JPS621839A - 耐摩耗性アルミニウム合金圧延板およびその製造方法 - Google Patents

耐摩耗性アルミニウム合金圧延板およびその製造方法

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JPS621839A
JPS621839A JP13993685A JP13993685A JPS621839A JP S621839 A JPS621839 A JP S621839A JP 13993685 A JP13993685 A JP 13993685A JP 13993685 A JP13993685 A JP 13993685A JP S621839 A JPS621839 A JP S621839A
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Masami Furuya
古屋 雅美
Mamoru Matsuo
守 松尾
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Sky Aluminium Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は強度と耐摩耗性が要求される構造部材や各種
R減部品等に使用されるアルミニウム合金圧延板に関し
、特にAl−Si系合金の圧延板に関するものである。
従来の技術 強度の浸れた高力A1合金圧延板としては、従来からJ
IS  2000番系のAl−Cu −MO系合金圧延
板やJIS  7000番系のA 1− Zn−MΩ系
含金圧延板などが知られているが、これらは強度および
信頼性は充分に浸れているものの、耐摩耗性が劣り、ま
た応力腐食割れ性も充分ではない。
一方、耐摩耗性に優れたAl2合金としては、A1−S
i系合金が知られており、またこのA1−Si系合金に
Mg、Cu等を含有せしめることによって強度も向上さ
せ得ることが知られている。
このAl−8t合金は、従来はviv!J、ダイカスト
などの所謂鋳物用合金として使用するのが通常であり、
このような鋳物、ダイカストの場合、強度はある程度得
られても、ミクロキャピテイやガスホールなどの鋳造欠
陥を皆無にすることができないため、材料の延性、靭性
、および疲労強度が劣り、信頼性に欠ける問題がある。
そこでこれらの欠点を改善するため、A1−Si系合金
についても鍛造材として使用することがある。鍛造材の
場合は材料の内部組織がある程度改善され、またミクロ
キャピテイやガスホール等の欠陥も圧着されるため、材
料の延性や靭性、疲労強度がある程度改善され、信頼性
もある程度向上する。しかしながらこの場合には鍛造工
程を適用するため、材料の形状が比較的小さいものに限
られ、また生産性も低くならざるを得ない欠点があり、
また通常の鍛造工程だけでは材料の鍛練度が必ずしも充
分ではないため、信頼性の点から必ずしも充分とは言え
ないのが実情である。
発明が解決すべき問題点 前述のようにAl−Si系合金は耐摩耗性が轟く、また
強度も付与することができるものであるが、従来主とし
て適用されていた鋳物やダイカストでは信頼性が低く、
一方椴遡材の場合は鋳物やダイカストよりは信頼が高い
ものの、未だ充分ではなく、また形状的にもI11杓さ
れ、生産性も低い等の問題がある。
ところで同じ組成のA1合金素材を使用して構造用部材
やi減部品を製造する場合でも、特に圧延板として素材
を提供すれば、鋳物やダイカストの場合と比較して強度
に優れ、しかも延性、靭性、疲労強度に優れた信頼性の
高い構造用部材、1械部品等を得ることができると考え
られ、また圧延板の場合は近代的な大型圧延設備の適用
によって鍛造材の場合と比較して格段に生産性を向上さ
せるとともに、広幅かつ長尺の板を提供することができ
る。したがって前述のようにr14r!l耗性の優れた
Al−Si系合金について圧延板で提供することができ
れば、耐摩耗性が優れると同時に強度、信頼性の高い構
