JPH0471609B2

JPH0471609B2 -

Info

Publication number: JPH0471609B2
Application number: JP60100283A
Authority: JP
Inventors: Ichizo Tsukuda
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1992-11-16
Also published as: JPS61259829A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野この発明は、特に耐摩耗性とゝもに耐熱性、低
熱膨脹係数が要求されるようなエンジンのシリン
ダー、ピストン、あるいはコンプレツサ・ベーン
等に好適に使用される耐摩耗性のAl−Si系アル
ミニウム合金押出材の製法に関する。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、耐摩耗性アルミニウム合金としては、耐
摩耗性の向上元素としてSiを添加したAl−Si系
合金がよく知られている。ところが、例えば内燃
機関用ピストンとかシリンダーのような用途に使
われる合金材料の場合には、耐摩耗性と同時に耐
熱性にも優れ、かつ低熱膨脹係数のものであるこ
とが強く要求される。かゝる要求に対しアルミニ
ウム合金の耐熱性を改善するための元素として、
Fe、Cr、Mn、Ni、Tiなどの高融点金属の添加
が有効であることは良く知られており、また熱膨
脹係数を低下させる元素としても同じく高融点金
属が有効に用いられる。ところが、Al−Si系の
耐摩耗性合金に上記のような高融点金属元素の添
加によつて耐熱特性を向上したアルミニウム合金
は、従来主に鋳物合金（例えばAC3A合金、
AC8A〜Ｃ合金等）として知られているにすぎ
ず、展伸材としてはほとんど知られていない。発明が解決しようとする問題点しかしながら、従来の上記合金は、鋳物合金で
あるかぎり、展伸材のように自由な製品形状を求
めることが困難なものであり、用途上の制限をう
けるのみならず、上記のような高融点金属を添加
したAl−Si系合金は鋳造温度が一般的な展伸材
に較べて高いことから、鋳造自体も困難である。
更に均一かつ微細な組織を得ることも困難であ
る。殊に、最近では、耐熱性、低熱膨脹係数に対
する要求が益々厳しくなつてきていることから、
鋳造法による場合でさえ、添加量の高い高融点金
属元素による金属間化合物の制御が困難になつて
きており、機械的性質の均質な高温特性に優れた
耐摩耗性アルミニウム合金材料を得ることは困難
であつたのが実情である。この発明は、上記のような背景に鑑み、高融点
金属元素を含有して高温特性にも優れた耐摩耗性
アルミニウム合金であつて、押出材として高品質
のものを高能率に生産しうる製造方法の提供する
ことを目的としてなされたものである。問題点を解決するための手段而して、この発明は、押出用ビレツトの作製を
高圧下に溶融アルミニウム合金を凝固せしめる加
圧凝固法を採用して行うことにより、高融点金属
を含むAl−Si系合金をも支障なく均一かつ微細
組織に鋳造しうることを見出すことによつて完成
し得たものである。即ち、この発明に係る耐摩耗性アルミニウム合
金押出材の製造は、合金組織において、 Si；４〜40％を含有し、かつ Fe；0.5〜20％、 Cr；0.5〜20％、 Mn；１〜20％、 Ni；0.5〜20％、 Ti；0.5〜10％、 Be；１〜20％、Ｖ；１〜20％、Ｙ；２〜20％、 Zr；0.5〜10％のうちの１種または２種以上を含有し、あるいは
更にMg；0.3〜２％、Cu；４〜20％のうちの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ものであり、製造工程におい
て、上記アルミニウム合金を溶解し、その溶湯を
300Kgｆ／cm²以上の高圧下に加圧凝固せしめるこ
とによりビレツトを作製し、次いで該ビレツトを
押出加工することを特徴とするものである。上記合金成分の限定理由は次のとおりである。 Siは、周知のとおり耐摩耗性の向上成分として
必須のものである。Si；４％以上の含有によつ
て、その添加量に見合つた効果を得ることができ
るが、好適には12％以上の過共晶領域に含有せし
めるものとすることが望ましい。しかしながら40
％をこえて過多に含有せしめるときは、押出しが
困難なものとなる。従つて一般的には耐摩耗性の
要求と製造の行い易さとの調和点を求めて、16〜
30％程度の範囲で調製するのが望ましい。 Fe、Cr、Mn、Ni、Ti、Be、Ｖ、Ｙ、Zrは、
いずれも合金材の耐熱性の向上、熱膨脹係数の低
下等の高温特性の向上に添加意義を有するもので
あり、この作用の面からこの発明においては相互
