KR20090094433A - 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재 및 그 제조 방법 - Google Patents

가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재 및 그 제조 방법 Download PDF

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야스오 오까모또
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

가공성과 내마모성을 겸비한 내마모성 알루미늄 합금재를 제공한다. 내마모성 알루미늄 합금재는 Si : 13 내지 15질량％, Cu : 5.5 내지 9질량％, Mg : 0.2 내지 1질량％, Ni : O.5 내지 1질량％ 및 P : 0.003 내지 O.03질량％를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불순물으로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며, 초정 Si 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛, 단면에 있어서의 초정 Si 입자의 면적 점유율이 3 내지 12％, 금속간 화합물의 평균 입경이 1.5 내지 8㎛, 단면에 있어서의 금속간 화합물의 면적 점유율이 4 내지 12％이다.
가공성, 내마모성, 알루미늄 합금재, 면적 점유율, 금속간 화합물

Description

가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재 및 그 제조 방법 {WEAR-RESISTANT ALUMINUM ALLOY MATERIAL WITH EXCELLENT WORKABILITY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 내마모성 알루미늄 합금재, 특히 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재에 관한 것이다.
예를 들어, 자동차의 엔진 실린더 라이너와 피스톤 링은 그 동작 중에 가혹한 미끄럼 이동 마찰을 받는 동시에, 압축 응력과 인장 응력을 반복하여 받는다. 이 때문에, 이들 부재에는 우수한 내마모성 및 내시징성이 요구된다.
이와 같은 용도로 사용되는 알루미늄 합금으로서는 종래부터 약 17％의 Si를 함유하는 A390이 사용되며, 또한 그 이상의 Si를 함유하는 알루미늄 합금이 제안되어 있다(특허 문헌1, 2 참조).
또한, 로터의 재료로서, 합금 조성을 규정하는 동시에 Si 입자의 입경을 규정함으로써 내마모성의 향상을 도모하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌3 참조).
특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 소62-196350호 공보
특허 문헌2 : 일본 특허 출원 공개 소62-44548호 공보
특허 문헌3 : 일본 특허 출원 공개 평3-111531호 공보
그러나, A390이나 특허 문헌1, 2에 기재된 알루미늄 합금은 내마모성이 우수한 반면, 고농도의 Si에 의해 절단 등의 가공성이 나빠, 공구 수명도 짧다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허 문헌3에 기재된 알루미늄 합금재는 A390 등보다도 Si 농도가 낮아 가공성이 개선되어 있으나, 그래도 또한 내마모성과 가공성이라는 상반된 특성을 모두 향상시킨 알루미늄 합금이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 배경 기술을 감안하여 알루미늄 합금 조성을 규정하는 동시에, 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 입경과 분포 상태를 제어함으로써 가공성과 내마모성을 겸비한 알루미늄 합금재의 제공을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재는, 하기 [1] 내지 [6]에 기재된 구성을 갖는다.
[1] Si : 13 내지 15질량％, Cu : 5.5 내지 9질량％, Mg : 0.2 내지 1질량％, Ni : 0.5 내지 1질량％ 및 P : 0.003 내지 0.03질량％를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며,
초정 Si 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛, 단면에 있어서의 초정 Si 입자의 면적 점유율이 3 내지 12％, 금속간 화합물의 평균 입경이 1.5 내지 8㎛, 단면에 있어서의 금속간 화합물의 면적 점유율이 4 내지 12％인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
[2] 상기 알루미늄 합금에 있어서, Mn : 0.15 내지 0.5질량％, Fe : 0.1 내지 0.5질량％ 중 적어도 한 쪽을 함유하는 전항 1에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
[3] 상기 초정 Si 입자의 평균 입경이 10 내지 20㎛인 전항 1 또는 2에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
[4] 단면에 있어서의 상기 초정 Si 입자의 면적 점유율이 5 내지 8％인 전항 1 내지 3중 어느 하나에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
[5] 상기 금속간 화합물의 평균 입경이 2 내지 5㎛인 전항1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
[6] 단면에 있어서의 상기 금속간 화합물의 면적 점유율이 5 내지 8％인 전항 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
또한, 본 발명의 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법은, 하기 [7] 내지 [12]에 기재된 구성을 갖는다.
