JPH03166332A

JPH03166332A - 鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH03166332A
Application number: JP30508889A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Sekiguchi; 関口　常久; Tadanao Ito; 忠直伊藤; Ryoichi Kondo; 近藤　良一
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1991-07-18

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〕本発明は鍛造用アルミニウム合金に関するものであり、
さらに詳しく述べるならば、近年、車輌などの産業機械
部品の軽量化指向に対応した高強度を有し、かつ耐摩耗
性および切削性を兼備した鍛造アルミニウム合金であっ
てピストン、シリンダなどの特に耐摩耗性が必要な部品
に使用される耐摩耗性アルミニウム合金に関するもので
ある．〔従来の技術Ｊ従来、高強度および耐摩耗性が要求される鍛造用アルミ
ニウム合金としてＡＩ２−Ｓｉ系共品合金が−１１９に
使用されており、その代表的なものとしてはＡｆｆ　−
Ｓｉ共品合金にＣｕ．　Ｍｇ，　Ｎｉ等を添加したＪＩ
Ｓ　　Ａ４０３２合金がある。近年、性質の改良の要請
がますます高まっているためＡＩ２−Ｓｉ系共品合金を
改良するための多くの提案がなされている。

特公昭５３−　２０２４２号公報によると、ＣｕとＭｇ
を添加したＡｆｆ−Ｓｉ共品合金溶湯を急冷することに
よって、高温強度、耐摩耗性、快削性を兼備したアルミ
ニウム合金が公知である。またこの合金は押出し等の予
備加工を経ることなく鋳塊状態のままで鍛造加工するこ
とが可能である。

特公昭５３−　２０２４３号公報によると、Ａｊ２　−
Ｓｉ共品合金に添加するＣｕとＭｇの量比を特定すると
ともに共晶組織におけるシリコン結晶を微細粒子状にす
ることによって塑性加工性を高める提案がなされている
。

また，（Ａ）特開昭６２−　１４９８３９号公報による
と、ＪＴＳ　Ａ４０３２合金の特性、とくに強度を改善
するために、　１．５〜３．０％Ｃｕ、０．１−１．５
％Ｍｎ、０．２〜１．５％Ｍｇなる組成に、０．０５〜
１．０％Ｓｂを添加する提案がなされている。この公報
の説明では、ＳｂはＣｕの影響により粗大化し易い初晶
Ｓｉと共晶Ｓｉの微細化を図る作用があると述べられて
いる。

さらに、（Ｂ）特開昭６２−　４４５４８号公報による
と、Ｃｕ単独もしくはＣｕとＭｇを添加したＡｆｆ　−
Ｓｉ系共品合金に、切削性および耐焼付性を改善するた
めにＰｂ，　Ｓｎ．　Ｂｉを同時添加する提案がなされ
ている。

また（ｃ）特開昭６２−　１０９９４４号公報には、過
共品ＡＩ２　−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金において
少量のＺｎを添加することにより押出加工性、冷間鍛造
性を改良した耐摩耗性合金が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、（Ａ）の合金では少量のＳｂの添加によ
り連続鍛造塊の共晶Ｓｉ粒子が微細化され初品Ｓｉの品
出が抑制され、それによって強度、耐摩耗性、鍛造性が
改善され、また上記（Ｂ）の合金ではＰｂ，　Ｓｎ．　
Ｂｉの添加により切削性、耐焼付性の改みが図られる。

しかしながら、これらの効果にもかかわらず、この種の
合金には共通した欠点が内在し、その解決が求められて
いる。すなわち、上記の如きＪｌ！　−　Ｓｉ　−　Ｃ
ｕ　−　Ｍｇ系合金は熱間鍛造もしくは冷ＩＳＦｌ鍛造
された後にＴ６等の熱処理を施されるが、大気雰囲気で
実施されるこの熱処理においてＳｂ含有合金では黒色に
、Ｚｎおよび／またはＰｂ１Ｓｎ．　Ｂｉ含有合金では
灰色または暗灰色に変色し、アルミニウム合金本来の色
調を失い汚染色によって鍛造品の商品価値を損なう。

