(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
T6、T6510、T6511、T8およびT9処理から選択されるＴ処理を施され、改善された機械加工性を有する、ねじ切り盤用素材としてのアルミニウム基合金であり、
0.3〜0.66重量％のCu、1.10〜1.39重量％のSn、0.72〜1.27重量％のMg、0.50〜0.95重量％のSi、0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である0.5重量％以下のFe、任意成分である0.15重量％以下のCr、任意成分である0.15重量％以下のTi、および、実質的な残部であるアルミニウムと不可避不純物から成り、無鉛、無ビスマス、無ニッケル、無ジルコニウム、無カドミウムであるアルミニウム基合金。
【請求項２】
T6、T6510、T6511、T8およびT9処理から選択されるＴ処理を施され、改善された機械加工性を有するアルミニウム基合金から成るＡ等級のねじ切り盤用素材において、
0.3〜0.66重量％のCu、1.10〜1.39重量％のSn、0.72〜1.27重量％のMg、0.50〜0.95重量％のSi、0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である0.5重量％以下のFe、任意成分である0.15重量％以下のCr、および任意成分である0.15重量％以下のTi、および、実質的な残部であるアルミニウムと不可避不純物から成り、無鉛、無ジルコニウム、無ビスマスであるアルミニウム基合金から成るＡ等級のねじ切り盤用素材。
【請求項３】
T6、T6510、T6511、T8およびT9処理から選択されるＴ処理を施され、改善された機械加工性を有するアルミニウム基合金で形成された、ワイヤー、ロッドおよびバー材を含む群から選択された製品において、
前記アルミニウム基合金が、無鉛、無ジルコニウム、無ビスマスであって、0.3〜0.66重量％のCu、1.10〜1.39重量％のSn、0.72〜1.27重量％のMg、0.50〜0.95重量％のSi、0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である0.5重量％以下のFe、任意成分である0.15重量％以下のCr、および、任意成分である0.15重量％以下のTi、および、実質的な残部であるアルミニウムと不可避不純物から成る、ワイヤー、ロッドおよびバー材を含む群から選択された製品。
【請求項４】
請求項３の製品であって、押出し、鋳造、熱間および冷間圧延、および、それらの組合せを含む群から選択された方法で製造された製品。
【請求項５】
ねじ切り盤用素材、冷間仕上げしたワイヤー、ロッドまたはバー材、押出し加工したワイヤー、ロッドまたはバー材、鋳造したワイヤー、ロッドまたはバー材、および熱間および冷間ロール加工したワイヤー、ロッドまたはバー材を含んで成る群から選択された機械加工できるアルミニウム基合金製品を製造するための、アルミニウム基合金を鋳造、予備加熱、押出し、溶体化処理、およびT6、T6510、T6511、T8およびT9処理から選択されるＴ処理を施す諸段階を含む方法において、
0.3〜0.66重量％のCu、1.10〜1.39重量％のSn、0.72〜1.27重量％のMg、0.50〜0.95重量％のSi、0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である0.5重量％以下のFe、任意成分である0.15重量％以下のCr、および、任意成分である0.15重量％以下のTi、および、実質的な残部であるアルミニウムと不可避不純物から成り、無鉛、無ニッケル、無ビスマス、無ジルコニウム、無カドミウムである前記アルミニウム基合金の提供を含むアルミニウム基合金製品の製造方法。
【請求項６】
アルミニウム合金素材を、鋳造、押出し、溶体化処理、および、T6、T6510、T6511、T8およびT9処理から選択されるＴ処理を施すことにより、アルミニウム合金から成る機械加工されたワイヤ、ロッド、棒あるいはねじ切り盤用素材製品を製造する方法において、
0.3〜0.66重量％のCu、1.10〜1.39重量％のSn、0.72〜1.27重量％のMg、0.50〜0.95重量％のSi、0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である0.5重量％以下のFe、任意成分である0.15重量％以下のCr、および、任意成分である0.15重量％以下のTi、および、実質的な残部であるアルミニウムと不純物から成り、無鉛、無ニッケル、無ビスマス、無ジルコニウム、無カドミウムであるアルミニウム基合金の提供を含むワイヤ、ロッド、棒あるいはねじ切り盤用素材製品の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載されたアルミニウム基合金における合金成分の含有量が、
（イ）  0.45〜0.66重量％のCu、
（ロ）  1.10〜1.3重量％のSn、
