JPH09125181A

JPH09125181A - 鍛造用アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH09125181A
Application number: JP31007795A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshida; 英雄吉田; Shinichi Komazawa; 真一駒澤; Hideo Sano; 秀男佐野; Shinichi Tani; 真一谷
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1997-05-13
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: JP3982849B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間鍛造性に優れ、複雑な形状に鍛造加工し
た場合にも割れを生じることがなく、切削性、耐食性に
も優れ、車両、産業機器、ＯＡ機器などの部品の素材と
して好適な鍛造用アルミニウム合金を提供する。【解決手段】Ｓｉ:3〜11％、Ｆｅ:0.02 〜0.5 ％、Ｍ
ｇ:0.5〜1.5 ％、またはこれにＣｕ:0.1〜1.2 ％を含有
し、さらにＭｎ:0.1〜1.0 ％、Ｔｉ:0.01 〜0.3％のう
ちの１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的
不純物からなる。Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｂのうちの１種以上
あるいはＳｒ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｂのうちの１種を含有す
ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鍛造用アルミニウ
ム合金、とくに切削性に優れ、耐食性が良好な鍛造用Ａ
ｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車部品、産業機械用部品、ＯＡ機器
部品などのうち、鍛造加工を伴う部品の素材として、40
00系のＡｌ−Ｓｉ合金が多く使用されている。代表的な
合金として、Ｓｉ:11.0 〜13.5％、Ｃｕ:0.50 〜1.3
％、Ｍｇ:0.8〜1.3 ％、Ｎｉ:0.50 〜1.3 ％を含有する
ＪＩＳ4032合金が知られている。この合金はＴ６処理後
優れた強度をそなえ、優れた耐磨耗性を有するが、部品
形状が複雑な場合、鍛造加工においてシワ、割れなどの
鍛造欠陥が生じることがあり、切削性についても、マト
リックス中に晶出している初晶Ｓｉが切削工具の寿命を
短くするという難点がある。

【０００３】4000系アルミニウム合金の切削性を改善す
るために、少量のＰｂ、Ｓｎを添加した合金（特開昭60
-138038/号公報) 、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉを添加した合金
（特開平4-2740号公報) が提案されているが、これらの
低融点元素は結晶粒界に偏在している場合が少なくない
ため、鍛造加工時の加熱、鍛造加工、および切削時の発
熱により部分的に融解が生じ、割れ発生の原因となる。

【０００４】4000系アルミニウム合金において、共晶組
織のＳｉを微細化して耐磨耗性を高め、鍛造性、切削性
を改善することを目的として、Ｓｂ:0.05 〜0.25％を含
有させた合金（特開平2-107738号公報) 、Ｓｂ:0.1〜0.
5 ％を添加した合金（特開平4-2740号公報) 、Ｓｂ:0.0
5 〜0.15％を含有させた合金（特開平5-311306号公報)
も提案されている。しかしながら、これらの4000系アル
ミニウム合金においても、加工度の大きい複雑な製品形
状のものにおいては必ずしも熱間鍛造性が十分でない場
合があり、さらに、鍛造加工後に陽極酸化処理を施す
と、微細化された共晶Ｓｉ相の部分では陽極酸化時の電
流密度が不均一となるため、陽極酸化皮膜の生成が抑制
されて、全体として皮膜厚さが不均一になるという難点
もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、4000系アル
ミニウム合金における上記従来の問題点を解消するため
に、合金成分の組合わせ、当該組合わせに基づく組織性
状と諸性能との関連性について再検討を加えた結果とし
てなされたものであり、その目的は、優れた鍛造性、と
くに熱間鍛造性、および耐食性をそなえ、Ｔ６処理後の
切削性を向上させた鍛造用アルミニウム合金を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による鍛造用アルミニウム合金は、Ｓｉ:3〜
11％、Ｆｅ:0.02 〜0.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％を含有
し、さらにＭｎ:0.1〜1.0 ％、Ｔｉ:0.01 〜0.3 ％のう
ちの１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的
不純物からなることを構成上の第１の特徴とし、Ｓｉ:3
〜11％、Ｆｅ:0.02 〜0.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃ
ｕ:0.1〜1.2 ％を含有し、さらにＭｎ:0.1〜1.0 ％、Ｔ
ｉ:0.01 〜0.3 ％のうちの１種または２種を含有し、残
部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを第２の特徴
とする。

【０００７】また、上記組成の合金に、Ｃｒ:0.01 〜0.
3 ％、Ｚｒ:0.01 〜0.3 ％、Ｖ:0.01 〜0.1 ％、Ｂ:0.0
8 ％以下のうちの１種または２種以上を含有すること、
および前記の合金に、さらにＳｒ:0.005〜0.1 ％、Ｎ
ａ:0.001〜0.01％、Ｃａ:0.01〜0.05％、Ｓｂ:0.01 ％
以上0.05％未満のうちのいずれか１種を含有することを
発明構成上の第３、第４の特徴とする。

