專利名稱：切削性優(yōu)異的鋁合金和鋁合金材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Al-Mg-Si系的切削性優(yōu)異的鋁合金和鋁合金材及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中可以看到這樣的問題在鋁合金材的切削加工中，切屑連續(xù)，必須有切屑處理的工序、和除去車削時制品角部和鉆孔加工時鉆頭孔周圍生成的毛刺的工序。
為了解決這些問題，提出了通過添加以Pb、Bi、Sn為代表的低熔點元素、提高切屑的切斷性，切削性良好并可以抑制毛刺生成的易切削性鋁合金。
但是，這些低熔點元素在晶界偏析的情況多，例如，實施強(qiáng)力切削時，因加工中的發(fā)熱會導(dǎo)致局部熔融，成為發(fā)生裂紋的原因。另外，從地球環(huán)境保護(hù)的觀點出發(fā)，制造并使用含有害元素Pb的易切削性鋁合金材是極嚴(yán)重的問題，而且，還存在使鋁制品的再循環(huán)性降低的難點。
為此，作為上述低熔點元素的代替元素，開發(fā)了添加Si、Cu的易切削性鋁合金。
例如，在特開平11-12705號公報中，公開了添加了3～11質(zhì)量％的Si的鍛造用鋁合金，在特開平9-249931號公報中，公開了添加了1.5～12.0質(zhì)量％的Si的高耐腐蝕鋁合金，在特開平2-97638號公報中，公開了添加了2.0～12.5質(zhì)量％的Si和1.0～6.5質(zhì)量％的Cu的磁帶接觸部件用鋁合金。這些鋁合金材使硬質(zhì)的Si粒子分散在鋁的基體中，切削時通過Si粒子的粉碎或者Si粒子與基體界面的剝離對切屑進(jìn)行細(xì)分。這些鋁合金材不含低熔點金屬，因而再循環(huán)性優(yōu)良，而且耐蝕性和耐熱性也優(yōu)良。
另外，這些鋁合金材通過鑄造成規(guī)定組成的擠壓毛坯后，在400～600℃的范圍內(nèi)實施均勻化處理，在350～550℃下進(jìn)行擠壓加工，在擠壓模出口端淬火，或切斷成1～5m的長尺寸材后實施固溶處理而制造。
但是，在上述現(xiàn)有的易切削性鋁合金中，存在的問題是，在Si添加量超過5％的合金組成中，由于Si粒子大量分散，因而具有銳角部的Si粒子對切削工具的刀尖進(jìn)行破壞，工具的磨損激增，并且因損傷使工具低壽命化。另外，Cu添加量多的鋁合金還存在耐蝕性差的問題。
另外，在上述制造工序中有以下特性鑄造毛坯時，Si粒子也有成為1μm或1μm以下的情況，而通過其后的300℃或300℃以上的熱處理會長大成超過1μm的尺寸。因而，就會出現(xiàn)這樣的問題在經(jīng)過均勻化處理、擠壓加工、在擠壓模出口端淬火、固溶處理的各工序期間，Si粒子長大，最終成為5～10μm的范圍，在經(jīng)過上述一系列的工序的合金材中，其切削性比鑄造材更降低，切削工具的磨損和損傷顯著。具體地說，鋁基體中存在平均粒徑超過5μm的大的Si粒子時，切削工具的磨損或被稱為卷刃的工具損傷激增。而且，因這些工具損傷，長時間連續(xù)切削加工中的切削加工表面的質(zhì)量變差。另外，如果對存在這樣粗大Si粒子的鋁合金材實施表面鈍化處理時，由于在表面露出的Si粒子和鋁基體中表面鈍化皮膜的生成速度不同，所以還存在膜厚不均勻的問題。
發(fā)明的公開鑒于上述技術(shù)背景，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有優(yōu)異的切削性，同時可以抑制切削工具的磨損和卷刃等的損傷，還具有良好的表面鈍化處理性的鋁合金，鋁合金材及其制造方法。
本發(fā)明由以下內(nèi)容構(gòu)成根據(jù)化學(xué)組成大致區(qū)分為4種的鋁合金、具有與各化學(xué)組成對應(yīng)的金屬組織的鋁合金材和這些鋁合金材的制造方法。
第1種鋁合金的基本要點是，含有Mg0.3～6質(zhì)量％、Si0.3～10質(zhì)量％、Zn0.05～1質(zhì)量％和Sr0.001～0.3質(zhì)量％、其余由Al和雜質(zhì)組成。
在上述第1種鋁合金中，優(yōu)選Mg含量為0.5～1.1質(zhì)量％。優(yōu)選Si含量為1.5～5質(zhì)量％。優(yōu)選Zn含量為0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Sr含量為0.005～0.05質(zhì)量％。
第2種鋁合金的基本要點是，含有Mg0.3～6質(zhì)量％、Si0.3～10質(zhì)量％、Zn0.05～1質(zhì)量％和Sr0.001～0.3質(zhì)量％，另外，作為選擇的添加元素含有從Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上且不足1質(zhì)量％、Fe0.01～1質(zhì)量％、Mn0.01～1質(zhì)量％、Cr0.01～1質(zhì)量％、Zr0.01～1質(zhì)量％、Ti0.01～1質(zhì)量％、Na0.001～0.5質(zhì)量％、Ca0.001～0.5質(zhì)量％中選擇的1種或1種以上，其余由Al和雜質(zhì)組成。
在上述第2種鋁合金中，優(yōu)選Mg含量為0.5～1.1質(zhì)量％。優(yōu)選Si含量為1.5～5質(zhì)量％。優(yōu)選Zn含量為0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Sr含量為0.005～0.05質(zhì)量％。
另外，在上述第2種鋁合金中，優(yōu)選選擇的添加元素是Cu。優(yōu)選選擇的添加元素是Fe。優(yōu)選選擇的添加元素是Cr、Mn中的1種或1種以上。優(yōu)選選擇的添加元素是Zr。優(yōu)選選擇的添加元素是Ti。優(yōu)選選擇的添加元素是Na、Ca中的1種或1種以上。
另外，在上述第2種鋁合金中，優(yōu)選Cu的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Fe的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Mn的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Cr的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Zr的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Ti的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Na的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Ca的含量是0.005～0.3wt。
本發(fā)明的一種鋁合金材的基本要點是，在化學(xué)組成上，由第1和第2種鋁合金、即權(quán)利要求第1～24項的任一種鋁合金組成；在合金組織上，Si粒子的平均粒徑是1～5μm，同時Si粒子的平均長短徑比是1～3。
在上述鋁合金材中，優(yōu)選上述Si粒子的平均粒徑是3μm或3μm以下。優(yōu)選上述Si粒子的平均長短徑比是2或2以下。
本發(fā)明的一種鋁合金材的制造方法的基本要點是，以10～180mm/min的鑄造速度制作由第1和第2種鋁合金、即權(quán)利要求第1～24項的任一種鋁合金構(gòu)成的毛坯，將上述毛坯在400～570℃下保持6小時或6小時以上進(jìn)行均勻化處理后，在毛坯溫度300～550℃、擠壓制品速度0.5～100m/min、擠壓比10～200的條件下擠壓成所要形狀，將該擠壓材在400～570℃下保持1小時或1小時以上進(jìn)行固溶處理，再在90～300℃下保持1～30小時進(jìn)行時效處理。
在上述鋁合金材的制造方法中，優(yōu)選上述鑄造速度是30～130mm/min。優(yōu)選上述均勻化處理在500～545℃下保持10小時或10小時以上而進(jìn)行。優(yōu)選上述擠壓在毛坯溫度350～500℃、擠壓制品速度2～30m/min、擠壓比20～85的條件下進(jìn)行。優(yōu)選上述固溶處理在500～545℃下保持3小時或3小時以上而進(jìn)行。優(yōu)選上述時效處理在140～200℃下保持3～20小時而進(jìn)行。優(yōu)選對于上述固溶處理后的擠壓材以5～30％的斷面收縮率進(jìn)行所要形狀的拉拔，然后進(jìn)行上述時效處理，特別優(yōu)選拉拔的斷面收縮率是10～20％。
第3種鋁合金的基本要點是，含有Mg0.1～6質(zhì)量％、Si0.3～12.5質(zhì)量％、Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不到1質(zhì)量％、Zn0.01～3質(zhì)量％和Sr0.001～0.5質(zhì)量％，其余由Al和雜質(zhì)組成。
在上述第3種鋁合金中，優(yōu)選Mg含量是0.3～5質(zhì)量％。優(yōu)選Si含量是0.8～12質(zhì)量％。優(yōu)選Cu含量是0.1～0.8質(zhì)量％。優(yōu)選Zn含量是0.05～1.5質(zhì)量％。優(yōu)選Sr含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
