CN104160049A

CN104160049A - 耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金

Info

Publication number: CN104160049A
Application number: CN201280068314.4A
Authority: CN
Inventors: 森谦介
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: EP2811041A1; WO2013114582A1; EP2811041A4; CN104160049B; EP2811041B1

Abstract

本发明提供一种铝合金，其通过使铝合金中含有的元素量最佳化，不仅使挤出性、锻造性这样的生产率得到提高，而且满足必要特性。提供一种铝合金，其特征在于，含有Si5.5～7.0％、Cu1.0～2.0％、Mg0.4～0.8％、Cr0.05～0.15％、Ni0.05～0.25％、以及根据期望的Sr0.01～0.05％，余量由Al和不可避免的杂质构成，在与挤出材料的长度方向垂直的截面上，将中央部的共晶Si尺寸设为Sc、将表层侧部的共晶Si尺寸设为Ss时Sc-Ss≤15μm²，并且共晶Si尺寸是20μm²以下的粒数为1000～3000个/mm²。

Description

耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金

技术领域

本发明涉及在汽车、家电制品等中作为压缩机等部件使用的耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金。

背景技术

用于汽车、家电制品等中的压缩机等的铝合金要求耐磨损性等。例如，用于压缩机的铝合金为了提高耐磨损性、缩小热膨胀率，使用添加有10质量％(以下简称为％)以上Si的Al-Si合金。在专利文献1中记载了耐疲劳性和非烧结性优良的滑动用铝合金。在该铝合金中Si作为有助于非烧结性、耐磨损性的必须元素添加1～15％。但是，记载了Si的添加量超过15％时，铝合金发生脆化。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平03-006345

发明内容

【发明要解决的课题】

上述用于压缩机等的铝合金要求耐磨损性、膨胀系数等优良，因此，大量添加Si。但是，这样的铝合金虽然耐磨损性、膨胀系数等提高，但有可能挤出性等加工性降低和表面性状变差等。这是由于，铝合金具有所添加的各组成的成分浓度越高越难以加工的倾向。特别是为了提高耐磨损性而添加的Si在挤出工序、锻造工序中的加工工序中使生产率降低。实际上，这样的铝合金相对于对使用的部件所要求的耐磨损性、膨胀系数等而言具有该特性为必要以上的过量的规格的情况也不少。即，这些铝合金不一定需要耐磨损性等显著优良，因此，从生产率的观点出发，就耐磨性等必要特性而言，最好是根据用途来控制其成为最佳状态。

因此，通过将根据需要而要求的特性与生产率进行调和，不降低生产率而得到在成本方面具有优良效果的铝合金。

因此，在生产时尽量抑制生产率变差，同时得到的铝合金具有必要特性，在这两者之间保持平衡的铝合金的开发成为课题。

鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供能够生产在Al-Si系合金中挤出性以及锻造加工性优良、并且保持耐磨损性的可用于制造锻造物的铝合金。

【用于解决问题的方法】

本发明人进行了深入的研究，结果得到如下见解：通过调节各组成的添加量，并且控制共晶Si尺寸，得到将必要特性与生产率进行调和后的铝合金。即发现，通过下述方法实现上述本发明的目的。

即，根据本发明，提供一种耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金，其特征在于，含有Si5.5～7.0质量％(以下记为％)、Cu1.0～2.0％、Mg0.4～0.8％、Cr0.05～0.15％、Ni0.05～0.25％，余量由Al和不可避免的杂质构成，在与挤出材料的长度方向垂直的截面上将中央部的共晶Si尺寸设为Sc，将表层侧部的共晶Si尺寸设为Ss时，Sc-Ss≤15μm²，并且共晶Si尺寸是20μm²以下的粒数为1000～3000个/mm²。

优选提供耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金，其还含有Sr 0.01～0.05％。

【发明效果】

本发明可以提供通过适当控制铝合金的各组成以及共晶Si尺寸而能够生产挤出性以及锻造加工性优良、并且保持耐磨损性的用于制造挤出材料、锻造材料的铝合金材料。

附图说明

【图1】是对由挤出而制造的挤出品进行锻造加工的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

首先，对本发明的铝合金中的各添加元素进行说明。

Si通过生成Si化合物而有助于磨损性。另外，Si与Mg一起形成Mg₂Si，Si是有助于强度的元素。Si的添加量低于5.5％时，强度、耐磨损性的效果弱。超过7.0％时，表面性状变差，挤出性降低。