[7] Si : 13 내지 15질량％, Cu : 5.5 내지 9질량％, Mg : 0.2 내지 1질량％, Ni : 0.5 내지 1질량％ 및 P : 0.003 내지 0.03질량％를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 주괴에 대하여, 450 내지 500℃에서 3 내지 12시간의 균질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
[8] 상기 알루미늄 합금 주괴에 있어서, Mn : 0.15 내지 0.5질량％, Fe : 0.1 내지 0.5질량％ 중 적어도 한 쪽을 함유하는 전항 7에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
[9] 상기 균질화 처리를 470℃ 이상 500℃ 미만에서 4 내지 8시간의 조건으로 행하는 전항 7 또는 8에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
[10] 상기 균질화 처리를 실시한 알루미늄 합금 주괴에 대하여, 기계 가공 및 소성 가공 중 적어도 한 쪽의 가공을 실시하는 전항 7 내지 9 중 어느 하나에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
[11] 상기 기계 가공은 절단인 전항 10에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
[12] 상기 소성 가공은 단조인 전항 10 또는 11에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
<발명의 효과>
상기 [1]에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재는, 합금 조성에 있어서, Si 농도를 낮게 함으로써 가공성이 향상되고, Cu 및 Ni의 첨가에 의해 형성되는 금속간 화합물에 의해 내마모성, 내시징성이 보완된다. 또한, Cu 및 Ni의 첨가에 의해 우수한 내연화성을 얻을 수 있다. 게다가, 금속 조직에 있어서는 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 평균 입경, 면적 점유율은 소정 범위 내로 규정되어 있기 때문에, 우수한 가공성, 내마모성, 내시징성, 내연화성을 얻을 수 있다. 또한, P의 첨가에 의해 단조성, 연성, 피로 강도의 저하를 억제할 수 있다.
상기 [2][3][4][5][6]에 기재된 각 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재에 따르면, 특히 우수한 내마모성, 내시징성을 얻을 수 있다.
상기 [7]에 기재된 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금의 제조 방법에 따르면, 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 평균 입경, 면적 점유율이 상기 [1]에 기재한 범위로 이루어지고, 우수한 가공성, 내마모성, 내시징성, 내연화성을 갖고, 또한 단조성, 연성, 피로 강도의 저하가 억제된 알루미늄 합금재를 제조할 수 있다.
상기 [8][9]에 기재된 각 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법에 따르면, 특히 우수한 내마모성, 내시징성을 갖는 내마모성 알루미늄 합금재를 제조할 수 있다.
상기 [10][11][12]에 기재된 각 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법에 따르면, 우수한 가공성, 내마모성, 내시징성, 내연화성을 갖고, 또한 단조성, 연성, 피로 강도의 저하가 억제된 원하는 형상의 내마모성 알루미늄 합금재를 제조할 수 있다.
도 1A는 블록 온 링 시험 방법을 도시하는 사시도이다.
도 1B는 블록 온 링 시험 방법에 의한 내마모성의 평가 방법을 도시하는 사시도이다.
<부호의 설명>
1 : 시험편
2 : 링
3 : 마모 자국
본 발명의 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재(이하, 알루미늄 합금재라고 약칭한다)는 합금 조성을 규정하는 동시에, 금속 조직에 있어서 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 입경 및 분포 상태를 제어함으로써 가공성과 내마모성의 양쪽이 우수한 합금재이다.
알루미늄 합금은, 종래의 내마모성 알루미늄 합금보다도 Si 농도를 저하시켜 가공성을 향상시키는 동시에 Si 농도의 저하에 수반하여 저하되는 내마모성을 Cu 및 Ni의 첨가에 의해 형성되는 금속간 화합물에 의해 보완한 것이다.
