JPH0734169A - 強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調機器の摺動部品等に用いられる耐摩耗
性アルミニウム合金の伸びおよび耐摩耗性を損なうこと
なく強度を向上させる。 【構成】 Ｓｉ：８〜１２％、Ｃｕ：１．５〜４％、
Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．６％、
Ｓｒ：０．０１〜０．１％、Ｔｉ：０．１％以下を含有
し、さらに、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０
５〜０．２５％の内の１種または２種を含有し、残部が
Ａｌ及び不可避不純物からなる。 【効果】 優れた耐摩耗性と伸び特性を有し、さらに
従来材に比べて一段と高い強度を有する耐摩耗性アルミ
ニウム合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、強度、伸びおよび耐
摩耗性に優れ、空調機器の摺動部品等の材料として好適
な耐摩耗性アルミニウム合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする問題点】空調
機器や産業用機器等におけるシリンダーやピストン等の
摺動部品においては、優れた耐摩耗性と高い強度に加え
て、伸び特性にも優れていることが要求される。 従
来、このような観点から、上記部品用材料には、Ｓｉを
１１〜１３．５ｗｔ％含有するＡｌ−Ｓｉ系共晶合金
（ＪＩＳ ４０３２合金）が広く使用されている。

【０００３】ところで、近年、前記機器等の軽量化及び
高性能化に対する要求は一段と厳しくなっており、これ
に使用される材料にも、良好な耐摩耗性と伸び特性は維
持したままで、一段と高い強度を確保することが強く求
められている。しかし、従来の上記アルミニウム合金
（ＪＩＳ ４０３２合金）ではこのような要請に対応で
きないのが現状である。また、特開平４−２７２１４９
号、特公平４−５７７３８号にも、従来材を改良したア
ルミニウム合金が開示されているが、上記要請に応える
ためには強度が十分でなく、また、強度、伸び特性、耐
摩耗性のバランスが保たれていないという問題がある。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、
アルミニウム合金の優れた伸び特性を維持したままで、
強度の向上を図り、併せて耐摩耗性をも向上させること
目的としてなされたものである。

【０００４】

【問題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のアルミニウム合金は、Ｓｉ：８〜１２ｗｔ
％、Ｃｕ：１．５〜４ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜１．０ｗ
ｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．６ｗｔ％、Ｓｒ：０．０１
〜０．１ｗｔ％、Ｔｉ：０．１ｗｔ％以下を含有し、さ
らに、Ｃｒ：０．０５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５
〜０．２５ｗｔ％の内の１種または２種を含有し、残部
がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする。

【０００５】

【作用】以下に本発明合金の合金組成の限定理由をその
作用とともに説明する。 Ｓｉ：８〜１２％（以下ｗｔ％を単に％という） Ｓｉは耐摩耗性を向上させる目的で添加される。しか
し、Ｓｉが８％未満では耐摩耗性が不充分であり、１２
％を越えると粗大な初晶Ｓｉが多く発生し、加工性が低
下するので、上記範囲とする。

【０００６】Ｃｕ：１．５〜４％ Ｃｕは強度を高め、同時に耐摩耗性を向上させるが、
１．５％未満ではその効果は小さく、４％を越えると共
晶Ｓｉが粗大化して伸びが低下し、更に耐食性も低下す
るので上記範囲とする。 Ｍｇ：０．２〜１．０％ Ｍｇも強度を向上させるために添加するが、０．２％未
満ではその効果は小さく、また、１．０％を越えても強
度への寄与は少なく、却って加工性を低下させるので上
記範囲とする。

【０００７】Ｍｎ：０．０５〜０．６％ Ｍｎは強度及び耐摩耗性を高め、さらにＦｅ不純物が多
い場合に伸びの劣化を軽減させる。しかし、０．０５％
未満ではその効果は小さく、０．６％を越えると、Ｍｎ
を含む粗大な金属間化合物が晶出し、加工性を低下させ
るので上記範囲とする。 Ｓｒ：０．０１〜０．１％ Ｓｒは共晶Ｓｉを微細化して強度及び伸び等の機械的性
質向上させる目的で添加される。Ｓｒが０．０１％未満
ではその効果は不充分で、０．１％を越えるとＳｒを含
む粗大な金属間化合物を晶出し、加工性を低下させるの
で上記範囲とする。

【０００８】Ｔｉ：０．１％以下 Ｔｉは、鋳造時の鋳割れを防止し、さらに、結晶粒を微
細化させるために添加する。ただし、０．１％を越えて
添加すると、粗大な晶出物が発生し、冷間加工性が劣化
するので上限を０．１％とした。 Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５
％ ＣｒとＺｒは強度及び耐摩耗性を改善する効果があり、
さらにＭｎの効果を助長する効果があるので選択的に添
加する。しかし、０．０５％未満ではその効果は不充分
であり、Ｃｒで０．３％、Ｚｒで０．２５％を越えると
粗大な晶出物が発生し、加工性を低下させるのでそれぞ
れ上記範囲とする。

