JP2008144213A

JP2008144213A - Ｏｈ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材

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Publication number: JP2008144213A
Application number: JP2006331434A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Mori; 謙介森; Satoru Shoji; 了東海林; Shinji Yoshihara; 伸二吉原; Yoshinori Kato; 良則加藤; Ichiro Iwai; 一郎岩井; Kazuhiko Minami; 和彦南; Yoshifusa Shoji; 美房正路; Hidechika Hatta; 秀周八太; Noboru Numata; 昇沼田
Original assignee: Showa Denko KK; Kobe Steel Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd; Sumitomo Light Metal Industries Ltd; Furukawa Sky KK
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd; Sumitomo Light Metal Industries Ltd; Furukawa Sky KK; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: JP4956165B2

Abstract

【課題】Ｐｂを添加することなく切削性を向上させた快削Ａｌ合金押出材として、ＯＨ基を含むアルコール液に有する耐食性に優れたものを提供する。
【解決手段】Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％、残部が実質的にＡｌよりなる快削アルミニウム合金押出材。さらに、上記各元素のほか、Ｆｅ０．７５〜０．９％あるいはＴｉ０．０１〜０．２０％を添加した快削アルミニウム合金押出材。
【選択図】なし

Description

この発明は、切削性に優れた快削アルミニウム合金押出材、特にＰｂを添加することなく切削性を向上させた快削アルミニウム合金押出材に関するものであり、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材を提供するものである。

周知のようにアルミニウム合金は一般に切削性が良好であるため、軸受け、光学部品、自動車部品など、切削加工が必要とされる部品、部材に従来から広く使用されている。このようなアルミニウム合金の切削加工においては、切粉が連続した長いものとならずに細かく分断されること、すなわち切粉分断性が良好であることが望ましいとされている。

ところで従来、切削性に優れたアルミニウム合金材としては、Ａｌ−Ｃｕ合金に、Ｐｂ、Ｂｉを添加したＪＩＳ２０１１合金や、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金にＰｂ、Ｂｉを添加したＪＩＳ６２６２合金などの押出材が多用されている。しかしながら、Ｐｂは環境に悪影響を及ぼすおそれがあるところから、近年は環境問題重視の観点から、Ｐｂを添加せずに切削性を向上させたアルミニウム合金が要求されるようになっている。そこで最近では、Ｐｂ−Ｂｉを添加したＪＩＳ６２６２合金（Ｐｂ−Ｂｉ添加）に代えて、Ｐｂを添加しないＳｎ−Ｂｉ添加合金が提案されており、切削性、耐食性などにおいてＪＩＳ６２６２合金とほぼ同等の性能を持つ快削アルミニウム合金が流通されつつある（例えば特許文献１参照）。
特開平９−２５５３３号公報

前記提案に示されるようなＳｎ−Ｂｉ添加快削アルミニウム合金においては、１２０℃以上の高温において、ＯＨ基を１つ以上含むアルコール液に接すれば腐食もしくは溶解するという現象が生じてしまう問題がある。この現象は、Ｓｎ添加合金に顕著に見られるものであり、高温で反応が著しく、またガスを発生しながら反応すること、さらに反応に潜伏期間が存在すること、そして特にＯＨ基が存在するアルコール液で溶解することなどが確認されており、これらの点から、アルコキシド反応によるものと推定されている。そのためＳｎ−Ｂｉ添加アルミニウム合金を、例えばブレーキ部品として使用して、ＯＨ基を１つ以上含む高温ブレーキ液と接触させた場合には、Ｓｎ−Ｂｉ添加アルミニウム合金が、腐食もしくは溶解してしまって、ブレーキ部品としての機能を果たさなくなることが懸念される。そのためＳｎ−Ｂｉ添加快削アルミニウム合金は、Ｐｂを添加せずに良好な切削性を確保できる利点はあるものの、ブレーキ部品など、高温のＯＨ基含有アルコール液と接するような環境での使用はためらわれていたのが実情である。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金において、Ｐｂを添加せずにＳｎおよびＢｉを添加して良好な切削性を維持すると同時に、ＯＨ基を１つ以上含む高温アルコール液との腐食反応を抑制し得る快削アルミニウム合金押出材を提供することを課題とするものである。

