JP6905388B2 - アルミニウム合金 - Google Patents
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Description
本発明は、高温強度と耐摩耗性に優れるアルミニウム合金に関する。
古くから、２０００系合金および４０００系合金は、高力系の構造用材料や耐熱、耐摩耗用材料として、航空機部材、二輪＆四輪、産業機械のコンプレッサー部品、ギア、ねじ、シリンダー、金型等に使用されてきた。しかし、一般的に２０００系合金は、高温強度が高いものの、耐摩耗性が低く、一方、４０００系合金については、耐摩耗性は十分であるが、高温強度が低いため、使用温度と耐久性に応じて品種を選定せざるを得なかった。現在の高度・複雑化した製品に対し、部品点数を少なくするという面から高温強度と耐摩耗性を両立した汎用的な材料が望まれている。
特許文献１には、２０００系合金であって、２００℃までの高温強度に優れたアルミニウム合金が開示されているが、２５０℃では強度が十分でないおそれがあり、また耐摩耗性については考慮されていない。特許文献１は、Ｍｎ，Ｚｒ，Ｖを添加しているため、焼入れ感受性が高く、厚肉製品のように、溶体化処理後の焼入れ時において冷却速度が不可避的に低下する場合、母相の硬さが低下し、耐摩耗性が低下する。特許文献２は、２０００系合金であって、２５０℃の高温において高い耐力を発揮するアルミニウム合金を開示するが、この合金も耐摩耗性については考慮されていない。特許文献３には、４０００系合金にセラミックス粒子（ＳｉＣ粒子）を含有し、耐摩耗性、耐熱性並びに熱伝導性に優れたアルミニウム合金が開示されているが、そのようにセラミック粒子を含有するものは、鍛造加工等の加工性が悪い。
本発明は以上に述べた実情に鑑み、２５０℃の高温強度と耐摩耗性を両立するアルミニウム合金の提供を目的とする。
上記の課題を達成するために請求項１記載の発明によるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。
請求項２記載の発明によるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。
請求項３記載の発明によるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。
請求項１記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃の高温において１２０ＭＰａ以上の引張強度を有し、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．８以下となり、高温強度と耐摩耗性を両立できる。
請求項２記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃の高温において１５０ＭＰａ以上の引張強度を有し、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．６以下となり、高温強度と耐摩耗性がより優れたものになる。
請求項３記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃の高温において１７０ＭＰａ以上の引張強度を有し、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．４５以下となり、高温強度と耐摩耗性がさらに優れたものになる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明（請求項１記載の発明）のアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉ元素は相互に作用し、様々な金属間化合物（晶出物、析出物）を形成する。これらの化合物が高温強度、耐摩耗性の向上に寄与すると考えられる。
Ｓｉは、主にＡｌ−Ｆｅ（−Ｎｉ）−Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉの化合物を形成する。Ａｌ−Ｆｅ（−Ｎｉ）−Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉは高温強度及び耐摩耗性の向上に寄与する。Ｓｉが０．１ｗｔ％未満では効果がなく、２．０ｗｔ％より多いとＳｉ系の巨大晶出物が発生し、高温強度と耐摩耗性が低下する。よってＳｉは、０．１〜２．０ｗｔ％としている。
Ｆｅは、主にＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ相が晶出する。Ａｌ−Ｆｅ−ＮｉとＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕは、高温強度及び耐摩耗性の向上に寄与する。Ｆｅが１．０ｗｔ％未満では効果が小さく、２．０ｗｔ％を超えるとＦｅ系の巨大晶出物が発生し、特に高温強度が低下する。よってＦｅは、１．０〜２．０ｗｔ％としている。
Ｃｕは、主にＡｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ相を形成する。Ａｌ−Ｃｕ及びＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇは、高温強度と耐摩耗性の向上に寄与する。Ｃｕが２．０ｗｔ％未満では効果が小さく、６．０ｗｔ％を超えると耐食性が低下する。よってＣｕは、２．０〜６．０ｗｔ％としている。
