(57)【要約】【目的】  従来のＡ２０１１合金に相当する強度を有するとともに、切削性においてもＡ２０１１合金と同様、切削加工時に切り屑が細かく分断され、焼入れ時に焼割れを生じることがない強度と切削性に優れたＡｌ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｃｕ：３．０〜６．０％、Ｂｉ：１％を超え３．０％以下、Ｓｎ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０４〜０．４％、Ｆｅ：０．０４〜０．７％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。【選択図】 なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：３．０〜６．０％（質量％、以下同じ）、Ｂｉ：１％を超え３．０％以下、Ｓｎ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０４〜０．４％、Ｆｅ：０．０４〜０．７％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする強度と切削性に優れたアルミニウム合金。
【請求項２】
前記ＢｉとＳｎとの含有比、（Ｂｉ％／Ｓｎ％）が２〜２５であることを特徴とする請求項１記載の強度と切削性に優れたアルミニウム合金材。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアルミニウム合金を熱間加工後、溶体化処理および焼入れ処理し、さらに冷間加工した後、時効処理を施すことを特徴とする強度と切削性に優れたアルミニウム合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度と切削性に優れたアルミニウム合金、詳しくは、切削加工時に切り屑が細かく分断され、焼入れ時に焼割れを生じることがない強度と切削性に優れたＡｌ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削用高強度アルミニウム合金として広く使用されているＡｌ−Ｃｕ系のＡ２０１１合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡＡ６２６２合金には、切削性を向上させる目的で、低融点元素のＰｂ、Ｂｉが添加されているが、近年、Ｐｂによる公害問題が採り上げられ、地球環境問題の観点から、有害物質とされるＰｂを含有しない切削用アルミニウム合金の開発が要請され、Ｐｂに代えてＳｎを添加し、ＳｎとＢｉを共存させたＡｌ−Ｃｕ系の切削用アルミニウム合金が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
これらのアルミニウム合金は、押出加工、引き抜き加工により棒材、管材などに成形し、溶体化処理および焼入れ処理後、必要に応じて冷間引き抜き加工などの冷間加工を行った後、時効処理を施して切削加工に供されており、従来のＡ２０１１合金に相当する強度を有するとともに、切削性においてもＡ２０１１合金と同様、切粉が微細に分断して良好な切り屑処理性をそなえている。
【０００４】
しかしながら、とくに直径の大きな棒材などを製造する際、高強度を得るためにＡ２０１１合金と同等の処理温度で焼入れ処理すると、割れ（焼割れ）が発生する場合があり、生産性を低下させていた。焼割れ防止の観点から、焼入れ温度を下げると焼割れは生じなくなるが、強度が低下するとともに切削性も劣化するという問題がある。
【特許文献１】アメリカ特許第５，８０３，９９４号明細書
【特許文献２】アメリカ特許第６，１１３，８５０号明細書
