JPH0347938A - 切削加工用非熱処理型高強度アルミニウム合金 - Google Patents

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 この発明はプラスチックやゴム等の成形に用いられる金
型、あるいは各種機械部品の如く、良好な切削性（被削
性）が要求される部材に使用される、高強度を有する非
熱処理型の切削加工用アルミニウム合金に関するもので
ある。

従来の技術 一般に切削加工が施されて使用される用途の高強度アル
ミニウム合金としては、熱処理型の合金が用いられるこ
とが多く、例えばプラスチックやゴム等の成形に使用さ
れる金型の材料としては、ＪＩＳ　　７０００番系の合
金、例えば７０７５合金Ｔ合金理材、あるいはＪＩＳ　
　２０００番系の合金、例えば２０１４合金Ｔ合金理材
が多用されており、一部では非熱処理型合金であるＪＩ
Ｓ５０００番系の合金例えば５０８３合金の軟質材や５
０５２合金のＨ１１２も用いられている。

発明が解決しようとする課題 ところで熱処理合金の場合は、熱処理を必須とするため
金型等の製造コストが高くならざるを得ず、また切削加
工時に残留応力の解放により歪が発生するため、寸法精
度が低くなる問題もある。

一方非熱処理型合金では、熱処理が不要となるため低コ
スト化が可能であり、また切削加工時における残留応力
の解放もないため金型等における寸法精度の管理面でも
有利となる。また非熱処理合金を金型に使用した場合、
補修溶接や型のつなぎ溶接においても溶加材の選択に制
約がなく、その自由度が高くなる。したがってこれらの
面からすれば、非熱処理型合金を金型材等の切削用の用
途に使用することが有利と考えられる。しかしながら従
来切削用の非熱処理型合金として一部で金型材に使用さ
れている５０００番系合金では、次に述べるように、切
削性が必ずしも充分に良好であるとは言えず、また切削
性を向上させようとすれば製造時における熱間加工性が
低下してしまうことがあった。

すなわち、一般に金型材の切削は高速で行なわれるのが
通常であり、非熱処理合金軟質材を超硬合金バイトで切
削する場合、１０００Ｒ／ｍｉｎ前後の切削速度が採用
されている。このような高速切削では、工具刃先の温度
上昇を招くが、その場合工具の寿命に好ましくないから
一般に適当なりＩＩ潤滑剤使用される。一方、切削によ
って平滑な切削仕上げ面を得るためには、ある程度の工
具刃先の温度上昇を得て、いわゆる構成刃先の生成が妨
げられるような切削条件を適用することが好ましい。

アルミニウム合金の切削性の評価については、上述のよ
うに構成刃先の生成が妨げられて平滑な切削仕上げ面が
確保されること、および適切な切屑形状が得られること
が挙げられるが、後者の切屑形状に関しては、切削時の
送りに数十分の−の変動を一定時間間隔で与えることに
よって切屑形状の制御ができるようになっている。一方
、アルミニウム合金について、切削時の工具刃先温度を
ある程度上昇させて構成刃先の生成を防止し、平滑な切
削仕上げ面を得るためには、マトリックスの硬さを高め
て、切削抵抗を増すことが考えられるが、従来の非熱処
理型合金である５０００番系合金軟質材では未だ不充分
であった。

ところで５０００番系合金軟質材の硬さを増す方法とし
ては、Ｍｇ含有量を６％程反以上に高めることが考えら
れる。しかしながらこのように多量のＭｑを添加したＡ
１合金は熱間加工性が著しく劣り、Ｍｇｍが６％程度以
上の高ＭＣＩのへ１合金厚板を量産規模の熱間圧延で得
ることは極めて困難であることが知られている。したが
ってＭｑ量を６％程度以上に高めた非熱処理型合金は、
平滑な切削仕上げ面を得るためには有利であるものの、
実際にそのような高ＭｇのＡ１合金を金型材等の切削用
の材料として量産規模で得るのは困難とされていた。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、金
型や各種機械部品の如く、切削加工を行なう用途の高強
度非熱処理型アルミニウム合金として、切削性に優れる
と同時に製造上の問題も少なく量産規模の製造において
低コストで製造可能なアルミニウム合金を提供すること
を目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明者等は既に特願昭５９−１９５５１６号（特開昭
６１−７３８５６号）にＪ５いて、主として大型溶接構
造材として使用することを目的としてＭｑを５〜９％添
加した高Ｍ９のアルミニウム合金について、Ｆｅを積極
的に添加することにより第二相化合物としてのＡβ−Ｆ
ｅ共晶化合物やＡ　１−　Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｎ系化合物を
分散させ、その分散　− 化合物相に熱間加工時の変形のひずみを分担させ、これ
によって高ＭＯのアルミニウム合金における熱間圧延性
を向上させ得ることを報告している。