Ｍｇは、主にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ、Ｍｇ２Ｓｉ相を形成する。Ａｌ−Ｃｕ−ＭｇとＭｇ２Ｓｉは、高温強度と耐摩耗性の向上に寄与する。Ｍｇが１．０ｗｔ％未満では効果が小さく、３．０ｗｔ％を超えると伸びが著しく低下するため、加工が困難になる。よってＭｇは、１．０〜３．０ｗｔ％としている。
Ｎｉは、主にＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｎｉ）−Ｓｉ相が晶出する。Ａｌ−Ｆｅ−ＮｉとＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｎｉ）−Ｓｉは、高温強度と耐摩耗性の向上に寄与する。Ｎｉが３．０ｗｔ％を超えるとＮｉ系の巨大晶出物が発生し、高温強度が低下する。よってＮｉは、３．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）としている。なおＮｉは、０．８ｗｔ％以下とすることもできる。Ｎｉは高価なため少ない方が好ましく、Ｎｉを０．８ｗｔ％以下とすることでコストを抑えられる。
Ｔｉは、結晶粒を微細化および鋳造時の鋳塊割れを防ぐ働きがある。Ｔｉが０．０１％未満では効果が小さく、０．２０ｗｔ％を超えると巨大晶出物が発生し、強度低下を招く。よってＴｉは、０．０１〜０．２ｗｔ％としている。
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇは、上述のとおり相互に金属間化合物を形成し、高温強度及び耐摩耗性を向上させる。Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが３．１ｗｔ％未満では、効果が小さい。よって、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％とした。
粒界晶出物（Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ他）は一般的に母相よりも硬く、これら粒界晶出物の量と、母相の硬さ（つまり、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ、Ｍｇ２Ｓｉの析出量）との合算により、優れた耐摩耗性がもたらされる。
導電率は、組織内部の析出状態を表す指標として用いることができ、導電率と高温強度及び耐摩耗性との間には、導電率が高いほど高温強度が小さくなり、耐摩耗性が低くなる関係がある。また、導電率と熱伝導率との関係は、導電率が高いほど熱伝導率が高くなる関係にある。導電率が２５．０％ＩＡＣＳより小さいと、高温強度と耐摩耗性は満足するが、熱伝導率が小さくなり放熱性が悪くなるので、高温での使用に適さない。導電率が４０．０％ＩＡＣＳより大きいと、熱伝導性は良いが、所望の高温強度と耐摩耗性が得られない。よって、導電率は２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下とした。なお、本発明のアルミニウム合金は、鋳造したままで導電率が上記範囲内のものであってもよいし、後述するように均質化処理、Ｔ６処理等の熱処理を行った後に導電率が上記範囲内のものであってもよい。
また導電率は、Ｃｕ及びＭｇの含有量と密接な関係があり、Ｃｕ及びＭｇの含有量が多くなると導電率は小さくなる。よって、Ｃｕ及びＭｇの含有量と導電率との組合せを、以下の（１）〜（３）に示すように変化させることで、用途に応じて２５０℃の高温強度と耐摩耗性を段階的に異ならせた複数の種類のアルミニウム合金を得ることができる。
（１）Ｃｕの含有量を２．０〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．０〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜４０．０％ＩＡＣＳとする。
（２）Ｃｕの含有量を２．５〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．４〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜３６．０％ＩＡＣＳとする。
（３）Ｃｕの含有量を３．０〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．７〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜３２．０％ＩＡＣＳとする。
（１）Ｃｕの含有量を２．０〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．０〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜４０．０％ＩＡＣＳとする。
（２）Ｃｕの含有量を２．５〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．４〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜３６．０％ＩＡＣＳとする。
