JPS6126741A - 耐摩耗性高強度アルミニウム合金材およびその製造法 - 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１ 本発明は耐摩耗性高強度アルミニウム合金材およびその
製造法に関し、さらに詳しくは、耐摩耗性および機械的
性質の優れた耐摩耗性高強度アルミニウム合金およびそ
の製造法に関する。

［従来技術１ 従来より自動車用部品として、例えば、ピストン、シリ
ンダー或いはカークーラーコンプレッサ　□一部品等の
摺動部には、軽量化と耐摩耗性が要求されている。そし
て、これらの特性を満足するために、例えば、カークー
ラーコンプレッサーには小型軽量化の容易なロータリー
コンプレッサーが広く採用されるようになってきている
。

ロータリーコンプレッサーの材料として軽量化のために
、アルミニウム合金の使用が検討されており、中でも摺
動部品のベーン材に対して、耐摩耗性、機械的性質に優
れたアルミニウム合金が望まれている。そして、このベ
ーン材は一種のシール材であるので、寸法精度は数μが
要求されるため、巣、ピンホール等の欠陥のないことが
必須である。

しかして、ベーン材としては、耐摩耗性の点からＡ３９
０．２０％アルシル等の過共晶アルミニウム合金鋳造材
が一部に使用されているが、次のような欠点がある。

（１）鋳造材であるため、巣、ピンホールが多く歩留り
が非常に低い。

（２）ベーン材は、薄肉の平板状部品であり、鋳造によ
って直接薄肉にはできず、厚肉素材から切削することに
より作られるので、歩留りが低く、また、加工工数が多
くなる。

（３）鋳造材は共晶Ｓｉが針状で大きいため、機械的性
質、特に、疲労強度が劣る。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は上記に説明したように、従来の過共晶アルミニ
ウム合金、例えば、Ａ３９０．２０％アルシル等のロー
タリーコンプレッサーのベーン材としての種々の問題点
を解消したものであって、耐摩耗性が改良され、かつ、
機械的性質にも優れた、特に、ロータリーコンプレッサ
ーのベーン材として適している耐摩耗性高強度アルミニ
ウム合金材およびその製造法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材および
その製造法は、 （１）　　Ｓｉ　１４，０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ　４．５
〜７，０ｗｔ％、Ｍｇ、０．３−１．５〜７．０ｗｔ％
、Ｆｅ　０．２５〜１，５〜７．０ｗｔ％、Ｍｎ　０．
２５〜１．５〜７．０ ｗｔ％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを
特徴とする耐摩耗性高強度アルミニウム合金材を第１の
発明とし、 （２）　　Ｓｉ　１４，０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ　４．５
〜７．Ｏｎ＋ｔ％、Ｍｇ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｆｅ　
０．２５〜１，０Ｉｌｌｔ％、Ｍｎ　０．２５（，０Ｌ
ｌｌｔ％ を含有し、さらに、 Ｃｒ　０．０５〜０，１ｂｕｔ％、Ｚｒ　０．０５〜０
，２５ｗｔ％の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
する耐摩耗性高強度アルミニウム合金材を第２の発明と
し、 （３）　　Ｓｉ　１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ　４．５
〜７．Ｏｕｔ％、Ｍｇ　０．３〜１．５〜７．０ｗｔ％
、Ｆｅ　０．２５〜１，０ｗｔ％、Ｍｎ　０．２５〜１
，０ｗｔ％ を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
合金鋳塊を、間接押出または静水圧押出によって塑性加
工を行なうことを特徴とする耐摩耗性高強度アルミニウ
ム合金材の製造法を第３の発明とし、 （４）　　Ｓｉ　１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ　４，５
〜７．０＋Ｉｌｔ％、Ｍｇ　０．３〜１．，０ｗｔ％、
Ｆｅ　０．２５〜１，０＋ｕｔ％、Ｍｎ　０．２５〜１
．５〜７．０ ｗｔ％を含有し、さらに、 Ｃｒ　０．０５〜０，４ｗｔ％、Ｚｒ　０．０５〜０，
２５ｗｔ％の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
合金鋳塊を、間接押出または静水圧押出によって塑性加
工を行なうことを特徴とする特許性高強度アルミニウム
合金材の製造法を第４の発明とする４つの発明よりなる
ものである。

