專利名稱：熱輥用鋁合金坯和熱輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造熱輥的鋁合金坯，更詳細(xì)地講，涉及一種強(qiáng)度、高溫蠕變特性優(yōu)異，表面為非黑色并且潔凈的鋁合金坯。
背景技術(shù)：
用在復(fù)印機(jī)等上的熱輥，由于要求其重量輕、非磁性并且要具有熱傳導(dǎo)性及耐熱性的情況出發(fā)，所以由鋁合金來制造。在鋁合金之中，5052合金和5056合金作為高溫強(qiáng)度高的合金為人們所知。因此，一直以來這些合金被用于制造熱輥。但是，如果這種合金制成熱輥被反復(fù)使用，則高溫蠕變特性不充分，因此往往由于使用中的加壓而引發(fā)變形。另外，由于這種合金的擠出加工是使用心軸進(jìn)行的，所以制造成本高。
曾提出了用含有0.5～0.9％的Mn、0.1～2.0％的Mg的鋁合金來代替上述合金的方案(參照特開平9-170039號(hào)公報(bào))。因?yàn)檫@種合金中Mn的含量比較少，所以雖然加工性良好但是強(qiáng)度不充分。尤其是近年來從節(jié)能的角度出發(fā)，存在熱輥薄型化的傾向，所以需要強(qiáng)度特別高的合金。
在特開平2-149628號(hào)中，提出了一種Mn含量高的熱輥用鋁合金。該合金含有1.0～5.0％的Mn、0.1～2.0％的Mg，或者除了Mn和Mg之外還含有少量的作為其他成分的、Zr、Cu、Ni、Si、Cr、Zn、Fe、Ti。
在上述合金的組成范圍內(nèi)，含Mg多的合金強(qiáng)度高，但是作為共同的問題是，制造合金坯時(shí)Mg容易被氧化，其結(jié)果合金中氧化物的夾雜物增多。當(dāng)氧化物的夾雜物增多時(shí)，不僅特性降低，而且由于氧化物使得坯表面呈黑色，平滑性差。熱輥是首先擠出制坯，接著進(jìn)行拉拔加工而制造的，但是當(dāng)坯表面不潔凈時(shí)，會(huì)對(duì)其后的加工面產(chǎn)生影響，因此，使表面潔凈的切削等作業(yè)成為必需，從而加工工序增加，制造成本增高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題而完成的，其目的在于提供一種強(qiáng)度、高溫蠕變性、耐熱性均優(yōu)異，表面不是黑色的，特別適合于熱輥的鋁合金坯。
根據(jù)本發(fā)明，提供以下的(1)～(6)中所記載的熱輥用坯。
(1)一種熱輥用坯，是由鋁合金制成，該鋁合金含有Mn 0.97～1.50質(zhì)量％、Mg 0.50～2.50質(zhì)量％、Cu 0.20～1.40質(zhì)量％、Fe 0.20～1.00質(zhì)量％、Ti 0.01～0.50質(zhì)量％、Be 0.0001～0.01質(zhì)量％，其余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
(2)如上述(1)中所述的坯，其中，Mg的含量是1.00～2.00質(zhì)量％。
(3)如上述(1)中所述的坯，其中，進(jìn)一步含有Si1.00質(zhì)量％以下、Cr 0.50質(zhì)量％以下、Zr 0.50質(zhì)量％以下中的至少一種。
(4)如上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的坯，其中，直徑為5英寸(12.7cm)以下。
(5)如上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的坯，其中，直徑為4英寸(10.16cm)以下。
(6)如上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的坯，其中，由平均晶粒粒徑為1mm以下的晶粒構(gòu)成。
而且，根據(jù)本發(fā)明還提供以下的(7)～(12)中所記載的熱輥。
(7)一種熱輥，采用由鋁合金制的坯制成，該鋁合金含有Mn 0.97～1.50質(zhì)量％、Mg 0.50～2.50質(zhì)量％、Cu 0.20～1.40質(zhì)量％、Fe 0.20～1.00質(zhì)量％、Ti 0.01～0.50質(zhì)量％、Be 0.0001～0.01質(zhì)量％，其余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
(8)如上述(7)中所述的熱輥，其中，坯中Mg的含量是1.00～2.00質(zhì)量％。
(9)如上述(7)中所述的熱輥，其中，坯進(jìn)一步含有Si1.00質(zhì)量％以下、Cr 0.50質(zhì)量％以下、Zr 0.50質(zhì)量％以下中的至少一種。
(10)如上述(7)～(9)中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯的直徑在5英寸(12.7cm)以下。
(11)如上述(7)～(9)中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯的直徑在4英寸(10.16cm)以下。
(12)如上述(7)～(9)中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯由平均晶粒粒徑為1mm以下的晶粒構(gòu)成。