（３）Ｃｕの含有量を３．０〜６．０ｗｔ％で且つＭｇの含有量を１．７〜３．０ｗｔ％とすることで導電率を２５．０〜３２．０％ＩＡＣＳとする。
また、本発明（請求項２記載の発明）によるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。上述の請求項１記載の発明のものとは、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から２．５ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．４ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．５ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３６．０％ＩＡＣＳに下げた点が異なり、ＣｕやＭｇの含有量が増えることや導電率が小さくなることで、高温強度と耐摩耗性が向上する。
また、本発明（請求項３記載の発明）によるアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とする。上述の請求項１記載の発明のものとは、Ｓｉの上限値を２．０ｗｔ％から０．７ｗｔ％に下げたこと、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から３．０ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．７ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．８ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３２．０％ＩＡＣＳに下げたことであり、Ｓｉの含有量が減ってＣｕ，Ｍｇの含有量が増えることや導電率が小さくなることで、高温強度と耐摩耗性がさらに向上する。
次に、本発明のアルミニウム合金製品について製作する手順を説明する。まず、上述のような成分組成に調整されたアルミニウム合金溶湯を鋳型に通して連続鋳造し、円柱状のビレットを作成する。連続鋳造は、断熱鋳型方式（例えば、特開２０１４−３７６２２号公報参照）にて行うのが好ましい。この方式によれば、粒界の晶出物が微細且つ均一に分散するため、耐摩耗性の向上に効果がある。鋳造したビレットは、均質化処理した後、鍛造加工、押出加工等の塑性加工を行って、製品の形に成形する。その後、Ｔ６処理等の熱処理が施されて製品となる。あるいは上述の塑性加工を行わず、鋳塊のままＴ６処理し、切削加工等により製品形状に仕上げてもよい。
アルミニウム合金溶湯の成分組成の調整をするにあたり、ＣｕとＭｇの含有量を先に記載した（１）〜（３）の範囲のうちから選択し、それに伴い導電率を変化させることで、用途に応じた２５０℃の高温強度と耐摩耗性を備えたアルミニウム合金を得ることができる。
Ｔ６処理は、溶体化処理、焼入れ、時効処理からなるが、溶体化処理は５２０〜５５０℃で２〜３時間、時効処理を１７０〜２１５℃で６〜２０時間行うことが好ましい。このような熱処理を行うことで、先に述べたＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ等の金属間化合物が析出し、高温強度と耐摩耗性が高められる。なお、一般的な２０００系合金の時効処理は、２００℃で２０時間であるが、上記のように時効処理を低温短時間とすることで、金属間化合物が粗大に析出するのを防ぎ、高温強度及び耐摩耗性の向上に効果がある。また、熱処理時の燃料費を抑えられる効果もある。時効処理は、１７０〜１８０℃で９〜１５時間行うのがより好ましい。
本発明のアルミニウム合金は、熱処理後の導電率が２８．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下とすることができる。一般に、均質化処理は連続鋳造時の成分偏析を解消するとともに、晶出物の再固溶を促し、母相中の固溶と析出を調質する。以降の熱処理（ex.T6処理）では母相中の固溶と析出を再度調質し、材料の最終物性を決定する。これらの熱処理の過程で過剰に固溶し、析出が滞ると導電率が低くなる一方、固溶量が減り、過剰に析出すると導電率が高くなるため、導電率は材料物性に寄与する固溶・析出の進行状態を表す指標として用いることができる。
従って、これらの熱処理を施すことで、母相中の固溶と析出を制御することができ、所望の高温強度と耐摩耗性が得られるが請求項１に記載の合金組成の範囲であっても、導電率が外れると両物性は満足しない。具体的には、当該組成範囲において熱処理後の導電率が２８．０％ＩＡＣＳ以下では析出が十分でなく、導電率が４０．０％ＩＡＣＳ以上では必要以上に析出が進行している。
なお、ここでいう熱処理にはあらゆる熱処理が含まれ、鋳造後に均質化処理を行った時点で導電率が上記範囲内のものであってもよいし、以降のＴ６処理等の熱処理を行った時点で導電率が上記範囲内のものであってもよい。
従って、これらの熱処理を施すことで、母相中の固溶と析出を制御することができ、所望の高温強度と耐摩耗性が得られるが請求項１に記載の合金組成の範囲であっても、導電率が外れると両物性は満足しない。具体的には、当該組成範囲において熱処理後の導電率が２８．０％ＩＡＣＳ以下では析出が十分でなく、導電率が４０．０％ＩＡＣＳ以上では必要以上に析出が進行している。
