JPH0118980B2

JPH0118980B2 -

Info

Publication number: JPH0118980B2
Application number: JP5200484A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Iwai
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1989-04-10
Also published as: JPS60197836A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、特に耐摩耗性、切削性に優れた
Al−Si−Cu系の高シリコンアルミニウム合金に
関する。なお、この明細書において合金成分についての
「％」はいずれも「重量％」を示すものである。従来、この種の耐摩耗性アルミニウム合金材料
としては、Siを10〜24％程度含有したAl−Si系
の例えばAC3A、AC8A−Ｃ、AC9A〜Ｂ等アル
ミニウム合金鋳物がよく知られている。ところが
これらのアルミニウム合金材料は、鋳造されるも
のであるために、耐摩耗性の向上に寄与するSiの
初晶粒子が粒径略150μｍにも達する大きなもの
を含んで全体的に粗大であり、かつその分散が不
均一なものであるために、材料としての耐摩耗性
のばらつきが大きいという欠点があつた。かつ
又、この種耐摩耗性合金は、その鋳物を切削加工
することによつて所期製品に製作する場合、殊に
鋳造時に晶出される共晶Si粒子が、これも比較的
大きくかつ針状形態を呈するために概して切削性
に劣り、特に切削工具寿命が短いという欠点があ
つた。一方、上記のような欠点の認識から、従来、初
晶Si粒子および共晶Si粒子を微細化することに
種々研究がなされ、その１つの成果として例えば
特公昭53−20242号公報等に示されるように、鋳
造時における溶湯の冷却速度を50℃／secと極め
て急速なものとすることによつて晶出物の成長を
抑え、初晶Si、共晶Siの各粒子径を極めて微細な
ものとなすことが提案されている。即ち、この先
行技術によれば、初晶Si粒子を最大径において
40μを超えないものとし、共晶Si粒子を最大長に
おいて大半が20μをこえないものとなしうること
が報告されている。ところが、本発明者の研究によれば、合金組織
中の特に初晶Si粒子を可及的微小なものとするこ
とは、これによつて必ずしも合金の耐摩耗性を比
例的に向上することにはならないことを見出し
た。即ち、合金の耐摩耗性は、いうまでもなく晶
出Si粒子の個々が摩擦時の面圧を受け止めること
によつて実現されるものであるところ、マトリツ
クス中でSi粒子が過度に微細であると、摩擦時の
面圧を受け止める力が低下し、結果的に耐摩耗性
の向上に所期するほどには寄与し得ないものとな
ることが、多くの実験結果から推認しうるに至つ
た。そこで、この発明は、このような知見から出発
し、耐摩耗性の向上に最大限に寄与しうる初晶Si
粒子及び共晶Si粒子の粒径分布状態を探求するこ
とによつて完成し得たものである。従つて、この発明の目的は、過共晶領域におい
てSiを含有する高シリコンアルミニウム系合金に
おいて、その合金成分のコントロールと、合金組
織のコントロールにより、耐摩耗性に極めて優れ
ており、しかも切削性が良好で、加工性にも優れ
たアルミニウム合金押出材を提供することに存す
る。上記の目的において、この発明は、Si12〜30
％、Cu0.3〜7.0％を含み、あるいは更にMg0.3〜
2.0％を含有し、残部はアルミニウム及び不可避
不純物からなり、合金組織中における初晶Si粒子
が粒径40〜80μの範囲に属するものにおいて全初
晶Si粒子面積の60％以上を占め、また共晶Si粒子
が粒径10μ以下のものにおいて全共晶Si粒子面積
の60％以上を占め、しかも上記初晶および共晶Si
粒子が均一に分散されていることを特徴とする耐
摩耗性アルミニウム合金押出材を提供するもので
ある。この発明に係るアルミニウム合金押出材は、上
記各成分のほかに、他の有意義性のある各種の添
加物を含むことが許容される。この発明に係る上記のような組織をもつた合金
は、一般的には既知の鋳造法によつて鋳造される
鋳塊を、更に熱間にて押出すことにより製造され
るものである。この製造条件も合金の特性に影響
をもつが、この発明においては、その結果物とし
て得られる合金の成分とその組織について、これ
を特定するものである。そこで、先ず、この発明に係る合金の各成分の
範囲限定についてその理由を説明する。 Siは、周知のとおり耐摩耗性の向上成分として
有効なものであり、これが12％未満では耐摩耗性
に劣るものとなる一方、逆に30％をこえて過多に
含有されると、鋳造が困難になる。本発明に係る
