JPH0741920A - 耐摩耗性を向上させる過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鍛造性，加工性，切削性，耐摩耗性等に優れ
た過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を得る。 【構成】 Ｓｉ：１３〜２１重量％，Ｃａ：６〜１２０
ｐｐｍ及びＰ：４０〜１３０ｐｐｍを含み、Ｐ／Ｃａが
重量比で０．６〜６．０の範囲にある過共晶Ａｌ−Ｓｉ
合金の鋳塊，押出し材，鍛造材等に、５１０〜５３５℃
×２〜２４時間の熱処理を施す。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金
は、更にＣｕ：０．５〜５．０重量％及びＭｇ：０．３
〜２．０重量％を含んでも良い。 【作用】 初晶Ｓｉに先立って共晶Ｓｉが優先的に成長
するため、初晶Ｓｉを粗大化させることなく、共晶Ｓｉ
の粒径が大きなる。その結果、良好な鍛造性，押出し等
の加工性，切削性を確保しながら、耐摩耗性が改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工性，切削性等の改
善のために初晶Ｓｉを微細化した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金
の耐摩耗性を向上させる熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉを１２．６重量％以上含む過共晶Ａ
ｌ−Ｓｉ合金は、熱膨張係数が小さく、耐熱性も優れて
いる。また、溶湯が凝固する際に高硬度の初晶Ｓｉが晶
出するため、耐摩耗性が要求されるピストン，クランク
ケース，ブレーキドラム，シリンダーライナー等の内燃
機関用部品として使用されている。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金は、硬質の初晶Ｓｉが晶出することに起因して優れた
耐摩耗性を呈するが、初晶Ｓｉが大きく成長した鋳造組
織になり易い。この状態で加工を施すと、初晶ＳｉやＡ
ｌマトリックスとの界面に亀裂が入り、目的とする製品
が得られないばかりでなく、機械的性質も十分でない。
そのため、強度の加工が施される鍛造素材として使用さ
れることは稀であった。また、粗大な初晶Ｓｉが晶出し
た組織は、切削加工の際に初晶Ｓｉにより工具の摩耗を
促進させる欠点をもつ。

【０００３】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金中の初晶Ｓｉを微細
化するため、Ａｌ−Ｃｕ−Ｐ，Ｃｕ−Ｐ等としてＰを添
加することが一般的に行われている。添加されたＰは、
金属間化合物ＡｌＰを形成し、この金属間化合物ＡｌＰ
が初晶Ｓｉを微細化させる。しかし、急冷凝固法等の特
殊な方法を除く金型鋳造やＤＣ鋳造のように、インゴッ
トを経て目的とする合金材料を製造するとき、Ｐ添加の
みで初晶Ｓｉを十分に微細化することには限界がある。
Ｃａを含むＡｌ−Ｓｉ合金に関しては、初晶Ｓｉの微細
化に有効なＰの作用が阻害されることが多く報告されて
いる。しかし、本発明者等は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金に
制御された量のＰ及びＣａを共存させるとき、Ｐ単独の
場合に比較して初晶Ｓｉの微細化が促進されることを見
い出し、特願平４−２４４２５９号で紹介した。すなわ
ち、Ｐ／Ｃａ：０．６〜６．０（重量比）の条件下で
Ｐ：４０〜１３０ｐｐｍ及びＣａ：６〜１２０ｐｐｍを
含む過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯にあっては、Ｐによる初
晶Ｓｉ微細化作用が顕著になり、微細な鋳造組織をもつ
製品が得られる。本発明者等は、更にＰ及びＣａの共存
が鋳造組織に与える影響を調査・研究する過程で、初晶
Ｓｉの微細化により加工性や切削性が著しく改善される
ことを見い出し、特願平５−７１８０４号，特願平５−
１００６２６号等で紹介した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】初晶Ｓｉの微細化は、
塑性加工性や切削性の改善に有効であるものの、耐摩耗
性を若干低下させる傾向を示す。そこで、初晶Ｓｉを微
細化した状態で耐摩耗性を回復することが可能になれ
ば、塑性加工性，切削性と耐摩耗性との間にバランスの
とれた材料を提供することが可能となる。本発明は、こ
のような要求に応えるべく案出されたものであり、比較
的高温の熱処理で共晶Ｓｉを成長させることにより、塑
性加工性や切削性を損なうことなく耐摩耗性を向上さ
せ、内燃機関用部品を始めとする各種機器部品に好適な
過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
その目的を達成するため、Ｓｉ：１３〜２１重量％，Ｃ
ａ：６〜１２０ｐｐｍ及びＰ：４０〜１３０ｐｐｍを含
み、Ｐ／Ｃａが重量比で０．６〜６．０の範囲にある過
共晶Ａｌ−Ｓｉ合金に、５１０〜５３５℃の温度範囲で
２〜２４時間加熱する熱処理を施すことを特徴とする。
熱処理される過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は、ＤＣ鋳造された
鋳塊，金型鋳造された鋳塊，鋳塊から製造された押出し
材，鋳塊又は押出し材を熱間鍛造した鍛造材の何れであ
っても良い。鋳塊をＤＣ鋳造で得る場合、初晶Ｓｉを微
細化する上で、直径１５０ｍｍ以下の鋳塊に鋳造するこ
とが好ましい。金型鋳造による場合、同様に直径又は肉
厚３０ｍｍ以下の鋳塊に鋳造することが好ましい。何れ
の場合も、初晶Ｓｉを十分に微細化するため、液相線よ
りも７０℃以上高い温度に鋳造温度を設定することが好
ましい。使用される過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は、更にＣ
ｕ：０．５〜５．０重量％及びＭｇ：０．３〜２．０重
量％を含むこともできる。

