JPH0790459A

JPH0790459A - 押出用耐摩耗性アルミニウム合金および耐摩耗性アルミニウム合金材の製造方法

Info

Publication number: JPH0790459A
Application number: JP25482593A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ohori; 紘一大堀
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】機械加工性及び熱間加工性に優れ、摺動部
品用材料として好適な押出用耐摩耗性アルミニウム合金
および該合金材の製造方法を提供する。【構成】Ｓｉ：１３．５％越え〜１５％、Ｃｕ：
１．５〜４％、Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２
％越え〜０．６％、Ｎｉ：１．０％越え〜３．０％、Ｆ
ｅ：１％以下、Ｐ：０．００５〜０．０５％を含有し、
かつＣｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．
２５％の内の１種または２種を含有し、さらに必要に応
じてＴｉ：０．１％以下、Ｂ：０．００５％以下を含有
する押出用耐摩耗性アルミニウム合金。このアルミニウ
ム合金溶湯を半連結鋳造し、アルミニウム合金鋳塊を４
６０〜５２０℃、２時間以上の均質化処理を施した後、
４００〜４９０℃の温度で押出比：６以上で押出加工す
る。【効果】高い強度と優れた耐摩耗性が損なわれるこ
となく、機械加工性、熱間加工性が向上する。また、能
率よく製造できるとともに、信頼性の高い製品を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械加工性と熱間加工
性とに優れ、エンジンやコンプレッサー等の摺動部品用
材料として好適な押出用耐摩耗性アルミニウム合金およ
び該合金材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からエンジン部品におけるシリンダ
ースリーブやシフトフォーク、コンプレッサー部品にお
ける斜板、ベーン、ローターなどの摺動部品には、高い
耐摩耗性が要求されており、この要求を満たすものとし
てＡ３９０合金に代表される、１６〜２０％Ｓｉ含有の
過共晶合金の鋳造材や押出材あるいは鍛造材が使用され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、近年にな
り機器の軽量化や高速化の要求が一段と高まっており、
より軽量で信頼性の高い摺動部品が求められている。し
かし、従来のＡｌ合金鋳造材では鋳造欠陥を完全に防止
することはできず、また初晶Ｓｉが粗大に晶出したり、
偏析することが多いため、強度や靱性等の点で品質の信
頼性が低いという問題があり、上述したような要求に応
えることは困難である。

【０００４】また、前述した合金の押出材を機械加工し
て製品を作る場合には、Ｓｉ含有量が高い等の理由で熱
間加工性が悪く、シンプルな形状のものを低速の押出条
件で製造することしかできない。このため、ローターの
ような複雑形状の部品では、ほとんどの成形作業を押出
後の機械加工で行なわなければならないため作業能率が
悪く、またコストが非常に高いものとなる。さらに、押
出材を熱間鍛造にて部品に近い形状に加工する場合に
も、やはり熱間加工性が悪いため割れが発生し易く、歩
留まりが悪いという問題がある。また、熱間加工性が悪
いために、複雑形状の部品は、熱間加工では製品に近い
形に成形することができず、その後、かなりの機械加工
を行う必要があるという問題点もある。本発明は上記問
題点に鑑みてなされたものであり、強度、耐摩耗性に加
えて、機械加工性および熱間加工性に優れており、能率
よく押出加工することにより、軽量で信頼性の高い摺動
部品を低コストで得ることができる押出用耐摩耗性アル
ミニウム合金および該合金材の製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【問題を解決するための手段】そこで本発明者は、過共
晶Ｓｉ組成のアルミニウム合金の機械加工性と熱間加工
性および得られた熱間加工材の強度、耐摩耗性について
鋭意研究した結果、Ｓｉ含有量を従来のＡ３９０のＳｉ
量より減らすとともにＰを添加し、さらにＭｎ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｚｒの含有量を適切に設定することにより、機械
加工性と熱間加工性が向上し、また半連続鋳造−均質化
処理−押出加工の製造工程をとることにより初晶Ｓｉが
球状微細化して、機械加工性および熱間加工性が一層向
上し、得られた熱間加工材の強度、耐摩耗性についても
Ａ３９０と同等以上のレベルが得られるという知見を得
たものである。

