(57)【要約】アルミニウム合金及びそれを用いた押出材において、耐摩耗性、強度、硬度とこれらの特性と従来相反するとされていた、かしめ性（ねばり性）を両立させることが出来る新規合金及び押出材を得る。Ｍｇ：０．１〜０．４５重量％、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、Ｆｅ：０．０１〜０．５重量％を有し、さらにＭｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５重量％を有し、残りがＡｌおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金あるいは押出材とした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：０．１〜０．４５重量％、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、Ｆｅ：０．０１〜０．５重量％を有し、さらにＭｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５重量％を有し、残りがＡｌおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金。
【請求項２】
Ｍｇ：０．１〜０．４５重量％、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、Ｆｅ：０．０１〜０．５重量％を有し、さらにＭｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５重量％を有し、残りがＡｌおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム押出材。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、かしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金及びこれを用いた押出材に関する。
特に車両等に使用される制動部品等において相手摺動部品に対して耐摩耗性が要求されるとともに、かしめ等の塑性変形時にいわゆる、ねばり性が必要である部位に使用するのに好適なアルミニウム合金及びそれを用いて押出成形して得られる押出材に係る。
背景技術
一般に耐摩耗性を目的として使用されている合金としては、日本工業規格Ｈ４０３２に規定される４０３２合金のように多量のＳｉを添加することでアルミニウム中に硬質のＳｉ粒子を分散させたものがある。また特開平９−１７６７６９号にはＳｉ、Ｍｇ、Ｍｎを添加することで、耐摩耗性を維持しつつ、押出性、切削性の改善を図った合金が開示されている。
しかし、自動車制動部品等における、いわゆるブレーキフルーイド等の潤滑油中下での耐摩耗性が要求される技術分野に関しては、耐摩耗性のみならず、耐圧強度も要求され、さらには部品組付のための、かしめ加工時の材料ねばり性が必要とされる。
一般に、耐摩耗性を向上させるには、上記のようにＳｉを多く添加することでアルミニウム合金中にＳｉ分散粒子として析出する技術は公知である。
ところが、このＳｉ粒子を合金中に分散させることにより、その切欠け効果等により金属材料としてのねばり性が悪化する。
また、押出成形性も低下する。
従って、単にＳｉ添加量を多くしただけのアルミニウム合金では、押出生産性が低下するのみならず、ねばり性が悪化するのでこれらの押出材に所定の機械加工を施し、ピストンやバルブ等の摺動部品を組み込み、相対的に摺動摩耗を受けるとともに、その中に封入されている潤滑油等に対する耐圧性能が要求される部品への適用が困難になる。
発明の開示
従来は上記のようにアルミニウム合金においては、耐摩耗性を向上させようとすると、ねばり性が悪くなり、即ち、かしめ性が低下し、かしめ性を向上させようとすると耐摩耗性及び強度が低下するために相反する特性とされている。
そこで、まず、アルミニウム金属中に各種成分を添加し、押出加工により第５図に示すような押出形材を成形し、各品質特性、押出性、硬度、機械的性質と圧縮性について実験評価した。
第１ステップとして、自動車用制動部品であるアンチロックブレーキシステムアクチュエーターボデー（以下、ＡＢＳボデーという）に必要な耐摩耗性を確保するためにＳｉ添加量と耐摩耗性試験を実施した。