【０００６】

【作用】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を５１０〜５３５℃の温
度範囲で熱処理するとき、初晶Ｓｉが実質的に粗大化せ
ず、共晶Ｓｉのみが成長する。この温度条件は、本発明
者等の実験によって見出されたものであるが、共晶Ｓｉ
の成長によって耐摩耗性を向上させる上で有効である。
また、初晶Ｓｉが粗大化しないことから、鍛造性，押出
し等の加工性，切削性等が低下することはない。このよ
うに初晶Ｓｉと共晶Ｓｉとの間で結晶成長の温度依存性
が異なるのは、大きな粒径の初晶Ｓｉに比較して共晶Ｓ
ｉの界面が活性であり、先ず共晶Ｓｉの成長が開始し、
次いで初晶Ｓｉの成長が行われることに由来する。すな
わち、初晶Ｓｉの成長なく、共晶Ｓｉを選択的に成長さ
せる上で、熱処理温度５１０〜５３５℃は重要なファク
ターである。

【０００７】この熱処理は、製品を得るまでの製造工程
のどの段階で行っても良い。たとえば、鋳塊に対する均
熱処理，押出し材の予備加熱，鍛造材の溶体化等を兼ね
て５１０〜５３５℃で２〜２４時間加熱することによっ
て、共晶Ｓｉを選択的に成長させることができる。熱処
理による効果は、後続する工程における軟化焼鈍，歪取
り焼鈍，析出硬化処理等の際に損なわれることがない。
そのため、製品段階においても共晶Ｓｉが大きく成長し
た組織が維持され、耐摩耗性が改善された材料が得られ
る。

【０００８】以下、本発明で規定した各条件を説明す
る。熱処理温度：５１０〜５３５℃ 共晶Ｓｉを大きく成長させる上で、５１０℃以上の熱処
理温度が必要である。熱処理温度が５１０℃未満では、
共晶Ｓｉの成長が十分でなく、耐摩耗性の改善効果が得
られない。しかし、５３５℃を超える熱処理温度では、
バーニングが生じ易く、機械的性質等の劣化させる傾向
がみられる。また、初晶Ｓｉが成長を開始し、それに伴
って切削性が低下する。熱処理時間：２〜２４時間 共晶Ｓｉを十分に成長させるためには、５１０〜５３５
℃の温度に２時間以上加熱することが必要である。２時
間未満の短時間熱処理では、共晶Ｓｉの成長が不十分
で、耐摩耗性の改善効果が期待できない。しかし、２４
時間を超える長時間の熱処理では、初晶Ｓｉが粗大化し
易く、切削性を低下させる。また、長時間の熱処理を施
した後で鍛造する場合、鍛造性の低下も招く。