【０００８】本発明における合金成分の意義およびその
限定理由について説明すると、Ｓｉは、Ｍｇと共存して
Ｍｇ₂Ｓｉ粒子を形成し、この粒子の析出により合金の
強度を高め、合金マトリックス中に共晶Ｓｉを分布させ
ることにより切削性を向上させる。好ましい含有範囲は
3 〜11％であり、3 ％未満ではその効果が小さく、11％
を越えて含有すると粗大な初晶Ｓｉが晶出して熱間鍛造
性が低下し易くなる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は
4 〜8 ％である。

【０００９】Ｆｅは、Ｍｎと共存してＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ
系およびＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物粒子を析出
させて、再結晶粒を微細化し、熱間鍛造性、切削性を向
上する。好ましい含有範囲は0.02〜0.5 ％であり、0.02
％未満ではその効果が十分でなく、0.5 ％を越えるとＡ
ｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の粗大な晶出物が増加し、熱間鍛造性
が阻害される、Ｆｅのさらに好ましい含有量は0.1 〜0.
3 ％の範囲である。

【００１０】Ｍｇは、ＳｉあるいはＳｉ、Ｃｕと共存し
て合金の強度を高め、切削性を向上させる。好ましい含
有量は0.5 〜1.5 ％の範囲であり、0.5 ％未満ではその
効果が小さく、1.5 ％を越えて含有すると、熱間鍛造
性、耐食性を低下させる。Ｍｇのさらに好ましい含有範
囲は0.60％を超え1.40％以下、最も好ましくは0.60％を
超え0.80％以下の範囲である。

【００１１】Ｃｕは、Ｍｇと共存することによってＡｌ
−Ｃｕ−Ｍｇ系の化合物粒子を析出させ、合金の強度お
よび切削性を向上させる機能を有する。好ましい含有範
囲は0.1 〜1.2 ％であり、0.1 ％未満ではその効果が小
さく、1.2 ％を越えると熱間鍛造性を阻害し、耐食性を
低下させる。Ｃｕのさらに好ましい含有量は0.1 〜0.5
％の範囲である。

【００１２】Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ系およびＡｌ−Ｍｎ−
Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物粒子を析出して再結晶粒を微細化
し、合金の熱間鍛造性および切削性を向上させる。好ま
しい含有量は0.1 〜1.0 ％の範囲であり、0.1 ％未満で
はその効果が十分でなく、1.0 ％を越えると、熱間での
変形抵抗が増加して熱間鍛造性が阻害され、切削性も低
下する。Ｍｎのさらに好ましい含有量は0.1 〜0.4 ％の
範囲である。

【００１３】Ｔｉは、溶湯中のＡｌ−Ｔｉ系の微細な化
合物粒子により鋳造組織を微細化し、熱間鍛造性を向上
させる。Ｔｉの好ましい含有範囲は0.01〜0.3 ％であ
り、0.01％未満ではその効果が小さく、0.3 ％を越える
と粗大な化合物が形成され、熱間鍛造性が低下し易くな
る。Ｔｉのさらに好ましい含有量は0.03〜0.15％の範囲
である。

【００１４】Ｃｒ、Ｚｒ、ＶおよびＢは、再結晶粒の微
細化に寄与し、合金の熱間鍛造性を向上させる作用を有
する元素であり、これらの１種または２種以上を含有さ
せることにより効果が得られる。それぞれの好ましい含
有範囲は、Ｃｒ:0.01 〜0.3％、Ｚｒ:0.01 〜0.3 ％、
Ｖ:0.01 〜0.1 ％、Ｂ:0.08 ％以下であり、それぞれ下
限値未満では効果が十分でなく、上限値を越えると粗大
な晶出物が生成して熱間鍛造性が低下し易くなる。これ
らの成分のさらに好ましい含有範囲は、Ｃｒ:0.01 〜0.
15％、Ｚｒ:0.01 〜0.15％、Ｖ:0.01 〜0.05％および
Ｂ:0.02 ％以下である。

【００１５】Ｓｒ、Ｎａ、ＣａおよびＳｂは、共晶Ｓｉ
を微細化して、合金の熱間鍛造性、切削性を向上させ、
押出性、耐磨耗性を改善する元素であり、このうちの１
種を選択添加することにより効果が得られる。複合添加
した場合には、それぞれの元素の効果が消失するおそれ
がある。それぞれの好ましい含有範囲は、Ｓｒ:0.005〜
0.1 ％、Ｎａ:0.001〜0.01％、Ｃａ:0.01 〜0.05％およ
びＳｂ:0.01 ％以上0.05％未満であり、それぞれ下限値
未満ではその効果が小さく、上限値を越えて含有しても
効果が低下する傾向がある。これらの元素のさらに好ま
しい含有範囲は、Ｓｒ:0.005〜0.05％、Ｎａ:0.001〜0.
005 ％およびＣａ:0.02 〜0.04％である。

