JPH03166333A

JPH03166333A - 鍛造用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH03166333A
Application number: JP30508989A
Authority: JP
Inventors: Tadanao Ito; 忠直伊藤; Tsunehisa Sekiguchi; 関口　常久; Ryoichi Kondo; 近藤　良一
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1991-07-18

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、車輌などの産業機械
部品の軽量化指向に対応した高強度を有し、かつ耐摩耗
性および切削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Ａｌ−Ｓｉ系共品合金が−Ｊｆｌｔに
使用されており、その代表的なものとしてはＡβ一Ｓｉ
共品合金にＣｕ．　Ｍｇ，Ｎｉ等を添加したＪＩＳ　　
Ａ４０３２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ＡＪ２　−Ｓｉ系共品合金を改良
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Ａｌ−Ｓｉ共品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し等の予備
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　−Ｓ
ｉ共品合金に添加する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、ＪＩＳ　Ａ４０３２合金の特性、とくに強度を改善
するために、　１．５　〜３．ロ％Ｃｕ，　　０．１−
１．５％ＩＪｎ．０．２〜１．５％Ｍｇなる組成に．　
０．０５〜ｉ．ｏ％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
し易い初品Ｓｉと共晶Ｓｉ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−　４４５
４８号公報によると、Ｃｕ単独もしくはＣｕとＭｇを添
加したＡｊ２　−Ｓｉ系共品合金に、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
する提案がなされている。

また（ｃ）特開昭６２−　８６１４２号公報によると共
晶系Ａｆｆ　−　Ｓｉ　−　Ｃｕ　−　Ｍｇ系合金にＺ
ｎ　０．２〜１．５を添加して耐磁気テープ摩耗性を改
善する提案がなされている。

［９．明が解決しようとする課題１上述のように、（Ａ）の合金では少量のｓｂの添加によ
り連続Ｋｊ．造塊の共品Ｓｉ粒子が微細化され初晶Ｓｉ
の晶出が抑制され、それによって強度、耐摩粍性、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、耐焼付性の改冴が図られ
、さらに上記（Ｃ）の合金ではＺｎの添加により耐摩耗
性が改善される。しかしながら、これらの効果にもかか
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Ａｇ　−
　Ｓｉ　−　（：ｕ　−　ＩＪｇ系合金は熱間鍛造もし
くは冷間鍛造された後にＴ６等の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
金では黒色に、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
色調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した鍛造品は数１０ＬＬ＋ｍ〜数１
００μｍ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ま
たはアルカリ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、ｓｂ等の共晶組織微細化剤を添加しなくとも細径
ビレットの急冷連涛のごとく鋳造条件をコントロールす
ることによって微細共品組織の合金が得られる場合はｓ
ｂ特有の加熱汚染色は生じないが、普通径ビレットの連
鋳においてはｓｂの添加による共晶組織微細化効果は、
甚だ有効な手段であって、一般に広く保用されているの
で、加熱汚染色は不可避である。またアルミニウムのリ
サイクルが普及し、再生塊を混同してＡｌ−Ｓｉ系共品
合金の溶製が一般に行なわれ、この場合も不純物による
汚染色が生じる．すなわち、この場合は同一部品でもＺ
ｎ．　Ｐｂ．　Ｓｎ，　Ｂｉなどの不純物の種頚や量に
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。また、更に鍛造性を向上させるためには、マクロ組
織の微細・均一化が必要であった。

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Ａｌ−Ｓｉ系共品合金のすぐ
れ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
しい色調を保有するとともに表面特性の劣化がなく、し
かもマクロ組織を微細化することにより８造加工性をさ
らに改良して割れが発生しないＡｇ　−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍ
ｇ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の合金は、重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃ
ｕ２−４％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ　０．３−
０．６％、Ｂｅ　０．００１−０．２％．　８０．０２
−０．０５％と、不純物として、ｓｂｏ．ｔ％未満、Ｚ
ｎ０．　０５％以上および／またはＰｂ，Ｓｎ．　Ｂｉ
のうち１種以上を合計０．１％以上含有し，残部Ａｌと
その他の不純物からなり、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の合金は、重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃ
ｕ２−４％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ　０．３−
０．６％、Ｓｂ　０．１−０．５％、Ｂｅ　０．００１
−０．２％、Ｂ　０．　０２−０．０５％を含み、残部
Ａｌと不純物からなり、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の合金は，重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃ
ｕ２−４％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ　０．３−
０．６％、Ｓｂ　０．１−０．５％．　Ｂｅ　０．００
１−０．２％、Ｂ０．０２−０．ＯＳ％と、不純物とし
て、Ｚｎ０．０５％以上および／またはＰｂ，　Ｓｎ．
　Ｂｉのうち１種以上を合計０．１％以上含有し、残部
Ａｌとその他の不純物からなり、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＜．　　Ａｌ−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Ｓｉ３−９％未満では，共晶
Ｓｉを分散晶出させ、強度、耐摩耗性を向上させる。Ｓ
ｉ含有量が３％未満では共晶Ｓｉが少なくなり、強度お
よび耐摩耗性が劣ることになる．Ｓｉ含有量が９％を超
えると共晶Ｓｉが粗大化しまた初晶Ｓｉが随所に見られ
るようになるために鍛造加工性が低下し，鍛造の能率が
低下するかあるいは複雑な加工が困難になる．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はその含有置が２％
未満では強度が得られず、一方、４％を超えると、耐摩
耗性が損なわれるとともに，鍛造加工性も低下する．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等の
金属間化合物を形成し，熱処理による強靭化及び耐摩耗
性向上に寄与する．しかし，＆４ｇ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
％を超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。

