JPH02285042A - 鍛造用アルミニウム合金 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は鍛造用アルミニウム合金に関するものであり、
さらに詳しく述べるならば、近年、車両などの産業機械
部品の軽量化指向に対応した高強度アルミニウム合金で
あって、かつ耐摩耗性、切削性および耐加熱変色性を兼
備した鍛造用アルミニウム合金に関するものである。

［従来の技術］ 従来、高強度および耐摩耗性が要求される鍛造用アルミ
ニウム合金としてＡｌ２−Ｓｉ系共晶合金が一般に使用
されており、その代表的なものはＡＩ２−Ｓｉ共晶合金
にＣｕ、Ｍｇ、Ｎｉ等を添加したＪＩＳＡ４０３２合金
がある。近年、性質の改良の要請がますます高まってい
るためＡＩ−Ｓｉ系共晶合金を改良するための多くの提
案がなされている。

特公昭５３−２０２４２号公報によると、ＣｕとＭｇを
添加したＡｌ１−Ｓｉ共晶合金溶湯を急冷することによ
って、高温強度、耐摩耗性、快削性を兼備したアルミニ
ウム合金が公知である。

またこの合金は押出等の予備加工を経ることなく鋳塊状
態のままで鍛造加工することが可能である。

特公昭５３−２０２４３号公報によると、Ａｌ−Ｓｉ共
晶合金に添加するＣｕとＭｇの量比を特定するとともに
共晶組織におけるシリコン結晶を微細粒子状にすること
によって塑性加工性を高める提案がなされている。

また、（Ａ）特開昭６２−１４９８３９号公報によると
、ＪＩＳＡ４０３２合金の特性、とくに強度を改善する
ために、１．５〜３．０％Ｃｕ、０．１〜１．５％Ｍｎ
、０．２〜１．５％Ｍｇなる組成に、０．０５〜１．０
％ｓｂを添加する提案がなされている。この公報の説明
では、ｓｂはＣｕの影響により粗大化し易い初晶Ｓｉと
共晶Ｓｔの微細化を図る作用があると述べられている。

さらに、（Ｂ）特開昭６２−４４５４８号公報によると
、Ｃｕ単独もしくはＣｕとＭｇを添加したＡｇ−Ｓｉ共
晶合金に、切削性および耐焼付性を改善するためにＰｂ
、Ｓｎ、Ｂｉを同時添加する提案がなされ、また（Ｃ）
特開昭６２−８６２４１号公報によるとＣｕ、Ｓｉ添加
Ａρ−Ｓｉ共晶合金に、耐磁気テープ摩耗性を改善する
ためにＺｎを添加する提案がなされている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、（Ａ）の合金では少量のｓｂの添加によ
り連続鋳造塊の共晶Ｓｉ粒子が＠細化され初晶Ｓｉの晶
出が抑制され、それによって強度、耐摩耗性、鍛造性が
改善され、また上記（Ｂ）の合金ではＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉ
の添加により切削性、耐焼付性の改善が図られる。さら
に上記（Ｃ）の合金ではＺｎの添加により機械的強度や
耐磁気テープ摩耗性が改善される。しかしながらこれら
の効果にも拘わらずこの種の合金には共通した欠点が内
在し、その解決が求められている。

すなわち、上記の如きＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金は
熱間鍛造もしくは冷間鍛造された後にＴ６等の加熱処理
を施されるが、大気雰囲気で実施されるこの熱処理にお
いてｓｂ含有合金では黒色、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ含
有合金では灰色又は暗灰色に変色し、アルミニウム合金
本来の光彩を失い汚染色によって鍛造品の商品価値を損
なう。

さらに、変色を呈したアルミニウム合金の表面は合金本
来の耐摩耗性、耐焼付性などの表面特性が損なわれる傾
向がある。したがって、商品価値を保ちまた表面特性の
劣化を防ぐため変色鍛造品は数１０μｍ〜数１００μｍ
の深さで表面研摩、切削して変質層を完全に除去するか
あるいは外観だけが問題になるときは酸洗浄処理等が必
要になっている。このような処理はコストが嵩むのみで
なく処理した鍛造製品でも使用中発熱、加熱環境に置か
れると再び変色してしまうため本質的解決策が求められ
ている。

また、上記した特公昭５３−２０２４２号および２０２
４３号公報で公知のような組ｍ微細化によつＡｌ−Ｓｉ
共晶合金の鍛造性は著しく改良され、ｓｂ等の共晶微細
化剤を添加しなくとも緻細共晶組織の合金が得られるの
で、ｓｂ特有の汚染色は生じないが、再生塊を使用して
Ａｌ−Ｓｉ系共晶合金を溶製すると不可避的不純物によ
る汚染色が生じる。すなわち、この場合は同一部品でも
Ｚｎ、Ｐｂなどの不純物の種類や量により色彩がまちま
ちになり、商品価値を著しく損ねていた。

