher and the hard particles provides excellent wear resistance and scuff resistance, and excellent extrusion. Characteristics can be realized at the same time.
また好ましくは、アルミニウム複合材料は、アルミニウム複合材料に対して１質量％以上２０質量％以下の純アルミニウムをさらに備える。純アルミニウムとは、アルミニウムの純度が９９．０％以上のものを言う。このように構成されたアルミニウム複合材料によれば、純アルミニウムの価格は、アルミニウム合金の価格の１／３から１／５程度であるため、アルミニウム複合材料の原料コストを削減することができる。純アルミニウムの割合が１質量％以上である場合、このような効果を確実に得ることができる。純アルミニウムの割合が２０質量％以下である場合、アルミニウム複合材料の硬度が低くなりすぎず、耐磨耗性が著しく低下することがない。 Preferably, the aluminum composite material further includes 1% by mass to 20% by mass of pure aluminum with respect to the aluminum composite material. Pure aluminum means that the purity of aluminum is 99.0% or more. According to the aluminum composite material configured as described above, the price of pure aluminum is about 1/3 to 1/5 of the price of the aluminum alloy, so that the raw material cost of the aluminum composite material can be reduced. When the proportion of pure aluminum is 1% by mass or more, such an effect can be reliably obtained. When the proportion of pure aluminum is 20% by mass or less, the hardness of the aluminum composite material does not become too low, and the wear resistance does not deteriorate significantly.
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。これらの材料は、多孔質という構造のため、油を保持する機能を有している。 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. These materials have a function of retaining oil because of the porous structure.
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。つまり、高速での押出し成形が可能となる。 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. That is, extrusion molding at high speed is possible.
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、０．０２質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．３質量％以上３質量％以下のマグネシウムと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。また好ましくは、アルミニウム合金は、０を超え０．５質量％以下の銅と、０を超え１質量％以下のシリコンとをさらに含む。 An aluminum alloy extruded material according to the present invention is formed by an aluminum alloy containing 0.02% by mass to 0.4% by mass of chromium and 0.3% by mass to 3% by mass of magnesium, A step of forming a mixture with hard particles to form a formed body, and a step of forming an extruded material made of an aluminum alloy by extruding the formed body at a temperature of 400 ° C. or higher. Preferably, the aluminum alloy further includes more than 0 and 0.5% by mass of copper and more than 0 and 1% by mass of silicon.
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。 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.
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。成形体を形成する工程は、アルミニウム合金と、硬質粒子と、アルミニウム合金製押出し材に対して１質量％以上２０質量％以下の純アルミニウム粉末との混合体を成形する工程を含む。 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. The step of forming the formed body includes a step of forming a mixture of aluminum alloy, hard particles, and pure aluminum powder of 1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the aluminum alloy extruded material.
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安価な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, there are provided an inexpensive aluminum composite material, a machine structural component and an aluminum alloy extrusion molding method that have excellent wear resistance and scuff resistance characteristics and excellent extrusion characteristics. can do.
図１は、硬質粒子の沈み込みを説明するための断面図である。図１を参照して、本発明によるアルミニウム複合材料１００と、アルミニウム複合材料１００に対して摺動する相手材２００とが示されている。相手材２００は、アルミニウム複合材料１００の表面１００ａから突出した状態の硬質粒子３００に接触しながら摺動する。このとき相手材２００から受ける力により硬質粒子３００は、マトリクス合金中に沈み込む。この沈み込み量Ｌが大きい場合、アルミニウム複合材料１００と相手材２００とが直接接触し、その接触圧力が一定値を超えた時に焼付きが発生するものと考えられる。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining sinking of hard particles. Referring to FIG. 1, an aluminum composite material 100 according to the present invention and a counterpart material 200 that slides relative to the aluminum composite material 100 are shown. The counterpart material 200 slides while contacting the hard particles 300 in a state protruding from the surface 100a of the aluminum composite material 100. At this time, the hard particles 300 sink into the matrix alloy by the force received from the counterpart material 200. When the sinking amount L is large, the aluminum composite material 100 and the counterpart material 200 are in direct contact with each other, and it is considered that seizure occurs when the contact pressure exceeds a certain value.
図２は、硬質粒子の体積率と沈み込み量との関係を示すグラフである。図３は、硬質粒子の直径と沈み込み量との関係を示すグラフである。図４は、アルミニウム複合材料のマトリクス硬度と硬質粒子の沈み込み量との関係を示すグラフである。図５は、摺動面圧と硬質粒子の沈み込み量との関係を示すグラフである。これらの図には、図１中の硬質粒子３００の直径Ｄ、硬質粒子３００のアルミニウム複合材料１００に占める体積率、アルミニウム複合材料１００のマトリクス硬度、および摺動面圧のうち３つの値を図中の値に固定して、残る１つの値を変化させた場合に、硬質粒子３００の沈み込み量にどのような影響が出るかが示されている。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the volume ratio of hard particles and the sinking amount. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the diameter of the hard particles and the sinking amount. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the matrix hardness of the aluminum composite material and the sinking amount of the hard particles. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the sliding surface pressure and the subsidence amount of the hard particles. These figures show three values among the diameter D of the hard particles 300 in FIG. 1, the volume ratio of the hard particles 300 in the aluminum composite material 100, the matrix hardness of the aluminum composite material 100, and the sliding surface pressure. It shows how the subsidence amount of the hard particles 300 is affected when one of the remaining values is changed while being fixed at a medium value.
