JPS6360251A - アルミニウム・珪素合金及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はｐｂ金含有Ａｌ−Ｓｉ合金の改良に係り、更
に詳しく言えば共晶組織のＳｉの針状晶の大きさを７０
μｍ以下とし、優れた靭性および耐摩耗性を示すように
したＡｌＳｉ合金に係る。

（従来技術と解決すべき問題点） 耐摩耗性、高温強度、切削性等に優れたＡ１合金として
Ｓｉを４％以上含有したＡｌ−Ｓｉ系合金が一般に使用
されている（本明細書においては通例の通り合金の化学
組成は重量％で示す）。更にｐｂを含有、点在させて耐
摩耗性と切削性を改良した合金も広く知られている。

しかしながら通例の重力鋳造法では最終凝固部に大きな
引は巣が生じ、歩留りが非常に低く、また鋳造材である
ためマイクロポロシティの内在は避けることができず、
機械的性質にばらつきが生じ、鍛造品に比して信頼性に
欠ける。

一方、Ａｌ−Ｓｉ系合金を連続鋳造で製造する方法も公
知である。連続鋳造法によれば鋳造歩留り或いは生産性
の点で有利である。しかしながらＡ１合金について広く
行われているＤＣ鋳造法、ホットトップ鋳造法に代表さ
れる半連続鋳造では保持炉の溶湯は断熱材でできた溶湯
移送樋を経て鋳型に注入される。この方法でｐｂ金含有
Ａｌ−Ｓｉ合金を鋳造する場合、ｐｂはＡ１と比重が大
きく異なるので移送樋を移動中に２層に分離し易く、ｐ
ｂは樋底に分離堆積し、−様に分散した目標濃度の鋳造
品を得ることが難しい。従って耐摩耗性、高温強度また
は切削性に優れたｐｂ金含有Ａｌ−Ｓｉ系合金の製造に
は不適当である。

この発明は上記の問題点を解消する耐摩耗性と切削性が
良好で、Ｓｉの針状結晶が細かく強度の大きなｐｂ含有
Ａｌ−Ｓｉ合金並びにその製造方法を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、 Ｓｉ４〜２５％、Ｃｕ０．５〜８％、 Ｍｇ０．２〜２．０％、 ＴｉＯ，５％以下で、Ｐｂが０．５〜５％分散点在し、
残部Ａｌ及び不純物 よりなり、共晶組織におけるＳｉの針状晶の大きさが７
０−以下で、靭性および耐摩耗性に優れたＡｌ−３層合
金並びに、 Ｓｌ　４〜２５％、Ｃｕ０．５〜８％、Ｍｇ０．２〜２
．０％、 ＴｉＯ，５％以下で、ｐｂが０．５〜５％分散点在し、
残部Ａｌ及び不純物 よりなる溶湯を金型に注入して５００〜２０００に、　
／　ｃＪの圧力下で凝固させることを特徴とする共晶組
織におけるＳｔＯ針状晶の大きさが７０−以下で靭性お
よび耐摩耗性に優れたＡｌ−５層合金を製造する方法に
係る。

本発明において溶湯中にｐｂを分散点在させるには例え
ば高周波誘導電気によって溶湯を攪拌してＰｂを細かに
分散させる公知の方法によって行うことができる。

本発明に係る合金の成分組成について言えば、Ｓｉは耐
摩耗性向上成分として有効で、４％未満ではその効果が
不十分であり、一方１２％を超えると靭性が低下するよ
うになるので好ましくないので、４〜１２％とするのが
良い。

Ｃｕは強度に影響し、０．５％以下では満足すべき強度
が得られず、一方８％以上になると鋳造が困難になって
くるので好ましくなく、従って０．５〜８％とするのが
良い。

Ｍｇは時効硬化に関係し、０．２％以下では時効硬化性
に乏しく、一方２％以上になると鋳造が困難になって来
るので、０．２〜２％とする。

ｐｂは０．５％以下ではその分散量が少ないので潤滑性
能の改善の効果が小さく、一方５％以上添加しても改善
の効果には大きな変化がなく、かつ比重が大きなＰｂを
多量に加えることは軽合金としての特性を失うようにな
るので、０．５〜５％とするのが良い。

Ｔｉは通例結晶組織を微細化させるため０．５％以下添
加されるが、ごく微量、例えば０．００２％含有されて
も微細化効果を充分発揮することができ、一方０．５％
以上加えてもその効果には大きな変化がないので、０．
５％以下とする。

そのほかＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＦｅはいずれもＡｌ−Ｓｉ
合金の高温強度の向上に寄与することが知られており、
本願合金においてもこれら元素を含有させても差し支え
はない。その量について言えば各成分とも０．５％以下
では認めるほどの効果はなく、一方１０％を超えると鋳
造性が低下してくる上に、化合物の晶出が過多になり、
靭性が低下するようになってくるので、これらの元素を
添加するとしても一つまたは二つ以上で０．５〜１０％
とするのが良い。