【特許文献３】特開２００１−２４０９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＳｎとＢｉを共存させたＡｌ−Ｃｕ系合金の成分組成を見直し、強度、切削性、焼割れとの関係についてさらに試験、検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、従来のＡ２０１１合金に相当する強度を有するとともに、切削性においてもＡ２０１１合金と同様、切削加工時に切り屑が細かく分断され、焼入れ時に焼割れを生じることがない強度と切削性に優れたＡｌ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１による強度と切削性に優れたアルミニウム合金は、Ｃｕ：３．０〜６．０％、Ｂｉ：１％を超え３．０％以下、Ｓｎ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：０．０４〜０．４％、Ｆｅ：０．０４〜０．７％を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２による強度と切削性に優れたアルミニウム合金は、請求項１において、前記ＢｉとＳｎとの含有比、（Ｂｉ％／Ｓｎ％）が２〜２５であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３による強度と切削性に優れたアルミニウム合金の製造方法は，請求項１または２に記載のアルミニウム合金を熱間加工後、溶体化処理および焼入れ処理し、さらに冷間加工した後、時効処理を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来のＡ２０１１合金に相当する強度を有するとともに、切削性においてもＡ２０１１合金と同様、切削加工時に切り屑が細かく分断され、焼入れ時に焼割れを生じることがない強度と切削性に優れたＡｌ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明における合金成分の意義および限定理由について説明すると、Ｃｕは、合金マトリックス中に固溶あるいは析出することによって、熱処理により強度を高め、それによって切削性を向上させるよう機能する。Ｃｕの好ましい含有量は３．０〜６．０％の範囲であり、３．０％未満では時効処理による強度上昇の効果が小さく、６．０％を超えて含有すると、過飽和のＣｕ量が多くなり焼割れが生じ易くなる。また、過飽和量が多すぎて強度向上効果も飽和する。
【００１１】
ＳｎおよびＢｉは、ＳｎとＢｉの低融点化合物を形成し、切削性を向上させるよう機能する。Ｓｎの好ましい含有量は０．０５〜０．８％の範囲であり、０．０５％未満では切り屑の分断性が劣り、０．８％を超えると焼入れ時に割れが生じ易くなる。
【００１２】
Ｂｉの好ましい含有量は１％を超え３．０％以下、より好ましくは１．０５〜３．０％、さらに好ましくは１．０５〜２．５％の範囲である。ＢｉとＳｎとの含有比、（Ｂｉ％／Ｓｎ％）が２未満では、アルミニウムマトリックス中に、ＢｉとＳｎが２相で共存する以外に、Ｓｎ単体の晶出物も存在するようになり、５２７℃において液相が生成するため（Ａｌ2Ｃｕ＋Ｌｉｑ．Ｓｎ→Ｌｉｑ．）、５２７℃以上の温度で焼入れ処理した場合に焼割れが生じ易くなる。（Ｂｉ％／Ｓｎ％）が２５を超えても切削性がさらに向上することはなく、Ｂｉが３．０％を超えると、Ｂｉはアルミニウムより比重が大きいことに起因して鋳造時に偏析を起こし焼割れが生じ易くなる。さらに好ましい（Ｂｉ％／Ｓｎ％）は２．５〜２５である。
【００１３】
Ｓｉの好ましい含有量は０．０４〜０．４％の範囲である。Ｓｉは、アルミニウム地金中に不純物として含有されているが、０．４％を超えて含有すると、Ｓｉがアルミニウムマトリックス中に固溶するため融点が低下し、従来のＡ２０１１合金と同等の焼入れ処理温度を適用した場合に焼割れが生じる。０．０４％未満では、高純度のアルミニウム地金を使用する必要があるため地金コストが上がり工業生産上不利となる。
【００１４】
Ｆｅの好ましい含有量は０．０４〜０．７％の範囲である。Ｆｅは、アルミニウム地金中に不純物として含有されているが、０．７％を超えて含有すると、結晶粒の粗大化が生じ、焼入れ処理時、その粒界に応力が集中するため、焼割れが生じ易くなる。０．０４％未満では、高純度のアルミニウム地金を使用する必要があるため地金コストが上がり工業生産上不利となる。
【００１５】
Ｚｎ：０．５％以下（０％を含む、以下同じ）、Ｍｇ：３．０％以下が含まれていても本発明の効果に影響を与えることはない。Ｚｎは、アルミニウムマトリックス中に固溶する元素であり、０．５％を超えて含有すると融点が低下するため、通常のＡ２０１１合金と同等の焼入れ処理温度では焼割れが生じ易くなる。Ｍｇは、アルミニウムマトリックス中に固溶しあるいはＡｌ、Ｃｕと化合物を形成して析出して強度を高めるが、３．０％を超えて含有すると融点が低下するため、通常のＡ２０１１合金と同等の焼入れ処理温度では焼割れが生じ易くなる。
