JPH0340647B2

JPH0340647B2 -

Info

Publication number: JPH0340647B2
Application number: JP60100284A
Authority: JP
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1991-06-19
Also published as: JPS61259830A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、耐摩耗部品としての例えば内燃機
内のピストン、シリンダー、コンプレツサ・ベー
ン等に使用される耐摩耗性アルミニウム合金、特
にAl−Cu系合金をベースとして切削性を改善し
た耐摩耗性アルミニウム合金押出材に関する。定義なお、この明細書において、「％」はいずれも
重量％を示すものである。従来の技術従来、耐摩耗部品用のアルミニウム合金展伸材
の代表的なものとしては、A4000番系のAl−Si系
合金が良く知られている。発明が解決しようとする問題点ところが、概してAl−Si系の耐摩耗性アルミ
ニウム合金は、マトリツクス中に分布する初晶及
び共晶のSi粒子がいずれも硬質粒子であるため切
削性、特に切削工具寿命の保持性に劣るという欠
点があつた。即ち、耐摩耗部品は、多くの場合最
終加工として切削加工が行われるが、この切削に
際して切削工具の摩耗が激しく、その頻繁な取替
えに多大の時間を要するのみならず、高速切削が
困難であり、しかも工具１個当りの被加工部品数
が少ないものとなるため、結果的にコスト高につ
き、使用される用途が限定されるというような問
題があつた。問題点を解決するための手段この発明は、上記のような問題点を解決するた
め、それ自体切削性の比較的良好な高力合金であ
るAl−Cu系合金をベースに用い、かつ耐摩耗性
の向上元素として従来用いられていたSiに代え
て、Mn、Cr、Niのうちの少なくとも１種以上を
添加してAl−Mn、Al−Cr等の金属間化合物を分
布せしめることにより、切削性を良好に保ちつつ
所要の耐摩耗性を付与すると共に、それらの金属
間化合物を、高圧凝固法を用いて作製したビレツ
トから押出加工を行うものとすることによつて均
一かつ微細に分布せしめるようにしたものであ
る。そしてそれにより機械的性質の均質な耐摩耗
性、切削性に優れたアルミニウム合金の提供を図
るものである。即ち、この発明は、 Cu；２〜10％を含有し、かつ Cr；0.5〜20％、 Mn；１％を超え20％以下、 Ni；0.5〜20％のうちの１種または２種以上を含有し、更に必要に応じて Mg；0.2〜1.8％、 Si；0.2％以上４％未満の１種または２種を含
有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からな
るアルミニウム合金押出材を溶解し、その溶湯
を、300〜350℃に予熱した加圧凝固用金型に注湯
して300Kgｆ／cm²以上の高圧下に加圧凝固せしめ
ることによりビレツトに作製したのち、該ビレツ
トを押出加工することを特徴とする切削性に優れ
た耐摩耗性アルミニウム合金押出材の製造法を要
旨とするものである。先ず、上記合金成分の限定理由について説明す
ると次のとおりである。必須成分としてのCuは、既知のとおり主とし
て合金の強度向上に寄与するものであり、２％未
満では強度に不十分なものとなり、10％をこえる
とAl、Cu系晶出物が多く発生し、かえつて強度
の低下を招く。好適には４〜８％程度の含有量に
設定するのが良い。 Cr、Mn、Niは従のAl−Si系合金のSiに代わる
耐摩耗性の向上元素として有効に作用するもので
あり、この作用の上から本発明においては相互に
実質的に均等物として評価されるものである。こ
れらの含有量について、一般的にいえることは、
Cuの含有量との相対関係において、Cu量が少な
い場合にはCr、Mn、Niを多くするように配慮す
ることが望ましい。しかしながら、Crにおいて
0.5％未満、Mnにおいて１％以下、Niの場合に
おいて0.5％未満とそれらが少なすぎる場合には、
所期する良好な耐摩耗性を得ることができない。
逆に、いずれも上限値の20％をこえるこきは、そ
れらの粗大な金属間化合物の発生により押出性が
悪くなり著しくは押出しが困難になる。任意的な含有成分として必要に応じて添加され
るMg、Siは、いずれも合金の強度向上に寄与す
るものであり、いずれも下限値とする0.2％未満
の場合にはその添加効果に充分でなく、逆に
Mg；1.8％超過、Si；４％以上のときは、かえつ
て強度の低下を招くと共に、切削性の低下、殊に
