JPH0457738B2

JPH0457738B2 -

Info

Publication number: JPH0457738B2
Application number: JP60287911A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kamio; Yamaji Kitaoka; Tatsu Yamada; Akyoshi Iwamoto
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1992-09-14
Also published as: JPS62149839A

Description

【発明の詳細な説明】

「発明の目的」本発明は強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合
金材の製造法に係り、塑性加工し熱処理を施すこ
とによつて製品に優れた強度および伸びと耐摩耗
性を有するアルミニウム合金材を提供しようとす
るものである。産業上の利用分野強度および伸びと耐摩耗性に優れたアルミニウ
ム合金材の製造方法。従来の技術車輌や産業用機械などにおけるピストンやシリ
ンダー等の摺動部品においては耐摩耗性、強度と
共に伸びに優れたものが求められており、このよ
うな性質を満すものとして、Al−Si共晶系合金
が使用されている。代表的な規格合金としては
Al−Siの共晶合金にCu，Mg，Niを添加したJIS
Ａ 4032がある。発明が解決しようとする問題点近時このようなピストン、シリンダーなどのア
ルミニウム系製品に関する技術分野において、そ
の製品により高性能が要求され、特に製品の強靭
性については安全性の見地から一段と高いことが
強く求められるようになり、上記のようなアルミ
ニウム合金ではこのような要請に適切に即応する
ことができない。耐摩耗性のより高められたものが好ましいこと
は当然である。「発明の構成」問題点を解決するための手段 (1) Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、残
部がAlおよび不可避不純物からなる溶湯を半
連続鋳造してから塑性加工し、次いで溶体化処
理し、焼入れし、人工時効処理することを特徴
とする強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金
材の製造法。 (2) Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、し
かも、Fe：0.3〜1.5wt％を含有し、残部がAl
および不可避不純物からなる溶湯を半連続鋳造
してから塑性加工し、次いで溶体化処理し、焼
入れし、人工時効処理することを特徴とする強
度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材の製造
法。 (3) Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、し
かも、Ni＜2.0wt％を含有し、残部がAlおよび
不可避不純物からなる溶湯を半連続鋳造してか
ら塑性加工し、次いで溶体化処理し、焼入れ
し、人工時効処理することを特徴とする強度に
優れた耐摩耗性アルミニウム合金材の製造法。 (4) Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、し
かも、Fe：0.3〜1.5wt％，Ni＜2.0wt％を含有
しており、残部がAlおよび不可避不純物から
なる溶湯を半連続鋳造してから塑性加工し、次
いで溶体化処理し、焼入れし、人工時効処理す
ることを特徴とする強度に優れた耐摩耗性アル
ミニウム合金材の製造法。作用 wt％（以下単に％という）で、Siを８％以上
とすることにより耐摩耗性が得られ、又Mn0.1％
以上、Sbを0.05％以上を含有させることによつて
耐摩耗性と共に引張強度を高め得、更に、Cuが
1.5％以上、Mgを0.2％以上含有させることによ
つて引張強度を高め得る。Siを12％以下とするこ
とで強度低下を避け、Cuを3.0％以下、Mn：1.5
％以下、Mg：1.5％以下およびSb：1.0％以下と
することによつて加工性劣化を避けしめる。 Feを0.3〜1.5％含有させることによつて耐摩耗
性を高め且つ加工性劣化をなからしめ、Niを2.0
％含有させることによつても同様の作用が得られ
る。 Tiを0.2％以下含有させることにより水冷鋳型
を用いて半連続鋳造するに当つて鋳割れを防止す
る。 Fe：0.3〜1.5wt％またはNi：2.0wt％以下の何
れか１種または２種を含有させることにより耐摩
耗性を付与する。Ｂ：0.02％以下を含有せしめて半連続鋳造時に
おける鋳造割れ防止を確実化する。上記のような成分組成の溶湯を水冷鋳型を用い
て半連続鋳造することにより合金の金属間化合物
および結晶組織を微細化して塑性加工を可能とす
る。即ち上記のようにして得られた鋳造体は適切に
塑性加工することが可能となり、この塑性加工と
溶体化処理、焼入れおよび人工時効処理と相俟つ
て強度および伸びを向上する。上記のような塑性加工後に溶体化処理すること
により組織を安定化し尓後の焼入れ、人工時効処
理と相俟つて強度、伸びおよび耐摩耗性を共に高
め、特性値が安定化される。実施例上記したような本発明について更に説明する
と、本発明者等は上記したような高性能要求に即
