JPS60196219A - 耐摩耗性アルミニウム合金押出材の製造方法 - 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】 度、加工性に優れたΔｇ−３ｉ−ＣＩ系の高シリコンア
ルミニウム合金押出材の製造方法に関する。

なお、この明細書において合金成分についでの「％」は
いずれも「重石％」を示すものである。

従来、高温特性に優れたアルミニウム合金展伸材として
、５ｉ１１．０〜１３．５％を含有したΔ４０３２合金
が知られている。このＡ４０３２合金展伸材は、耐熱性
、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が小さい等の特性がある
が、本来この合金は鍛造用のものであって、鍛造加］二
を経てはじめて上記の性質が得られるものであり、合金
素材自体では上記特性を具備せず、また切削性の点でも
格別優れているものとはいい輔い。

亀 このため、その用途もピストンやシリンダーヘッド等の
極く限られた分野に使用されるにづぎなかった。

而して、特に耐摩耗性が強く要求されるような用途には
、一般的にアルミニウム合金鋳物が使われている。断る
耐摩耗性に優れたアルミニウム合金鋳物としては、Ｓｌ
を１０〜２４％程度含有したＡＡ−８ｉ系の例えばＡＣ
３Ａ、△Ｃ８Ａ−Ｃ，△Ｃ９Ａ〜Ｂ等の合金が良く知ら
れている。ところが、これらの合金は、鋳物合金である
が故に、製品形状に制約を受け、展伸材のように自由な
製品形状をめることが困難で、これが為にまた用途が限
られるという難点があった。のみならず、これらの合金
材料は、鋳造によって製造されるものであるために、そ
れに含まれる主要な耐摩耗性向上要素である初晶３ｉ粒
子及び共晶３　ｉ粒子がいずれも比較的粗大でかつ異形
を呈し、またその分布も不均一なものである。例えば初
晶Ｓ１粒子は、粒径略１５０μにも達する大きなものを
含んで全体的に粗大であり、共晶Ｓｉ粒子も長さ略３０
μ？＋’１程度のものを含んで剣状を呈し、しかもそれ
らがいずれも不均一に分布する。このため、耐摩耗性、
切削性のいずれにおいても大きな満足度を得ることがで
きなかった。初晶Ｓｉ粒子の粒径は、改良処理によって
僅かに小さくすることができるが、それでも１００μ程
度以下の大きさにすることができるにとどまり、共晶３
ｉ粒子の改良は不可能であるし、それ以上に、不均一な
分布状態を修正することができないｌｃめ、耐摩耗性に
大きなばらつきを有するものしが得ることができなかっ
た。

一方、上記のような問題点の認識から、従来、初晶及び
共晶Ｓｉ晶出粒子を微細化することについて種々研究が
なされてきた。その１つの成果として、例えば特公昭５
３−２０２　’１．２　号公報等に示されるように、鋳
造時におりるＦ８場の冷却速度を５０℃／　ｓｅｃと極
めて急速なものとすることにより、晶出物の成長を抑え
、初晶Ｓｉ、共晶３ｉの各粒子径を極めて微細なものと
なしうろことが提案されている。即ち、この先行技術に
よれば、初晶Ｓｉ粒子を最大径にＪ５いて４０μを超え
ないものとし、共晶３ｉ粒子を最大長において大半が２
０μをこえないものとなしうろことが報告されている− ところが、本発明者の研究によれば、合金組織中の特に
初晶３ｉ粒子を可及的微小なものとすることは、これに
よって必ずしも合金の耐摩耗性を比例的に向上すること
にはならないことを見出した。即ち、合金の耐摩耗性は
、いうまでもなく晶出３ｉ粒子の個々がｍｉｘ時の面圧
を受１プ止めることによって実現されるものであるとこ
ろ、マトリックス中で８１粒子が過度に微細であると却
って摩擦時の面圧を受け止める力が低下し、結果的に耐
摩耗性の向上に所期するほどには寄与し得ないものとな
ることが、多くの実験結果から推認しうるに至った。

そこで、この発明は、このような知見から出発し、耐摩
耗性の向上に最大限に寄与しうる初晶３ｉ粒子及び共晶
３ｉ粒子の粒径分布状態を知ることについて種々研究を
行った。然るところ、初晶３ｉ粒子は、最大径で８０μ
以下であり、しかも４０〜８０μ程度の粒径範囲にその
大半が分布することにより、最も優れた耐摩耗性が得ら
れ、一方共晶Ｓｉ粒子は、針状結晶を破壊して可及的小
さい粒状のものとして均一に分布することにより、最も
優れた切削性を確保しうろことを見出した。

