JPH07197164A

JPH07197164A - 高強度高加工性アルミニウム合金とその製造方法

Info

Publication number: JPH07197164A
Application number: JP35044993A
Authority: JP
Inventors: Akira Ichinose; 晃市之瀬
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】強度、耐磨耗性に優れ、かつ加工性（冷間鍛
造性等）にも優れた自動車のコンプレッサー部品用等に
好適な高強度高加工性アルミニウム合金とその製造方法
を提供する。【構成】Ｓｉ６．０〜１５．０wt％、Ｆｅ０．１〜
１．０wt％、Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｍｇ０．２〜
１．５wt％、Ｍｎ０．１〜０．５wt％、Ｃｒ０．０５〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt％、Ｓｒ０．０２
〜０．１％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部がＡｌ
と不可避的不純物とからなることを特徴とする高強度高
加工性アルミニウム合金および上記組成のアルミニウム
合金溶湯を鋳造して鋳塊とした後、該鋳塊に５００〜５
６０℃の温度で４時間以上保持する均質化処理を施すこ
とを特徴とする高強度高加工性アルミニウム合金の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度、高耐磨耗性およ
び高加工性等が要求される自動車部品、例えば空調装置
のコンプレッサー部品として使用されるピストン、プレ
ート、スクロール等の材料として好適な高強度高加工性
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】

【従来の技術とその課題】従来、高強度、高加工性およ
び高耐磨耗性が要求される自動車部品、機械部品にはＡ
ｌ−Ｓｉ系合金であるＪＩＳ４０３２合金（押出材）、
ＪＩＳＡＣ８Ａ合金（鋳物材）、ＪＩＳＡＤＣ１２（ダ
イカスト材）等が用いられてきたが、アルミニウムの需
要を拡大するために、より高品質の材料が要求されてい
る。例えば、ルームエアコンやカーエアコンのコンプレ
ッサー部品の中で強い磨耗を受ける部品には鉄系の材料
が用いられてきたが、最近では軽量化のためにアルミニ
ウム合金を用いる場合が多くなっている。このような部
品には前記ＪＩＳＡＣ８Ａ合金、ＪＩＳＡＤＣ１２合金
が使用されてきたが、フロンガス規制によりさらに強
度、耐磨耗性に優れたアルミニウム合金が必要になって
いる。またこれらの部品の形状は複雑化してきており、
鍛造等の成形加工時の加工性に優れた材料が求められて
いる。これらの要求に対し、前記従来合金の押出材では
耐磨耗性が不十分であり、鋳物材やダイカスト材では強
度および靱性が不十分であるという問題がある。

【０００３】上記従来合金より強度、耐磨耗性に優れた
合金としてＡ３９０合金（Ａｌ−１８wt％Ｓｉ−５wt％
Ｃｕ−０．６wt％Ｍｇ合金）があり、その強度および靱
性をさらに改善するために、Ａ３９０合金の鋳物あるい
は押出材を鍛造加工して使用することが検討されてい
る。しかしこの合金は加工性が悪く、鍛造加工は熱間鍛
造で行わなければならないという問題がある。

【０００４】また上記各種Ａｌ−Ｓｉ系合金の加工性等
を改善するために、ＮａＦやＮａＣｌ等のフラックスの
状態でＮａを溶湯に添加し、鋳塊としたときのＳｉ系晶
出物の形状を球状あるいは粒状とし、かつ微細化する改
良処理も行われているが、十分な効果は得られておら
ず、フラックス成分により鋳造時に溶湯を濾過するセラ
ミックチューブフィルターが破損し易いという問題があ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み鋭意検討の結果、強度、耐磨耗性はもとより、冷
間鍛造性等の加工性にも優れた高強度高加工性アルミニ
ウム合金とその製造方法を開発したものである。

【０００６】即ち第１発明は、Ｓｉ６．０〜１５．０wt
％、Ｆｅ０．１〜１．０wt％、Ｃｕ１．０〜３．０wt
％、Ｍｇ０．２〜１．５wt％、Ｍｎ０．１〜０．５wt
％、Ｃｒ０．０５〜０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０
wt％、Ｓｒ０．０２〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下
を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなること
を特徴とする高強度高加工性アルミニウム合金である。

