(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：３〜９％（重量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．０２〜０．５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、Ｓｎ：０．１〜２．０％を含有し、されにＭｎ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％の１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、押出材をＴ６調質状態で使用することを特徴とする切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【請求項２】
Ｓｉ：３〜９％、Ｆｅ：０．０２〜０．５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、Ｓｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．１〜０．５％を含有し、されにＭｎ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％の１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、押出材をＴ６調質状態で使用することを特徴とする切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【請求項３】
アルミニウム合金材が、さらにＢｉ：０．１〜１．５％、Ｉｎ：０．５〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２記載の切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【請求項４】
アルミニウム合金材が、さらにＣｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．０８％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【請求項５】
アルミニウム合金材が、さらにＳｒ：０．００５〜０．１％、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０１〜０．０５％の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【請求項６】
アルミニウム合金材が、さらにＮｉ：０．３〜０．９％を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切削性および耐食性に優れ、公害の問題となるＰｂを含まないことを特徴とし、耐摩耗性も良好なアルミニウム合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、切削用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｃｕ系の2011合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の6262合金等が知られている。しかし、これらの合金は、切削性を向上させるために、低融点金属であるＰｂが添加されている。近年、有毒物質であるＰｂを含むアルミニウム合金材は公害問題を生じる材料として取り上げられ，リサイクルにも適しておらず、とくに、耐食性があまり良好でない2011合金においては、悪環境下で長期間使用した場合、Ｐｂが外界に溶けだして問題が生じる可能性がある。
【０００３】
また、耐摩耗合金として知られる4032合金は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉなどが含有しているため、比較的切削性が良好であるが、切削加工時に、Ｓｉを11〜13.5％含むため初晶Ｓｉの晶出により工具の寿命が短くなるという難点がある。自動車用部材において、6061，6262合金などの耐摩耗性を得るために、表面にアルマイト処理を施したり、鋼製のライナーによりアルミニウム素地を保護するなどの手段を講じることも必要とある。また、これらの部材において切削加工を施す場合、6061合金では深いドリル加工などにおいて、切削屑がうまく排出されず、生産性を低下させることが少なくない。
【０００４】
Ｐｂを含有せず、耐食性に優れ、Ｓｉ量も比較的少なく、耐摩耗性も良好なアルミニウム合金材として、Ｓｉ:2〜12％、Ｆｅ:0.1〜1.0 ％、Ｍｇ:0.2〜0.8 ％、Ｃｕ:1〜5 ％、Ｔｉ:0.005〜0.2 ％、Ｓｎ:0.5〜2 ％を含有し、またはさらにＭｎ:0.2〜1.2 ％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金材が提案されているが（特開昭60-190542 号公報) 、例えば、自動車部材などとして適用した場合、腐食環境によっては十分な耐食性が得られないという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の切削性アルミニウム合金における上記の問題点を解消し、良好な耐食性をそなえ、耐摩耗性にも優れた切削用アルミニウム合金材を得るために、合金組成と上記諸特性との関係について、種々の角度から実験、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、従来合金と同等以上の耐食性を保持し、同時に、Ｔ６処理後において優れた切削性および耐摩耗性を有するアルミニウム合金材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材は、Ｓｉ：３〜９％、Ｆｅ：０．０２〜０．５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、Ｓｎ：０．１〜２．０％を含有し、されにＭｎ：０．１〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％の１種または２種を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなる組成を有し、押出材をＴ６調質状態で使用することを特徴とする。