さらに、変色を呈したアルミニウム合金の表面は合金本
来の耐摩耗性、耐焼付性などの表面特性が損なわれる傾
向がある。したがって、商品価値を保ちまた表面特性の
劣化を防ぐため変色した鍛造品は数ｌＯμｍ〜数ｌＯロ
μｍの深さで表面研摩、切削して変質層を完全に除去す
るかあるいは外観だけが問題になるときは酸洗浄または
アルカリ洗浄処理等が必要になっている。このような処
理はコストが嵩むのみでなく処理した鍛造製品でも使用
中発熱、加熱環境に置かれると再び変色してしまうため
本質的解決策が求められている。

また、Ｓｂ等の共晶微細化剤を添加しなくとも微細共品
組織の合金が得られるので、Ｓｂ特有の汚染色は生じな
いが、再生塊を使用してＡＲ　−Ｓｉ系共品合金を溶製
すると不可避的不純物による汚染色が生じる。すなわち
、この場合は同一部品でもＺｎ．　Ｐｂ．　Ｓｎ，　Ｂ
ｉなどの不純物の種類や量により色調がまちまちになり
，商品価値を著しく損ねていた。

また、史に鍛造性を向上させるためには、マクロ組織の
微細均一化が必要であった。

本発明は上記の現状に鑑み、強度、耐摩耗性、切削性、
鍛造性等が改良されてきた。特に過共晶Ａｊ２−Ｓｉ系
合金のすぐれた特性を維持しつつ、鍛造工程，熱処理工
程あるいは使用中の熱的環境において変色がなく合金本
来の美しい色調を保有するとともに表面特性の劣化がな
く、しかもマクロ組織を微細化することにより鍛造加工
性をさらに改良して割れが発生しないＡｆｆ　−　Ｓｉ
−　Ｃｕ　−　ｉＪｇ系鍛造用合金を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための千段１本発明の第１の合金は、重量で、Ｓｉ１１％を超え２０
％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ　０．３−０．６％、Ｍｎ
０．３−０．６％、Ｂｅ　０．００１−０．２％、Ｂ　
０．０２−　０．０５％と、不純物として、Ｓｂ０．１
％未満、Ｚｎ０．　０５％以上および／またはＰｂ，　
Ｓｎ，　Ｂｉのうち１種以上を合計０．１％以上含有し
，残部Ａｌとその他の不純物からなり，耐加熱変色性を
有することを特徴とする鍛造用耐摩耗性アルミニウム合
金であり，本発明の第２の合金は、重量で，　Ｓｉ１１
％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ　０．３−０
．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ　０．１−０．５
％．　Ｂｅ　（ＬＯＯＩ−０．２％、８０．０２−０．
０５％を含有し、残部八２と不純物からなり、耐加熱変
色性を有することを特徴とする鍛造用耐摩耗性アルミニ
ウム合金であり、本発明の第３の合金は、重量で，　Ｓ
ｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ　０．
３−０．６％．　Ｍｎ　０．３−０．６％、Ｓｂ　０．
１−０．５％、Ｂｅ　０．００１−０．２％、Ｂ　０．
０２−　０．０５％と、不純物として．　　Ｚｎ０．０
５％以上および／またはＰｂ，　Ｓｎ，　Ｂｉのうち１
種以上を合計０．ｌ％以上含有し、残部ＡＩ２とその他
の不純物からなり、耐加熱変色性を有することを特徴と
する鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金である．本発明合
金の成分範囲限定の根拠について以下述べる。

ケイ素はアルミニウム合金マトリックスの強化に役立つ
ばかりでなく、Ａ［　−Ｓｉの共晶組織を素地として形
成し、耐摩耗性を向上させる。

本発明の含有量範囲であるＳｉ１１％を超え２０％以下
では、共晶素地に初晶Ｓｉが分散品出して、高度の耐摩
耗性を付与させるｓ　Ｓｉ含有量が１１％未満では初晶
Ｓｉが晶出しなくなり、鍛造加工性は良好になるが、硬
度および耐摩耗性の水準が低下する．Ｓｉ含有量が２０
％を超えると過剰な初晶Ｓｉにより鍛造性が劣化し、逆
に強度低下および切削性低下を招きまた甚だ鍛造加工が
困難になる。