第4種鋁合金的基本要點是，含有Mg0.1～6質(zhì)量％、Si0.3～12.5質(zhì)量％、Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不到1質(zhì)量％、Zn0.01～3質(zhì)量％和Sr0.001～0.5質(zhì)量％，另外，作為選擇的添加元素含有從Ti0.001～1質(zhì)量％、B0.0001～0.03質(zhì)量％、C0.0001～0.5質(zhì)量％、Fe0.01～1質(zhì)量％、Cr0.01～1質(zhì)量％、Mn0.01～1質(zhì)量％、Zr0.01～1質(zhì)量％、V0.01～1質(zhì)量％、Sc0.0001～0.5質(zhì)量％、Ni0.005～1質(zhì)量％、Na0.001～0.5質(zhì)量％、Sb0.001～0.5質(zhì)量％、Ca0.001～0.5質(zhì)量％、Sn0.01～1質(zhì)量％、Bi0.01～1質(zhì)量％、In0.001～0.5質(zhì)量％中選擇的1種或1種以上，其余由Al和雜質(zhì)組成。
在上述第4種鋁合金中，優(yōu)選Mg含量為0.3～5質(zhì)量％。優(yōu)選Si含量是0.8～12質(zhì)量％。優(yōu)選Cu含量是0.1～0.8質(zhì)量％。優(yōu)選Zn含量是0.05～1.5質(zhì)量％。優(yōu)選Sr含量是0.005～0.03質(zhì)量％。
另外，上述第4種鋁合金中，優(yōu)選選擇的添加元素是Ti、B、C、Sc中的1種或1種以上。優(yōu)選選擇的添加元素是Fe。優(yōu)選選擇的添加元素是Cr、Mn中的1種或1種以上。優(yōu)選選擇的添加元素是Zr、V中的1種或1種以上。優(yōu)選選擇的添加元素是Ni。優(yōu)選選擇的添加元素是Na、Sb、Ca中的1種或1種以上。優(yōu)選選擇的添加元素是Sn、Bi、In中的1種或1種以上。
另外，在上述第4種鋁合金中，優(yōu)選Ti的含量是0.003～0.5質(zhì)量％。優(yōu)選B的含量是0.0005～0.01質(zhì)量％。優(yōu)選C的含量是0.001～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Fe的含量是0.05～0.7質(zhì)量％。優(yōu)選Cr的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。優(yōu)選Mn的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。優(yōu)選Zr的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。優(yōu)選V的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
優(yōu)選Sc的含量是0.01～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Ni的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。優(yōu)選Na的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Sb的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Ca的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Sn的含量是0.05～0.5質(zhì)量％。
優(yōu)選Bi的含量是0.05～0.5質(zhì)量％。優(yōu)選In的含量是0.01～0.3質(zhì)量％。
本發(fā)明的另一種鋁合金材的基本要點是，在化學(xué)組成上，由第3和第4種鋁合金、即權(quán)利要求第36～70項的任一種鋁合金組成；在金屬組織上，平均枝晶臂間距是1～200μm，在樹枝狀晶的邊界上，含有平均粒徑0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子，其長度方向的平均骨架線長度(Lm)是0.5μm或0.5μm以上、平均寬度(Wm)是0.5μm或0.5μm以上的共晶片狀組織形成網(wǎng)狀。
優(yōu)選在上述鋁合金材中，上述共晶片狀組織中的上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子總計有500個/mm2或500個/mm2以上，并且這些粒子的面積占有率是0.1～50％。優(yōu)選上述平均枝晶臂間距是3～100μm。優(yōu)選上述共晶Si粒子的平均粒徑是0.1～3μm。優(yōu)選上述共晶片狀組織的平均骨架線長度(Lm)是3μm或3μm以上、平均寬度(Wm)是1μm或1μm以上。優(yōu)選上述共晶片狀組織的骨架線長度和寬度的平均比(L/Wm)是3或3以上。
另外，優(yōu)選上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子總計有1000個/mm2或1000個/mm2以上。優(yōu)選上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子的面積占有率是0.3～40％。
本發(fā)明的另一種鋁合金材的制造方法的基本要點是，將使第3和第4種鋁合金、即權(quán)利要求第36～70項的任一項所述的鋁合金保持在固相線溫度或固相線溫度以上的金屬熔液，以30～5000mm/分的鑄造速度、10～600℃/秒的冷卻速度連續(xù)鑄造成所需要斷面形狀的型材，然后在100～300℃下保持0.5～100小時實施時效處理。
在上述鋁合金材的制造方法中，優(yōu)選上述鑄造速度是100～2000mm/分。優(yōu)選上述冷卻速度是30～300℃/秒。優(yōu)選上述時效處理在120～220℃下保持1～30小時而進(jìn)行。優(yōu)選上述型材是實心形狀材。優(yōu)選上述型材在斷面上與直徑10～150mm的圓外接。優(yōu)選對于上述連續(xù)鑄造后的型材，除去表層深度0.1～10mm的部分，特別優(yōu)選上述表層的除去量是深度0.2～5.0。
另外，對于連續(xù)鑄造后的型材，優(yōu)選在400℃或400℃以下的溫度下，進(jìn)行斷面收縮率是30％或30％以下的二次成形加工。另外，優(yōu)選上述加工溫度是250℃或250℃以下。優(yōu)選上述斷面收縮率是20％或20％以下。
在以下的說明中，將第1～第4的4種鋁合金分成共同具有必須元素Mg、Si、Zn、Sr的第1及第2鋁合金和共同具有必須元素Mg、Si、Cu、Zn、Sr的第3及第4鋁合金而進(jìn)行詳細(xì)敘述。另外，在與這些組成對應(yīng)的鋁合金材及其制造方法中，對各鋁合金組成繼續(xù)進(jìn)行說明。
I.第1和第2種鋁合金和合金材及其制造方法(權(quán)利要求第1～35項)第1和第2種鋁合金和具有這些化學(xué)組成的合金材，一面通過基于Si粒子的切屑切斷性可以確保良好的切削性，一面通過使Si粒子球狀化和微細(xì)化而可以抑制工具的磨損和損傷。另外，除了由主要的析出物Mg2Si產(chǎn)生的強(qiáng)化外，通過過剩的Si粒子，其強(qiáng)度比現(xiàn)有的合金也顯著提高。
以下詳細(xì)敘述在鋁合金和合金材中的各元素的添加意義和含量的限定理由。
在上述鋁合金的組成中，Mg、Si、Zn和Sr這4種元素是必須元素。本發(fā)明的第1種鋁合金(權(quán)利要求第1～5項)由這4種元素和其余為Al和雜質(zhì)組成。
Mg固溶于合金基體中，同時與過剩的Si等結(jié)合，作為Mg2Si等的析出物分散在基體中，使機(jī)械特性、特別是屈服強(qiáng)度提高，通過與其他的固溶型元素的協(xié)同效果進(jìn)一步使合金的切削性提高。Mg含量在不足0.3質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，超過6.0質(zhì)量％時，會促進(jìn)合金熔液的氧化，并且塑性加工性也變差，因而取為0.3～6質(zhì)量％。優(yōu)選Mg含量是0.5～1.1質(zhì)量％。
Si向Al中的固溶量少，因而除了為形成化合物需要的量以外，作為Si的單體粒子分散在基體中。在Si粒子分散的合金組織中，由于由切削工具產(chǎn)生的Si粒子的粉碎或者Si粒子和Al母相的界面剝離，切屑可以迅速地進(jìn)行切斷，使切削性提高。另外，通過作為必須元素添加的Sr或任意添加的Na、Ca，使Si粒子球狀化同時微細(xì)化，由此也將提高切削性。Si含量在不足0.3質(zhì)量％時，提高切屑切斷性的效果不足，另一方面，超過10質(zhì)量％時，雖然切屑切斷性提高，但由于切削工具磨損顯著，生產(chǎn)率降低，所以有必要取0.3～10質(zhì)量％。由這樣的觀點，優(yōu)選Si含量是1.5～5質(zhì)量％。
Zn固溶于合金基體中，同時與Mg結(jié)合，作為MgZn2等的析出物分散在基體中。因此，可以提高鋁合金的機(jī)械特性，通過與其他的固溶型元素的協(xié)同效果提高合金的切削性。Zn含量在不足0.05質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，超過1質(zhì)量％時，恐怕耐蝕性會降低，因而有必要取為0.05～1質(zhì)量％。另外，如果在上述范圍內(nèi)，有提高表面鈍化處理皮膜的生成速度的效果，適宜使用于以提高耐磨性等作為目的的表面鈍化處理的制品。優(yōu)選Zn含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
