JPH0841574A - Al−Si系鋳造合金 - Google Patents
Al−Si系鋳造合金Info
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- JPH0841574A JPH0841574A JP6201415A JP20141594A JPH0841574A JP H0841574 A JPH0841574 A JP H0841574A JP 6201415 A JP6201415 A JP 6201415A JP 20141594 A JP20141594 A JP 20141594A JP H0841574 A JPH0841574 A JP H0841574A
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- JP
- Japan
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- alloy
- wear resistance
- mechanical properties
- molten metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、Al−Si系鋳造
合金において、耐摩耗性を損なう事なく機械的性質及び
湯流れ性を大幅に改善する事にある。 【構成】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜1
3.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、Ca:0.005〜0.05%を含有し、残部がAl
及び不可避不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、
耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に優れている事を特
徴とする。
合金において、耐摩耗性を損なう事なく機械的性質及び
湯流れ性を大幅に改善する事にある。 【構成】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜1
3.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、Ca:0.005〜0.05%を含有し、残部がAl
及び不可避不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、
耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に優れている事を特
徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エア・コンプレッサの
ボティやエンジンのコネクティング・ロッドなど耐摩耗
性を要求される部品やエンジン・ブロックやミッション
ケースなど良好な湯流れを要求される大型鋳造品に最適
なAl−Si系鋳造合金の改良に関する。
ボティやエンジンのコネクティング・ロッドなど耐摩耗
性を要求される部品やエンジン・ブロックやミッション
ケースなど良好な湯流れを要求される大型鋳造品に最適
なAl−Si系鋳造合金の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の合金は、耐摩耗性を向上
させる元素として、Siを大量に添加したAl−Si系
合金がよく知られている。そして、これらの合金の鋳造
品はオイル潤滑下において使われる事が多く、そのよう
な潤滑摩耗に対してはSiの初晶をその鋳造組織内に有
するために優れた性質を示す。しかしながら、相手方金
属を摩耗から保護しなければならない処から、粘性の高
い潤滑油を使用する必要があった。
させる元素として、Siを大量に添加したAl−Si系
合金がよく知られている。そして、これらの合金の鋳造
品はオイル潤滑下において使われる事が多く、そのよう
な潤滑摩耗に対してはSiの初晶をその鋳造組織内に有
するために優れた性質を示す。しかしながら、相手方金
属を摩耗から保護しなければならない処から、粘性の高
い潤滑油を使用する必要があった。
【0003】ところが近年、省エネルギの観点から潤滑
油の粘度を下げることが要求され、乾式に近い条件下で
の耐摩耗性も必要となって来ている。過共晶のAl−S
i系合金の鋳造品は乾式摩耗条件下では初晶として晶出
する粗大Si結晶粒が欠け落ち、これが研磨粉としての
働きをなし、異常摩耗を引き起こす事がある。
油の粘度を下げることが要求され、乾式に近い条件下で
の耐摩耗性も必要となって来ている。過共晶のAl−S
i系合金の鋳造品は乾式摩耗条件下では初晶として晶出
する粗大Si結晶粒が欠け落ち、これが研磨粉としての
働きをなし、異常摩耗を引き起こす事がある。
【0004】またこの種の合金は耐摩耗性を重視するた
めに初晶としてSi結晶粒を晶出させているため、機械
的性質における靭性は低く、伸びも劣るのが現状であっ
た。
めに初晶としてSi結晶粒を晶出させているため、機械
的性質における靭性は低く、伸びも劣るのが現状であっ
た。
【0005】そして、凝固開始温度が高いため、必然的
に鋳造温度を高くして湯流れ性を確保する必要があり、
そのために鋳造用金型の寿命も短いという欠点を有して
いる。
に鋳造温度を高くして湯流れ性を確保する必要があり、
そのために鋳造用金型の寿命も短いという欠点を有して
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
Al−Si系鋳造合金において、耐摩耗性を損なう事な
く機械的性質及び湯流れ性を大幅に改善する事にある。
Al−Si系鋳造合金において、耐摩耗性を損なう事な
く機械的性質及び湯流れ性を大幅に改善する事にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1は本発明の第1
実施例で、Cu:1〜5%、Si:11.5〜13.5%、
Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.
005〜0.05%を含有し、残部がAl及び不可避不
純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐摩耗性、機
械的性質及び湯流れ性に優れている事を特徴とする。
実施例で、Cu:1〜5%、Si:11.5〜13.5%、
Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.