Cu有助于强度提高。Cu的添加量低于1.0％时，强度提高的效果小，超过2.0％时，挤出加工性、耐腐蚀性变差。

Mg与Si一起形成Mg₂Si，有助于强度提高。Mg的添加量低于0.4％时，其效果小。超过0.8％时，挤出加工性降低。优选Mg为0.55～0.65％。

Cr对晶粒微小化有效，有助于强度提高。Cr的添加量低于0.05％时，该效果小。超过0.15％后，其效果没有大幅变化。优选Cr为0.07～0.10％。

Ni对耐热性、耐磨损性提高有效，也有助于强度提高。Ni的添加量低于0.05％时，其效果小。超过0.25％后，其效果没有大幅变化，并且导致挤出性变差。优选Ni为0.07～0.13％。

Sr的添加而有助于机械性质的提高。Sr用于结晶后的Si的改良处理，通过添加Sr，结晶后的Si成为微小的形态。Sr的添加量优选为0.01～0.05％。Sr的添加量低于0.01％时，其效果小。超过0.05％时，其效果没有大幅变化。

Fe、Mn被添加时，与其他元素生成化合物，会导致各添加元素的效果变差，因此，本发明中的铝合金为0.5％以下。

另外，本发明的铝合金除了上述元素之外，还含有不可避免的杂质和Al。例如，在不损害发明效果的范围内，可以少量含有Ti、Zr、Zn。不损害发明效果的范围是指0.05％以下。

共晶Si对表面性状、耐磨损性产生影响，因此，这些特性的均一性是由挤出材料以及锻造材料的共晶Si的尺寸和分布来决定的。即，本发明的铝合金通过控制Si等各组成的含量，获得优良的挤出性以及锻造加工性，另外，通过控制共晶Si的尺寸和分布，防止由表面性状以及部位的原因而造成的特性上的偏差。由此，通过本发明，能够以高生产率得到特性均一的挤出材料以及锻造材料。

通过将Ss和Sc控制为Sc-Ss≤15μm²，使得挤出材料的表面性状好，并且能够抑制挤出表层侧部与中央部的耐磨损性特性的分布不均。关于共晶Si尺寸，Ss指的是以在与挤出材料的长度方向垂直的截面上距表层50μm的深度为基准、在光学显微镜的100倍的视野中观察中心侧时的共晶Si尺寸。Ss是在同一视野中以中心角每隔90度测定4个部位，以其中的最大的值为准。Sc指的是在光学显微镜100倍的视野中观察到的挤出材料截面的中心部的共晶Si尺寸。本发明中的共晶Si尺寸是指共晶Si的结晶面积。

另外，通过使挤出材料中的共晶Si尺寸为20μm²以下，能够抑制表面的粗糙度。另外，为了得到耐磨损性，共晶Si的粒数为1000～3000个/mm²。共晶Si的尺寸20μm²以下的粒数低于1000个/mm²时，锻造后的耐磨损性的效果小。共晶Si的粒数超过3000个/mm²时，阻碍挤出性以及锻造加工性。

需要说明的是，关于本发明中的铝合金的制造条件以及调质都没有特别限定，调质在通常的制造条件下根据用途选择即可。

在使用挤出品作为锻造品的情况下，锻造工序中的加工性会对材料的硬度产生影响。由此，本发明的挤出品的调质优选为F、T1、O，进一步优选的调质为O。

另外，锻造后的调质分别根据需要的特性来选择即可，但本发明中优选为T6。

【实施例】

基于实施例详细说明本发明，但本发明不限于此。

首先，在700℃～740℃的范围内加热，将表1所示的组成的合金熔解，得到铝合金熔液，使用金属模具进行铸造。以冷却水量达到70～100L/分钟的方式进行控制。

得到直径220mm的铸块后，对该铸块实施在490℃下进行4小时加热的匀质化处理。将该铸块通过500℃的1个孔挤出，制得直径30mm的挤出圆棒。

该样品的挤出材料，以在与长度方向垂直的截面上距表层50μm的深度为基准，在光学显微镜的100倍的视野中观察中心侧。在同一视野中以中心角每隔90度测定4个部位，测定其最大的共晶Si尺寸(Ss)。另外，对挤出材料截面的中心部在光学显微镜100倍的视野中观察共晶Si尺寸(Sc)。需要说明的是，共晶Si粒尺寸和个数通过旭化成Engineering株式会社制软件“图像分析软件A像くん”进行分析。关于表面性状，用HB的铅笔划表面时，将没有刮到的情况设为合格“○”，将刮到的情况设为不合格“×”。将结果示于表2。达到规定值的情况为合格，规定值以外的情况为不合格。

接着，将该挤出圆棒在400℃下进行5小时的退火处理，得到O材。在锻造评价时，确认了共晶Si尺寸、以及个数在发明的范围内。

接着，将该挤出圆棒沿长度方向以100mm的长度切割，实施加工率80％的镦锻。将锻造品在520℃下进行2小时的固溶处理后，立刻用50℃的温水进行淬火。再在180℃下进行10小时的人工时效处理，得到T6的调质。