切削工具寿命の劣化を招く。次に、製造工程について説明する。この発明は
展伸材としてのアルミニウム合金押出材の製造に
関して、その押出用ビレツトの作製に特に加圧凝
固法を採用し、Al−Mn、Al−Cr、Al−Ni等の
金属間化合物の微細化とその分布の均一性を向上
する。即ち、上記アルミニウム合金を溶解し、そ
の溶湯を加圧凝固用金型内に注湯して加圧凝固せ
しめることにより、欠陥のない結晶粒の均一かつ
微細なビレツトの作製を行うものである。加圧凝
固用金型は、これに押出機のコンテナを利用する
ものとしてもよい。即ち、アルミニウム合金溶湯
を直接該コンテナに注入し、ステム加圧しつつ凝
固させるものとしても良い。もちろん、この場
合、上記コンテナの前面は盲ダイスを付設して塞
ぎ、加圧凝固中の溶湯の噴き出しを防ぐものとす
ることが必要である。また、上記の注湯に際しては、前記金型を予め
300〜350℃に加熱しておくものとする。これによ
りビレツトに一層微細な組織を得ることを可能に
する。即ち、300℃程度未満であると、注湯後前
記アルミニウムの凝固がすぐに開始してしまい、
加圧凝固による効果が充分に達成され難い。一方
350℃をこえる高温に加熱しておくと、冷却速度
が遅くなり、晶出物が成長して上記微細化効果を
充分に達成し難いものとなる。注湯後、すぐさま前記金型内の溶湯を加圧ピス
トンにより加圧し、凝固を進行せしめることによ
つてビレツトを作製する。即ち、加圧凝固法によ
つてビレツトを作製する。この際の加圧力は十分
な加圧凝固の効果を得るためには少なくとも300
Kgｆ／cm²以上に設定することが必要であり、好ま
しくは500〜1000Kgｆ／cm²程度とするのが良い。
このように、所定の加圧状態下においてアルミニ
ウム合金を凝固させることにより、鋳造割れを生
じさせることなく、かつ晶出物の小さなビレツト
を作製しうる。従つて、従来の鋳造法によつてビ
レツトを作製する場合、組織の均一化と微細化を
はかるために必要とした爾後の加熱均質化処理を
省略することが可能となり、そのための熱エネル
ギー及び処理時間の節約を達成しうる。上記加圧
力の大小は、ビレツトの品質にさして大きな影響
を与えるものではない。しかしながら300Kgｆ／
cm²未満では、加圧凝固法による鋳造割れ防止及び
結晶粒の微細化効果に不十分であり、反面例えば
1500Kgｆ／cm²をこえるような高圧を付加しても、
それに要するエネルギーの増大に見合う効果の比
例的向上を見ることができないためむしろ無益で
ある。なお、加圧凝固により、晶出物の微細化を
はかりうる理由は、加圧により金型と溶湯の間及
び溶湯内の空〓が消減し、冷却速度が増大するこ
とが１つの要因になつているものと推測される。上記の加圧凝固法により作製したビレツトは、
次にこれを押出加工して所期する高強度アルミニ
ウム合金材とする。ここに、ビレツトは一旦冷却
された固相状態のものを用いても良いが、好まし
くは前記加圧凝固の進行により、ビレツトの温度
が伸出加工に適する温度、例えば液相温度の約
１／２程度にまで低下し半溶融状態となつた時点
で、加圧凝固工程を終了し、すぐさまそのまま押
出機のコンテナに装填して押出しを開始するもの
となすことが推奨される。このような手順を採用
することにより、押出加工に際してのビレツトの
加熱工程を省くことが可能となり、その加熱に要
するエネルギー及び時間を節約し、合金押出材の
製造能率の向上及び製造コストの低減の利益を享
受しうる。発明の効果この発明は上述のように、組成面において、強
化元素としてCuを含有するAl−Cu系合金をベー
スにしながら、耐摩耗性向上元素としてCr、
Mn、Niのうちの少なくとも１種を所定量含有し
ているものであるから、従来のAl−Si系耐摩耗
性合金に較べて遜色のない耐摩耗性を保有しなが
ら、硬質のSi粒子を含む上記従来合金に較べて切
削性、特に切削工具寿命性の優れたものとするこ
とができる。かつ製造工程面では、上記組成のア
ルミニウム合金の溶湯を、300〜350℃に予熱した
加圧凝固用金型に注湯し300Kgｆ／cm²以上の高圧
凝固法によりビレツトの作製を行い、然る後該ビ
レツトの押出加工を行うものとしている。従つ
て、鋳造法では得られない均一で微細な組織の合
金材料を得ることができ、愈々機械的性質、耐摩
耗性、切削性の均一で安定した材料を得ることが
できる。従つて、この発明によつて得られる合金
押出材は、高速切削性が可能であること、切削工
具寿命が増大されることが相俟つて、耐摩耗部品
の加工歩留りの向上、製造コストの低減をはかり
うる。実施例実施例１次にこの発明の実施例を比較例とともに示す。

