JPS62196350A - 耐焼付性、耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材 - 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】 （技術分野） 本発明は、Ａｆｆ−３ｉ系のアルミニウム合金材、特に
耐焼旬性、耐摩耗性に優れたＡ　ｊ！　−Ｓ　ｉ系アル
ミニウム合金材に関するものである。

（従来技術とその問題点） 近年、Ａｌ−３ｉ系の耐摩耗性合金が、その優れた特性
の故に、ＶＴＲシリンダの他、内燃機関のシリンダブロ
ック、シリンダライナやピストン、またバルブリフタ、
バルブスプリングリテーナ、ロッカアーム等の動弁部品
、更にはコンプレッサのヘーン材等の用途における材料
として注目を受けており、それぞれの用途に適応させる
べく幾つかの合金組成のものが提案されている。例えば
、特開昭６０−９２４４１号公報には、ＡＡ−３ｉ−Ｃ
ｕ−Ｍ　ｇ系の耐摩耗型合金が明らかにされており、ま
た特開昭６０−２０８４４３号公報には、Ａｌ−Ａｌ−
３ｉ−Ｃｕ−ＣＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ）系の、更には特開昭
５９−１３０４０号公報や特開昭５９−１３０４１号公
報ニは、Ａｊ！−３ｉ　−（Ｆｃ、Ｍｎ、Ｎｉ）系の耐
熱、耐摩耗型合金が明らかにされているのである。

しかしながら、これら従来から提案されているＡ７！−
５ｉ系合金は、何れも耐摩耗性には優れているものの、
耐焼（ＮＪ性が今一つ十分でなく、そのために使用用途
に制限を受けたり、その使用条件に制約が加わる等の問
題が内在している。即ち、ロークリコンプレツナのベー
ン材、内燃機関のシリンダライナやシリンダスリーブの
材料として用いられた場合において、摩耗の問題は生じ
ないものの、焼付きの問題を惹起することが認められて
いるのである。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、優れた耐
摩耗特性に加えて、更に優れた耐焼付性を有するアルミ
ニウム合金材を提供することにあり、そしてそのために
、本発明にあっては、重量基準で、１０〜３５％のＳｉ
と、０．２〜８％のＰｂ及び／又は０．２〜８％のＳｎ
とを含み、且つ残部がＡｌと不可避的不純物からなる合
金組成を有すると共に、合金組織中においてＳｉ粒子が
微細に分散せしめられるように、アルミニウム合金材を
構成したのである。

また、本発明にあっては、かかる合金組成のアルミニウ
ム合金材に、更に、（ａ）０．５〜ｌＯ％のＣｕ及び／
又は０．３〜６％のＭｇ、及び／又は（ｂ）それぞれ０
．３〜１０％のＦｅ５Ｍｎ５及びＮｉのうちの少なくと
も１種を、必要に応じて、含有せしめることをも、その
要旨とするものであり、そしてこれによって、かかるア
ルミニウム合金材の強度特性や耐摩耗特性、更には耐熱
性等の特性がより一層向上せしめられることとなるので
ある。

（構成の具体的な説明） ところで、かくの如き本発明におけるアルミニウム合金
材の合金成分において、Ｓｉ（ケイ素）は、その添加に
よって、目的とする合金材の耐摩耗特性、強度特性等を
向上せしめ、またその熱膨張係数を低下せしめる元素で
ある。そして、このＳｉの添加効果を十分に奏せしめる
ためには、その添加量が少なくとも１０％（重量基準、
以下同じ）以上となる必要があるが、このＳｉの余りに
も多量の添加は、押出しや鍛造等の熱間加工性に悪影響
をもたらし、また切削性を低下せしめ、切削ハイドのノ
）命を低下させ、更には被切削面の面粗度が粗くなる等
の聞届を生ずるところから、その添加量の上限は３５％
とする必要がある。

また、上記Ｓｉと共に、本発明に従うアルミニウム合金
材における主要合金成分たるＰｂ（鉛）及び５ｎ（１Ｂ
）は、それぞれ、アルミニウム合金材の耐焼付性を効果
的に向上せしめ得る元素であって、その添加量が少ない
場合には効果が十分でなく、他方それを多量に添加すれ
ば、熱間加工性が劣るようになる。従って、Ｐ　ｂ　％
　Ｓ　ｎによる耐焼付性向上効果を有効に発揮せしめる
には、それぞれ、０．２〜８％の割合において、単独に
若しくは併用して、添加されることとなる。

さらに、本発明にあっては、かかる主要添加元素のＳｉ
とＰ　ｂ　／　Ｓ　ｎとからなる合金成分の他に、必要
に応じて、所定量のＣｕ、（洞）及び／又はＭｇ　（マ
グネシウム）が添加せしめられることとなるが、かかる
Ｃｕは、合金に時効硬化性を付与し、常温強度、耐摩耗
性を向上せしめる。また、固溶硬化により、高温強度を
向上させる特徴をも有する。そして、これらの効果は、
Ｃｕの添加■がＯ１５％未満では十分でなく、またＣｕ
の添加量が１０％を越えるようになると、それらの効果
は飽和するようになり、また材料の耐食性が害される等
の問題が発生する。