【０００６】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであり、第１の発明の押出用耐摩耗性アルミニウ
ム合金は、重量％で、Ｓｉ：１３．５％越え〜１５％、
Ｃｕ：１．５〜４％、Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：
０．２％越え〜０．６％、Ｎｉ：１．０％越え〜３．０
％、Ｆｅ：１％以下、Ｐ：０．００５〜０．０５％を含
有し、かつＣｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５
〜０．２５％の内の１種または２種を含有し、さらに必
要に応じてＴｉ：０．１％以下、Ｂ：０．００５％以下
を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを
特徴とする。さらに第２の発明の耐摩耗性アルミニウム
合金材の製造方法は、上記耐摩耗性アルミニウム合金か
らなる溶湯を半連続鋳造し、得られたアルミニウム合金
鋳塊を４６０〜５２０℃の温度で２時間以上の均質化処
理を施した後、４００〜４９０℃の温度で押出比：６以
上で押出加工することを特徴とする。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明によれば、高強度で良好な耐
摩耗性は従来材と同程度に確保した上で、熱間加工性と
機械加工性とを大幅に向上させることができる。その結
果、押出加工により能率よく加工できるとともに鋳造欠
陥を解消して高強度で信頼性の高い耐摩耗性アルミニウ
ム合金材が得られる。次に、本発明合金の成分限定理由
をその作用とともに述べる。Ｓｉ：１３．５％越え〜１５％Ｓｉは初晶Ｓｉおよび共晶Ｓｉとして晶出、分散し、耐
摩耗性を向上させる。但し、Ｓｉ含有量が１３．５％以
下では、初晶Ｓｉがほとんど晶出しないため良好な耐摩
耗性が得られない。一方、Ｓｉ含有量が１５％を越える
と、初晶Ｓｉが粗大になり熱間加工性、機械加工性が悪
くなるため、Ｓｉ含有量を上記範囲に限定した。

【０００８】Ｃｕ：１．５〜４％Ｃｕは強度を高めるために添加するが、Ｃｕ含有量が
１．５％未満では強度向上効果が十分でなく、逆に４％
を越えると熱間加工性、耐食性が低下し、更に割れが発
生し易くなるのでＣｕ含有量を上記範囲とした。Ｍｇ：０．２〜１．０％ＭｇもＣｕと同様に強度を向上させるために添加する
が、０．２％未満ではその効果が小さく、逆に１％を越
えても強度への寄与は増加せず、熱間加工性、機械加工
性が低下するためＭｇ含有量を上記範囲とする。

【０００９】Ｍｎ：０．２％越え〜０．６％、Ｎｉ：
１．０％越え〜３．０％Ｍｎ、Ｎｉの添加は合金中にＡｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｎ−
Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｉ系等の微細でかつ硬質の金属間化合物
を生成して耐摩耗性を向上させる。さらにＭｎ、Ｎｉは
Ｆｅ不純物量が多い場合に熱間加工性の劣化を軽減させ
る。しかしながら、いずれの成分でも下限値以下の含有
ではその効果が少なく、また上限値を越えると巨大化合
物が晶出し、機械加工性、熱間加工性を劣化させるので
Ｍｎ、Ｎｉ含有量は上記範囲とする。

【００１０】Ｆｅ：１％以下Ｆｅも耐摩耗性を向上させるが、１％を越えて含有させ
ると、巨大晶出物が晶出し、機械加工性、熱間加工性を
劣化させるので含有量を１％以下とする。Ｐ：０．００５〜０．０５％Ｐは初晶Ｓｉを微細化して、機械的性質および熱間加工
性、機械加工性を向上させる目的で添加される。このよ
うなＰの改良処理効果を得るためには、０．００５％以
上の添加が必要である。一方、０．０５％を越えると、
上記効果は飽和し、かつ耐食性が劣化するようになる。
したがって、Ｐの添加量を０．００５〜０．０５％にし
た。

【００１１】Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０
５〜０．２５％ＣｒおよびＺｒの１種または２種の添加は、機械的性質
および耐応力腐食割れ性を改善し、さらに前述のＭｎの
効果を助長する効果を有するものである。但し、いずれ
の含有量も下限値未満ではその効果が少なく、また上限
値を越えると巨大化合物を晶出し、機械加工性、熱間加
工性を劣化させるので、それぞれ上記範囲内に限定し
た。Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：０．００５％以下ＴｉおよびＢは結晶粒微細化剤として、鋳造の際の結晶
粒微細化を促進するので必要に応じて添加する。但し、
Ｔｉで０．１％、Ｂで０．００５％を越えて含有させる
と、粗大な晶出物が発生し、熱間加工性が劣化するの
で、それぞれ上限を定めた。

【００１２】次に製造工程における作用および製造条件
の設定理由について説明する。常法によって溶解した
後、半連続鋳造された上記アルミニウム合金鋳塊に均質
化処理を施す。この熱処理により角張った形状の初晶Ｓ
ｉおよび共晶Ｓｉが球状化し、熱間加工性、機械加工性
が著しく向上する。この均質化処理の処理温度は４６０
℃未満ではその効果は不十分であり、５２０℃を越える
と共晶融解の恐れがある。また、処理時間が２時間未満
でもその効果が不十分である。