銅は、アルミニウム合金に熱処理性を付与し、高強度を
得るために必要な元素である．Ｃｕはその含有量が２％
未満では強度が得られず、一方、４％を超えると，耐摩
耗性とともに、鍛造加工性も損なわれる．マグネシウムは、アルミニウム中に固溶し、合金基質の
強化に役立つとともに、熱処理によって金属間化合物Ｍ
ｇｘＳｉを析出して強度、耐摩耗性向上に寄与する．し
かし、Ｍｇ含有量が０．３％未満では、固溶強化と時効
硬化が不足するため強度および耐摩耗性が不十分であり
、一方、Ｑ．６％を超えると鍛造加工性が悪くなるとと
もに、熱処理後の変色に影響を与える．マンガンは、固溶強化と時効硬化により強度および耐摩
耗性を高めるが、０．３％未満では効果が少なく、０．
６％を超えると粗大な金属間化合物を晶出し易くなり、
鍛造加工性を著しく損なうことになる。

ボロンはマクロ組織を微細均一化し、鍛造時の圧縮強度
を増す効果があるが，　０．０２％未満ではその効果が
十分でなく、０．０５％を超えると効果は飽和されてし
まう．第２発明および第３発明の合金において合金元素として
含有されるＳｂは共晶組織のＳｉ結晶粒を微細化する．
特に冷却速度の遅い大径ビレットでは、共晶Ｓｉの粗大
化が起こり易いため、強度、耐摩耗性が低下する傾向が
ある。これを防止するためにＳｂの添加は有効であるが
、Ｓｂ含有量が０．１％未満ではその効果が少ない。一
方、Ｓｂ含有量が０．５％を超えると，Ｓｂを含む金属
間化合物を晶出し、鍛造加工性が劣化する．第１発明のアルミニウム合金は、Ｓｂ％Ｚｎ％Ｐｂ１Ｓ
ｎ．　Ｂｉなどを不純物として含有する合金を対象とす
る。これらの不純物は、再生塊を原料として使用する際
、不可避的不純物として本発明合金において相当量含有
され、加熱汚染色の原因となる．これらの元素は、通常
は不純物であり添加の必要の無いものであるが、再生塊
の使用によりあるいは、これらを含む合金の溶製後本発
明の合金を溶解すると炉内汚染によりかなりの量まで増
加する。

これら不純物のうちＳｂは特に変色に対する影響が著し
く、その他の不純物の存在下ではこれらと相乗的に作用
し、著しく光輝性を喪失するので，第１発明のアルミニ
ウム合金のＳｂの含有量は０．１％を上限とする。一方
、Ｚｎ０．　０５％以上および／またはＰｂ，　Ｓｎ，
　Ｂｉ合計０．１％以上含有される場合特に汚染色の問
題が起こる。よって、Ｐｂ，　Ｓｎ．　Ｂｉの含有量の
下限は合計０．１％とする。

第１発明の合金においては、前掲特公昭５３−２０２４
３号に開示された冷却速度が大きい連続鋳造法により細
径鋳塊を製造することによって、大径ビレットでのＳｂ
添加品と同等以上の共晶Ｓｉの微細化が可能である。

第１〜第３発明の合金に添加されるＢｅはアルミニウム
合金の加熱処理時に表面が変色する現象を抑制する働き
があるが、Ｂｅ含有量が０．００１％未満では，この効
果を達成できず、０．２％を超えると、機械的性質、特
に靭性を低下させる。

なお、本発明合金において、Ｆｅは不可避的不純物とし
て０．７％まで許容しつる。この量を超えるとＡＩ２−
Ｆｅ−Ｓｉ系針状品の発達により合金の靭性を損なうの
で好ましくない。また初品Ｓｉの微細化剤としてＰ等の
有意量を添加することも有効である。

〔作用ＩＭｇを含有するアルミニウム合金が酸化雰囲気中で加熱
されると，深さが数ｌＯμ頂〜数１００μｍの合金表面
で酸化反応が起こりスビネルＡＩ２．０３・ｎＭｇＯが
生成することが知られている。