【表】

【表】上記第１表に示す各種化学組成の合金を液相温
度100℃に溶解し、その溶湯を約320℃に加熱した
加圧凝固用金型に注湯したのち、すぐさまこれを
1000Kgｆ／cm²に加圧し、該加圧下に凝固させた。
そして、およそ液相温度の２／１程度の温度にま
で冷却したとき、加圧凝固工程を終了し、得られ
た半溶融状態のビレツト（直径75mm、長さ100mm）
をすぐさま押出機のコンテナーに装入し、直径12
mmの丸棒に押出した。この押出しは、いずれのビ
レツトについても何ら支障なく良好に行い得るも
のであつた。そこで次いで、この押出材を460℃で溶体化処
理し、更に120℃×24時間の時効処理を施したの
ち、得られた各試料について、耐摩耗性と、切削
工具の摩耗性とを調べた。結果を第２表に示す。なお、耐摩耗性試験は、大越式耐摩耗試験機
（乾式）を用い、相手機：FC−30、耐摩速度
2m／secの条件で実施した。また、切削工具耐摩耗性試験は、前すくい角：
０℃、横すくい角：10゜、前逃げ角：7゜横逃げ
角：７、前切刃角：8°、横切刃角：0゜、ノーズ半
径：0゜の刃先諸元を有する高速度硬バイト
（SKH−４）を使用し、自動切削機にて、切削速
度：322m／sec、送り速度：0.2mm／rev、切削距
離：564mの切削条件で各試料の切削を行つたの
ちのバイトの逃げ面の摩耗幅を測定することによ
つて行つた。

【表】上記第２表の結果に示されるように、この発明
によつて製造されたアルミニウム合金押出材は、
比較例として示した従来のAl−Si系合金に較べ
て、何ら遜色のない耐摩耗性を示しながら、切削
工具の摩耗量を著しく減少し、該工具の耐用寿命
を大幅に向上しうるものである。実施例２加圧凝固用金型の温度を300〜350℃に予熱して
おくことになる機械的性質の改善効果を確認する
ため、次のような試験を行つた。即ち、下記第３
表の組成のアルミニウム合金を用いて、本発明試
料と比較試料の２種類のアルミニウム合金押出材
を製造した。

【表】（本発明試料）第３表のAl合金を用い、加圧凝固用金型の温
度を340℃とした以外は実施例１と同様にして直
径12mmの丸棒状押出材からなる試料を得た。（比較試料１）第３表のAl合金を用い、加圧凝固用金型の温
度を280℃とした以外は実施例１と同様にして直
径12mmの丸棒状押出材からなる試料を得た。（比較試料２）第３表のAl合金を用い、加圧凝固用金型の温
度を370℃とした以外は実施例１と同様にして直
径12mmの丸棒状押出材からなる試料を得た。上記の本発明試料と比較試料１、２につきそれ
らの機械的性質を調べたところ、下記第４表のと
おりであつた。

【表】上記第４表の結果からわかるように、本発明試
料は加圧凝固用金型を300〜350℃の温度に予熱し
ておくことにより、上記予熱温度を逸脱する比較
試料の押出材に較べ、機械的性質において優れた
ものであることが確認された。実施例３ビレツトの作製を高圧加圧凝固法を用いて行う
ことによる押出材の機械的性質の改善効果を確認
するため、上記第３表の合金組成のAl合金を用
いて、本発明試料と比較試料の２種類のアルミニ
ウム合金押出材を製造した。（本発明試料）第３表のAl合金を用い、ビレツト鋳造時の加
圧力を1300Kgｆ／cm²とした以外は実施例１と同様
にして直径12mmの丸棒状押出材からなる試料を得
た。（比較試料）第３表のAl合金溶湯を、金型鋳造法により、
加圧力を加えることなく凝固させてビレツトを作
製し、以降実施例１に準じて直径12mmの丸棒状押
出材からなる試料を得た。そして、本発明試料と比較試料につき、それら
の機械的性質を調べたところ、下記第５表のとお
りであつた。

【表】上記第５表の結果から、本発明試料は、ビレツ
トを高圧加圧凝固法で鋳造していることに基き、
無加圧金型鋳造によりビレツトを作製した比較試
料の押出材に較べ、機械的性質において顕著に優
れたものであることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cu；２〜10％を含有し、かつ Cr；O.5〜20％、 Mn；１％を超え20％以下、 Ni；0.5〜20％のうちの１種または２種以上
を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物
からなるアルミニウム合金押出材を溶解し、そ
の溶湯を、300〜350℃に予熱した加圧凝固用金
型に注湯して300Kgｆ／cm²以上の高圧下に加圧
凝固せしめることによりビレツトに作製したの
ち、該ビレツトを押出加工することを特徴とす
る切削性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金押
出材の製造法。２ Cu；２〜10％を含有し、かつ Cr；0.5〜20％、 Mn；１％を超え20％以下、 Ni；0.5〜20％のうちの１種または２種以上
を含有し、更に Mg；0.2〜1.8％、 Si；0.2％以上４％未満の１種または２種を
含有し、残部アルミニウム及び不可避不銃物か
らなるアルミニウム合金押出材を溶解し、その
溶湯を、300〜350℃に予熱した加圧凝固用金型
に注湯して300Kgｆ／cm²以上の高圧下に加圧凝
固せしめることによりビレツトに作製したの
ち、該ビレツトを押出加工することを特徴とす
る切削性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金押
出材の製造法。