Ｓｉ：３．０重量％（以下、本発明においては全て重量％を示す。）添加により摩耗性効果が認められ、６．０％で平衡に達することからＳｉ添加量は３．０〜６．０％が妥当であり、好ましくは、３．５〜５．５％となる。
また、Ｓｉ添加量を多くすると押出性が悪くなり、この押出性を考慮すると理想的にはＳｉ：３．５〜５．０％となる。
耐摩耗の評価は、次の条件で実施した結果の相対比較である。
摩擦摩耗試験機（（株）オリエンテック製ＥＦＭ−ＩＩＩ−Ｆ形）を用いた。
試験方法は、異なる二つの円筒試料（ピンと試験片ディスク）をその中心線上に一致して回転させ、ピンに一定荷重を負荷して押し付けることにより、摩擦摩耗を生じさせる。
ピンは、径５ｍｍ×高さ８ｍｍのＳＣｒ２０（浸炭焼入れ）材とした。
試験片ディスクは、Ｔ６処理した押出形材より切り出し、径６０ｍｍ×高さ５ｍｍ、面粗さ１．６Ｚ以下、平面度０．０１以下に加工した。
潤滑液としてブレーキフルードを用い、回転数１６０ｒｐｍ、試験期間５０ｈｒ、加圧荷重２０ＭＰａとした。
摩耗量は、試験片ディスクの摩耗部を粗さ測定機にて測定した。
次に、Ｓｉ添加だけでは強度が確保できないため、Ｍｇ２Ｓｉの析出効果による強度向上を目的にＭｇ添加するが、例えば、ＡＢＳボデー材には硬度（表面硬度で評価）ＨＲＢ（ロックウエルＢスケール）にて硬度３５以上、引張強度２４０ＭＰａ以上、０．２％耐力１９０ＭＰａ以上である。
Ｍｇ：０．６％以上では強度は確保できるが、材料のねばり性が低下してＡＢＳボデー材として使用した場合に、ピストンバルブ等の摺動部品を挿入するための孔加工等をし、その後、ボールかしめ等のかしめ加工が困難になり、最悪の場合には、かしめ時にＡＢＳボデー材に割れが発生する問題がある。
ここで、かしめ加工について説明する。
例えば、第７図に示す例は、ＡＢＳボデー材４に、組み付け用のくぼみ６を設けた組み付け部品５をジグ等で当接固定し、側部からパンチ７にて加圧するとこのくぼみ６にＡＢＳボデー材のメタルが流れ込み組み付ける加工方法である。
このときのパンチ７のストロークＬ１が、かしめ深さである。
また、第８図に示す例は、ＡＢＳボデー材４に段差部６１を有する組み付け部品を５１をジグ等で当接固定し、側部からパンチ７１にて加圧するとメタルがこの段差部側に流れ込みかしめられる。
このときのパンチ７１のストロークＬ２が、かしめ深さである。
そこで、かしめ性を評価する方法として第６図に示すように上型１と下型３の間に試験片２を挟み込み上から加圧して試験片に微少割れが発生する限界据込み率を圧縮性評価として実施し、重回帰分析にて品質特性に影響する成分を抽出した。
その結果を第４図（表４）に示す。
この結果から限界据込み率にＭｇとＭｎの影響が大きいことが明らかになり、引張強度及び表面硬度に配慮しつつ検討した。
Ｍｇ：０．６％以上添加した材料は微小割れが発生する限界据込み率が４０％であり、Ｍｇ：０．５％添加した材料の限界据え込み率は４２％となり、Ｍｇ：０．２％添加した材料は限界据込み率が５０％以上であった。
Ｍｇ添加量と限界据込み率は負の相関があり、ＡＢＳボデー材に必要な強度とかしめ性を確保するＭｇ添加量はＭｇ：０．１〜０．４５％であり、好ましくはＭｇ：０．２〜０．４５％である。
Ｍｎは結晶粒の微細化に効果があるが、Ｍｎ添加量と限界据込み率は負の相関があり、Ｍｎ添加量はＭｎ：０．０１〜０．５％が妥当であり、好ましくはＭｎ：０．０１〜０．３％の範囲である。
Ｃｕはアルミニウム中の固溶効果に寄与し、硬度は向上するが、Ｃｕ添加量が多いと防食性が低下するので、Ｃｕ添加量はＣｕ：０．０１〜０．５％が妥当である。
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉは結晶粒の微細化効果があり、必要に応じて添加される。
その実用的範囲は、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｆｅ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％である。
発明を実施するための最良の形態
第１図（表１）に示す合金組成の８インチビレットを鋳造し、第２図（表２）に示すように、４６０〜５９０℃で６時間以上均質化処理を行い、４５０〜５１０℃に加熱して熱間押出加工した。
Ｔ６処理は押出直後にダイス端焼入れし、１６０〜１９５℃に２〜８時間加熱処理を行い人工時効処理を施した。
押出材は第５図に示す異形形材とし、得られた押出材の押出加工性を評価した。