在此，镦锻的加工率是图1中用(r1-r2)/r1×100进行计算而得到的值。

对这样得到的上述试验合金锻造品进行拉伸试验、镦锻后的外观观察、以及磨损试验。将其结果示于表3。

(1)镦锻后的外观

观察80％镦锻后的外观，将没有观察到裂纹的情况设为合格(＝标记为“○”)，将观察到裂纹的情况设为不合格(＝标记为“×”)。

(2)拉伸试验

拉伸试验片以挤出棒的长度方向为试验片的长度方向的方式采集，制作JIS4号试验片，进行试验。作为评价，将拉伸强度(TS)为300MPa以上设为合格，将低于该值设为不合格。

(3)磨损试验

通过大越式磨损试验来评价比磨损量。在此，作为试验条件，润滑油为齿轮油(75W-90)，使对象材料为SCM415，使摩擦距离为1200m，使载荷为19kgf。作为摩擦试验的评价，将比磨损量为5.0×10^-9以下设为合格，将超过该值设为不合格。

【表1】

【表2】

【表3】

根据表1以及表2，本发明例的挤出材料1～10的表面性状好，比较例11～17的挤出材料的表面性状不良。

本发明例1～10由于组成在优选的范围内，因此，表面性状好。即，表面光滑，因此挤出性良好、能够以高生产率进行制造。

比较例11～14、16以及17的挤出材料由于组成在优选的范围外，因此这些挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例11的挤出材料的Si的含量多，另外，Sc-Ss的值大。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例12的挤出材料的Si的含量少，另外，Sc-Ss的值大。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例13的挤出材料的Si以及Cu的含量少。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例14的挤出材料的Si、Cu、Mg、以及Cr的含量多。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例16的挤出材料的Sr在优选范围外，共晶Si尺寸为20μm²以下的数目多。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例17的挤出材料在组成中Si的含量多，Mg的含量少，另外，Sc-Ss的值大。因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

比较例15的挤出材料的组成在范围内，但Sc-Ss的值大，因此该挤出材料就表面性状而言存在刮到的情况，挤出加工性差。

根据表3，本发明例1～10的镦锻后的外观、拉伸强度、比磨损量全部良好，比较例11～17不良。

本发明例1～10的锻造材料的拉伸强度、比磨损量好。另外，锻造加工性优良，因此，镦锻后的外观好。

比较例11的锻造材料在组成中Si的含量多，因此，在镦锻后的外观上观察到裂纹。即，锻造加工性差，作为锻造材料不良。

比较例12的锻造材料在组成中Si的含量少，因此，拉伸强度变差，耐磨损性变差。另外，根据表2，挤出材料的共晶Si尺寸为20μm²以下的数目少，因此，耐磨损性变差。

比较例13的锻造材料在组成中Si以及Cu的含量少，因此，拉伸强度变差，耐磨损性变差。比较例14的锻造材料在组成中Si、Cu、Mg、以及Cr的含量多，因此，在镦锻后的外观上观察到裂纹。即，锻造加工性差，作为锻造材料不良。

比较例15的锻造材料的组成在范围内，镦锻后的外观、拉伸强度、比磨损量全部良好，但根据表2，比较例15的挤出材料的挤出加工性差，生产率不好。因此，比较例15的锻造材料的生产率差。

比较例16的锻造材料在组成中Si、Cu以及Sr的含量多，另外，根据表2，挤出材料的共晶Si尺寸为20μm²以下的数目多，因此，在镦锻后的外观上观察到裂纹。即，锻造加工性差，作为锻造材料不良。

比较例17的锻造材料在组成中Si的含量多，Mg的含量少，因此，在镦锻后的外观上观察到裂纹。即，锻造加工性差，作为锻造材料不良。

【符号的说明】

1 完成切割的挤出棒(锻造前)

2 锻造机

r1 镦锻前的材料高度

r2 镦锻后的材料高度

3 旋转环

4 评价材料(铝合金)

Claims

1.一种耐磨损性、挤出性、锻造加工性优良的铝合金，其特征在于，含有Si5.5～7.0质量％、Cu1.0～2.0质量％、Mg0.4～0.8质量％、Cr0.05～0.15质量％、Ni0.05～0.25质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成，在与挤出材料的长度方向垂直的截面上，将中央部的共晶Si尺寸设为Sc、将表层侧部的共晶Si尺寸设为Ss时Sc-Ss≤15μm²，并且共晶Si尺寸是20μm²以下的粒数为1000～3000个/mm²。

2.如权利要求1所述的铝合金，其特征在于，还含有Sr0.01～0.05％。