JPH04176836A - 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＶＴＲシリンダーヘッド等の電気部品、空圧や
油圧部品等に用いられる耐摩耗性に優れたアルミニウム
合金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来摩擦を受ける部品にアルミニウムを用いる場合は、
アルミニウムに多量のＳｉを添加したＡＪ−８ｉ系合金
、またはこれに強度向上のためＣｕ　、Ｍｇ　、Ｎｉ等
を添加した合金系を用いるか、或いはＡｌ−Ｍｇ−３ｉ
系合金やＡｌ−Ｍｎ系合金を用いて、表面に耐摩耗性に
優れた皮膜を形成して使用されてきた。

例えばＶＴＲシリンダーヘッドには月Ｓ　２２１８合金
、ＪＩ３４０３２合金又はこれ等の改良合金が用いられ
ている。これ等は鋳造又は押出法で製造された丸棒を素
材に、主として冷間鍛造で部品に近い状態まで成形し、
焼入れ及び焼戻しといった熱処理を施した後、切削加工
で最終形状に仕上げられる。そしてこれ等合金からなる
ヘッドのテープによる摩耗に対して、高い硬さや合金中
に含まれる８１粒子によって摩耗が最小になるように考
慮されている。

また空圧又は油圧シリンダーのチューブや口と、からて
ルミニウム合金が用いられており、その材質としては複
雑な断面形状を持つ異形管をポートホール押出法で製造
可能な月３６０６３合金や月Ｓ　６［１６１合金が使用
されている。ただしこれ等の合金では耐摩耗性が不十分
であるため、硬質アルマイト処理を行い、これにより耐
摩耗性を保っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のＶＴＲシリンダーヘッドに用いられて　。

いる月Ｓ　２２］８合金や月Ｓ　４０３２合金は、アル
ミニ。

ラム合金中でも高い強度の合金で押出や鍛造という塑性
加工性がアルミニウム合金中では悪い合金である。従っ
てこれ等の加工においては、高い加工圧力が必要である
ため、型の寿命が短い。また塑性加工性が良くないため
、薄肉で複雑な部品まで鍛造加工することは難しい。

上記両合金は鍛造加工の後、焼入れ処理が必要で、この
工程で寸法精度が低下する問題がある。ＪＩ３４０３２
合金はＳｉ粒子の含有のため切削加工時に工具摩耗が著
しい欠点がある。

また空圧、油圧シリンダ一部品では表面処理に多大の費
用が必要となる。そしてこれ等の用途に月３４０３２合
金のような耐摩耗性アルミニウム合金を用いることは、
肉厚の点やボートホール押出ができないところから困難
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、塑性加工性が良好
な耐摩耗性に優れたアルミニウム合金を開発したもので
ある。

即ち本発明合金は、Ｂ　Ｏ，０２〜１，０ｗｔ％。

５ｉ（ｔ、（１５〜２．［１ｗｆ％、　Ｍｇ　０．０５
〜２．Ｑｗｔ％を含み、更にＦｅＯ，０５〜Ｉ。５　ｗ
ｔ％、　　Ｃｕ　Ｇ、０５〜２．０ｗｔ％、　　Ｚ　ｎ
　Ｏ，０５〜’３．　０ｗｔ％、　’Ｍ’ｎ　２．５　
ｗｔ％以下。

Ｃｒ］、５ｗｔ％以下、Ｔｉ１ｗｔ％以下、　　Ｚｒ１
ｗｔ％以下、Ｐｂ　２ｖｔ％以下、’Ｓｎ　２Ｗ１％以
下。

Ｎ１２ｖ１％以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を
含み、残部ＡＩと不可避的不純物からなり、Ｂ又はその
化合物を大きさ１００μｍ以下で１ｄ当り１０個以上均
一に分散させたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明は、塑性加工性が良好な耐摩耗性に優れたアルミ
ニウム合金の開発にあり、空圧、油圧シリンダー等のよ
うに高い塑性加工性を要求される場合に、その加工性と
耐摩耗性の両方の特性を有しており、従来の表面処理を
省略できる。

またＶＴＲ部品で高い強度を必要としない場合に、従来
の月Ｓ’２’２１８合金やＩｔｓ　４０３２合金より軟
質の合金に、Ｂを添加することにより従来合金と同等の
耐摩耗性を得ることができ、鍛造性が優れているため複
雑な形状の加工が可能となるだけでなく、鍛造圧力が低
下し、型寿命を向上する。

しかして本発明合金の組成を上記の如く限定したのは、
下記の理由によるものである。

Ｂは合金の耐摩耗性を向上するために添加するものであ
るが、その含有量を６．０＋〜］、Ｏｗ’ｔ％（以下ｗ
’ｊ％を％と略記）と限定したのは、００２％未満では
耐摩耗性に対して明確な効果が認められず、１．０％を
越えると均一な粒子として分散させることが不可能とな
り、切削加工性を悪化し、部品加工ができなくなる。し
かしてＢ又はその化合物の分散状態が耐摩耗性の向上に
影響するため、Ｂ又はその化合物を大きさ　１００μｍ
以下、１ｄ当り１０個以上均一分散させることが望まし
い。

