JPH01180938A - 耐摩耗性アルミニウム合金 - Google Patents

耐摩耗性アルミニウム合金

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JPH01180938A
JPH01180938A JP63005056A JP505688A JPH01180938A JP H01180938 A JPH01180938 A JP H01180938A JP 63005056 A JP63005056 A JP 63005056A JP 505688 A JP505688 A JP 505688A JP H01180938 A JPH01180938 A JP H01180938A
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alloy
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corrected
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JP63005056A
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Jiyuuketsu Jin
重傑 神
Yosuke Takahashi
高橋 庸輔
Naomi Nishi
西 直美
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Ryobi Ltd
Original Assignee
Ryobi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋳造用耐摩耗性アルミニウム合金に関する。
〔従来の技術〕
近年、各種車輌においては、燃費の向上或いは高性能化
への動向から軽量化のニーズは一層高まりを見せており
、エンジン部、足回り1.駆動系等、車輌部品のアルミ
化が進展しでいる。
上記車輌部品のうち、シリンダーブロック、ピストン等
、エンジン部品のアルミ化は車輌の軽量化に最も貢献す
るか、これら摺動部材には高温強度、耐摩耗性、低熱膨
張係数、耐熱疲労等の高温における特性か要求される為
、従来の実用合金では問題点か多く、それ故一部の車輌
をのぞいては完全なアルミ化かなされていないのか現状
である。
最近ではエンジンの高出力化やターボ車の普及により使
用環響は一層苛酷にならざるを得す、それに伴い摺動部
材に求められる特性もより一層厳しさを増している。
従来、エンジン向けの摺動部材には過共晶Al−Si合
金の390合金又は井晶Ad−8i系合金のJISAC
8A (JISアルミニウム合金鋳物)等が使用されて
来た。390合金は初晶Siの分散から優れた耐摩耗性
を有し、さらに熱膨張係数が低い特長も併せ持つことか
ら、ライナーレスのシリンダーブロック材として使用さ
れてきた実績がある。しかしながら脆性で高硬度のSi
を多く含有することから切削性に難点があり、また延性
、靭性に乏しいため常温、高温における強度か低い。ま
た鋳造作業に際しでは初晶Siを微細化するため鋳造温
度を高める必要があり、高い溶湯温度から金型あるいは
るつぼの寿命か短かくなる問題がある。さらにダイカス
トの様な高圧下での鋳造において、初晶Siは偏析を生
じ易(、摺動面はSiの偏在から均一性にも問題か残っ
ている。
一方、AC8Aは390合金に比べSi量か少ないため
比較的靭性、延性があり、このため常温での引張強さは
過共晶Ad −S i合金に比べて高(、その上Niを
1%前後含有することから特に高温における強度も高い
ことか知られでいる。このようにAC8Aは常温、高温
における機械的性質に優れる特長を持ち、切削性にも問