アルミニウム合金がさらに、Ｓｂ．　Ｚｎ．　Ｐｂ，　
Ｓｎ、Ｂｉ等を含有すると、これらの元素が酸化物とし
てあるいは金属状態でスビネルと化合して、これらが表
面の汚染物質となるものと考えられる。したがって、酸
化反応生成物の種類によって加熱後のアルミニウム合金
は種々の色調に変色する。本発明が特徴とするＢｅはＡ
Ｊ２合金表面において極めて薄い皮膜を形成してＡ２合
金を被覆し酸素との反応と、これによるスビネルの形成
を妨げると推測される。

［実施例および比較例］以下，実施例および比較例により本発明を詳細に説明す
る。

実施例ｌ表１に示す組成の本発明および比較例の合金を溶製し５
０ｍｍφに連続鋳造し、この鋳造棒な３５０〜４５０℃
にて加熱し約６０％の加工率の熱間据込鍛造加工を行な
い１８＋ａｍφの棒体に成形した。

次いでこれを５３０℃にて溶体化加熱処理を行なった後
，表面の色調を観察した．その結果は表２に示す通りで
あった．（以下余白）表２表面色調〔発明の効果Ｊ（１）第１〜第３発明のアルミニウム合金鍛造品は熱処
理等の加熱環境を経ても黒色、灰色等の汚染色を呈する
ことがなくアルミニウム合金本来の銀白色金属光沢を呈
し、製品の価値を高める．また，製品表面の変質もなく
なるので、表面を研摩等で除去することが不必要になり
、さらに酸洗浄、アルカリ洗浄等による色調回復の処理
も不必要になるのでコスト上昇要因が除かれる．（２）
第１〜第３発明の合金はＳｉ％Ｃｕ％Ｍｇおよびｕｎの
添加により高強度、高硬度，耐摩耗性を発揮する。また
Ｂ添加によりマクロ組織の微細化をはかり鍛造性を高め
ている．これらの共通元素に加えて“第２発明合金にお
いてはＳｂの添加により、共晶Ｓｉ素地をさらに微細化
し上記性能を向上することができる．（３）第１発明の合金は、Ｓｂ．　Ｚｎｊ；５よび／ま
たはＰｂ．　Ｓｎ．　Ｂｉ等が不純物として混入するこ
とを許容するので、再生塊の使用により原料コストを低
減することができる。また、使用する原料の種類により
これらの不純物の量や種類は様々に変化するが、それに
もかかわらず一定した色調を有する鍛造品を製造するこ
とができる。したがって、原料管理の負担が非常に軽減
されるとともに、需要家にも一定品質の製品を収めるこ
とができる。

（４）有意成分としてＳｂを添加し、Ｚｎおよび／また
はＰｂ，　Ｓｎ．　Ｂｉを不純物として含む第３発明の
合金は、再生塊等を使用し共晶組織素地を微細化し初晶
Ｓｉ粒子を分散してなる高強度、硬質高耐摩耗性合金と
して有用である

Claims

【特許請求の範囲】１、重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｂ
ｅ０．００１−０．２％、Ｂ０．０２−０．０５％と、
不純物として、Ｓｂ０．１％未満、Ｚｎ０．０５％以上
および／またはＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうち１種以上を合計
０．１％以上含有し、残部Ａｌとその他の不純物からな
り、耐加熱変色性を有することを特徴とする鍛造用耐摩
耗性アルミニウム合金。２、重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
ｂ０．１−０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％、Ｂ０
．０２−０．０５％を含有し、残部Ａｌと不純物からな
り、耐加熱変色性を有することを特徴とする鍛造用耐摩
耗性アルミニウム合金。３、重量で、Ｓｉ１１％を超え２０％以下、Ｃｕ２−４
％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓ
ｂ０．１−０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％、Ｂ０
．０２−０．０５％と、不純物として、Ｚｎ０．０５％
以上および／またはＰｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうち１種以上を
合計０．１％以上含有し、残部Ａｌとその他の不純物か
らなり、耐加熱変色性を有することを特徴とする鍛造用
耐摩耗性アルミニウム合金。