に実質的に均等物として評価しうるものである。
いずれの元素も、その含有量が前記に規定した加
減値未満であると、上記高温特性の向上効果に不
十分なものとなる。逆に上限値をこえて過多に含
有されるときは、粗大な晶出物の生成により押出
しが困難なものとなる。また、Mg、Cuは、合金の強度向上に寄与する
ものである、Mg；0.3％未満、Cu；４％未満で
はその効果に不十分である。またMg；２％、
Cu；20％をそれぞれこえて含有しても上記効果
を格別増大せず、むしろ粗大な晶出物を生成して
機械的性質を劣化する。次に、製造工程の限定理由について説明する
と、上記高温特性の改善のための高融点金属元素
を添加したアルミニウム合金は、従来のビレツト
の製造に常法として行われているような鋳造法で
は、鋳造温度が高いためにビレツトの製造が困難
であり、また製造し得たとしても、均一で微細な
組織を得ることができず、押出し加工の困難なも
のとなるのみならず、製品の押出材において良好
な機械的性質を得ることができない。このような
問題をこの発明は、ビレツトの作製に加圧凝固法
を採用することによつて克服する。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
金型内に注湯して所定の高悪化に加圧凝固せしめ
ることにより、欠陥のない結晶粒の微細なビレツ
トの作製を行いうるものである。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外
コンテナに注入し、ステムで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
コンテナの全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℃程度に加熱しておくものとすることが
望ましい。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
傾向がみられる。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、充
分な加圧凝固の効果を得るためには少なくとも
300Kgｆ／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300Kg
ｆ／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、反面た
とえば1500Kg／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にむしろ
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〓が消滅し、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耐熱性に優れた
耐摩耗性アルミニウム合金材とする。こゝに、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、ビレツトの温度が押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、再加熱
をすることなくそのまゝ押出機のコンテナに充填
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
間を節約しうると共に、再加熱による結晶の粗大
化を防ぎ、押出性の低下を防止して合金押出材の
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前述のように、組成面において特に
耐摩耗性向上元素としてのSiを所定範囲に含有
し、かつ耐熱性及び熱膨脹係数の改善のための元
素として、Fe、Cr、Mn、Ni、Ti、Be、Ｖ、Ｙ、
Zrのうちの１種または２種以上を所定量含有す
るものであるから、耐摩耗性とゝもに高温特性に
優れた性質を有するものであり、高温条件下で使
用される耐摩耗部品用に好敵に使用しうるアルミ
ニウム合金材料を得ることができる。しかも一
方、製造工程において当該アルミニウム合金の溶
湯から、先ず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、押出加工を行
うものとしたことにより、前記のような組成の高
温特性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金であり
ながら、鋳造法では得られない均一微細組織で機
械的性質の優れたアルミニウム合金材料を得るこ
とができる。従つて、二次加工としての鍛造、切
削も容易に行いうるものとなし得、耐摩耗部品の
コスト低減、製造歩留りの向上をはかりうる。実施例実施例１次にこの発明の実施例を比較例とゝもに示す。