また、Ｍｇは、Ｃｕと同様に、時効硬化性を付与して、
常温強度、耐摩耗性を向上せしめ、また固溶硬化により
材料の高温強度を向上せしめる。

この効果は、０．３％未満のＭｇの添加量では十分でな
く、またその添加量が６％を越えるようになると、その
効果は飽和するようになり、また延性が低下する等の問
題を惹起する。

更にまた、本発明において、上記のＣｕ　／　Ｍ　ｇに
代えて若しくはそれと共に、Ａｌ−３ｉ−Ｐｂ／　Ｓ　
ｎ合金に対して、必要に応じて、更に所定量のＦｅ（鉄
）、Ｍｎ（マンガン）及びＮｉ　にソケル）が、単独で
若しくはそれらを組合わせて、添加せしめられる。この
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉは、それぞれ、単独で又は共働して、
材料の耐熱性を向上せしめ、また高温強度を高める効果
を奏するものである。なお、これらの元素は、その添加
量が余りにも少ない場合には、その効果を十分に発揮す
ることが出来ず、またそれを多望に添加すると、効果が
飽和することに加えて、熱間加工性等の特性が低下する
ようになるところから、各元素は、それぞれ０．３〜１
０％の範囲内において添加せしめる必要があり、更にこ
れらの元素は、好適には、熱間加工性等の点からその総
和（ＦｅとＭｎとＮｉの合計量）が１４％を越えないよ
うにすることが望ましい。

そして、本発明にあっては、上述の合金成分の所定■を
含むアルミニウム合金材中に存在しているＳｉ粒子に関
して、それが合金組織中において微細に分散せしめられ
ているものであるが、好適には、かかるＳｉ粒子は、そ
の平均粒子径が１５μｍ以下且つその最大粒子径が３０
μｍ以下とされることが望ましく、これによって本発明
の目的がより一層良好に達成されることとなる。なお、
Ｓｔ粉粒子平均粒子径が１５μｍを越えたり、最大粒子
径が３０μｍを越えたりすると、熱間加工性が悪化し、
また被切削性も劣るようになる等の問題を惹起する。

また、かくの如き本発明に従うアルミニウム合金材は、
前述の如き合金組成において、合金組織中にＳｉ粒子が
微細に分散せしめられるように、各種の製造手法に従っ
て製造されることとなるが、一般に、以下に示されるよ
うな方法で製造することが望ましい。

すなわち、先ず、前述の如き合金組成のアルミニウムを
溶製した後、得られた合金溶湯を急冷凝固させる。この
際の冷却速度は、早い程、高性能の材料を得ることが出
来るところから望ましく、通常１００’ｃ／秒以上の冷
却速度で冷却する条件が採用されることとなる。合金溶
湯からの冷却の速度が早い程、Ｓｉ粒子のサイズが微細
となり、熱間加工性、更には切削性や耐摩耗性が向上す
るのである。なお、具体的には、アトマイズ法やロール
法（シングルロール法、ツインロール法）等の急冷凝固
法が採用され、特に前者においては、合金溶湯のアトマ
イズ処理により、平均粒径が２００　ｌｔ　ｍ以下のア
ルミニウム合金粉末として取得されることとなる。

そして、本発明にあっては、このようにして得られたア
ルミニウム合金粉末、フレーク又はリボンを所定の製品
形状に成形するのである。具体的には、（ａ）予備圧縮
−容器内封入−高温真空脱ガスー押出し、（ｂ）予備圧
縮−焼結、（ｃ）予備圧縮−ホットプレス、（ｄ）予備
圧縮−容器内封入−高温真空脱ガスー高温静水圧圧縮加
工（ＨＩＰ処理）等の工程によって、成形が行なわれる
こととなる。

さらに具体的には、前記（ａ）の工程にあっては、アル
ミニウム合金粉末を真密度の７０〜８０％まで予備圧縮
成形した後に、所定の容器に封入して、３５０〜５５０
°Ｃの高温に加熱して真空排気を行ない、脱ガス処理を
実施する。なお、この脱ガス処理が不十分な場合には、
最終製品に膨れが生じたり、ガスに起因する欠陥が残留
し、問題となる。次いで、この脱ガス処理が施されたア
ルミニウム合金粉末の予備圧縮成形品（ビレット）を、
３５０〜５５０　’Ｃに加熱し、押出比：４以上で熱間
押出を行ない、目的とする形状のアルミニウム合金材を
得るのである。なお、この際、押出比が小さい場合には
、圧着が不十分となり、押出材に欠陥が残留して、問題
となる。

また、前記手法（ｃ）に従えば、上記のような押出工程
に代わって、ｉ↑１記急冷凝固して得られたアルミニウ
ム合金粉末を、良く知られている高温静水圧圧縮加工（
ＩＩＩＰ処理）により成形して、目的とする素材と為す
のである。