本発明は上記の現状に鑑み、強度、耐摩耗性、切削性、
鍛造性等が改良されてきたＡｊ２Ｓｉ系共晶合金共晶合
金た特性を維持しつつ、特に鍛造工程、熱処理工程ある
いは使用中の熱的環境において変色がなく合金本来の美
しい光彩を保有するとともに表面特性の劣化がなく、し
かも鍛造加工性をさらに改良して割れの発生も低減しう
るＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系鍛造用合金を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１は、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
ｂ０．１−０．５％、ＢｅＯ，００１−０，２％を含み
、残部、ｌ及び不純物からなり、耐加熱変色性を有する
ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金であり、 本発明の第２は、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０゜３−０．６％、Ｚ
ｎ０．０５−１．５％及び／又はＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉの各
０．１−１．０％、合計２．０％以下、Ｂｅｄ、００１
−０．２％を含み、残部ＡＩ及び不純物からなり、耐加
熱変色性を有することを特徴とする鍛造用アルミニウム
合金であり、 本発明の第３は、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０゜３−０．６％、ｓ
ｂｏ、１−０．５％、とＺｎ０．０５−１．５％及び／
又はＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉの各０．１−１．０％、合計２．
０％以下、ＢｅＯ，００１−０，２％を含み、残部１及
び不純物からなり、耐加熱変色性を有することを特徴と
する鍛造用アルミニウム合金である。

本発明合金の成分範囲限定の根拠について以下述べる。

ケイ素はアルミニウム合金マトリックスの強化に役立つ
ばかりでなく、Ａｊ２−Ｓｉの共晶組織を形成し、耐摩
耗性を向上させる。

本発明の含有量範囲であるＳ　ｉ　９−１１％では、鍛
造合金のほぼ全体に共晶Ｓｉが分布し、耐摩耗性を高め
、また、粗大な初晶Ｓｉが少ないので鍛造加工性や切削
性も良好である。

一方、Ｓｉ含有量が９％未満では、共晶Ｓｉの割合が減
少し、鍛造加工性は良好となるが、耐摩耗性がやや劣る
。Ｓｉ含有量が１１％を越えると、耐摩耗性がより向上
するが初晶Ｓｉが多くなるので鍛造加工性が劣化する。

銅は、アルミニウム合金に熱処理性を付与し、高強度を
得るために必要な元素である。Ｃｕはその含有量が２％
未満では強度が得られず、−方、４％を越えると、耐摩
耗性が損なわれるとともに、初晶Ｓｉが生成し易くなり
鍛造加工性も損なわれる。

マグネシウムは、アルミニウム中に固溶し、合金基質の
強化に役立つとともに、熱処理によってＭｇｚＳｉの金
属間化合物となって強度、耐摩耗性向上に寄与する。し
かしＭｇ含有量が０．３％未満では、固溶強化と時効硬
化が不足するため強度および耐摩耗性が不十分であり、
一方０．６％を超えると鍛造加工性が悪くなるとともに
、熱処理後の変色に影響を与える。

マンガンは、固溶強化と時効硬化により強度及び耐摩耗
性を高めるが、０．３％未満では効果が少なく、０．６
％を越えると粗大な金属間化合物を晶出し易くなり、鍛
造加工性を著しく損なうことになる。

第１および第３の発明の合金において含有されるｓｂは
共晶組織のＳｉ結晶粒をＶ＆細化する。

特に冷却速度の遅い大径ビレットでは、共晶Ｓｉの粗大
化が起こり易いため、強度、耐摩耗性が低下する傾向が
ある。これを防止するためにｓｂの添加は有効であるが
、ｓｂ含有量が０．　１％未満ではその効果が少ない、
一方、ｓｂ含有量が０．５％を越えると、ｓｂを含む金
属間化合物を晶出し、鍛造加工性が劣化する。さらに、
Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉなどの再生鋳塊のアルミニウム
合金に含まれる元素が不可避的不純物として第１の発明
合金中に多量に含有される場合は、これら不純物とｓｂ
の相乗作用により光輝性が失われ、後述のＢｅ添加を行
なっても光輝性の回復が難しいので、ｓｂの含有量の上
限は０．５％とする。なお、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉな
どの元素は、通常は不純物であり添加の必要の無いもの
であるが、再生塊の使用によりあるいは、これらを含む
合金の溶製後本発明の合金を溶解すると炉内汚染により
かなりの量まで増加する。

第２発明の合金はｓｂを含有せず、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、
Ｂｉの少なくとも１種を切削性改善成分として含有する
。しかし１．Ｚｎ０．０５％以上、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ計
０．１％以上では、先に述べたｓｂの添加なしでもアル
ミニウムの持つ本来の光輝性が失われる。

また、Ｚｎの含有量は１．５％を超えると鍛造性および
機械的強度が低下し、Ｐｂ、Ｓｎ。

Ｂｉの含有量は各１．０％、合計２，０％を超えると耐
摩耗性が損なわれ、また光輝性を回復することができな
いので、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉの含有量の上限はこれ
によって定まる。

