JPH036346A - 鍛造用アルミニウム合金 - 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】 ［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、車両などの産業機械
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用アルミニウム合金に関
するものである。

［従来の技術］ 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Ａｌ−Ｓｔ系共晶合金が一般に使用さ
れており、その代表的なものとしてはＡｌ−８ｔ共晶合
金にＣｕ、Ｍｇ、Ｎｉ等を添加したＪＩＳＡ４０３２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ＡＱ−８ｉ系共晶合金を改良するだめの多くの
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ＡＱ−６ｉ共晶合金溶湯を急冷す
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、ＡＱ−Ｓｔ共
晶合金に添加する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６２−４４９８３９号公報によると
、ＪＩＳＡ４０３２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
ては、善される。しかしながら、これらの効果にも係わ
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ＡＱ　Ｓｉ
−Ｃｕ−Ｍｇ系合金は熱間鍛造もしくは冷間鍛造された
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
、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ含有合金では灰色又は暗灰色に変色
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１０μｍ〜数１００
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Ａｌ−８ｉ系共晶
合金共晶合金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６２−８６１４２号公報によると共晶
系ＡＱ−３１−Ｃｕ−Ｍｇ系合金にＺｎ０．２〜１．５
％を添加して耐磁気テープ摩耗性を改善する提案がなさ
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
り連続鋳造塊の共晶Ｓｉ粒子が微細化され初晶Ｓｉの晶
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、耐焼付性の改善が図られ、さらに
上記（Ｃ）の合金ではＺｎの添加により耐摩耗性が改し
てしまうため本質的解決策が求められている。

また、ｓｂ等の共晶相ｍ微細化剤を添加しなくとも細径
ビレットの急冷連鋳のごとく鋳造条件をコントロールす
ることによって微細共晶組織の合金が得られる場合はｓ
ｂ特有の加熱汚染色は生じないが、普通径ビレッＩ・の
連鋳においてはｓｂの添加による共晶組ｍｗＬ細化効果
は、甚だ有効な手段であって、一般に広く採用されてい
るので、加熱汚染色は不可避である。またアルミニウム
のリサイクルが普及し、再生塊を混用してＡｇＳｉ系共
晶合金の溶製が一般に行なわれ、この場合も不純物によ
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、Ｂｉなと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。

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ＡｇＳｉ系共晶合金のすぐれ
た特性を維持しつつ、特に鍛造工程、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、しが
も鍛造加工性をさらに改良して割れが発生しないＡｌＳ
ｉ−Ｃｕ−Ｍｇ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手段］ 本発明の第１の合金は、重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃ
ｕ２−４％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．
６％、Ｂｅ０．００１−０．２％と、不純物として、Ｓ
ｂ０．１％未満、Ｚｎ０．０５％以上および／またはＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｂｉのうち１種以上を合計０．１％以上を含
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アルミニウム合金で
あり、 本発明の第２の合金は、重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃ
ｕ２−４％、Ｍｇ０．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．
６％、ｓｂｏ、１−０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２
％を含み、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アルミニウム合金であり
、７ なるために鍛造加工性が低下し、鍛造の能率が低下する
かあるいは複雑な加工が困難になる。

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、方、４％を越えると、耐摩耗
性が損なわれるとともに、鍛造加工性も低下する。

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Ｍｇ２Ｓｉ等の
金属間化合物を形成し、熱処理による強靭化及び耐摩耗
性向上に寄与する。しかし、Ｍｇ含有員が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Ｏ１６％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及び耐摩耗
性を高めるが、０，３％未満では効果が少なく、０．６
％を越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％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、５ｂＯ１１〜
０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％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％以上を含有し、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、Ａｌ−Ｓｉの共晶を形成し、耐摩耗性を
向上させる。

本発明の含有量範囲であるＳｉ３−９％未満では、共晶
Ｓｉを分散晶出させ、強度、耐摩耗性を向上させる。Ｓ
ｉ含有量が３％未満では共晶Ｓｉが少なくなり、強度お
よび耐摩耗性が劣ることになる。Ｓｉ含有量が９％を超
えると共晶Ｓｉが粗大化しまた初晶Ｓｉが随所に見られ
るように８ ことになる。

第２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ＳＬ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、Ｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｂｉなどを不純物として含有するものを対象とする
。これらの不純物は、再生塊を原料と使用した場合無視
しえない量で含有され、加熱汚染色の原因となる。これ
らの元素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が、Ａｌ−Ｓｉ系共晶組織
の微細化の有効量に達しないｓｂの含有量、すなわち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る。よって、Ｚｎは０．０５
％以」−１Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉの含有量は合計０．１％以
上の合金を対象とする。

第１発明の合金においては、前掲特公昭５３２０２４３
号に開示された冷却速度が大きい連鋳法により細径鋳塊
を製造することによって、大径ビレットでのｓｂ添添加
上同等以上の共晶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含有員が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。

１ ［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の詳細な説明す
る。

表１に示す組成の本発明及び比較例の合金を溶製し５０
ｍｍφに連続鋳造し、この鋳造棒を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
１８ｍｍφの棒体に成形した。

次いで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） 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％まで許容しうる。この量をこえるとＡｌ−Ｆ
ｅ−３ｉ系針状晶の発達により合金の靭性を損なうので
好ましくない。

［作用］ Ｍｇを含有するアルミニウム合金が酸化雰囲気中て加熱
されると、深さが数１０μｍ〜数１００μｍの合金表面
で酸化反応が起こりスピネルＡｌ２０３・ｎＭｇｏを生
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、ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等
を含有すると、これらの元素が酸化物としであるいは金
属状態でスピネルと化合して、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Ａｌ合金表面に
おいて極めて薄い皮膜を形成してＡ合金を被覆し酸素と
の反応と、これによるスピネルの形成を妨げると推測さ
れる。

２ 表面色調 ［発明の効果］ （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
、さらに酸洗等による色調光沢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及びＭ
ｎの添加により高強度、耐摩耗性を発揮する。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を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、Ｚｎおよび／またはＰ
ｂ、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、それにも係わらず
一定した色調光法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。

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を微細化したＡｌ−Ｓ　ｉ　−
Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金として有用である。

（４）第１〜第３発明によれば、熱処理等の加熱過程を
経た鍛造製品表面には変質組織がなく、α−ＡＩ２、共
晶Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｉ、ｓｂの金属間化合物などの共晶Ａ
ｌ−８ｉ系合金本来の組織から構成される。また、Ｍｇ
、Ｓｂ等の添加元素が、スピネルなどとして失われず所
望の特性を発揮するため、耐摩耗性上重要な表面特性が
すぐれた合金が得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
   ．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｂｅ０．００
   １−０．２％と、不純物として、Ｓｂ０．１％未満、Ｚ
   ｎ０．０５％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
   とする鍛造用アルミニウム合金。
2. ２．重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
   ．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ０．１−
   ０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％を含み、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
   する鍛造用アルミニウム合金。
3. ３．重量で、Ｓｉ３−９％未満、Ｃｕ２−４％、Ｍｇ０
   ．３−０．６％、Ｍｎ０．３−０．６％、Ｓｂ０．１〜
   ０．５％、Ｂｅ０．００１−０．２％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
   特徴とする鍛造用アルミニウム合金。