また人工時効後の押出材は９０ｍｍで切断後、硬度、機械的性質、かしめ性の代用評価として圧縮性を以下の試験方法によって試験した。
（１）    熱間押出加工した押出形材の表面に割れを生じさせないで押出すことができる最大押出速度を測定し、これによって各合金の押出加工性を評価した。
（２）    硬度Ｔ６処理した押出材をロックウエルＢスケール硬度計にてその表面硬度を評価した。
（３）    機械的性質Ｔ６処理した押出材より日本工業規格１３Ｂ号片の引張試験片を採取し、日本工業規格Ｚ２２４１に準じ試験を行った。
（４）    圧縮性評価は冷間据込み性試験方法を用いた。
円柱試験片の端面拘束据込み試験を実施した。
Ｔ６処理した押出形材より押出方向に径１４ｍｍ×高さ２１ｍｍの試験片を採取し、これを冷間で軸方向に据込みプレスを行い側面に微小割れが発生する限界据込み率を求めた。
限界据込み率は次の式により求めた。
εｈｃ＝ｈ０−ｈｃ／ｈ０×１００
εｈｃ：限界据込み率（％）、ｈ０：試験片の元の高さ、ｈｃ：割れ発生時１の試験片の高さである。
試験条件は、室温、圧縮速度は１０ｍｍ／ｓとし、試験機は２５トンのオートグラフを使用した。
上記の方法にて試験評価した結果を第３図（表３）に示す。
その結果、比較例として評価した従来から知られている耐摩耗性合金Ｊに対して、Ｍｇ：０．１〜０．４５重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、好ましくは、Ｃｕ：０．０１〜０．２重量％にすることにより、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％好ましくはＭｎ：０．０１〜０．３重量％の範囲の組合せにより、押出加工性を向上させつつ、耐摩耗性及び圧縮性（かしめ性）を両立させた新規アルミニウム合金及びその押出材が得られる。
産業上の利用可能性
本発明に係るアルミニウム合金を用いると、従来の耐摩耗性合金に比較して押出加工性が優れ、このようにして得られた押出材は、耐摩耗性、強度、硬度とこれらの特性と従来相反するとされていた、かしめ性（ねばり性）を両立させることができるので、耐摩耗性及び耐圧強度が要求される製品であって、かつ、生産加工時にかしめ性が要求される製品向のアルミニウム合金及びその押出材として利用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図（表１）は、本発明に係るアルミニウム合金の成分表を示す。
第２図（表２）は、本発明におけるアルミニウム合金の押出条件及び熱処理条件を示す。
第３図（表３）は、本発明にて得られた押出材の評価結果を示す。
第４図（表４）は、重回帰分析結果を示す。
第５図は、評価に供した押出材の断面形状を示す。
第６図は、限界据込み率の試験方法の模式図を示す。
１が上型を示し、３が下型を示す。
この間に試験片２を挿入して圧縮する。
第７図は、ＡＢＳボデー材４に組み付け部品５をそのくぼみ６を利用してパンチ７にてかしめる例を示す。
第８図は、ＡＢＳボデー材４に組み付け部品５１をその段差部６１を利用してパンチ７１にてかしめる例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月18日(2003.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）Ｍｇ：０．１〜０．３９重量％、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、Ｆｅ：０．０１〜０．５重量％を有し、さらにＭｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５重量％を有し、残りがＡｌおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金。
【請求項２】
（補正後）Ｍｇ：０．１〜０．３９重量％、Ｓｉ：３．０〜６．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５重量％、Ｆｅ：０．０１〜０．５重量％を有し、さらにＭｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５重量％を有し、残りがＡｌおよび不可避不純物成分からなることを特徴とするかしめ性に優れた耐摩耗性アルミニウム押出材。
【国際調査報告】
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