Sr通過與Si共存，可以使凝固時的共晶Si、初晶Si球狀化，同時微細(xì)化。因此，間接地使切屑切斷性良好而提高切削性，同時有抑制切削工具的磨損和損傷的效果。另外，在連續(xù)鑄造、擠壓、拉拔等的工序中使Si粒子均勻而且微細(xì)地分散，有進(jìn)一步提高切削性的效果。Sr含量在不足0.001質(zhì)量％時，上述效果不足，另外，Si粒子未被球狀化而生成銳角部時，切削工具的磨損顯著，另一方面，超過0.3質(zhì)量％時，上述效果飽和，失去多量添加的意義，因而取0.001～0.3質(zhì)量％。優(yōu)選Sr含量是0.005～0.05質(zhì)量％。
本發(fā)明的第2種鋁合金(權(quán)利要求第6～24項)以進(jìn)一步提高合金的諸特性作為目的，以含有上述必須4種元素的鋁合金作為基本組成，還添加了從Cu、Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Na、Ca的8種元素中選擇的任意一種或任意組合的2種或2種以上的元素。
Cu固溶于合金基體中，同時與Al結(jié)合，作為CuAl2等的析出物分散在基體中。因此，使鋁合金的機(jī)械特性提高，通過與其他的固溶型元素的協(xié)同效果提高合金的切削性。Cu含量在不足0.01質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，在1質(zhì)量％或1質(zhì)量％以上時，恐怕耐蝕性會降低，因而優(yōu)選為0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上、不足1質(zhì)量％。特別優(yōu)選Cu含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
Fe是在鋁合金中不可避免地被含有的元素。但是，如果其含量在0.01～1質(zhì)量％的范圍內(nèi)，由于是以通常鋁合金的制造品質(zhì)含有的量，所以不必有謀求降低Fe的格外的工序。另外，由于只要在上述范圍內(nèi)就與Si的結(jié)合量少，所以可以使Si作為單獨粒子分散成對切屑切斷性有效果的Si，從而能維持優(yōu)異的切屑切斷性。如果要將Fe含量降低到不足0.01質(zhì)量％，則成本增加，如果超過1質(zhì)量％，則與Si的化合物增加，Si單獨粒子減少，切屑切斷性將降低。特別優(yōu)選Fe含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
Mn和Cr都是為了在鋁合金中通過抑制再結(jié)晶化而提高機(jī)械強(qiáng)度，同時提高耐蝕性而被添加的。Mn含量和Cr含量在不足0.01質(zhì)量％時，抑制再結(jié)晶化的效果不足，不能期望機(jī)械性能和耐蝕性的提高，另外，因由再結(jié)晶化造成的粗大晶粒的形成，使斷面方向上的切屑切斷性不穩(wěn)定，另一方面，超過1質(zhì)量％時，擠壓時的熱變形阻力上升而使生產(chǎn)率降低，因而優(yōu)選為0.01～1質(zhì)量％。另外，由于只要Mn含量和Cr含量分別在該范圍內(nèi)就與Si的結(jié)合量少，所以可以使Si作為單獨粒子分散成對切屑切斷性有效果的Si，從而能維持優(yōu)異的切屑切斷性。Mn含量和Cr含量超過1質(zhì)量％時，與Si的化合物增加，Si單獨粒子減少，切屑切斷性將降低。特別優(yōu)選Mn含量和Cr含量分別是0.1～0.3質(zhì)量％。
Zr在鋁合金中為了可以通過抑制由再結(jié)晶造成的粗大晶粒的生成而提高機(jī)械強(qiáng)度，同時提高耐蝕性而被添加。另外，通過與Al之間形成金屬間化合物，并分散在基體中而提高切削性。Zr含量在不足0.01質(zhì)量％時，抑制再結(jié)晶化的效果不足，不能期望機(jī)械性能和耐蝕性的提高，另外，因形成由再結(jié)晶化造成的粗大晶粒，在斷面方向上的切屑切斷性不穩(wěn)定，而且提高切削性的效果也不足。另一方面，超過1質(zhì)量％時，擠壓性或鑄造性顯著降低，因而優(yōu)選為0.01～1質(zhì)量％。由這樣的觀點，特別優(yōu)選Zr含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
Ti與Zr同樣為了在鋁合金中通過抑制由再結(jié)晶造成的粗大晶粒的生成而提高機(jī)械強(qiáng)度，同時提高耐蝕性而被添加。Ti含量在不足0.01質(zhì)量％時，抑制再結(jié)晶化的效果不足，不能期望機(jī)械性能和耐蝕性的提高，另外，因形成由再結(jié)晶化造成的粗大晶粒，在斷面方向上的切屑切斷性不穩(wěn)定，另一方面，如果超過1質(zhì)量％，擠壓性或鑄造性顯著降低，因而優(yōu)選為0.01～1質(zhì)量％。由這樣的觀點，特別優(yōu)選Ti含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
Na和Ca與上述Sr同樣是為了謀求Si粒子的球狀化，同時使其均勻分散而添加的元素。Na含量在不足0.001質(zhì)量％時，上述效果不足，即使超過0.5質(zhì)量％，效果也飽和，因而優(yōu)選為0.001～0.5質(zhì)量％。另外，Ca含量在不足0.001質(zhì)量％時，上述效果不足，即使超過0.5質(zhì)量％，效果也飽和，因而優(yōu)選為0.001～0.5質(zhì)量％。特別優(yōu)選Na含量是0.005～0.3質(zhì)量％，特別優(yōu)選Ca含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
另外，在本發(fā)明的鋁合金和合金材中，由于對Si單獨粒子的球狀化和均勻分散性有效的Sr是作為必須成分而含有，所以Na和Ca的添加是任意的，即使不添加它們，也能夠確保Si粒子的球狀化和均勻分散性。
上述任意選擇的8種元素，只要在必須的4種元素中至少添加1種或任意組合的2種或2種以上，就能夠得到相應(yīng)的效果。權(quán)利要求第11～16項的鋁合金就是為了得到所要的效果而選擇了添加元素的鋁合金。另外，添加2種或2種以上的場合，更優(yōu)選將效果不同的元素選擇的組合起來。例如，可以分為以下各組元素通過CuAl2等的析出物而提高機(jī)械特性的A組元素(Cu)，使Si作為單獨粒子而分散的B組元素(Fe)，通過抑制再結(jié)晶化而提高機(jī)械強(qiáng)度的C組元素(Cr、Mn)，通過抑制由再結(jié)晶造成的粗大晶粒的生成而提高機(jī)械強(qiáng)度、同時對提高耐蝕性有效果的D組元素(Ti)、通過抑制由再結(jié)晶造成的粗大晶粒的生成而提高機(jī)械強(qiáng)度、同時對提高耐蝕性有效果、還通過形成金屬間化合物而提高切削性的E組元素(Zr)，對Si粒子球狀化和微細(xì)化有效果的F組元素(Na、Ca)。而且，對于必須元素，可以任意組合1組或1組以上而添加。另外，在由多個元素組成的組中，可以在組內(nèi)任意地選擇1種或1種以上。另外，以組單位選擇任意添加元素的場合，各元素的含量也取為上述范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求第25～27項的鋁合金材在將合金的化學(xué)組成規(guī)定為上述范圍(權(quán)利要求第1～24項)之后，在合金組織上規(guī)定了Si粒子的平均粒徑和平均長短徑比。
Si粒子成為切削時的切屑切斷的起點而使切削性提高，但為了抑制工具的磨損，要求其是微細(xì)和球狀的，將平均粒徑取為1～5μm，平均長短徑比取為1～3。Si粒子有Si含量越多、平均粒徑、平均長短徑比也越大的傾向，即使平均粒徑超過5μm，也可以得到良好的切削性，但平均長短徑比變大時，工具的磨損激增。因此，在本發(fā)明中，為了實現(xiàn)良好的切削性和抑制工具磨損這兩方面，要將Si粒子的平均粒徑和平均長短徑比規(guī)定在上述范圍內(nèi)。從可以得到優(yōu)異的切削性同時能夠抑制工具的磨損的觀點出發(fā)，優(yōu)選Si粒子的平均粒徑是3μm或3μm以下，優(yōu)選平均長短徑比是2或2以下。
上述的鋁合金材用權(quán)利要求第28～35項的方法制造。即，通過使用規(guī)定化學(xué)組成的合金，規(guī)定從毛坯的鑄造直至擠壓或進(jìn)行再拉拔的加工條件和熱處理條件，就可以制造微細(xì)狀態(tài)且被球狀化的Si粒子均勻分布的合金材。
以10～180mm/min的鑄造速度制作毛坯。其間，金屬熔液中的Si-Sr化合物成為核，球狀化的初晶Si和共晶Si分散在Al中，通過其后的熱處理和擠壓加工或拉拔加工，可以得到微細(xì)地進(jìn)行了球狀化的Si粒子。另外，因在晶界的局部偏析也少、能夠在斷面內(nèi)均勻分布，所以可以得到穩(wěn)定的切屑切斷性。鑄造速度在不足10mm/min時，Si粒子粗大化而粒子分布變稀疏，因而不能得到穩(wěn)定的切屑切斷性。另一方面，比180mm/min快時，恐怕鑄坯表面變差或出現(xiàn)凝固裂紋。優(yōu)選的鑄造速度是30～130mm/min。