造用部材や1械部品を低コストかつ高能率に得ることが
できると考えられる。
しかるにAl−Si系合金は、一般には熱間加工性が劣
り、そのため圧延板の製造は実質的に不可能とされてい
た。また圧延板として用いた場合に、その耐摩耗性や強
度、信頼性を充分に発揮させるために必要な材料組積状
態についても未だ充分な検討がなされておらず、そのた
め従来はへ1−Si系合金を仮に圧延板としたとしても
、真に充分な耐摩耗性、強度、信頼性を与えることはI
nであったと予想される。
この発明は以上の事情を背1としてなされたもので、熱
間圧延が可能でしかも強度と耐摩耗性に優れた組成とし
、しかも単に組成ばかりでなく、圧延板としての材n組
織状態の面からも浸れた耐摩耗性と信頼性の高い機械的
性質(強度、疲労強度等)を充分に発揮させ得るように
したA1−Si系合金の圧延板を提供することを目的と
するものである。
問題点を解決するための手段 本発明者等は上述の目的を連成するべく種々実験・検討
を重ねた結果、先ず合金組成の面からは、Sl 9〜1
7%、Cu 0.5〜5%、Mり 0.1〜1.0%を
含有し、さらに必要に応じてMnを1%以下、Niを2
%以下の1種または2種を含有する組成とすることが、
熱間圧延を可能としかつ優れた強度と耐摩耗性を得るた
めに必要であることを見出した。
そして圧延板として充分な耐摩耗性、信頼性を発揮させ
るためには、Al−Si系合金に特有のAj!−Si共
晶や初晶Si、その他の金R間化合物が適切な状態で均
一に分散していなければならないことを見出した。すな
わち、Al−Si系合金においてはAj?−Si共品や
初品S!が晶出し、これらが耐摩耗性向上に寄与するが
、充分な?[耗性、機械的信頼性を光揮させるためには
、これらの晶出物が微細でその数が多いことは無論必要
であるが、実際の部材で充分な&4摩耗性を発揮させる
ためにはこれらの晶出物が存在しない領域(したがって
軟質なα−A1相のみの領域)が可及的に小さいことが
必要であることを見出し、この発明をなすに至ったので
ある。
具体的には、本願の第1発明のアルミニウム合金圧延板
は、Si  9〜17%(1瓜%、以下同じ)、Cu 
0.5〜5%、Mo 0.1〜1.0%を含有し、残部
がAlおよび不可避的不純物!物よりなり、かつ長辺の
長さが0.2plI以上の大きさを有するA l −S
i共晶、初晶Siおよびその他の金属間化合物が1mm
2当り合計で5000i個以上存在し、しかもAe−S
i共晶、初晶5i13よびその他の金属濁化合力が存在
しない領域に1!いた円の最大直径が15IJIII″
J、下となるように、A=−S1共晶、初晶S1、およ
びその1世の金属間化合物が分散していることを持分と
するものである。
また第2発明のアルミニウム合金圧延板は、合金素材成
分として前述のような範囲のSi 、 Qu 。
Mgのほか、さらにMn1.0%以下、Ni2.0%以
下の14!以上を含有し、かつ前記I′i51様なAl
−Si共品、初晶Siその他の金属間化合物の晶出分散
状態を有するものである。
作用 先ずこの発明のアルミニウム合金圧延板の素材合金成分
の限定理由について説明する。
Si : Slはこの発明で対象とする系の合金で中心となる添加
元素であり、Al−Si共晶、初晶Siとして晶出して
、強度および耐摩耗性を与えるに重要な役別を果たす。
Siが9%未満ではこれらの晶出瓜が少なくなり、特に
初晶Siが殆んど晶出しなくなって耐FJ耗性が不充分
となり、一方Siが17%越えれば、強度と耐摩耗性は
侵れるが、初晶Siが過剰となって熱間圧延性が低下す
る。したがってSiは9〜17%の範囲内に限定した。
Cu : Cuは強度を付与するに有効な元素であるが、0.5%
未満ではその効果が充分に得られず、一方5%を越えれ
ば鋳造割れが生じ易くなるから、0.5〜5%の範囲1
゛1に限定した。
Mg : MgはMClSi として析出して強度向上に寄与する