發(fā)明效果本發(fā)明的鋁合金坯，表面為非黑色，很潔凈，即便不特別地設(shè)置潔凈化工序，也能夠順利地進(jìn)行后續(xù)的擠出加工、拉拔加工，加工工序效率高。
另外，鋁合金通過添加Be，可防止Mg的氧化，因此合金中氧化物夾雜物少，可防止合金特性劣化。
而且，因?yàn)镸n和Mg的含量比較高，所以強(qiáng)度、高溫蠕變特性、耐熱性皆優(yōu)異。由Mn和Mg的含量高所引起的加工性問題，可以通過以小的直徑鑄造坯、抑制晶粒粒徑來充分地解決。
圖1示出坯表面的照片。右側(cè)是本發(fā)明實(shí)施例的坯表面照片，左側(cè)是比較例的坯表面照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的熱輥用鋁合金，含有Mn、Mg、Cu、Fe、Ti和Be作為必需成分。
Mn在合金中含有0.97～1.50質(zhì)量％(以下％在不特別說明的場合表示“質(zhì)量％”)。Mn以分散第二相MnAl6的形式微細(xì)地分散在結(jié)晶組織內(nèi)，強(qiáng)化基體提高高溫蠕變特性。如果Mn的含量少于0.97％，則該特性的提高不夠充分；如果Mn的含量超過1.50％，則加工性差，即使坯很細(xì)，加工也變得困難。
Mg在鋁中固溶存在，有助于提高合金的強(qiáng)度。為了增大合金的強(qiáng)度，本發(fā)明的合金中含有0.50％以上的Mg。但是如果Mg含量太多，則加工性變差、擠出加工變難，所以以2.50％為極限。在上述范圍內(nèi)，優(yōu)選的是1.00～2.00％，特別優(yōu)選的是0.80～1.40％。
Cu是析出Al-Cu-Mg系化合物、提高高溫蠕變特性的元素，需要含0.20％以上，但是超過1.40％時(shí)擠出特性降低。
Fe在基體中以Al3Fe的形式與Mn形成共存微細(xì)析出物，有助于結(jié)晶細(xì)化，有助于改善加工性和高溫蠕變性。為了呈現(xiàn)其效果，F(xiàn)e含量需要為0.20％以上。但是，如果Fe過多，則析出粗大晶體等，特性降低，所以其含量規(guī)定為1.00％以下。
Ti有助于再結(jié)晶的細(xì)化，強(qiáng)化基體，提高加工性和高溫蠕變特性。因此，其含量需要為0.01％以上，但是如果超過0.50％則發(fā)生粗大的晶粒，導(dǎo)致特性降低。
Be是為了防止Mg氧化而添加的。在鋁合金中，Mg容易被氧化，特別是其含量變高時(shí)更加顯著。該氧化主要是在鑄造成坯時(shí)的熔融金屬處理時(shí)產(chǎn)生。Be與O2的親合力比Mg、Al強(qiáng)，添加Be后，Be的氧化膜覆蓋熔融金屬表面，防止Mg的氧化。之后，在鑄造時(shí)鑄塊(坯)表面也被Be的堅(jiān)固的氧化膜覆蓋，防止表面相氧化，有助于防止表面晶粒度粗化，從而形成光滑的鑄造表面。如果Mg氧化，則其氧化物作為夾雜物存在于合金中，不僅成為特性劣化的原因，也會(huì)使坯表面變黑。因此需要將其除去等的工序。
另外，Be有助于Cu-Mg合金析出物的細(xì)微分散化，有助于強(qiáng)化基體、改善加工性、高溫蠕變特性。在Be的添加量很少情況下也會(huì)產(chǎn)生這些Be的作用效果。
因此，Be的含量在0.0001％以上、優(yōu)選在0.001％以上即可。由于即使含量多其作用效果也飽和，因此也考慮經(jīng)濟(jì)性等，其上限是0.01％。
本發(fā)明的鋁合金坯，在上述成分之外，還可以選擇性地添加選自Si、Cr、和Zr之中的至少一種成分。
Si與Mg生成化合物，該化合物在合金中析出，提高合金的強(qiáng)度。但是，如果Si的含量超過1.00％，則其化合物的析出物粗化，因此，其含量優(yōu)選為1.00％以下。
Cr和Zr都具有細(xì)化再結(jié)晶晶粒的作用，強(qiáng)化基體，提高加工性、高溫蠕變特性。但是，因?yàn)楹糠謩e超過0.50％時(shí)晶體粗化，所以各自的含量優(yōu)選為0.50％以下。
本發(fā)明的鋁合金坯，可通過對(duì)達(dá)到上述組成的原料混合物進(jìn)行熔化、鑄造而制造。作為制造方法，優(yōu)選下述的連鑄法將合金熔融液從上部注入冷卻的圓筒狀的鑄模內(nèi)，使其凝固化，從下部拉出。
特別是本發(fā)明的鋁合金坯為了提高其效果，優(yōu)選利用急冷保溫帽鑄造法鑄造、急冷凝固成坯直徑為5英寸(12.7cm)以下、優(yōu)選為4英寸(10.16cm)以下的坯，并形成為微細(xì)組織鑄塊。然后坯在500～650℃、優(yōu)選在550～600℃下進(jìn)行均勻化處理。這樣一來，處理過的坯的晶粒，通常其平均晶粒粒徑為1mm以下，此外，特別是坯直徑細(xì)達(dá)5英寸以下的情況下，其平均晶粒粒徑也可以達(dá)到0.8mm以下。
經(jīng)均勻化處理的坯，首先在450～500℃下進(jìn)行擠出加工，接著進(jìn)行冷拉加工制成為熱輥的形狀。
實(shí)施例以下，通過實(shí)施例具體表示本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于實(shí)施例。
(實(shí)施例、比較例)作為實(shí)施例，對(duì)表1所示的組成(其余量是Al和不可避免的雜質(zhì))的鋁合金熔融液進(jìn)行連鑄，制造出直徑為4英寸(10.16cm)的坯。
作為比較例，由除了不含Be之外具有與實(shí)施例的鋁合金熔融液大致相同的組成的鋁合金熔液，同樣地制造出直徑為4英寸(10.16cm)的坯。
