(57)【要約】  アルミニウム合金に含有される元素量を最適化することで、押出性、鍛造性といった生産性の向上を得るのみでなく、必要特性を満足するアルミニウム合金を提供する。  Ｓｉを５．５〜７．０％、Ｃｕを１．０〜２．０％、Ｍｇを０．４〜０．８％、Ｃｒを０．０５〜０．１５％、Ｎｉを０．０５〜０．２５％、さらに所望によりＳｒを０．０１〜０．０５％を含み残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、押出材の長手方向に垂直の断面において中央部の共晶ＳｉサイズをＳｃ、表層側部の共晶ＳｉサイズをＳｓとしたときＳｃ−Ｓｓ≦１５μｍ２であり、かつ共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の粒数が１０００〜３０００個／ｍｍ２であることを特徴とするアルミニウム合金を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉを５．５〜７．０ｍａｓｓ％（以下、％と記す。）、Ｃｕを１．０〜２．０％、Ｍｇを０．４〜０．８％、Ｃｒを０．０５〜０．１５％、Ｎｉを０．０５〜０．２５％を含み残部がＡｌと不可避的不純物からなり、押出材の長手方向に垂直の断面において中央部の共晶ＳｉサイズをＳｃ、表層側部の共晶ＳｉサイズをＳｓとしたときＳｃ−Ｓｓ≦１５μｍ２であり、かつ共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の粒数が１０００〜３０００個／ｍｍ２であることを特徴とする耐摩耗性、押出性、鍛造加工性に優れたアルミニウム合金。
【請求項２】
さらにＳｒを０．０１〜０．０５％含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車、家電製品などにコンプレッサーなどの部品として使用される耐摩耗性、押出性、鍛造加工性に優れたアルミニウム合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品などにおけるコンプレッサ等に使用されるアルミニウム合金は耐摩耗性等が要求されるものがある。例えば、コンプレッサに使用されているアルミニウム合金は耐磨耗性向上、熱膨張率を小さくすることを目的にＳｉを１０ｍａｓｓ％（以下％）以上添加したＡｌ−Ｓｉ合金が使用されている。特許文献１には耐疲労性と非焼き付き性に優れた摺動用アルミニウム合金が記載されている。このアルミニウム合金にはＳｉが非焼き付け性、耐摩耗性に寄与するため必須元素として１〜１５％添加されている。しかし、Ｓｉの添加量が１５％を超えるとアルミニウム合金は脆化してしまうことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−００６３４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記コンプレッサ等に使用されるアルミニウム合金は耐磨耗性、膨張係数等が優れていることを要求されるためＳｉが多く添加されている。しかし、この様なアルミニウム合金は耐摩耗性、膨張係数等は向上しているが、押出性などの加工性の低下や表面性状が悪化してしまう等の懸念事項がある。これは、アルミニウム合金は添加される各組成の成分濃度が高くなるほど加工し難くなる傾向があるためである。特に耐摩耗性を向上させるために添加されるＳｉは、押出工程、鍛造工程における加工工程において生産性を低下させる。実情として、この様なアルミニウム合金は使用される部材に要求される耐磨耗性、膨張係数等に対して必要以上に該特性を有する過剰なスペックとなっていることも少なくない。つまり、これらのアルミニウム合金は耐摩耗性等が著しく優れていることが必ずしも必要ではないため、耐摩耗性等の必要特性は用途により最適状態に制御することが生産性の観点から好ましい。
したがって、必要に応じて要求される特性と生産性を調和することで生産性を落とすことなくコスト面において優れた効果を有するアルミニウム合金が得られる。
そこで、生産性の悪化を極力抑えつつ、必要特性が得られるバランスの取れたアルミニウム合金の開発が課題となっている。【０００５】
上記の事情に鑑み、本発明はＡｌ−Ｓｉ系合金において押出性および鍛造加工性に優れており、且つ耐摩耗性が維持された鍛造物を生産することができるアルミニウム合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討の結果、各組成の添加量を調整し、かつ共晶Ｓｉサイズを制御することで必要特性と生産性を調和したアルミニウム合金を得られる知見を得た。つまり、下記手段により上記本発明の目的が達成されることを見出した。【０００７】