通過在400～570℃下保持6小時或6小時以上進(jìn)行毛坯的均勻化處理。由于通過這樣的均勻化處理，可以使Si粒子穩(wěn)定長大，而且使其他的固溶型元素固溶，所以在樹枝狀晶的邊界或晶界上沒有局部偏析，最終形成的合金材的切削性、機(jī)械特征、耐蝕性良好。均勻化處理的條件在不足400℃或不足6小時時，Si粒子不能穩(wěn)定長大，另外，固溶型元素不能在Al中擴(kuò)散、固溶。因此，偏析部的耐蝕性降低，另外也不能得到穩(wěn)定的切屑切斷性。另一方面，超過570℃時，由于Al和其他的各元素的共晶熔融，在合金組織中形成空隙，導(dǎo)致機(jī)械特性降低。優(yōu)選的均勻化處理條件是在500～545℃下保持10小時或10小時以上。
在毛坯溫度為300～550℃、擠壓制品速度為0.5～100m/min、擠壓比為10～200的條件下進(jìn)行擠壓。通過在此范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓，Si粒子不發(fā)生局部偏析地均勻地分散在晶界上，不損壞最終得到的合金材的切削性、機(jī)械特性、耐蝕性。另外，生產(chǎn)率也良好。毛坯溫度在不足300℃時，擠壓速度降低，生產(chǎn)率變差。擠壓制品速度在不足0.5m/min的場合，生產(chǎn)率也變差。另外，擠壓比在不足10時，由于Si粒子的分散狀態(tài)不能均勻化、在原樹枝狀晶的邊界上發(fā)生局部偏析，所以切削性的穩(wěn)定性欠佳，而且機(jī)械特性、耐蝕性降低。另一方面，毛坯溫度超過550℃或擠壓制品速度超過100m/min或擠壓比超過200時，在擠壓材的表面會產(chǎn)生擠裂或粘著等，表面質(zhì)量下降。優(yōu)選毛坯溫度是350～500℃，優(yōu)選擠壓制品速度是2～30m/min、優(yōu)選擠壓比是20～85。
通過在400～570℃下保持1小時或1小時以上而進(jìn)行擠壓后的固溶處理。由這樣的固溶處理，使Si粒子球狀化，可以得到穩(wěn)定的切屑切斷性，同時添加元素在晶界的局部偏析少，可以得到高的機(jī)械特性和耐蝕性。如果固溶處理條件在不足400℃或不足1小時時，強(qiáng)度就不足，切屑切斷性變差。另一方面，在超過570℃的高溫下，在晶界會發(fā)生局部熔融，機(jī)械特性顯著降低。因而優(yōu)選固溶處理條件是在500～545℃下保持3小時或3小時以上。
時效處理是在90～300℃下保持1～30小時。此間，合金材成為最大的強(qiáng)度，可以得到良好的切屑切斷性。時效溫度在不足90℃或保持時間在不足1小時時，成為亞時效狀態(tài)，切削時的加工表面粗糙化，同時機(jī)械特性也降低。另外，超過300℃或30小時時，成為過時效狀態(tài)，切屑切斷性和機(jī)械特性降低。因而優(yōu)選的時效條件是在140～200℃下保持3～20小時。
另外，對于上述固溶處理后的擠壓材，更優(yōu)選以5～30％的斷面收縮率進(jìn)行所要形狀的拉拔。通過該拉拔，可以得到所要形狀，同時可以使擠壓時形成的表面的再結(jié)晶組織微細(xì)化，使機(jī)械特性提高。另外，在長度方向上可以得到高尺寸精度。拉拔的斷面收縮率在不足5％時，上述效果不足，另一方面，超過30％時，恐怕拉拔時會發(fā)生拉伸斷裂，因而，優(yōu)選的斷面收縮率是10～20％。
其他的制造條件根據(jù)常用方法進(jìn)行。
II.第3和第4種鋁合金和合金材及其制造方法(權(quán)利要求第36～89項)第3和第4種鋁合金以及具有這些化學(xué)組成的合金材，基于由規(guī)定定化學(xué)組成得到的Si粒子而規(guī)定了其切削性，再通過規(guī)定金屬組織而使其進(jìn)一步可靠，并通過控制Si粒子的粒徑可以抑制切削工具的磨損和損傷的鋁合金。
以下詳細(xì)敘述在鋁合金和合金材中的各元素的添加意義和含量的限定理由。
在上述鋁合金的組成中，Mg、Si、Cu、Zn和Sr的5種元素是必須元素。本發(fā)明的第3種鋁合金(權(quán)利要求第36～41項)由這5種元素和其余為Al和雜質(zhì)構(gòu)成。
Mg固溶于合金基體中，同時與Si等結(jié)合，作為Mg2Si等的析出物分散在基體中，使機(jī)械特性、特別是屈服強(qiáng)度提高，通過與其他的固溶型元素的協(xié)同效果進(jìn)一步提高合金的切削性。Mg含量在不足0.1質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，超過6質(zhì)量％時，會促進(jìn)合金熔液的氧化，并且塑性加工性也變差，因而取為0.1～6質(zhì)量％。優(yōu)選Mg含量是0.3～5質(zhì)量％。
Si向Al中的固溶量少，因而除了為形成化合物需要的量以外，作為Si的單體粒子分散在鋁基體中。特別是由本發(fā)明的連續(xù)鑄造時的急速冷卻凝固而形成的共晶Si粒子成為5μm或5μm以下的微細(xì)粒子，在樹枝狀晶的邊界上與其他的第二相粒子一起形成共晶片狀組織。切削時，由于發(fā)生由切削工具造成的共晶片狀組織的分離、共晶Si粒子的粉碎或者共晶Si粒子和Al母相的界面剝離，切屑可以迅速地被切斷，所以切削性顯著提高。另外，通過作為必須元素添加的Sr或任意添加的Na、Sb、Ca，使Si粒子球狀化同時微細(xì)化，也可以提高切削性。Si含量在不足0.3質(zhì)量％時，提高切屑切斷性、即提高切削性的效果不足，另一方面，超過12.5質(zhì)量％時，雖然切削性提高，但由于大量形成粗大的共晶Si粒子，磨損和卷刃等的切削工具的損傷顯著，生產(chǎn)率降低，所以有必要取0.3～12.5質(zhì)量％。從這樣的觀點出發(fā)，優(yōu)選Si含量是0.8～12質(zhì)量％。更優(yōu)選是1.2～8.5質(zhì)量％。
Cu固溶于合金基體中，同時與Al結(jié)合，作為CuAl2等的析出物分散在基體中。因此，使鋁合金的機(jī)械特性提高，通過與比其他的固溶型元素的協(xié)同效果提高合金的切削性。另外，CuAl2也存在于共晶片狀組織中，也與切削時的共晶片狀組織的分離密切相關(guān)，使切削性提高。Cu含量在不足0.01質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，在1質(zhì)量％或1質(zhì)量％以上時，恐怕耐蝕性會降低，因而取為0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上、不足1質(zhì)量％。優(yōu)選Cu含量是0.1～0.8質(zhì)量％。
Zn固溶于合金基體中，同時與Mg結(jié)合，作為MgZn2等的析出物分散在基體中。因此，使鋁合金的機(jī)械特性提高，通過與其他的固溶型元素的協(xié)同效果提高合金的切削性。Zn含量在不足0.01質(zhì)量％時，上述效果不足，另一方面，超過3質(zhì)量％時，恐怕耐蝕性會降低，因而有必要取為0.01～3質(zhì)量％。另外，如果在上述范圍內(nèi)，有提高表面鈍化處理皮膜的生成速度的效果，適宜使用于以提高耐磨性和裝飾性等作為目的的表面鈍化處理的制品。優(yōu)選Zn含量是0.05～1.5質(zhì)量％。
Sr通過與Si共存，使凝固時的共晶Si、初晶Si球狀化，同時使其微細(xì)化。因此，間接地使切斷性良好而提高切削性，同時有抑制切削工具的磨損和卷刃等損傷的效果。另外，在連續(xù)鑄造和其后的二次成形加工等工序中，使Si粒子均勻而且微細(xì)的分散，有進(jìn)一步提高切削性的效果。Sr含量在不足0.001質(zhì)量％時，上述效果不足，另外，由于Si粒子未被球狀化而產(chǎn)生銳角部，切削工具的磨損和卷刃等的損傷顯著。另一方面，超過0.5質(zhì)量％時，上述效果飽和，失去多量添加的意義，因而優(yōu)選Sr含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
本發(fā)明的第4種鋁合金(權(quán)利要求第42～70項)是以進(jìn)一步提高合金的諸特性作為目的，以含有上述必須5種元素的鋁合金作為基本組成，還添加了從Ti、B、C、Fe、Cr、Mn、Zr、V、Sc、Ni、Na、Sb、Ca、Sn、Bi、In的16種元素中選擇的任意一種或任意組合的2種或2種以上的元素。
Ti使鑄錠組織微細(xì)化，將抑制鑄錠組織粗大化時在切削面上生成的宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋。Ti含量在不足0.001質(zhì)量％時，鑄錠微細(xì)化的效果不足，另外，超過1質(zhì)量％時，恐怕會形成粗大的Ti-Al系化合物，使鋁合金的鑄造性和延性降低，因而優(yōu)選為0.001～1質(zhì)量％。特別優(yōu)選Ti含量是0.003～0.5質(zhì)量％。
B與Ti同樣使鑄錠組織微細(xì)化，將抑制鑄錠組織粗大化時在切削面上生成的宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋。B含量在不足0.0001質(zhì)量％時，鑄錠微細(xì)化的效果不足，另外，超過0.03質(zhì)量％時，形成硬質(zhì)粒子，使切削工具的磨損和卷刃等損傷增加，因而優(yōu)選為0.0001～0.03質(zhì)量％。特別優(yōu)選B含量是0.0005～0.01質(zhì)量％。