本発明者等は、前述の課題を解決するべく、鋭意実験・検討を重ねた結果、Ｐｂを添加しないＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金において、Ｓｎ、Ｂｉを添加しつつも、Ｓｎ添加量を適切に規制すると同時に、新たにＣｕを適切な量だけ添加することによって、良好な切削性を確保しつつ、ＯＨ基を含有する高温アルコール液との接触による腐食、溶解を抑制し得ることを見出し、この発明をなすに至ったのである。

すなわち請求項１の快削アルミニウム合金押出材は、Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするものである。

また請求項２の発明の快削アルミニウム合金押出材は、Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｆｅ０．７５〜０．９％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするものである。

そしてまた請求項３の発明の快削アルミニウム合金押出材は、Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｔｉ０．０１〜０．２０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするものである。

また請求項４の発明の快削アルミニウム合金押出材は、Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｆｅ０．７５〜０．９％、Ｔｉ０．０１〜０．２０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするものである。

さらに請求項５快削アルミニウム合金押出材は、請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の快削アルミニウム合金押出材において、ＯＨ基を含むアルコール液に、１２０℃で１２０時間接した際の腐食減量が０．５重量％以下であることを特徴とするものである。

この発明の快削アルミニウム合金押出材は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金押出材として、Ｐｂを添加することなく、従来の快削合金、例えばＪＩＳ６２６２合金などと同等の良好な切削性を得ることができると同時に、耐アルコール腐食性に優れたものであり、そのため１２０℃程度以上の高温でＯＨ基を含有するアルコール液と接する環境下で使用される切削加工部品として、そのような環境下で腐食もしくは溶解することが有効に抑制され、したがってブレーキ部品等として安全に使用することができる。

以下に、この発明の実施形態について説明する。

先ずこの発明の快削アルミニウム合金押出材における各合金元素の限定理由について説明する。

Ｓｉ、Ｍｇ：
ＳｉとＭｇは、Ｍｇ₂Ｓｉを析出して強度向上に寄与する。Ｓｉ量が０．４％未満またはＭｇ量が０．８％未満では、強度向上の効果が小さく、一方、Ｓｉ量が０．８％を越えるかまたはＭｇ量が１．２％を越えれば、押出性等の加工性が低下する。したがってＳｉ量は０．４〜０．８％の範囲内、Ｍｇ量は０．８〜１．２％の範囲内とした。

Ｓｎ、Ｂｉ：
Ｓｎ、Ｂｉの添加は切削性、特に切粉分断性の向上に寄与する。すなわちＳｎ、Ｂｉは、アルミニウムにはほとんど固溶せずにＳｎ−Ｂｉ系化合物として存在し、かつその融点は低く、そのため切削加工時には加工熱により化合物が溶融して、切粉にノッチが入って切粉分断性が向上すると考えられる。ここで、Ｓｎの融点は２３２℃、Ｂｉの融点は２７１℃と、ともに低融点ではあるが、Ｓｎ−Ｂｉ化合物では融点が１３９℃と、より一層低融点となるため、切粉分断性向上の効果が大きい。そのため切粉分断性を充分に向上させるために、Ｓｎ、Ｂｉを同時に添加することとした。切粉分断性は、Ｓｎ、Ｂｉの添加量が多いほど向上し、Ｓｎ、Ｂｉ同時添加の効果を発揮させるためには、Ｂｉを０．３％以上とする必要があり、またＳｎは０．１％以上とすることが必要である。またＳｎ、Ｂｉの合計添加量が０．５％未満では充分な切粉分断性が得られず、一方合計添加量が１．５％を越えれば耐食性が低下する。一方、Ｓｎを多量に添加すれば、ＯＨ基を含む高温のアルコール液と接した場合に溶解反応を引起こしてしまうおそれがあり、特にＳｎ添加量が０．５％を越えればその傾向が著しくなる。そしてＳｎ量を０．５％以下に制限すれば、ＯＨ基との反応が顕著に軽減されて、１２０℃の高温アルコール液に１２０時間接したときの腐食もしくは溶解による重量減少率が０．５％以下となる。一方、Ｂｉが１．０％を越えれば、耐食性が劣化するので好ましくない。したがってこれらの理由から、Ｓｎは０．１〜０．５％の範囲内、Ｂｉは０．３〜１．０％の範囲内、さらにＳｎとＢｉの合計添加量を０．５〜１．５％の範囲内に規制することとした。