すなわち、本発明によれば、Ｓｉを５．５〜７．０ｍａｓｓ％（以下、％と記す。）、Ｃｕを１．０〜２．０％、Ｍｇを０．４〜０．８％、Ｃｒを０．０５〜０．１５％、Ｎｉを０．０５〜０．２５％を含み残部がＡｌと不可避的不純物からなり、押出材の長手方向に垂直の断面において中央部の共晶ＳｉサイズをＳｃ、表層側部の共晶ＳｉサイズをＳｓとしたときＳｃ−Ｓｓ≦１５μｍ２であり、かつ共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の粒数が１０００〜３０００個／ｍｍ２であることを特徴とする耐摩耗性、押出性、鍛造加工性に優れたアルミニウム合金が提供される。【０００８】
好ましくは、更にＳｒを０．０１〜０．０５％含有させた耐摩耗性、押出性、鍛造加工性に優れたアルミニウム合金が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アルミニウム合金の各組成及び共晶Ｓｉサイズを適切に制御することで、押出性および鍛造加工性に優れており、且つ耐摩耗性が維持された押出材、鍛造材を生産することができるアルミニウム合金材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】押出により製造された押出品を鍛造加工する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明のアルミニウム合金における各添加元素について説明する。
【００１２】
Ｓｉは、Ｓｉ化合物を生成することで摩耗性に寄与する。また、ＳｉはＭｇと共にＭｇ２Ｓｉを形成し、強度に寄与する元素である。Ｓｉは添加量が５．５％未満では、強度、耐摩耗性の効果が弱い。７．０％を超えると表面性状が悪化し、押出性が低下する。
【００１３】
Ｃｕは、強度向上に寄与する。Ｃｕの添加量が１．０％未満では強度向上の効果が小さく、２．０％を超えると押出加工性、耐食性が劣化する。  
【００１４】
Ｍｇは、Ｓｉと共にＭｇ２Ｓｉを形成し強度向上に寄与する。Ｍｇの添加量が０．４％未満ではその効果が小さい。０．８％を超えると押出加工性が低下する。好ましくは、Ｍｇを０．５５〜０．６５％である。
【００１５】
Ｃｒは、結晶粒微細化に有効であり強度向上に寄与する。Ｃｒの添加量が０．０５％未満では該効果は薄い。０．１５％を超えるとその効果は大きく変らない。好ましくは、Ｃｒを０．０７〜０．１０％である。
【００１６】
Ｎｉは、耐熱性、耐摩耗性向上に有効であり強度向上にも寄与する。Ｎｉの添加量が０．０５％未満ではその効果が薄い。０．２５％を超えるとその効果は大きく変らない。また押出性を悪化させる。好ましくは、Ｎｉを０．０７〜０．１３％である。
【００１７】
Ｓｒは、添加することで機械的性質の向上に寄与する元素である。Ｓｒは晶出したＳｉの改良処理に使用され、添加することで晶出したＳｉは微細な形態になる。Ｓｒの添加量は、０．０１〜０．０５％含有することが好ましい。Ｓｒの添加量が０．０１％未満ではその効果が薄い。０．０５％を超えるとその効果は大きく変らない。
【００１８】
Ｆｅ、Ｍｎは、添加されると他の元素と化合物を生成し各添加元素から得られる効果を減らしてしまうため本発明のアルミニウム合金では０．５％以下である。
【００１９】
また、本発明のアルミニウム合金は上記元素の他、不可避的不純物とＡｌとからなる。例えば、発明の効果を損なわない範囲でＴｉ、Ｚｒ、Ｚｎを少量含んでも良い。損なわない範囲とは、０．０５％以下を意味する。
【００２０】
共晶Ｓｉは表面性状、耐摩耗性に影響を及ぼすことから、これらの特性の均一性は押出材および鍛造材の共晶Ｓｉのサイズと分布により決まる。つまり、本発明のアルミニウム合金はＳｉ等各組成の含有量を制御することで押出性および鍛造加工性に優れており、更に共晶Ｓｉのサイズと分布を制御することで表面性状及び部位による特性のばらつきを防止している。よって、本発明により特性が均一に付与された押出材および鍛造材を高い生産性で得ることができる。