応するような検討を重ねた結果、前記Al−Si共
晶系合金のCu含有量を増加することによつて共
晶Siが粗くなり、又初晶Siが晶出し易く、強度が
増加するにも拘わらず耐摩耗性が増加しないこと
となるが、これにSbを添加した合金は塑性加工
と熱処理を施すことによつて耐摩耗性を有しなが
ら強度及び伸びに優れたものであることを確認し
た。上記したような本発明の含有成分範囲限定理由
について説明すると以下の如くである。 Si：８〜12％。 Siは、合金に耐摩耗性を附与するものであつ
て、８％未満ではその効果が乏しく、また12％を
超えるとSbを添加し半連続鋳造し凝固速度を高
めたとしても初晶Siが生成して加工を困難とし、
又強度を低下させる。 Cu：1.5〜3.0％。 Cuはアルミニウム合金に引張強度を付与する
もので、その含有量が下限値以下ではその効果が
不十分であり、また上限値以上ではSbを添加し
たとしても初晶Siおよび共晶Siが粗大化して加工
が困難となり、更に耐食性も低下し応力腐食割れ
を発生し易くなる。 Mn：0.1〜1.5％。アルミニウム合金にMnを添加すると引張強度
および耐摩耗性を付与することができ、0.1％未
満ではそれらの効果が少く、一方上限値以上では
Mnを含む金属間化合物が粗大に晶出し易くなつ
て加工性を妨げる。 Mg：0.2〜1.5％。 Mgは引張強度を付与するために添加するもの
であつて、その含有量が下限値以下ではその効果
が乏しく、また上限値以上では焼鈍軟化し難くな
ると共に加工硬化し易くなり、何れにしても加工
性を妨げる。 Sb：0.05〜1.0％。 Sbは、Cuの影響を受けて粗大化し易い初晶Si
と共晶Siの微細化を図り、引張強度と耐摩耗性と
を向上し、加工性を良好とするものであつて、下
限値以下ではそのような効果が不充分である。ま
た上限値を超えるとSbを含む金属間化合物が晶
出し易くなつて加工性を低下する。なお本発明によるものは不可避不純物として
0.3％未満のFeを含有してよい。上記のような必須成分の他に本発明においては
次の合金成分の１種または２種を添加すうとがで
きる。 Fe：0.3〜1.5％。 Feをアルミニウム合金に含有させると、金属
間化合物を晶出して耐摩耗性を付与するものであ
つて、このためには不純分範囲（0.3％）を超え
て含有させることが好ましく、一方上限値以上で
はFeを含む粗大化合物を晶出して加工性を低下
する。 Ni＜2.0％。 Niはアルミニウム合金にNiを含有した金属間
化合物を晶出して耐摩耗性を付与するものであつ
て、その効果は含有量に比例して得られるが、上
限値以上ではNiを含む粗大化合物を晶出して加
工性を劣化することとなる。なお本発明においては上記成分以外に4000系合
金に通常含有される程度の不純物はその性質を低
下させるものでないから不都合はない。更に本発
明合金を水冷鋳造を用いて半連続鋳造するに際し
て鋳造割れを防止するためにＢ：0.02％以下を含
有させてもよい。然して本発明合金は、その鋳造時における凝固
速度を金型を用いた場合の冷却速度より速めるこ
とによつて合金組織を微細化し、それによつて塑
性加工を可能ならしめる程度の加工性を付与する
と共に熱処理を施すことによつて強度および耐摩
耗性を向上するものである。即ち金型鋳造におけ
る凝固速度は一般的に0.3〜３℃／sec程度であ
り、この場合には組織が粗大化し、加工性が悪
く、耐摩耗性、伸びにおいて劣る。特に鋳造用型
の形態、鋳造方法の如何によつて変動が大きく、
理想的鋳造条件を採用することのできる舟形金型
においては比較的好ましいとしても一般的鋳造方
式の場合は劣化が大きい。これに対し凝固速度を
７℃／sec以上とすることによつて組織が微細化
され、加工性が良好となるもので、水冷鋳造を用
いた半連続鋳造法によれば、上限で150℃／sec程
度の冷却速度を得ることができ、それによつて金
属間化合物の大きさを平均で５〜70μm以下、α
−Al相の大きさも平均で15〜70μm、特に40μm
以下、共晶Siの大きさを平均で1.5〜5.5μmとし、
加工性を良好とすると共に機械的性質を一層改善
することができる。鋳造後の塑性加工および熱処理条件の１例を示
すと、上記ように凝固速度７℃／sec以上で鋳造
されたビレツトは450〜540℃に１〜48時間程度均
質化処理される。この均質化処理されたビレツト
は450℃以上に加熱されて押出され、この押出材
は冷間〜熱間において用途により引抜加工あるい
は鍛造などの塑性加工を受けることによつてα相
と共に金属間化合物、共晶Siなどが何れも微細化
される、引抜加工された引抜材は更に鍛造するこ
ともできる、この場合均質化処理されたビレツト
を鍛造加工することもできる。然して上記のよう
に塑性加工された材料は480〜540℃に10分〜48時
間程度の溶体化処理を受け、水焼入れし、以後
150〜220℃に10時間以内で人工時効されることに
よつて前記のように微細化された組織と添加元素
による作用が有効に発揮され、本発明合金の特性
が得られる。本発明によるものの具体的な製造例について説
明すると、以下の如くである。製造例１次の第１表に示す組成の各アルミニウム合金を
常法によつて溶製した後、水冷鋳型を用いた半連
続鋳造法によつて203mmφのビレツトに該ビレツ
ト半径1/2の位置で約15℃／secの冷却速度により
鋳造した。No.１〜５は本発明合金であり、No.６は
Sb無添加、No.７は規格合金である。