【００１６】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒは、結晶粒制御のために必要に応じて単体あるいは組み合わせて添加されるが、それぞれ０．２％以下の範囲であれば、本発明の効果に影響することはない。
【００１７】
本発明のアルミニウム合金の製造は、常法に従って溶解、鋳造し、板材の場合には、造塊されたインゴットを均質化処理、熱間圧延、必要に応じて冷間圧延を行って板材とし、溶体化処理および焼入れ処理、必要に応じて冷間圧延し、時効処理を施すことにより行われ、また、棒材、管材、線材の場合には、造塊されたビレットを均質化処理、熱間押出加工、必要に応じて引き抜き加工により、棒材、管材または線材とし、溶体化処理および焼入れ処理、必要に応じて冷間引き抜き加工を行い、時効処理を施すことにより行われる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施例を説明する。この実施例は、本発明の一実施態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
連続鋳造により、表１に示す組成を有するアルミニウム合金を押出用ビレット（直径：２６０ｍｍ）に造塊し、常法に従って均質化処理を施した後、熱間押出加工を行って、直径５８ｍｍの押出棒を作製した。
【００２０】
この押出棒を試験材として、５３０℃の温度で溶体化処理、水焼入れ処理を行い、焼割れの有無を観察し、耐焼割れ性を評価した。ついで、溶体化処理、水焼入れ処理された押出棒を、直径５３ｍｍまで冷間引き抜き加工した後、１７０℃で４時間の時効処理を施してＴ８材とし、このＴ８材を試験材として、引張試験により耐力を測定し、以下の方法で切削性を評価した。結果を表２に示す。
【００２１】
切削性の評価：直径５３ｍｍの試験材を直径５１ｍｍまで外削し、切り屑の分断性を評価した。切削条件は、バイトとしてスローアウエイチップ（頂角６０°正三角形チップ、逃げ角０°、一般切削用勝手付き型ブレーカ、ＰＶＤコーテイング）を用い、切削時の回転速度３５０ｒｐｍ、送り速度６０ｍｍ／分とした。切り屑の分断性は、切り屑がすべて１０ｍｍ未満のものは良好（○）、１０ｍｍ以上の切り屑が生じたものは不良（×）とした。
【００２２】
【表１】
2006219707.tif 000002
【００２３】
【表２】
2006219707.tif 000003
【００２４】
表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜１３はいずれも、５３０℃での溶体化処理、焼入れ処理により焼割れの発生はなく、強度も従来のＡ２０１１合金のＴ８材の規格、耐力２７５ＭＰａ以上の耐力を示した。切り屑の分断性についても、切り屑が微細に分断され、分断性に優れていた。
【００２５】
比較例１
連続鋳造により、表３に示す組成を有するアルミニウム合金を押出用ビレット（直径：２６０ｍｍ）に造塊し、実施例１と同様に均質化処理を施した後、熱間押出加工を行って、直径５８ｍｍの押出棒を作製した。
【００２６】
この押出棒を試験材として、実施例１と同様に、５３０℃の温度で溶体化処理、水焼入れ処理を行い、焼割れの有無を観察し、耐焼割れ性を評価した。ついで、実施例１と同様に、溶体化処理、水焼入れ処理された押出棒を、直径５３ｍｍまで冷間引き抜き加工した後、１７０℃で４時間の時効処理を施してＴ８材とし、このＴ８材を試験材として、引張試験により耐力を測定し、実施例１と同じ方法で切削性を評価した。結果を表４に示す。
【００２７】
【表３】
2006219707.tif 000004
【００２８】
【表４】
2006219707.tif 000005
【００２９】
表４に示すように、試験材Ｎｏ．１４はＣｕ量が少ないため、強度が低く、切り屑の分断性も劣っている。試験材Ｎｏ．１５、１７、１９および２０は、それぞれ，Ｃｕ、Ｂｉ、ＳｎおよびＳｉの含有量が多いため焼割れが生じ易くなっている。試験材Ｎｏ．１６はＢｉ量が少ないために、ＳｎとＢｉが２相で共存せずＳｎのみが単独でアルミニウムマトリックス中に存在するするため、焼割れが生じ易くなっている。試験材Ｎｏ．１８はＳｎ量が少ないため、切り屑の分断性が劣る。試験材Ｎｏ．２１はＦｅ量が多いため結晶粒の粗大化が生じ、焼割れが生じ易くなっている。