また、このようにして得られたアルミニウム合金成形品
には、目的とする製品を得るために、更に必要に応じて
、鍛造や圧延等の加工が施されることとなる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従うアルミニ
ウム合金材構成を採用することによって初めて、優れた
耐１９耗特性と共に、耐焼付性が著しく向上せしめられ
たアルミニウム合金材が提供され得るのであり、その結
果、かかるアルミニウム合金材ヲ、ロークリコンプレッ
サのベーン材、内燃機関のシリンダラ・イナやシリンダ
スリーブ等に用いることによって、従来以−Ｌの高速度
、高負荷に耐え得ることとなるところから、ロークリコ
ンプレッサや内燃機関の性能向上に大きく寄与し得るも
のであって、そこに本発明の大きな工業的意義を見い出
すことが出来る。

（実施例） 以下に、本発明を更に具体的に明らかＧこするために、
本発明の実施例を示すが、本発明が、かかる実施例の記
載によって同等制限的に解釈されるものでないことは、
言うまでもないところである。

そして、本発明は、以下の実施例の他にも、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて
種々なる形態において実施されるものであることが、理
解されるべきである。

先ず、下記第１表に示される胤１〜阻２１の各種組成の
合金を溶製した後、ガスアＩ・マイズ法によって、約１
０００’Ｃ／秒の冷却速度の下に平均粒径が８０〜１０
０μｍの各種のアルミニウム合金粉体を製造した。次い
で、この得られた粉体を用いて、それを予備圧縮により
真密度の７５％まで予備圧縮成形した後、アルミニウム
合金製の容器に封入して３５０　”Ｃに加熱し、真空排
気により脱ガス処理を施した。

このようにして得られた直径が７０１１の各種のビレッ
トを３５０℃に加熱せしめた後、間接押出手法によって
、それぞれ押出成形せしめ、それぞれのビレットから直
径が１８１ｍの棒を製作した。

次に、Ｎｏ、４．６．１４．．１５．　１８，１９゜及
び２１の棒については、４７０°ＣＸＩＨｒの溶体化処
理を施した後、水焼入れを行ない、更にその後１７５℃
Ｘ　７　ｔＩｒの時効処理を行なった。

次いで、これら得られた各種の材料（棒）について、ビ
ン−ディスク方式の焼付試験（温度：１００〜１５０℃
、滑り速度：１．５ｍ／ｓ、潤滑油ニスビンドル油、相
手材：ＦＣ２０ディスク）並びに大越式摩耗試験（荷重
：３．２Ｋｇ、摩擦速度：１ｍ／ｓ、摩擦距離：　２０
０　ｍ、相手材：５５００）を行ない、その結果を、第
２表に示した。

第　　　　　　１　　　　　　表 第　　　２　　　表 第１表並びに第２表の比較から、自ずから明らかなよう
に、本発明に従うアルミニウム合金材：隘１〜階１８は
、ピン−ディスク式焼付試験における焼付発生時の血圧
が比較例：隔１９〜隔２１のそれに対して著しく高く、
それ故に耐焼付性に著しく優れていることが認められ、
また耐摩耗性に関しても、比較合金隘１９〜Ｎｏ、２１
と略同等であり、ＰｂやＳｎの添加によって、その特性
が損なわれていないことが認められるのである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　重量基準で、１０〜３５％のＳｉと、０．２〜
   ８％のＰｂ及び／又は０．２〜８％のＳｎとを含み、且
   つ残部がＡｌと不可避的不純物からなる合金組成を有す
   る、Ｓｉ粒子が微細に分散せしめられてなる耐焼付性、
   耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材。
2. （２）　重量基準で、１０〜３５％のＳｉと、０．２〜
   ８％のＰｂ及び／又は０．２〜８％のＳｎと、０．５〜
   １０％のＣｕ及び／又は０．３〜６％のＭｇとを含み、
   且つ残部がＡｌと不可避的不純物からなる合金組成を有
   する、Ｓｉ粒子が微細に分散せしめられてなる耐焼付性
   、耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材。
3. （３）　重量基準で、１０〜３５％のＳｉと、０．２〜
   ８％のＰｂ及び／又は０．２〜８％のＳｎと、それぞれ
   ０．３〜１０％のＦｅ、Ｍｎ及びＮｉのうちの少なくと
   も１種とを含み、且つ残部がＡｌと不可避的不純物から
   なる合金組成を有する、Ｓｉ粒子が微細に分散せしめら
   れてなる耐焼付性、耐摩耗性に優れたアルミニウム合金
   材。
4. （４）　重量基準で、１０〜３５％のＳｉと、０．２〜
   ８％のＰｂ及び／又は０．２〜８％のＳｎと、０．５〜
   １０％のＣｕ及び／又は０．３〜６％のＭｇと、それぞ
   れ０．３〜１０％のＦｅ，Ｍｎ及びＮｉのうちの少なく
   とも１種とを含み、且つ残部がＡｌと不可避的不純物か
   らなる合金組成を有する、Ｓｉ粒子が微細に分散せしめ
   られてなる耐焼付性、耐摩耗性に優れたアルミニウム合
   金材。