【０００９】Ｓｉ含有量：１３〜２１重量％ Ｃａ及びＰにより初晶Ｓｉが微細化する現象は、Ｓｉ含
有量が１３〜２１重量％の範囲にある過共晶Ａｌ−Ｓｉ
合金にみられる。Ｓｉ含有量が多くなるほど、多量のＣ
ａ及びＰの含有が必要になることは勿論、製造条件を厳
格にコントロールすることが要求される。しかも、Ｓｉ
含有量の増加に応じて微細化効果が低くなる。そこで、
Ｓｉ含有量は、上限を２１重量％に規定した。また、過
共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の特性を得るため、Ｓｉ含有量の下
限を１３重量％に規定した。Ｃａ含有量：６〜１２０ｐｐｍ Ｃａは、Ｐと反応してＣａ−Ｐ化合物を形成し、初晶Ｓ
ｉを微細化する作用を呈すると推察される。Ｃａは、溶
解原料に予め含ませておくこと、或いは溶解した過共晶
Ａｌ−Ｓｉ系合金に添加する方法の何れによっても、過
共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に含ませることができる。何れの
場合においても、Ｃａは、溶解や保持過程における損耗
が激しいので、添加量ではなく含有量で把握することが
必要である。なお、Ｃａは、Ｃａを含有するＡｌ−Ｃａ
系等の母合金，化合物，混合物等として塊状，棒状，線
状，粉末状，顆粒状，溶融状等の形態で添加される。

【００１０】Ｃａ含有量を高精度にコントロールする上
からは、溶解後の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に所定量のＣ
ａを添加することが好ましい。すなわち、溶解前にＣａ
を配合すると、溶解，高温保持，脱ガス処理等の工程で
Ｃａが損耗し、鋳塊中のＣａ含有量を正確にコントロー
ルすることが難しくなる。特に、連続鋳造のように大量
のメタルを取り扱う場合、目標とするＣａ含有量が得ら
れず、不良となる確率が高くなる。また、鋳塊に移行す
るＣａの歩留りが低いため、損耗分を見込んだより多量
のＣａを添加することも必要になる。溶解後の過共晶Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金にＣａを添加するとき、鋳塊におけるＣ
ａ含有量を比較的正確にコントロールすることができ、
初晶Ｓｉの微細化も目標通り行われる。たとえば、溶解
原料にＣａを冷材として配合し、溶解直後に鋳造したと
き、Ｃａの歩留りは４５〜８５％の範囲で大きくばらつ
いた。これに対し、溶解後の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金に
Ｃａを添加し、直ちに鋳造したとき、Ｃａの歩留りが７
６〜９４％に向上すると共に、鋳塊のＣａ含有量に大き
なバラツキがなくなった。