【００１６】なお、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉなどの低融点金属
は合金の特性を低下させるため、それぞれ0.01％以下に
制限するのがより好ましいが、これらの元素がそれぞれ
0.05％以下の範囲で含まれていても、合金の熱間鍛造
性、切削性、その他の諸特性に実質的な影響を与えるこ
とはない。また、溶湯酸化防止、鍛造材の変色防止など
を目的として、Ｂｅ200ppmを添加することができ、この
場合にも本発明の特性に影響することはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム合金は、通
常の連続鋳造方式に従って、例えば棒材に鋳造したの
ち、得られた鋳造棒の表面を切削して鍛造用素材とす
る。またはビレットに造塊したのち、熱間で押出加工を
行って棒材を製造して鍛造用素材とし、熱間鍛造加工
後、溶体化処理、水焼入れ、人工時効処理（Ｔ６処理）
を行い、ついで所定形状に仕上げ切削して最終製品とす
る。

【００１８】本発明のアルミニウム合金においては、特
定の合金元素の組合わせと、その結果として得られる組
織性状により、優れた熱間鍛造性、切削性、良好な耐食
性が達成される。共晶Ｓｉの微細化のために添加するＳ
ｒ、Ｎａ、ＣａおよびＳｂの含有量は、他の成分の含有
量との組合わせに基づいて、合金材に対して上記の諸特
性をバランスよく付与するよう調整されているから、共
晶組織のＳｉ相は最適の微細化範囲のものとなり、鍛造
後に陽極酸化処理を行った場合、部分的に共晶Ｓｉ相が
集まった部分が形成されたとしても、陽極酸化皮膜に不
均一が生じることはない。

【００１９】

【実施例】

実施例１連続鋳造により、表１に示す組成のアルミニウム合金の
ビレット（直径10インチ) を鋳造し、均質化処理を施し
たのち、間接押出機を使用して熱間押出加工を行い、直
径50mmの押出棒材を作製した。得られた押出棒材を鍛造
用素材とし、以下に示す方法により、熱間鍛造性、切削
性、耐食性の評価を行った。結果を表２に示す。表２に
みられるように、本発明に従う試験材はいずれも、優れ
た鍛造性、耐食性を示し、切削試験においても割れを生
じることがなく、切削屑の排出性にも優れていた。

【００２０】熱間鍛造性：鍛造素材（直径50mm) の中心
部から、直径20mm、高さ20mmの据え込み試験片を切り出
し、400 ℃、450 ℃および500 ℃の温度で加工度80％の
据え込み試験を行い、試験片の割れ発生状況を観察し
た。

【００２１】切削性：鍛造素材に、400 ℃の温度で60％
の据え込み鍛造加工を行い、試験材（直径30mm) とし
た。この試験材に、500 ℃で2hの溶体化処理後、水焼入
れし、170 ℃で8hの人工時効処理を行うＴ６処理を施し
たのち、切断して試験片とし、これらの試験片について
切削試験を行った。切削性は、試験片の中心部にドリル
で穴をあけ、切削屑の排出性を調べ、切削後の割れの有
無を観察することにより評価した。

【００２２】切削屑の排出性については、切削屑100 個
当たりの重量を測定し、重量の少ないものを排出性良好
とした。なお、切削条件は、切削工具としてストレート
ドリル（標準ＪＩＳドリル、高速度鋼製、直径10mm) を
使用し、回転数1500rpm 、送り150mm/min 、潤滑油はエ
マルションタイプのものとした。

【００２３】耐食性：鍛造素材に、400 ℃の温度で鍛造
加工を行い、試験材（幅50mm、厚さ5mm)とした。この試
験材に、500 ℃で2hの溶体化処理後、水焼入れし、170
℃で8hの人工時効処理を行うＴ６処理を施したのち、試
験片（幅50mm、長さ50mm、厚さ5mm ）を採取し、耐食試
験を行った。耐食性は、各試験片をＡＳＴＭＢ117の
準拠して塩水噴霧試験を1000h 行ったのちの重量減少に
より評価した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】《表注》鍛造性 ○: 割れ無し切削屑の排出性（切削屑100 個当たりの重量) ◎:20 未満 ○:20 以上50未満切削後の割れ ○: 無し耐食性( 重量減少) ○:1.0mg/cm²未満