Fe是在鋁合金中不可避免地被含有的元素。但是，如果其含量在0.01～1質(zhì)量％的范圍內(nèi)，由于是以通常鋁合金的制造品質(zhì)含有的量，所以不必有謀求降低Fe的格外的工序。由于只要在上述范圍內(nèi)就與Si的結(jié)合量少，所以可以使Si作為單獨粒子分散成對切屑切斷性有效果的Si，從而能維持優(yōu)異的切屑切斷性。如果要將Fe含量降低到不足0.01質(zhì)量％，則成本增加，超過1質(zhì)量％時，與Si的化合物增加，Si單獨粒子減少，切屑切斷性降低。特別優(yōu)選Fe含量是0.05～0.7質(zhì)量％。
Zr和V與Ti、B同樣，使鑄錠組織微細(xì)化，將抑制鑄錠組織粗大化時在切削面上生成的宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋。另外，通過與Al之間形成金屬間化合物，并分散在基體中而提高切削性。這些元素的含量分別在不足0.01質(zhì)量％時，上述效果不足，另外，超過1質(zhì)量％時，鑄造性降低，因而優(yōu)選0.01～1質(zhì)量％。特別優(yōu)選的含量分別為0.03～0.7質(zhì)量％。另外，Zr與后述的Cr和Mn同樣，有通過抑制再結(jié)晶化提高機(jī)械強(qiáng)度，同時，提高耐蝕性的效果。即使在這些效果中，Zr含量在不足0.01質(zhì)量％時，也不能期望機(jī)械性能和耐蝕性的提高，另外，因形成由再結(jié)晶化造成的粗大晶粒，在斷面方向上的切屑切斷性變得不穩(wěn)定，另一方面，超過1質(zhì)量％時，二次成形加工時的熱變形阻力上升，生產(chǎn)率降低，因而Zr含量優(yōu)選取為上述的0.01～1質(zhì)量％，特別優(yōu)選0.03～0.7質(zhì)量％。
為了在鋁合金中通過抑制再結(jié)晶化提高機(jī)械強(qiáng)度，同時提高耐蝕性而添加Cr和Mn。Cr含量和Mn含量分別在不足0.01質(zhì)量％時，抑制再結(jié)晶化的效果不足，不能期望機(jī)械性能和耐蝕性的提高，另外，因形成由再結(jié)晶化造成的粗大晶粒，使斷面方向上的切屑切斷性變得不穩(wěn)定，另一方面，超過1質(zhì)量％時，二次成形加工時的熱變形阻力上升而生產(chǎn)率降低，因而優(yōu)選為0.01～1質(zhì)量％。另外，由于只要Cr含量和Mn含量在該范圍內(nèi)就與Si的結(jié)合量少，所以可以使Si作為單獨粒子分散成對切屑切斷性有效果的Si，從而能維持優(yōu)異的切屑切斷性。Cr含量和Mn含量超過1質(zhì)量％時，與Si的化合物增加，Si單獨粒子減少，切削性降低。特別優(yōu)選Cr含量和Mn含量分別為0.03～0.7質(zhì)量％。
Sc和C與Zr、V、B、Ti同樣，使鑄錠組織微細(xì)化，將抑制鑄錠組織粗大化時在切削面上生成的宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋。這些元素的含量分別在不足0.0001質(zhì)量％時，上述效果不足，超過0.5質(zhì)量％時，與Al或其他元素結(jié)合，形成硬質(zhì)粒子，使切削工具的磨損和卷刃等損傷增加，因而優(yōu)選為0.0001～0.5質(zhì)量％。特別優(yōu)選的含量分別為0.01～0.3質(zhì)量％。
Ni可以形成Ni-Al系金屬間化合物而提高切削性。Ni含量在不足0.005質(zhì)量％時，上述效果不足，超過1質(zhì)量％時，鑄造性和耐蝕性降低，因而優(yōu)選為0.005～1質(zhì)量％。特別優(yōu)選Ni含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
Na、Sb、Ca與上述Sr同樣，通過與Si共存，使凝固時的共晶Si、初晶Si粒子球狀化，同時微細(xì)化。因此，具有間接地使切削性良好而提高切削性的同時，抑制切削工具的磨損和卷刃等的損傷的效果。這些元素的含量分別在不足0.001質(zhì)量％時，上述效果不足，超過0.5質(zhì)量％時，上述效果飽和，失去多量添加的意義，因而優(yōu)選為0.001～0.5質(zhì)量％。特別優(yōu)選的含量分別為0.005～0.3質(zhì)量％。
Sn、Bi、In通過分別與Si共存，進(jìn)一步提高切削性。這些元素的含量取為Sn0.01～1質(zhì)量％、Bi0.01～1質(zhì)量％、In0.001～0.5質(zhì)量％。分別在不到下限值時，上述效果不足，超過上限值時，不但耐蝕性降低，而且因切削時、特別是強(qiáng)力切削時會產(chǎn)生擠裂，加工表面質(zhì)量將下降。另外，熱變形時會誘發(fā)裂紋。這些元素的特別優(yōu)選的含量是，Sn0.05～0.5質(zhì)量％、Bi0.05～0.5質(zhì)量％、In0.01～0.3質(zhì)量％。
上述的任意選擇的16種元素，如果在必須的5種元素中至少添加1種或任意組合的2種或2種以上，就能得到相應(yīng)的效果。權(quán)利要求第48～54項的鋁合金，是為得到所要的效果選擇了添加元素的鋁合金。另外，添加2種或2種以上的場合，更優(yōu)選將效果不同的元素選擇的組合起來。例如，可以分為以下各組元素使鑄錠組織微細(xì)化、同時對宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋的抑制有效果的A組元素(Ti、B、C、Sc)，使Si作為單獨粒子分散的B組元素(Fe)，通過抑制再結(jié)晶化而提高機(jī)械強(qiáng)度的C組元素(Cr、Mn)，使鑄錠組織微細(xì)化、同時對宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋的抑制有效果，進(jìn)一步通過形成金屬間化合物提高切削性的D組元素(Zr、V)，通過形成金屬間化合物而提高切削性的E組元素(Ni)，對Si粒子球狀化和微細(xì)化有效果的F組元素(Na、Sb、Ca)、通過與Si共存提高切削性的G組元素(Sn、Bi、In)。而且，對于必須的元素，可以任意組合添加1組或1組以上。另外，在由多個元素組成的組中，可以在組內(nèi)任意地選擇1種或1種以上。另外，以組單位選擇任意添加元素的場合，各元素的含量也取為上述范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求第71～78項的鋁合金為除了在將合金的化學(xué)組成規(guī)定為上述范圍(權(quán)利要求第36～70項)外，還規(guī)定了金屬組織的鋁合金材。
這里，
圖1和圖2表示由鑄造得到的本發(fā)明的鋁合金材的金屬組織的一例。圖3表示鑄造后經(jīng)過熱處理、擠壓等工序制造的鋁合金材的金屬組織的一例。圖3的鋁合金材與背景技術(shù)項中敘述的合金材相對應(yīng)，是指出在切削性和工具的磨損方面需要進(jìn)一步改善的合金材。
在圖1和圖2中，用淡色表示的部分(圖1中表示為初晶α-Al的部分)是樹枝狀晶，在其邊界上含有共晶Si粒子(圖1中表示為共晶Si的部分)和其他的第二相粒子的共晶片狀組織(用深色表示的部分)呈三維狀連續(xù)，分布成網(wǎng)狀。另一方面，可以明顯看出，圖3的現(xiàn)有的鋁合金材變成樹枝狀晶的邊界的第二相被切斷、Si粒子獨立而分布的組織形態(tài)。
本發(fā)明的鋁合金材著眼于上述的金屬組織形態(tài)的不同與切削性和切削工具的磨損和損傷有關(guān)的鋁合金材料，具體地說就是規(guī)定了枝晶臂間距(以下稱為“DAS”)和在樹枝狀晶的邊界上形成的共晶片狀組織的鋁合金材。
在金屬組織中要求平均DAS(參照圖1)是1～200μm。將平均DAS取為上述范圍的理由是，因平均DAS取為不足1μm時，就必須將鑄造時的冷卻速度取為1000℃/秒或1000℃/秒以上，超過了作為熔煉材的制造界限，超過200μm時，導(dǎo)致切削性、機(jī)械特性的顯著降低。另外，優(yōu)選的平均DAS是3～100μm。
在樹枝狀晶邊界上，在鋁母相中形成有含有平均粒徑0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子的共晶片狀組織。切削時，共晶Si粒子即使是單獨的，也能夠成為切屑切斷的起點，具有提高切削性的效果，另外，由于形成層狀的共晶片狀組織，按照共晶片狀組織剝離那樣進(jìn)行分離，可以切削性將提高。這樣的共晶片狀組織呈三維狀連續(xù)而分布成網(wǎng)狀，因而上述的分離可以連續(xù)發(fā)生而得到良好的切削性，而且切削工具的磨損少。另一方面，在圖3所示的金屬組織形態(tài)中，由于成為切屑切斷起點的Si粒子獨立分布，所以在涉及切削性、切削工具的磨損方面，比圖1、圖2的網(wǎng)狀分布的情況就差。
上述共晶Si粒子的平均粒徑在不足0.01μm時，提高切削性的效果不足。另外，共晶Si粒子有Si含量越多，粒徑越大的傾向，即使平均粒徑超過5μm也能夠得到良好的切削性，但是粒徑大時，工具的磨損和卷刃等的損傷激增。因此，為了實現(xiàn)良好的切削性和抑制工具的損傷這兩個方面，將共晶Si粒子的平均粒徑規(guī)定為0.01～5μm。特別是從抑制工具損傷的觀點出發(fā)，優(yōu)選平均粒徑是0.1～3μm。
另外，所謂其他的第二相粒子是CuAl2、Al-Fe-Si系、Al-Mn-Si系、Al-Cr-Si系、Al-Fe系等的在Al和添加元素間生成的粒子，優(yōu)選平均粒徑在0.1～0.3μm。