【００１１】鋳造直前の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金におけ
る重量比Ｐ／Ｃａが０．６〜６．０の範囲にあるとき、
Ｃａ−Ｐ化合物の微細化作用が効果的に発揮される。し
かし、Ｃａ含有量は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶湯の
状態で保持すると次第に減少し、それに伴ってＰ／Ｃａ
が増加する。また、Ｃａ含有量の減少率は、過共晶Ａｌ
−Ｓｉ系合金溶湯が高温になるほど大きくなる。そこ
で、鋳造に先立ってＣａ含有量を所定範囲に調整した
後、長い保持時間をおかずに鋳造することが好ましい。
Ｃａ含有量が減少し、重量比Ｐ／Ｃａが６．０を超える
と、Ｃａ−Ｐ化合物の微細化作用が不十分である。ま
た、重量比Ｐ／Ｃａが０．６未満でも、微細化効果が得
られなくなる。Ｃａ含有量が更に増加しＰ／Ｃａが低く
なると、初晶Ｓｉは、Ｃａ無添加の場合よりもむしろ粗
くなる。重量比Ｐ／Ｃａが０．６未満になると、Ｃａ−
Ｐ化合物中のＣａ濃度も上がり、これが初晶Ｓｉの結晶
核として働かない好ましくない状態になるものと考えら
れる。その結果、従来報告されているようにＰ処理によ
る微細化作用が阻害される。また、Ｃａ含有量が１２０
ｐｐｍを超えると、重量比Ｐ／Ｃａが０．６未満であれ
ば初晶Ｓｉが微細化するが、溶湯の流動性が著しく低下
し、湯境い等の鋳造欠陥が発生し易くなる。この点か
ら、Ｃａ含有量の上限は、１２０ｐｐｍに設定される。
他方、Ｃａ含有量の下限は、Ｐ／Ｃａ＝０．６〜６．０
及びＰ＝４０〜１３０ｐｐｍの条件から６ｐｐｍに定ま
る。

【００１２】Ｐ含有量：４０〜１３０ｐｐｍ Ｐは、Ｃａに比較し反応性が低い。そのため、溶解原料
に予めＰを配合させておいても、或いは溶解後にＰを添
加しても、Ｐ添加による効果は実質的に変わらない。し
たがって、Ｐの添加時期は、次の〜の何れであって
も良い。また、予め所定量のＰを含有する過共晶Ａｌ−
Ｓｉ系合金又は溶解原料を溶解した後、Ｃａ添加に相前
後して残りのＰを添加することもできる。Ｐは、Ｐ含有
母合金，化合物，混合物等を塊状，棒状，線状，粉末
状，顆粒状，溶融状等の形態で添加される。 Ｐを含む過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金又は溶解原料の調
整 →溶解→ Ｃａ添加 → 鋳造 Ｐを含まない過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金又は溶解原料
の調整 →溶解→ Ｃａ及びＰの同時添加 →
鋳造 Ｐを含まない過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金又は溶解原料
の調整 →溶解Ｐ添加 → Ｃａ添加 →
鋳造 Ｐを含まない過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金又は溶解原料
の調整 →溶解→ Ｃａ添加 → Ｐ添加
→ 鋳造

【００１３】Ｐ含有量は、Ｃａ−Ｐ化合物による初晶Ｓ
ｉの微細化を促進させる上で、４０〜１３０ｐｐｍの範
囲に維持することが必要である。Ｐ含有量は、Ｃａ含有
量と異なり、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶湯状態のまま
で保持しても、保持時間による大きな影響を受けること
なく、減少量は小さい。なお、Ｐ含有量が４０ｐｐｍ未
満では、初晶Ｓｉを微細化する作用が不十分である。し
かし、１３０ｐｐｍを超えるＰ含有量では、初晶Ｓｉを
微細化する効果があるものの、合金溶湯の流動性が低下
し、湯境い等の鋳造欠陥が発生し易くなる。また、Ｐの
濃度が高くなると溶解歩留りが極端に低下するので、１
３０ｐｐｍ以上のＰを含有させることは非常に困難であ
る。