Ｃｕ：
Ｃｕは、マトリックス中に固溶することにより強度向上に寄与する元素であるが、本発明者等は、Ｃｕの添加は強度向上のみならず、ＯＨ基を含むアルコール液への溶解を抑制する効果を奏することを新規に見出し、この発明ではＣｕを積極添加することとした。ここで、Ｃｕ量が０．１％未満ではその効果が充分に得られず、一方Ｃｕ添加量が０．４％を越えれば、一般的な耐食性が低下してしまう。そこでＣｕの添加量は０．１〜０．４％の範囲内とした。

Ｆｅ：
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系あるいはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系などの化合物を形成して、切粉分断性の向上に寄与する元素であり、そこで請求項２、請求項４の発明の合金においてＦｅを積極添加することとした。ここで、Ｆｅを０．７５％以上添加することにより切粉分断性を向上させることができるが、Ｆｅ量が０．９％を越えれば押出成形性を低下させてしまうから、Ｆｅを積極添加する場合のＦｅ量は０．７５〜０．９％の範囲内とした。なお通常のアルミニウム合金においてもＦｅは不可避的不純物として含有される元素であり、したがって請求項１、請求項３の発明の合金の場合も、０．７５％未満のＦｅが不可避的不純物として含有されることは許容される。

Ｔｉ：
Ｔｉは、通常のアルミニウム合金において鋳塊結晶粒微細化材として添加することが多い元素であり、この発明の場合も、Ｔｉ添加による結晶粒微細化を通じて、強度向上および切粉分断性向上の効果を得ることができ、そこで請求項３、請求項４の発明の合金においてＴｉを添加することとした。但しＴｉ添加量が０．０１％未満では前述の効果が充分に得られず、一方Ｔｉ添加量が０．２０％を越えてもそれ以上効果は向上しないから、Ｔｉを添加する場合のＴｉ添加量は０．０１〜０．２０％の範囲内とした。なお請求項１、請求項２の発明の合金でも、不可避的不純物として０．０１％未満のＴｉが含有されることは許容される。

以上の各合金元素のほかは、基本的にはＡｌおよび不可避的不純物とすればよい。

上述のように、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に対して、適切な量だけＳｎ、Ｂｉを添加し、かつＣｕを少量だけ添加したこの発明のアルミニウム合金押出材は、Ｐｂの添加なしで良好な切削性を得ると同時に、良好な耐アルコール腐食性を得て、ＯＨ基を含むアルコール液に高温で接した場合でも、溶解もしくは腐食することを有効に抑制することができる。ここで、耐アルコール腐食性の指標としては、ＯＨ基を１つ以上含むアルコール液に１２０℃で１２０時間接した場合の腐食減量が０．５重量％以下であれば、耐アルコール腐食性が良好と認めることができる。そして前述のようなこの発明で規定する成分組成範囲内の合金であれば、上記の指標を充分に満たすことができる。

なおＯＨ基を含むアルコールの例としては、トリエチレングリコールモノメチルエーテル（Ｃ７Ｈ１５Ｏ３−ＯＨ）などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