題はない。
しかし鋳放しのままではSi、Cu量か少ないため39
0合金に比べ耐摩耗性が劣り、またα相の量か多いため
、摺動時に相手材とスカッフを生じ易いなど、総じて摩
耗特性に問題点がある。
〔発明か解決しようとする問題点〕
以上説明したように従来の耐摩耗性合金は摩耗特性か又
は高温強度、鋳造性のいずれかが劣り、それ故シリンダ
ーブロック、ピストンナト摺動部材に応用する場合には
用途に制約を受けている問題点かある。
本発明は上述従来の問題点ζこ鑑みでなされたもので、
従来合金では高温強度の向上を目的に、Niを添加する
ため添加量は耐熱効果の飽和する3 wt%以下で抑え
ているのに対して、本発明ではNiを3〜5 wt%に
増量することにより、十分な耐摩耗性を得るようにした
ため、従来合金か行なったよ′うにSi量を過共晶域ま
で増やす必要がなく、高温下での優れた強靭性と耐摩耗
性の2つの特性を有し、ピストン、シリンダーブロック
等の摺動部材、又はロッカーアームなどに用いて好適な
鋳造用耐摩耗性アルミニウム合金を提供しようとするの
か、その目的である。
〔問題点を解決するための手段〕
即ち本発明は、Si 10〜14 wt%と、Cu 1
.0〜6.0wi%と、Ni 3.0〜5.Q wt%
と、Mg 0.1〜2.0 wt%と、Mn Q、1−
1.Owt%と、Ti 0.01−0.3 wt%、B
o、001−Q、1wt%、Sr o、o O1−0,
1wt%、PO,0O1−0,2wt%のうち何れか1
種以上を含有し、不純物としてはFe < 1.3wt
%、Sn (0,5wt%、Zn (Q、5 wt%を
含み、残部をAlとし、上記Si 、 Cu、 Ni、
Mg 、 Mnの含有量を特定範囲内に定めることfこ
より上述従来の問題点を解決したのである。
次に本発明合金における各成分組成の限定理由についで
述べる。Slの添加は共晶Sl相、初晶S1を晶出しで
強度、硬さ、耐摩耗性を向上し熱膨張係数を低下する。
Si粒子の均一分散か得られる場合は特に耐摩耗性に与
える効果は大きい。
lQwt%以下では耐摩耗性、硬さ、耐力が不十分で1
4 wt%を越えると初晶S1の量が増えるため切削性
が低下し、Slの偏析を生じ易(成るとともに、更に常
温、高温における強度が低下するためSl量は10〜1
4wt%の範囲で添加することが望ましい。
Cuは固溶化によりマトリックスを強化し、併〜 5〜 せで時効性を付与する。その上A7. Ni又はA7、
MgとA7−Ni−Cu系及びA7− Mg−Cu系化
合物を形成して高温強度、硬さ、耐摩耗性を向上する。
1wt%以下では硬さ、耐摩耗性か十分でなく、6wt
%を越えると化合物量の増加、マトリックスの脆化から
強度の向上を伴わずに靭性、延性か低下し、その上凝固
温度範囲の増大から鋳造性も低下する。又Cu量の増加
はα相の量を増すため摺動時にスカッフか生じ易くなる
問題もある。
そのためCu量は1〜5wt%か望ましく、さらζこ望
ましくは3〜5 wt%が適当である。
Niは合金化されると、J−Ni系化合物及び、J−N
i−Cu系化合物を形成し、著しい靭性の低下を伴わず
に強度、硬さ、耐摩耗性を向上し、特に高温における強
さの向上に有効である。N1の高温強度(こ対する効果
は3 wt%程度で飽和するか、更にそれ以上添加すれ
ば、硬さと耐摩耗性とか著しく向上し、その上熱膨張係
数の低下にも有益である。本発明合金ではこの点に着目
し、従来合金では耐熱効果の飽和、合金コストからNl
量を3wt%以下に抑えでいたのに対し3 wt%以上
のNiを添加することによって耐摩耗性を向上し、かわ
りにSi量を共晶域程度にまで低下させている。そのた
め過共晶域までSi量を増加するために生ずる高温強度
、靭性の低下を抑えることか可能である。以上説明した