【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、その溶湯を予め約280℃に
加熱した加圧凝固溶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1/2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挿入し、
直径12mmの丸棒に押出した。ここに、該押出しは
いずれの合金による場合も支障なく行いうるもの
であつた。そこで、次いでこの押出材を490℃で溶体化処
理し、更に180℃×７時間の時効処理を施したの
ち、得られた各試料につき、耐熱性試験として
300℃での引張り強さ、熱膨脹係数を調べると共
に、耐摩耗性試験を行つた。結果を下記第２表に
示す。なお、耐摩耗性試験は、大越式耐摩耗性試験機
（乾式）を使用し、相手材：FC30、摩擦速度：２
ｍ／secの条件で行つた。

【表】

【表】上記第２表に示されるように、本発明に従つて
製造されたアルミニウム合金押出材は、組成を異
にする比較合金を用いて製造された押出材に較べ
て、製造工程を同じくしながらも一段と耐熱性に
優れ、かつ熱膨脹係数が小さく、しかも耐摩耗性
にも優れたものであつた。実施例２ビレツトの作製を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
ために、下記第３表の合金組成のAl−10％si−10
％NiからなるAl合金を用いて下記の本発明試料
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−Si−Ni合金を用い、ビレツト鋳
造時の加圧力を1300Kgｆ／cm²としたほかは、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−Si−Ni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作成した。そして、上記本発明試料と比較試料のそれぞれ
につき、鋳造したまゝのビレツトの状態時と押出
加工後の押出材の状態時における金属組織を電子
顕微鏡で調べたところ、第１図および第２図に示
すとおりであつた。第１図ａは本発明試料を得る
ときのビレツトの金属組織であり、第２図ａに示
す比較試料のビレツトの金属組織に較べ、金属間
化合物、殊にAl₃Ni、初晶Siが充分に微細なもの
となつていることが分かる。そしてまた、押出材
においても第１図ｂに示す本発明試料の金属組織
は、第２図ｂに示す比較試料のそれに較べて、相
対的に顕著に微細なミクロ組織を有するものであ
ることを確認し得た。そこで更に、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４表
のとおりであつた。

【表】上記第４表の結果から分かるように、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
ことに基づき、無加圧金型鋳造によりビレツトを
作成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確認され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明による加圧凝固法によつ
て作製したAl−10％Si−10％Ni合金ビレツトと
それによつて製造した押出材（本発明試料）の金
属組織を示す顕微鏡写真（倍率300倍）、第２図
ａ，ｂは上記同様の合金を用いて無加圧金型鋳造
法によつて作製したビレツトとそれによつて製造
した押出材（比較試料）の金属組織を示す顕微鏡
写真（倍率300倍）である。

【特許請求の範囲】

１ポーリングリールに材料を打込むノズル打込
管と、このノズル打込管に材料を導くためのノズ
ル前面ガイドとを備え、圧延後の材料を上記ノズ
ル打込管より順次ポーリングリールに打込んで巻
取りを行う圧延設備において、上記ノズル打込管
の出口方向の延長上の所定点を仮想中心として上
記ノズル打込管を円運動させる第１駆動手段と、
上記ノズル前面ガイドの入口側を支点として上記
ノズル前面ガイドを揺動させる第２駆動手段とを
有し、上記第１駆動手段は上記ノズル打込管の打
込角度を巻取の進行とともに初期設定角度から漸
次水平方向に変化させるようにノズル打込管を駆
動し、上記第２駆動手段は上記ノズル打込管の入
口端と上記ノズル前面ガイドの出口端の軸芯が芯
合せされつつ同一速度で変化するようにノズル前
面ガイドを駆動することを特徴とする圧延設備の
ノズル制御装置。

Claims

Fe；0.5〜20％、 Cr；0.5〜20％、 Mn；１〜20％、 Ni；0.5〜20％、 Ti；0.5〜10％、 Be；１〜20％、Ｖ；１〜20％、Ｙ；２〜20％、 Zr；0.5〜10％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
合金を溶解し、その溶湯を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を作
製し、次いで該ビレツトを押出加工することを特
徴とする耐摩耗性アルミニウム合金押出材の製造
法。