JP2005281742A

JP2005281742A - アルミニウム合金、該アルミニウム合金からなる流体機器のスクロール部およびその製造方法。

Info

Publication number: JP2005281742A
Application number: JP2004095323A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Sagiya; 裕子鷺谷; Takeshi Fukui; 毅福井; Hiroshi Miyazaki; 弘宮崎
Original assignee: Ryoka Macs Corp; Sanden Corp
Current assignee: Ryoka Macs Corp; Sanden Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】優れた強度、耐摩耗性、生産性を有するスクロール型流体機器のスクロール部およびその製造方法を提供するとともに、該スクロール部等に最適なアルミニウム合金を提供することにある。
【解決手段】Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなることを特徴とするものからなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、圧縮機や膨張機等に用いられるスクロール型流体機器のスクロール部（渦巻部）およびその製造方法、さらにこれらに好適なアルミニウム合金に関する。

車両や産業機械などにおける圧縮機や膨張機等に広範に用いられるスクロール型流体機器のスクロール部には、優れた強度や耐摩耗性が要求される。このような要求に対応すべく、従来、スクロール型流体機器のスクロール部としては、たとえばＡｌ−Ｓｉ共晶系合金が使用されている。代表的な規格合金としてはＪＩＳＡ４０３２が挙げられる。また、アルミニウム合金の耐摩耗性や強度を向上するため特許文献１のような提案もなされている。
特公平４−５７７３８号公報

しかしながら、これまでの公知のアルミニウム合金を使用して、スクロール流体機器のスクロール部を熱間鍛造する場合、スクロール部に所望の強度等を付与するためには、熱処理が必要となる。しかし、一般的にＴ６処理等の熱処理においては、時効処理時間、時効処理温度と製品の強度との間には密接な関係がある。同一物性の製品を得ようとする場合、時効処理時間を短くするのであれば時効処理温度を高温に、一方時効処理温度を低温にするのであれば時効処理時間を長く設定する必要がある。また、諸物性の再現性を向上するためには、時効処理時間、時効処理温度の変動を極力抑えることが望ましい。このため、一般的なＴ６処理においては、時効処理時間を５〜１０時間程にして時効処置時間を低めに設定している。このため、スクロール部の生産性が著しく低下するおそれがある。

そこで、本発明の課題は、優れた強度、耐摩耗性、生産性を有するスクロール型流体機器のスクロール部およびその製造方法を提供するとともに、該スクロール部に最適なアルミニウム合金を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るアルミニウム合金は、Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなることを特徴とするものからなる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る流体機器のスクロール部は、Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成したことを特徴とするものからなる。

本発明における各成分の含有比率は、以下のような理由に基づき定められたものである。

Ｓｉ：ＳｉはＭｇと結合しＭｇ_２Ｓｉを析出しアルミニウム合金の強度、耐摩耗性を向上するが、アルミニウム合金からなるスクロール部に所望の強度、とくに高温強度を付与するためには含有量を１０．０〜１１．０ｗｔ％に設定する必要がある。１０．０ｗｔ％未満の場合は所望の高温強度が期待できない。一方、１１．０ｗｔ％を超えるとアルミニウム合金の加工性が低下するおそれがある。

Ｃｕ：Ｃｕはアルミニウム合金の引張強度を高める効果を有するが、アルミニウム合金からなるスクロール部に所望の引張強度を付与するためには含有量を３．１〜３．５ｗｔ％に設定する必要がある。３．１ｗｔ％未満では、引張強度の向上効果が期待できない。一方、３．５ｗｔ％を超えるとアルマイト性が低下するおそれがある。

Ｆｅ：Ｆｅは金属間化合物を晶出しアルミニウム合金の耐磨耗性を向上する。しかし、過剰に添加するとアルミニウム合金の靱性が低下するおそれがある。スクロール部に適用する際には、Ｆｅの含有量を０．１〜０．３ｗｔ％に設定することが好ましい。Ｆｅの含有量を０．１〜０．３ｗｔ％に設定する吐出針状化合物の晶出が抑制されスクロール部の靱性の低下を防止できる。

Ｍｇ：Ｍｇはアルミニウム合金の耐性を向上する効果がある。このため、アルミニウム合金からなるスクロール部に所望の耐性を付与するためには、Ｍｇの含有量を０．４ｗｔ％以上に設定する必要がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．５ｗｔ％を超えると引張強度が低下するので、Ｍｇの含有量は０．５ｗｔ％以下に設定する必要がある。

Ｔｉ：Ｔｉは初晶α相を微細化し、合金の機械的特性を向上する効果がある。アルミニウム合金からなるスクロール部に所望の機械的特性を付与するためにはＴｉの含有量は、０．０５ｗｔ％以下に設定する必要がある。

Ｓｂ：Ｓｂは共晶Ｓｉの微細・球状化に有効である。０．１ｗｔ％未満では、その効果が不十分であり、０．１４ｗｔ％を超えると糸状・棒状のＳｂを含む化合物が析出し易くなり、合金の靱性を低下させるおそれがある。このような、Ｓｂを含む化合物の析出を抑制するためには、スクロール部製造時の鋳造温度を７１０±１０℃に設定することが好ましい。また、Ｓｂによる共晶Ｓｉの微細・球状化効果を発揮させつつ、Ｓｂを含む化合物の析出を効果的に抑制するためには、合金のＳｂの含有量を０．１１〜０．１２ｗｔ％に設定することが好ましい。

Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉはアルミニウム合金の耐摩耗性等を向上する効果を有するが、過剰に添加すると強度、靱性を低下させるおそれがある。したがって、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉの含有量は０．０３ｗｔ％以下に設定する必要がある。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る流体機器のスクロール部の製造方法は、Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、鋳造後、熱間鍛造することを特徴とする方法からなる。