ボロンはマクロ組織を微細・均一化し，鍛造時の圧縮強
度を増す効果があるが、０．０２％未満ではその効果が
十分でなく、０．０５％を超えると効果は飽和されてし
まう．第２発明の合金において合金元素として含有されるｓｂ
は共晶組織のＳｉ結晶粒を微細化する。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％を超えると、ｓｂを含む金属間化合物を晶出
し、鍛造加工性が劣化する。

第１発明のアルミニウム合金は、ｓｂ％Ｚｎ，　Ｐｂ、
Ｓｎ．　Ｂｉなどを不純物として含有するものを対象と
する。これらの不純物は，再生塊を原料として使用した
場合無視しえない量で含有され、加熱汚染色の原因とな
る。これらの元素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。

これら不純物のうちｓｂは特に変色に対する影響が著し
く、その他の不純物の存在下ではこれらと相乗的に作用
し、著しく光輝性を喪失するが、Ａβ一Ｓｉ系共品組織
の微細化の有効遺に達しないｓｂの含有詐、すなわち０
．ｌ％を上限とする。一方、Ｚｎ０．０５以上および／
またはＰｂ，　Ｓｎ，　Ｂｉ合計０．１％以上含有され
る場合特に汚染色の問題が起こる。

よって、Ｚｎは０．０５％以上、ｐｂ％Ｓｎ％Ｂｉの含
有量は合計０．１％以上の合金を対象とする。

第１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が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添加
品と同等以上の共晶Ｓｉの微細化が可能である。

第１〜第３発明の合金に添加されるＢｅはアルミニウム
合金の加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含有置が０．００１％未満では，この効
果を達成できず、０．２％を超えると、ｍ械的性質，特
に靭性な低下させる。

なお、本発明合金において、Ｆｅは不可避的不純物とし
て０，７％まで許容しつる。この量を超えると八β−Ｆ
ｅ−Ｓｉ系針状品の発達により合金の靭性を損なうので
好ましくない。

〔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ｌＯμｍ〜数１００ｕｍの合金表面
で酸化反応が起こりスビネルＡ℃２０３・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，　Ｐｂ，　Ｓｎ，
Ｂｉ等を含有すると、これらの元素が酸化物としてある
いは金属状態でスビネルと化合して、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
の色調に変色する。本発明が特徴とするＢｅはＡｆｆ合
金表面において極めて薄い皮膜を形成して＾ｅ合金を被
覆し酸素との反応と、これによるスビネルの形成を妨げ
ると推測される。

［実施例および比較例１以下、実施例および比較例により本発明を詳細に説明す
る。

実施例ｌ表１に示す組成の本発明及び比較例の合金を溶製し５０
ｎｍφに連続鋳造し、この鋳造棒を３５０〜４５０℃に
て加熱し約６０％の加工率の熱間据込鍛造加工を行ない
１８ｍｍφの棒体に成形した。

次いで５３０℃にて溶体化加熱処理を行なった後、表面
の色調を観察した。その結果は表２に示す通りであった
。

（以下余白）表２表面色調〔発明の効果１（１）第１〜第３発明のアルミニウム合金鍛造品は熱処
理等の加熱環境を経ても黒色、灰色等の汚染色を呈する
ことがなくアルミニウム合金本来の銀白色金属光沢を呈
し、製品の価値を高める。

また、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、さらに酸洗等による色調
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。またＢ
添加によりマクロ組織の微細化をはかり鍛造性を高めて
いる。これらの共通元素に加えて第２発明合金において
はｓｂの添加により、共晶Ｓｉをさらに微細化し上記性
能を向上することができる。

（３）第ｌ発明の合金は、Ｓｂ．　Ｚｎおよび／または
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。また、使用する原料の種類によりこれ
らの不純物の量や種類は様々に変化するが、それにもか
かわらず一定した色調光沢を有する鍛造品を製造するこ
とができる。したがって、原料管理の負担が非常に軽減
されるとともに、需要家にも一定品質の製品を収めるこ
とができる。

有意成分としてｓｂを添加し、Ｚｎおよび／またはＰｂ
．　Ｓｎ．　Ｂｉを不純物として含む第３発明の合金は
、再生塊等を使用し共晶組織を微細化したＡｌＳｉ　−
　Ｃｕ　−　Ｍｇ　−　Ｍｎ系合金として有用である。

（４）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−Ａｌ、共晶
Ｓｉ％−ｇ．ｓｔ　，　Ｓｂの金属間化合物などの共晶
Ａｌ　−Ｓｉ系合金本来の組織から構成される。

また、Ｍｇ，　Ｓｂ等の添加元素が、スビネルなどとし
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金属が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｂｅ０．００
１−０．２％、Ｂ０．０２−０．０５％と、不純物とし
て、Ｓｂ０．１％未満、Ｚｎ０．０５％以上および／ま
たはＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうち１種以上を合計０．１％以
上含有し、残部Ａｌとその他の不純物からなり、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、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ０．１−
０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％、Ｂ０．０２−０
．０５％を含み、残部Ａｌと不純物からなり、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、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ０．１−
０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％、Ｂ０．０２−０
．０５％と、不純物として、Ｚｎ０．０５％以上および
／またはＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうち１種以上を合計０．１
％以上含有し、残部Ａｌとその他の不純物からなり、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。