如圖1所示，上述共晶片狀組織的大小用長度方向的骨架線長度(L)和寬度(W)表示。所謂上述骨架線長度(L)是指表示共晶片狀組織的骨架的骨架線長度，所謂寬度是指在與上述骨架線垂直的方向上的最大寬度。因此，在本發(fā)明中，用這些的平均值和比率來規(guī)定共晶片狀組織，將平均骨架線長度(Lm)取為0.5μm或0.5μm以上、平均寬度(Wm)取為0.5μm或0.5μm以上。平均骨架線長度(Lm)和平均寬度(Wm)分別不到0.5μm時，不能得到良好的切削性。優(yōu)選的平均骨架線長度(Lm)是3μm或3μm以上，優(yōu)選的平均寬度(Wm)是1μm或1μm以上。另外，從分離的連續(xù)性良好這點出發(fā)，優(yōu)選骨架線長度(L)和平均寬度(W)的比率(L/W)的平均值(L/Wm)是3或3以上的細(xì)長形狀。
在上述的共晶片狀組織中，通過規(guī)定構(gòu)成共晶片狀組織的共晶Si粒子和其他的第二相粒子的粒子數(shù)以及面積占有率，可以得到更優(yōu)異的切削性。即，在上述共晶片狀組織中，優(yōu)選上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子總計存在500個/mm2或500個/mm2以上，并且這些粒子的面積占有率是0.1～50％。粒子數(shù)總計不足500個/mm2或者面積占有率不足0.1％時，提高切削性的效果不足。另外，存在Si含量越多、共晶Si粒子數(shù)和面積占有率越大的傾向，即使面積占有率超過50％，也可以得到良好的切削性。但是，面積占有率超過50％時，合金材的機(jī)械強(qiáng)度、特別是延性(抗拉強(qiáng)度)和耐蝕性降低，因而，將面積占有率的上限值取為50％。從保持切削性的同時抑制機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性的降低的觀點出發(fā)，共晶Si粒子和其他的第二相粒子的特別優(yōu)選的粒子數(shù)總計在1000個/mm2或1000個/mm2以上，特別優(yōu)選的面積占有率是0.3～40％。
具有上述金屬組織的鋁合金材用權(quán)利要求第79～89項的方法制造。即，通過使用規(guī)定化學(xué)組成的合金，規(guī)定鑄造的諸條件，就可以制造具有網(wǎng)狀的共晶片狀組織的合金材。
以30～5000mm/分的鑄造速度、10～600℃/秒的冷卻速度將保持在固相線溫度或固相線溫度以上的規(guī)定化學(xué)組成的鋁合金的金屬熔液連續(xù)鑄造成所需斷面形狀的型材。在其間的凝固過程中，金屬熔液中的Si-Sr化合物成為核，微細(xì)且被球狀化的共晶Si粒子分散在Al中，同時，樹枝狀晶長大成上述范圍的平均DAS，在樹枝狀晶的邊界，含有共晶Si粒子和其他的第二相粒子的共晶片狀組織以規(guī)定的大小形成網(wǎng)狀。
鑄造速度在不足30mm/分時，共晶Si粒子粗大化而粒子分布變得稀疏，因而不能得到良好的切削性，切削工具的損傷激增。另一方面，超過5000mm/分時，在型材中不能得到希望的斷面形狀，另外，恐怕會發(fā)生凝固裂紋、產(chǎn)生氣孔等鑄造缺陷而使鑄坯表面變差。優(yōu)選的鑄造速度是50～3000mm/分，更優(yōu)選是100～2000mm/分。
冷卻速度不足10℃/秒時，共晶Si粒子粗大化而粒子分布變得稀疏，因而切削工具的損傷激增。另一方面，如果想要達(dá)到超過600℃/秒的冷卻速度，就必須有特殊的設(shè)備和工序管理，生產(chǎn)率就會降低。另外，在成本方面也發(fā)生問題。優(yōu)選的冷卻速度是30～500℃/秒，更優(yōu)選是30～300℃。
只要能夠達(dá)到上述的鑄造條件，對連續(xù)鑄造的方式就不作限定，例如可以舉出立式連續(xù)鑄造法、水平連續(xù)鑄造法。另外，為了達(dá)到上述冷卻速度，可推薦直接冷卻。
對于鑄造型材的斷面形狀沒有任何限定，例如可以舉出圓形、多角形、其他的異形，推薦實心形狀材。另外，斷面具有中空部的中空形狀材也包括在本發(fā)明之內(nèi)。
在實心形狀材的場合，優(yōu)選在斷面中與直徑10～150mm的圓外接。外接圓的直徑不足10mm時，金屬熔液的流動性顯著降低，向規(guī)定形狀的成形變得困難。另一方面，超過150mm時，因由斷面積的增加產(chǎn)生的冷卻不足，使得達(dá)到上述的冷卻速度變得困難，難以形成網(wǎng)狀的共晶片狀組織。進(jìn)而恐怕會導(dǎo)致切削性降低。
對于連續(xù)鑄造的型材的時效處理取在100～300℃下保持0.5～100小時。此間，鑄造時固溶的元素在母相中析出，機(jī)械強(qiáng)度成為最大，同時可以得到良好的切削性。在時效溫度不足100℃或保持時間不足0.5小時以下時，成為亞時效狀態(tài)，切削時的加工表面的質(zhì)量將降低，同時切削性、機(jī)械特性也不上升。另外，時效溫度超過300℃或保持時間超過100小時時，成為過時效狀態(tài)，切削性、機(jī)械特性降低。因而優(yōu)選的時效條件是在120～220℃下保持1～30小時。
鑄造的型材的表層在凝固時形成有反偏析層、激冷層、粗大晶粒層等不均質(zhì)層。由于這樣的不均質(zhì)層使型材的品質(zhì)降低，所以優(yōu)選除去表層的深度0.1～10mm的部分以排除不均質(zhì)層。表層的除去量，其深度不足0.1mm時，不能充分地除去不均質(zhì)層，如果除去至10mm，就能確實排除不均質(zhì)層，除去10mm以上則失去除去的意義而浪費了材料。因而優(yōu)選除去量的深度是0.2～5mm。也可以在鑄造后時效處理前或者時效處理后二次成形加工前的任何時候進(jìn)行表層的除去。另外，對于除去方法也沒有限定，例如可以舉出扒皮加工、剝離加工。
鑄造的型材，如果需要，可以在時效處理前或時效處理后實施二次成形加工，成形成所需要的形狀。只要是能夠減少斷面面積的塑性加工，對于二次成形加工方法就不作限定，例如可以舉出拉拔、擠壓、軋制等。優(yōu)選加工條件的加工溫度在400℃或400℃以下，由加工產(chǎn)生的斷面收縮率(加工后的斷面積/加工前的斷面積)在30％或30％以下。加工溫度超過400℃時，分散在共晶片狀組織中的共晶Si粒子凝聚，成為粗大的球狀，使切削性降低。另外，實施斷面收縮率超過30％的加工時，共晶片狀組織被破壞，使切削性降低，同時合金材的品質(zhì)降低。優(yōu)選二次成形加工中的條件是加工溫度在250℃或250℃以下，斷面收縮率在20％或20％以下。
另外，適宜進(jìn)行時效處理前或二次成形加工前的均勻化處理和固溶處理等的熱處理。
用本發(fā)明鑄造的鋁合金材或鑄造后二次成形加工的型材適宜用鋸或切斷機(jī)切斷。例如切斷成不足1m的短材或長度1～10m的長尺寸材或半成品材，這些切斷材不拘長度，也包括在本發(fā)明之內(nèi)。
其他的制造條件可以根據(jù)通常方法。
按以上的順序，本發(fā)明有下述效果。
根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，Si粒子因Sr而微細(xì)化并被球狀化，因而能夠得到由該合金構(gòu)成的合金材的切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。另外，因含有Mg、Zn而能夠得到機(jī)械特性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和表面鈍化處理性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，Si粒子因Sr或者還有Na、Ca而微細(xì)化和球狀化，因而能夠得到由該合金構(gòu)成的合金材的切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。另外，因含有Mg、Zn而能夠得到機(jī)械特性、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)異的鋁合金。另外，因含有Cu而使機(jī)械特性提高。因含有Fe，有助于Si作為單獨粒子分散，提高切削性。因含有Cr、Mn而可以提高機(jī)械強(qiáng)度。因含有Zr，使機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性和切削性提高。另外，因含有Ti使機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性提高。
根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和表面鈍化處理性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求10的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求12的發(fā)明，使Si作為單獨粒子分散，可以維持更優(yōu)異的切屑切斷性。
根據(jù)權(quán)利要求13的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性和切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求16的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求18的發(fā)明，使Si作為單獨粒子而分散，可以維持更優(yōu)異的切屑切斷性。