従って、この発明の主要な目的の１つは、合金中に含む
初晶３ｉ粒子及び共晶Ｓｉ粒子を上記のような粒径範囲
に制御しうるような高シリコンアルミニウム合金の製造
方法を提供り−ることにある。

このような目的は、高シリコンアルミニウム合金をいっ
たん鋳造し、次いでこの鋳塊を押出し加工することによ
って達成される。しかしながら、ここに特定の押出条件
が採用されな【ノればならない。従来、高シリコンアル
ミニウム合金の押出しは、それ自体の変形抵抗が極めて
大きいために一般的には著しく困難とされ不適なものと
されていた。そして又、仮に押出し加工を行う場合にも
、合金の流動性を高めるために可及的押出温度を高くし
、かつ押出し速度を遅くしなければならないものと考え
られていた。

ところがこのような常識的な押出し条件に従って押出し
加工を行うときは、アルミニウム合金中の初晶Ｓ１およ
び共晶Ｓｉの各粒子の状態を前記のような好ましい範囲
に制御］ツることかできないし、また押出品に著しい表
面割れ、肌荒れ等の欠陥を生じて、側底実用に適する材
料を得ることはできない。

そこで、この発明の更に具体的な目的は、耐摩耗性、切
削性に優れた高シリコンアルミニウム合金材料を得るた
めの、該合金鋳塊の最好適な押出し条件を提示すること
にある。この押出し条件は、従来の常識的な考え方から
いえば、これとは全く逆に、押出温度を低く保持しなが
ら、押出速度を早くするものである。

上記において、この発明は、過共晶領域にＳ；を含有す
る高シリコンアルミニウム合金、特に５１１２〜３０％
、ＣＵｏ、３〜７．０％を含み、または更にＭｇｏ、３
〜２．０％を含有して、残部がアルミニウム及び不可避
不純物からなる合金を用い、該合金をビレットに鋳造し
たのも押出し加工することを必須工程とし、しかも上記
押出しを、 ビレット温度：３５０〜４２０℃ 押出ラム速度：　０．０３〜０．２ｍ　／ｗｉｎ押　比
　：　１０〜４０ の条件で行うことを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合
金押出材の製造方法を提供づるらのである。

この発明に用いる高シリコンアルミニウム合金は、３ｉ
を過共晶領域に含有するものであり、好適な組成として
、例えば３ｉ１２〜３０％、Ｃｕ０．３〜７．０％を含
み、または更にＭ。

Ｏ，３〜２．０％を含有し、残部がアルミニウム及び不
可避不純物からなるものが挙げられる。

上記の各成分元素以外にも、有意義性のある各種の添加
物が不可避不純物としての含有量をこえて含まれること
が許容される。例えばＮ１、Ｆｅ　Ｓ　Ｍｎをそれぞれ
０．５〜３．０％の範Ｉ１１＋で１種また２種以上含有
することも好ましい。

上記の各合金成分の意義は次のとおりである。

Ｓｉは、周知のとおり耐商狂性の白Ｉ−膚分左して有効
なものであり、これが１２％未満では耐摩耗性に劣るも
のとなる一方、逆に３０％をこえて過多に含有されると
、鋳造が困難になる。

本発明に係る合金は、過共晶領域において５ｉを含有す
る高シリコンアルミニウム合金を対象とする。アルミニ
ウムーシリコンの２元素合金における共晶点は、シリコ
ン１１．７％に存するが、第３元素が加わると共晶点は
遷移する。

従ってこの発明に係る合金に於ては、少なくとも１２％
以上の過共晶領域にＳｉを含有することを要するもので
ある。最も好適なＳｉ含有量は、１６〜２０％程度の範
囲である。

ＣＬＩ及びＭｇは、いずれも合金の強度の向上に寄与す
るものであり、０．３％未満ではその効果が不十分であ
る。しかしＣ１が７％をこえるときは、耐食性が著しく
悪くなる。またＭ（１が２％をこえる場合は、上記の効
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。実験結果から得られた最も好適なＣ
ｕの含有量は、概ね４〜６％程度であり、またＭ（ｌの
含有量は０，４５〜０．６５％程度である。

、Ｙ記のような各成分のほかに、有意義性のある各種の
添加物を含むことも許容される。たとえば、３ｒおよび
Ｐの含有か許容される。これらの元素はいずれも鋳造時
に初晶Ｓ１粒子を微細化づる微細化剤として作用づるも
のである点で均等物であり、いずれか少なくとも一方を
含有すれば足るが、それぞれ０．００５％未満では上記
効果に乏しく、０．１％をこえ℃も格別効果の増大を望
めない。