なお、ここでいう熱処理にはあらゆる熱処理が含まれ、鋳造後に均質化処理を行った時点で導電率が上記範囲内のものであってもよいし、以降のＴ６処理等の熱処理を行った時点で導電率が上記範囲内のものであってもよい。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。下記表１に示すアルミニウム合金を断熱鋳型方式にて直径１０８ｍｍに造塊し、５００℃で８時間の均質化処理を施した。実施例４，６，７は、請求項１の合金成分の範囲内のものである。実施例１，３，５は、請求項２の合金成分の範囲内のものである。実施例２，８〜１６は、請求項３の合金成分の範囲内のものである。これらの実施例は、ＣｕとＭｇの含有量を先に示した（１）〜（３）の範囲で変化させ、それに伴って導電率を変化させている。
比較例１は、ＪＩＳ２６１８合金である。比較例２は、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが３．１ｗｔ％未満のものである。比較例３は、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが３．１ｗｔ％未満で、且つＣｕが６．０ｗｔ％を超えるものである。比較例４及び５は、Ｓｉが２．０ｗｔ％を超えるものである。比較例６は、ＪＩＳ４０３２合金である。比較例７は、ＦｅとＮｉとＴｉが請求項１の範囲を超え、Ｍｇが請求項１の範囲未満のものである。比較例８は、Ｆｅと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが請求項１の範囲未満のものである。比較例９は、Ｃｕが２．０ｗｔ％未満のものである。比較例１０は、Ｓｉが０．１ｗｔ％未満のものである。比較例１１は、Ｆｅが２．０ｗｔ％を超えるものである。比較例１２は、Ｍｇが３．０ｗｔ％を超えるものである。
その後、直径９０ｍｍにピーリングし、鍛錬比２２．５％で据込み鍛造した（実施例９を除く）。さらに、Ｔ６処理をした後、２５０℃×１００時間の熱暴露を行った。実施例９については、鋳塊のままＴ６処理し、切削加工を行って製品形状に仕上げた。試験は高温引張試験と摩擦摩耗試験を実施し、摩擦摩耗試験はＴ６処理のものを試験した。
摩擦摩耗試験はピンオンディスク方式で実施した。ピンはＳＵＳ４２０Ｊ２焼き戻し材を使用し、ディスクに試験用材料を用いた。試験方法は、湿式環境下（媒液：油、液温１２０℃）において、図２に示すように、ピンとディスクを接触させ、ピンに一定荷重９Ｎ／ｍｍ２を与えつつ、ディスクを１０分間回転させ、試験前と試験後の重量の差を測定し、接触面積で割ることで摩耗深さを算出した。なお、表１中の摩擦摩耗試験の値は、ＪＩＳ２６１８合金（比較例１）の摩耗深さを１とした際の摩耗深さである。
また、各試料の導電率を測定した。導電率はＴ６処理材を用い、据込み材のＴ断面を切削し、測定した。導電率の測定は、ＧＥインスペクション・テクノロジーズ社のオートシグマ３０００を使用して行った。試験結果を表１に示す。図１は、実施例１〜１６及び比較例１，６の２５０℃での引張強度と摩耗深さを示すグラフである。
比較例１は、ＪＩＳ２６１８合金である。比較例２は、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが３．１ｗｔ％未満のものである。比較例３は、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが３．１ｗｔ％未満で、且つＣｕが６．０ｗｔ％を超えるものである。比較例４及び５は、Ｓｉが２．０ｗｔ％を超えるものである。比較例６は、ＪＩＳ４０３２合金である。比較例７は、ＦｅとＮｉとＴｉが請求項１の範囲を超え、Ｍｇが請求項１の範囲未満のものである。比較例８は、Ｆｅと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが請求項１の範囲未満のものである。比較例９は、Ｃｕが２．０ｗｔ％未満のものである。比較例１０は、Ｓｉが０．１ｗｔ％未満のものである。比較例１１は、Ｆｅが２．０ｗｔ％を超えるものである。比較例１２は、Ｍｇが３．０ｗｔ％を超えるものである。
その後、直径９０ｍｍにピーリングし、鍛錬比２２．５％で据込み鍛造した（実施例９を除く）。さらに、Ｔ６処理をした後、２５０℃×１００時間の熱暴露を行った。実施例９については、鋳塊のままＴ６処理し、切削加工を行って製品形状に仕上げた。試験は高温引張試験と摩擦摩耗試験を実施し、摩擦摩耗試験はＴ６処理のものを試験した。
摩擦摩耗試験はピンオンディスク方式で実施した。ピンはＳＵＳ４２０Ｊ２焼き戻し材を使用し、ディスクに試験用材料を用いた。試験方法は、湿式環境下（媒液：油、液温１２０℃）において、図２に示すように、ピンとディスクを接触させ、ピンに一定荷重９Ｎ／ｍｍ２を与えつつ、ディスクを１０分間回転させ、試験前と試験後の重量の差を測定し、接触面積で割ることで摩耗深さを算出した。なお、表１中の摩擦摩耗試験の値は、ＪＩＳ２６１８合金（比較例１）の摩耗深さを１とした際の摩耗深さである。
また、各試料の導電率を測定した。導電率はＴ６処理材を用い、据込み材のＴ断面を切削し、測定した。導電率の測定は、ＧＥインスペクション・テクノロジーズ社のオートシグマ３０００を使用して行った。試験結果を表１に示す。図１は、実施例１〜１６及び比較例１，６の２５０℃での引張強度と摩耗深さを示すグラフである。
