(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：１．７〜７．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％を含有し、残部Ａｌ及不可避不純物からなり、焼き入れ及び時効処理され、シャルピー衝撃値が６．０〜９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２であることを特徴とする切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。
【請求項２】
Ｓｉ：１．７〜７．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％を含有し、さらにＭｎ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．５％、Ｚｒ：０．０５〜０．５％の１種又は２種以上を含有し、残部Ａｌ及不可避不純物からなり、焼き入れ及び時効処理され、シャルピー衝撃値が６．０〜９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２であることを特徴とする切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。
【請求項３】
Ｓｉ：１．７〜７．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％、Ｃｕ：０．１〜１．０％を含有し、さらにＭｎ：０．１５〜０．５％（０．１５％を含まず）を含有し、残部Ａｌ及不可避不純物からなり、焼き入れ及び時効処理され、シャルピー衝撃値が６．０〜９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２であることを特徴とする切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造の過程で切削加工を多用する機械部品等に適する切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、ＡＡ６２６２合金（Ｓｉ：０．４〜０．８％、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｕ：０．１５〜０．４％、Ｐｂ：０．４〜０．７％、Ｂｉ：０．４〜０．７％、残部Ａｌ）に代表されるように、有効添加元素としてＰｂ、Ｂｉ、Ｓｎ等の低融点金属を含有する。これら低融点金属はアルミニウム中にほとんど固溶せず、アルミニウム合金中に粒状にミクロ偏析し、その低融点金属粒子が切削加工時の加工発熱により溶融して切粉を分断し、アルミニウム合金の切削性を向上させる。このＡＡ６２６２合金は、製造の過程で切削加工、特にドリル加工が多用される機械部品、例えば自動車のアンチスキッド・ブレーキ・システムのハウジングの素材として従来より使用されている
【０００３】
ところが、低融点金属が添加されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、切削性が向上する反面耐食性が低下し、また、低融点金属は熱脆性を引き起こす欠点もあり、使用環境に十分な注意を払う必要があった。さらに、合金をスクラップとしてリサイクルする場合、Ｐｂ、Ｂｉ等を必要とする比較的少ない合金種にしか転用ができず、転用範囲が狭まるためにリサイクル性に不利であるという問題を有していた。
また、機械構造部品は耐食性、耐摩耗性又は装飾効果を高めるために、表面にアルマイト処理を施す場合があるが、ＰｂやＢｉが添加されたアルミニウム合金の場合、表面にＰｂやＢｉが露出した箇所において酸化皮膜が形成されず、不均質で光沢のないアルマイト皮膜しか得られないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来切削性を向上させる目的で添加されていたＰｂ、Ｂｉ、Ｓｎなどの低融点金属を添加せずに切削性を高めたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の開発が進められ、それは、例えば特開平９−２４９９３１号公報、特開平１０−８１７５号公報、特開平１１−１８９８３７号公報、特開平１１−３２３４７２号公報等に開示されている。
本発明もその延長上に位置するものであり、切削性に優れた、切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記公報に記載された発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材の切削性と組成及び析出組織の関係を調べ、優れた切削性を示す範囲を特定したものであるが、本発明者らは、実用的な押出性及び機械的性質を示す組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材について、その切削性を詳しく調査する過程で、シャルピー衝撃値と切削性に一定の関係があることを見いだした。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明に係る切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材は、Ｓｉ：１．５〜７．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％を含有し、シャルピー衝撃値が６．０〜９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
上記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、基本的に上記範囲のＳｉ、Ｍｇ及び残部Ａｌと不純物からなり、必要に応じてさらに、▲１▼Ｃｕ：０．１〜１．０％、▲２▼Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒの１種又は２種以上を各々０．０５〜０．５％、▲３▼Ｔｉ：０．０１〜０．１％、以上▲１▼〜▲３▼を単独又は２以上の適宜の組み合わせで含み得る。
本発明における組成範囲の限定理由は次の通りである。
【０００７】
Ｓｉ、Ｍｇ
ＳｉとＭｇは共存することによりＭｇ２Ｓｉとして析出し、強度を高める効果がある。しかし、Ｓｉが１．５％未満又はＭｇが０．５％未満ではその効果が得られず、一方、Ｓｉが７％を越えるとＳｉ系化合物の生成により押出性が低下し、Ｍｇが１．０％を越えるとＭｇ単体の固溶強化により変形抵抗が増加し、同じく押出性が低下する。従って、Ｓｉの添加量は１．５〜７．０％、Ｍｇの添加量は０．５〜１．０％の範囲とする。Ｓｉのより望ましい範囲は１．７〜５．０％、さらに望ましくは１．７〜３．５％であり、Ｍｇのより望ましい範囲は０．６〜０．８％である。
【０００８】
Ｃｕ
