JPS6055584B2

JPS6055584B2 - 非熱処理型快削アルミニウム合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6055584B2
Application number: JP20014082A
Authority: JP
Inventors: 祥生土井; 和彦浅野; 美紘辻
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1985-12-05
Also published as: JPS5989746A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は非熱処理型快削アルミニウム合金及びその製造
方法に関し、さらに詳しくは、ＪＩＳ５０５３合金と同
程度の強度を有し、かつ、切削性が著しく良好な非熱処
理型快削アルミニウム合金及びその製造方法に関する。

従来切削性の優れたアルミニウム合金としては、Ｃｕを
主要含有元素とし、それにＰｂ）Ｂｉを含有させた２０
１１合金やＭｇ２Ｓｉを主要成分として含有し、さらに
、少量のＰｂＮＢｉを含有している６２６２合金などが
よく知られているが、これらはいずれも析出硬化型合金
てあつて、製造時焼入れ焼戻しの工程が必要であり、焼
入れ熱応力によつて歪が発生してその除去が容易でない
ので精密加工において寸法精度を確保できない欠点を有
している。さらに、焼入れ焼戻しの熱処理工程を経るこ
とは大きなコストアップの要因となり、アルミニウム快
削材の価格上の重要な検討課題となつていた。それ故、
光学器械や通信機器などには非熱処理型合金である５０
５２（Ａｌ−２．５Ｎ４ｇ−Ｏ、２５Ｃｒ）及び５０５
６（Ａｌ−５．１％Ｍｇ−Ｏ、１３％Ｃｒ−Ｏ、１３％
Ｍｎ）が用いられている。これらの合金は、切削抵抗、
表面仕上り、工具摩耗の点において優れた性質を有する
ものであるが、切削時切屑が完全に連続するため、工作
機械、工具及び被削材にからみついきやすく、切屑をそ
の都度除去する必要があるため、自動切削機械が多用さ
れる現状では、自動化・一無人化（コストダウン）の
致命的な欠陥となつていた。従つて、切屑処理性に優れ
た非熱処理型快削アルミニウム合金の出現が渇望されて
いるが、未だこの種の合金は少なく、また、切屑処理性
が充分門であるとはいえない。

本発明は上記した従来におけるアルミニウム系合金の快
削性、切削性及び切屑処理性の種々の問題点を解決した
ものであつて、強度があり、かつ、切削性が著しく良好
な非熱処理型快削アルミニウム合金及びその製造方法を
提供するものである。

本発明に係る非熱処理型快削アルミニウム合金及びその
製造方法は、（１）ＭｎＯ．３〜１．７ｗｔ％、ＦｅＯ
．５５〜１．５Ｗｔ％、ＣＵＯ．Ｏ５〜２．０Ｗｔ％、
ＰｂＯ．２〜１．５Ｗｔ％、ＳｎＯ．ｌ〜２．０ｗｔ％
、、ＴｉＯ．ＯＯ５〜０．３ｗｔ％、ＢＯ．ＯＯＯｌ〜
０．１Ｗｔ％を含み、ＳｉＯ．３ｗｔ％以下、ＭｇＯ．
７Ｗｔ％以下に規制し、更に、Ｚｎ２．５Ｗｔ％以下、
ＣｒＯ．３ｗｔ％以下、ＺｒＯ．３ｗｔ％以下のうち１
種以上を含み、残部が実質的にＡｌからなる非熱処理型
快削アルミニウム合金を第１の発明とし、（２）ＭｎＯ
．３〜１．７ｗｔ％、ＦｅＯ．５５〜１．５Ｗｔ％、Ｃ
ＵＯ．Ｏ５〜２．０ｗｔ％、ＰｂＯ．２〜１．５ｗｔ％
、ＳｎＯ．ｌ〜２．０Ｗｔ％、ＴｌＯ．ＯＯ５〜０．３
Ｗｔ％、ＢＯ．ＯＯＯｌ〜０．１Ｗｔ％を含み、ＳｉＯ
．３ｗｔ％以下、ＭｇＯ．７ｗｔ％以下に規制し、更に
、Ｚｎ２．５Ｗｔ％以下、ＣｒＯ．３ｗｔ％以下、Ｚｒ
Ｏ．３ｗｔ％以下のうち１種以上を含み、残部が実質的
にＡ１からなる合金鋳塊を４８０〜６３５℃の温度で均
熱処理し、この均熱鋳塊を熱間加工及び冷間加工して凝
集球状化した晶出物を均一分散させることを特徴とする
非熱処理型快削アルミニウム合金の製造方法を第２の発
明とする２つの発明よりなるものである。