合金は、過共晶領域においてSiを含有する高シリ
コンアルミニウム合金を対象とする。アルミニウ
ム−シリコンの２元素合金における共晶点は、シ
リコン11.7％に存するが、第３元素が加わると共
晶点は遷移する。従つてこの発明に係る合金に於
ては、少なくとも12％以上の過共晶領域にSiを含
有することを要するものである。最も好適なSi含
有量は、16〜20％程度の範囲である。 Cu及びMgは、いずれも合金の強度の向上に寄
与するものであり、0.3％未満ではその効果が不
十分である。しかしCuが７％をこえるときは、
耐食性が著しく悪くなる。またMgが２％をこえ
る場合は、上記の効果を格別増大せず、むしろ粗
大な晶出物を生成して機械的性質を劣化する。実
験結果から得られた最も好適なCuの含有量は、
概ね３〜６％程度であり、またMgの含有量は
0.45〜0.65％程度である。その他の任意的添加元素として、好ましくは例
えばSrおよび（または）Ｐが添加されうる。こ
れらの元素はいずれも鋳造時に初晶Si粒子を微細
化する微細化剤として作用するものである点で均
等物であり、いずれか少なくとも一方を含有すれ
ば足るが、それぞれ0.005％未満では上記効果に
乏しく、0.1％をこえても格別効果の増大を望め
ない。更に他の任意的添加元素として用いうるものと
してNi、Fe、Mnを挙げることができる。これら
の元素は、いずれも合金の耐熱性の向上に有効に
寄与するものであり、この作用の面からいずれも
均等物であつて、少なくとも１種または２種以上
を含有すれば足りるが、各成分が0.5％未満では
上記の効果の実現性に乏しく、逆に３％をこえる
と切削性が著しく悪くなる欠点を派生する。上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合
金押出材は、その組織を特定範囲に制御するため
に、鋳造後押出し工程とを経て製造されるもので
ある。即ち、先ず、上記のアルミニウム合金を従
来の常法に従う溶解鋳造によりアルミニウム合金
鋳塊に製作する。この鋳造工程によつて得られる
鋳塊に含まれる初晶Si粒子は、上記Srおよび（ま
たは）Ｐの添加によりある程度微細化されたもの
となしうるが、それでもなおその粒径は、100μ
ｍにも達するものを含んで全体として未だ相当に
大きいものである。また、共晶Si粒子も、粒径
30μｍ程度のものを含む全体としてかなり大きい
ものであり、かつその形態も針状を呈するもので
ある。そこで、これらの比較的粗大な初晶及び共晶Si
粒子を含む鋳塊を更に350〜420℃程度の熱間にて
押出し加工する。そして、この熱間押出しによ
り、合金中に含む粗大な初晶Si粒子の一部を破壊
し、そのほとんどすべての粒径が10〜80μｍの範
囲で、かつ40μｍ以上の粒子が全初晶Si粒子面積
に対し60％以上の面積比を占める範囲に微細化
し、かつその分布を均一化せしめると共に、共晶
Si粒子も、針状結晶を長さ方向に分断して形状を
粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒径15μ
ｍ以下の範囲で、かつ10μｍ以下の粒子が全共晶
Si粒子面積に対し60％以上の面積比を占める範囲
に微細化せしめたものとする。上記に、ほとんど
すべてというのは、極めて稀に上記粒径範囲を逸
脱するものを含むことを許容する趣旨であるが、
好ましい製造条件が採用される場合には、上記粒
径範囲を逸脱するような初晶Si粒子及び共晶Si粒
子は実際上全く含まないものとすることができ
る。このような好ましい製造条件は、殊に押出し条
件として、ビレツト温度：350〜420℃、ラム速
度：0.03〜0.2ｍ／min、押比：10〜40に設定する
ことであり、さらに好ましくは押出ダイスにベア
リング長さ５〜15mmのものを用いること等が挙げ
られる。ところで、合金組織中における初晶Si粒子の粒
径が上記のように40〜80μｍの範囲において60％
以上の面積比を占めることが限定されるのは、
40μ未満のものを多く含む場合には所期する優れ
た耐摩耗性が得られず、逆に80μをこえる粗大な
ものを多く含む場合には、その分布が不均一かつ
粗いものとなつて耐摩耗性のばらつきを大きく
し、かつ切削性を低下させることになるためであ
る。また、共晶Si粒子が粒径15μ以下でかつ10μ
以下のものを面積比60％以上含むことに限定され
るのは、初晶Si粒子の粒径を上記のような範囲に
コントロールすることによつて必然的に上記範囲
に微細化されることになるためであり、あえてそ
の効果を挙げるとすれば、少なくとも共晶Si粒子
が15μをこえる粗大なものとして多く残存すると
きは、少なくとも切削性に欠陥が派生してくるも
のと予想され、従つてその反面効果として、切削
性向上の効果を挙げることができる。実施例以下、この発明の実施例を示す。