元素であるが、0.1%未満では強度向上の効果が不充
分であり、一方1.0%を越えれば鋳造性が悪化すると
ともに、熱間圧延性が劣化するから、0.1〜1.0%
の範囲内に限定した。
Mn: M 11は耐熱性を高めるために第2発明に6いて選択
的に添加されるが、1.0%を越えれば熱間圧延性およ
び靭性が低下するから、その上限を1,0%とした。
Ni : Niも耐熱性を高めるために第2発明において選択的に
添加されるが、2.0%を越えれば熱間圧延性が低下す
るとともに常温O牲も低下するから、その上限を2.0
%とした。
以上のような各成分のほかはAlおよび不可避的不純物
とすれば良い。ここで不純物としては1”eが混入する
のが通常であるが、Fe!が多くなれば靭性が低下する
から、不純物としてのl”e量は0.5%以下に抑制す
ることが好ましい。
次にこの発明のアルミニウム合金圧延板における11織
条件の限定理由について説明する。
先ずこの発明のアルミニウム合金圧延板では、Al−S
i共晶、初晶Si、およびその他の金属間化合物のうち
、0,2IJII!J、上のものが1mm2当り合計で
5000個以上存在することが必要である。
Al−Si共晶、初晶Si、およびその他の金属間化合
物(Fe系が主体であり、その他Cu系、Mg系も存在
する)は、A1マトリックス(α−Al相)と比較して
格段に硬質であり、これらが微細に多数分散することに
よって#4摩耗性、強度を向上させることができるが、
これらの分散晶出数が1mm2当り5000個未満では
充分な耐摩耗性を得ることができない。なおここで単位
面積当りの晶出物内攻を規定するのに長辺の長さが0.
2声以上のものとしたのは、長辺長さが0.2yIa未
満のものでは光学顕微鏡によって判定する際にAl−S
i共晶、初晶Siおよびその他の金属間化合物と、それ
以外の夾雑物や試料あるいはレンズのゴミや傷とを判別
し難しくなるからであり、長辺長さ0.2声未満の晶出
物の排除を意図するものではないことは勿論である。
−5、上記のような1mm2当りの晶出物数の規定は満
足していても、Al−Si共晶、初晶Si、およびその
他の金m間化合物が存在しない領域、すなわち軟質なへ
!マトリックス相のみからなる領域が広ければ、耐摩耗
部材として相手材と鷹擦した場合に、その軟質なAlマ
トリックス相のみの#4vAで相手材と凝着を生じ、充
分な耐摩耗性を発揮できなくなる。この点について本発
明者等が詳細に検討した結果、断面の任意の位置で描い
た円内にAl−Si共晶、初晶Si、およびその他の金
属間化合物が存在しない最大′IX径が15声以下であ
ること、換言すればA1−Si共品、初晶Si、および
その他の金属間化合物が存在しない領域(実質的にAl
マトリックスのみの領域)に描いた円の6大直径が15
声以下となるように、これらの晶出物が均一に分散して
いることが耐摩耗性の向上に8要であることが判明した
。したがってこの発明では単に1mm2当りの晶出物数
だけではなく、その晶出物の存在しない領域を前述のよ
うに、yA定したのである。
なお、Al−Si共晶は微細化させかつ角部を丸味を帯
びさせて球状化させることが望ましく、このように球状
化することによって、より一層の機械的性質の向上、特
に疲労強度の向上や、延性、靭性の向上、ひいては信頼
性向上を図ることができる。
次にこの発明のアルミニウム合金圧延板を製造する方法
について説明する。
この発明のアルミニウム合金圧延板を製造するにあたっ
ては、前記成分の合金を常法に従って溶製した後、DC
&i造あるいは半連続鋳造などの常法にしたがって鋳造
し、得られた鋳塊を熱間圧延するに先立ち、好ましくは
450〜550℃X1時間〜15時間加熱した後、熱間
圧延し、かつその熱間圧延の総圧下率を好ましくは75
%以上、熱間圧延終了温度を好ましくは300℃以上と
することが望ましい。
上述のように熱間圧延前の加熱の好ましい条件を450
〜550℃の温度範囲内で1〜15時間としたのは次の
ような理由である。