상기 알루미늄 합금 조성에 있어서, Si, Cu, Mg, Ni 및 P를 필수 원소로서 함유하고, Mn, Fe를 임의로 더 함유한다. 이하에 알루미늄 합금재를 구성하는 알루미늄 합금 중의 각 원소의 첨가 의의 및 농도의 한정 이유에 대하여 상세하게 서술한다.
Si는 초정 Si나 공정 Si의 분포에 의해 내마모성, 내시징성을 향상시키는 동시에, Mg와 공존하여 Mg2Si 입자를 석출하여 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, 그 농도를 13 내지 15질량％로 한다. 13질량％ 미만에서는 상기 효과가 작고, 15질량％를 초과하면 초정 Si의 정출이 많아져, 연성, 인성이 저하되어 가공성이 나빠지고, 또한 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 바람직한 Si 농도는 13.5 내지 14.5질량％이다.
Cu는 Al-Cu계 정출물을 형성하고, 또한 Ni와 공존하여 Al-Ni-Cu계 정출물을 형성하여 내마모성, 내시징성, 내연화성을 높이는 동시에, CuAl2 입자를 석출시켜 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, 그 농도를 5.5 내지 9질량％로 한다. Cu 농도가 5.5질량％ 미만에서는 상기 효과가 작고, 9질량％를 초과하면 Al-Cu계나 Al-Ni-Cu계의 조대 정출물이 증가하여 단조성, 연성, 인성이 저하되어 가공성이 나빠지고, 또한 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 바람직한 Cu 농도는 7 내지 9질량％이다.
Mg는 Si와의 공존에 의해 Mg2Si 입자를 석출하여 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, 그 농도를 0.2 내지 1질량％로 한다. Mg 농도가 0.2질량％ 미만에서는 상기 효과가 작고, 1질량％를 초과하면 Mg2Si의 조대 정출물이 증가하여 단조성, 연성, 인성이 저하되어 가공성이 나빠지고, 또한 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 바람직한 Mg 농도는 0.3 내지 0.7질량％이다.
Ni는 Al-Ni계 정출물을 형성하고, 또 Cu와 공존하여 Al-Ni-Cu계 정출물을 형성하여 내마모성, 내시징성, 내연화성을 높이는 원소이며, 그 농도를 0.5 내지 1질량％로 한다. Ni 농도가 0.5질량％ 미만에서는 상기 효과가 작고, 1질량％를 초과하면 조대한 정출물이 증가하여 단조성, 연성, 인성이 저하되어 가공성이 나빠지고, 또한 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 바람직한 Ni 농도는 0.65 내지 0.85질량％이다.
P는 초정 Si를 미세화시켜, 내마모성, 내시징성을 높이는 동시에, 단조성, 연성, 피로 강도의 저하를 억제하는 작용을 하는 원소이며, 그 농도를 0.003 내지 0.03질량％로 한다. P 농도가 0.003질량％ 미만에서는 초정 Si의 미세화 효과가 적고, 0.03％ 질량을 초과하면 AlP 입자가 증가하여 단조성, 연성, 인성이 저하되어 가공성이 나빠질 우려가 있다. 바람직한 P 농도는 0.003 내지 0.02질량％이다.
Mn 및 Fe는 Al-Mn계 입자, Al-Fe-Mn-Si계 입자, Al-Fe계 입자, Al-Fe-Si계 입자, Al-Ni-Fe계 입자를 정출시킴으로써, 내마모성, 내시징성을 높이는 원소이며, 적어도 한 쪽의 원소를 첨가함으로써 상기 효과를 얻을 수 있어, Mn 농도를 0.15 내지 0.5질량％, Fe 농도를 0.1 내지 0.5질량％로 한다. Mn 농도가 0.15질량％ 미만 또는 Fe 농도가 0.1질량％ 미만에서는 상기 효과가 작고, Mn 농도 또는 Fe 농도가 0.5질량％를 초과하면, 조대한 정출물이 증가하여, 단조성, 연성, 인성이 저하하여 가공성이 나빠지고, 또한 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 바람직한 Mn 농도는 0.15 내지 0.3질량％이며, 바람직한 Fe 농도는 0.1 내지 0.3질량％이다.