なおまた、この発明の快削アルミニウム合金押出材を製造する方法は特に限定されるものではなく、常法に従って製造すれば良い。例えば通常の方法により溶解・鋳造し、必要に応じて均質化処理を行なってから押出加工（通常は熱間押出）を行なえば良い。さらに押出加工後の処理・調質についても特に限定されるものではなく、通常の製造条件により、用途に応じて調質を選択すれば良い。例えば、熱間押出上がりままのＴ１でも良いし、溶体化・人工時効を施したＴ６でも良く、さらには溶体化・冷間加工・人工時効を施したＴ８、Ｔ９でも良い。なお切粉分断性は、一般に硬度が高い方が良好であることから、溶体化後に冷間加工や人工時効を施すＴ３、Ｔ８、Ｔ９等の調質が特に好ましい。

以下にこの発明の実施例を、比較例とともに示す。なお以下の各実施例は、飽くまで説明のためのものであり、この発明の技術的範囲を制限するものでないことはもちろんである。

表１の合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２８に示す組成の各合金を溶解し、常法に従ってＤＣ鋳造を行なって直径２２０ｍｍの鋳塊（ビレット）を得た。この鋳塊に５５０℃×６時間の均質化処理を施した後、４００℃で熱間押出を行なって直径３５ｍｍの丸棒材とした。これに５２０℃×２時間の溶体化処理を施した後、直ちに水冷することにより焼入れし、さらに１８０℃×８時間の人工時効処理を行った。

以上のようにして得られた各押出材について、次のように切削試験およびアルコールへの浸漬試験を行なった。
（１）切削試験
上記の押出材を用いて、外削による切削試験を行なって、切粉分断性を評価した。切削条件は、回転数２０００ｒｐｍ、切り込み量１ｍｍ、送り量０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、とした。
（２）アルコールへの浸漬試験
ＯＨ基を含むアルコール液に対する浸漬試験を行なって、耐アルコール腐食性を評価した。具体的には、前述のようにして得られた直径３５ｍｍの棒状押出材を切削加工して、直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状試験片とし、その試験片を、ＯＨ基を有するアルコール類であるトリエチレングリコールモノメチルエーテル（Ｃ７Ｈ１５Ｏ３−ＯＨ）を主成分として含有する市販の自動車用ブレーキ液（米国連邦安全基準：ＦｅｄｅｒａｌＭｏｔｏｒＶｅｈｉｃｌｅＳａｆｅｔｙＳｔａｎｄａｒｄのＤＯＴ３規格品）に浸漬し、１２０℃×１２０時間の浸漬保持を行なった。

これらの切削試験による切粉分断性評価結果、およびアルコール液への浸漬試験による耐アルコール腐食性評価（−ＯＨ溶液溶解性評価）結果を表２に示す。なおこれらの試験、評価のほか、一般的な耐食性評価として、常法に従って塩水噴霧試験を行ない、また強度評価として、常法に従って、引張強さ、耐力、伸びおよび硬さを調べた。

ここで、切粉分断性の評価にあたっては、切粉１００個当りの質量で４段階評価した。評価基準は、Ａ：４ｇ以下、Ｂ：４ｇを越え８ｇ以下、Ｃ：８ｇを越え３０ｇ以下、Ｄ：３０ｇより大、とした。

また耐アルコール腐食性評価については、前述のように１２０℃×１２０時間の浸漬保持による重量減少率を調べ、重量減少量が０％のものをａ、０．５％以下（０％を含まず）のものをｂ、０．５％を越えたものをｃとして３段階評価を行なった。

合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２は、いずれもＳｎ、Ｂｉ、Ｃｕをこの発明で規定する範囲内で添加し、さらにＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉの各元素の量もこの発明で規定する範囲内とした発明合金であり、これらの発明合金は、いずれも良好な切粉分断性を示すとともに、良好な耐アルコール腐食性を示すことが判明し、またそのほか一般的な耐食性や、強度、押出性等の点でも特に問題がないことが確認された。なおこれらの発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２のうち、Ｆｅを０．７５%以上０．９%以下添加した発明合金Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２は、前記の切粉分断性の評価指標では他の発明合金と変わらなかったが、目視による切粉形状の評価において、他の発明合金よりも切粉が分断され易く良好であることが確認された。