更に他の任意的添加元素として用いうるしのとしでＮｉ
、Ｆｅ、１ｖｌｎを挙げることができる。

これらは、いずれも合金の耐熱性の向−「にイ１勿Ｊに
寄与するものであり、この作用の面からいずれも均等物
であって、少なくとも１種または２種以上を含有すれば
足りるが各成分が０．５％未満では上記の効果の実現性
に乏しく、逆に３％をこえると切削性が著しく悪くなる
欠点を派生する。

上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合金押出材
は、その組織を特定範囲に制御して製造するために、鋳
造後押出し工程を経て製造されるものＣある。即ち、先
ず、上記のアルミニウム合金を従来の常法に従う溶ｗｅ
造にＪ：リアルミニウム合金鋳塊に製作する。この鋳造
工程によって得られる鋳塊に含まれる初晶Ｓｉ粒子は、
上記３ｒおよび（または）Ｐの添加によりある程度微細
化されたものとなしうるが、それでもなおその粒径は、
１００μｍにも達するものを含んで全体としＣ未だ相当
に大きいものである。また、共晶３ｉ粒子も、粒（￥３
０μｍ程度のものを含む全体としてかなり人きいもので
あり、かつその形態も針状を呈するものである。

そこで、この発明は、これらの比較的粗大な初晶及び共
晶３ｉ粒子を含む鋳塊を更に熱間にて押出し加工する。

ここに、この熱間押し加工条件を、ビレット温度：３５
０〜４２０℃、ラム速度：　０．０３〜０．２ｍ　／ｍ
ｉｎ　、押出：１Ｏ〜４０に設定して行い、さらに好ま
しくは押出ダイスにベアリング長さ５〜１５ｍｍのもの
を用いて行うことにより、鋳塊中に含む粗大な初晶３ｉ
粒子の一部を破壊し、そのほとんどすべての粒径が１０
〜８０μ卯の範囲で、かつ／ＩＯμ７ｎ以上の粒子が全
初晶Ｓｉ粒子面積に対し６０％以上の面積比を占める範
囲に微細化し、かつその分布を均一化せしめると共に、
共晶Ｓ１粒子も、剣状結晶を長さ方向に分断して形状を
粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒径１５μｍ以
下の範囲で、かつ１０μ７１Ｌ以下の粒子が金共晶Ｓ；
粒子面積に対し６０％以−１の面積比を占める範囲に微
細化せしめたものどすることかできる。

ところで、上記押出条件の限定理由は次のとＪ３りであ
る。

ビレット温度は、これが３５０℃未満では変形抵抗の過
大のために押出し操作が困難なものとなり、逆に４２０
℃を超える高温では、押出品を得ることができない。最
し好ましいビレット温度の範囲は３８０〜４００℃であ
る。

ラム速度は、押出ないし押出速度との関係で変えられる
が、０　、０３ｍ　／ｍｉｎ未満の遅い速度では、合金
中の初晶及び共晶のＳｉ粒子を好適範囲に微細化する効
果が不充分なものとなる。

逆に０．２ｍ　／ｍｉｎをこえると押出品に著しい割れ
を発生する。最好適なラム速度は、０．０５〜Ｑ、１５
ｍ　／ｍｉｎ程度である。

更に、押出は、１０未満では押出し加工の効果が充分に
得られず、合金の組織の改良効果が得られない、逆に押
出が４０をこえると、合金の変形抵抗が大きいことと相
俟って円滑な押出し操作が困難になる。好適な押出範囲
は概１８２０〜３０８度である。

一方、押出しに使用するダイスの形状も押出製品の良否
に重大な影響をもつ。従来、アルミニウム合金展伸材の
押出しに普通使用されているダイスは、ベアリング長さ
が３　ｍｍ程度のものであるバ、ｒの弁明の被加工４勿
とするような高シリコンアルミニウム合金の場合、上記
のようなダイスでは、押出品に著しい表面割れを発生づ
る傾向がみられ、良好な製品を得ることができない。従
って、ベアリング長さが５ｍｍＪｘ上のダイスを用いる
のが好適である。しかしベアリング良さが１５ｍｍを超
えるような場合には、押出し抵抗が人となる不利益を生
むだりで格別の利点を享受することはできない。従って
、ダイスはベアリング長さ５〜１５ｍｍの範囲のものを
用いるべきであり、最も好適には６〜１２ＲＩＩｌ＋程
度のものを用いるのが良い。

上述のようなこの発明の製造方法にＪ：れば、耐摩耗性
、切削性、加工性において、従来展伸材として既知のＡ
　４．０３２等の耐摩耗＋！を合金に較へてはもちろん
、前記耐摩耗性鋳物用合金に較べても一層優れた性能を
有し、しかも耐摩耗性にばらつきの少ないアルミニウム
合金押出材を得ることができる。更には、押出し加工に
Ｊ：って製造されるものであるから、合金鋳物では製作
が困難であるような種々の形状にも容易に製作すること
が可能であるし、鋳物と違って伸びがあることにより加
工性、鍛造性にも一層優れたものとなる等の多くの利点
が実現される。