ようにNi3wt%以下では耐摩耗性か十分でなく、5
wt%以上添加すると針状の粗大化合物を形成するため
、靭性、延性が著しく低下し、更に液相線温度の上昇か
ら鋳造性も低下する。
これらの理由からNiは3〜5wt%の範囲で添加する
ことか望ましい。
Mgは、1部はマトリックス中(こ固溶し、残りはMg
、 S i又はA7− Cu −Mg系化合物として晶
出し、これらの相乗効果から合金の強度、硬さ、耐摩耗
性を向上する。Q、1wt%以下では効果は見られず、
2wt%以上の添加は脆性の化合物か多く晶出するため
靭性の著しい低下か見られる。
Mnは冷却速度が速ければマトリックス中に1部固溶し
てチル層を強化するか、多(は不純物のFeとともにA
l−Ni系化合物中に固溶しN1と同様の効果を示す。
そのためMnはNiの代替元素と見なしてNi十Mnで
5wt%以下の範囲に納まれば良い。しかしMn量がl
 wt%を越えるとA7−Ni系化合物か粗大化し靭性
が低下するためMn量は1wt%以下に抑える必要があ
る。
Sr、 P、TiおよびBは組織の微細化、改良処理に
効果を示す元素であり、本発明合金ではこれらの元素の
内一種以上を添加して機械的性質、耐摩耗性、切削性を
改善している。
Srは共晶S1の改良処理材として一般に利用されてお
り靭性の向上に有効である。添加量は0001〜Q、1
wt%か適当である。
Pは初晶Siの微細化元素として公知であり、添加量は
0.001〜Q2wt%の範囲で効果か見られる。
TiはBとの添加により結晶粒微細化に著しい効果を有
し鋳造性、特に引は性の改善ならびに強靭性の向上に有
効である。TiO,001wt%、Bo、001wt%
以下ではその効果は見られず、T i 0.3 Wj%
、Bo、1wt%以上では有害な化合物を形成し靭性か
低下する。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例及び比較例により更に具体的に説
明する。
表−1に示す組成の合金溶湯を90 tonダイカスト
マシンを用いて鋳込温度710〜740℃、金型温度1
10〜160℃、射出速度1.3〜1.4 m/sec
鋳込圧力1904f/i、チルタイム5〜6秒の条件で
第1図(A)、D、Ω、(Dに示す形状のテストピース
を鋳造し、試料、461〜13とした。
又、グラビテイ鋳造した時の組織と耐摩耗性とを調べる
ために、41の組成の合金を10 X 30×50鮒寸
法の摩耗試験用テストピースにグラビテイ鋳造し、試料
AIBとした。
他にJIS規格によるAC8AC12ASTM 390
合金を用いて上記と同様の条件で鋳造し参考例とした。
以上の試料/I61〜13、A61 B及び参考例を用
いて以下の実験を行なった結果を表−2〜表−−9= 6及び第3図、第4図に示す。尚、第1図(A)、(B
)において1は引張試験片を、第1図(〜、(C)、■
)において2は衝撃試験片を夫々示し、第2図において
3は耐摩耗試験片を、4は高温引張試験片を夫々示す。
(1)引張試験(室温250’C) 第1図(A)〜(D)に示すAS TM標準試験片形状
の試料扁1〜13及び同様の参考例を用い鋳放し状態で
室温250℃において引張試験を行った。
(2)硬さ試験 第1図(4)〜(Dlに示す6.35 X 6.35 
X50器の寸法の訳語41〜13及び同様の参考例を用
い、鋳放し状態でのロックウェル硬さHRBを測定した
(3)高温引張試験(300℃、350℃)第2図に示
す形状の引張試片を用い、300’C1350℃におい
で引張試験を行った。保持時間は30分である。
(4)衝撃試験 第1図いJ〜(DJに示す6.35 X 6.35 X
50龍の寸法の衝撃試片を用い、鋳放し状態でシャルピ
ー衝撃試験を行った。
