JPS6238419B2 - - Google Patents

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JPS6238419B2
JPS6238419B2 JP56171507A JP17150781A JPS6238419B2 JP S6238419 B2 JPS6238419 B2 JP S6238419B2 JP 56171507 A JP56171507 A JP 56171507A JP 17150781 A JP17150781 A JP 17150781A JP S6238419 B2 JPS6238419 B2 JP S6238419B2
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JP
Japan
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alloy
copper
magnesium
nickel
aluminum
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JP56171507A
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JPS5873740A (ja
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Tadao Ito
Akio Hashimoto
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Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
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Priority to GB08230786A priority patent/GB2111078B/en
Priority to DE3240041A priority patent/DE3240041C2/de
Priority to FR8218106A priority patent/FR2515214B1/fr
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Publication of JPS6238419B2 publication Critical patent/JPS6238419B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/02Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04Modified aluminium-silicon alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は鋳造性が良好で強靭性に富み、耐熱性
殊に耐熱衝撃性が優れ、また熱による永久変形の
少ない鋳物用アルミニウム合金に関するものであ
る。 近年、車輌工業や機械工業などへの巾広いアル
ミニウム材料の進出に伴ない強靭で且つ耐熱性の
すぐれた鋳物用アルミニウム合金の開発が強く求
められている。 発明者らはこの要望に応えてさきに鋳造性がす
ぐれ、しかも強靭性、耐熱性を兼ね具えた鋳物用
合金の開発に成功した。(特開昭55―69234) 上記合金は6%を超え13%までの珪素、3%を
超え5%までの銅、0.2%を超え1%までのマグ
ネシウムおよび0.03%を超え1%までのアンチモ
ンを含み、残部アルミニウムおよび不純物よりな
る合金であつて最高50Kg/mm2におよぶ強度と3〜
4%の伸びを有する強靭な機械的性質を有し、ま
た耐熱衝撃性も従来のこの種の合金に較べて遥か
に優れているので、耐熱機械部材、例えばエンジ
ン用ピストン材の如く繰返し高熱にさらされるよ
うな部材への使用に適している。 しかしながら発明者らのその後の研究によると
上記合金をピストン材として長期間使用した場合
に受熱部分が通常の熱膨脹収縮とは別に恒久的な
容積収縮を起し、シリンダーとの間のクリヤラン
スが大きくなつてブローバイ、ピストンスラツプ
等の原因となり、その上上記合金は剥離摩擦を起
し易い欠点もあつて、ピストンリング嵌合溝部の
摩耗によるリング機能が低下するなどの欠点があ
ることが判つた。 発明者らは上記合金における優れた特性を保持
しつつその欠点を改善することによつて受熱機械
部品として長期使用が可能な合金を提供すること
を目的として種々検討を加えた結果、合金中の銅
とマグネシウムの含有量比Cu/Mg3〜8の範
囲において合金中に0.1〜0.5%の範囲でNiを添加
するときは強靭性、耐熱衝撃性など従来の優れた