【０００７】また第２発明は、Ｓｉ６．０〜１５．０wt
％、Ｆｅ０．１〜１．０wt％、Ｃｕ１．０〜３．０wt
％、Ｍｇ０．２〜１．５wt％、Ｍｎ０．１〜０．５wt
％、Ｃｒ０．０５〜０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０
wt％、Ｓｒ０．０２〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下
を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなるアル
ミニウム合金溶湯を鋳造して鋳塊とした後、該鋳塊に５
００〜５６０℃の温度で４時間以上保持する均質化処理
を施すことを特徴とする高強度高加工性アルミニウム合
金の製造方法である。

【０００８】

【作用】まず本発明合金の合金組成の限定理由について
説明する。Ｓｉはアルミニウム合金のマトリックス中に
あって主に耐磨耗性を改善するとともに、熱膨張係数を
低下させる。またアルミニウム合金のヤング率を高め、
密度を低下させるので軽量化にも寄与する。その含有量
を６．０〜１５．０wt％と限定したのは、６．０wt％未
満ではその効果が十分ではなく、１５．０wt％を超える
と鋳造時の凝固速度を大きくしても初晶Ｓｉが粗大化し
て加工が困難となり、強度も低下するためである。

【０００９】Ｆｅはアルミニウム合金の硬度を高め、耐
磨耗性を向上させるが、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十分
ではなく、１．０wt％を超えると巨大晶出物が発生し加
工性が低下するためである。

【００１０】Ｃｕはアルミニウム合金の強度を高めるも
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十分ではなく、３．
０wt％を超えると初晶Ｓｉおよび共晶Ｓｉが粗大化して
冷間鍛造性等の加工性が著しく低下し、また耐食性も低
下して応力腐食割れが発生し易くなるためである。

【００１１】ＭｇはＭｇ₂Ｓｉの析出物を生成して強度
を高めるが、その含有量を０．２〜１．５wt％と限定し
たのは０．２wt％未満ではその効果が十分ではなく、
１．５wt％を超えると伸びが低下し、冷間鍛造性等の加
工性を劣化させるためである。

【００１１】Ｍｎは結晶粒を微細化する効果があり、靱
性を改善するが、その含有量を０．１〜０．５wt％と限
定したのは、０．１wt％未満ではその効果が十分ではな
く、０．５wt％を超えると耐磨耗性を低下させ、かつ粗
大金属間化合物が生成するためである。

【００１２】Ｃｒは耐磨耗性を改善するが、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十分ではなく、０．５wt％を超える
と焼入感受性が大きくなり強度を低下させるためであ
る。

【００１３】Ｎｉは耐熱性（高温強度）や耐磨耗性を向
上させるが、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十分ではな
く、１．０wt％を超えるとその効果が飽和するのみでな
く、Ａｌ₃Ｎｉ等の金属間化合物が粗大化して逆に耐熱
性、耐磨耗性が低下するためである。

【００１４】Ｔｉは結晶粒を微細化する効果があり、強
度および靱性を改善するが、その含有量を０．３wt％以
下と限定したのは、０．３wt％を超えるとその効果が飽
和してしまうためと、加工性が低下するためである。

【００１５】Ｓｒは鋳造時に添加され合金の凝固時の初
晶Ｓｉ、共晶Ｓｉの粒径を微細化し、耐磨耗性、強度、
靱性および加工性を改善するが、その添加量を０．０２
〜０．１０wt％と限定したのは、０．０２wt％未満では
その効果が十分ではなく、０．１０wt％を超えると効果
が飽和してしまい、いたずらにコスト高となるためであ
る。