【表】なお上記とは別に、第１表のNo.１およびNo.３の
組成をもつた合金を夫々理想的冷却凝固条件が与
えられるものとして基準化されている舟形金型を
用い、その規定に従つて金型を100℃以上に加熱
して鋳造を行うと共に鋳造をゆつくりと行い、し
かもその後の冷却速度を１℃／secとして鋳造し、
比較例１および２とした。このようにして鋳造した各ビレツトの半径方向
１／２の位置における初晶Si、金属間化合物、α−
Al相、共晶Siの大きさおよびその面積率は次の
第２表に示す通りであるが、水冷鋳型を用いて鋳
造したビレツトの組織は金型を用いて鋳造したも
のより微細化されている。但しNo.６の合金はSb
が添加されていないので初晶Siが大きいものとし
て存在している。更に、このようにして鋳造したものについての
各種特性を求めた結果についても第２表に併せて
示したが、このような各種特性についての試験測
定は以下の通りである。冷間引抜率上記203mmφのビレツトを510℃×４時間の均質
化熱処理を施した後、33mmφの押出棒とし、この
押出棒を390〜400℃×２時間のＯ材処理を施し、
引抜加工した。このときの破断の生じない最大の
引抜率で、この引抜率とは面積減少率をあらわ
す。なお金型で鋳造したものは引抜加工が不可能で
あつて実施しなかつた。冷間据込率Ｏ材処理した上記押出棒（33mmφ）および金型
鋳造したものを33mmφに切削加工しＯ材処理した
ものを30mmφ×25mmｔに面削加工し、無潤滑で
400トン油圧プレスを用い据込み鍛造（厚さ方向
にプレス）し、割れ発生の生じない最大据込率で
示す。耐摩耗性大越式摩耗試験機を用い、乾式耐摩耗試験し
た。摩耗子はFC28、条件は荷重2.1Kg、摩擦速度
3.8m／secである。供試材は上記33mmφ押出棒の
Ｆ材およびT6材（510℃×４時間→水焼入→170
℃×10時間）で、金型鋳造したものは33mmφに切
削加工したＦ材およびT6材（510℃×４時間→水
焼入→170℃×10時間）である。機械的性質供試材は上記33mmφ押出棒のT6材および33mm
φに切削加工したT6材を用い、T6処理は510℃
×４時間→水焼入→170℃×10時間である。