【００１４】Ｐ／Ｃａ重量比：０．６〜６．０ Ｐ／Ｃａ比は、微細化効果に大きな影響をもつ因子であ
る。Ｐ／Ｃａを重量比で０．６〜６の範囲に維持するこ
とにより、初晶Ｓｉの微細化に有効なＣａ−Ｐ化合物が
生成されるものと推察される。すなわち、生成したＣａ
−Ｐ化合物が微細な核として合金中に均一分散し、この
核を起点として初晶Ｓｉが晶出する。その結果、微細な
鋳造組織が得られる。Ｐ／Ｃａ重量比が０．６未満で
は、初晶Ｓｉの結晶核として働く作用をもたないＣａ濃
度の高いＣａ−Ｐが形成され、長時間をかけた溶湯保持
等によってＣａ−Ｐ化合物中のＣａが減少するとき好ま
しい状態になり、結晶核としての作用を呈するものと考
えられる。逆に、Ｐ／Ｃａ重量比が６を超えると、Ｃａ
が不足し、形成されるＣａ−Ｐ化合物の個数が不足す
る。Ｃｕ含有量：０．５〜５．０重量％ Ｃｕは、金属間化合物ＣｕＡｌ₂ を形成し、過共晶Ａｌ
−Ｓｉ系合金の強度及び硬度を向上させる作用を呈し、
本発明においては必要に応じて添加される合金元素であ
る。Ｃｕ添加の作用を得るためには、０．５重量％以上
のＣｕ含有が必要である。しかし、５重量％を超える多
量のＣｕを含有させても、Ｃｕの作用が飽和し、増量に
見合った強度の向上が図られない。したがって、Ｃｕを
含有させるとき、その含有量を０．５〜５重量％の範囲
に設定する。

【００１５】Ｍｇ含有量：０．３〜２．０重量％ Ｍｇは、Ｓｉとの共存下で強度を向上することに寄与す
る合金元素であり、必要に応じて添加される。Ｍｇ添加
の効果は、０．３重量％以上の含有で顕著に現れる。し
かし、２．０重量％を超える多量のＭｇを含有させると
き、Ｍｇ含有量の増加に応じて伸び率が低下し、却って
加工性が悪くなる。したがって、Ｍｇを含有させると
き、その含有量を０．３〜２．０重量％の範囲に設定す
る。

【００１６】

【実施例】表１に示した組成をもつ合金を５０ｋｇのル
ツボで溶解し、温度７８０℃及び速度１５０ｍｍ／分の
鋳造条件でホットトップ鋳造によって直径９８ｍｍの鋳
塊をＤＣ鋳造した。各鋳塊の半径の１／２に当る位置で
測定した初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉの粒径を、表１に併せ示
す。表１から明らかなように、Ｃａ含有量，Ｐ含有量及
びＰ／Ｃａ比の条件を満足する鋳塊Ａ及びＢは、Ｃａを
含まない鋳塊Ｃに比較して初晶Ｓｉが微細化されている
ことが判る。

【００１７】

【表１】

【００１８】各鋳塊を表２（ａ）に示す条件で均質化処
理し、均質化処理材を作製した。また、直径９８ｍｍの
鋳塊に５００℃×５時間の均質化処理を施した後、素材
加熱温度４５０℃及びラム速度２０ｍｍ／秒の条件で直
径３２ｍｍの丸棒に押出すことにより押出し材を作製し
た。このとき、押出しに先立つ予備加熱条件を表２
（ｂ）に示すように変えることにより、試験番号７〜１
２の押出し材を用意した。同様な鋳塊に５００℃×５時
間の均質化処理を施した後、面削により直径３０ｍｍ及
び長さ５０ｍｍのブランクを用意した。押出し工程を経
ることなく、４００トンプレスを使用し据込み率５０％
及び鍛造温度４５０℃でブランクを熱間鍛造した。そし
て、鍛造後に、表２（ｃ）に示す条件で溶体化処理を施
し、試験番号１３〜１８の直接鍛造材を用意した。

【００１９】また、鋳塊に５００℃×５時間の予備加熱
を施して直径３２ｍｍの丸棒に押し出した後、直径３０
ｍｍ及び長さ５０ｍｍのブランクを作製した。このブラ
ンクを４００トンプレスを使用し据込み率５０％及び鍛
造温度４５０℃で熱間鍛造した後、表２（ｄ）に示す条
件で溶体化処理を施し、試験番号１９〜２４の押出し−
鍛造材を用意した。表２（ａ）及び（ｂ）の均質化処理
剤から所定の試験片を切り出し、据込み試験に供した。
また、同じ均質化処理材に５００℃×５時間の溶体化処
理を施し、水冷後、１７０℃×１０時間の時効処理を施
し、摩耗試験及び切削試験に供した。同様に表２（ｂ）
〜（ｄ）の各材料は、溶体化処理後、溶体化温度から水
冷し、１７０℃×１０時間の時効処理を施して、摩耗試
験及び切削試験に供した。