(5)摩耗試験 第2図Qこ示す摩耗試験用テストピースを用い大越式摩
耗試験機番こより摩耗試験を行った。試験条件は最終荷
重21却、摩耗距離100m、相手材FC25で行った
(6)凝固組織の観察 篤5の合金を図2に示す摩耗テストピースにダイカスト
鋳造したものおよび/161の合金を10x 3Q x
 5Q am寸法の摩耗テストピースをグラビテイ鋳造
したものの凝固組織を観察した。腐食処理にはQ、5w
t%沸酸溶液酸溶液た。
表−2に示す様に本発明例は、引張強さ312〜362
 (Hf/mi )、耐力243〜28.0 (#f乃
d)を示し、引張強さはAC8Aと同等かそれ以上で、
390合金に比べれば明らかに優れている。また耐力も
同様にAC8Aより全般的に優れている。硬さはNi添
加の効果により771〜85.58RBと高く、本発明
例はSl量が少ないにも係わらず390合金以上の硬さ
を有している。靭性、延性は390合金と同等のものも
見られるか、全般的に390合金を上回っている。
高温における強度は表−3又は表−4に示す様K 25
0℃、300℃、350℃のいずれの温度)コおいても
390合金以上の値を示し、AC8Aとほぼ同等の結果
が得られている。
本発明例の耐摩耗性は表−5、第3図に示す比摩耗量か
ら明らかな様に、390合金以上の耐摩耗性を有し、A
C3Aと比べれば明らかに侵れでいる。
又、本発明例はグラビテイ鋳造した場合でも、ダイカス
ト鋳造した時と同様の耐摩耗性が得られる。
第4図は、41の合金のダイカスト材とグラビテイ鋳造
材の耐摩耗性を比較したもので、比摩耗量にはほとんど
差は見られない。
熱膨張係数は表−6に示す様に、R−T〜200℃の範
囲て19.1 x 10〜 (rnmy’am、lc 
)を示す390合金と同等である。
本発明例の凝固組織は第5図(A)、(B)の写真に示
す様に共晶S1、α相、A7−Ni系化合物及びAl−
Cu−Ni系化合物ならびにその他少量の複合化合物か
ら成る。AA−Ni系化合物は弗酸に強く腐食され黒色
を呈しており、形状は短丹型である。
Al−Cu−Ni系化合物は弗酸ζこは腐食されないた
め、組織写真では共晶S1より明るい灰白色に観察され
る。、形状はガイ骨状の共晶組織で、2元共晶又は3元
共晶反応で晶出するためs1相と共にα相を囲むかたち
でネットワークを形成する。
これらNiを含む化合物は高温強度を向上させると共に
耐摩耗性及び硬さの向上にも著しい効果を有する。
第5図(0)に示す写真は磨1の組成の本発明合金をグ
ラビテイ鋳造した時の組織写真で、Pによって10〜2
0μm程度に微細化された初晶Siが均一に分散してい
る。比較のためにダイカスト鋳造した390合金の凝固
組織写真を第5図(DJに示す。このように本発明例は
グラビテイ鋳造においても組織の粗大化は見られず、そ
の他の鋳造法、例えば低圧鋳造や溶湯鋳造法も同様な組
織が得られる。
表−2 表−3 表−4 表−5 表−6 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明合金によれば、鋳放し状態で
優れた高温強度と耐摩耗性とを有゛+るため、シリンダ
ーブロック、ピストンナトエンジン部品に用いて好適で
あり、更にその他の摺動部品へも広い用途か期待できる
等、その効果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
第1図(N〜(D)、第2図は本発明合金及び従来合金
ζこよるテストピースを夫々示した図、第3図は本発明
合金と、従来の390合金及びAC8AC10摩耗速度
と比摩耗量を夫々示したグラフ、第4図は本発明のダイ
カスト鋳造した試料渣1と、グラビテイ鋳造した試料の
摩耗速度と比摩耗量を夫々示したグラフ、第5図(A)
、(B)は本発明合金の凝固組織を夫々写真で示した図