Ｃｕは熱処理により強度を高める効果があり必要に応じて添加されるが、０．１％未満ではその効果に乏しく、一方、１．０％を越えて添加すると耐食性が低下し、また押出性も低下する。従って、Ｃｕの添加量は０．１〜１．０％の範囲とする。より望ましくは０．２〜０．８％の範囲である。
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒはそれぞれ固溶体化して素材の強度を高める効果があり、１種又は２種以上が必要に応じて添加されるが、それぞれ０．０５％未満では充分な効果が得られず、一方、０．５％を越えて添加しても効果が飽和し、押出性も低下する。従って、各元素の添加量はそれぞれ０．０５〜０．５％の範囲とする。より望ましくはそれぞれ０．１５〜０．３５％の範囲である。
【０００９】
Ｔｉ
Ｔｉは鋳造組織を微細化して機械的性質を安定化するため、必要に応じて添加されるが、０．０１％未満ではその効果が得られず、一方、０．１％を越えて添加してもそれ以上微細化効果は向上しない。従って、Ｔｉの添加量は０．０１〜０．１％の範囲とする。
不純物
不純物のうちＦｅはアルミニウム合金に最も多く含まれる不純物であり、０．３５％を超えて前記アルミニウム合金中に存在すると粗大な金属間化合物を晶出し、合金の機械的性質を損なう。従って、Ｆｅの含有量は０．３５％以下に規制する。また、アルミニウム合金を鋳造する際には地金、添加元素の中間合金等様々な経路より不純物が混入する。混入する元素は様々であるが、Ｆｅ以外の不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下であれば前記アルミニウム合金の特性にほとんど影響を及ぼさない。従って、これらの不純物は単体で０．０５％以下、総量で０．１５％以下とする。なお、不純物のうちＢについては、Ｔｉの添加に伴い合金中にＴｉの１／５程度の量で混入するが、より望ましい範囲は０．０２％以下、さらに０．０１％以下が望ましい。
【００１０】
シャルピー衝撃値
切削現象は、被削材が工具より受ける高速変形現象と考えることができる。一方、シャルピー衝撃値は、工具よりの切削変形に対する切りくず破断の抵抗力を示し、この値が低い方が切削歪が集中し切りくず分断性が向上する。そこで、本発明では、前記組成を有するアルミニウム合金押出材において、シャルピー衝撃値を９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２以下と規定した。この値が９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２を越えるようであると切削性が劣る。一方、シャルピー値が低すぎると構造材料としての信頼性に欠けることになるので、シャルピー値は６．０〜９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２の範囲とする。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、比較例と比較して具体的に説明する。
（実施例１）
表１に示した化学組成の合金を溶解し半連続鋳造により１６０ｍｍ径の押出ビレットを作成し、４７０℃で４時間均質化熱処理を施した後、５００℃の押出温度でφ３０ｍｍ径に押し出し、押出中に押出材を水冷することにより焼入れを行った（プレス焼入れ）。焼入れ後の各押出材に対し室温×７ｄａｙｓの室温時効、及び１９０℃×４ｈｒ、１６０℃×６ｈｒ、２３０℃×４ｈｒ、３００℃×４ｈｒの人工時効処理を行った。これを供試材とし、引張特性、シャルピー衝撃値及び切削性を下記要領で測定した。また、押出性をみるため上記押出では押出荷重を一定（６００トン）とし、その押出速度（押出材が出てくるときの速度）を計測し、各押出材の押出性を下記の要領で評価し、その結果を表２に示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
引張特性；押出方向に採取したＪＩＳ４号引張試験片を用い、ＪＩＳＺ２２４１に規定する金属材料試験方法に準じ、引張強さ、耐力、及び伸びを測定した。
シャルピー衝撃値；押出方向に採取したＪＩＳ４号衝撃試験片を用い、ＪＩＳＺ２２４２に規定する金属材料衝撃試験方法に準じ、シャルピー衝撃値を測定した。
切削性；市販の高速度鋼製の４ｍｍ径ドリルを用い、回転数１５００ｒｐｍ、送り速度３００ｍｍ／分の条件にて切削し、ドリルへの巻き付き発生の有無を観察するとともに、切り屑分断性を調べるために切り屑１００ｇ当りの切り屑個数を測定した。
押出性；押出速度の値が５ｍ／分より大のとき◎（優れている）、２〜５ｍ／分のとき○（使用可能である）、１〜２ｍ／分のとき△（やや劣る）、１ｍ／分より小のとき×（使用に耐えない）と評価した。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
合金組成が適切でシャルピー衝撃値が本発明の規定の範囲内であるＮｏ．１〜１１は、いずれも優れた機械的性質及び切削性を示す。また、押出材にはむしれや焼き付き痕はなく表面性状は良好で、押出性も優れている。
これに対し、Ｎｏ．１２〜２１は組成が不適切又は熱処理が不適切であるため、いずれも何らかの特性がＮｏ．１〜１１に比べ劣っている。すなわち、Ｎｏ．１２、１４〜１９はシャルピー衝撃値が９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２を越えるため切り屑質量１００ｇ当りの個数が少なく（３０００個以下；切り屑１つ当りの質量が大きい）、ドリルへの巻付きが起こった。また、Ｎｏ．１３は押出性が悪く伸びが劣り、Ｎｏ．２０、２１も伸びが劣る。
なお、表２のシャルピー衝撃値と切削性（切り屑個数及び巻き付き）の関係を図１に示す。図１をみると、シャルピー衝撃値９．５Ｎ・ｍ／ｃｍ２以下の範囲で切削性が優れている。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、切り屑分断性に優れ、切り屑のドリルへの巻き付きが防止される切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材を得ることができる。
この切削用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材は、ＡＢＳのハウジンブやピストン、コンプレッサー用バルブやトルクコンバーターバルブ等のバルブ類、ハードディスク用モーターハブ、オーディオ部品のボリューム軸、ブレーキホイールシリンダーやクラッチマスターシリンダー等のシリンダー類、カメラや顕微鏡の筒材のような光学機器、その他の機械部品などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シャルピー衝撃値と切削性の関係を示す図である。
【図１】
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