特性を殆んど低下させることなしに受熱部分の容
積収縮を防止することができること、また耐剥離
摩耗性をも向上しうることが判明した。 本発明は重量で6.0%を超え13.0%までの珪
素、2.0%を超え3.4%までの銅、0.25%を超え1.0
%までのマグネシウム、0.1%を超え0.5%までの
ニツケル、0.03%を超え1.0%までのアンチモン
を含み、残部アルミニウムおよび不純物よりな
り、且つ銅とマグネシウムの比率Cu/Mgが3〜
8である鋳物用アルミニウム合金である。 次に本発明合金における各成分組成の限定理由
について述べる。 珪素は合金基質を強化し、耐摩耗性を具えると
共に鋳造性を改善するために必須な元素であつ
て、6.0%以下ではその効果少なく、また13.0%
以上では靭性や耐熱衝撃性を低下させるので好ま
しくない。 銅は人工時効処理を施こすことによつて合金強
度を向上するものであるが、2.0%以下では十分
な強度向上効果は得られず、3.4%を超えると母
相中における未固溶のアルミニウム―銅合属間化
合物の残存量が多くなり、強靭性や耐疲労性を低
下させ、また鋳造割れ感受性も高くなるので実用
上好ましくない。 マグネシウムは人工時効処理を施すことによつ
てマグネシウム―珪素系やアルミニウム―銅―マ
グネシウム系の金属間化合物を析出し、合金強度
を向上させるが0.25%以下では析出物の形成量が
不十分であり、また1.0%を超えると靭性および
耐熱衝撃性が著しく低下するほか、アンチモンに
よる組織改善効果を著しく損うので好ましくな
い。 アンチモンは合金組織を改善することによつ
て、耐熱衝撃性を著しく向上する。0.03%以下で
はその効果少なく、また1.0%以上を添加しても
その効果に著しい変化はみられない。 ニツケルは合金を受熱部材として使用した場合
における材料の恒久的な収縮を防止し、また耐剥
離摩耗性を向上する。 ニツケル含有量が0.1%以下ではその効果が少
く、0.5%以上では耐熱衝撃性を著く低下させる
ので好ましくない。 またニツケルの上記した収縮防止効果は合金中
の銅とマグネシウムの含有量比3〜8の範囲にお
いて有効であり、この範囲を逸脱した場合には十
分な効果はない。 なお本発明合金において使用材料地金中に通常
含まれる程度の鉄、亜鉛、マンガン、クロム等の
不純物や溶湯処理によつて合金中に必然的に混入
するチタン、硼素、ベリリウム等の元素は本発明
合金の性能に何等悪影響をおよぼすことがないの
で差支えない。 殊にチタンの添加は本発明合金を鋳造するに際
して引け性を改善する効果がある。 チタン含有量が0.03%以下では引け性改善の効
果がなく、2.0%以上ではAl―Ti系の金属間化合
物が大きく晶出し易くなり、この化合物が応力集
中を受け破壊の起点および伝播経路になつて強靭
性、耐熱衝撃性の低下を招くので好ましくない。 次に本発明のすぐれた効果を示すために行つた
一連の実施例について述べる。 実施例 1 合金中へのニツケルの添加の有無と合金中の銅
とマグネシウムの量比が合金鋳物材の長時間加
熱による永久変形量におよぼす影響。 第1図は珪素11.0%,アンチモン0.15%,銅2.0
%,3.0%,4.0%を含む合金に銅/マグネシウム
の比率3,6,9になるようにマグネシウムを加
えたアルミニウム合金についてニツケルの有(a)無
(b)による高温永久変形試験を実施した結果を示し
たものである。 試験に当つては被試合金をJIS4号舟型鋳型に鋳
込んで、500℃に10時間溶体化処理を施した後、
水焼入れし、次いで200℃に8時間焼戻処理を施
してから径200mm、長さ90mmの丸棒に精密加工し
たものを試料として、この試料を350℃の高温に
50時間の連続加熱を施し、空冷後その長さ方向の
寸法変化を測定した。 なお、合金中へのニツケルの添加量は銅2.0%
含有合金の場合には0.2%とし、他は0.4%とし
た。 第1図bから判るようにニツケルを添加しない
アルミニウム―珪素―銅―マグネシウム―アンチ
モン合金においては350℃、50時間の長時間加熱
によつて材料に容積収縮が起り、その傾向は銅含
有量が多い程、また銅/マグネシウム含有比が大
きい程著しいが、ニツケルを適量添加した本発明
合金においては、その永久変形量が著しく改善さ
れていることが判る。ただし、銅4.0%を含む合
金ではニツケルを添加しても、永久変形量は依然
として大きい。 実施例 2 機械的性質 次に本発明の合金と従来のアルミニウム―珪素
―銅―マグネシウム―ニツケル系実用合金、(JIS
―AC8A合金)の機械的性質について比較した結
果を示す。 即ち第1表は本発明の実施例に供した合金の化
学組成、第2表はその測定結果である。 表中試料No.(1)乃至(3)は本発明合金であつて、ま
たそれらのうち試料No.(3)は100mmφ×300mmの円柱
塊に鋳込み、480℃×2hrのソーキングを行つた後