또한, Cu 및 Ni의 첨가에 의해, 알루미늄 합금재를 고온 상태에 있어서 경도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 고온 시의 내연화성이 향상됨으로써, 고온 표면 처리를 실시해도 알루미늄 합금 부재의 경도 저하를 억제할 수 있다.
상기 알루미늄 합금 조성에 있어서, 상기 원소의 잔량부는 Al 및 불순물이다.
본 발명의 알루미늄 합금재의 금속 조직에 있어서, 초정 Si 입자 및 금속간 화합물은 가공성, 내마모성, 내시징성에 영향을 미친다. 이하에, 알루미늄 합금재의 임의의 단면에 있어서 관찰되는 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 입경 및 금속간 화합물의 입경 및 면적 점유율에 대하여 상세하게 서술한다.
초정 Si 입자는, 그 평균 입경을 10 내지 30㎛로 한다. 평균 입경이 10㎛ 미만에서는 내마모성, 내시징성이 저하하고, 30㎛를 초과하면 단조성이나 절단성이 저하되어 가공성이 나빠진다. 바람직한 초정 Si 입자의 평균 입경은 10 내지 20㎛이다. 또한, 초정 Si 입자의 면적 점유율은 3 내지 12％로 한다. 면적 점유율이 3％ 미만에서는 내마모성, 내시징성이 저하하고, 12％를 초과하면 단조성이나 절단성이 저하되어 가공성이 나빠진다. 바람직한 초정 Si 입자의 면적 점유율을 5 내지 8％이다.
알루미늄 합금재에 있어서, 가공성, 내마모성, 내시징성에 영향을 미치는 금속간 화합물은 Al-Ni계 화합물, Al-Cu-Ni계 화합물, Al-Ni-Fe계 화합물, CuAl2, Al-(Fe, Mn)-Si계 화합물이며, 이들 금속간 화합물의 평균 입경 및 면적 점유율을 규정한다.
상기 금속간 화합물의 평균 입경은 1.5 내지 8㎛로 한다. 평균 입경이 1.5㎛ 미만에서는 내마모성, 내시징성이 저하하고, 8㎛를 초과하면 단조성이나 절단성이 저하되어 가공성이 나빠진다. 바람직한 금속간 화합물의 평균 입경은 2 내지 5㎛이다. 또한, 상기 금속간 화합물의 면적 점유율은 4 내지 12％로 한다. 면적 점유율이 4％ 미만에서는 내마모성, 내시징성이 저하하고, 12％를 초과하면 단조성이나 절단성이 저하되어 가공성이 나빠진다. 바람직한 금속간 화합물의 면적 점유율은 5 내지 8％이다.
또한, 본 발명의 알루미늄 합금재에 있어서는 Mg2Si도 형성되나, 상기 농도 범위의 Mg에서는 정출량이 적어, 상술한 금속간 화합물보다도 가공성, 내마모성, 내시징성에 미치는 영향은 적다.
상술한 본 발명의 알루미늄 합금재는, 상술한 화학 조성의 알루미늄 합금 주괴에 실시하는 균질화 처리를 소정 조건으로 행함으로써 제조할 수 있다. 환언하면, 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 입경 및 면적 점유율은 균질화 처리에 의해 제어된다.
주괴의 제조 방법은 한정되지 않고, 핫 탑 연속 주조법, 수평 연속 주조 등의 연속 주조 외에 주형 내에서 응고시킨 주괴도 본 발명에 포함된다.