【表】

【表】即ち第２表の結果によれば本発明合金は初晶Si
がなく、α−Al相は殆んどが40μm以下であつて
JIS 4032材より低目であり、共晶Si（平均粒径）
は4.0以下、5μm以下の共晶Siが占める面積率は
80％以上で、これらはJIS 4032材と同等であつ
て、その他の比較材よりは充分に微細化されてい
る。又加工性においては本発明のものが比較合金
６，７と同等であるが、耐摩耗性および引張強度
においては規格合金（JIS 4032）よりも優れ、
0.2％耐力においては何れのものよりも優れてい
る。比較列１，２のものは合金組成としては本発明
範囲内の合金No.１および３を用い理想的冷却凝固
条件の与えられる舟形金型による金型鋳造を入念
に実施した場合であつて通常の金型鋳造時とは条
件を異にするが、金属間化合物、共晶Siなどの組
織が本発明の半連続鋳造したものより大となり冷
間引抜加工を行い得ない。強度においても40Kg／
mm²以上のような高強度レベルにおいて３Kg／mm²前
後または８Kg／mm²も本発明より劣つており、伸び
においては本発明方法によるものが数倍以上も高
くなつている。又本発明のものはFe，Niを含有
させた合金No.３および５のものにおいても前記の
ように耐摩耗性が低くて適切な伸びを有している
のでピストン、シリンダーなどに充分に利用する
ことのできることが確認された。製造例２前記した第１表のNo.１合金を325mmφのビレツ
トに半連続鋳造し、これを34mmφの丸棒に押出成
形してから図面に示すような形態をなし、長さが
350mmで最大幅部分が40mm、最小幅部分が18mmで
あり、中間に両面から夫々深さが５mmの凹部２を
形成し、幅広部においては更に該凹部２の中央に
深さ２mmの第２凹部３を同じく表裏に形成した部
体１を熱間鍛造して製作し、次いで505℃×４時
間の加熱をなしてから水焼入れし170℃×10時間
の加熱をなすT₆処理を行つて本発明材を得た。又同じく前記したNo.１の合金を用い、上記した
図面の部体を得るようにキヤビテイの形成された
割型方式の金型を用い、該金型を350℃の型温と
して、750℃の溶湯を注入し、冷却速度を0.5℃／
secの条件で冷却凝固せしめて脱型し、これを505
℃×４時間加熱してから水焼入れし、170℃×10
時間の加熱によるT₆処理を行つて比較材とした。これらの本発明方式による鍛造部体と比較材と
しての鋳造体製品から夫々試験片を採取し、試験
測定した結果は次の第３表に示す如くであつて、
鋳造体である比較材は金属間化合物、α相、共晶
Siが共に大きく、引抜加工などをなし得ないもの
で、耐摩耗性においても劣る。製品としての機械
的特性においても同じ化学組成の合金材であるに
拘わらず、本発明材は比較材に対し引張強度にお
いて10Kg／mm²，0.2％耐力において８Kg／mm²以上
も優れており、伸びにおいて17倍もの高い結果を
示している。つまり一般的な製品は図面のような
部体となることは当然で、舟形鋳造体が一般的製
品たり得ないことは自明であり、そうした一般的
製品の場合には本発明によるものが同じ合金であ
つても著しく優れた結果を得しめるものであるこ
とが確認された。

【表】

【表】「発明の効果」以上説明したような本発明アルミニウム合金
は、規格合金よりも耐摩耗性および強度において
優れ、Fe，Niを含有させたものにおいても充分
な伸びを有していて車輌や各種産業機械などにお
けるピストン、シリンダーなどの摺動部材に採用
することによりアルミニウム合金材としての軽量
性その他の特性を具備しながら耐用性や安全性に
優れた製品を提供することができるものであつ
て、工業的にその結果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであつ
て、本発明の製造例２についての本発明方法によ
る鍛造体および比較例３による鋳造品の形状構成
を示した説明図である。

【特許請求の範囲】

１下記の化学式で表わされる反強磁性低膨張の
Cr基合金粉末：50.0〜99.5重量％と、Ag，Sn，
Al，Zn，CuおよびCu合金のうちから選ばれる一
種または二種以上の非磁性金属粉末：0.5〜50.0
重量％の焼結体から成る非強磁性低膨張焼結合
金。式：Cr_100-(a+b)・A_a・B_b ここでＡ：Fe，SiおよびCoのうちから選ばれる
少くとの一種Ｂ：Mn，Sn，Ru，Rh，Pd，Re，Os，
Pt，Au，AsおよびSbのうちから選ばれる
少くとも一種ａ：0.1〜60.重量％ｂ：0.05〜6.0重量％

Claims

耐摩耗性アルミニウム合金材の製造法。３ Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、しか
も、Ni＜2.0wt％を含有し、残部がAlおよび不可
避不純物からなる溶湯を半連続鋳造してから塑性
加工し、次いで溶体化処理し、焼入れし、人工時
効処理することを特徴とする強度に優れた耐摩耗
性アルミニウム合金材の製造法。４ Si：８〜12wt％，Cu：1.5〜3.0wt％， Mn：0.1〜1.5wt％，Mg：0.2〜1.5wt％， Sb：0.05〜1.0wt％、を含有すると共にTi：0.2wt％以下またはTi：
0.2wt％以下とＢ：0.02wt％以下を含有し、しか
も、Fe：0.3〜1.5wt％，Ni＜2.0wt％を含有して
おり、残部がAlおよび不可避不純物からなる溶
湯を半連続鋳造してから塑性加工し、次いで溶体
化処理し、焼入れし、人工時効処理することを特
徴とする強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金
材の製造法。