図２から図５を参照して、アルミニウム複合材料１００のマトリクス硬度は、他の因子に比べて、硬質粒子３００の沈み込み量に与える影響が小さいことが分かる。つまり、アルミニウム複合材料１００のマトリクス硬度が低い値であっても、硬質粒子３００の沈み込み量はほとんど大きくならず、結果、焼付きが発生することもない。 Referring to FIGS. 2 to 5, it can be seen that the matrix hardness of the aluminum composite material 100 has a smaller influence on the sinking amount of the hard particles 300 than other factors. That is, even if the matrix hardness of the aluminum composite material 100 is a low value, the sinking amount of the hard particles 300 is hardly increased, and as a result, seizure does not occur.
以上に説明した知見から、強度（硬度）は低いものの高い伸びを示すアルミニウム合金と、硬質粒子とを備える本発明のアルミニウム複合材料を完成するに至った。以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 From the knowledge described above, the present inventors have completed an aluminum composite material of the present invention comprising an aluminum alloy exhibiting high elongation with low strength (hardness) and hard particles. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図６から図１１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６から図１１に示す顕微鏡写真の倍率は１００倍である。図６から図１１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。 6 to 11 are photomicrographs showing the surface of the aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention. The magnification of the micrographs shown in FIGS. 6 to 11 is 100 times. A cylinder liner or a sleeve that is incorporated into an engine and slides with a piston ring is manufactured by performing lathe processing or the like on the extruded material made of aluminum alloy shown in FIGS.
図６から図１１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、ムライト、ＦｅＭｏまた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体積％以上３０体積％以下である。なお、硬質粒子２０を含む割合を体積％および面積％のいずれで表わした場合にも、値は等しくなる。 With reference to FIGS. 6 to 11, 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 mullite, FeMo, or rice bran ceramic. The ratio in which the hard particles 20 are contained is 5% by volume or more and 30% by volume or less with respect to the aluminum alloy extruded material. In addition, even if the ratio including the hard particles 20 is expressed by either volume% or area%, the values are equal.
アルミニウム合金１０は、アルミニウム合金１０に対して、０．０２質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．３質量％以上３質量％以下のマグネシウムとを含み、残部はアルミニウムおよび不可避不純物である。好ましくは、アルミニウム合金１０は、０を超え０．５質量％以下の銅と、０を超え１質量％以下のシリコンとをさらに含む。 Aluminum alloy 10 contains 0.02% by mass or more and 0.4% by mass or less of chromium and 0.3% by mass or more and 3% by mass or less of magnesium with respect to aluminum alloy 10, with the balance being aluminum and inevitable impurities. It is. Preferably, aluminum alloy 10 further includes more than 0 and 0.5 mass% or less of copper and more than 0 and 1 mass% or less of silicon.
図１２は、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１２には、図６から図１１中のアルミニウム合金１０の組成範囲にあるものとして、０．２質量％のクロムと、２．５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であるアルミニウム合金Ａ、および０．６質量％のシリコンと、０．２質量％のクロムと、１質量％のマグネシウムと、０．３質量％の銅とを含み、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. 12 is a graph showing the relationship between the tensile strength of aluminum alloy and temperature. FIG. 12 includes 0.2 mass% chromium and 2.5 mass% magnesium as being in the composition range of the aluminum alloy 10 in FIGS. 6 to 11, with the balance being aluminum and inevitable impurities. A certain aluminum alloy A and 0.6% by mass of silicon, 0.2% by mass of chromium, 1% by mass of magnesium, and 0.3% by mass of copper, with the balance being aluminum and inevitable impurities The relationship between the tensile strength of aluminum alloy B 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、および純アルミニウム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 tensile strength and temperature of pure aluminum.
図１２を参照して、アルミニウム合金ＡおよびＢは、従来のエンジンスリーブ用アルミニウム合金である♯２１７合金と比較して、低い引張り強さを有する。 Referring to FIG. 12, aluminum alloys A and B have a lower tensile strength than # 217 alloy, which is a conventional aluminum alloy for engine sleeves.
図１３は、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１３には、図６から図１１中のアルミニウム合金１０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合金および純アルミニウムの破断伸びと温度との関係も示されている。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between elongation at break and temperature of an aluminum alloy. FIG. 13 also shows the relationship between the elongation at break and the temperature of # 217 alloy and pure aluminum for comparison, in addition to aluminum alloys A and B as aluminum alloy 10 in FIGS.