上記鋳造温度は、７１０±１０℃に設定することが好ましい。鋳造温度をこのように設定すれば、上述のようにＳｂを含む化合物の析出に伴うスクロール部の靱性の低下を防止しつつ、Ｓｂ添加による共晶Ｓｉの微細・球状化が促進されスクロール部に好ましい耐磨耗性を付与できる。

本発明に係る流体機器のスクロール部の製造方法においては、熱間鍛造により成形されたスクロール部にさらに熱処理を施すことが好ましい。スクロール部により好ましい強度、耐摩耗性を付与できる。

上記熱処理はＴ６処理であることが好ましい。Ｔ６処理は、溶体化処理後、時効処理を施す２段階の熱処理である。一般的に、時効処理時間、時効処理温度と製品の強度との間には密接な関係がある。同一物性の製品を得ようとする場合には、時効処理時間を短くするのであれば時効処理温度を高温に、一方時効処理温度を低温にするのであれば時効処理時間を長く設定する必要がある。また、諸物性の再現性を向上するためには、時効処理時間、時効処理温度の変動を極力抑えることが望ましい。このため、一般的なＴ６処理においては、時効処理時間を５〜１０時間程にして時効処置時間を低めに設定している。

しかし、本発明に係るスクロール部の製造に関しては、Ｔ６処理の時効処理時間を２〜５時間程度に短縮可能である。時効処理時間が２時間未満の場合伸び率は向上するが強度が低下するおそれがある。一方、時効処理時間が５時間を超えると強度は向上するが、生産性が低下するとともに伸び率が低下するおそれがある。したがって、時効処理時間の長短による物性変化および生産性の向上を考慮すると、時効処理時間は２〜５時間、好ましくは２〜４時間、より好ましくは２．５〜３．５時間、さらに好ましくは３時間である。

上記のような本発明に係るアルミニウム合金によれば、優れた強度、耐摩耗性を有するアルミニウム合金を得ることができる。また、本発明に係るアルミニウム合金は、とくに熱間鍛造により製造されるスクロール型流体機器のスクロール部等に好適であり、このような機器のトータルコストを低減できる。

以下に、本発明に係るアルミニウム合金、該アルミニウム合金からなる流体機器のスクロール部およびその流体機器のスクロール部の製造方法の望ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施例においては、アルミニウム合金を圧縮機等として用いられるスクロール型流体機器のスクロール部（たとえば、スクロール型圧縮機の渦巻）に適用した場合について説明するが、他の産業分野においても広く適用できる。

以下、本発明に係るアルミニウム合金をスクロール型圧縮機の渦巻に適用した場合を比較例とともに説明する。

（実施例１）
組成が、下記表１に示したようなアルミニウム合金を、７１０±１０℃の鋳造条件において鋳造した後、スクロール形状に熱間鍛造した。鍛造後、表２に示したような条件において熱処理（Ｔ６処理）を行って、Ｔ６調質のスクロールを得た。該スクロールの高温疲労特性を評価するため、疲労試験片を切り出し、高温疲労強度を測定した。結果を表３に示す。また、Ｔ６調質後のスクロールについて、共晶Ｓｉの形状を測定した。結果を表４に示す。

（比較例１）
組成が、下記表１に示したようなアルミニウム合金を、７１０±１０℃の鋳造条件において鋳造した後、スクロール形状に熱間鍛造した。鍛造後、表２に示したような条件において熱処理（Ｔ６処理）を行って、Ｔ６調質のスクロールを得た。そして、実施例１と同様に、スクロールの高温疲労強度、Ｔ６調質後のスクロールの共晶Ｓｉの形状を測定した結果を表３、４に示す。

以上の結果、表２〜表４から明らかなように、実施例１は比較例１より熱処理時間（時効処理時間）を大幅に短縮しているにも関わらず（表２）、スクロールの高温疲労強度も実施例１の方が比較例１よりも優れていることが分かる（表３）。さらに表４から、実施例１および比較例１の測定値は略同等の数値を示している。したがって、実施例１のアルミニウム合金も従来のアルミニウム合金（比較例１）と同様に十分微細・球状化されていることが分かる。

本発明に係るアルミニウム合金は、優れた耐摩耗性、強度を有し様々な産業分野、たとえば優れた耐摩耗性、強度が要求される機械部品等に利用できるが、とくに熱間鍛造により製造されるスクロール型流体機器のスクロール部に好適である。

Claims

Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、アルミニウム合金。
前記Ｓｂの含有量が０．１１〜０．１２ｗｔ％である、請求項１のアルミニウム合金。
Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成したことを特徴とする流体機器のスクロール部。
前記Ｓｂの含有量が０．１１〜０．１２ｗｔ％である、請求項３の流体機器のスクロール部。
Ｓｉ：１０．０〜１１．０ｗｔ％、Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％、Ｃｕ：３．１〜３．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５ｗｔ％以下、Ｓｂ：０．１０〜０．１４ｗｔ％、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉを０．０３ｗｔ％以下含有し、残部がアルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、鋳造後、熱間鍛造することを特徴とする流体機器のスクロール部の製造方法。
前記Ｓｂの含有量が０．１１〜０．１２ｗｔ％である、請求項５の流体機器のスクロール部の製造方法。
前記鋳造温度が７１０±１０℃である、請求項５または６の流体機器のスクロール部の製造方法。
前記熱間鍛造後さらに熱処理する、請求項５ないし７のいずれかに記載の流体機器のスクロール部の製造方法。
前記熱処理がＴ６処理である、請求項８の流体機器のスクロール部の製造方法。
前記Ｔ６処理時の時効処理時間が２〜５時間である、請求項９のスクロール部の製造方法。