JPH0434621B2

JPH0434621B2 -

Info

Publication number: JPH0434621B2
Application number: JP63127344A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Harada; Isao Sato; Koichi Ozaki
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1992-06-08
Also published as: JPH01298131A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は空調機部品用材料として好適の耐摩耗
性高強度アルミニウム鋳造用合金に関する。［従来の技術］ピストン等の空調機部品用材料としては、従来
から、優れた耐摩耗性及び耐熱性を有する
JISAC8A、8B、8C又はA390合金が使用されて
いる。これらの合金の中でも、特に、Al−12重
量％Si共晶組成のAC8A合金が「Lo−Ex」と呼
ばれ、空調機部品用材料として広く使用されてい
る。AC8A及びAC8B合金の組成を下記第１表に
示す。

【表】［発明が解決しようとする課題］しかしながら、近年、空調機の性能向上のため
に、部品の小型・軽量化、強度向上及び耐摩耗性
の改善が求められており、第１表に示す従来の
Al合金ではこれらの要求を満足することができ
ないという問題点がある。また、これらの部品を
機械加工して空調機に組立るのであるから、空調
機部品用材料としては切削加工性が優れたもので
あることも必要である。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので
あつて、強度が高いと共に耐摩耗性が優れていて
部品の小型・軽量化を可能とし、更に切削加工性
も優れた耐摩耗性高強度鋳造用アルミニウム合金
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］本発明に係る耐摩耗性高強度鋳造用アルミニウ
ム合金は、Si：12.5乃至15重量％、Cu；1.5乃至
４重量％、Mg：0.5乃至1.5重量％、Ｐ：0.002乃
至0.1重量％及びNi：0.1乃至1.0重量％を含有し、
残部がAl及び不可避的不純物からなり、共晶シ
リコンの長さが平均値で3μｍ以上、初晶シリコ
ンのサイズが平均値で40μｍ以下に制御されてい
ることを特徴とする。以下、本発明に係るアルミニウム合金の成分添
加理由及び組成限定理由について説明する。 Si Siは、Al合金の耐摩耗性を向上させると共に、
鋳造時の湯流性を向上させる。 Si含有量が12.5重量％未満の場合は、初晶シリ
コンを安定して分布させることができず、また初
晶シリコンが晶出しにくくなるために良好な耐摩
耗性が得られない。一方、Si含有量が15重量％を
超えると、初晶シリコンが粗大になると共に、切
削加工性及び鋳造性が悪くなり、使用に供し得な
い。このため、Si含有量は12.5乃至15重量％にす
る。第１図は横軸にSi含有量をとり、縦軸に引張強
さ及びブリネル硬さをとつて、夫々Cu3重量％−
Mg0.6重量％Al合金におけるSi含有量と引張強さ
及びブリネル硬さとの関係を示すグラフ図であ
る。この図から明らかなように、Si含有量が12.5
乃至15重量％の場合は、強度及び硬度の双方が優
れたものになる。 Cu Cuは高強度と適度の硬さを得るためにAl合金
に添加する。第２図は横軸にCu含有量をとり、
縦軸に引張強さ及びブリネル硬さをとつて、
Si13.5重量％−Mg0.6重量％Al合金におけるCu含
有量の相違による各特性の変化を示すグラフ図で
ある。この図から明らかなように、Cu含有量が
1.5重量％未満ではAl合金の強度改善効果が十分
でなく、逆に４重量％を超えると硬くなりすぎて
切削加工が困難となる。このため、Cu含有量は1.5乃至４重量％にする。 Mg MgはAl合金の強度を向上させるために添加す
る。第３図は横軸にMg含有量をとり、縦軸に引
張強さ及びブリネル硬さをとつて、Si13.5重量％
−Cu3重量％Al合金におけるMg含有量の相違に
よる各特性の変化を示すグラフ図である。この図
から明らかなように、Mgを0.5重量％添加するこ
とにより、強度が最高値に達して飽和する。ま
た、Mg含有量が1.5重量％を超えると、溶湯が酸
化しやすくなり、鋳造不良の原因となる。このため、Mg含有量は0.5乃至1.5重量％にす
る。 Ni NiはAl合金の高温強度を改善するために添加
する。この効果を得るためには、Niを0.1重量％
以上添加する必要がある。一方、Niを１重量％
を超えて添加してもそれ以上の高温強度改善効果
は得られないのに加え、耐食性が低下するという
問題点がある。このため、Ni含有量は0.1乃至１重量％にする。 Ti TiはAl合金のマクロ結晶粒を微細化し、組織
のバラツキを小さくする。Ti含有量が0.01重量％
未満の場合はその添加による結晶粒微細化効果が
なく、0.15重量％を超えるとTiAl₃が晶出し、Al
合金の強度に悪影響を及ぼす。このため、Tiを添加する場合は、その含有量
は0.01乃至0.15重量％にする。ＢＢもTiと同様にマクロ結晶粒を微細化するが、
Ｂ含有量が0.001重量％未満の場合はその微細化
効果が得られず、逆に0.01重量％を超えると、こ
れ以上Ｂを添加してもその微細化効果は向上しな
いのに加え、Ｂの偏析が生じやすくなる。このた
め、Ｂを添加する場合は、その含有量を0.001乃
至0.01重量％にする。TiとＢとは上述の如く同様
の作用を有するから、いずれか一方又は双方を添
加すればよい。ＰＰはSiを含有するAl合金中に添加されてその
初晶Siを微細にする。このようなＰの改良処理に
より、Al合金の機械的性質及び切削加工性が改
善され、耐摩耗性のバラツキが少なくなる。従つ
て、Ｐの添加により改良処理をするが、このよう
な効果を得るためには、Ｐの添加量は0.002乃至
0.1重量％にする必要がある。共晶Si及び初晶Siのサイズ共晶Si及び初晶Siのサイズは耐摩耗性及び切削
加工性に影響する。この場合に、良好な耐摩耗性
を得るためには、共晶Siの長さを平均値で3μｍ以
上にする。また、初晶Siのサイズが平均値で40μ
ｍを超えると、切削加工性が劣化し、初晶Siが切
削加工の際に脱落しやすくなり、異常摩耗の原因
となりやすい。このため、初晶Siのサイズは平均
値で40μｍ以下にする。初晶Siのサイズは、Si成分量を過共晶の低温側
（12.5乃至15重量％）に規制し、Ｐを所定量添加
することにより微細化する。また、鋳造後の冷却
速度を速くすることにより初晶Siのサイズを小さ
くすることができる。従つて、Si及びＰ含有量を
前述の範囲にすると共に、冷却速度を適切に設定
することにより、初晶Siの長さを40μｍ以下の微
細なものにすることができる。共晶Siのサイズは、高圧鋳造法において金型温
度を高く設定することにより、冷却速度を遅くし
て、粗くすることができる。例えば、金型温度を
150℃以上、圧力を500Kg／cm²以上にすることによ
り、共晶Siのサイズを3μｍ以上に粗くすることが
できる。［実施例］次に、本発明の実施例に係るアルミニウム合金
について、その特性を従来の耐摩耗性高強度アル
ミニウム合金であるJISADC12及びA390合金と
比較して説明する。下記第２表は実施例１乃至６
及び従来の各Al合金の組成を示す。