【００１３】その後、該鋳塊は押出加工されるが、押出
温度が４００℃未満では押出時の変形応力が大きく、押
出が困難であり、また４９０℃を越える温度では加工熱
の発生により共晶融解を生じ割れが発生し易いので、４
００〜４９０℃の温度範囲とした。押出は、押出比６以
上で行なうことにより鋳造欠陥を十分に解消することが
でき、組織を改善して信頼性を向上させる。一方、押出
比６未満では、鋳造欠陥の解消が十分ではない。ところ
で、押出加工では任意の断面形状をした長尺材を得るこ
とができるため、断面形状が比較的単純で一定の部品の
場合には切断と仕上げ切削加工で製品を得ることができ
る。しかしながら、より複雑な３次元形状の部品の場合
には押出加工後さらに熱間鍛造される。

【００１４】

【実施例】表１に示す組成のアルミニウム合金を半連続
鋳造法により２０４ｍｍ径のビレットに鋳造し、表２に
示す均質化処理を行った後、押出速度３ｍ／ｍｉｎに
て、各種径の丸棒に押出した。次に５１０℃×１時間の
溶体化処理後水焼入れし、１７５℃×８時間の時効処理
を施し、供試材とした。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】これらの供試材について、機械加工性（工
具摩耗性）、引張強さ及び耐摩耗性を測定した。なお、
機械加工性の評価は、高速度鋼バイトを使用し、切削速
度：２００ｍ／分、送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切
込み深さ：１．０ｍｍ、切削距離：２００ｍの条件下で
乾式切削を行い、バイトの逃げ面の摩耗幅を測定するこ
とによって評価した。耐摩耗性は乾式大越式摩耗試験機
を用い、荷重２．１ｋｇ、摩耗速度２．０ｍ／ｓｅｃ、
相手材ＦＣ２５の条件で比摩耗量を測定することにより
評価した。さらに、各押出材を同一寸法の円柱形状に加
工して、１０００トン油圧プレスを用いて、この試験材
を４２０℃にて据込み鍛造し、割れの発生する限界据込
み率を求めて、熱間鍛造性を評価した。

【００１８】上記における各試験結果を表３に示す。表
３に示されるように、本発明合金は比較合金に比較し
て、耐摩耗性は同等で、機械加工性、熱間加工性及び強
度に優れてることは明らかである。また本発明法は、比
較法に比べて、機械加工性、強度、耐摩耗性、熱間加工
性のいずれの点においても非常に優れている。

【００１９】

【表３】

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明の押出
用耐摩耗性アルミニウム合金によれば、重量％で、Ｓ
ｉ：１３．５％越え〜１５％、Ｃｕ：１．５〜４％、Ｍ
ｇ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．２％越え〜０．６
％、Ｎｉ：１．０％越え〜３．０％、Ｆｅ：１％以下、
Ｐ：０．００５〜０．０５％を含有し、かつＣｒ：０．
０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５％の内の１
種または２種を含有し、さらに必要に応じてＴｉ：０．
１％以下、Ｂ：０．００５％以下を含有し、残部がＡｌ
及び不可避不純物からなるので、高い強度と優れた耐摩
耗性とを損なうことなく機械加工性および熱間加工性を
向上させることができる。

【００２１】また、第２の発明の耐摩耗性アルミニウム
合金材の製造方法によれば、上記の耐摩耗性アルミニウ
ム合金からなる溶湯を半連続鋳造し、得られたアルミニ
ウム合金鋳塊を４６０〜５２０℃の温度で２時間以上の
均質化処理を施した後、４００〜４９０℃の温度で押出
比：６以上で押出加工するので、鋳造欠陥を確実に解消
して、能率よく押出加工することができ、作業能率を向
上させて製造コストを低減できる。しかも、高強度で耐
摩耗性に優れ、さらに組織欠陥のない信頼性の高い耐摩
耗性アルミニウム合金材を得ることができ、摺動部品に
好適な耐摩耗性材料を提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｓｉ：１３．５％越え〜１５
％、Ｃｕ：１．５〜４％、Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｍ
ｎ：０．２％越え〜０．６％、Ｎｉ：１．０％越え〜
３．０％、Ｆｅ：１％以下、Ｐ：０．００５〜０．０５
％を含有し、かつ、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：
０．０５〜０．２５％の内の１種または２種を含有し、
さらに必要に応じてＴｉ：０．１％以下、Ｂ：０．００
５％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からな
る押出用耐摩耗性アルミニウム合金
【請求項２】請求項１記載の耐摩耗性アルミニウム合
金からなる溶湯を半連続鋳造し、得られたアルミニウム
合金鋳塊を４６０〜５２０℃の温度で２時間以上の均質
化処理を施した後、４００〜４９０℃の温度で押出比：
６以上で押出加工することを特徴とする耐摩耗性アルミ
ニウム合金材の製造方法