주조에 있어서, 주형으로부터 주괴를 뽑는 속도인 주조 속도가 80 내지 1000㎜/분(더 바람직하게는 200 내지 1000㎜/분)인 것이 바람직하다. 초정 Si 입자가 미세 균일하게 되어, 단조성이나 절단성이나 내마모성, 내시징성이 향상되기 때문이다. 물론, 본 발명의 작용 효과는 주조 속도로 한정되지 않으나, 주조 속도를 빠르게 했을 때 그 효과는 현저해진다. 또한, 주형으로 유입하는 용탕의 평균 온도가 액상선보다도 60 내지 230℃(더 바람직하게는 80 내지 200℃) 높아지도록 설정하는 것이 바람직하다. 용탕 온도가 너무 낮으면 조대한 초정 Si 입자가 형성되어, 단조성이나 절단성이 저하될 우려가 있다. 용탕 온도가 너무 높으면 용탕 중에 대량의 수소 가스가 도입되어, 주괴 중에 폴로시티로서 도입되어, 단조성이나 절단성이 저하될 우려가 있다.
균질화 처리는, 알루미늄 합금 주괴를 450 내지 500℃의 온도에서 3 내지 12시간 유지함으로써 행한다. 처리 온도가 450℃ 미만에서는 금속간 화합물의 평균 입경이 작아, 내마모성, 내시징성이 저하하고, 500℃를 초과하면 공정 융해의 우려가 있다. 또한 처리 시간이 3시간 미만에서는 금속간 화합물의 평균 입경이 작아, 내마모성, 내시징성이 저하되고, 12시간을 초과하면 제조 비용이 증가된다. 바람직한 균질화 처리 조건은 470℃ 이상 500℃ 미만에서 4 내지 8시간이다.
상기 균질화 처리를 실시한 주괴는, 기계 가공 및 / 또는 소성 가공에 의해 원하는 형상으로 성형된다. 이들 가공 방법은 한정되지 않고, 기계 가공으로서 절단이나 절삭을 예시할 수 있으며, 소성 가공으로서 단조, 압출, 압연 등을 예시할 수 있고, 이들 가공을 단독으로 행하거나, 혹은 임의로 조합함으로써 원하는 형상으로 성형한다. 주괴의 금속 조직은 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 입경 및 면적 점유율이 상술한 범위로 형성되어 있어 가공성이 양호하기 때문에, 가공에 필요로 하는 에너지를 저감할 수 있는 동시에 성형품의 치수 정밀도도 양호해진다. 또한, 기계 가공에 있어서는 공구 수명을 연장시킬 수 있다.
원하는 형상으로 성형된 성형품은, 필요하면 용체화 처리, 담금질, 시효 처리 등의 열처리를 실시하여 알루미늄 합금재의 특성을 향상시킨다. 바람직한 용체화 처리 조건은 480 내지 500℃에서 1 내지 3시간 유지하며, 바람직한 담금질 조건은 수온 60℃ 이하의 물에 의한 수냉이다. 바람직한 시효 조건은 150 내지 230℃에서 1 내지 16시간 유지한다.
상술한 열처리에 의해, 초정 Si 입자의 평균 입경 및 면적 점유율은 거의 변화되지 않는다. 또한, 금속간 화합물의 평균 입경 및 면적 점유율의 변화는 근소하며, 상술한 금속 조직에 의해 우수한 내마모성, 내시징성, 내연화성이 얻어진다. 따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금재는 균질화 처리 후 성형 가공 전의 알루미늄 합금재, 소요 형상으로 성형 가공한 알루미늄 합금재, 또한 열처리를 실시한 알루미늄 합금재의 모두를 포함하고 있다. 알루미늄 합금재의 형상도 한정되지 않는다.
또한, 주괴 제조부터 최종 형상으로의 성형까지의 사이에는 주지의 공정을 임의로 삽입할 수 있다. 예를 들어, 연속 주조재의 진직도나 진원도를 교정하는 공정, 외주부의 불균일층이나 내부 결함을 제거하는 공정, 주괴의 표면 및 내부를 검사하는 공정을 임의로 실시할 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금재는 내마모성 및 내시징성이 우수하기 때문에, 시징 현상이 일어나기 쉬운 미끄럼 이동 부품, 특히 윤활제가 충분히 도포되지 않은 시동 시에 시징 현상이 일어나기 쉬운 미끄럼 이동 부재로서 적합하다. 구체적으로는, 오토매틱 트랜스미션의 밸브 스풀 및 밸브 슬리브, 브레이크 캘리퍼 피스톤, 브레이크 캘리퍼, 파워 스테어링용 펌프 커버, 엔진 실린더 라이너, 카에어콘용 컴프레서의 경사판을 예시할 수 있다.
