JPH03188238A

JPH03188238A - 熱間鍛造用快削アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH03188238A
Application number: JP32392089A
Authority: JP
Inventors: Harutoshi Matsuyama; 松山　晴俊; Kensho Takahashi; 高橋　憲昭; Norikatsu Yoneyama; 米山　儀克
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-08-16

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］この発明は、熱間鍛造性に優れ、また、熱処理時の焼入
れ性、時効性、さらに加工時の切削性に優れた熱間鍛造
用快削アルミニウムに関するものである。

［従来の技術］従来、熱間鍛造に供されるアルミニウム合金としテハ、
高強度（７）ＪＩＳ２０００系、７０００系のアルミニ
ウム熱処理合金が一般に使用されている。これらの合金
では、所定の強度を得るために、熱間鍛造後に、溶体化
処理し、急冷（焼入れ）して人工時効処理を行っており
、人工時効処理を施さなければ十分な強度を得ることが
できない。

また、これらの合金は切削性が良好ではなく、アルミニ
ウム加工材の性質として特に望まれている高速切削性な
どを満足させることはできない。

この切削性を向上させた快削性の加工材には、ＪＩＳ２
０００系、６００ｏ系ｃ７）　７７Ｌ／　ミー１−　’
７　ム合金をペースとし、これに低融点金属であるＰｂ
、Ｂ＋などを適量添加した合金が実用化されている。

しかし、この快削性の合金でも、必要な強度を得るため
には焼入れ処理や人工時効処理なと、十分な熱処理を行
う必要がある。また、鍛造加工時の割れの発生という点
で鍛造性が劣っている。

ところで、最近、製造コストの低減、熱処理工程の簡略
化が望まれており、人工時効を必要とすることなく、自
然時効によって、必要な強度を得ることを意図した熱間
鍛造用の快削アルミニウム合金が提案されている（特開
昭６４−７３０４５号）。

［発明が解決しようとする課！！１］しかし、自然時効を可能とした上記の合金においても、
時効による硬度向上は十分ではなく、また、鍛造性の点
においも不満足なものであった。

この発明は、上記問題点を解決することを基本的な目的
とし、鍛造性を向上させ、さらに自然時効によって、十
分な強度が得られるとともに、加工時の切削性にも優れ
たアルミニウム合金を提供するものである。

［課題を解決するための手段］上記目的を速成するため、本願発明のうち第の発明にお
ける熱間鍛造用快削アルミニウム合金は、Ｍ　ｇ　０．
３〜２．０ｗ　ｔ％、Ｚ　ｎ　３．０〜８．０ｗ　ｔ％
、Ｃｕ　０．５〜３．５ｗ　ｔ％、Ｍｎ　０．２〜２．
０ｗ　ｔ％を含有し、さらにＰｂ　０．１５〜２．５ｗ
　ｔ％、Ｂ１０．１５〜２．５ｗ　ｔ％、Ｓｎ　０．１
５〜２．５ｗ　ｔ％から選択される少なくとも１種を含
有し、残部がＡｌおよび不可避の不純物からなることを
特徴とするものである。

また、第２の発明における熱間鍛造用快削アルミニウム
合金は、Ｍｇ　０．３〜２．０ｗ　ｔ％、Ｚｎ３゜０〜
８．０ｗｔ％、Ｃｕ　０．５〜３．５ｗ　ｔ％、Ｍｎ０
゜２〜２．０ｗ　ｔ％、Ｚ　ｒ　０．０５〜０．２５ｗ
　ｔ％を含有し、さらにＰｂ　０．１５〜２．５ｗ　ｔ
％、Ｂｉ　０．１５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ　０．１５〜
２．５ｗ　ｔ％から選択される少なくとも１種を含有し
、残部がＡｌおよび不可避の不純物からなることを特徴
とするものである。

次に、本発明合金の各添加元素の目的および範囲限定理
由を述べる。

琶■ユＺｎＭｇおよびＺｎは、熱処理に従い、母材中で、ＭｇＺｎ
ｚの析出物を形成し、母材の強度向上に貢献する。

しかし、それぞれの元素の添加量が過度となると、変形
抵抗性を増大させ、鍛造性を低下させる。

また、Ｍｇは、増量により時効性を向上させるが、過度
な添加は焼入れ性を低下させる。

したがって、各添加元素の添加量は、上記効果を十分に
達成でき、かつ、過度とならないように、Ｍｇ　０．３
〜２．０ｗ　ｔ％、Ｚｎ　３．０〜８．０ｔ％の範囲内
とする。