【表】上記第１表に示す組成のアルミニウム基合金に
ついて、本発明材では、該合金を先ず溶解半連続
鋳造によつて直径120mmのビレツトに製し、次い
でこのビレツトを押出温度415℃、押出しラム速
度0.1ｍ／minの条件で直径30mmの丸棒に押出し
たものを供試片とした。本発明材における供試片においては、それに含
む初晶Si粒子はすべてが10〜80μの粒径範囲に属
し、しかも40〜80％の範囲のものが明らかに全初
晶Si粒子面積に対し60％以上の面積比を占めてい
るものであつた。かつ共晶Si粒子も微細化され、
そのすべてが少なくとも15μ以下の粒径範囲で、
全共晶Si粒子面積中60％以上の面積比を10μ以下
のもので占めているものであつた。一方、比較材No.６は、特公昭53−20242号公報
に示される先行技術に準じて、冷却速度90℃／
secの鋳造により製したビレツトにT₆処理（510
℃×5hr、80℃温水焼入れ後170℃×10時間焼戻し
処理）したものを供試片とした。この比較材No.６の合金中に含まれる初晶Si粒子
は、そのほとんどすべてが粒径40μｍ以下の非常
に極微細なものである。また、比較例No.７は、既知のAC8A合金であ
り、その市販物を供試片とした。上記の各種アルミニウム合金材につき、本発明
材と同様の組成で鋳造したままのビレツトとも比
較して、それらの耐摩耗性及び切削性を調べたと
ころ、結果は下記第２表に示すとおりであつた。

【表】

【表】上記の耐摩耗性の試験結果から分るように、こ
の発明によつて製造されるアルミニウム合金材料
は、鋳造したままのものに較べて、明らかに優れ
た耐摩耗性を保有しつつ、そのばらつきの減少の
効果が認められるものであり、また比較材に較べ
て顕著に耐摩耗性に優れたものである。一方、切
削工具寿命の比較においても、本発明材は、鋳造
したままのものに較べて顕著な改善効果があらわ
れ、比較材に較べても同等ないしそれ以上の優れ
た切削性を示すものであることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】１ Si12〜30％、Cu0.3〜7.0％を含み、残部はア
ルミニウム及び不可避不純物からなり、合金組織
中における初晶Si粒子が粒径40〜80μの範囲に属
するものにおいて全初晶Si粒子面積の60％以上を
占め、また共晶Si粒子が粒径10μ以下のものにお
いて全共晶Si粒子面積の60％以上を占め、しかも
上記初晶および共晶Si粒子が均一に分散されてい
ることを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合金押
出材。２ Si12〜30％、Cu0.3〜7.0％、Mg0.3〜2.0％を
含み、残部アルミニウム及び不可避不純物からな
り、合金組織中における初晶Si粒子が粒径40〜
80μの範囲に属するものにおいて全初晶Si粒子面
積の60％以上を占め、また共晶Si粒子が粒径10μ
以下のものにおいて全共晶Si粒子面積の60％以上
を占め、しかも上記初晶および共晶Si粒子が均一
に分散されていることを特徴とする耐摩耗性アル
ミニウム合金押出材。