실시예
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금에 대해, 핫 탑 연속 주조기를 사용하여 직경 80㎜의 환봉을 연속 주조하여 정척으로 절단하고, 표 1에 나타내는 조건으로 균질화 처리를 실시했다. 그리고, 균질화 처리 후의 연속 주조 환봉을 초경 팁 쏘(carbide tip saw)에 의해 두께 30㎜로 절단했다. 다음에, 이 두께 30㎜의 소재를 420℃로 예비 가열한 후, 두께 15㎜로 업세팅(upsetting)하였다. 그 후, 업세 트품에 495℃에서 3시간 용체화 처리를 실시하여 수냉하고, 또한 190℃에서 6시간 시효 처리를 실시했다.
Figure 112009027572040-PCT00001
상기 공정에 있어서, 균질화 처리 후의 연속 주조 환봉 및 시효 처리 후의 업세트품에 대해, 하기의 방법에 의해 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 평균 입경, 면적 점유율을 측정했다. 또한, 균질화 처리 후의 연속 주조 환봉에 대해, 하기의 방법에 의해 절단성 및 단조성을 평가했다. 또한, 시효 처리 후의 업세트품에 대하여, 하기의 방법에 의해 내시징성, 내마모성, 내연화성에 대하여 평가했다. 이들 평가 결과를 표 2, 3에 나타낸다.
[초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 평균 입경, 면적 점유율]
균질화 처리 후의 연속 주조 환봉으로부터는 종단면 외주부와 중앙부의 중간부로부터 조직 관찰용 샘플을 잘라내었다. 또한, 업세트품으로부터는 두께 방향의 단면 외주부와 중앙부의 중간부로부터 조직 관찰용 샘플을 잘라내었다. 이들 샘플을 마이크로 연마하여 금속 현미경에 의해 관찰된 마이크로 조직을 화상 처리 장치에 의해 초정 Si 입자 및 금속간 화합물의 평균 입경 및 면적 점유율을 측정하였다.
[절단성]
균질화 처리 후의 연속 주조 환봉을 초경 팁 쏘에 의해 두께 30㎜로 절단할 때에, 절단 중의 최대 부하 전력값(W)을 모터 센서에 의해 측정했다.
[단조성]
균질화 처리 후, 연속 주조 환봉으로부터 직경 15㎜, 높이 2㎜의 시험편을 잘라내어 시험편을 350℃로 가열하여 630t 메커니컬 프레스에 의해 시험편을 각 두께로 업세팅하였다. 이 시험에서는, 시험편에 균열이 발생하지 않는 한계 업세팅비(％)를 조사하였다.
[내시징성]
도 1A에 도시하는 블록 온 링 시험에 의해 평가했다.
시험편(1)은 업세트품의 외주부와, 직경 방향 및 높이 방향의 중간부로부터, 길이 15.76㎜×폭 6.36㎜×높이 10㎜의 블록을 잘라내어, 이것을 시험편으로 했다. 링(2)은 고 크롬 강(JIS G4805 SUJ2)으로 이루어지고, 외경 35㎜, 폭 8.7㎜이며, 내주부는 테이퍼가 부착되어 일단부측의 내경이 31.2㎜, 타단부측의 내경이 25.9㎜로 되어 있다.
시험 분위기는 대기 중의 실온으로 하고, 상기 시험편(1) 및 링(2)에 윤활제로서 브레이크 프루드를 도포하여 시험편(1)을 링(2)에 접촉시켜 하중을 가하는 동시에, 링(2)을 회전시켜 시험편(1)과 링(2)을 미끄럼 이동시켰다. 상기 링(2)의 회전수는 340rpm으로 일정하게 하고, 200N의 하중으로 시험을 개시하여 5분마다 하중을 200N씩 1400N까지 증가시켜 토크가 급격하게 상승되는 시징 하중을 조사했다.