溶解鋳造方法について言えば、公知の方法により溶解し
、必要に応じて脱ガスや微細化処理を含む溶湯処理を施
し、５００〜２０００ｋｇ／ｅｔａの圧力下で凝固させ
て所謂溶湯鍛造を施す。

溶湯は加圧されながら凝固が進行するので、凝固中に発
生する収縮巣に対して溶湯が補給され、鋳塊には引は巣
や気孔の発生が見られず、歩留りが著しく向上する。ま
た溶湯は金型内面に強制的に押しつけられ、溶湯と金型
との間には隙間を生じないため凝固速度も通例の重力鋳
造に比して速くなり、所望の微細組織を得ることができ
、共晶組織中のＳｉの針状晶の長さは７０μｍ以下、ま
た過共晶合金の初晶Ｓｔの径は８０−以下になる。

製品形状或いは用途によっては溶湯鍛造工程に続いて熱
間押出し工程を加える。材料鋳塊は好ましくは予めおよ
そ４９０℃、５時間の均質化熱処理を施したのち熱間押
出しをする。これによって共晶組織は分断され、組織は
更に微細化し、共晶組織のＳｔ針状晶は長さが４０−以
下になる。

上記のようにして製造された合金部品は通例のとおりＦ
材もしくはＴ６．Ｔ７処理などの熱処理を施したのち使
用に供される。

（実施例） 第１表に示す化学成分組成の供試材を表の注書きの条件
で製作した。続いて熱処理はいずれもＴ７処理（５００
℃ｘ３ｈ加熱、水焼入れ、１７５”ｃｘｌｏｈ加熱、放
冷）を施した。

第１〜４図はそれぞれ第１表に示す化学成分組成で注書
き処理の供試材のＴ７処理後の顕微鏡組織を示す写真（
１００倍）で、第１図は本発明に係るＡ−２材、第２図
はＢ−１材、第３図は対比材ａ、第４図は対比材すの組
織を示し、図中細かな黒点がｐｂ粗粒子針状晶が共晶Ｓ
ｉ、Ｆｉｔねずみ色の塊状が初晶Ｓｉ、地はαＡｌであ
る。

第３図の亜共晶成分組成で重力鋳造の対比材の組織に比
して第１図の本発明の亜共晶成分組成の溶湯鍛造＋押出
加工材の共晶組織におけるＳｉ針状晶が細かく、また第
２及び第４図の過共晶合金の比較では初晶Ｓｔが溶湯鍛
造によって細かくなっているのが認められる。更に第１
図、第２図の共晶Ｓｉを比較すると押出加工により共晶
Ｓｉが細かに破砕さているのが認められる。

第１表 注、　Ａ−１，８−１：　１５００ｋｇ／ｃｍ”加圧下
で凝固、Ａ−２，Ｂ−２：　１５００ｋｇ／ｃｍ”加圧
凝固後、押出しａ、ｂ：重力鋳造 第２表 第２表から本発明に係る供試材Ａ−１，Ａ−２の成績、
または供試材Ｂ−１，Ｂ−２の成績はそれぞれ類似組成
の対比材ａまたはｂの成績に比して格段に改善されてい
るこが判る。

次に衝撃圧壊試験について述べる。試験片は供試材から
１８ｍｍ九ｘ　ｄｍｍ長に切り出し、その一端に球座を
設け、鋼球を載せ、そこに重さ１４ｋｇの鋼製の錘を任
意の高さから落下させて破壊させ、任意の高さとその高
さでの破壊率を正規分布表にプロットし、５０χの破壊
率に対応する高さで衝撃圧壊強度値を表した。

その成績を第３表に示す。

本発明の合金は類似組成の対比材すの靭性を改善すると
共に、そのばらつきを減少させ、従って材料の信頼性を
向上改善させたことが判る。

次に摺動試験について述べる。試験は溶湯鍛造法で製作
した本発明材のロッカーアームとＡＤＣ−１２材のロッ
カーアーム現用品とを実機にそれぞれ組込んでモータリ
ングテストを行い、ロッカーシャフトとの摺動面の耐焼
付性をみた。その結果ＡＤＣ−１２材のロッカーアーム
はロッカーシャフトとの焼付のため生じた摺動傷があり
、またロッカーシャフトの摺動面にＡｌの付着が見られ
たが、本発明材のロッカーアームではｐｂの潤滑性の効
果によって良好な結果かえられた。

また第１表に示すＢ−１、Ｂ−２材で斜板式カーターラ
用圧ｍ機のシューディスクを製作し、冷媒用のガスを正
規量の３０χとして油潤滑が殆ど期待できない条件で圧
縮機を回転させたが、４０００ｒ。