そこで本発明者は、上記提案の高ＭＣＩアルミニウム合
金について、金型等の切削向けの用途についで検討した
ところ、上述のような熱間圧延性向上のための組成的配
慮は、同時に切削性向上を図り得ることを見出し、この
発明をなすに至った。

すなわち、Ｍｑを高濃度に含有させることは既に述べた
ように良好な切削仕上げ面を得るために有効であるが、
このようにＭＧを多量に含有させた場合における熱間加
工性の低下を防止するためにＦｅを添加することは、熱
間加工性の改善ばかりでなく、切削性の向上にも有利で
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、この発明の切削加工用非熱処理型高強度ア
ルミニウム合金は、Ｍ（Ｊ６．３〜９．０ｗｔ％、Ｔ　
ｉ　　０．００５〜０．２ｗｔ％、Ｆ　ｅ　０．２５〜
１．００　ｗｔ％を含有し、さらにＭ　ｎ　０．０５〜
１．０ｗｔ％、Ｏｒｏ、０５〜０．３ｗｔ％、Ｚ　ｒ　
０．０５〜０．３ｗｔ％、■０．０５〜０．３ｗｔ％、
およびＣｕ　　０．０５〜０．３ｗｔ％のうちから選ば
れた１１ａまたは２種以上を含有し、残部がＡ　ｅ　６
５よび不可避的不純物よりなることを特徴とづるもので
ある。

作　　　用 この発明の切削加工用非熱処理型高強度アルミニウム合
金の成分組成の限定理由について説明する。

Ｍｇ： ＭＱは非熱処理型アルミニウム合金にＪ３いて、マトリ
ックスの硬さ上昇による切削性の向上および高強度化に
有効な元素であるが、従来の非熱処理型合金例えば５０
８３合金以上のマトリックス硬さおよび強度を達成する
ためには、６．３ｗｔ％以上の添加が必要である。〜方
９．０ｗ１％を越えてＭｇを増量してもそれ以上の効果
の増大は少なくなり、経済的でなくなる。したがってＭ
ｇ添加量は６．３〜９．０ｓｖｔ％の範囲内とした。な
おこの範囲内でも特にＭｑを７ｖｔｔ％以上とすること
が切削性向上および高強度化に有効である。

Ｆｅ　： Ｆｅは鋳造段階でＡｆ−Ｆｅ系共晶化合物を晶出さゼる
。またＭ　ｒ＋が共存づる場合は、そのＡｌＦｅ系共品
化合物は鋳造以降の各種熱履歴過程において高温で安定
なＡβ〜Ｆｅ−１ｖｌｎ系共品化合物となる。これらの
化合物は熱間圧延工程で均一に破壊、分散され、熱間変
形での変形ひずみの分散化を促進して熱間加工性を向上
させる役割を果たり−ｏまたこれらの化合物は、切削加
工時において構成刃先の生成を抑えて、切削面粗さを均
一にするとともに切削工具の寿命延長に寄与する。

このようにＦｅの添加は熱間加工性の向上と切削性の向
上との両者に寄与する。ここでＦｅｌが０．２５　ｗｔ
％未満では、高Ｍｑのアルミニウム合金の熱間加工性を
充分に向上させることが困難であり、一方Ｆｅｆｆ１が
１．００　ｗｔ％を越えれば化合物の分布数が多過ぎて
合金累月の延性、靭性を劣化させるｄ３それがある。し
たがってＦｅｆｆ１は０．２５〜１．００　ｗｔ％とす
ることが望ましい。

Ｔ１： Ｔｉは鋳塊の結晶粒の微細化に効果がある元素であり、
その結晶粒微細化を通じて熱間加工性を向上ざゼる役割
を果たすが、０．００５１％未満では結晶粒微細化の効
果が認められ′ヂ、一方０．２ｗｔ％を越えれば靭性を
劣化させるとともに、切削工具の寿命を短くするから、
Ｔｉの添加量は０．００５〜０゜２ｗｔ％の範囲内とし
た。

Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ　： これらは、いずれも耐応力腐食割れ性の向上に有効な元
素であり、またこれらのうちＭｎ、Ｑｒ。