[내마모성]
상술한 내시징성 시험과 마찬가지로 업세트품으로부터 시험편(1)을 제작하고, 동일한 링(2)을 사용하여 링(2)의 2/3의 높이까지 브레이크 액 중에 침지시켜 블록 온 링 시험을 행했다. 이 시험에 있어서, 상기 링(2)의 회전에 수반하여, 브레이크 액이 시험편(1)의 높이까지 감아 올려진다. 링(2)의 회전 속도 : 340rpm, 시험 하중 1300N으로 10분간 마모 시험을 행하여 시험편(1)에 형성되는 마모 자국(3)의 폭(W)을 측정하였다(도 1B 참조).
[내연화성]
제2 실시예, 제3 실시예 및 제1 비교예의 업세트품을 240℃ 및 280℃에서 60분간 또는 120분간 가열한 후에 경도(HRB)를 측정하여 가열 전(표 중의 가열 0분)의 경도와 비교하였다.
Figure 112009027572040-PCT00002
Figure 112009027572040-PCT00003
표 2 및 표 3이 나타내는 결과로부터 합금 조성, 초정 Si 입자의 평균 입경 및 면적 점유율, 금속간 화합물의 평균 입경 및 면적 점유율을 규정함으로써 우수한 가공성, 내마모성, 내시징성, 내연화성이 얻어지는 것을 확인했다.
본원은, 2006년 11월 10일에 출원된 일본 특허 출원의 일본 특허 출원 제2006-305169호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위해 사용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위해 사용된 것이 아니고, 여기에 기재되고 또한 서술된 특징 사항의 여하의 균등물도 배제하는 것이 아니라, 본 발명의 클레임 범위 내에 있어서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되어야 한다.
본 발명의 내마모성 알루미늄 합금재는 가공성이 양호하기 때문에, 소요 형상으로 가공하여 다양한 미끄럼 이동 부품으로서 적절하게 사용할 수 있다.

Claims (12)

  1. Si : 13 내지 15질량％, Cu : 5.5 내지 9질량％, Mg : 0.2 내지 1질량％, Ni : 0.5 내지 1질량％ 및 P : 0.003 내지 0.03질량％를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며,
    초정 Si 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛, 단면에 있어서의 초정 Si 입자의 면적 점유율이 3 내지 12％, 금속간 화합물의 평균 입경이 1.5 내지 8㎛, 단면에 있어서의 금속간 화합물의 면적 점유율이 4 내지 12％인 것을 특징으로 하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금에 있어서, Mn : 0.15 내지 0.5질량％, Fe : 0.1 내지 0.5질량％ 중 적어도 한 쪽을 함유하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초정 Si 입자의 평균 입경이 10 내지 20㎛인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단면에 있어서의 상기 초정 Si 입자의 면적 점유율이 5 내지 8％인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속간 화합물의 평균 입경이 2 내지 5㎛인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단면에 있어서의 상기 금속간 화합물의 면적 점유율이 5 내지 8％인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재.
  7. Si : 13 내지 15질량％, Cu : 5.5 내지 9질량％, Mg : 0.2 내지 1질량％, Ni : 0.5 내지 1질량％ 및 P : 0.003 내지 0.03질량％를 함유하고, 잔량부가 Al 및 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 주괴에 대하여, 450 내지 500℃에서 3 내지 12시간의 균질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 주괴에 있어서 Mn : 0.15 내지 0.5질량％, Fe : 0.1 내지 0.5질량％ 중 적어도 한 쪽을 함유하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 균질화 처리를 470℃ 이상 500℃ 미만에서 4 내지 8시간의 조건으로 행하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 균질화 처리를 실시한 알루미늄 합금 주괴에 대하여, 기계 가공 및 소성 가공 중 적어도 한 쪽의 가공을 실시하는, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기계 가공은 절단인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 소성 가공은 단조인, 가공성이 우수한 내마모성 알루미늄 합금재의 제조 방법.
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