【００２０】

【表２】

【００２１】各試験片に対し、次の摩耗試験を条件で行
った。摩耗試験 中央に直径６ｍｍの貫通孔が形成された長さ３０ｍｍ，
幅３０ｍｍ及び厚さ５ｍｍの試験片を切り出し、フリク
トロン摩耗試験機を使用した摩耗試験に供した。試験
は、硬質Ｃｒめっきを施した摩耗子を使用し、摩擦速度
０．２３８ｍ／秒，摩擦荷重１６０ｋｇ，摩擦距離３０
００ｍ，常温及び湿式雰囲気の条件で実施した。試験後
の試験片を計量し、摩耗減量によって耐摩耗性を評価し
た。試験結果を示す表３から明らかなように、本発明に
従って５２５℃×６時間の熱処理を施したものでは、鋳
造材，押出し材及び鍛造材の何れも摩耗減量が３０ｍｇ
以下になっており、耐摩耗性に優れていることが判る。
これに対し、成分的には同じ材料であっても、熱処理温
度が５００℃と低い場合、摩耗減量が非常に大きくなっ
ていた。表３の結果は、本発明で規定した熱処理が耐摩
耗性の改善に有効であることを顕著に表している。他
方、合金Ｃは、初晶Ｓｉが粗いことから非常に良好な耐
摩耗性を示すものの、押出し性，鍛造性，切削性等が劣
る。

【００２２】

【表３】

【００２３】摩耗減量にこのように大きな相違が現れる
原因が共晶Ｓｉの粒径如何にあると推察し、各試験片の
共晶Ｓｉ及び初晶Ｓｉの粒径を調査した。調査結果を示
す表４から明らかなように、本発明に従った熱処理を施
した試験片では、初晶Ｓｉの粒径にそれほど変化は見ら
れないが、共晶Ｓｉが大きく成長していることが観察さ
れた。他方、熱処理温度５００℃と比較的低い温度で熱
処理した試験片では、共晶Ｓｉの成長がほとんど観察さ
れず、均質化処理する前の鋳片に晶出した共晶Ｓｉと実
質的に同じ粒径であった。表４を表３と対比させること
により、共晶Ｓｉを成長させることが耐摩耗性の改善に
有効であり、且つ５２５℃×６時間の熱処理によって共
晶Ｓｉが選択的に成長することが確認された。

【００２４】

【表４】

【００２５】切削試験 均質化処理後の鋳塊から切り出された試験番号１〜４の
試験片について、切削試験を行った、試験は、ダイヤモ
ンド焼結体（ＧＥアプレイシブ社製のＣＯＭＰＡ×１５
００，ＳＰＧＮ１２０３０８）を切削工具として使用
し、切れ刃傾き角０度，垂直掬い角５度，横切り刃角１
５度，切削速度６００ｍ／分，送り速度０．１ｍｍ／ｒ
ｅｖ．，切込み深さ０．５ｍｍ，切削距離２４０００ｍ
及び潤滑剤なしの条件で実施した。切削後に工具逃げ面
の摩耗量を測定し、この摩耗量（μｍ）によって切削性
を評価した。試験結果を示す表５から明らかなように、
共晶Ｓｉを成長させる熱処理を施した試験片２及び４
は、摩耗量が２８μｍ以下となっており、試験片１及び
３と同様に優れた切削性を呈し、共晶Ｓｉの成長によっ
て切削性が低下する傾向は見られなかった。この傾向
は、押出し材，直接鍛造材や押出し−鍛造材から切り出
された試験片でも同様であった。すなわち、共晶Ｓｉの
粒径は、耐摩耗性を示す摩耗減量に大きな影響を与える
が、切削性を示す工具の摩耗量に実質的な影響を及ぼし
ていない。換言すれば、共晶Ｓｉを選択的に成長させる
とき、切削性の低下を伴うことなく耐摩耗性の向上が図
れることが確認された。

