JPH036347A - 鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金 - 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］ 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を有し、かつ耐摩耗
性および切削性を兼備した鍛造アルミニウム合金であっ
てピストン、シリンダなどの特に耐摩耗性が必要な部品
に使用される耐摩耗性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遠用アルミ
ニウム合金としてへΩ−６ｉ系共晶合金が一般に使用さ
れており、その代表的なものとしてはＡｆｆ−８ｉ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Ａｌ−８Ｌ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５Ｂ−２０２４２号公報によると、ＣｕとＭｇを
添加したＡｌ−３ｉ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−８ｉ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号公の添加によ
り連続鋳造塊の共晶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。しか
しながら、これらの効果にも係わらず、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および／またはＰｂ、
Ｓｎ、Ｂｉ含有合金では灰色または暗灰色に変色し、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１０μｍ〜数１００
μｍの深さで表面報によると、ＪＩＳＡ４０Ｂ２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６２−４４５４８号公報によると
、Ｃｕ単独もしくはＣｕとＭｇを添加したＡｌ−８ｉ系
共晶合金に、切削性および耐焼付性を改善するためにＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｂｉを同時添加する提案がなされている。

また（Ｃ）特開昭６２−１０９９４４号公報には、過共
晶Ａｌ−３１−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金において少量の
Ｚｎを添加することにより押出加工性、冷間鍛造性を改
良した耐摩耗性合金が開示されている。

［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ｓｂ４ 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等の共晶微細化剤を添加しなくとも微細共晶
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ＡＲ９ｉ系共晶金共晶合金する
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、Ｓｎ、Ｂｉなどの不
純物の種類や量により色調がまちまちになり、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特に過共晶系Ａｆｆ−Ｓｉ系
合金のすぐれた特性を維持しつつ、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、しかも鍛造加工性をさらに改良して割れが発生しな
いＡｐ−３ｉ−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の合金は、重量で、Ｓｉｌ１％を超え２０
％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０．３０．６％、Ｍｎ０．
３−０．６％、Ｂｅ０．００１−０．２％と、不純物と
して、Ｓｂ０．１％未満、Ｚｎ０．０５％以上および／
またはｐｂＳｎ、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耐摩耗性アルミ
ニウム合金であり、 本発明の第２の合金は、重量で、Ｓｉｌ１％を超え２０
％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０．３０．６％、Ｍｎ０．
３−０．６％、Ｓｂ０．１０．５％、Ｂｅ０．００１−
０．２％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耐摩耗性アルミニ
ウム合金である。

過剰な初晶Ｓｉにより鋳造性が劣化し、逆に強度低下お
よび切削性低下を招きまた甚だ鍛造加工が困難になる。

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
性とともに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、熱処理によって金属間化合物Ｍ
ｇ２Ｓｉを析出して強度、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および耐摩
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本発明の第３の合金は、重量で
、Ｓｉｌ１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
．３０，６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ０．１〜０
．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％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
徴とする鍛造用耐摩耗性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、Ａｌ）−８ｉの共晶組織を素地として形
成し、耐摩耗性を向上させる。

本発明の含有量範囲であるＳｉ１１％を超え２０％以下
では、共晶素地に初晶Ｓｉが分散晶出して、高度の耐摩
耗性を付与させる。Ｓｉ含有量が１１％未満では初晶Ｓ
ｉが晶出しなくなり、鍛造加工性は良好になるが、硬度
および耐摩耗性の水準が低下する。Ｓｉ含有量が２０％
を超えるとうことになる。

第２発明および第３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Ｆｙ１紺化す
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、Ｓ
ｎ、Ｂｉなどを不純物として含有する合金を対象とする
。これらの不純物は、再生塊を原料として使用する際、
不可避的不純物として本発明合金において相当量含有さ
れ、加熱汚染色の原因となる。これらの元素は、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。

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ので、第１発明のアルミニ
ウム合金のｓｂの含有量は０．１％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
が起る。よって、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉの含有量の下限は合
計０．１％とする。

第１発明の合金においては、前掲特公昭５３２０２４３
号に開示された冷却速度が大きい連続鋳造法により細径
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Ｓｔ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、機械的性質、特
に靭性を低下させる。

＝１１ 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。

［実施例および比較例コ 以下、実施例および比較例により本発明の詳細な説明す
る。

表１に示す組成の本発明および比較例の合金を溶製し５
０ｍｍφ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。

次いでこれを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） 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％まで許容しうる。この量をこえるとＡｌ−Ｆ
ｅ−Ｓｉ系針状晶の発達により合金の靭性を損なうのて
好ましくない。また初晶Ｓｉの微細化剤としてＰ等の有
意量を添加含有することも有効である。

（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Ａ（１２０，ｎＭｇｏを生
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
の色調に変色する。本発明が特徴とするＢｅはＡｌ合金
表面において極めて薄い皮膜を形成してＡ合金を被　２ 表面色調 ［発明の効果］ （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、アルカリ洗浄等による色調回復の処理も
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および
Ｍｎの添加により高強度、高硬度、耐摩耗性を発揮する
。これらの共通元素に加えて第２発明合金においてはｓ
ｂの添加により、共晶Ｓｉ素地を微細化し上記性能を向
上することができる。

（３）第１発明の合金は、Ｓｂ、Ｚｎおよび／またはＰ
ｂ、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、それにも係わらず
一定した色調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。

（４）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、再生腕等を使用し共晶組織素地を微細化し初晶Ｓｉ
粒子を分散してなる高強度・硬質高耐摩耗性合金として
有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
   ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｂ
   ｅ０．００１−０．２％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耐摩耗性アルミニウム合金。
2. ２．重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
   ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
   ｂ０．１−０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％を含有
   し、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耐摩耗性アルミニウム合金。
3. ３．重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
   ％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
   ｂ０．１〜０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％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耐摩耗性アルミニウム合金
   。