（ハ）  0.72〜0.9重量％のMg、及び
（ニ）  0.50〜0.75重量％のSi、
の一つあるいはそれ以上から選択されるアルミニウム基合金。
【請求項８】
請求項２に記載されたアルミニウム基合金製ねじ切り盤用素材における合金成分の含有量が、
（イ）  0.45〜0.66重量％のCu、
（ロ）  1.10〜1.3重量％のSn、
（ハ）  0.72〜0.9重量％のMg、及び
（ニ）  0.50〜0.75重量％のSi、
の一つあるいはそれ以上から選択されるねじ切り盤用素材。
【請求項９】
請求項３または請求項４に記載されたアルミニウム基合金製品における合金成分の含有量が、
（イ）  0.45〜0.66重量％のCu、
（ロ）  1.10〜1.3重量％のSn、
（ハ）  0.72〜0.9重量％のMg、及び
（ニ）  0.50〜0.75重量％のSi、
の一つあるいはそれ以上から選択されるアルミニウム基合金製品。
【請求項１０】
請求項５に記載された機械加工できるアルミニウム基合金製品の製造方法におけるアルミニウム基合金成分の含有量が、
（イ）  0.45〜0.66重量％のCu、
（ロ）  1.10〜1.3重量％のSn、
（ハ）  0.72〜0.9重量％のMg、及び
（ニ）  0.50〜0.75重量％のSi、
の一つあるいはそれ以上から選択されるアルミニウム基合金製品の製造方法。
【請求項１１】
請求項６に記載されたアルミニウム合金から成る機械加工されたワイヤ、ロッド、棒あるいはねじ切り盤用素材製品を製造する方法におけるアルミニウム合金成分の含有量が、
（イ）  0.45〜0.66重量％のCu、
（ロ）  1.10〜1.3重量％のSn、
（ハ）  0.72〜0.9重量％のMg、及び
（ニ）  0.50〜0.75重量％のSi、
の一つあるいはそれ以上から選択されるアルミニウム合金から成る機械加工されたワイヤ、ロッド、棒あるいはねじ切り盤用素材製品を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム合金の分野に係わり、特に機械加工可能なアルミニウム合金に関する。本発明は更にそのような合金から作られる製品、限定するわけではないが、ねじ切り盤用の素材（stock）；冷間仕上げしたワイヤー、ロッドおよびバー材；押出し、鋳造、引抜き、または高温および低温ロール成形したロッドおよびバー材、および押出し、鋳造、引抜き、または高温および低温ロール成形した鋳造素材を含む製品に関する。
【０００２】
【従来の技術および問題点】
公知の機械加工用合金のうち、2011および6262アルミニウム（アルミニウム協会による識別番号）が、最も広く販売されている。このようないずれの合金も機械加工性を測定することは一般に困難である。しばしば使用されてきた１つのランク付けのシステムは、1993年にJ.R.Davis等によって編集された「ASM Specialty Handbook」中の「アルミニウム及びアルミニウム合金の機械加工」と題する、題331頁の第１図に示された評価方法であり、機械加工性の最も良いものを「Ａ」と評価し、以下順に「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」そして「Ｅ」と評価する文字による等級付けを基本としている。すなわち、
（１）切屑寸法：大きな切屑に比べて小さい切屑は機械加工を簡単化し、工具−被加工物の境界面からの効率良い熱除去を容易にするので、切屑寸法は小さいほど望ましい。切屑は小さすぎてはならず、すなわち切屑が孔開けや切削のようなあらゆる機械加工時の潤滑剤の循環に障害となってはならない。対照的に長く薄い切屑は、破断せずに丸くカールする傾向を示す。しばしばカーリングと呼ばれるこのような切屑は、機械加工部分から手で除去する必要があり、熱放散の点で小さな切屑に比べて効率が劣る。何故なら、大きな切屑は冷却を行う潤滑剤を遮断する傾向を示すからである。
（２）工具の摩耗：与えられた被加工物に関して要求された公差から外れるまでの工具の使用可能な時間を長くすることで経費を節約するために、工具の摩耗速度の遅いことが望ましい。工具の摩耗速度の遅いことは、工具交換による停止時間を短縮することで生産性を更に高める。
（３）表面仕上げ：機械加工のままの状態で非常に滑らかな外面の仕上りを示す合金が、研磨およびバリ取りのような引続く表面仕上げ作業の必要性を排除しまたは低減するために一層望ましい。
（４）機械加工力：動力の要求値、および被加工物、工具および工具ヘッドに発生する摩擦熱量を減少させるため、または同じ動力要求値で達成することのできる機械加工量すなわち金属除去量を増大させるために、機械加工力が小さければ小さいほど望ましい。
（５）機械的特性および腐食特性：強度のような機械的特性または耐食性のような他の特性は、機械加工性に対して「選択性」がある。これらの特性は、機械加工される被加工物に意図される最終的は用途に応じて重要である。この「Ａ」〜「Ｅ」の等級分けシステムは上述の５つの要素に基づくが、各々の要素の相対的な重要度はいずれかの与えられた合金の意図された最終的な用途に関係して変化する。
【０００３】