ｐ、ｍ、まで異常はなかった。対比材としてｐｂ　　を
含有しないＡ３９０　　材を使用したが、対比材は運転
直後に焼付が生じて破壊した。

上記のように本発明材はｐｂ　　を細かに分散させてい
るので、予想されるとおり悪い潤滑条件の下でも優れた
摺動特性を発揮する。

（効果） 以上説明したように本発明のＡｌ−Ｓｉ合金は共晶組織
のＳｉ針状晶の長さは最大でも７０−１過共晶合金では
その上に初晶Ｓｉの長さが最大でも８０−であり、これ
に押出し加工を施せば初晶Ｓｔは更に分裂して微細化し
て４０坤以下になるので、従来の重力鋳造法に比して顕
著に機械的性質が向上する。またｐｂが均一に分散含有
され、信頼性の高い組織となっているので機械的性質に
加えて耐摩耗性に優れた材料を得ることができるなど実
用上すぐれた効果を奏する。

また本発明の方法によればＡｌ−Ｓｉ合金において所謂
溶湯鍛造によって共晶組織のＳｉ針状晶の長さを７０−
以下、過共晶合金の初晶Ｓｔの長さを８０−以下とする
ことが出来る上に、溶湯鍛造の後、押出し加工を施せば
共晶組織のＳｉ針状晶は更に微細に破砕されるから長さ
を４０−以下にすることができ、Ｐｂの均一分散と相ま
って機械的性質を一層向上させることができる。

またこの方法は加圧下で凝固させるだけであるから、装
置さえ準備できれば特に難しい操作を必要としなくとも
信頼性の高い製品を得ることができる等その実用上の効
果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金のうち亜共晶合金の金属組織を示す
顕微鏡写真、第２図は同じく過共晶合金の金属組織を示
す顕微鏡写真、第３図は亜共晶合金の従来の重力鋳造材
の金属組織を示す顕微鏡写真、第４図は同じく過共晶合
金の重力鋳造材の金属組織を示す顕微鏡写真である。 出願人代理人　弁理士　鴨志１）次男 第１　図 第２図 第３　ロ ％〃図 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願　第　２０２６６３　　号２、発明の
名称 アルミニウム・珪素合金及びその製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区九段北１丁目１３番５号名称　株
式会社　リ　ケ　ン ４、代　理　人　　■２３２電話　横浜（０４５）　７
３１−３２５４住所　神奈川県横浜市南区六ツ用−丁目
１５４番地７、補正の対象 （１）　　願書の「特許法第３８条ただし書の規定によ
る特許出願」の記載漏れ。 （２）　　同じく、「特許請求の範囲に記載された発明
の数」の項の記載漏れ。 ８、補正の内容 （１１願書の表題「特許願」の右に、下記の通り挿入す
る。 Ｑ特許法第３８条ただし書の規定による特許出１ｉＪＩ
）」（２）同上、第１項１、発明の名称と第２項２０発
明者の行の間に、 「２、特許請求の範囲に記載された発明の数　２」の１
行を挿入し、２０発明者以下の番号を１番づつ繰り下げ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｓｉ４〜２５％、Ｃｕ０．５〜８％、 Ｍｇ０．２〜２．０％、 Ｔｉ０．５％以下で、Ｐｂが０．５〜５％分散点在し、
   残部Ａｌ及び不純物 よりなり、共晶組織におけるＳｉの針状晶の大きさが７
   ０μｍ以下で、靭性および耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ
   合金
2. ２．Ｓｉ４〜１２％の亜共晶、共晶Ａｌ−Ｓｉ合金であ
   る特許請求の範囲第１項記載のＡｌ−Ｓｉ合金
3. ３．Ｓｉ１２を超え２５％以下、Ｃｕ０．５〜５％の過
   共晶Ａｌ−Ｓｉ合金である特許請求の範囲第１項記載の
   Ａｌ−Ｓｉ合金
4. ４．Ｓｉ４〜２５％、Ｃｕ０．５〜８％、 Ｍｇ０．２〜２．０％、 Ｔｉ０．５％以下で、Ｐｂが０．５〜５％分散点在し、
   残部Ａｌ及び不純物 よりなる溶湯を金型に注入して５００〜２０００ｋｇ／
   ｃｍ＾２の圧力下で凝固させることを特徴とする共晶組
   織におけるＳｉの針状晶の大きさが７０μｍ以下で靭性
   および耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ合金を製造する方法
5. ５．金型中で所定圧力下で凝固した鋳塊を熱間押出加工
   を施して共晶組織におけるＳｉの針状結晶の長さを４０
   μｍ以下とする特許請求の範囲第４項記載のＡｌ−Ｓｉ
   合金の製造方法