本発明に係る非熱処理型快削アルミニウム合金及びその
製造方法（以下単に本発明合金及び本発明方法というこ
とがある。

）について詳述する。本発明合金は、ＭｎｓＦｅの含有
による，Ａ］６Ｍｎ晶出物及びＡｌ６（ＭｎＦｅ）晶出
物、さらに、Ｐｂ，．Ｓｎの含有による低融点化合物の
双方により快削性をもたせており、そして、快削性を付
与するＭｎの作用を減退させるＳｉ含有量、また、同様
に快削性を与えるＳｎ．．Ｐｂの作用を減退させるＭｇ
含有量の両方を微量に規制したものであり、さらに、６
地、Ｆｅ．．ｃｕ．．ｚｎｌｃｒｌｚ噂を含有させるこ
とにより強度を高めたのである。本発明に係る非熱処理
型快削アルミニウム合金の含有成分及び成分割合につい
て説明する。

■は快削性を付与するＡｌ−ｈ系晶出物、具体一的には
、Ａ］６Ｍｎ或いはＡｌ６（ＭｎＦ′ｅ）等の晶出物を
生成させるための元素で併せて強度向上の効果があり、
含有量が０．３ｗｔ％未満ではこの結果が乏しく、また
、１．７Ｗｔ％を越えて含有されるとＡ１−Ｍｎ系の巨
大化合物が晶出して工具寿命を短かくし表面仕上り性、
アルマイト性を害する。よつて、ｈ含有量は０．３〜１
．７ｗｔ％とする。Ｆｅは快削性を与えるＡｌ−Ｍｎ系
晶出物の生成を助けるものでＡｌ６（ＭｎＦｅ）晶出物
を作り易くし、併せて結晶粒を微細化し強度を向上させ
る元素であり、含有量が０．５５Ｗｔ％未満ではこの効
果が乏しく、また、１．５Ｗｔ％を越えて含有されると
巨大化合物を生成し易くなり工具寿命を短かくし、・ま
た耐蝕性を害するようになる。よつて、Ｆｅ含有量は０
．５５〜１．５Ｗｔ％とする。Ｃｕは主として強度を向
上させるためのものであり、後述するようにＭｇの含有
を極力規制する本発明合金では強度を向上するための重
要な元素であり、併せてＣｕが被削性の向上に効果のあ
ることは２０１１合金に見られる通りよく知られている
ところであり、含有量が０．０５Ｗｔ％未満ではこれら
の効果がたく、２．０ｗｔ％を越えて含有されると耐蝕
性を著しく害するようになる。

よつて、Ｃｕ含有量は０．０５〜２．０Ｗｔ％とする。
Ｐｂ．Ｓｎは被削性の改善に大きな効果を有する元素で
あり、Ｐ暗有量が０．２Ｗｔ％未満、Ｓｎ含有量が０．
１Ｗｔ％未満では被削性改善効果はなく、また、Ｐ暗有
量が１．５Ｗｔ％及びＳｎ含有量が２』県％を越えて含
有されると耐蝕性を害する。よつて、Ｐ暗有量は０．２
〜１．５Ｗｔ％、Ｓｎ含有量は０．１〜２．？ｔ％とす
る。なお、Ｐｂ．．Ｓｎの元素は単独で含有されても被
削性の改善効果が充分でなく、よソー層の被削性改善効
果を得るためには同時に含有させるのがよい。Ｔｌ．．
Ｂは鋳塊もしくは鍛錬材の結晶粒を微細化して晶出物を
均一に分散させ、かつ、表面仕上りを改善する効果があ
り、Ｔｉ含有量が０．００５Ｗｔ％未満、Ｂ含有量が０
．０００１Ｗｔ％未満では結晶粒の微細化の効果がなく
、Ｔ１含有量が０．３ｗｔ％及びＢ含有量が０．１ｗｔ
％を越えて含有されるとＡ１との間に巨大な金属間化合
物を晶出し工具寿命が短かくなる。