現在のところ、2011は一貫して「Ａ」等級の最も一般的な機械加工用のアルミニウム合金である。この組成は約５〜６重量％のCu、約0.3重量％までのZn、約0.7重量％までのFe、約0.4重量％までのSi、約0.2〜0.6重量％のBi、および約0.2〜0.6重量％のPbを含有する。6262アルミニウムは最も頻繁に「Ｂ」等級とされるが、それと同様な2011−T3熱処理部品と比較して、T8およびT9熱処理のもとで一貫して高い強度レベルおよび良好な全般的な耐食性を有している。6262アルミニウムの組成は約0.8〜1.2重量％のMg、約0.4〜0.8重量％のSi、約0.15〜0.4重量％のCu、約0.4〜0.7重量％のPb、約0.4〜0.7重量％のBi、約0.04〜0.14重量％のCr、約0.7重量％までのFe、約0.25重量％までのZn、約0.15重量％までのMn、および約0.15重量％までのTiを含有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近い将来、多くの製品において鉛の量を低減することが望まれるようになろう。法律でPbレベルの低減、または或る種の消耗品からの排除すら要求されることになろう。それ故に、2011および／または6262アルミニウムに代る無鉛代替材が望ましい。
【０００５】
6262アルミニウムに代る実際的な無鉛代替材を提供することが関心事である。他の目的は、機械加工性に優れ、それ故に一層速い機械加工時間により製造経費を低減することになる無鉛アルミニウム合金を提供することである。他の目的は、ほとんど全ての機械加工の適用において2011および／または6262アルミニウムに代えて使用でき、特に仕上げ製品の強度特性が機械加工性ほど重要とされないような合金を提供することである。
【０００６】
改良したねじ切り盤用素材、およびワイヤー、ロッドまたはバー材の製品、ならびにこれらの製品を鋳造、予備加熱、押出し、溶体化処理、冷間仕上げ、および各段階での熱処理の組合せによって製造する改良した方法、を提供することもまた関心事である。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
本発明の１観点によれば、機械加工に適したアルミニウム基合金が提供される。この合金は、約0.3〜0.66重量％のCu、約1.10〜1.39重量％のSn、約0.72〜1.27重量％のMg、約0.50〜0.95重量％のSi、約0.002〜0.35重量％のMn、任意成分である約0.5重量％以下のFe、任意成分である約0.15重量％以下のCr、任意成分である約0.15重量％以下のTi、実質的な残部であるアルミニウムと不可避不純物から成る。好ましくは、この合金は、約0.45〜0.66重量％のCu、約1.10〜1.3重量％のSn、約0.72〜0.9重量％のMg、約0.50〜0.75重量％のSi、および約0.01〜0.05重量％のMnを含有する。これは、後述で定義するように、実質的に無鉛、無ビスマス、無ニッケル、無ジルコニウム、そして無カドミウムである。この合金は、最も好ましくはインゴット鋳造および引続く熱間変形によって、典型的にはねじ切り盤用素材、またはワイヤー、ロッドおよびバー材から選択される１以上の製品として加工される。
【０００８】
この合金から、鋳造、予備加熱、押出し、溶体化処理、冷間仕上げ、および熱処理、好ましくはT3処理、T6処理またはT851処理（アルミニウム協会の識別記号）によって、ねじ切り盤用素材、およびワイヤー、ロッドまたはバー材の製品を製造する改良した方法が更に開示される。押出し、冷間仕上げ、その後の溶体化処理（すなわちソリューショナイジング）により、この同じ合金はT4処理、T451処理、T6処理またはT651処理のような他のＴ処理を受けることができる。T9の調質もまた溶体化処理、熱処理および高温仕上げによって得ることができる。本発明の合金は、周知のまたはその後に開発された手段を使用して連続鋳造でき、また冷間仕上げすることなく各種の製品形状に押出し加工でき、またはプレス焼入れすることができる。押出し加工後、この合金から作られた製品はT4511、T6510、T6511またはこの他にT6の実施によって焼戻せる。
【０００９】
好ましい合金組成のいずれの説明に関しても、全てのパーセント値は特に指示しない限り重量％である。
いずれの数値範囲を参照しても、この範囲は記載範囲の最小値および最大値の間の各および全数値および／または小数値を含むものと理解される。例えば、約1.10〜1.39％のSnの範囲は、範囲内全ての中間値を含む。同じことは以下に説明する各々の他の元素範囲にも適用される。
【００１０】
本明細書で使用する「実質的に無」という表現は、合金成分に意図的に加えられた成分としての実質的は量を有していないことを意味し、小量の付帯的元素および／または不純物として所望の最終製品に見い出され得ると理解される。例えば、実質的に無鉛の機械加工用合金は、付帯的な添加または或る種の処理装具および（または）保持装具との接触で生じる汚染が原因して、約0.1％未満、より好ましくは約0.03％未満のPbを含有し得る。本発明の全実施例は実質的に無鉛すなわち無Pbである。本発明の合金はまた、最も好ましくは実質的にビスマス、ニッケル、カドミウムおよびタリウムが無である。