【０００７】
請求項２による切削性および耐食性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材は、請求項１において、さらにＣｕ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とし、請求項３によるアルミニウム合金材は、請求項１または２において、さらにＢｉ：０．１〜１．５％、Ｉｎ：０．５〜２．０％の１種または２種を含有することを特徴とし、請求項４によるするアルミニウム合金材は、請求項１〜３のいずれかにおいて、さらにＣｒ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０１〜０．３％、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．０８％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とし、請求項５によるアルミニウム合金材は、請求項１〜４のいずれかにおいて、さらにＳｒ：０．００５〜０．１％、Ｓｂ：０．０１〜０．３％、Ｎａ：０．００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０１〜０．０５％の１種または２種以上を含有することを特徴とし、請求項６によるアルミニウム合金材は、請求項１〜５のいずれかにおいて、さらにＮｉ：０．３〜０．９％を含有することを特徴とする。
【０００８】
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、Ｓｉは、Ｍｇと共存してＭｇ2 Ｓｉ粒子を析出し強度を向上させる。また、共晶Ｓｉ相のの分布により切削性、耐摩耗性を向上させる。好ましい含有量は3 〜9 ％の範囲であり、下限未満では効果が少なく，上限を越えると粗大な初晶Ｓｉが晶出し切削性、特に切削工具の寿命を低下させる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は4.0 〜8.0 ％である。
【０００９】
Ｆｅは、Ｍｎとの共存によりＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ（−Ｓｉ）系の粒子が析出し、再結晶粒を微細化させ切削性を向上させる。好ましい含有量は0.02〜0.5 ％の範囲であり、下限未満ではその効果が小さく、上限を越えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の粗大な晶出物が増加し、切削性を低下させる。さらに好ましいＦｅの含有量は0.1 〜0.3 ％の範囲である。
【００１０】
Ｍｇは、Ｓｉ、Ｃｕと共存することによって強度を上昇させ切削性，耐摩耗性を向上させる。好ましい含有量は0.5 〜1.5 ％の範囲であり、下限未満では効果が少なく、上限を越えると耐食性を悪くする。Ｍｇのさらに好ましい含有量は、0.6 〜1.0 ％の範囲である。
【００１１】
Ｓｎは切削性を向上させるよう機能する。好ましい含有範囲は0.1 〜2.0 ％であり、下限未満では効果が小さく、上限を越えるとＭｇとの共存によりＭｇ2 Ｓｎを生成し、強度を低下させ、また晶出物の分散により靱性、耐食性を低下させる。Ｓｎのさらに好ましい含有量は0.4 〜1.2 ％の範囲である。
【００１２】
Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ（−Ｆｅ−Ｓｉ）系の粒子が析出することによって，再結晶粒を微細化させ、切削性を向上させる。好ましい含有量は0.1 〜1.0 ％の範囲であり、下限未満では効果は少なく、上限を越えると切削性を害する。Ｍｎのさらに好ましい含有量は0.2 〜0.8 ％の範囲である。
【００１３】
Ｔｉは、Ａｌ−Ｔｉ系の微細化合物粒子が析出し，再結晶粒を微細化させ，切削性を向上させる。好ましい含有量は0.01〜0.3 ％の範囲であり、下限未満では効果は少なく、上限を越えると鋳造時に粗大な金属間化合物を形成して切削性を悪くする。Ｔｉのさらに好ましい含有範囲は0.03〜0.15％である。
【００１４】
Ｂｉ、Ｉｎは、Ｓｎとの共存により切削性を向上させる。好ましい含有範囲は、それぞれ０．１〜１．５％および０．５〜２．０％であり、下限未満では効果が小さく、上限を越えると、低融点の晶出物が過剰に分散し、強度、靱性、耐食性を低下させる。Ｂｉ、Ｉｎのさらに好ましい含有範囲は、それぞれ０．４〜１．２％および０．５〜１．２％である。
【００１５】
ＣｕはＭｇと共存することによってＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の粒子が析出し強度を上昇させ、切削性、耐摩耗性を向上させる。好ましい含有量は0.1 〜0.9 ％の範囲であり、下限未満では効果が小さく、上限を越えると耐食性を悪くする。Ｃｕのさらに好ましい含有範囲は0.1 〜0.5 ％である。
【００１６】
Ｃｒ、Ｚｒ、ＶおよびＢは再結晶粒の微細化に効果があり、合金の強度を高め、切削性を向上させる。好ましい含有量は、Ｃｒ:0.01 〜0.3 ％、Ｚｒ:0.01 〜0.3 ％、Ｖ:0.01 〜0.1 ％、Ｂ:0.08 ％以下の範囲であり、それぞれ下限未満では効果が少なく、上限を越えて含有すると、粗大な晶出物を生成し切削工具の寿命を低下させる。さらに好ましい含有範囲は、Ｃｒ:0.05 〜0.20％、Ｚｒ:0.05 〜0.20％、Ｖ:0.01 〜0.05％、Ｂ:0.02 ％以下である。
【００１７】