よつて、Ｔｉ含有量は０．００５〜０．３Ｗｔ％、Ｂ含
有量は０．００１〜０．１Ｗｔ％とする。ＳｉｓＭｇは
ＡＩ−ｈ系快削合金の優れた快削性を発揮させるために
はＳｉ＜５Ｍｇの含有量を規制することが不可欠であり
、Ｓｉ含有量が０．３ＷＬ％を越えて多量に含有される
とαＡｌＭｎＳｉの化合物を作つて快削性を付与するＡ
］６Ｍｎ，．Ａ１６（ＭｒｌＦ′ｅ）の生成を妨げるこ
とがＸ線回析分析の結果判明し、また、Ｍｇは強度を向
上させるのに極めて有効な元素であるが、含有量が０．
７Ｗｔ％を越えて含有されるとＭｇは快削性の向上に大
きな効果を有するＰｂ．．Ｓｎと結びついてＭｇ２Ｐｂ
．．Ｍｇ２Ｓｎ等の化合物を作り著しく快削性を害する
ものである。

よつて、快削性の点からＳｉ含有量は０．３ｗｔ％以下
及び同じく快削性の点からＭｇ含有量は０．７Ｗｔ％以
下とする。Ｚｎは高速機での切削性を改善し強度向上に
効果があり、含有量が２．５Ｗｔ％を越えると耐蝕性を
害するようになる。

よつて、Ｚｎ含有量は２．５Ｗｔ％以下とする。Ｃｒｌ
ｚｒは安定な熱間加工組織を形成し強度を向上させる効
果があり、Ｃｒ含有量が０．３ｗｔ％を越えるとＡ１−
Ｃｒ系の巨大化合物を生成し、また、Ｚｒ含有量が０．
３ｗｔ％を越えるとＡ１−Ｚｒ系の巨大化合物を生成す
るようになる。

よつて、Ｃｒ含有量は０．３ｗｔ％以下及びＺｒ含有量
は０．３ｗｔ％以下とする。次に本発明に係る非熱処理
型快削アルミニウム＊１合金の製造方法について説明す
る。

本発明合金において、晶出物が凝集球状化し、かつ、均
一に分散することは被削性を向上させるために重要なこ
とであり、そのためには鋳塊の均熱をより高温で行なう
ことが必要である。

従つて、本発明方法においては、均熱温度を４８０〜６
３５℃とした。

そして、均熱温度が４８０′Ｃ未満では晶出物の凝集球
状化が不充分であり、また、均熱温度が６３５℃を越え
ると鋳塊の溶融現象が生じるようになる。よつて、均熱
温度は４８０〜６３５℃とする。なお、均熱時間は、０
．５〜２Ｓｆ間程度の間で適宜に選択される。次いで、
均熱鋳塊は常法に従つて熱間加工、例えば、３２０〜５
２０℃の温度において熱間押出加工を施され、続いて冷
間加工、例えば、８０％以下の加工率で抽伸加工を施さ
れ、これらの加工工程を通じて凝集球状化した晶出物が
均一に分散されるのである。

本発明に系る非熱処理型快削アルミニウム合金及びその
製造方法の実施例を説明する。

実施例第１表に示す合金は常法に従つて溶解鋳造して直径１５
５７ｍφの鋳塊にした後、５２０〜６２０℃の温度で４
時間均質化焼鈍して、４５０〜４８（代）で押出加工を
行なつて直径５『φの丸棒とし、引続いて冷間抽伸加工
により直径４１ｍφの丸棒として切削試験及び硬度試験
の供試材とした。

第２表は被削性、硬度、切削面の表面状況を比較した結
果を示すもので、被削性は自動旋盤にてすくい角１０示
の切削工具を用いて周速度２００７ｎ／分及び４００ｍ
／分、送り０．０５ＷＲＩｒｅＶ１０．１ｍ１ｒｅｖ１
０．２？１ｒｅｖの各組合せについて切込量２．０Ｔｎ
で切削し、その時得られた切屑の形状て判断した。