【０００９】上記した本願発明のアルミニウム合金で部
材を製造する際には、この合金からなる溶湯を半連続鋳
造し、該アルミニウム合金鋳塊を４６０〜５４０℃の温
度で１時間以上の均質化処理を施した後、４００〜５０
０℃の温度で押出比：６以上で押出加工し、次いで鍛
造、溶体化処理、焼入れ、人工時効処理を行なう工程で
行なうのが望ましい。上記工程で、アルミニウム合金鋳
塊を均質化処理するのはミクロ偏析を均一化し、機械的
性質、加工性を改善する通常の目的の他に、共晶Ｓｉを
球状化し、切削加工性を向上させるためである。均質化
温度が４６０℃未満ではその効果は不充分で、５４０℃
を越えると共晶融解のおそれがある。

【００１０】その後押出加工するのは、鋳造組織を加工
組織に変えるためであるが、押出温度が４００℃未満で
は押出の時の変形応力が大きく、押出が困難であり、５
００℃を越えると加工熱が発生し、共晶融解のおそれが
ある。また、従来、押出比６未満の加工度の部分の金属
組織について、部分的に鋳造組織が残存しており材料の
加工性が悪い。従って、押出比６以上で押出した後、鍛
造することにより鋳造組織を加工組織に変えることが必
要である。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。 （実施例１）表１、２に示す組成の本発明合金と比較合
金とを用意し、各合金を半連続鋳造法により２２８ｍｍ
径のビレットに鋳造し、５７０℃×１２時間の均質化処
理を行なった後、４５０℃に加熱し、８０ｍｍ径の丸棒
に熱間押出を行なった。その後８０ｍｍ径×４０ｍｍ高
さの円柱状に機械加工し、１０００トン油圧プレスを用
いて、４２０℃にて２０ｍｍ高さまで据込み鍛造し、５
２０℃×１時間の溶体化処理直後に水焼入れし、１７０
℃×８時間のＴ６処理（時効処理）を施した。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】上記材料から試料を採取し、引張強さ、耐
力、伸び、耐摩耗性の評価を行なった。すなわち切り出
した試料の引張試験片を用いて引張強さ、耐力及び伸び
を求めた。耐摩耗性は大越式摩耗試験機で比摩耗量を求
め比較を行なった。摩耗子にはＦＣ２５を用い、荷重
２．１ｋｇ、摩擦速度２．０ｍ／ｓで行なった。さら
に、加工性の中でも最も問題になる冷間鍛造性を評価す
るため、上記熱間押出後の押出棒に４１０℃×２時間の
Ｏ材処理を施したものを、３０ｍｍ径×３０ｍｍ高さの
円柱に機械加工し、無潤滑で３００トン油圧プレスを用
いて高さ１０ｍｍまで据込み、割れの発生の有無を調べ
た。

【００１５】上記各試験結果を表３、４に示す。本発明
合金は引張強さ４４ｋｇｆ／ｍｍ²以上、耐力３４ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上を確保し、伸び値６％以上を実現した。
また、耐摩耗性についても、いずれの比較合金よりも優
れている。すなわち、本発明合金は、比較合金に対し、
一段と高い強度を達成するとともに、強度、伸び特性、
耐摩耗性のバランスが良好に保たれている。また、発明
合金では、いずれも冷間鍛造性に優れているのに対し、
比較合金では、多くの材料で割れが発生した。

【００１６】

【表３】

【００１７】

【表４】

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明合金は、Ｓ
ｉ：８〜１２ｗｔ％、Ｃｕ：１．５〜４ｗｔ％、Ｍｇ：
０．２〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．６ｗｔ
％、Ｓｒ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｔｉ：０．１ｗｔ
％以下を含有し、さらに、Ｃｒ：０．０５〜０．３ｗｔ
％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５ｗｔ％の内の１種または
２種を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるの
で、優れた強度、伸び値および耐摩耗性が得られ、シリ
ンダーやピストン等の摺動部品に好適な材料を得ること
ができる。さらに上記の優れた特性によりこれら部品の
軽量化や高性能化にも容易に対応することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ：８〜１２ｗｔ％、Ｃｕ：１．５〜
   ４ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０
   ５〜０．６ｗｔ％、Ｓｒ：０．０１〜０．１ｗｔ％、Ｔ
   ｉ：０．１ｗｔ％以下を含有し、さらに、Ｃｒ：０．０
   ５〜０．３ｗｔ％、Ｚｒ：０．０５〜０．２５ｗｔ％の
   内の１種または２種を含有し、残部がＡｌ及び不可避不
   純物からなる強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金