すなわち、この熱間圧延前の加熱は、本来熱間圧延性が
劣る。17−Si合金の熱間圧延性向上のために重要で
あり、450℃未満の加熱温度、1時間未満の加熱時間
では熱間圧延割れが生じ易い。
一方550℃を越える加熱温度でば局部溶解が生じ、ま
た15時間を越える加熱rI間では共晶Siが粗大化す
るおそれがある。なおこのような熱間圧延前の均熱処理
は、板状のAl−Si共晶を球状化させて、強度の向上
、疲労強度の向上、靭性、延性の向上をもたらすために
も有効である。
また熱間圧延における総圧下キを75%ニス上とするこ
とは、圧延板における晶出物の組織的分散条件を前述の
ような規定の範囲内に収めるために好ましい条件である
すなわち、圧延用鋳塊は、肉厚が500+am〜80o
I11にも及ぶから、肉厚中央部分の冷B1速度が小さ
くなって、Al−Si共晶のサイズ、初晶α相デンドラ
イトが大きくなり易い。このような比較的粗い鋳塊Jf
l織を@細化して、Al−Si共晶、初晶Siあるいは
その他の金属間化合物を1mm2当り5000個以上と
し、かつAl−Si共晶、初晶Si、その他の金属間化
合物が存在しない最大のi![径が15μml以下とす
るためには、熱間圧延の総圧下率を75%以上とするこ
とが望まれる。
一方、i%!It!l圧延終了菖度を300℃以上とす
ることは、前述のように熱間圧延前に450〜550℃
で1〜15時間均熱する条件と組合わせ、熱間圧延性が
本来劣るAl−Si合金の熱間圧延を円滑に行なうため
に望ましい条件である。すなわち、熱間圧延中に300
℃より低い温度まで温度降下すれば、延性が低下して熱
間圧延が困難となる。したがって所要の17までPAl
ili!圧延を行なうためには、前述のように熱間圧延
前の加熱を行なうとともに、熱間圧延終了温度が300
℃以上となるように制蓼することが望ましい、またこの
ように300℃以上の温度で総圧下率75%以上圧延す
れば、AZ−8t共晶は均−WIIIlに分散して、初
晶31等とともに前述のような分散条件を満たす状態と
なり、かつAj!−8l共晶はその角部が丸味を帯びた
形状となるため、延性が良好となって、その後さらに冷
間圧延を行なうことが可能となる。したがって上述のよ
うな条件で得られた熱延上り板はそのまま模述するよう
な溶体化処理一時効処理に供しても良いが、冷間圧延に
よプてさらに減厚してから溶体化処理一時効処理に供し
ても良い、換言すればこの発明のアルミニウム合金圧延
板は、熱間圧延板のみならず冷間圧延板をも含むのであ
る。
上述のようにして熱間圧延した後、あるいは熱間圧延−
冷間圧延した後には、必要な強度を付与するために、常
法にしたがって450〜520℃で溶体化処理して焼入
れし、さらに室温時効するか、あるいは150〜200
℃にて5〜40時1人工時効処理を行なうのが通常であ
り、このような溶体化!l連理−効処理を行なうことに
よって所期の性能を有する圧延板を得ることができる。
なお、Al−3t系合金においてはAl−Si共品や初
晶S1の微細化のためにNa53r、Sb、P等のta
ffl添加を行なうことが多いが、この発明の圧延板を
製造する場合にもそのような手段を適用できることは勿
論である。
実施例 [実施例1] 第1表に示す魔1〜隘4の組成のA1合金について、5
5ml1IX25C)+a+x200mmの金型に鋳造
し、得られたgt*を厚さ50膳岱に面削し、第2表の
A−1、A−2、B、C%Dに示す条件で加熱・熱間圧
延した。
熱面圧延の結果を各条件に対応して第3表に示す。
第3表から明らかなように、本発明成分範囲内の合金;
紅1について、熱間圧延前に450〜550℃の範囲内
の温度で1〜15時閘の範囲内の時間均熱し、かつ熱間
圧延終了温度を350″C以上とした場合(条件符号A
−1)には、板厚10vまで支障なく熱間圧延すること
ができた。これに対し同じ成分の合金漱1でも、上記の
条件を外れて加熱・熱間圧延した・場合(条件符号Δ−
2、B−D)には、板厚101!ISまで圧延不可能で
