JPH05287427A

JPH05287427A - 冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金とその製造方法

Info

Publication number: JPH05287427A
Application number: JP11535492A
Authority: JP
Inventors: Akira Ichinose; 晃市之瀬
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｆｅ０．１〜１．
０wt％、Ｓｉ６．０〜１０wt％、Ｍｇ０．２〜１．５wt
％、Ｍｎ０．０５〜０．２wt％、Ｃｒ０．０５〜０．５
wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０ｗｔ% 、Ｓｒ０．０２〜
０．１０wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部が実
質的にＡｌからなるＡｌ合金。【効果】圧延、押出、鋳物分野等に使用される共晶又
は亜共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金で、かなり複雑な形状
まで冷間鍛造が可能で、強度と耐摩耗性を大巾に改善し
た冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はかなり複雑な形状まで冷
間鍛造が可能で、強度と耐摩耗性を大巾に改善した冷間
鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金とその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来耐
摩耗性を要求される自動車部品、機械部品などとしてＡ
ｌ−Ｓｉ系合金である４０３２（押出材）、ＡＣ８Ａ
（鋳物）、ＡＤＣ１２（ダイカスト）などが用いられて
きたが、アルミニウム合金の需要拡大に伴い、その要求
品質も変化し且つより高くなりつつある。即ち上記従来
合金の押出材では耐摩耗性が不十分であったり、鋳物及
びダイカストでは強度及び靭性が不十分であったり、と
いうような性能上の問題が指摘されている。

【０００３】また従来合金において上述以外に耐摩耗性
に優れた合金としてＡ３９０があり、その強度及び靭性
をさらに改善のためにＡ３９０の鋳物又は押出材を鍛造
して使用する方法が検討されている。ところがこの合金
は鍛造性が悪く、冷間鍛造ではなく温間又は熱間鍛造を
する必要があり、製造コストが高くなってしまう。そこ
で上記合金において共晶や亜共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合
金の共晶組織を微細化するために改良処理が行われてお
り、この改良処理剤としては従来Ｎａ、Ｓｒ及びＳｂ等
が多用されている。しかしこの場合押出材を製造するた
めの実操業ではＮａの改良処理がほとんどで、ＳｒやＳ
ｂは別の用途で使用されているのが現状である。

【０００４】ところで、Ｎａによる改良処理はＡｌ−Ｓ
ｉ系合金の溶湯中に添加することにより、凝固して得ら
れるＡｌ−Ｓｉ系合金の鋳塊の共晶組織を微細化するも
のであるが、Ｎａが極めて活性な金属であるため、一般
的にＮａＦ又はＮａＣｌ等のフラックスの状態でＮａを
溶湯に添加する。しかしながらＮａによる改良処理は、
その改良持続時間が約１〜２時間と短いのに加え、フラ
ックス成分による溶湯汚染並びに炉床及び炉壁の損傷と
いう問題点がある。また製品を高品質化するためにチュ
ーブラーフィルタを使用して溶湯を洗浄化処理すること
があるが、Ｎａ添加用のフラックス成分によりこのチュ
ーブラーフィルタ等が破損しやすい問題点もある。

【０００５】そこで改良処理剤としてＮａにかわるもの
が求められ、各種研究されている。このうち上記Ｓｒは
その効果の持続時間が長いと共に取扱が容易である利点
があり、またＡｌ−Ｓｒ中間合金の状態で添加すること
ができるのでＳｒ添加に伴う溶湯の汚染と言う問題も生
じない等の効果があるものである。しかし現状でのＳｒ
改良処理は、実操業時にＡｌ−Ｓｒ系金属間化合物の析
出やコストがＮａより一般的に高いために、特殊鋳物製
品にしか使われていない状態である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、圧延、押出、鋳物分野等に使用される共晶
又は亜共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金であっても、かなり
複雑な形状まで冷間鍛造が可能で、強度と耐摩耗性を大
巾に改善した冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金とそ
の製造方法を開発したものである。

【０００７】即ち本発明合金は、Ｃｕ１．０〜３．０wt
％、Ｆｅ０．１〜１．０wt％、Ｓｉ６．０〜１０wt％、
Ｍｇ０．２〜１．５wt％、Ｍｎ０．０５〜０．２wt％、
Ｃｒ０．０５〜０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt
％、Ｓｒ０．０２〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を
含有し、残部が実質的にＡｌからなることを特徴とする
ものである。