なお、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材
は、平均の初品サイズ８０μ以下、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ化
合物サイズ１００以下であり、かつ、押出材であって、
ロータリーコンプレッサーのベーン材としての用途に適
しているものである。

本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材および
その製造法について以下詳細に説明する。

先ず、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材
の含有成分および成分割合にづいて説明する。

Ｓｉは耐摩耗性を付与するために不可欠の元素であり、
含有量が１４，０ｗｔ％未満ではＡ３９０以上の耐摩耗
性が確保できず、また、２２１１１ｔ％を越えて含有さ
れると粗大化した初晶Ｓｉが多量に発生して機械的性質
が悪化する。よって、Ｓｉ含有量は１４．０〜２２ｗｔ
％とする。

Ｃｕは機械的性質を向上させると共に、マトリックスの
硬度を高め、耐摩耗性を向上させる元素であり、含有量
が４．Ｓｉ１１ｔ％未満ではＡ３９０以上の耐摩耗性が
確保できず、また、７．５〜７．０ｗｔ％を越えて含有
されるとＣｕＡｌ２晶出物が多くなり、機械的性質が劣
化する。通常、アルミニウム合金においては、Ｃｕ含有
量は固溶限５．７ｗｔ％未満であるが、本発明に係る耐
摩耗性高強度アルミニウム合金材においては、固溶限を
越える量を含有させて、ＣｕＡｌ２晶出物を生成させる
ことにより硬度を高めて耐摩耗性を向上させるのである
。よって、Ｃｕ含有量は４．５〜７．５〜７．０ｗｔ％
とする。

Ｍｇは機械的性質を向上させると共にＭｇ２Ｓｉの析出
物を生成して耐摩耗性を付与する元素であり、含有量が
０，３ｗｔ％未満ではこの効果が少なく、また、１．０
ｗｔ％を越えて含有されると押出性を阻害するようにな
る。よって、Ｍｇ含有量は押出性を阻害しない範囲の０
．３〜１．５〜７．０ｗｔ％とする。

Ｆｅ、Ｍｎは略同様な効果を示し、即ち、微細な共晶Ｓ
ｉおよびＳｉ系析出物の生成を促進し、また、Ｓｉ−Ｍ
ｎ−Ｆｅ系晶出物を生成して耐摩耗性を向上させる元素
であり、含有量が０，２５ｗｔ％未満ではこの効果は少
なく、また、１．０ｗｔ％を越えて含有されると巨大化
合物を生成して機械的性質を劣化させる。よって、Ｆｅ
含有量および　Ｍｎ含有量は夫々０．２５〜１，０ｗｔ
％とする。

ＣｒはＨｖＳｉ０のＣｒＡｌ、化合物を形成し耐摩耗性
を付与する元素であり、含有量が０，０５ｗｔ％未満で
はこの効果は少なく、また、０，４ｎＬ％を越えて含有
されると粗大化合物を生成し、押出性および機械的性質
を低下させる。よって、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．４
＋ｌｌｔ％とする。

Ｚｒは押出時および熱処理時に成じる組織の粗大化を抑
制する元素であり、含有量が０．０５ｗｔ％未満ではこ
の効果は少なく、また、０，２５ｗｔ％を越えて含有さ
れると粗大化合物を形成し押出性および機械的性質を低
下させる。よって、Ｚｒ含有量は０．０５〜０．２５す
ｔ％とする。

なお、上記含有成分の外に耐摩耗性を補なう意味におい
て、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌを
０，５四ｔ％以下、また、Ｚｎ　１ｕｓｔ％以下のうち
から選んだ１種または２種以上を含有させてもよい。

また、鋳塊組織微細化のために、Ｔｉを０．００１〜０
．０５ｗｔ％含有させることができる。

さらに、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金
材の組織を、初晶Ｓｉサイズ８０μ以下、Ｓｉ−Ｍｎ−
Ｆｅ化合物サイズ１００μ以下の限定された合金組織と
することにより、耐摩耗性および機械的性質を一層改善
すると共に、ベーン材への切削加工後の表面精度を数μ
以下にすることがでｂる。

次に、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材
の製造法について説明する。

ベーン用アルミニウム合金材は上記に説明したように、
切削歩留り改善、鋳造欠陥の解消、機械的性質の改善等
の観点か呟平板状の押出材とすることが最適である。

しかしながら、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウ
ム合金材は通常のアルミニウム合金に比較して押出性が
悪い。従って、本発明者の鋭意研究の結果、間接押出、
静水圧押出により、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミ
ニウム合金材を平板状押出材として製造するのが、生産
性良く実現できることを知見した。