005〜0.05%を含有し、残部がAl及び不可避不
純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐摩耗性、機
械的性質及び湯流れ性に優れている事を特徴とする。
【0008】これによれば、Cu:1〜5%、Si:1
1.5〜13.5%を含む、本来、初晶Siが晶出する過
共晶領域のアルミニウム合金の成分範囲に対し、従来は
初晶Siの微細化には有害とされていたCaとTiを所
定量(Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.005〜0.0
5%)共存させる事により、元来得られなかった強力な
改良効果を金属組織に与え、共晶領域の凝固形態を強制
的に達成するものであり、その事により、微細化された
共晶Siが組織全体に均一に分散し(図8参照)、耐摩
耗性及び機械的性質の改善が図られ、同時に初晶Siの
晶出を抑制する事により、湯流れが大幅に向上する。な
お、Ti添加量が0.05%以下且つCa添加量が0.0
05%以下である場合には金属組織や機械的性質、湯流
れなどの改善効果は見られなかった。逆に、Ti添加量
が0.3%以上且つCa添加量が0.05%の場合は金属
組織や機械的性質、湯流れなどは却って損なわれる方向
になるという結果が得られた。
1.5〜13.5%を含む、本来、初晶Siが晶出する過
共晶領域のアルミニウム合金の成分範囲に対し、従来は
初晶Siの微細化には有害とされていたCaとTiを所
定量(Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.005〜0.0
5%)共存させる事により、元来得られなかった強力な
改良効果を金属組織に与え、共晶領域の凝固形態を強制
的に達成するものであり、その事により、微細化された
共晶Siが組織全体に均一に分散し(図8参照)、耐摩
耗性及び機械的性質の改善が図られ、同時に初晶Siの
晶出を抑制する事により、湯流れが大幅に向上する。な
お、Ti添加量が0.05%以下且つCa添加量が0.0
05%以下である場合には金属組織や機械的性質、湯流
れなどの改善効果は見られなかった。逆に、Ti添加量
が0.3%以上且つCa添加量が0.05%の場合は金属
組織や機械的性質、湯流れなどは却って損なわれる方向
になるという結果が得られた。
【0009】請求項2は、その第2実施例で、Cu:1
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.005〜0.05
%、Sr:0.005〜0.1%を含有し、残部がAl及
び不可避不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐
摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴とす
るものであり、これによれば、Ca、Ti(特に、C
a)の前記作用効果を補助且つ向上させるものとしてS
rを所定量共存させたものである。Sr添加量が0.0
05%以下では添加の効果がなく、0.1%以上であれ
ば、金属組織や機械的性質、湯流れなどは却って損なわ
れる方向になるという結果が得られた。
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、Ca:0.005〜0.05
%、Sr:0.005〜0.1%を含有し、残部がAl及
び不可避不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐
摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴とす
るものであり、これによれば、Ca、Ti(特に、C
a)の前記作用効果を補助且つ向上させるものとしてS
rを所定量共存させたものである。Sr添加量が0.0
05%以下では添加の効果がなく、0.1%以上であれ
ば、金属組織や機械的性質、湯流れなどは却って損なわ
れる方向になるという結果が得られた。
【0010】請求項3は、その第3実施例で、Cu:1
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、B:0.01以下、Ca:
0.005〜0.05%を含有し、残部がAl及び不可避
不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐摩耗性、
機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴とするもので
あり、これによれば、Ca、Tiの(特に、Ti)前記
作用効果を補助且つ向上させるものとしてBを所定量共
存させたものである。B添加量は0.01%以下が好ま
しく、微量の添加で顕著な改善が見られる。ただし、
0.01%以上を添加しても改善効果は上がらないばか
りか、逆に却ってその効果が損なわれる。
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、B:0.01以下、Ca:
0.005〜0.05%を含有し、残部がAl及び不可避
不純物とからなるAl−Si系鋳造合金で、耐摩耗性、
機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴とするもので
あり、これによれば、Ca、Tiの(特に、Ti)前記
作用効果を補助且つ向上させるものとしてBを所定量共
存させたものである。B添加量は0.01%以下が好ま
しく、微量の添加で顕著な改善が見られる。ただし、
0.01%以上を添加しても改善効果は上がらないばか
りか、逆に却ってその効果が損なわれる。
【0011】請求項4は、その第4実施例で、Cu:1
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、B:0.01以下、Ca:
0.005〜0.05%、Sr:0.005〜0.1%を含
有し、残部がAl及び不可避不純物とからなるAl−S
i系鋳造合金で、耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に
優れた事を特徴とするものであり、これによれば、C
a、Tiの前記作用効果を補助且つ向上させるものとし
てBとSrとを所定量共存させたものである。
〜5%、Si:11.5〜13.5%、Mg:0.2〜3
%、Ti:0.05〜0.3%、B:0.01以下、Ca:
0.005〜0.05%、Sr:0.005〜0.1%を含
有し、残部がAl及び不可避不純物とからなるAl−S
i系鋳造合金で、耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に
優れた事を特徴とするものであり、これによれば、C
a、Tiの前記作用効果を補助且つ向上させるものとし
てBとSrとを所定量共存させたものである。
【0012】本発明合金の添加元素の意義とその含有量
の限定理由は次の通りである。即ち、Siは耐摩耗性及
び強度を向上させるものであり、11.5%未満では亜
共晶領域となり、期待される耐摩耗性が得られず、逆に
13.5%を越えると初晶Siが晶出し、本発明合金の
目的とする微細な共晶組織が得られない。そこで、ここ
では微細な共晶組織を得るためにSiの重量%を11.