【０００８】また本発明の製造方法は、Ｃｕ１．０〜
３．０wt％、Ｆｅ０．１〜１．０wt％、Ｓｉ６．０〜１
０wt％、Ｍｇ０．２〜１．５wt％、Ｍｎ０．０５〜０．
２wt％、Ｃｒ０．０５〜０．５wt％、Ｎｉ０．１５〜
１．０wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部が実質
的にＡｌからなるアルミニウム合金の鋳造時にＳｒ０．
０２〜０．１０wt％を含有させることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】アルミニウム合金は冷間加工性に優れている
が、これは単に製造工程が容易で大量生産に向くと言う
ことだけではなく、製品の寸法精度が著しく向上する大
きな利点がある。更に摺動面部品を押出加工などで作る
時に、一般に各種の潤滑剤が使われるが熱間加工ではこ
の潤滑剤が摺動面に焼き付いて面を汚染することがしば
しばあるのに対して冷間加工ではそのようなトラブルも
解消でき、清浄な摺動面を形成することができる。この
ように耐摩耗性があって、しかも強度の高い冷間加工性
に優れたＡｌ−Ｓｉ系合金は広い用途が期待される。

【００１０】本発明は冷間加工によって強度が向上し、
かつ耐摩耗性にも優れたＡｌ−Ｓｉ系合金を提供するも
ので、改良処理剤として従来のＤＣ鋳造等に一般的に用
いられていないＳｒを適用したものである。

【００１１】以下本発明合金の含有成分範囲の限定理由
について説明する。Ｓｉは、合金に耐摩耗性を付与する
も、その含有量を６〜１０wt％と限定したのは６wt％未
満ではその効果が乏しく、また１０wt％を越えるとＳｒ
を添加して半連続鋳造し、凝固速度を高めたとしても初
晶Ｓｉが生成して加工を困難とし、強度を低下させるた
めである。

【００１２】Ｃｕはアルミニウム合金に引張強度を付与
するもので、その含有量を１．０〜３．０wt％と限定し
たのは、１．０wt％未満ではその効果が不十分であり、
また３．０wt％を越えるとＳｒを添加したとしても初晶
Ｓｉ及び共晶Ｓｉが粗大化して加工が困難となり、冷間
鍛造性を著しく低下させ、更に耐食性も低下して応力腐
食割れが発生し易くなるためである。

【００１３】Ｍｎは結晶粒微細化の効果があり、靭性を
改善させるも、その含有量を０．０５〜０．２wt％と限
定したのは、０．０５wt％未満では効果が不十分であ
り、０．２wt％を越えると耐摩耗性を低下するためであ
る。

【００１４】Ｃｒは耐摩耗性を改善するも、その含有量
を０．０５〜０．５wt％と限定したのは、０．０５wt％
未満ではその効果が不十分で、０．５wt％を越えると焼
入れ感受性を大にして強度を低下させるためである。

【００１５】ＭｇはＭｇ₂Ｓｉの析出物を生成して強度
を付与するも、その含有量を０．２〜１．５wt％と限定
したのは、０．２wt％未満では効果が不十分であり、
１．５wt％を越えると伸びが低下し、冷間鍛造性等の塑
性加工性を劣化するためである。

【００１６】Ｆｅはアルミニウム合金の硬度を上昇させ
る作用があり、Ｆｅを含有することにより、アルミニウ
ム合金の耐摩耗性を向上するも、その含有量を０．１〜
１．０wt％と限定したのは、０．１wt％未満ではその効
果が不十分であり、１．０wt％を越えると巨大晶出物が
発生するためである。

【００１７】Ｎｉは耐熱性（高温強度）や耐摩耗性を向
上するも、その含有量を０．０５〜１．０wt％と限定し
たのは、０．０５wt％未満ではその効果が不十分であ
り、１．０wt％を越えるとその効果が飽和するのみでな
くＡｌ₃Ｎｉ等の化合物が粗大化して耐熱、耐摩耗性を
劣化させるためである。

【００１８】Ｔｉは結晶粒微細化効果があり、強度及び
靭性の改善効果があるも、その含有量を０．３wt％以下
と限定したのは、０．３wt％を越えるとその効果が飽和
するためである。尚ＴｉはＴｉ−Ｂの形で添加するが、
Ｂ量はＴｉの１／10〜１／20とする。

【００１９】本発明では以上の組成のＡｌ合金の鋳造時
に改良処理剤として０．０２〜０．１０wt％のＳｒを添
加する。このようにＳｒを添加することにより、５〜２
４時間と長い改良持続時間が得られ、かつ合金の凝固時
に初晶Ｓｉと共晶Ｓｉの平均Ｓｉ粒を１０μｍ以下と微
細化でき、さらに押出加工後においても平均Ｓｉ粒を５
μｍ以下の均一微細Ｓｉ粒組織とするので、耐摩耗性、
強度、靭性及び塑性加工性を向上させるも、その添加量
を０．０２〜０．１０wt％と限定したのは、０．０２wt
％未満では効果が不十分であり、０．１０wt％を越える
とその効果が飽和して過飽和状態となるためである。し
かしてＳｒ含有量を上記範囲とし、他の添加元素特にＳ
ｉ含有量を上記範囲とすれば前記のようにＡｌ−Ｓｒ金
属間化合物は生成しなくなる。