表１と図１より明らかなように、実施例１〜１６は何れも２５０℃での引張強度がＪＩＳ４０３２合金（比較例６）よりも大きく、且つ耐摩耗性がＪＩＳ２６１８合金（比較例１）よりも優れている。
高温強度と耐摩耗性の評価にあたり、評価点１〜３の段階的な評価点を設定した。評価点１は、２５０℃での引張強度が１２０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．８以下とし、高力系の強度材料として使用できるとともに、使用温度が０〜１００℃で、０〜１００℃の範囲内の繰返しの熱を受けたり、低圧、低速下の機械的な摺動を伴う機械部品、金型全般に適用できる。具体的な用途の例としては、ＶＴＲシリンダーが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下（請求項１の範囲）であれば、評価点１の高温強度と耐摩耗性を達成できる。
評価点２は、２５０℃での引張強度が１５０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．６以下とし、同じく高力系の強度材料として使用できるとともに、例えば、１００〜２００℃の中温度域で中圧且つ高速で摺動を伴う機能部品に適用できる。具体的な用途の例としては、コンプレッサーの部品（ローター、スクロール）、過給機用インペラが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下（請求項２の範囲）であれば、評価点２の高温強度と耐摩耗性を達成できる。請求項１の範囲と異なるのは、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から２．５ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．４ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．５ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３６．０％ＩＡＣＳに下げたことであり、ＣｕやＭｇの含有量が増えることや導電率で小さくなることで、高温強度と耐摩耗性が向上する。
評価点３は、２５０℃での引張強度が１７０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．４５以下とし、同じく高力系の強度部材として使用できるとともに、例えば、２００〜３００℃の高温の温度域で高圧且つ高速の摺動を伴う高機能部品に適用でき、且つ、２０００系、４０００系合金の用途全般で代替材料として使用できる。具体的な用途の例としては、エンジンのピストンヘッドが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下（請求項３の範囲）であれば、評価点３の高温強度と耐摩耗性を達成できる。請求項１の範囲と異なるのは、Ｓｉの上限値を２．０ｗｔ％から０．７ｗｔ％に下げたこと、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から３．０ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．７ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．８ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３２．０％ＩＡＣＳに下げたことであり、Ｓｉの含有量が減ってＣｕ，Ｍｇの含有量が増えることや導電率が小さくなることで、高温強度と耐摩耗性がさらに向上する。
高温強度と耐摩耗性の評価にあたり、評価点１〜３の段階的な評価点を設定した。評価点１は、２５０℃での引張強度が１２０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．８以下とし、高力系の強度材料として使用できるとともに、使用温度が０〜１００℃で、０〜１００℃の範囲内の繰返しの熱を受けたり、低圧、低速下の機械的な摺動を伴う機械部品、金型全般に適用できる。具体的な用途の例としては、ＶＴＲシリンダーが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下（請求項１の範囲）であれば、評価点１の高温強度と耐摩耗性を達成できる。
評価点２は、２５０℃での引張強度が１５０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．６以下とし、同じく高力系の強度材料として使用できるとともに、例えば、１００〜２００℃の中温度域で中圧且つ高速で摺動を伴う機能部品に適用できる。具体的な用途の例としては、コンプレッサーの部品（ローター、スクロール）、過給機用インペラが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下（請求項２の範囲）であれば、評価点２の高温強度と耐摩耗性を達成できる。請求項１の範囲と異なるのは、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から２．５ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．４ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．５ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３６．０％ＩＡＣＳに下げたことであり、ＣｕやＭｇの含有量が増えることや導電率で小さくなることで、高温強度と耐摩耗性が向上する。