Ｃｕ次に、Ｃｕは、Ｍｇ、Ｚｎと同様に、熱処理によって、
母材中でＣＬＪＡｌ２の析出物を形成し、母材の強度向
上に貢献するとともに、自然時効性も向上させる。

しかし、増量に伴って添加が過度になると、焼入れ性お
よび鍛造性を低下させるので、その添加量は、０．５〜
３．５ｗ　ｔ％の範囲内とする。

なお、Ｃｕの添加は、前述したように、増量に従い、母
材中でのＣｕ　Ａ　１２析出量を増大させ、添加量が１
．１ｗｔ％以上になると、その作用が顕著になる。また
、添加量を３．０ｗ　ｔ％以下にすれば、より好適な焼
入れ性および鍛造性が確保される。

したがって、Ｃｕの添加量は、前記範囲をさらに限定し
て、１．１〜３．０ｗ　ｔの範囲内とするのが好ましい
。

なお、Ｃｕの添加は、後述するＭｎの添加により、従来
に比べて増量が可能となったものであり、この増量によ
って、焼入れ性、鍛造性を損なうことなく、強度、自然
時効性を向上させることが可能となった。

Ｍｎ次に、本発明者らは、鋭意研究の結果、本発明の合金に
おいて、Ｍｎは焼入れ性を低下させることなく、素材の
組織を改善し、鍛造性を大幅に向上させるという知見を
得た。

具体的には、Ｍｎ無添加または、ご（少量の添加の場合
には、素材組織は部分的に粗大な結晶粒を含んだ等軸晶
状の組織となり、熱間鍛造時にこれらを起点として割れ
が発生しやすく、鍛造性は劣っている。これに対し、適
量のＭｎを添加させた場合には、素材組織は均一微細な
繊維状組織どなり、熱間鍛造時の割れの起点は形成され
にくく、したがって、鍛造性は大幅に向上する。

しかし、過度に添加した場合には、焼入れ性を低下させ
るので、その添加量は、０．２〜２．０ｗｔ％の範囲内
とする。

Ｐｂ　、　Ｂｉ　、　５ｎＰｂ、８ｉ　、Ｓｎは低融点金属であり、これらを添加
することにより、切削加工時に素材の切粉は、加工熱に
よって細断され、快削性を示すことになる。しかし、こ
れら元素を過度に添加した場合には、同様の作用が過大
となり、熱間鍛造時に素材が局部的に溶融し、ヘアクラ
ックの起点となり、鍛造性を低下させる。このため、Ｐ
ｂ０．１５〜２．５Ｗ　ｔ％、Ｂ　ｊ　０．１５〜２．
５ｗ　ｔ％、Ｓｎ０．１５〜２．５ｗ　ｔ％から選択さ
れた少なくとも１種を添加するものとした。なお、３種
を添加する場合には、その添加量の合計は、同様の理由
で、５ｗｔ％以下とするのが望ましい。

ＺｒＺｒは、Ｍｎとほぼ同様の作用を果たす。しかし、その
固溶範囲は狭いため、少量の添加が許容される。したが
って、必要に応じて０．ＯＳ〜０．２５ｗｔ％の範囲内
で添加するものとする。

［作　　用］すなわち、本願発明の熱間鍛造用快削アルミニウム合金
によれば、熱間鍛造時の割れの発生が有効に防止され、
鍛造性が向上する。

また、焼入れ性が良好となり、熱間鍛造時の温度を利用
した焼入れが可能となり、また、別工程で加熱する場合
でも、低温焼入れが可能となる。

また、時効性が向上し、自然時効によって十分な強度向
上が得られる。さらに、切削加工時の切粉は細断状とな
り、高速切削も可能どなり、切削性が向上する。

［実施１列］以下に、本発明の一実施例を説明する。

本発明の実施例として、第１表に示す成分組成からなる
アルミニウム合金（Ｎｏ、ｌ〜５）を用いて、直径２０
１ｍｍのビレットを半連続鋳造法によって製造し、均質
化処理を施した後、間接押出橋にて４０ｍｍ径の丸棒に
押出した。

なお、比較のため、同じく第１表に示すように、本発明
の成分組成を有しない比較例のアルミニウム合金（Ｎｏ
、Ｉ〜８）を用意し、実施例と同様にして丸棒を製造し
た。

上記した各合金によって得られた丸棒を、長さ００ｍｍ
に切断し、３８０℃に加熱した後、リダクション６０％
で据込み鍛造（熱間鍛造）し、鍛造性を評価した。その
評価は、第１表に示すように、割れの発生がなく良好な
鍛造を行えたものを○印、部分的に割れが生じたものを
Ｘ印で示した。具体的には、鍛造した加工材を４５℃の
１０％苛性ソーダ液中でエツチングし、目視にて表面に
割れ（クラック）があるか否かを観察した。