圖1是表示所制造的各個(gè)坯的表面狀態(tài)的照片。圖1中，右側(cè)為實(shí)施例的坯的表面照片，左側(cè)為比較例的坯的表面照片。實(shí)施例的坯，其表面呈現(xiàn)鋁的顏色(銀白色)，但比較例的坯表面呈現(xiàn)黑色。
表1Al合金組成(質(zhì)量％)
接著，在570℃下對(duì)坯進(jìn)行了6個(gè)小時(shí)的均勻化處理。對(duì)處理后的坯截面進(jìn)行顯微組織觀察的結(jié)果，晶體尺寸大體為平均尺寸1mm以下。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的鋁合金，通過含有Be，可防止Mg的氧化，坯表面不變黑，對(duì)后續(xù)的加工有利。另外，通過含有Be，有助于Cu-Mg合金析出物的微細(xì)分散化，基體被強(qiáng)化，加工性和高溫蠕變特性得到改善。因此，其作為制造熱輥用的優(yōu)異合金在產(chǎn)業(yè)上的利用性很高。
本說明書和權(quán)利要求書中的數(shù)值后的“以上”或“以下”，含義包括本數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種熱輥用坯，是由鋁合金制成，該鋁合金含有Mn 0.97～1.50質(zhì)量％、Mg 0.50～2.50質(zhì)量％、Cu 0.20～1.40質(zhì)量％、Fe 0.20～1.00質(zhì)量％、Ti0.01～0.50質(zhì)量％、Be 0.0001～0.01質(zhì)量％，其余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坯，其中，Mg的含量是1.00～2.00質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坯，其中，進(jìn)一步含有Si 1.00質(zhì)量％以下、Cr 0.50質(zhì)量％以下、Zr 0.50質(zhì)量％以下之中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的坯，其中，直徑為5英寸以下，即12.7cm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的坯，其中，直徑為4英寸以下，即10.16cm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的坯，其中，由平均晶粒粒徑為1mm以下的晶粒構(gòu)成。
7.一種熱輥，采用由鋁合金制的坯制成，該鋁合金含有Mn 0.97～1.50質(zhì)量％、Mg 0.50～2.50質(zhì)量％、Cu 0.20～1.40質(zhì)量％、Fe 0.20～1.00質(zhì)量％、Ti 0.01～0.50質(zhì)量％、Be 0.0001～0.01質(zhì)量％，其余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱輥，其中，坯中Mg的含量是1.00～2.00質(zhì)量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱輥，其中，坯進(jìn)一步含有Si 1.00質(zhì)量％以下、Cr 0.50質(zhì)量％以下、Zr 0.50質(zhì)量％以下之中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～9中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯的直徑為5英寸以下，即12.7cm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求7～9中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯的直徑為4英寸以下，即10.16cm以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求7～9中任一項(xiàng)所述的熱輥，其中，坯由平均晶粒粒徑為1mm以下的晶粒構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱輥用坯，該熱輥用坯由鋁合金制成，所述的鋁合金含有Mn 0.97～1.50質(zhì)量％、Mg 0.50～2.50質(zhì)量％、Cu 0.20～1.40質(zhì)量％、Fe 0.20～1.00質(zhì)量％、Ti 0.01～0.50質(zhì)量％、Be 0.0001～0.01質(zhì)量％，其余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。該鋁合金通過含有Be，可防止Mg的氧化，坯表面不會(huì)變成黑色，對(duì)后續(xù)的加工有利，同時(shí)可改善強(qiáng)度、高溫蠕變特性和耐熱性。
文檔編號(hào)G03G15/20GK1982487SQ20061016568
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者石井良平 申請(qǐng)人:東洋鋁業(yè)有限公司