評価点３は、２５０℃での引張強度が１７０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．４５以下とし、同じく高力系の強度部材として使用できるとともに、例えば、２００〜３００℃の高温の温度域で高圧且つ高速の摺動を伴う高機能部品に適用でき、且つ、２０００系、４０００系合金の用途全般で代替材料として使用できる。具体的な用途の例としては、エンジンのピストンヘッドが挙げられる。Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下（請求項３の範囲）であれば、評価点３の高温強度と耐摩耗性を達成できる。請求項１の範囲と異なるのは、Ｓｉの上限値を２．０ｗｔ％から０．７ｗｔ％に下げたこと、Ｃｕの下限値を２．０ｗｔ％から３．０ｗｔ％に上げたこと、Ｍｇの下限値を１．０ｗｔ％から１．７ｗｔ％に上げたこと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇの下限値を３．１ｗｔ％から３．８ｗｔ％に上げたこと、導電率の上限値を４０．０％ＩＡＣＳから３２．０％ＩＡＣＳに下げたことであり、Ｓｉの含有量が減ってＣｕ，Ｍｇの含有量が増えることや導電率が小さくなることで、高温強度と耐摩耗性がさらに向上する。
実施例２，８〜１６は、請求項１よりも狭い範囲であるＳｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％、導電率２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下（請求項３の範囲）を満足するものであり、これによれば評価点３をクリアする。
実施例１，３，５は、請求項１よりやや狭い範囲であるＳｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％、導電率２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下（請求項２の範囲）を満足するものであり、これによれば評価点２をクリアする。
実施例４，６，７は、請求項１の範囲、すなわちＳｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％、導電率２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下を満足するものであり、これによれば評価点１をクリアする。
導電率が４０．０ｗｔ％ＩＡＣＳより大きい比較例２，３は、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金（比較例１）より大きく、耐摩耗性が低い。Ｓｉの含有量が請求項１の範囲を超える比較例４，５，６は、耐摩耗性は優れているが、高温強度が低い。ＦｅとＮｉとＴｉが請求項１の範囲を超え、Ｍｇが請求項１の範囲未満である比較例７は、耐摩耗性は優れているが、高温強度が低い。Ｆｅと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが請求項１の範囲未満である比較例８は、耐摩耗性が低い。Ｃｕが２．０ｗｔ％未満の比較例９は、高温強度と耐摩耗性が共に低い。Ｓｉが０．１ｗｔ％未満の比較例１０も、高温強度と耐摩耗性が共に低い。Ｆｅが２．０ｗｔ％を超える比較例１１は、鋳造不可であった。Ｍｇが３．０ｗｔ％を超える比較例１２は、加工不可であった。
実施例１，３，５は、請求項１よりやや狭い範囲であるＳｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％、導電率２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下（請求項２の範囲）を満足するものであり、これによれば評価点２をクリアする。
実施例４，６，７は、請求項１の範囲、すなわちＳｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％、導電率２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下を満足するものであり、これによれば評価点１をクリアする。
導電率が４０．０ｗｔ％ＩＡＣＳより大きい比較例２，３は、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金（比較例１）より大きく、耐摩耗性が低い。Ｓｉの含有量が請求項１の範囲を超える比較例４，５，６は、耐摩耗性は優れているが、高温強度が低い。ＦｅとＮｉとＴｉが請求項１の範囲を超え、Ｍｇが請求項１の範囲未満である比較例７は、耐摩耗性は優れているが、高温強度が低い。Ｆｅと、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇが請求項１の範囲未満である比較例８は、耐摩耗性が低い。Ｃｕが２．０ｗｔ％未満の比較例９は、高温強度と耐摩耗性が共に低い。Ｓｉが０．１ｗｔ％未満の比較例１０も、高温強度と耐摩耗性が共に低い。Ｆｅが２．０ｗｔ％を超える比較例１１は、鋳造不可であった。Ｍｇが３．０ｗｔ％を超える比較例１２は、加工不可であった。