【００１１】
本明細書で使用する「ねじ切り盤用素材」という用語は、冷間仕上げしたワイヤー、ロッドおよびバー材の製品、ならびに通常のインゴット冶金技術（例えばDC鋳造）またはそうでなければ既知のすなわちその後に開発された粉末冶金および鋳造加工を使用して製造できる熱間および冷間ロール加工可能なあらゆる押出し加工ワイヤー、ロッドまたはバー材の製品を表現する。「冷間加工」は実質的に大気温度での作業として定義される一方、「熱間加工」は更なる加工のために加熱した素材（ストック）を使用する。理解すべきは、幾つかの例において冷間加工は熱間加工に続いて行うことができることである。
【００１２】
T3、T4、T451、T4511、T6、T651、T6510、T6511、T8、T851、およびT9処理を含むこの合金のいずれかの好ましいＴ処理を参照すると、現在のＴ処理の実際は、熱間加工、冷間加工、溶体化処理（すなわち、ソリューショナイジング）、および自然（すなわち、大気温度すなわち室温）または人工的（外部熱源を使用）のいずれかによる析出硬化を含む。Ｔ処理方法の詳細については、アルミニウム協会登録ガイドラインから学ぶことができるが、その内容を、引用によって本明細書の記載として援用する。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金は、好ましくは押出し、鋳造および／または熱間または冷間ロール加工によってねじ切り盤用素材、およびワイヤー、ロッドまたはバー材の製品に作ることができる一方、この同じ合金が連続または半連続鋳造を含むいずれかの周知のまたはその後に開発された技術によってシート、ストリップ、プレート、鍛造品、合わせ材すなわちクラッドまたは箔製品を含む他の形態および製品形状に作れることは理解されねばならない。
【００１４】
本発明の主合金成分を参照するとき、残部の実質的なアルミニウムが本発明の付随的な特性に影響するであろう或る量の付帯的は意図的に加わった元素、または意図せずに加わった不純物を含み得るのであり、いずれもこの合金の本質的な特性を変化させることのないことは理解される。主合金元素に関しては、そのCuは合金の全体的な機械加工性、強度、陽極酸化処理の反応性、溶接性、および耐食性の応答性に作用すると考えられている。Snの存在は、機械加工性、および人工時硬の応答性に作用すると考えられている。小量元素に関しては、Crは微粒分散質相の形成および熱間加工または熱処理時の再結晶化の防止に作用すると考えられている。Mnは合金の強度、再結晶化および摩耗の耐性を増すと考えられている。Siもまた増強のために添加される一方、Feは一般に不純物として存在する。
【００１５】
Snは幾つかの理由でPbの可能な代替物と考えられる。Snは、2011および／または6262アルミニウムの実質的に無鉛の代替材を識別し展開するために使用される基準の大部分を満たしており、すなわち（１）毒性レベルが低い、（２）上述のアルミニウム合金を代替するときに生じる処理の複雑性が最小限である、（３）低融解共晶を形成する、（４）個体アルミニウム内で一般に不溶性である、（５）アルミニウムとの金属間化合物を実質的に形成しない、および（６）溶融による正味の膨張を有する、である。
【００１６】
本発明の１つの基本的な特徴は、Sn−Mg共晶を溶融する作用から、典型的には機械加工時の切削工具部分の温度上昇から、もたらされると考えられる。したがって、本発明は前述の本質的な特徴に悪影響することなく強度特性を更に高めるためにAgのような他の元素を小量ほど許容する。この証拠は、本発明の合金に関してのSnとMgの含有量間に観察される逆比例関係によって示される。適度の量のSnが存在すると、Mgのレベルは比較的高く保持できる。しかし約0.9重量％以下と低いMgレベルでは、0.95重量％以上のSn含有量が更に有利であることを証明している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下の具体例データは、本発明の目的および利点を更に示すためのものである。これらは、発明の範囲を限定することを当然に意図するものではない。
【００１８】
【表１ａ】
0003544669.tif 000002
【００１９】
【表１ｂ】
0003544669.tif 000003
【００２０】
【表１ｃ】
0003544669.tif 000004
【００２１】
前記表から、グラム当りの大きな切屑数はより大量の切屑量、それ故により小さな切屑に相当し、これはより良好な機械加工性を示す。この基準だけを使用すれば、少ないMg含有量と比較的多いSn重量％を有するこれらの本発明の合金組成は、6262アルミニウムを凌いでいる。
以上、好ましいとされる例について説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された範囲によって更に具現され得ることを理解すべきである。