あったか、あるいは圧延できても表面割れやエツジ割れ
の発生が大きいことが判明した。なお合金漱2はSi含
有岳が少ないもの、また合金1l1114は強化元素で
あろCu1Mgを含有しないものであるが、これら・は
条件A−1で圧延可能であった。一方合金No、 3は
Si伍が17%を越える合金であるが、この場合には条
件A−1でも表面削れ、エツジ割れの発生が大きく、製
品化には不適当であった。
次に、上述の熱間圧延で板厚10m!lまで支障なく熱
間圧延できた合金尚、1.2.4の板厚10mmの圧延
板(第3表の圧延状況:O印)、合金1階1についてv
1記条件符号A−1と同じ氾葭条件で板厚25■まで圧
延した圧延板、および各含金Na 1.2.4の鋳塊に
ついて、480℃×2時間溶体化処理し、水焼入れした
、さらに170℃X10時間人工時vJ51!l理し、
各種試験用の供試材とした。
これらの各供試材について、引張試験および耐摩耗試験
を行なうとともに、Ai’−8t共晶、初晶Si、およ
びその他の金属間化合物の晶出分散状況を調べた。これ
らの結果を第4表に示ず。なおここでrA!!耗試験は
大越式試l!!ffiにより、摩擦距160011m、
g擦速度2e/sac、相手材FC−30で実流した。
また第4表中において[晶出物の1mm2当り個数Jは
/l’−Si共晶、初晶Si。
およびその他の金属間化合物のうち、長辺が0.2μm
IILX上のものの合計で示す。
第4表に示すように、合金隘1の板厚10m1の圧延板
、すなわち熟門圧旺総圧下串80%とした圧延板では、
晶出物(Al−Si共晶、初晶S1、その他の金泥間化
合m)の1−の個数が5000個以上となるとともに、
これら品出物の存在しない最大直径が15声以下となり
、このような晶出物分散状態が()られた結史、第4表
中に示すようにNれたcn !!3粍性を得ることがで
き、またこの場合強度、耐力、伸びが優れていることが
明らかである。一方同じ合金魔1でも板厚2511の圧
延板、すなわち熱間圧延総圧下*50%とした圧延板、
および鋳塊では、いずれも晶出物の存在しない最大直径
が大きく、そのため耐摩耗性が充分ではなく、また強度
、耐力、伸びも劣ることがわかる。
さらにSi含有量が少ない合金Nc12では、10■ま
で圧延した圧延板でも晶出物分散状態が上記の条件を満
足しておらず、そのため耐摩耗性だ劣り、また強度、耐
力も劣る。そしてまた強化元素であるMo 、Cuを含
有しない合金阻4では、110l11の圧延板で晶出物
分数状態は上記の条件を満足したが、強度、耐力が著し
く劣ることが判明した。
[実施ff42] 第5表の合金階5〜7に示す成分組成のA1合金ニツイ
テ、400X1200X3000gn(7)スラブに連
続鋳造した。また同じ合金Na5〜7について、40X
250X250履嘗の金型にも鋳造し、比較用の鋳塊試
料を作成した。
前記の連続鋳造により得られたスラブを面間し、480
X5時因加熱した後、その温度で圧延を開始した。熱延
上り板厚は8■とし、各熱延上り温度は合金)J15で
は383℃、th6では365℃、阻7では385℃で
あった。各熱延上り板を1000X2500u+に切断
し、490℃で2時間溶体化JL ! I、水焼入tL
L、、170℃で10時門人工時効処理した。また鋳塊
試料についても同じ条件で熱処理した。
以上のように処理された各合金N115〜7の圧延板試
料および鋳塊試料について、熱rA理後の機械的性質、
比摩耗m1シャルピーmumおよび疲労強度を調べると
ともに、長辺長さが0.2声以上の晶出物(A!−Si
共晶、初晶Si、およびその他の金風門化合′#)の1
mm2当りの分布数、およびこれらの晶出物が存在しな
い最大直径を調べた。
その結果を第6表に示す。なおここで比摩耗量の測定条
件は実施例1の場合と同じである。
また前述のようにして1mした合金Fh5〜7の圧延板
について、種々の温度で高温引張強さを消べた結果を第
1図に示す。
第6表から朗らかなように、各合金瀬5〜7の圧延板に