参考写真は切屑形状の等級を示す基準であり、参考写真
Ａは切屑が細かく分断されて被削性の最も優れた場合を
示しており、そして、参考写真のＢから唖本Ｅに近ずく
につれて徐々に切屑が分断されずに連続するようになり
、特に、参考写真Ｄ，Ｅでは切屑が相当の距離にわたり
連続しており実用上自動切削が困難な状態である。硬度
はヴイツカース硬度計により測定した。なお、本発明合
金の鋳塊組織の顕微鏡写真を示すと、第１図ａはＮＯ．
ｌ合金、第１図ｂはＮＯ．２合金、第１図ｃはＮＯ．３
合金であり、比較合金の鋳塊組織の顕微鏡写真を示すと
、第１図ｄはＮＯ．９合金であるが、この鋳塊組織の顕
微鏡写真を見ると、本発明合金は高温での均熱処理によ
り晶出物が凝集球状化していることが明らかであり、そ
のため押出、抽伸により均一に分散させることができ、
従つて被削性をよくする。

第２表の試験結果から明らかであるが、本発明合金はい
ずれも被削性が極めて優れており、中でもＮＯ．８合金
は強度（硬度）が５０５２相当合金と同程度であり、し
かも、被削性が極めて良好てあり、特に高速切削に優れ
ている。

次に、本発明方法については、第２表に示すように、特
に高温において均熱処理したもの（時間を長くすること
も同様の効果があ右）。）は非常に優れた被削性を示す
。以上説明したように、本発明に係る非熱処理型快削ア
ルミニウム合金及びその製造方法は上記の構成を有する
ものであるから、強度が５０５湘当材と同等であつて被
削性が良好な非熱処理型合金であり、かつ、従来のＡ１
−Ｍｇ系切削合金のように加工硬化処理に引続いて安定
化処理をする必要がなく、また、Ｎ−Ｍｇ−Ｓｉ系快削
合金のように焼入れ一焼戻しの熱処理が必要でもなく、
大幅に製造工程を減少することができ製造コストの低減
が可能となり、また、熱処理をせずに寸法安定性にも優
れ、さらに、軟質化焼鈍後冷間鍛造して切削加工する用
途にも適用可能であるなど実用上極めて有用な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金及び比較合金の鋳塊組織を示す顕微
鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｍｎ０．３〜１．７ｗｔ％、Ｆｅ０．５５〜１．５
ｗｔ％、Ｃｕ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｐｂ０．２〜１
．５ｗｔ％、Ｓｎ０．１〜２．０ｗｔ％、Ｔｉ０．００
５〜０．３ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗｔ％を含
み、Ｓｉ０．３ｗｔ％以下、Ｍｇ０．７ｗｔ％以下に規
制し、更に、Ｚｎ２．５ｗｔ％以下、Ｃｒ０．３ｗｔ％
以下、Ｚｒ０．３ｗｔ％以下のうち１種以上を含み、残
部が実質的にＡｌからなる非熱処理型快削アルミニウム
合金。２Ｍｎ０．３〜１．７ｗｔ％、Ｆｅ０．５５〜１．５
ｗｔ％、Ｃｕ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｐｂ０．２〜１
．５ｗｔ％、Ｓｎ０．１〜２．０ｗｔ％、Ｔｉ０．００
５〜０．３ｗｔ％、Ｂ０．０００１〜０．１ｗｔ％を含
み、Ｓｉ０．３ｗｔ％以下、Ｍｇ０．７ｗｔ％以下に規
制し、更に、Ｚｎ２．５ｗｔ％以下、Ｃｒ０．３ｗｔ％
以下、Ｚｒ０．３ｗｔ％以下のうち１種以上を含み、残
部が実質的にＡｌからなる合金鋳塊を、４８０〜６３５
℃の温度で均熱処理し、この均熱鋳塊を熱間加工及び冷
間加工して凝集球状化した晶出物を均一分散させること
を特徴とする非熱処理型快アルミニウム合金の製造方法
。