第２発明の合金においては、前掲特公昭５３−２０２４
３号に開示された冷却速度の大きい連鋳法により細径鋳
塊を製造することによって、大径ビレットでのｓｂ添添
加上同等以上の共晶Ｓｉのｍ細化が可能である。

第１〜第３発明の合金に添加されるベリリウムはアルミ
ニウム合金の高温熱処理時に表面が変色する現象を抑制
する働きがあるが、Ｂｅ含有量が０．００１％未満では
、この効果を達成できず、０．２％を超えると１機械的
性質、特に靭性を低下させる。

（作用） Ｍｇを含有するアルミニウム合金が酸化雰囲気中で加熱
されると、深さが数１０μｍ〜数１００μｍの合金表面
で酸化反応が起こりスピネルＡｌｚＯｉ・ｎＭｇｏが生
成することが知られている。

アルミニウム合金がさらに、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、
Ｂｉ等を含有すると、これらの元素が酸化物としである
いは金属状態でスピネルと化合して、これらが表面の汚
染物質となるものと考えられる。

したがって、酸化反応生成物の種類によって加熱後のア
ルミニウム合金は種々の色に変色する０本発明が特徴と
するＢｅはＡρ合金表面において極めて薄い皮膜を形成
してＡρ金合金被覆し酸素との反応と、これによるスピ
ネルの形成を妨げると推測される。

（実施例） 以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例　１ 表１に示す組成の合金を５０ｍｍφに連続鋳造し、この
鋳造棒を３５０〜４５０℃にて加熱し約６０％の加工率
の鍛造加工を６００トンハンマーで行なった。

その後、灯油バーナー炉で５３０℃にて溶体化処理を行
なった後、表面の色を観察した結果を表２に示す。

（以下、余白） 表面色 実施例　２ 表１のＮ０１１の組成の発明合金とＮ−ｏ、９の比較合
金により直径５０ｍｍφの細径連続鋳造棒を製作し、こ
れを４９０℃で均質化処理した後直径４５ｍｍφの据え
込み試験片に成形加工した。

油圧プレスにより４００℃において据え込み鍛造を行な
った。加工率を変えて種々なる加工率において据え込み
鍛造試験を実施した結果、試験片Ｎ０１１は加工率８７
％まで割れが発生しなかったが、試験片ＮＯ１９は加工
率８４％以上で割れが発生した。

（発明の効果） （１）第１〜第３発明によれば、鍛造品は熱処理等の加
熱環境を経ても黒色、灰色等の汚染色を呈することがな
く金属光沢を有し、製品の価値を高める。また、金属光
沢の喪失に伴って起こる製品表面の変質もなくなるので
、表面を研摩等で除去することが不必要になり、歩留ま
り低下が避けられ、さらに酸洗等による金属光沢回復の
処理も不必要になるのでコスト上昇要因が除かれる。

（２）第１〜第３の発明の合金はＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ及び
Ｍｎの添加により高強度、耐摩耗性を発揮する。これら
の共通元素に加えて第１の発明合金においてはｓｂの添
加により、共晶Ｓｉを微細化し上記性能を向上すること
ができる。

第２の発明の合金は、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等が不純
物として混入することを許容するので、再生塊の使用に
より原料コストを低減することができる。第３発明の合
金は、ｓｂを含有し、さらにＺｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等
を不純物として混入することを許容するので、前記二つ
の発明の効果を同時に奏する。

（３）本願第１〜第３発明によれば、熱処理等の加熱過
程を経た鍛造製品表面には変質組織がなく、α−Ａｇ、
共晶Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｓｂの金属間化合物などの共晶
Ａρ−Ｓｉ系合金本来の組織から構成される。また、Ｍ
ｇ、Ｓｂ等の添加元素が、スピネルなどとして失われず
所望の特性を発揮するため、耐摩耗性上重要な表面特性
がすぐれた合金が得られる。

（４）パリが出易い形状のものの鍛造を行なう場合には
第１〜第３発明の合金はパリから内部に入る割れを低減
するのに役立つ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４ ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
   ｂ０．１−０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％を含み
   、残部Ａｌ及び不純物からなり、耐加熱変色性を有する
   ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。 ２、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４ ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｚ
   ｎ０．０５−１．５％及び／又はＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉの各
   ０．１−１．０％、合計２．０％以下、Ｂｅ０．００１
   −０．２％を含み、残部Ａｌ及び不純物からなり、耐加
   熱変色性を有することを特徴とする鍛造用アルミニウム
   合金。 ３、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４ ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
   ｂ０．１−０．５％、とＺｎ０．０５−１．５％及び／
   又はＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉの各０．１−１．０％、合計２．
   ０％以下、Ｂｅ０．００１−０．２％を含み、残部Ａｌ
   及び不純物からなり、耐加熱変色性を有することを特徴
   とする鍛造用アルミニウム合金。