【００２６】

【表５】

【００２７】据込み試験 直径１４ｍｍ及び長さ２１ｍｍに切り出された各試験片
を、４００トンプレスを使用した４５０℃の熱間据込み
試験に供し、限界据込み率を求めた。潤滑剤として、窒
化硼素を使用した。その他の条件は、日本塑性学会冷間
鍛造分科会冷間鍛造試験基準［塑性と加工 第２２巻第
２４１号（１９８１〜２）第１３９頁参照］に従った。
すなわち、円柱状試験片の上部及び下部を押さえ、据込
み前の試験片高さに対する割れが発生しない限界高さの
比率（％）を限界据込み率とした。この比率が高いほ
ど、鍛造性に優れた材料であるといえる。

【００２８】試験結果を示す表６から明らかなように、
本発明に従って５２５℃×６時間の熱処理により共晶Ｓ
ｉを成長させた試験片は、何れも共晶Ｓｉの成長がない
試験片と同レベルの優れた鍛造性を呈した。これは、鍛
造時に初晶ＳｉとＡｌマトリックスとの間に亀裂が入る
ことから、初晶Ｓｉの粒径如何が限界据込み率に影響
し、共晶Ｓｉの成長によっては鍛造性の低下がないこと
を表している。Ｃａ添加せずＰ処理を施さない試験番号
６の試験片は、初晶Ｓｉの微細化が図られておらず、鋳
塊段階で初晶Ｓｉが３５μｍ（表１参照）と大きな粒径
になっている。このような試験片では、５２５℃×６時
間の熱処理により共晶Ｓｉを大きく成長させても、５０
０℃×５時間の熱処理を施した試験番号５の限界据込み
率とほぼ同じ値を示し、鍛造性が劣る。このことから、
Ｃａ及びＰによる初晶Ｓｉの微細化と５２５℃×６時間
の熱処理とを組み合わせたとき、初めて共晶Ｓｉの選択
的な成長に起因してバランスのとれた過共晶Ａｌ−Ｓｉ
合金が製造されることが確認される。

【００２９】

【表６】

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、Ｃａ共存下でのＰ処理によって初晶Ｓｉを微細化し
た過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、初晶Ｓｉの粗大化を来すこ
となく共晶Ｓｉを成長させる条件下で熱処理している。
これにより、微細な初晶Ｓｉに起因する良好な鍛造性，
押出し等の加工性，切削性等を確保しながら、耐摩耗性
が改善される。このようにして、本発明によるとき、鍛
造性，押出し等の加工性，切削性等と耐摩耗性との間に
バランスがとれた過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金材料が得られ
る。また、熱処理による効果は、後続する工程で行われ
る軟化焼鈍，歪取り焼鈍，析出硬化処理等によって失わ
れることがない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北岡 山治 東京都港区三田３丁目13番12号 日本軽金 属株式会社内 (72)発明者 青木 一男 東京都港区三田３丁目13番12号 日本軽金 属株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ：１３〜２１重量％，Ｃａ：６〜１
   ２０ｐｐｍ及びＰ：４０〜１３０ｐｐｍを含み、Ｐ／Ｃ
   ａが重量比で０．６〜６．０の範囲にある過共晶Ａｌ−
   Ｓｉ合金に、５１０〜５３５℃の温度範囲で２〜２４時
   間加熱する熱処理を施すことを特徴とする過共晶Ａｌ−
   Ｓｉ合金の熱処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金が
   更にＣｕ：０．５〜５．０重量％及びＭｇ：０．３〜
   ２．０重量％を含むものである過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の
   熱処理方法。