次に、この発明の実施例を比較例と対化して示１′。

実施例 ＳＺＳ％、Ｃ１０，５％、Ｍ＋１０．５％、Ｓｒ０．０
４％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先ず半連続鋳造によって直径
１２０ｍｍのビレットに製造した。この鋳造したままの
状態で、その鋳塊に含む初晶Ｓ１粒子の粒径は概ね１０
〜１００μｍの範囲に属し、共晶３ｉ粒子の粒径は概ね
３０μｍ以下でかつ針状を呈するものであつ　ｌこ　。

次いで、このビレットを、４９５℃×８時間の均質化処
理後、大気中で常温で冷却したのら、第１表に示す各種
押出条件で直径３０ｍｍの丸棒に押出した。

第１表 押出し条件 上記実施例１〜６にＪ：っで得られた押出材を供試片と
して、その組織を調べたところ、それに含む初晶Ｓ１粒
子はづべてが１０〜８０μの粒径範囲に属し、しかも４
０〜８０／ｉｍの範囲のものが明らかに全初晶３ｉ粒子
面積に対し６０％以上面積比を占めているものであった
。かつ共晶Ｓ１粒子も微細化され、そのづ−べてか少な
くとも１５μ以下の粒径範囲で、全共晶＄１粒子面積中
６０％以上の面積比を１０μ以下のもので占めているも
のであった。

そして、この実施例１〜６の供試片につき、回転円板に
よる入超式耐摩耗試験機を用いて耐摩耗試験（試験条件
・・・摩擦距離：６００ｍ、摩擦速度：　２　ｍ　／ｍ
ｉｎ　、相手材：ＦＣ−３０＞を行ったところ、それら
の比摩耗量は０．９〜１゜１　Ｘ　１０ｍｒ？ｔ／に’
ｊであった。

これに対し、比較例１〜４のものは、ビレット湿度が高
すぎること、あるいは押出速度が遅すぎ、または速すぎ
ることに起因して、表面に著しい肌荒れを起こし、ある
いは祠に割れを生じて、いずれも側底実用に供しうるよ
うな押出材を得ることができなかった。即ち、比較例１
及び３のものでは、押出材に割れが発生し、また比較例
２及び４のものでは、押出材表面に著しい肌荒れを有づ
るものであった。

以　上 壬続補正書　く 昭和５９年１１月　１日 特許庁長官　志賀　学　殿 昭和５９年特　許　順第５２００５号 事件、！：Ｏ関係　特許出願人 ケ　ア　堺市海山町６丁２２４番地 氏　名（名称）　昭和アルミニウム株式会社４、イ（ユ
　人　代表者　河　内　壽　昭６、　補正により増加す
る発明の数 １）　明細書第１７頁の１第１表」を、別紙のとおり補
正する。

以−ト 第１表 押出し条件

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　過共晶領域にＳｌを含有する高シリコンアルミ
   ニウム合金を用い、該合金をビレツ１−に鋳造したのち
   押出し加Ｉｉることを必須工程どし、しかも上記押出し
   を、 ビレッ１〜温度：３５０〜４２０℃ 押出うム速度コ０．０３〜０．２ｍ／ｍｉｎ押　比　：
   　１０〜４０ の条件で行うことを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合
   金押出材の製造方法。
2. （２）　押出しをベアリング長さ５〜１５ｍｍのダイス
   によって行う特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性アル
   ミニウム合金押出材の製造方法。
3. （３）　Ｓｉ　１２〜３０％、ＣＩ　０．３−７．０％
   を含み、残部アルミニウム及び不１！１ｍ不純をビレッ
   トに鋳造したのち押出し加工することを必須工程とし、
   しかも上記押出しを、ビレッ１〜温度＝３５０〜４２０
   ℃ 押出うム速度：Ｑ、　０３〜０．２ｍ　／ｍｉｎ押　比
   　：　１０〜４０ の条件で行うことを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合
   金押出材の製造方法。
4. （４）　Ｓｉ　１２〜３０％、ＣＵｏ、３〜７．０％、
   Ｍｇ０．３〜２．０％を含み、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用い、該合金を
   ビレットに鋳造したのち押出し加工することを必須工程
   とし、しかも上記押出しを、 ビレット温度：３５０〜４２０℃ 押出ラム速度：　０．０３〜０．２ｍ　／ｍｉｎ押　比
   　：　１０〜４０ の条件で行うことを特徴とづる耐摩耗性アルミニウム合
   金押出材の製造方法。