一方、合金Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．２８は、成分元素のうちのいずれか一つ以上がこの発明で規定する範囲を外れた比較合金であり、これらの比較合金では、切粉分断性（切削性）、耐アルコール腐食性、あるいは塩水噴霧試験耐性などの一般的な耐食性、強度、押出性のいずれかの特性が劣っていることが判明した。

すなわち、先ず比較合金Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２２の場合は、ＳｎあるいはＢｉの添加量がこの発明で規定する量より少ないため、アルコール液による腐食はほとんどないものの、切粉分断性に劣っていた。このうち、比較合金Ｎｏ．１６、Ｎｏ．２２は、Ｓｎ添加量およびＳｎ＋Ｂｉ添加量がともにこの発明で規定する下限量に満たないため、切粉分断性評価がＣと悪かったが、比較合金Ｎｏ．２１は、Ｂｉ添加量は本発明で規定する下限量に若干満たないものの、Ｓｎ添加量およびＳｎ＋Ｂｉ添加量がこの発明で規定する範囲を満たしていることから、切粉分断性評価はＢとなった。一方、Ｓｎ添加量がこの発明で規定する上限（０．５％）より多い比較合金Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１８、あるいはＳｎ＋Ｂｉ添加量がこの発明で規定する上限量（１．５％）より多い比較合金Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．１７では、切粉分断性は優れるものの、アルコール液への溶解が激しくなってしまった。

また比較合金Ｎｏ．２０の場合、切粉分断性およびアルコール液への溶解性は、ともに問題がなかったが、Ｂｉが１．０％を越えているため、塩水噴霧試験耐性などの一般的な耐食性で若干劣っていることが確認された。

さらに、比較合金Ｎｏ．２３の場合は、切粉分断性およびアルコール液への溶解性は、ともに問題がなかったが、Ｆｅ量が０．９％を越えているため、押出性が低下した。

一方、比較合金Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２８は、主に強度に影響するＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ量がこの発明で規定する範囲から外れているものであり、これらの合金元素の添加量の多少は、切粉分断性には大きな影響を与えないが、添加量の少ないものは強度低下、また添加量の多いものは押出性の低下が見られた。

具体的には、比較合金Ｎｏ．１５は、Ｍｇ添加量が不足しているため、充分な強度が得られなかった。また比較合金Ｎｏ．１９は、Ｃｕが添加されていないため、充分な強度が得られず、同時にＯＨ基を含むアルコール液への溶解が生じた。ここで、比較合金Ｎｏ．１９のアルコール液への溶解量は、表２に示すように評価としてはｂに相当したが、重量減少率は０．５％に近くてｃ評価に近く、このことは、Ｃｕがこの発明の規定量に不足していればＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性が充分には得られなくなることを示している。さらに比較合金Ｎｏ．２４は、Ｓｉ添加量が不足しているため、充分な強度が得られなかった。一方比較合金Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２６、Ｎｏ．２８は、Ｓｉ量またはＭｇ量が多過ぎたため、押出性等の加工性に劣り、試験合金を作製できなかった。そしてまた比較合金Ｎｏ．２７は、Ｃｕ量が多過ぎたため、塩水噴霧試験耐性などの一般的な耐食性が劣ることが確認された。

Claims

Ｓｉ０．４〜０．８％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材。
Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｆｅ０．７５〜０．９％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材。
Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｔｉ０．０１〜０．２０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材。
Ｓｉ０．４〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．４％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｓｎ０．１〜０．５％、Ｂｉ０．３〜１．０％、Ｆｅ０．７５〜０．９％、Ｔｉ０．０１〜０．２０％を含有し、かつＳｎとＢｉの合計量が０．５〜１．５％の範囲内にあり、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材。
請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の快削アルミニウム合金押出材において、
ＯＨ基を含むアルコール液に、１２０℃で１２０時間接した際の腐食減量が０．５重量％以下であることを特徴とする、ＯＨ基を含むアルコール液に対する耐食性に優れた快削アルミニウム合金押出材。