JPH042740A

JPH042740A - 鍛造用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH042740A
Application number: JP10207890A
Authority: JP
Inventors: Kanji Ueno; 上野　完治; Shigeo Tabata; 田端　茂夫; Noriyuki Shiaku; 紀之塩飽; Tadanao Ito; 忠直伊藤; Tsunehisa Sekiguchi; 関口　常久; Ryoichi Kondo; 近藤　良一
Original assignee: Showa Denko KK; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1992-01-07
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0678580B2

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１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Ａｌ２−Ｓｉ共品合金
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Ａｌ２−Ｓｉ系共品合金を改良するための多
（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Ａｌ２−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、Ａｌ２−Ｓｉ
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、　１．５〜３．０％Ｃｕ、　　０．１−１．
５％Ｍｎ。

０．２〜１．５％Ｍｇなる組成に、０．０５〜１１口％
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
晶の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Ａｌ２−Ｓｉ
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、また
（ｃ）特開昭６２−８６１４２号公報によるとＣｕ、　
Ｍｇを添加したＡｆｆ−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
り連続鍛造塊の共晶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。

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Ａｌ２−　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織微細化によりＡｌ２−Ｓ
ｉ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（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Ａｌ２−Ｓｉ系共品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なとの
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。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Ａｌ２−３ｉ系共晶合金のす
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
美しい光彩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にすることにより鍛造加工性を
さらに改良して割れの発生も低減しうるＡｌ２−　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
％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ　０．３−０．６％
、Ｓｂ０．１−０．５％、Ｂｅ　０．００１−０．２％
、Ｂ　０．０２−０．０５％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であり、本発明の第２は、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ　０．３−０．６％
、２ｎ０．０５＝１．５％及び／又はＰｂ、　Ｓｎ、　
Ｂｉの各０．１−１．０％、合計２．０％以下、Ｂｅ　
０．口０１−０．２％、Ｂ０．口２−０．０５％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であり、本発明の第３は、重量で、Ｓｉ９−１１％、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ　０．３−０．６％、ｕｎ　０．３−０．６％
、Ｓｂ０．１−０．５％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％、Ｂ　０．
０２−０．０５％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（、Ａｌ２−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Ｓｉ９−１１％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％を超えると、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、一方、４％を超えると、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ＭｇＪｉ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。さらに、Ｚ
ｎ、　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複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、　Ｓ
ｎ、Ｂｉの少な（とも１種を切削性改善成分として含有
する。しかし、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、２ｎ、
　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０．０旧％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。

〔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１０ｇ＋ｓ〜数１００ｕＩＩ＋の合
金表面で酸化反応が起こりスピネルＡｆｆ。０３・ｎＭ
ｇＯ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じ
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。

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Ａ２合金を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　’Ｃ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’Ｃ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　　２表面色実施例２表１のＮＯ４１の組成の発明合金とＮＯ１９の比較合金
により直径５０ｍｍφの細径連続鋳造棒を作製し、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Ｎ００１は加工率９２％まで割れが発生しなかっ
たが、試験片Ｎ０．９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
、表面を研磨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。

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１の発明合金
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。

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、ａ−Ａｌｌ
、共晶Ｓｉ、　Ｍｇ２Ｓｉ　、　Ｓｂの金属間化合物な
どの共晶Ａｌ２−３ｉ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金属が得られる。

（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。

特許出願人　日産自動車株式会社昭和電工株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

１．重量で、Ｓｉ９−１１％、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％、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％、
Ｂ０．０２−０．０５％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％、Ｓｂ０．１−０
．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、Ｂｅ
０．００１−０．２％、Ｂ０．０２−０．０５％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。