、第5図(0)は試料/161の組成の本発明合金をグ
ラビテイ鋳造した際の組織を写真で示した図、第5図■
)はダイカスト鋳造した390合金の凝固組織を写真で
示した図である。 手  続  補  正  書 1.事件の表示 昭和63年特許願第5056号 2、発明の名称 耐摩耗性アルミニウム合金 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住  所 広島県府中市目崎町762番地゛へ 、71 自発補正 5、補正により増加する請求項の数  16、補正の対
象 (1)明細書中「特許請求の範囲」の欄(2)明細書中
「発明の詳細な説明」の欄(3)明細書中「図面の簡単
な説明」の欄(4)図 面(第3図>        
−1,−、=7、補正の内容            
  し2)2別紙のとおり      ヅ 一、=戒 M                  2
つ・補正の内容 (1)明細書中「特許請求の範囲」の欄を以下のとおり
補正する。 2)Silo 〜14wt%と、Cu1.O〜6.0w
t%と、Ni3゜0・〜6.Owt%と、Hg0.1〜
2.0wt%と、Mn1.0wt%以下の外に、rio
、o1〜o、3wt%、B O,001〜0.1wt%
、SrO,OOl 〜0.1wt%、P O,001〜
0.2wt%のうち何れか1種以上を含有し、不純物と
してはFe< 1.3wt%、Sn< 0.5wt%、
Zn< 0.5wt%を含み、残部をAIとしたことを
特徴とする耐摩耗性アルミニウム合金。」 (2)明細書中1−発明の詳細な説明」の欄を以下のの
とおり補正する。 1)第1頁第18行に「高性能化への動向から軽量化の
ニーズ」とあるのを1−高性能化から軽量化への二−ス
゛」と補正する。 ?)第2頁第10行に1使用環響」とあるのを「使用環
境」と補正する。 3)第2頁第14行に「390合金」と必るのをr A
STM390合金(以下単に「390合金」という)」
と補正する。 4)第2頁第14行乃至第15行にrJ I 5AC8
A(JISアルミニウム合金鋳物)」とあるのをrJI
sAc8A合金(以下単に「AC8AC12という)」
と補正する。 5)第3頁第8行に「摺動面はSiの偏在から」とおる
のを「摺動面にSiが偏在するため」と補正する。 6)第3頁第1011、同頁第15行、第11頁第15
行同頁第17行、第12頁第5行及び同頁第9行に[A
C8AJとあるのを「AC8AC12と夫々補正する。 7)第3頁第12行に「過共晶A1−Si合金」と市′
るのを「390合金」と補正する。 8)第3頁第19行及び第6頁第9行に「スカッフ」と
おるのを1スカフイング」と夫々補正する。 9)第4頁第9行に「Niを添加するため添加量は」と
あるのをJNiを添加する力瓢そのNi添加量は」と補
正する。 10)第4頁第10行、第5頁第14行、第6頁第4行
、第7頁第1行、同頁第6行乃至第7行、同頁第16行
、第8頁第3行及び同頁第20行に「wt%以下」とお
るのを「wt%未満」と夫々補正する。 11)第4頁第11行に「Ni・・・により、十分」と
あるのをJNiの添加量を3〜6wt%に増量すること
により高温での強度を得ることは勿論、十分」と補正す
る。 12)第4頁第20行乃至第5頁第8行に「即ち本発明
は・・・を解決したのである。」とあるのを「即ち本発
明は、5ilo〜14wt%と、Cu1.O〜6.0w
t%と、Ni3、O〜6. owt%と、HgO,1,
〜2.0wt%と、Nn1.0wt%以下を含有し、不
純物としてはFe< 1.3wt%、Sn< 0.5w
t%、Zn< 0.5wt%を含み、残部をAIとから
なり、また上記合金に、TiO,01〜0.3wt%、
[30,001〜0.1wt%、SrO,001〜0.
