JPS61259829A

JPS61259829A - 耐摩耗性アルミニウム合金押出材の製造法

Info

Publication number: JPS61259829A
Application number: JP10028385A
Authority: JP
Inventors: Ichizo Tsukuda; 市三佃
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-11-18
Also published as: JPH0471609B2

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】産業上の利用分野この発明は、特に耐摩耗性とともに耐熱性、低熱膨張係
数が要求されるようなエンジンのシリンダー、ピストン
、あるいはコンプレッサ・ベーン等に好適に使用される
耐摩耗性のＡ　１−３ｉ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３ｉを添加したＡｌ−８ｉ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、かつ低熱膨張係
数のものであることが強く要求される。かかる要求に対
しアルミニウム合金の耐熱性を改善す把ための元素とし
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、また熱膨張
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、Ａ　Ｉ−３ｉ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って耐熱特
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、鋳物用合金であるか
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Ａ　Ｉ−３ｉ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、低熱膨張係数
に対する要求が益々厳しくなってきていることから、鋳
造法による場合でさえ、添加量の多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ってきており、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ったのが実情でおる。

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
金であって、押出機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を意図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、押出用ビレッ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Ａ　Ｉ−３ｉ系
合金をも支障なく均一かつ微細組織に鋳造しうろことを
見出すことによっ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
の製法は、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％、ＣＯ；４〜２０％、Ｂｅ１ｌ〜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、更に要すればＭＣＩ；０．３〜２％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
の溶湯を加圧凝固用金型に注湯して所定の高圧下に加圧
凝固せしめることによりビレットを作製し、次いで該ビ
レッ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。

３ｉ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％以上の含有によって、その添加
量に見合っ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。従って−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％程度の範囲で調整するのが望ましい。

Ｆｅ　、Ｃｒ　、Ｍｎ　、Ｎｉ　、Ｔｉ　、Ｃｕ　、Ｂ
ｅ、■、Ｙ、Ｚｒは、いずれも合金材の耐熱性の向上、
熱膨張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ちのである。いず
れの元素も、その含有量が前記に規定した下限値未満で
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。

任意的添加元素として必要に応じて用いられることの必
るＭｇは、合金の強度向上に寄与するものであり、０．
３％未満ではその効果に不十分である。また２％をこえ
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、従来のビレッ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
ッ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。このような問題をこの発明は、ビレット
の作製に加圧凝固法を採用することによって克服する。

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ットの作製を行いうるち
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該コンテナに注入し
、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、上記コンテナの前面は盲ダイスを付
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
。これによりビレットに一層微細な組織を得ることを可
能にする。即ち、３００’Ｃ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ってビレットを
作製する。即ち、加圧凝固法によってビレットを作製す
る。この際の加圧力は５０に’Ｊｆ／ｃｍ以上であれば
加圧凝固の効果を得ることができるが、好ましくは５０
０〜１０００ＫＩｆ／ｃｍ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ットを作製しうる。従って、従
来の鋳造法によってビレットを作製する場合、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、ビレッ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５０ＫＩｆ／ｃｉ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
に不十分でおり、半面たとえば１５００　ＫＩＴ／ｃｙ
ｓｔ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隙が消滅し、冷却速度が増
大することが１つの要因になっ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ットは、次にこれ
を押出加工して所期する耐摩耗性アルミニラム合金材と
する。ここに、ビレッ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、ビレッ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っ
た時点で加圧凝固工程を終了し、すぐさまそのまま押出
機のコンテナに装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ッ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、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３ｉを所定範囲に含有し、かつ耐熱性
及び熱膨張係数の改善のための元素として、Ｆｅ、Ｃｒ
ＳＭｎ、Ｎｉ、Ｔｉ　、Ｃｕ　、Ｂｅ　、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ
（Ｄうちの１種または２種以上を所定量含有するもので
おるから、耐摩耗性とと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
に好適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、先ず高圧凝固法によりビレットの作
製を行い、然る後、押出加工を行うものとしたことによ
りと、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。従って、二次加工としての鍛造、
切削も容易に行いうるちのとなし得、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。

実施例次にこの発明の実施例を比較例とともに示す。

［以下余白］上記第１表に示す各種化学組成の合金を、液相温度＋１
００’Ｃに溶解し、その溶湯を予め約２８０℃に加熱し
た加圧凝固用金型に注湯したのち、すぐさまこれを１０
００　Ｋ３ｆ／ｃｔＡ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
態のビレット（直径７．５＃ｌＩＩ＋、長ざ１００ａｎ
）をすぐさま押出機のコンテナーに挿入し、直径１２履
の丸棒に押出した。ここに、該押出しはいずれも合金に
よる場合も支障なく行いうるちのであった。

そこで、次いでこの押出材を４９０℃で溶体化処理し、
更に１８０°ＣＸ７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’Ｃでの引
張り強さ、熱膨張係数を調べると共に、耐摩耗性試験を
行った。結果を下記第２表に示す。

なお、耐摩耗性試験は、大成式耐摩耗試験機（乾式）を
使用し、相手材：Ｆｅ１２、摩擦速度：２ｍ／ｓｅｃの
条件で行った。

Ｕ以下余白］第２表上記第２表に示されるように、本発明に従って製造され
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、かつ熱膨張係数が小さ
く、しかも耐摩耗性にも優れたものであった。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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％、Ｃｕ；４〜２０％、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、更に要すればＭｇ；０．３〜２％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、その溶湯を加圧凝固用金型に注湯して所定
の高圧下に加圧凝固せしめることによりビレットを作製
し、次いで該ビレッ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。
（２）ビレットの作製のための加圧凝固を、５０Ｋｇｆ
／ｃｍ＾２以上の加圧条件下で行うことを特徴とする特
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
出材の製造法。
（３）ビレットの作製のための加圧凝固工程をビレット
が押出加工に適する温度にまで冷却された時点で終了し
、すぐさま該ビレットを押出機のコンテナに挿入してそ
のまま押出加工を行うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項記載の耐摩耗性アルミニウム合金押
出材の製造法。