5〜13.5%とした。
の限定理由は次の通りである。即ち、Siは耐摩耗性及
び強度を向上させるものであり、11.5%未満では亜
共晶領域となり、期待される耐摩耗性が得られず、逆に
13.5%を越えると初晶Siが晶出し、本発明合金の
目的とする微細な共晶組織が得られない。そこで、ここ
では微細な共晶組織を得るためにSiの重量%を11.
5〜13.5%とした。
【0013】Cu及びMgは、いずれも強度を高めるた
めのものであり、Cuが1%未満、及びMgが0.2%
未満では強度を高める効果に乏しく、逆にCuが5%を
越えあるいはMgが3%を越える場合には機械的強度を
低下させてしまう。従って、ここではCu:1〜5%、
Mg:0.2〜3%とした。
めのものであり、Cuが1%未満、及びMgが0.2%
未満では強度を高める効果に乏しく、逆にCuが5%を
越えあるいはMgが3%を越える場合には機械的強度を
低下させてしまう。従って、ここではCu:1〜5%、
Mg:0.2〜3%とした。
【0014】Ti、B、Ca及びSrは、前述のよう
に、元来得られなかった強力な改良効果(微細化された
共晶Siが組織全体に均一に分散する事)を得るための
元素であり、その効果はTi、Caの共存、Ti、C
a、Srの共存、Ti、B、Caの共存及びTi、C
a、Sr、Bの4元素の共存含有によってのみ得られ、
元来より用いられているCa又はSr単体による方法で
は得られないものである。また、これらの元素は、前述
のように規定量に満たない場合は前記効果を発揮せず、
逆に過多に含有する場合には機械的強度の劣化や湯流れ
の低下をもたらす。
に、元来得られなかった強力な改良効果(微細化された
共晶Siが組織全体に均一に分散する事)を得るための
元素であり、その効果はTi、Caの共存、Ti、C
a、Srの共存、Ti、B、Caの共存及びTi、C
a、Sr、Bの4元素の共存含有によってのみ得られ、
元来より用いられているCa又はSr単体による方法で
は得られないものである。また、これらの元素は、前述
のように規定量に満たない場合は前記効果を発揮せず、
逆に過多に含有する場合には機械的強度の劣化や湯流れ
の低下をもたらす。
【0015】
【実施例】表1(図5参照)に示す本発明合金及び比較
合金のそれぞれについて、鋳造温度を各合金の液相線+
100℃にて、120℃の金型に鋳造後、同図に示す試
験片を切り出し、耐摩耗試験に供した。
合金のそれぞれについて、鋳造温度を各合金の液相線+
100℃にて、120℃の金型に鋳造後、同図に示す試
験片を切り出し、耐摩耗試験に供した。
【0016】耐摩耗試験は、大越式摩耗試験機を用い
て、付加荷重:2.1kgf、摩耗距離:100m、摩
耗速度:0.96,1.96,2.86,4.36m/se
c、相手材:FC−25、試験面:エメリーペーパ #
800仕上げ、の無潤滑の試験条件で摩擦した場合の供
試材の比摩耗量を測定する事によって評価した。
て、付加荷重:2.1kgf、摩耗距離:100m、摩
耗速度:0.96,1.96,2.86,4.36m/se
c、相手材:FC−25、試験面:エメリーペーパ #
800仕上げ、の無潤滑の試験条件で摩擦した場合の供
試材の比摩耗量を測定する事によって評価した。
【0017】機械的性質は、耐摩耗性試験片と同様の鋳
造条件にて、舟型の金型に鋳造後、鋳造品をJIS4号
引っ張り試験片及びJIS3号衝撃試験片に加工し、試
験方法はJISに則るものとした。各合金の試験数n
は、引っ張り試験:5、衝撃試験:4にて機械的性質の
比較を行った。
造条件にて、舟型の金型に鋳造後、鋳造品をJIS4号
引っ張り試験片及びJIS3号衝撃試験片に加工し、試
験方法はJISに則るものとした。各合金の試験数n
は、引っ張り試験:5、衝撃試験:4にて機械的性質の
比較を行った。
【0018】また、湯流れ試験については、図6に示し
た装置中の電気炉(1)内に設置したルツボ(2)内に溶湯
(3)を各合金の液相線+100℃に保持し、内径5±0.