おいては、晶出物分散状態がこの発明で規定する条件を
満足しており、この場合強度、耐力、伸びが高く、かつ
耐摩耗性が充分にあり、しかも疲労強度および靭性も充
分に高く信頼性が汚れていることが判る。−5各合金N
a5〜7の鋳跣試料では晶出物分散状態のうち特に晶出
物の存在しない最大直径がこの発明で2&J!定する要
件を満たしておらず、いずれの特性も劣り、信頼性に欠
けることが判る。
また′#11図から、待にNiもしくはM、′Iを添加
したき金;載6、;叙7′cは、!%1強度がきく、泗
熱性が!!lt′Lでいることが判明した。
発明の効果 以上の実適例からも明らかなように、この発明のアルミ
ニウム合金圧延板は、圧延によってミクロキセピティや
ガスホール等のン厚清欠陥がS′E:肖されかつ内部咀
1tfi改!されているばかりでなく。
特に耐摩1性や強度の向上に1与する。へ!−81共晶
、初晶Sisおよびその他の金属開化合物の晶出分数状
況が適切にIII allされるため、従来耐摩耗性A
l−Si系合金素材として実用化されていた鋳物やダイ
カストと比較して強度、耐摩耗性が著しく優れると同時
に、疲労強度や靭性、延性も高く、そのため優れた耐摩
耗性および強度が要求される構造用部材や機械部品に使
用すれば従来よりも格段に信頼性を高めることができる
とともにその耐用寿命を延長することができ、また鍛造
材の如く形状寸法が制約されることなく、高能率で広幅
、長尺の叛として提供することができるから、部材の低
コスト化にも大きく貢献することができる。
第1表:実施例1の供試材化学成分(wt%)第3表 第4表 第5表:実施例の供試材成分(航%)
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例2における各合金陳5〜7の
圧延板の1&温引張強さを示すグラフである。 出頭式  スカイアルミニウム株式会社代理人  弁理
士 豊 1)武 久 (ほか1名)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Si9〜17%(重量%、以下同じ)、Cu0.
    5〜5%、Mg0.1〜1.0%を含有し、残部がAl
    および不可避的不純物よりなり、かつ長辺の長さが0.
    2μm以上の大きさを有するAl−Si共晶、初晶Si
    およびその他の金属間化合物が1mm^2当り合計で5
    000個以上存在し、しかもAl−Si共晶、初晶Si
    およびその他の金属間化合物が存在しない領域に描いた
    円の最大直径が15μm以下となるように、Al−Si
    共晶、初晶Si、およびその他の金属間化合物が分散し
    ていることを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合金圧延
    板。
  2. (2)Si9〜17%、Cu0.5〜5%、Mg0.1
    〜1.0%を含有し、かつMn1.0%以下およびNi
    2.0%以下の1種または2種を含有し、残部がAlお
    よび不可避的不純物よりなり、さらに長辺の長さが0.
    2μm以上の大きさを有するAl−Si共晶、初晶Si
    およびその他の金属間化合物が1mm^2当り合計で5
    000個以上存在し、しかもAl−Si共晶、初晶Si
    およびその他の金属間化合物が存在しない領域に描いた
    円の最大直径が15μm以下となるように、Al−Si
    共晶、初晶Si、およびその他の金属間化合物が分散し
    ていることを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合金圧延
    板。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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