420〜450℃の温度で鍛造行つた鍛造品について試
験を行つたものである。 試料No.(4)は従来実用化されているアルミニウム
―珪素―銅―マグネシウム―ニツケル系合金、
(JIS―AC8A合金)についてである。
【表】
【表】 第2表より明らかなように本発明合金は従来の
この種合金と同等のすぐれた強度を有するばかり
でなく、伸びは従来合金に較べて著しく大である
こと、即ち強靭性の著しく大であることが判る。 実施例 3 耐剥離摩耗性 次に示す実施例は本発明合金を例えば自動車エ
ンジン用ピストン材の如く高温で繰返し圧縮応力
がかかるような機械部品に使用した場合に生ずる
剥離摩耗に対する抵抗性を知るために行われた。 第2図はその結果を示す。 試験法としてはボールドウイン型試験機を用
い、10mmφの鋼球により最大荷重100Kg最小荷重
10Kgで繰返し圧縮応力を高温に保持した試料に与
え、これによつて生ずる圧痕深さを測定した。 試験温度は300℃、繰返し速度は毎分2700サイ
クルであつた。 被試試料としては珪素9.2%、銅3.3%、マグネ
シウム0.9%、アンチモン0.15%を含み、これに
ニツケルを0%,0.2%,0.5%,1.0%,2.0%と
含有量を変えて添加したアルミニウム合金をJIS4
号舟型鋳型に鋳込んで500℃に6時間溶体化処理
を施した後、水焼入れし、次いで200℃8時間焼
戻し処理を施したものを用いた。 第2図の結果よりニツケルの添加と共に摩耗量
が低下し、その含有量がほぼ0.2%附近では、摩
耗量の低下が顕著であること、さらに0.5%附近
ではほぼ横ばい状態となることが判る。 実施例 4 耐熱衝撃性 第3図は本発明合金の有するすぐれた耐熱衝撃
性を示す試験結果を示したものである。 試験は本発明合金(珪素9.2%、銅3.3%、マグ
ネシウム0.9%、アンチモン0.15%、ニツケル0.41
%及残部アルミニウムおよび不純物)とこれと比
較のため上記組成中ニツケルを0.6%添加した合
金および実施例2で比較例に用いた試料No.(4)と同
組成の実用合金を用いて、各合金材を500℃に6
時間溶体化処理した後水焼入れし、これを200℃
に8時間焼戻し処理したものについて行つた。 試験は特開昭55―69234,188頁(13)乃至
(14)欄に示したと同様の試験法によつて行つ
た。 第3図より明らかなように本発明合金は従来の
この系の実用合金であるJIS―AC8A合金に較べ
て亀裂発生の時期が相当に高サイクル側に存在
し、且つ亀裂伝播速度も頗るゆるやかであつて著
しく耐熱衝撃性にすぐれていること、 またニツケル量が0.5%を越えると耐熱衝撃性
が著しく低下することが判る。 以上述べたように本発明の合金は熱的特性、特
に耐熱衝撃性や耐剥離摩耗性にすぐれると共に高
温長時間使用による恒久的な容積変化が少ないの
で、例えばエンジン用ピストン材の如き高温受熱
部材への使用に適している。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の技術内容を示すものであつて、
第1図は本発明合金系におけるニツケル無(b)、有
(a)と合金中の銅、マグネシウムの含有量比が、合
金鋳造物の長時間高温保持に際しての恒久的な容
積変化におよぼす影響を示す図面である。第2図
は本発明合金中へのニツケル添加量と、耐剥離摩
耗との関係を示す図面である。第3図は本発明合
金と従来合金(JIS―AC8A合金)および比較合
金の耐熱衝撃性を比較して示した図面である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量で6.0%を超え13.0%までの珪素、2.0%
    を超え3.4%までの銅、0.25%を超え1.0%までの
    マグネシウム、0.1%を超え0.5%までのニツケル
    および0.03%を超え1.0%までのアンチモンを含
    み、残部アルミニウムおよび不純物よりなり、且
    つ銅とマグネシウムの比率Cu/Mgが3〜8であ
    る鋳物用アルミニウム合金。 2 重量で6.0%を超え13.0%までの珪素、2.0%
    を超え3.4%までの銅、0.25%を超え1.0%までの
    マグネシウム、0.1%を超え0.5%までのニツケ
    ル、0.03%を超え1.0%までのアンチモンおよび
    0.03%を超え2.0%までのチタンを含み、残部ア
    ルミニウムおよび不純物よりなり、且つ銅とマグ
    ネシウムの比率Cu/Mgが3〜8である鋳物用ア
    ルミニウム合金。
JP56171507A 1981-10-28 1981-10-28 鋳物用アルミニウム合金 Granted JPS5873740A (ja)

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