2mmのパイレックスチューブ(5)の一端を挿入し、5
60±1Torrの減圧状態にて、吸引・凝固させ、健全部
の流動長を測定した。(各合金ともn=7で行い、最
小、最大値を除去したデータを採用する。) 尚、図6において(4)は熱電対で前記溶湯(3)の温度を測
定している。パイレックス・チューブ(5)の一端は前述
のようにルツボ(3)内に浸漬されており、他端は真空ポ
ンプ(6)に接続されている。パイレックス・チューブ(5)
の導出側には水銀マノメータ(7)とリザーバ(8)とが接続
されており、一定の吸引力で吸引するようになってい
る。(9)はパイレックス・チューブ(5)の外周に設置され
た目盛りで、試料の湯流れ量を測定するようになってい
る。
た装置中の電気炉(1)内に設置したルツボ(2)内に溶湯
(3)を各合金の液相線+100℃に保持し、内径5±0.
2mmのパイレックスチューブ(5)の一端を挿入し、5
60±1Torrの減圧状態にて、吸引・凝固させ、健全部
の流動長を測定した。(各合金ともn=7で行い、最
小、最大値を除去したデータを採用する。) 尚、図6において(4)は熱電対で前記溶湯(3)の温度を測
定している。パイレックス・チューブ(5)の一端は前述
のようにルツボ(3)内に浸漬されており、他端は真空ポ
ンプ(6)に接続されている。パイレックス・チューブ(5)
の導出側には水銀マノメータ(7)とリザーバ(8)とが接続
されており、一定の吸引力で吸引するようになってい
る。(9)はパイレックス・チューブ(5)の外周に設置され
た目盛りで、試料の湯流れ量を測定するようになってい
る。
【0019】図5から分かるように本発明合金(試料1
〜16)によれば、引っ張り強さ、伸び、0.2%耐
力、シャルピー衝撃値、ロックウェル硬さなどの機械的
性質並びに湯流れ性の改善が見られ、且つ耐摩耗性も各
摩耗スピードにおいて優れた性質を示す事が分かる。
〜16)によれば、引っ張り強さ、伸び、0.2%耐
力、シャルピー衝撃値、ロックウェル硬さなどの機械的
性質並びに湯流れ性の改善が見られ、且つ耐摩耗性も各
摩耗スピードにおいて優れた性質を示す事が分かる。
【0020】又、図2はTi、Caが添加されていない
従来合金の図面代用顕微鏡写真であり、初晶Si(矩形
又は多角形、三角形で鋭い角部を持つ黒点)の晶出が多
数みられる。図3はTiが添加されず、Caが0.01
%添加されている従来合金の図面代用顕微鏡写真であ
り、大きな初晶Si(矩形、多角形又は三角形状の鋭い
角を持つ黒点)の晶出が多数みられる。図4はTiが
0.15%添加され、Caが添加されていない従来合金
の図面代用顕微鏡写真であり、初晶Si(矩形又は多角
形、三角形で鋭い角部を持つ黒点)の晶出が多数みられ
る。これに対して、図1はTiが0.15%、Caが0.