即ち、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材
の製造法において、もし、直接押出で１穴押出であれば
１〜４ｍ／ｍｉｎの速度で押出せるが、生産性が悪く、
また、２穴以上の多穴押出では１ｍ／ｍｉｎの速度でも
押出材表面に耐摩耗性を付与する晶出物を中心として微
小な割れが生じて製品とはならないのである。

この直接押出に対して、本発明に係る耐摩耗性高強度ア
ルミニウム合金材の製造法において、静水押出では１穴
押出であれば３〜２０ｍ／制ｎの速度で押出可能であり
、また、間接押出では２穴以上の多穴押出で１．５〜４
　ｍ／ｍ　ｉ　ｎの速度で押出すことができ、生産性は
大幅に向上する。

従って、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金
材の製造法では、間接押出法および静水圧押出法を採用
することによって、アルミニウム合金材の押出時の割れ
を防止し、生産性改善の効果を発揮するのである。

［実施例］ 次に本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金材お
よびその製造法の実施例を説明する。

実施例１ 第１表に示すＮｏ、１〜Ｎｏ、８が本発明に係る耐摩耗
性高強度アルミニウム合金であって、溶製に際して燐０
．１１１１ｔ％を添加させることにより、初晶Ｓｉの微
細化をはかり、冷却速度１．０℃／ｓｅｃ以上で鋳造し
、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物の微細化をはかって製作され
たものである。

第１表のＮｏ、１３は本発明に係る耐摩耗性高強度アル
ミニウム合金材（ベーン用）Ｎｏ、２に該当するが、そ
の組織は、第４表に示す通り初晶Ｓｉサイズ、Ｓｉ−Ｍ
ｎ−Ｆｅ化合物サイズが何れも特に大きなものであり、
即ち、このＮｏ、１３は溶製に際して燐添加による初晶
Ｓ１の微細化は行なわず、また、０．５℃／ｓｅｃ以下
の冷却速度で鋳造製作したものである。

このようにして製作された本発明に係る耐摩耗性高強度
アルミニウム合金材のＮｏ、１〜Ｎｏ、８、また、比較
例としてのＮｏ、９〜１３を以下に示す方法により比較
した。

各材料の熱処理は、４９５℃の温度で３０分間保持後、
水冷を行なってから、１７０’（：の温度に６時間保持
する処理を行なった。

耐摩耗性　：　（大鏡式摩耗試験ｆｉ）摩耗速度　：　
０．１顛／ｓｅｅ 荷重　　　：　　２．ＩＫｇ 比摩耗量により比較。

表面精度　：　押出材を切削後、バレル研磨し、表面の
平均粗さで比較。

この結果について第１表に示す。

この第１表から明らかなように、本発明に係る耐摩耗性
高強度アルミニウム合金材は、比較合金Ｎｏ、９の従来
の過共晶Ｓｉ合金より耐摩耗性および機械的性質が優れ
ている。

さらに、本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム合金
材のＮｏ、２は初晶サイズ８０μ以下の４０μであり、
また、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物サイズ１００μ以下の６
０μであり、比較合金Ｎｏ。

１３の夫々のサイズが上記サイズより大幅に大きいこと
により耐摩耗性、機械的性質および表面精度が劣ってい
ることか呟合金組織のサイズを特定することは有利であ
る。

なお、第１図は晶出物サイズが鋳造の際の冷却速度によ
り影響を受けることについて示したものであり、即ち、
Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ化合物サイズを１００μ以下とするた
めには、０．５℃／ｓｅｅ以上の冷却速度が必要である
このがわかる。

また、第２図および第３図は、本発明に係る耐摩耗性高
強度アルミニウム合金材Ｎｏ、２と比較合金Ｎｏ、１３
の顕微鏡写真（１００倍）を示し、Ｎｏ。

２の組織寸法の微細化を顕著に示している。

実施例２ 第１表のＮｏ、２に示す含有成分および成分割合のアル
ミニウム合金を実施例１と同様の方法により溶製し、２
４５φの鋳塊とした。

次に、この鋳塊を４７０℃の温度で８時間の均質化処理
を行なった後、押出温度３３０℃で間接押出しを行ない
、この押出材から疲労試験片を採取した。

また、上記鋳塊を４７０℃の温度で８時間の均質化処理
を行ない、この鋳塊から疲労試験片を採取した。

この両試験片を、４９５°Ｃの温度で３０分間の溶体化
処理を行なった後、水焼入れをし、１７０℃の温度で６
時間の時効処理を施し、小野式疲労試験により疲労強度
を比較した。