【００１６】以上が本発明合金の合金元素であるが、不
可避的不純物としては通常のアルミニウム地金に含まれ
ている程度の量は差し支えない。

【００１７】つぎに本発明の製造方法について述べる。
本発明製造方法は、上記アルミニウム合金溶湯を鋳造し
て鋳塊とした後、５００〜５６０℃の温度で４時間以上
保持する均質化処理を施すことを特徴とする。Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金の均質化処理は通常５００℃未満（４５０〜４
８０℃程度）の温度で施されるが本発明においては上記
温度で均質化処理することにより、伸びを高くして加工
性を改善したものである。即ち均質化処理温度を５００
〜５６０℃と高温とすることにより、鋳造時に生成する
晶出物を十分に固溶させ、Ｍｎ、Ｃｒを微細に析出させ
ることにより高い伸び（高加工性）が得られることを見
いだしたものである。均質化処理温度が５００℃未満で
は上記効果が十分ではなく、５６０℃を超えると共晶溶
融（バーニング）等を起こして鋳塊割れを生じる。保持
時間は４時間以上であれば上記の効果が得られ、保持時
間を長くしても支障はない。

【００１８】

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。表１に示す合金組成の各種アルミニウム合金の溶
湯を通常の水冷鋳造により鋳造して直径２１９ｍｍの鋳
塊を作製した。鋳造時にＮａを添加する場合はワッフル
状のフラックスで、Ｓｒを添加する場合はＡｌ−Ｓｒ棒
で添加した。これらの鋳塊のマクロ組織およびミクロ組
織（Ｓｉ粒径）を調べ、またこれらの鋳塊を表１に示す
条件で均質化処理した後、４００℃の温度で押出加工し
て直径２７ｍｍの丸棒としたものから試験片を採り、押
出組織（Ｓｉ粒径）、Ｏ材およびＴ６材の機械的性質、
冷間鍛造性、耐磨耗性を調べた。

【００１９】主な試験方法は次の通りである。（１）Ｓｉ粒径の測定金属顕微鏡で所定の箇所を４００倍の倍率で撮影したミ
クロ写真を画像解析装置により画像解析し、Ｓｉ粒子面
積を面積等価の円に置き換えて、その円の径をＳｉ粒子
の粒径とする円相当径法によりＳｉ粒子の粒径分布を求
めた。これにより平均粒径を計測した。（２）冷間鍛造性（据込鍛造性）直径２７ｍｍ、高さ２０ｍｍの円柱状の試験片をプレス
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、次式によりその時の据込率を求め、この据
込率を限界加工度とし、限界加工度により冷間鍛造性を
評価した。（３）耐磨耗性大越式磨耗試験機を用いて、下記の条件により試験片の
比磨耗量を測定し、耐磨耗性を評価した。潤滑条件；ギヤ油（ＧＬ−５）磨耗距離；湿式２００ｍｍ荷重；１９．７ｋｇ相手材；ＳＣＭ２１磨耗速度；１．３６ｍ／ｓｅｃこれらの結果を表２に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表２から明らかなように本発明合金No. １
〜４は従来合金No. ８〜１０に比較して強度、耐磨耗性
は同等またはそれ以上であり、冷間鍛造性は格段に優れ
ている。これに対し、合金組成および製造条件が本発明
の範囲を外れる比較合金No. ５〜７は冷間鍛造性が劣る
ことが判る。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば強
度、耐磨耗性に優れ、かつ冷間鍛造性にも優れた自動車
のコンプレッサー部品用等に好適な高強度高加工性アル
ミニウム合金が得られるもので、工業上顕著な効果を奏
する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ６．０〜１５．０wt％、Ｆｅ０．１
〜１．０wt％、Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｍｇ０．２〜
１．５wt％、Ｍｎ０．１〜０．５wt％、Ｃｒ０．０５〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt％、Ｓｒ０．０２
〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部がＡ
ｌと不可避的不純物とからなることを特徴とする高強度
高加工性アルミニウム合金。
【請求項２】Ｓｉ６．０〜１５．０wt％、Ｆｅ０．１
〜１．０wt％、Ｃｕ１．０〜３．０wt％、Ｍｇ０．２〜
１．５wt％、Ｍｎ０．１〜０．５wt％、Ｃｒ０．０５〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜１．０wt％、Ｓｒ０．０２
〜０．１wt％、Ｔｉ０．３wt％以下を含有し、残部がＡ
ｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金溶湯を
鋳造して鋳塊とした後、該鋳塊に５００〜５６０℃の温
度で４時間以上保持する均質化処理を施すことを特徴と
する高強度高加工性アルミニウム合金の製造方法。