01%添加された本発明合金の一例の図面代用顕微鏡写
真であり、微細化された共晶Siが組織全体に均一に分
散すると同時に初晶Siの晶出が抑制されほとんどみら
れない。また前記本発明合金にSrを添加したもの、B
を添加したもの、SrとBとを添加したものも同様に微
細化された共晶Siが組織全体に均一に分散すると同時
に初晶Siの晶出が抑制されほとんどみられなかった。
従来合金の図面代用顕微鏡写真であり、初晶Si(矩形
又は多角形、三角形で鋭い角部を持つ黒点)の晶出が多
数みられる。図3はTiが添加されず、Caが0.01
%添加されている従来合金の図面代用顕微鏡写真であ
り、大きな初晶Si(矩形、多角形又は三角形状の鋭い
角を持つ黒点)の晶出が多数みられる。図4はTiが
0.15%添加され、Caが添加されていない従来合金
の図面代用顕微鏡写真であり、初晶Si(矩形又は多角
形、三角形で鋭い角部を持つ黒点)の晶出が多数みられ
る。これに対して、図1はTiが0.15%、Caが0.
01%添加された本発明合金の一例の図面代用顕微鏡写
真であり、微細化された共晶Siが組織全体に均一に分
散すると同時に初晶Siの晶出が抑制されほとんどみら
れない。また前記本発明合金にSrを添加したもの、B
を添加したもの、SrとBとを添加したものも同様に微
細化された共晶Siが組織全体に均一に分散すると同時
に初晶Siの晶出が抑制されほとんどみられなかった。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、Al−Si系鋳造合金
にCu及びMgを規定量添加することにより、機械的強
度を高めることができ、更に、Ti、Caの規定量の
添加、Ti、Ca、Srの規定量の添加、Ti、
B、Caの規定量の添加、Ti、Ca、Sr、Bの規
定量の添加により、本系合金の特徴である優れた耐摩耗
性を損なわず、これに加えて機械的性質及び湯流れを大
幅に改善する事が出来るという顕著な効果が得られた。
にCu及びMgを規定量添加することにより、機械的強
度を高めることができ、更に、Ti、Caの規定量の
添加、Ti、Ca、Srの規定量の添加、Ti、
B、Caの規定量の添加、Ti、Ca、Sr、Bの規
定量の添加により、本系合金の特徴である優れた耐摩耗
性を損なわず、これに加えて機械的性質及び湯流れを大
幅に改善する事が出来るという顕著な効果が得られた。
【図1】本発明合金(Ti:0.15%、Ca:0.01
%)の図面代用顕微鏡写真
%)の図面代用顕微鏡写真
【図2】従来合金(Ti、Ca無添加)の図面代用顕微
鏡写真
鏡写真
【図3】従来合金(Ti:無添加、Ca:0.01%)
の図面代用顕微鏡写真
の図面代用顕微鏡写真
【図4】従来合金(Ti:0.15%、Ca:無添加)
の図面代用顕微鏡写真
の図面代用顕微鏡写真
【図5】本発明合金と比較合金の性能比較表
【図6】本発明で使用したMIT式湯流れ性試験装置の
フロー図
フロー図
Claims (4)
- 【請求項1】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜
13.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、Ca:0.005〜0.05%を含有し、残部がAl
及び不可避不純物とからなる耐摩耗性、機械的性質及び
湯流れ性に優れた事を特徴とするAl−Si系鋳造合
金。 - 【請求項2】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜
13.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、Ca:0.005〜0.05%、Sr:0.005〜0.
1%を含有し、残部がAl及び不可避不純物とからなる
耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴と
するAl−Si系鋳造合金。 - 【請求項3】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜
13.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、B:0.01以下、Ca:0.005〜0.05%を含
有し、残部がAl及び不可避不純物とからなる耐摩耗
性、機械的性質及び湯流れ性に優れた事を特徴とするA
l−Si系鋳造合金。 - 【請求項4】 Cu:1〜5%、Si:11.5〜
13.5%、Mg:0.2〜3%、Ti:0.05〜0.3
%、B:0.01以下、Ca:0.005〜0.05%、S
r:0.005〜0.1%を含有し、残部がAl及び不可
避不純物とからなる耐摩耗性、機械的性質及び湯流れ性
に優れた事を特徴とするAl−Si系鋳造合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6201415A JPH0841574A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Al−Si系鋳造合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6201415A JPH0841574A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Al−Si系鋳造合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0841574A true JPH0841574A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16440710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6201415A Pending JPH0841574A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Al−Si系鋳造合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0841574A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112921195A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 佛山市辰辉金属科技有限公司 | 一种利用废铝制备高强耐磨铸造铝硅合金的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 1994-08-02 JP JP6201415A patent/JPH0841574A/ja active Pending
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