Ｓｒ、Ｓｂ、Ｎａ、Ｃａは、共晶Ｓｉ相を微細にし、切削性、耐摩耗性を向上させる。好ましい含有量は、Ｓｒ:0.005〜0.1 ％、Ｓｂ:0.01 〜0.3 ％、Ｎａ:0.001〜0.01％、Ｃａ:0.01 〜0.05％の範囲であり、それぞれ下限未満では効果が少なく、上限を越えても効果が弱くなる。さらに好ましい含有範囲は、Ｓｒ:0.005〜0.05％、Ｓｂ:0.05 〜0.20％、Ｎａ:0.001〜0.005 ％、Ｃａ:0.02 〜0.04％である。
【００１８】
Ｎｉは、Ａｌ−Ｎｉ（−Ｆｅ）系の化合物を生成し、耐摩耗性、切削性を向上させる。好ましい含有量は0.3 〜0.9 ％の範囲であり、下限未満では効果が小さく、上限を越えると、粗大な化合物が生成して切削工具の寿命の低下を招き、押出加工性を害する。Ｎｉのさらに好ましい含有範囲は0.5 〜0.8 ％である。なお、本発明のアルミニウム合金材においては、0.3 ％以下のＺｎが含まれていてもその特性に影響を与えることはない。Ｚｎが0.3 ％を越えると耐食性が低下し易くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のアルミニウム合金材は、上記の組成を有するアルミニウム合金を、例えば半連続鋳造により鋳造し、得られた鋳塊を均質化処理したのち、例えば押出加工を行い、押出工程においてダイクエンチ後、または押出材を焼入れ後、時効処理を行ってＴ６調質状態とする。その後、切削加工し、従来のアルマイト処理や鋼製のライナーによる保護なしでも耐摩耗性を有する部材として用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１
表１に示す組成のビレット（直径10インチ) に均質化処理を施し，間接押出機により直径60mmの押出棒を作製した。得られた押出棒を用いて、耐摩耗性、切削性、耐食性の３項目について以下に示す基準で評価を行った。評価結果を表２に示す。
【００２１】
（1)耐摩耗性：大越式摩耗試験機により、摩耗速度1m/s、摩耗距離200m、荷重3.2kg 、相手材S50C(HV750）で試験を実施し、比摩耗量で比較した。
○：7.0 ×10-7mm2/kg未満
△：7.0 〜10.0×10-7mm2/kg
×：10.0×10-7mm2/kg以上
【００２２】
（2)切削性：得られた押出材に500 ℃-2h の溶体化処理した後、水焼入を行い、ついで170 ℃-8h の人工時効処理を施し、切削試験を行った。切削試験は、試験片の中心部にドリルを用いて穴をあけ、切削性評価を行った。切削性の評価は、切削屑100 個あたりの重量（g/100 個）を測定することにより、以下に示す基準で切削屑の排出性について判定した。なお、切削は、切削工具としてストレートドリル( 標準JIS ドリル、高速度鋼、直径20mm) を使用し、回転数1500rpm 、送り150mm/min.、潤滑油としてエマルションタイプの潤滑油を使用する条件で行った。
◎：20未満
○：20以上50未満
△：50以上100 未満
×：100 以上
【００２３】
（3)耐食性：押出材より幅50mm×厚さ5mm の評価用サンプルを削り出した。得られた試験材に500 ℃- 2hの溶体化処理した後、水焼入を行い、170 ℃-8h の人工時効処理を施し、耐食性の評価を行った。耐食性は、幅50mm×長さ50mm×厚さ5mm の平板をASTM B117 に基づき、塩水噴霧試験を1000h 行った後の重量減少により評価した。
○：1.0mg/cm2 未満の重量減
△：1.0 〜2.0mg/cm2 の重量減
×：2.0mg/cm2 以上の重量減
【００２４】
本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜１３、１５〜１９は、７．０×１０−７ｍｍ２／ｋｇ未満の比摩耗量、５０ｇ／１００個未満の切削屑排出性、重量％減１．０ｍｇ／ｃｍ２未満の腐食量を示し、優れた耐摩耗性、切削性、耐食性をそなえている。なお、Ｃｕ：０．９％を含有する試験材Ｎｏ．１４は参考例として示すものである。
【００２５】
【表１】
0003835629.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003835629.tif 000003
【００２７】
比較例１
表３に示す組成のアルミニウム合金のビレット（直径10mm) を、実施例１と同様に処理し、実施例１と同じ条件で耐摩耗性試験、切削性試験、耐食性試験を行った。結果を表４に示す。なお、表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００２８】
【表３】
0003835629.tif 000004
【００２９】
【表４】
0003835629.tif 000005
【００３０】
表４に示すように、試験材No.20 、No.24 は、それぞれＳｉ、Ｍｇが下限未満のため、耐摩耗性および切削性が劣っている。試験材No.21 〜23，26〜30はＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｎが下限未満、または上限を越えているため切削性が劣っている。試験材No.25 はＭｇが上限を越えているため、耐食性が劣る。試験材No.31 〜34は、それぞれＳｎ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｉｎが上限を越えているため耐食性が劣っている。また、試験材No.35 は従来の2011合金であり、No.36 は6262合金、No.37 は6061合金、No.38 は4032合金で、いずれも本発明の成分を外れているため、耐摩耗性，切削性，耐食性のいずれかが劣っている。
【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、従来の切削用アルミニウム合金と同等以上の耐食性を有し、特にＴ６調質後の切削性、耐摩耗性にも優れたアルミニウム合金材が提供される