【００２０】またＺｎ等の不純物は普通のＡｌ地金に含
まれている程度の量はさしつかえない。

【００２１】本発明Ａｌ合金は改良剤としてＳｒを添加
するにもかかわらずＳｒ系化合物の発生を防止し、高品
質の鋳塊を安定して鋳造し、更に押出加工後のＳｉ粒を
均一微細とするものである。即ち本発明合金は鋳造棒又
は押出棒等の主として冷間鍛造用素材として用いること
により、冷間鍛造が容易となるものである。

【００２２】

【実施例】以下本発明を実施例について説明する。表１
に示す本発明合金（Ｎo.１〜４）、比較合金（Ｎo.５〜
７）、従来合金（Ｎo.８〜１０）について、下記の方法
により試験材を作成し、鋳造後のマクロ及びミクロ組
織、機械的性質、冷間鍛造性、耐摩耗性を調べた。その
結果を表２に示す。

【００２３】試験材は表１に示す含有成分及び成分割合
のアルミニウム合金を通常の方法（ＤＣ鋳造）で溶製
し、改良処理剤としてＳｒ又はＮａを表１のよう添加し
た。この際Ｎａはワッフル状のフラックスを、ＳｒはＡ
ｌ−Ｓｒロッドを用いて添加し、随時改良保持時間につ
いても調べ、それぞれについて鋳塊を作成した。得られ
た鋳塊は４７０℃で１２時間均一化処理を行った後、従
来合金Ｎo.９を除き、４００℃の温度で直径２７mmの丸
棒に押出加工したものを試験材とした。

【００２４】次に主な試験材の試験方法について説明す
る。冷間鍛造性（据込鍛造性）；試験片は形状が直径２
７mm、高さ２０mmの円柱棒で、プレスにより圧縮し、自
由変形面に微小割れが発生した時、圧縮を停止し、その
時の据入率（限界加工度）をにより求めた。即ち据込鍛造性の難易度を据込率で表わ
した。

【００２５】初晶及び共晶Ｓｉ粒子形状の測定；金属顕
微鏡で所定の箇所を４００倍で撮影したミク写真を画像
解析装置（アスペクト）により画像解析を行い、Ｓｉ粒
子面積を面積等価の円に置換えて、その円を代表として
Ｓｉ粒子径とする円相当径法により粒子径分布を求め
た。これにより平均粒子径を計測した。

【００２６】耐摩耗性；大越式摩耗試験機を用いて、下
記の条件により供試材の比摩耗量を測定し、摩耗性を評
価した。潤滑条件；無潤滑摩耗距離；乾式１２００mm 荷重；乾式１９．７kg 相手材；ＳＣＭ２１摩耗速度；１．３６m/sec 使用油；ギヤー油（ＧＬ−５）

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、本発明合金（Ｎ
o.１〜４）は、本発明の組織範囲より外れる比較合金
（Ｎo.５〜７）及び従来合金（Ｎo.８〜１０）に比べ
て、強度、耐摩耗性、冷間鍛造性のバランスが優れ、組
織的にも鋳塊のマクロ組織（ＤＡＳ等）や改良処理によ
り平均Ｓｉ粒径でもＳｒの効果が確認される。また本発
明合金のＤＣ鋳造時の改良保持時間は比較合金や従来合
金に比べても優れていることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】このように本発明によれば、得られたア
ミニウム合金は従来のアルミニウム合金で成し得なかっ
た強度や耐摩耗性と冷間鍛造性の相反する特性の双方に
優れるとともに、その製造途中の条件管理が確実且つ容
易になる等工業上顕著な効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｆｅ０．１〜
１．０wt％、Ｓｉ６．０〜１０wt％、Ｍｇ０．２〜１．
５wt％、Ｍｎ０．０５〜０．２wt％、Ｃｒ０．０５〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt％、Ｓｒ０．０２
〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部が実
質的にＡｌからなることを特徴とする冷間鍛造用耐摩耗
性アルミニウ合金。
【請求項２】Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｆｅ０．１〜
１．０wt％、Ｓｉ６．０〜１０wt％、Ｍｇ０．２〜１．
５wt％、Ｍｎ０．０５〜０．２wt％、Ｃｒ０．０５〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt％、Ｔｉ０．３wt
％以下を含有し、残部が実質的にＡｌからなるアルミニ
ウム合金の鋳造時にＳｒ０．０２〜０．１０wt％を含有
させることを特徴とする冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウ
ム合金の製造方法。