【００２６】比較例１連続鋳造により、表３に示す組成を有するアルミニウム
合金のビレット（直径10インチ) を造塊し、均質化処理
後、実施例１と同様、間接押出機を用いて直径50mmの押
出棒材を作製した。得られた押出棒材を鍛造素材とし
て、実施例１と同一の方法で、熱間鍛造性、切削性およ
び耐食性の評価を行った。評価結果を表５に示す。ま
た、同様にして造塊、均質化処理、押出加工したJIS 20
11合金、6262合金、6061合金および4032合金について
も、実施例１と同一の方法で熱間鍛造性、切削性および
耐食性を評価した。これらの合金の組成を表４に、評価
結果を表６に示す。なお、表３、表４において、本発明
の条件を外れたものには下線を付した。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】《表注》鍛造性 ○: 割れ無し △: 微小割れ ×: 割れ切削屑の排出性 (切削屑100 個当たりの重量) ◎:20 未満 ○:20 以上50未満 △: 50 以上100 未満 ×:100以上切削後の割れ ○: 割れ無し ×: 割れ発生耐食性( 重量減少) ○:1.0mg/cm²未満 △:1.0〜2.0mg/cm² ×:2.0mg/cm²以上

【００３０】

【表６】《表注》鍛造性、切削性、耐食性評価の基準は表５と同一

【００３１】表５、表６に示すように、試験材No.15 、
試験材No.17 はそれぞれＳｉ含有量、Ｆｅ含有量が少な
く、試験材No.19 はＭｇ含有量が少なく、また試験材N
o.21、試験材No.23 はそれぞれＭｎおよびＴｉの含有量
が少ないため、いずれも切削屑の排出性が劣る。試験材
No.16 、試験材No.18 はそれぞれＳｉ含有量、Ｆｅ含有
量が多く、試験材No.20 はＭｇの含有量が多過ぎ、試験
材No.22 、試験材No.24 はそれぞれＭｎおよびＴｉの含
有量が多く、試験材No.25 はＣｕの含有量が多いため、
いずれも鍛造性が劣り、熱間鍛造試験で割れが生じた。
試験材No.22 は切削性も劣り、試験材No.20 、試験材N
o.25 は耐食性も劣っている。試験材No.26 および試験
材No.27 はＰｂなどの低融点金属を含むため、鍛造性が
わるく、切削時に割れも発生した。

【００３２】試験材No.28 は多量のＣｕを含有し、Ｐ
ｂ、Ｂｉを含むため、熱間鍛造性が劣る。試験材No.29
はＰｂ、Ｂｉを含み、Ｓｉの含有量も少ないため、鍛造
性がわるく、切削性にも劣る。試験材No.30 はＳｉ量が
少なく、Ｆｅを含有せず、またＭｎまたはＴｉを含まな
いため、切削性が劣る。試験材No.31 は、Ｓｉ含有量が
多く、Ｆｅを含有せず、ＭｎまたはＴｉを含まないた
め、鍛造性がわるい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、熱間鍛造性に優れ、複
雑な形状に鍛造加工を行った場合にも割れを生じること
がなく、Ｔ６処理後の切削性に優れ、耐食性も良好が鍛
造用アルミニウム合金が提供される。車両、産業機械、
ＯＡ機器などの部品の材料として有効に使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷真一東京都港区新橋５丁目11番３号住友軽金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ:3〜11％（重量部％、以下同じ）、
Ｆｅ:0.02 〜0.5 ％、Ｍｇ:0.5〜1.5 ％を含有し、さら
にＭｎ:0.1〜1.0 ％、Ｔｉ:0.01 〜0.3 ％のうちの１種
または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
【請求項２】Ｓｉ:3〜11％、Ｆｅ:0.02 〜0.5 ％、Ｍ
ｇ:0.5〜1.5 ％、Ｃｕ:0.1〜1.2 ％を含有し、さらにＭ
ｎ:0.1〜1.0 ％、Ｔｉ:0.01 〜0.3 ％のうちの１種また
は２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
【請求項３】Ｃｒ:0.01 〜0.3 ％、Ｚｒ:0.01 〜0.3
％、Ｖ:0.01 〜0.1％、Ｂ:0.08 ％以下のうちの１種ま
たは２種以上を含有することを特徴とする請求項１また
は２記載の鍛造用アルミニウム合金。
【請求項４】Ｓｒ:0.005〜0.1 ％、Ｎａ:0.001〜0.01
％、Ｃａ:0.01 〜0.05％、Ｓｂ:0.01 ％以上0.05％未満
のうちのいずれか１種を含有することを特徴とする請求
項１〜３記載の鍛造用アルミニウム合金。