次に、各合金の焼入れ性を評価するため、前記丸棒を熱
間鍛造し、この熱間状、Ｑの加工材を加工直後に水冷（
焼入れ）し、１２０℃で２４時間の人工時効を行った後
、硬度を測定し、この硬度を焼入れ評価に用いた。この
評価では、十分な硬度向上が得られたものを○印、硬度
向上が不十分であったものはｘ印で示した（第１表）。

また、時効性を評価するため、上記の焼入れとは別処理
において、押出後の丸棒を３８０℃で時間加熱した後、
水冷し、２０℃で２４時間の自然時効を行い、硬度を測
定した。その評価は、硬度を基に、時効が十分に進行し
たものをＱ印で示し、時効の進行程度が不十分であった
ものはｘ印で示した（第１表）。

次に、強度を評価するため、上記時効性の評価と同様に
して、丸棒を３８０℃で１時間加熱し、水冷後、２０℃
で２４時間の自然時効を行い、引張強さを測定した。そ
の評価は、引張強さが、３５にｇ　／　ｍ　ｍ　２以上
のものを、強度が十分であるとして○印で示し、３５Ｋ
ｇ／ｍｍ２未満のものは、強度不十分としてＸ印で示し
た。

さらに、自然時効後の丸棒には、切削性を評価するため
に、以下の条件で切削加工を行い、この際に生じた切粉
の形状で切削性を評価した。この評価では、切粉が最も
細かく破断されたものをパランクで評価し、順次、Ｂ−
Ｅランクで評価した。

なお、Ａ、８ランクでは、切粉は細断状どなり、切削性
が良好であったが、Ｃ−Ｅランクでは切粉は連続したら
せん状になり、切削性が劣っていた。

切削条件切込み　３ｍｍ送　　　　リ　　　　量　　　　　　０．　　１ｍｍ／
ＲＥＶ切削速ａ　　　Ｉ　３０　ｍ／ｍｉｎ使用バイト　　超硬バイト（以下余白）第１表によって明らかなように、本発明の合金は、Ｎｏ
、ｌ〜ＮＯ３５のいずれにおいても、熱間鍛造性、焼入
れ性、時効性、強度、切削性のすべての点で優れていた
。

一方、比較例の合金は、上記の評価項目のすべてを満足
することはなく、いずれかの項目で不良となった。特に
、鍛造性での評価が劣っており、唯一、鍛造性が良好で
あった比較例Ｎ００４においては、切削性が著しく劣っ
ていた。

［発明の効果］以上説明したように、本願発明の熱間鍛造用快削アルミ
ニウム合金は、Ｍｇ０ｊ〜２．０ｗ　ｔ％、Ｚｎ　３．
０〜８．０ｗ　ｔ％、Ｃｕ　Ｑ、５〜３．５ｗ　ｔ％、
Ｍｎ　０．２〜２．０ｗ　ｔ％を含有し、さらにＰｂ０
．＋５〜２．５ｗｔ％、Ｂｉ　０．＋５〜２．５ｗ　ｔ
％、Ｓｎ０．１５〜２．５ｗ　ｔ％から選択された少な
くとも１種を含有し、また、必要に応じてＺｒ０．０５
〜０．２５ｗ　ｔ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避
の不純物からなるので、鍛造性に優れており、割れの発
生もなく製品品質が向上する。さらに、焼入れ性、時効
性が良好であり、魅処理工程の簡略化により、作業能率
が向上するとともに、製造コストを低減させることがで
きる。また、自然時効によっても十分な硬度が得られ、
さらに切削性にも優れており、高強度で加工性に優れた
アルミニウム合金が得られるという効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｍｇ０．３〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ３．０〜８．０ｗ
ｔ％、Ｃｕ０．５〜３．５ｗｔ％、Ｍｎ０．２〜２．０
ｗｔ％を含有し、さらにＰｂ０．１５〜２．５ｗｔ％、
Ｂｉ０．１５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ０．１５〜２．５ｗ
ｔ％から選択される少なくとも１種を含有し、残部がＡ
ｌおよび不可避の不純物からなることを特徴とする熱間
鍛造用快削アルミニウム合金２、Ｍｇ０．３〜２．０ｗｔ％、Ｚｎ３．０〜８．０ｗ
ｔ％、Ｃｕ０．５〜３．５ｗｔ％、Ｍｎ０．２〜２．０
ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．２５ｗｔ％を含有し、さら
にＰｂ０．１５〜２．５ｗｔ％、Ｂｉ０．１５〜２．５
ｗｔ％、Ｓｎ０．１５〜２．５ｗｔ％から選択される少
なくとも１種を含有し、残部がＡｌおよび不可避の不純
物からなることを特徴とする熱間鍛造用快削アルミニウ
ム合金