【表】各実施例合金及び従来例合金を溶製し、その各
溶湯を金型鋳造及び高圧鋳造により斜板ピストン
に鋳造した。次いで、各鋳造製品をT6熱処理し
た後、切削加工すると共に、この製品を実機に取
付けてピストンとしての使用試験を行つた。各合
金の切削加工性、機械的性質及び実機試験の結果
を下記第３表に示す。但し、切削的加工性が優れ
ている場合を◎、良の場合を〇、不可の場合を×
で現した。なお、この切削加工性が不可のA390
合金については、実機試験を実施することができ
なかつた。この切削加工性は以下のようにして求めた。先
ず、切削速度が前半75.4ｍ／分、後半82.7ｍ／
分、バイトの材質がハイス（高速度鋼）の条件で
フライス盤により切削加工した。そして、バイト
の刃先の摩耗度をバイトすくい角（mm）で表し
て、切削加工性の良否を種々の切削距離で調べ
た。この結果を第４図に示す。第４図において、
横軸は切削距離、縦軸はバイトすくい角（刃先摩
耗度）である。そして、図中、●は本発明の組成
範囲に入る合金であつて、初晶シリコンのサイズ
が25μｍの場合の高圧鋳造材である。〇は同じく
本発明の組成範囲に入るが、初晶シリコンのサイ
ズが50μｍの金型鋳造材である。△は従来の
ADC12合金であり、□は従来のA390合金であ
る。この第４図に示すように、刃先の摩耗度は
ADC12合金が最も少なく、A390合金が刃先の摩
耗度が最も大きい。本発明の実施例の場合には、
両合金の中間に位置し、A390合金よりも摩耗度
は小さい。従つて、ADC12合金が切削加工性が
◎、本発明の各実施例が〇、A390合金が×であ
る。これを第３表に記載した。

【表】

【表】本発明の実施例１乃至６の合金はいずれも強
度、耐摩耗性及び切削加工性が優れており、この
合金を使用してピストンを製造することにより、
斜板式コンプレツサの小型化及び高性能化が可能
になる。これに対し、従来のA390合金は切削加
工性が劣り、ADC12合金は強度及び耐摩耗性
（硬度）が低く、実機試験において摩耗及び破損
が生じた。［発明の効果］本発明によれば、Si含有量を過共晶の低温側に
規制し、Ｐにより積極的に初晶Siを40μｍ以下に
微細化して、切削性を向上させ、この初晶Siの規
制と共に共晶Siサイズを3μｍ以上に粗くすること
により、耐摩耗性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は夫々Si量、Cu量及びMg量
と、引張強さ及び硬さとの関係を示すグラフ図、
第４図は本実施例合金と従来合金との切削性を比
較するグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ Si：12.5乃至15重量％、Cu；1.5乃至４重量
％、Mg：0.5乃至1.5重量％、Ｐ：0.002乃至0.1重
量％及びNi：0.1乃至1.0重量％を含有し、残部が
Al及び不可避的不純物からなり、共晶シリコン
の長さが平均値で3μｍ以上、初晶シリコンのサ
イズが平均値で40μｍ以下に制御されていること
を特徴とする耐摩耗性高強度鋳造用アルミニウム
合金。２ Ti：0.01乃至0.15重量％及びＢ：0.001乃至
0.01重量％から選択された少なくとも１種の元素
を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐
摩耗性高強度鋳造用アルミニウム合金。