Ｚｒ、Ｖは強度、特に耐力の確保に有効である。

これらの元素は、いずれも０．０５　ｖｔｔ％未満では
上述の効果が得られない。一方Ｍｎが１．０ｗｔ％、ｃ
ｒ、ｚｒ、ｖが０．３ｗｔ％を越えれば金属間化合物が
多くなり、時には巨大金属間化合物が晶出して健全な鋳
塊が得られなくなり、圧延材の品質の均一性を損なうお
それがあり、またＣｕが０．３ｗｔ％を越えればＭｇを
高濃度に含有するアルミニウム合金では熱間加工性を損
なうおそれがある。しだがっＴＭｎは０．０５〜１．０
ｖｔ％の範囲内、Ｃｒ。

ｚｒ、ｖ、ｃｕは０．０５〜０．３ｗｔ％の範囲内とし
た。

さらにこの発明の合金においては、不可避的不純物とし
てＳｉやＺｎが含有されることがあり、これらは次のよ
うな範囲内で許容される。

すなわち、７．ｎは０．５０　ｗｔ％までは許容される
。

Ｚｎが０．５０　ｗｔ％を越えれば耐食性に問題が生じ
る。またＳｉは０．４０　ｗｔ％までは許容される。

Ｓｉが０．４０　ｗｔ％を越えれば、Ａ＆−Ｍｃ＋−８
ｉ系の共晶化合物が増加して溶接性を損なう。

なおこの発明の合金は易酸化性のＭｇを多量に含む合金
であるから、合金の溶製、鋳造時における溶湯の酸化を
防止するため、３ｅをｏ、ｏｏｏｉ〜０、００２ｗｔ％
稈度添加することが好ましい。

実　　施　　例 第１表のＡ〜■に示す成分組成の合金について、常法に
したがって溶解、ＤＣ鋳造を行なって鋳塊とした後、均
質化処理を行なって通常の量産規模の熱間圧延法により
板厚５０．＃Ｉに熱間圧延し、仕上げ焼鈍を行なった。

各板から直径３００ＩＲｍＸ厚さ５００ ｒＲｍ（元板厚）の円盤状の試験片を採取し、円周面に
沿って切削試験を実施し、また機械的性質を調べた。そ
の結果を第２表に示す。なお切削試験の条件は次の通り
である。

送り速度：　０．０８３１１＃Ｉ　／　ｒｅｖ切込み深
さ：　　０．５．ｍ 切削速度：　　３００Ｒ／ｍｉまたは６００ｍ　／　ｒ
ａ。

使用工具：に１０ 切　削　油：使用せず ２ 第２表から明らかなように、この発明の成分組成範囲内
の合金Ａ−Ｇは、いずれも高強度を有するばかりでなく
、切削仕上げ面の表面平滑度が高い。これは、マトリッ
クスの硬さが高いため切削温度が高目となり、そのため
切削加工時における構成刃先の生成が防止されたためと
考えられる。

なお切削速度がさらに高くなった場合には、刃先温度は
より高温となって切削工具寿命の低下を招くと考えられ
るが、その場合も例えば水溶性潤滑剤等を用いれば、温
度の過剰な上昇を押えて、良好な切削条件を維持するこ
とが可能である。

なおまた、この発明の成分組成範囲内の合金Ａ〜Ｇはい
ずれもＭｇ含有量が多いが、通常の量産規模の熱間圧延
法でも特に割れ等を発生することなく、円滑に熱間圧延
を行なうことができた。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、この発明の切削加
工用非熱処理型合金は、高強度を有するばかりでなく、
切削性が著しく優れていて、平滑な切削仕上げ面を得る
ことができ、しかも熱間加工性にも優れているため通常
の量産規模の熱間圧延工程を適用することができるから
、特に製造コストが嵩むこともなく、したがってゴムや
プラスチックの成形に使用される金型や各種機械部品の
如く、切削を施して用いられる部材の素材として好適で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｍｇ６．３〜９．０ｗｔ％、Ｔｉ０．００５〜０．２ｗ
   ｔ％、Ｆｅ０．２５〜１．００ｗｔ％を含有し、さらに
   Ｍｎ０．０５〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ０．０５〜０．３ｗ
   ｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｖ０．０５〜０．
   ３ｗｔ％、およびＣｕ０．０５〜０．３ｗｔ％のうちか
   ら選ばれた１種または２種以上を含有し、残部がＡｌお
   よび不可避的不純物よりなることを特徴とする切削加工
   用非熱処理型高強度アルミニウム合金。