以上に述べたように、本発明のアルミニウム合金は、２５０℃の高温強度と耐摩耗性を両立することができ、しかもＣｕ及びＭｇの含有量と導電率との組合せを変えることで、用途に応じて２５０℃の高温強度と耐摩耗性を段階的に異ならせた複数の種類のアルミニウム合金を得ることができる。
また、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下の請求項１記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃の高温において１２０ＭＰａ以上の引張強度を有し、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．８以下となり、高温強度と耐摩耗性を両立できる。
さらに、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下の請求項２記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃での引張強度が１５０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．６以下となり、高温強度と耐摩耗性がより優れたものになる。
さらに、Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下の請求項３記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃での引張強度が１７０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．４５以下となり、高温強度と耐摩耗性がさらに優れたものになる。
また、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下の請求項１記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃の高温において１２０ＭＰａ以上の引張強度を有し、摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．８以下となり、高温強度と耐摩耗性を両立できる。
さらに、Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下の請求項２記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃での引張強度が１５０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．６以下となり、高温強度と耐摩耗性がより優れたものになる。
さらに、Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下の請求項３記載の発明によるアルミニウム合金は、２５０℃での引張強度が１７０ＭＰａ以上で摩擦摩耗試験における摩耗深さがＪＩＳ２６１８合金との比で０．４５以下となり、高温強度と耐摩耗性がさらに優れたものになる。
本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。本発明のアルミニウム合金は、鍛造以外にも押出、圧延等の種々の加工、あるいは鋳塊のまま切削加工を行って（実施例９）、様々な製品とすることができる。
Claims (3)
- Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．０〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．１ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上４０．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とするアルミニウム合金。
- Ｓｉ：０．１〜２．０ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．４〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．５ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３６．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とするアルミニウム合金。
- Ｓｉ：０．１〜０．７ｗｔ％、Ｆｅ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ：３．０〜６．０ｗｔ％、Ｍｇ：１．７〜３．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０ｗｔ％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．２ｗｔ％を含有し、Ｓｉ＋Ｆｅ＋Ｍｇ≧３．８ｗｔ％であり、残部がＡｌ及び不可避不純物であり、導電率が２５．０％ＩＡＣＳ以上３２．０％ＩＡＣＳ以下であることを特徴とするアルミニウム合金。
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