図１３を参照して、♯２１７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８０％を超える値となっている。このため、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. 13, the elongation at break of # 217 alloy has a value of 20% or less regardless of temperature change, whereas the elongation at break of aluminum alloys A and B exceeds 200 ° C. There is a sharp increase below. As a result, at a temperature of 400 ° C., the elongation at break exceeds 80%. For this reason, even when the aluminum alloy extruded material formed from the aluminum alloy 10 contains a large amount of hard particles 20, excellent extrusion characteristics are exhibited during extrusion molding performed at a temperature of 400 ° C. or higher.
図１４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１４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. 14 is a graph showing the hardness of hard particles made of various materials. Referring to FIG. 14, 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、０．２質量％のクロムと、２．５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であるサンプル１のアルミニウム合金粉末と、０．６質量％のシリコンと、０．２質量％のクロムと、１質量％のマグネシウムと、０．３質量％の銅とを含み、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種類の硬質粒子と、純アルミニウム粉末とを準備した。 First, the aluminum alloy powder of Sample 1 containing 0.2% by mass of chromium and 2.5% by mass of magnesium, the balance being aluminum and inevitable impurities, 0.6% by mass of silicon, 0.2% An aluminum alloy powder of Sample 2 containing a mass% of chromium, 1 mass% of magnesium, and 0.3 mass% of copper, with the balance being aluminum and inevitable impurities was prepared. Separately, three types of hard particles, mullite (average particle size 12 μm), wood ceramic (average particle size 20 μm) and FeMo (average particle size 30 μm), and pure aluminum powder were prepared.
サンプル１および２のアルミニウム合金粉末と３種類の硬質粒子と純アルミニウム粉末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５×１０３（ｋｇｆ／ｃｍ２）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 and 2, three kinds of hard particles, and pure aluminum powder were appropriately combined and mixed for 15 minutes by a V-type blender. 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１５は、テストピースの形状を示す側面図である。図１５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純アルミニウム粉末との組み合わせ、硬質粒子および純アルミニウム粉末の割合が異なる実施例１から１１のテストピース３１を作製した。 FIG. 15 is a side view showing the shape of the test piece. Referring to FIG. 15, 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 11 having different combinations of aluminum alloy powder, hard particles, and pure aluminum powder, and different ratios of hard particles and pure aluminum powder were produced.
また別に、本発明による効果を確認するために、前述の♯２１７合金に硬質粒子としてのアルミナを適当な割合で混合した比較例１から３のテストピースを作製した。なお、アルミナを１０質量％の割合で混合した比較例３では、成形体の押出し成形時にむしれが発生し、丸棒を作製することができなかった。以上のテストピースの組成を表１に示した。 Separately, in order to confirm the effect of the present invention, test pieces of Comparative Examples 1 to 3 were prepared by mixing the above-mentioned # 217 alloy with alumina as hard particles at an appropriate ratio. In Comparative Example 3 in which alumina was mixed at a ratio of 10% by mass, peeling occurred at the time of extrusion molding of the molded body, and a round bar could not be produced. The composition of the above test piece is shown in Table 1.
図１６は、チップオンディスク試験装置を示す側面図である。図１６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１６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. 16 is a side view showing a chip-on-disk test apparatus. Using the apparatus shown in FIG. 16, a test piece seizure evaluation test was performed. Referring to FIG. 16, 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 rotating member 34 relative 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１６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, the wear 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および２のテストピースと実施例１から１１のテストピースとを比較した場合に、実施例１から１１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および２のテストピースと実施例１から１１のテストピースとを比較した場合に、実施例１から１１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および２のテストピースと実施例１から１１のテストピースとを比較した場合に、実施例１から１１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 pieces of Comparative Examples 1 and 2 and the test pieces of Examples 1 to 11 are compared, the test pieces of Examples 1 to 11 have a relatively long scuffing time. I was able to confirm that. Further, when the test pieces of Comparative Examples 1 and 2 and the test pieces of Examples 1 to 11 were compared, it was confirmed that the seizure load was a relatively large value in the test pieces of Examples 1 to 11. . Furthermore, when the test pieces of Comparative Examples 1 and 2 and the test pieces of Examples 1 to 11 are compared, the amount of self-wear of the test piece 31 is relatively small in the test pieces of Examples 1 to 11. 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.
１０ アルミニウム合金、２０ 硬質粒子。 10 Aluminum alloy, 20 hard particles.
Claims (11)
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、０．０２質量％以上０．４質量％以下のクロムと、０．３質量％以上３質量％以下のマグネシウムとを含む、アルミニウム複合材料。 Comprising aluminum alloy and hard particles,
The aluminum alloy is an aluminum composite material including 0.02% by mass to 0.4% by mass of chromium and 0.3% by mass to 3% by mass of magnesium with respect to the aluminum alloy.
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。 A mixture is formed by molding a mixture of an aluminum alloy containing 0.02 mass% to 0.4 mass% chromium and 0.3 mass% to 3 mass% magnesium, and hard particles. Process,
Forming the aluminum alloy extruded material by extruding the molded body at a temperature of 400 ° C. or higher.
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