根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求21的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度、耐蝕性和切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求23或權(quán)利要求24的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求25的發(fā)明，由于可以使Si粒子微細(xì)和球狀化，所以鋁合金材的切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少。另外，因其他的添加元素，機(jī)械特性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)良。
根據(jù)權(quán)利要求26的發(fā)明，由于上述Si粒子被微細(xì)化，因而切削工具的磨損和損傷更少。
根據(jù)權(quán)利要求27的發(fā)明，由于上述Si粒子被球狀化，因而切削工具的磨損和損傷更少。
根據(jù)權(quán)利要求28的發(fā)明，Si粒子被微細(xì)和球狀化，可以制造切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少，而且機(jī)械特性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求29的發(fā)明，可以制造具有最良好的切削性的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求30的發(fā)明，可以制造具有最良好的切削性、機(jī)械特性、耐蝕性的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求31的發(fā)明，可以制造具有最良好的切削性、機(jī)械特性、耐蝕性的鋁合金材。而且，生產(chǎn)率也良好。
根據(jù)權(quán)利要求32的發(fā)明，可以制造具有最良好的機(jī)械特性、耐蝕性的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求33的發(fā)明，可以制造具有最良好的機(jī)械特性的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求34的發(fā)明，表面的再結(jié)晶組織被微細(xì)化，可以制造特別是機(jī)械特性優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求35的發(fā)明，可以制造機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求36的發(fā)明，Si粒子因Sr而被微細(xì)化和球狀化，并且在樹枝狀晶的邊界上形成共晶片狀組織，因而能夠使由該合金構(gòu)成的合金材的切削性良好并且能夠使切削工具的磨損和損傷少。另外，因含有Mg、Cu、Zn，還能夠得到優(yōu)異的機(jī)械特性、特別是拉伸特性、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性。
根據(jù)權(quán)利要求37的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求38的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求39的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求40的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和表面鈍化處理性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求41的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求42的發(fā)明，Si粒子因Sr或者還有Na、Sb、Ca的任一種而被微細(xì)化和球狀化，并且在樹枝狀晶的邊界上形成共晶片狀組織，因而能夠使由該合金構(gòu)成的合金材的切削性良好并且能夠使切削工具的磨損和損傷少。另外，因Mg、Zn、Cu，還能夠得到優(yōu)異的機(jī)械特性、特別是拉伸特性、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性。另外，因含有Ti、B、C、Sc的任一種，在鑄錠組織被微細(xì)化的同時，可以抑制宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋。因含有Fe，有助于Si作為單獨粒子而分散，可以提高切削性。因含有Cr、Mn而使機(jī)械強(qiáng)度提高。因含有Zr、V的任一種，使鑄錠組織被微細(xì)化，同時可以抑制宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋，另外，因形成金屬間化合物，而使切削性提高。因含有Ni，形成金屬間化合物，使切削性提高。因含有Sn、Bi、In的任一種，切削性提高。
根據(jù)權(quán)利要求43的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求44的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求45的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求46的發(fā)明，能夠得到機(jī)械特性和表面鈍化處理性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求47的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求48的發(fā)明，能夠得到使鑄錠組織進(jìn)一步微細(xì)化、同時抑制了宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求49的發(fā)明，使Si作為單獨粒子分散，可以維持更優(yōu)異的切屑切斷性。
根據(jù)權(quán)利要求50的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求51的發(fā)明，能夠得到鑄錠組織被進(jìn)一步微細(xì)化的同時，宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋被抑制、而且具有優(yōu)良切削性的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求52的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求53的發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求54的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求55～57的發(fā)明，能夠得到鑄錠組織被進(jìn)一步微細(xì)化的同時，宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋被抑制的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求58的發(fā)明，使Si作為單獨粒子而分散，可以維持更優(yōu)異的切屑切斷性。
根據(jù)權(quán)利要求59或權(quán)利要求60的發(fā)明，能夠得到機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求61或權(quán)利要求62的發(fā)明，能夠得到鑄錠組織被進(jìn)一步微細(xì)化的同時，宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋被抑制，而且具有優(yōu)良切削性的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求63的發(fā)明，能夠得到鑄錠組織被進(jìn)一步微細(xì)化的同時，宏觀花紋的出現(xiàn)和凝固裂紋被抑制的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求64的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求65～67的各發(fā)明，使Si粒子進(jìn)一步球狀化和微細(xì)化，能夠得到切屑切斷性良好并且切削工具的磨損和損傷少的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求69～70的各項發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金。
