JP3979602B2 - かしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金及びその押出材 - Google Patents
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Description
本発明は、かしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金及びこれを用いた押出材に関する。
特に車両等に使用される制動部品等において相手摺動部品に対して耐摩耗性が要求されるとともに、かしめ等の塑性変形時にいわゆる、ねばり性が必要である部位に使用するのに好適なアルミニウム合金及びそれを用いて押出成形して得られる押出材に係る。
背景技術
一般に耐摩耗性を目的として使用されている合金としては、日本工業規格H4032に規定される4032合金のように多量のSiを添加することでアルミニウム中に硬質のSi粒子を分散させたものがある。また特開平9−176769号にはSi、Mg、Mnを添加することで、耐摩耗性を維持しつつ、押出性、切削性の改善を図った合金が開示されている。
しかし、自動車制動部品等における、いわゆるブレーキフルーイド等の潤滑油中下での耐摩耗性が要求される技術分野に関しては、耐摩耗性のみならず、耐圧強度も要求され、さらには部品組付のための、かしめ加工時の材料ねばり性が必要とされる。
一般に、耐摩耗性を向上させるには、上記のようにSiを多く添加することでアルミニウム合金中にSi分散粒子として析出する技術は公知である。
ところが、このSi粒子を合金中に分散させることにより、その切欠け効果等により金属材料としてのねばり性が悪化する。
また、押出成形性も低下する。
従って、単にSi添加量を多くしただけのアルミニウム合金では、押出生産性が低下するのみならず、ねばり性が悪化するのでこれらの押出材に所定の機械加工を施し、ピストンやバルブ等の摺動部品を組み込み、相対的に摺動摩耗を受けるとともに、その中に封入されている潤滑油等に対する耐圧性能が要求される部品への適用が困難になる。
発明の開示
従来は上記のようにアルミニウム合金においては、耐摩耗性を向上させようとすると、ねばり性が悪くなり、即ち、かしめ性が低下し、かしめ性を向上させようとすると耐摩耗性及び強度が低下するために相反する特性とされている。
そこで、まず、アルミニウム金属中に各種成分を添加し、押出加工により第5図に示すような押出形材を成形し、各品質特性、押出性、硬度、機械的性質と圧縮性について実験評価した。
第1ステップとして、自動車用制動部品であるアンチロックブレーキシステムアクチュエーターボデー(以下、ABSボデーという)に必要な耐摩耗性を確保するためにSi添加量と耐摩耗性試験を実施した。
Si:3.0重量%(以下、本発明においては全て重量%を示す。)添加により摩耗性効果が認められ、6.0%で平衡に達することからSi添加量は3.0〜6.0%が妥当であり、好ましくは、3.5〜5.5%となる。
また、Si添加量を多くすると押出性が悪くなり、この押出性を考慮すると理想的にはSi:3.5〜5.0%となる。
耐摩耗の評価は、次の条件で実施した結果の相対比較である。
摩擦摩耗試験機((株)オリエンテック製EFM−III−F形)を用いた。
試験方法は、異なる二つの円筒試料(ピンと試験片ディスク)をその中心線上に一致して回転させ、ピンに一定荷重を負荷して押し付けることにより、摩擦摩耗を生じさせる。
ピンは、径5mm×高さ8mmのSCr20(浸炭焼入れ)材とした。
試験片ディスクは、T6処理した押出形材より切り出し、径60mm×高さ5mm、面粗さ1.6Z以下、平面度0.01以下に加工した。
潤滑液としてブレーキフルードを用い、回転数160rpm、試験期間50hr、加圧荷重20MPaとした。
摩耗量は、試験片ディスクの摩耗部を粗さ測定機にて測定した。
次に、Si添加だけでは強度が確保できないため、Mg2Siの析出効果による強度向上を目的にMg添加するが、例えば、ABSボデー材には硬度(表面硬度で評価)HRB(ロックウエルBスケール)にて硬度35以上、引張強度240MPa以上、0.2%耐力190MPa以上である。
Mg:0.6%以上では強度は確保できるが、材料のねばり性が低下してABSボデー材として使用した場合に、ピストンバルブ等の摺動部品を挿入するための孔加工等をし、その後、ボールかしめ等のかしめ加工が困難になり、最悪の場合には、かしめ時にABSボデー材に割れが発生する問題がある。
ここで、かしめ加工について説明する。
例えば、第7図に示す例は、ABSボデー材4に、組み付け用のくぼみ6を設けた組み付け部品5をジグ等で当接固定し、側部からパンチ7にて加圧するとこのくぼみ6にABSボデー材のメタルが流れ込み組み付ける加工方法である。
このときのパンチ7のストロークL1が、かしめ深さである。
また、第8図に示す例は、ABSボデー材4に段差部61を有する組み付け部品を51をジグ等で当接固定し、側部からパンチ71にて加圧するとメタルがこの段差部側に流れ込みかしめられる。
このときのパンチ71のストロークL2が、かしめ深さである。
そこで、かしめ性を評価する方法として第6図に示すように上型1と下型3の間に試験片2を挟み込み上から加圧して試験片に微少割れが発生する限界据込み率を圧縮性評価として実施し、重回帰分析にて品質特性に影響する成分を抽出した。
その結果を第4図(表4)に示す。