この結果を第４図に示す。

この第４図から明らかなように、本発明に係る耐摩耗性
高強度アルミニウム合金材（図中−〇−〇−で示す。）
は押出加工によって、共晶Ｓｉが徽細均一化されるため
、鋳造材（図中−・−・−で示す。）に比較して疲労強
度が改善されていることがわかる。

実施例３ 第１表に示す含有成分および成分割合のアルミニウム合
金を通常の方法により溶製して債遺し、２４５φｘｉｏ
ｏｏ＋のｆｉ塊を作製した。

この鋳塊を４７０℃の温度で３時間の均質化処理を行な
った後、押出温度３３０℃、製品サイズ４．５ｔＸ１９
＋ｌｌの平板に直接押出、間接押出により押出した。そ
の結果を第２表に示す。

実施例４ 第１表に示す含有成分および成分割合のアルミニウム合
金を通常の方法により溶製して鋳造し、７０φｘ１５０
１の鋳塊を作製し、この鋳塊を４７０℃の温度で８時間
の均質化処理を行なった後、押出温度３５０℃、製品サ
イズ４．５ｔＸ１９ｗの平板に静水圧押出により押出し
た。

この結果についても第２表に示す。

この第２表から明らかなように、含有成分、成分割合に
よって押出材に割れの発生がなく、押出可能な速度は異
なるけれども、間接押出であれば多穴押出が可能であり
、１穴の直接押出に比較して４倍の生産性が得られる。

また、静水圧押出であれば、直接押出の約５倍の押出速
度で押出すことが可能であることがわかる。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明に係る耐摩耗性高強度アル
ミニウム合金材およびその製造法は上記の構成を有して
いるものであるか呟耐摩耗性に優れていることはもとよ
り、押出性および機械的性質にも優れているという効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は晶出物サイズと冷却速度の関係を示す図、第２
図、第３図は本発明に係る耐摩耗性高強度アルミニウム
合金材と比較合￥との合金組織を示す顕微鏡写真、第４
図は応力と繰返し数との関係を示す図である。 ｗ丁簀

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ４．５〜７．０
   ｗｔ％、Ｍｇ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｆｅ０．２５〜１
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２５〜１．０ｗｔ％ を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
   する耐摩耗性高強度アルミニウム合金材。
2. （２）Ｓｉ１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ４．５〜７．０
   ｗｔ％、Ｍｇ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｆｅ０．２５〜１
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２５〜１．０ｗｔ％ を含有し、さらに、 Ｃｒ０．０５〜０．４ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．２５
   ｗｔ％の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることを特徴と
   する耐摩耗性高強度アルミニウム合金材。
3. （３）平均の初晶Ｓｉサイズ８０μ以下、Ｓｉ−Ｍｎ−
   Ｆｅ化合物粒子サイズ１００μ以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項および第２項記載の耐摩耗性
   高強度アルミニウム合金材。
4. （４）押出材であり、用途がベーン用であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項および第３項記載
   の耐摩耗性高強度アルミニウム合金材。
5. （５）Ｓｉ１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ４．５〜７．０
   ｗｔ％、Ｍｇ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｆｅ０．２５〜１
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２５〜１．０ｗｔ％ を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
   合金鋳塊を、間接押出または静水圧押出によって塑性加
   工を行なうことを特徴とする耐摩耗性高強度アルミニウ
   ム合金材の製造法。
6. （６）Ｓｉ１４．０〜２２ｗｔ％、Ｃｕ４．５〜７．０
   ｗｔ％、Ｍｇ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｆｅ０．２５〜１
   ．０ｗｔ％、Ｍｎ０．２５〜１．０ｗｔ％ を含有し、さらに、 Ｃｒ０．０５〜０．４ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．２５
   ｗｔ％の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
   合金鋳塊を、間接押出または静水圧押出によって塑性加
   工を行なうことを特徴とする耐摩耗性高強度アルミニウ
   ム合金材の製造法。