ＳｓとＳｃをＳｃ−Ｓｓ≦１５μｍ２に制御することで、押出材の表面性状がよく、押出表層側部と中央部の耐磨耗性特性のばらつきを抑えることができる。共晶Ｓｉサイズについて、Ｓｓとは押出材の長手方向に垂直な断面において表層から５０μｍの深さを基準とし、光学顕微鏡の１００倍の視野にて中心側を観察したときの共晶Ｓｉサイズである。Ｓｓは同視野にて中心角９０度の間隔で４箇所測定したとき、その最大のものとする。Ｓｃとは、押出材断面の中心部を光学顕微鏡１００倍の視野にて観察した共晶Ｓｉサイズである。本発明における共晶Ｓｉサイズとは共晶Ｓｉの結晶面積をいう。
更に、押出材中の共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下にすることにより表面の粗さを抑えることができる。また、耐摩耗性を得るために、共晶Ｓｉの粒数は１０００〜３０００個／ｍｍ２とする。共晶Ｓｉがサイズ２０μｍ２以下の粒数が１０００個／ｍｍ２未満では、鍛造後の耐磨耗性の効果が薄い。共晶Ｓｉの粒数が３０００個／ｍｍ２を越えると押出性および鍛造加工性が阻害される。
【００２１】
なお、本発明におけるアルミニウム合金の製造条件や調質について特に限定はなく、調質は通常の製造条件で用途に合わせて選択すれば良い。
押出品を鍛造品として使用する場合、鍛造工程での加工性は、材料の硬さが影響を及ぼす。このことから本発明の押出品の調質はＦ、Ｔ１、Ｏが好ましく、更に好ましい調質はＯである。
また、鍛造後における調質は、各々必要に応じた特性により選択すればよいが、本発明ではＴ６とするのが好ましい。
【実施例】
【００２２】
実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、７００℃〜７４０℃の範囲で加熱し、表１に示す組成の合金を溶解しアルミニウム合金溶湯として、金型を用いて鋳造を行った。冷却水量は７０〜１００Ｌ／ｍｉｎとなるように制御した。
直径２２０ｍｍの鋳塊を得た後、この鋳塊を４９０℃で４時間加熱する均質化処理を施した。この鋳塊を５００℃の１穴押出により直径３０ｍｍの押出丸棒を作製した。【００２３】
同サンプルの押出材は、長手方向に垂直な断面において表層から５０μｍの深さを基準とし、光学顕微鏡の１００倍の視野にて中心側を観察した。同視野にて中心角９０度の間隔で４箇所測定し、その最大の共晶Ｓｉサイズ（Ｓｓ）を測定した。また、押出材断面の中心部を光学顕微鏡１００倍の視野にて共晶Ｓｉサイズ（Ｓｃ）を観察した。なお共晶Ｓｉ粒サイズと個数は、旭化成エンジニアリング株式会社製ソフトウェア「画像解析ソフト  Ａ像くん」により解析した。表面性状については、ＨＢの鉛筆で表面をなでたときに引っかかりのないものを合格「○」、引っかかりのあるものを不合格「×」とした。結果を表２に表した。所定の値となっているものについては合格、所定の値よりも外れているものは不合格であった。【００２４】
次に該押出丸棒を４００℃で５時間の焼鈍処理を行いＯ材とした。鍛造評価に際し、共晶Ｓｉサイズ、および個数が発明の範囲内に入っていることを確認した。
次に、該押出丸棒を長手方向に１００ｍｍの長さで切断し加工率８０％の据え込み鍛造を実施した。鍛造品を５２０℃で２時間の溶体化処理の後、直ちに５０℃の温水で焼入れをした。さらに１８０℃で１０時間の人工時効処理を行いＴ６の調質とした。
ここで、据え込み鍛造の加工率とは、図１において（ｒ１−ｒ２）／ｒ１×１００において計算された値である。【００２５】
このようにして得られた上記試験合金鍛造品について引張試験、据え込み鍛造後の外観、および摩耗試験を行った。この結果を表３に示す。
（１）据え込み鍛造後の外観
８０％据え込み鍛造後の外観を観察し、割れが見られないものを合格（＝「○」表記）、割れが見られるものを不合格（＝「×」表記）とした。
（２）引張試験
引張試験片は、押出棒の長手方向が試験片の長さ方向になるように採取し、ＪＩＳ４号試験片を作成し、試験を行った。評価として、引張強さ（ＴＳ）が３００ＭＰａ以上を合格とし、これ未満のものを不合格とする。
（３）摩耗試験
大越式摩耗試験にて比摩耗量を評価した。ここで、試験条件として潤滑油はギヤオイル（７５Ｗ−９０）、相手材をＳＣＭ４１５、摩擦距離を１２００ｍ、荷重を１９ｋｇｆとした。摩擦試験の評価として、比摩耗量を５．０×１０−９以下のものを合格、これを超えるものを不合格とした。【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
表１及び表２より、本発明例の押出材１〜１０は、表面性状が良く、比較例１１〜１７は押出材の表面性状が良くなかった。