ＳｌとＭｇは析出物を形成して強度を向上するために添
加するもので、その含有量を８１０．０５〜２．０％、
　Ｍｇ　０．０５〜２．０％と限定したのは、何れも下
限未満では強度向上効果が小さく、上限を越えると押出
や鍛造性を悪化させる。

本発明合金は、更にＦ　ｅ　Ｏ，０５〜Ｉ−，５％、　
　ＣｑＱ’、　０５〜２．、−０％＋’　Ｚ　ｎ”０．
０５〜３．．０％ｌＭｎ２．５％以下、Ｃｒ１．５％以
下、Ｔ１１％以下、−Ｚｒ１％以下、Ｐｂ２％以下、Ｓ
ｃ２％以下、Ｎ１２％以下の範囲内で何れか１種又は２
種以上を含むもので、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎは強度を向上さ
せる効果があるも、下限未満では効果が不充分であり、
上限を越えると押出性と耐食性を悪化する。またＭｎ、
Ｃｒ、Ｔｉ　、Ｚｒの添加は耐応力腐食割れ性や結晶粒
度の改善に効果があるが、上限を越えると粗大晶出物を
発生し、靭性の低下を招く。またＰ’ｂ’、Ｓｎの添加
は切削性改善の効果があるが、上限を越えると効果は変
わらなＵ′）にもかかわらず粗大粒子による靭性の低下
を招く。更にＮｉの添加は耐熱様改善の効果があるが、
上限を越えると加工性を低下する。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示す５種類のＢを含む本発明合金と、５種類の
Ｂを含まない比較合金をＤＣ鋳造法で外径２２０ｍｍの
鋳塊を鋳造した。これを５４０℃で１２時間の均質化処
理を行ったして厚さ２０肛１幅５０加の長方形断面を有
する形状に熱間押出を行った。その後５２０℃で１時間
溶体化して水中焼入れを行い、続いて１８０℃で８時間
人工時効処理を行って硬化した。

この材料から大館式試験片を旋盤で加工して摩耗試験を
行った。試験は無潤滑状態と機械油を連続的に噴霧した
状態の２条件で行ない、上記アルミニウム合金試料に、
機械構造用炭素鋼でできた円盤状の相手材を一定荷重で
回転させながら所定の摩擦距離を押し付け、出来た圧痕
の大きさから比摩耗量を求めた。摩擦速度は３．５ｍ／
秒で一定とし、摩擦距離は無潤滑の場合が２００ｍ、機
械油潤滑の場合が１，２００ｍとし、押し付は荷重はｌ
０ｋｇと一定とした。その結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表 第１表及び第２表から明らかなように、Ｂを含む本発明
合金と、Ｂを含まない比較合金を比較すると、Ｂを含む
本発明合金は約半分の比摩耗量となっており、本発明合
金が明らかに優れていることが判る。

尚合金ＮｃＬ１から＆５のＢの分散状態を電子顕微鏡で
調査したが、その大きさは１００μｍ以下で１ｃｎｆ当
り１０個以上となっている。

実施例２ 第１表中本発明合金隘１．３の組成の合金について、鋳
造時の凝固速度及び溶湯の撹拌方法を変えて、Ｂの分散
状態に差のある鋳塊を製造し、その後実施例１と同様な
方法で試料を作成し、摩耗試験を行った。その結果を第
３表に示す。

第　　　３　　　表 第３表から明らかなように、同一組成のアルミニウム合
金であっても、Ｂの分散状態が粗い場合は耐摩耗性改善
の効果が認められないことが判る。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、耐摩耗性を大巾に改善し、
従来の硬質合金なみの耐摩耗性が得られ、ポートホール
押出や薄肉の冷間鍛造が可能となり、鍛造圧力が低減さ
れて型寿命を向上し、従来行っていたアルマイトなどの
表面処理を省略できる等工業上顕著な効果を奏するもの
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｂ０．０２〜１．０ｗｔ％，Ｓｉ０．０５〜２．０ｗ
   ｔ％，Ｍｇ０．０５〜２．０ｗｔ％を含み、更にＦｅ０
   ．０５〜１．５ｗｔ％，Ｃｌ０．０５〜２．０ｗｔ％，
   Ｚｎ０．０５〜３．０ｗｔ％，Ｍｎ２．５ｗｔ％以下、
   Ｃｒ１．５ｗｔ％以下、Ｔｉ１ｗｔ％以下，Ｚｒ１ｗｔ
   ％以下，Ｐｂ２ｗｔ％以下，Ｓｎ２ｗｔ％以下，Ｎｉ２
   ｗｔ％以下の範囲内で何れか１種又は２種以上を含み、
   残部Ａｌと不可避的不純物からなり、Ｂ又はその化合物
   を大きさ１００μｍ以下で１ｃｍ＾２当り１０個以上均
   一に分散させたことを特徴とする耐摩耗性に優れたアル
   ミニウム合金。