この結果から限界据込み率にMgとMnの影響が大きいことが明らかになり、引張強度及び表面硬度に配慮しつつ検討した。
Mg:0.6%以上添加した材料は微小割れが発生する限界据込み率が40%であり、Mg:0.5%添加した材料の限界据え込み率は42%となり、Mg:0.2%添加した材料は限界据込み率が50%以上であった。
Mg添加量と限界据込み率は負の相関があり、ABSボデー材に必要な強度とかしめ性を確保するMg添加量はMg:0.1〜0.45%であり、好ましくはMg:0.2〜0.45%である。
Mnは結晶粒の微細化に効果があるが、Mn添加量と限界据込み率は負の相関があり、Mn添加量はMn:0.01〜0.5%が妥当であり、好ましくはMn:0.01〜0.3%の範囲である。
Cuはアルミニウム中の固溶効果に寄与し、硬度は向上するが、Cu添加量が多いと防食性が低下するので、Cu添加量はCu:0.01〜0.5%が妥当である。
Cr、Fe、Tiは結晶粒の微細化効果があり、必要に応じて添加される。
その実用的範囲は、Cr:0.01〜0.5%、Fe:0.01〜0.5%、Ti:0.01〜0.2%である。
発明を実施するための最良の形態
第1図(表1)に示す合金組成の8インチビレットを鋳造し、第2図(表2)に示すように、460〜590℃で6時間以上均質化処理を行い、450〜510℃に加熱して熱間押出加工した。
T6処理は押出直後にダイス端焼入れし、160〜195℃に2〜8時間加熱処理を行い人工時効処理を施した。
押出材は第5図に示す異形形材とし、得られた押出材の押出加工性を評価した。
また人工時効後の押出材は90mmで切断後、硬度、機械的性質、かしめ性の代用評価として圧縮性を以下の試験方法によって試験した。
(1) 熱間押出加工した押出形材の表面に割れを生じさせないで押出すことができる最大押出速度を測定し、これによって各合金の押出加工性を評価した。
(2) 硬度T6処理した押出材をロックウエルBスケール硬度計にてその表面硬度を評価した。
(3) 機械的性質T6処理した押出材より日本工業規格13B号片の引張試験片を採取し、日本工業規格Z2241に準じ試験を行った。
(4) 圧縮性評価は冷間据込み性試験方法を用いた。
円柱試験片の端面拘束据込み試験を実施した。
T6処理した押出形材より押出方向に径14mm×高さ21mmの試験片を採取し、これを冷間で軸方向に据込みプレスを行い側面に微小割れが発生する限界据込み率を求めた。
限界据込み率は次の式により求めた。
εhc=h0−hc/h0×100
εhc:限界据込み率(%)、h0:試験片の元の高さ、hc:割れ発生時1の試験片の高さである。
試験条件は、室温、圧縮速度は10mm/sとし、試験機は25トンのオートグラフを使用した。
上記の方法にて試験評価した結果を第3図(表3)に示す。
その結果、比較例として評価した従来から知られている耐摩耗性合金Jに対して、Mg:0.1〜0.45重量%、Cu:0.01〜0.5重量%、好ましくは、Cu:0.01〜0.2重量%にすることにより、Si:3.0〜6.0重量%、Mn:0.01〜0.5重量%好ましくはMn:0.01〜0.3重量%の範囲の組合せにより、押出加工性を向上させつつ、耐摩耗性及び圧縮性(かしめ性)を両立させた新規アルミニウム合金及びその押出材が得られる。
産業上の利用可能性
本発明に係るアルミニウム合金を用いると、従来の耐摩耗性合金に比較して押出加工性が優れ、このようにして得られた押出材は、耐摩耗性、強度、硬度とこれらの特性と従来相反するとされていた、かしめ性(ねばり性)を両立させることができるので、耐摩耗性及び耐圧強度が要求される製品であって、かつ、生産加工時にかしめ性が要求される製品向のアルミニウム合金及びその押出材として利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(表1)は、本発明に係るアルミニウム合金の成分表を示す。
第2図(表2)は、本発明におけるアルミニウム合金の押出条件及び熱処理条件を示す。
第3図(表3)は、本発明にて得られた押出材の評価結果を示す。
第4図(表4)は、重回帰分析結果を示す。
第5図は、評価に供した押出材の断面形状を示す。
第6図は、限界据込み率の試験方法の模式図を示す。
1が上型を示し、3が下型を示す。
この間に試験片2を挿入して圧縮する。
第7図は、ABSボデー材4に組み付け部品5をそのくぼみ6を利用してパンチ7にてかしめる例を示す。
第8図は、ABSボデー材4に組み付け部品51をその段差部61を利用してパンチ71にてかしめる例を示す。
Claims (2)
- Mg:0.1〜0.39重量%、Si:3.0〜6.0重量%、Cu:0.01〜0.5重量%、Fe:0.01〜0.5重量%を有し、さらにMn:0.01〜0.5重量%、Cr:0.01〜0.5重量%を有し、残りがAlおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金。
- Mg:0.1〜0.39重量%、Si:3.0〜6.0重量%、Cu:0.01〜0.5重量%、Fe:0.01〜0.5重量%を有し、さらにMn:0.01〜0.5重量%、Cr:0.01〜0.5重量%を有し、残りがAlおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム押出材。
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