本発明例１〜１０は、組成が好適範囲内であるので表面性状が良い。すなわち、表面がなめらかであるので、押出性がよく生産性が高く製造された。
比較例１１〜１４、１６及び１７の押出材は、組成が好適範囲外であるため、表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１１の押出材は、Ｓｉの含有量が多く、またＳｃ−Ｓｓの値が大きい。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１２の押出材は、Ｓｉの含有量が少なく、またＳｃ−Ｓｓの値が大きい。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１３の押出材は、Ｓｉ及びＣｕの含有量が少ない。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１４の押出材は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、及びＣｒの含有量が多い。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１６の押出材は、Ｓｒが好適範囲外であり、共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の数が多い。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１７の押出材は、組成において、Ｓｉの含有量が多く、Ｍｇの含有量が少ない、またＳｃ−Ｓｓの値が大きい。そのため表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。
比較例１５の押出材は、組成は範囲内であるが、Ｓｃ−Ｓｓの値が大きいので表面性状に引っかかりのある押出加工性が悪い押出材である。【００３０】
表３より、本発明例１〜１０は、据え込み鍛造後の外観、引張試験、比摩耗量がすべて良く、比較例１１〜１７は、良くなかった。
本発明例１〜１０の鍛造材は、引張試験、比摩耗量が良い。また、鍛造加工性に優れているため据え込み鍛造後の外観が良い。
比較例１１の鍛造材は、組成において、Ｓｉの含有量が多いので、据え込み鍛造後の外観に割れが見られる。すなわち、鍛造加工性が悪く、鍛造材としてよくない。
比較例１２の鍛造材は、組成において、Ｓｉの含有量が少ないので引張強度が劣っており、耐摩耗性が劣っている。また表２より、押出材の共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の数が少ないので、耐摩耗性が劣っている。
比較例１３の鍛造材は、組成において、Ｓｉ及びＣｕの含有量は少ないので、引張強度が劣っており、耐摩耗性が劣っている。
比較例１４の鍛造材は、組成において、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、及びＣｒの含有量が多いので、据え込み鍛造後の外観に割れが見られる。すなわち、鍛造加工性が悪く、鍛造材としてよくない。
比較例１５の鍛造材は、組成は範囲内であり、据え込み鍛造後の外観、引張試験、比摩耗量がすべて良いが、比較例１５の押出材は、表２より、押出加工性が悪く生産性が良くない。従って、比較例１５は、鍛造材の生産性が悪い。
比較例１６の鍛造材は、組成において、Ｓｉ、Ｃｕ及びＳｒの含有量が多く、また表２より、押出材の共晶Ｓｉサイズが２０μｍ２以下の数が多いので、据え込み鍛造後の外観に割れが見られる。すなわち、鍛造加工性が悪く、鍛造材としてよくない。
比較例１７の鍛造材は、組成において、Ｓｉの含有量が多く、Ｍｇの含有量が少ないので、据え込み鍛造後の外観に割れが見られる。すなわち、鍛造加工性が悪く、鍛造材としてよくない。
【符号の説明】
【００３１】
１      切断済み押出棒（鍛造前）
２      鍛造機
ｒ１    据え込み鍛造前の材料高さ
ｒ２    据え込み鍛造後の材料高さ
３      回転リング
４      評価材（アルミニウム合金）
【図１】
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【国際調査報告】
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2013114582.tif 000008
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