1wt%、P O,001〜0,2W↑%のうち何れか
1種以上を含有することにより上述従来の問題点を解決
したのである。」と補正する。 13)第5頁第10行に「共晶Si相」とおるのを[共
晶SIJと補正する。 14)第6頁第1行乃至第2行にl’−AI、Ni又は
AI、Flgと・・・を形成」とめるのを「AI、Ni
とAl−Ni−Cu系化合物を、またAI、MqとAI
−Mq−Cu系化合物を夫々形成」と補正する。 15)第7頁第2行及び同頁第17行に「以上の」とあ
るのを「を越える」と夫々補正する。 16)第7頁第6行に[Nilとめるのを「Niの添加
量は」と補正する。 17)第7頁第7行乃至第8行に1以上添加すると」と
あるのを「越えて添加すると」と補正する。 18)第8頁第19行に「Ti0.001wt%」とあ
るのを1刊0.01wt%」と補正する。 19)第9頁第1行に「以上では」とめるのを1を越え
ると」と補正する。 20)第9頁第9行にI 190Kfff/cffll
とおるのを「760Kgf/ctlと補正する。 21)第9頁第14行、第11頁第8行及び同頁第10
行に「テストピース」とあるのを1試験片」と補正する
。 22)第9頁第15行に「・・・鋳造し、試料No、I
Bとした。」とおるのを「・・・鋳造し、第4図に示す
とおり試料No1Bとした。」と補正する。 23)第9頁第16行乃至第17行にrJIS規格によ
るAC8AC12ASTM390合金」とめるのを「A
C8AC12390合金」と補正する。 24)第9頁第18行と第19行との間に次の文章を加
入する。 [また、表−1の中でTI、3.Sr、Pを含有しない
組成の合金の機械的性質はこれらを含有するものと比べ
てほぼ同等の結果を有することが証明されている。よっ
て、Ti、 [3,Sr。 Pを含有しない組成の合金の実験データは除外した。」 25)第10頁第6行及び同頁第9行に「室温250°
C」とあるのを「室温及び250°C」と夫々補正する
。 26)第10頁第8行に「試料No、1〜13Jとおる
のを「試料No、5を除く試料No、1〜13」と補正
する。 27)第10頁第12行に「訳語No、1〜13Jとあ
るのを[試料No、5を除く試料Nσ]〜13」と補正
する。 28)第10頁第15行に[引張試片を用い、300°
CJとおるのを「引張試験片を用い、試料Nα5及び同
様の参考例を300°C」と補正する。 29)第10頁第19行に「第1図(A)〜(D)」と
めるのを「第1図(A)(C)(D) jと補正する。 30)第10頁第20行に1衝撃試片を用い、鋳放し状
態で」とあるのを「衡撃試験片を用い、試料NO,5を
除く試料Nα1〜13及び同様の参考例を鋳放し状態で
」と補正する。 31)第11頁第3行乃至第4行に「摩耗試験用テスト
ピースを用い大越式摩耗試験機により」とあるのを「摩
耗試験用試験片を用い、試料No、 1.3.5〜B及
び同様の参考例を大越式摩耗試験機により」と補正する
。 32)第11頁第8行、同頁第9行、第12頁第14行
及び第13頁第13行に「Nα」とあるのを「試料Nα
」と夫々補正する。 33)第12頁第14行乃至第15行に「ダイカスト材
とグラビテイ鋳造材」とあるのを「ダイカスト材と試料
Nα1Bのグラビテイ鋳造材」と補正する。 34)第12頁第17行に「・・・示す様に、R−T〜
200°C」とあるのを[・・・示す様に、試料No、
 5の合金は室温〜200’CJと補正する。 35)第12頁第18行に「・・・を示す390合金」
とあるのを「・−・を示し、390合金」と補正する。 36)第13頁第5行に「弗酸には腐食されない」とあ
るのを「弗酸には必まり腐蝕されない」と補正する。 37)第13頁第7行乃至第8行に「2元共晶又は3元
共晶反応で晶出するため」とめるのを削除する。 38)第17頁表−6を以下のとおり正する。 表−6 (3)明細書中[図面の簡単な説明」の欄を以下のとお
り補正する。 1)第18頁第10行に「テストピース」とめるのを「
試験片の形状」と補正する。 2)第18頁第14行に1試料の摩耗速度」とあるのを
「試料Nα1Bの摩耗速度」と補正する。 (4)図 面 図面中箱3図を別紙添付図面写のとおり補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Si10〜14wt%と、Cu1.0〜6.0wt%
    と、Ni3.0〜6.0wt%と、Mg0.1〜2.0
    wt%と、Mn0.1〜1.0wt%と、そしてTi0
    .01〜O.3wt%、B0.001〜0.1wt%、
    Sr0.001〜0.1wt%、P0.001〜0.2
    wt%のうち何れか1種以上を含有し、不純物としては
    Fe<1.3wt%、Sn<0.5wt%、Zn<0.
    5wt%を含み、残部をAlとしたことを特徴とする耐
    摩耗性アルミニウム合金。
JP63005056A 1988-01-12 1988-01-12 耐摩耗性アルミニウム合金 Pending JPH01180938A (ja)

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