根據(jù)權(quán)利要求71的發(fā)明，共晶Si粒子單獨成為切屑切斷的起點而使切削性提高，而且通過共晶片狀組織的連續(xù)分離使切削性提高。而且，因共晶Si粒子的微細(xì)化和球狀化，切削工具的磨損和損傷少。另外機(jī)械特性、特別是拉伸特性、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)良。
根據(jù)權(quán)利要求72的發(fā)明，可以得到更優(yōu)異的切削性，同時能夠得到切削工具的磨損和損傷被抑制的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求73的發(fā)明，能夠得到切削性和機(jī)械特性更優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求74的發(fā)明，在得到更優(yōu)異的切削性的同時，切削工具的磨損和損傷被抑制。
根據(jù)權(quán)利要求75的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求76的發(fā)明，能夠得到切削性更優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求77的發(fā)明，可以得到特別優(yōu)異的切削性，同時切削工具的磨損和損傷被抑制。
根據(jù)權(quán)利要求78的發(fā)明，可以得到特別優(yōu)異的切削性，同時切削工具的磨損和損傷被抑制。
根據(jù)權(quán)利要求79的發(fā)明，可以制造具有共晶Si粒子和共晶片狀組織，具有優(yōu)異的切削性且切削工具的磨損和損傷少、而且機(jī)械特性、特別是拉伸特性、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性優(yōu)異的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求80或權(quán)利要求81的發(fā)明，特別是確實能夠形成上述的共晶Si粒子和共晶片狀組織。
根據(jù)權(quán)利要求82的發(fā)明，能夠制造鑄造時固溶的元素充分地析出，具有特別優(yōu)異的切削性和機(jī)械特性的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求83的發(fā)明，能夠制造具有上述的共晶Si粒子和共晶片狀組織的實心形狀材。
根據(jù)權(quán)利要求84的發(fā)明，在金屬熔液的流動性特別良好的同時容易達(dá)到上述的冷卻速度。
根據(jù)權(quán)利要求85的發(fā)明，可以排除表層的不均質(zhì)層，得到高品質(zhì)的鋁合金材。
根據(jù)權(quán)利要求86的發(fā)明，能夠確實排除不均質(zhì)層。
根據(jù)權(quán)利要求87的發(fā)明，不用擔(dān)心共晶Si粒子的凝聚和共晶片狀組織的破壞，在鋁合金材維持優(yōu)異的切削性的同時能夠加工成希望的形狀。
根據(jù)權(quán)利要求88或權(quán)利要求89的發(fā)明，即使用二次成形加工，也能夠確實維持切削性。
附圖的簡單說明圖1是表示與本發(fā)明權(quán)利要求71～75對應(yīng)的鋁合金材的金屬組織的照片。
圖2是表示與本發(fā)明權(quán)利要求第71～75對應(yīng)的另一鋁合金材的另一金屬組織的照片。
圖3是表示現(xiàn)有的鋁合金材的金屬組織的照片。
圖4是在評價實施例IIA的加工表面的品質(zhì)中表示擠裂率為98.2％的切削面的照片。
圖5是在評價實施例IIA的加工表面的品質(zhì)中表示擠裂率為3.4％的切削面的照片。
圖6是在實施例IIA、IIB、IIC中所用的氣體加壓式保溫圈(ホットトップ)鑄造裝置主要部分的剖面圖。
圖7是在實施例IIB中所用的水平連續(xù)鑄造裝置的主要部分的剖面圖。
實施例I.第1和第2種鋁合金、合金材及其制造方法(與權(quán)利要求1～35相對應(yīng)的實施例)準(zhǔn)備表1所示的合金No.I-1～I(xiàn)-17的各組成的鋁合金。合金No.I-1、2含Mg、Si、Zn、Sr，其余由鋁和雜質(zhì)組成，是與權(quán)利要求1～5項對應(yīng)的組成。合金No.I-3～I(xiàn)-12添加了上述元素中8種的任意選擇元素，是與權(quán)利要求6～24對應(yīng)的組成。合金No.I-13～I(xiàn)-17是它們的比較組成。
以這些鋁合金作為材料，通過毛坯鑄造、擠壓、拉拔，制作成棒材。
首先，用DC(直接激冷)鑄造，以80mm/min的鑄造速度制作毛坯。將該毛坯在520℃下保持10小時進(jìn)行均勻化處理后，在毛坯溫度450℃、擠壓制品速度12m/min、擠壓比35的條件下擠壓成直徑15mm的棒材。將該擠壓材在540℃下保持3小時進(jìn)行固溶處理，再以25％的斷面收縮率進(jìn)行拉拔，在160℃下保持5小時實施時效處理，制成試驗材。
對制作的各試驗材(拉拔材)測定0.2％的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率，同時用下述方法評價切屑切斷性、耐蝕性、工具的磨損、表面鈍化處理性、塑性加工性。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送進(jìn)速度、1.0mm的進(jìn)刀量進(jìn)行濕式切削，用切屑個數(shù)/100g來評價切屑切斷性。
根據(jù)JIS Z2371進(jìn)行鹽水噴霧試驗，用由1000小時噴霧產(chǎn)生的腐蝕減量進(jìn)行評價。
通過用高速鋼單刃車刀的干式切削，在200m/min的切削速度、0.2mm/rev的送進(jìn)速度、10mm的進(jìn)刀量的條件下進(jìn)行5分鐘的連續(xù)切削，測定車刀的后面磨損寬度。
用通常方法實施硫酸表面鈍化處理，用生成的表面鈍化皮膜的厚度進(jìn)行評價。
用由冷鐓鍛性試驗的極限冷鐓鍛率的大小進(jìn)行評價。試驗的內(nèi)容是調(diào)查由冷加工(鍛造)造成的裂紋發(fā)生極限，藉此進(jìn)行評價。
將這些結(jié)果一并示于表1中。另外，對于切屑切斷性、耐蝕性、工具的磨損、表面鈍化處理性、塑性加工性，以比較合金No.I-13作為基準(zhǔn)進(jìn)行相對地評價。與比較合金No.I-13同等性能的用○表示，優(yōu)異的用◎表示，差的用△表示，更差的用×表示。
表1
表中附有下線的表示在本發(fā)明范圍以外。
另外，對于發(fā)明合金No.I-1、I-3～I(xiàn)-5、I-11、I-12、比較合金No.I-14～I(xiàn)-17，調(diào)查了Si粒子的平均粒徑、粒子直徑范圍、平均長短徑比。將結(jié)果示于表2，同時對于給予它們影響的Si含量、Sr含量、Na含量、Ca含量、切屑切斷性、工具的磨損，再次進(jìn)行了揭示。
表2
由表1、2的結(jié)果可以確認(rèn)，即使本發(fā)明合金No.I-1～I(xiàn)-12的鋁合金材添加Si，由于粒子在被微細(xì)化的同時被球狀化，因而切屑切斷性良好，而且工具的磨損也少。另外，強(qiáng)度、耐蝕性、表面鈍化處理性、塑性加工性也優(yōu)良。
II.第3和第4種鋁合金、合金材及其制造方法(與權(quán)利要求36～89相對應(yīng)的實施例)A.鋁合金的化學(xué)組成準(zhǔn)備表3～8所示的合金No.IIA-1～I(xiàn)IA-129的各組成的鋁合金。合金No.IIA-1～I(xiàn)IA-30含Mg、Si、Cu、Zn、Sr，其余由鋁和雜質(zhì)組成，是與本發(fā)明權(quán)利要求36～41相對應(yīng)的組成。合金No.IIA-1～I(xiàn)IA-10是其比較組成。合金No.IIA-41～I(xiàn)IA-108(IIA-93、94、97除外)以合金No.IIA-30作為基本組成，合金No.IIA-109～I(xiàn)IA-129以合金No.IIA-10作為基本組成，并在其中添加了16種任意選擇添加元素的合金。合金No.IIA-94以合金No.IIA-7(Mg1質(zhì)量％、Si0.8質(zhì)量％、Cu0.2質(zhì)量％、Zn0.2質(zhì)量％、Sr0.03質(zhì)量％)作為基本組成，合金No.IIA-93、97以合金(Mg1質(zhì)量％、Si1.5質(zhì)量％、Cu0.2質(zhì)量％、Zn0.2質(zhì)量％、Sr0.03質(zhì)量％)作為基本組成，并在其中添加了任意選擇的添加元素的合金。合金No.IIA-41～I(xiàn)IA-129是與權(quán)利要求42～70相對應(yīng)的組成。
將這些鋁合金作為鑄造材料，用后述的氣體加壓式保溫圈鑄造法，立式連續(xù)鑄造成直徑53mm的斷面為圓形的實心形狀材。
在圖6所示的氣體加壓式保溫圈鑄造裝置中，(1)是成形鑄錠的外周的鑄模，(2)是設(shè)置在鑄模(1)的上部的筒狀的金屬熔液接收槽。
上述鑄模(1)具有可以使水等的冷卻介質(zhì)在其內(nèi)部流通的環(huán)狀的空洞部(3)，在該空洞部(3)上形成有向外部開口的多個噴出口(4)。而且，通過未圖示的導(dǎo)入管導(dǎo)入到空洞部(3)的冷卻介質(zhì)(C)冷卻鑄模(1)，對成形的鑄造材(S)進(jìn)行一次冷卻的同時，由噴出口(4)噴出，對鑄造材(S)進(jìn)行二次冷卻。另外，上述鑄模(1)的內(nèi)側(cè)上面(1a)比外側(cè)上面(1b)低，在與上述金屬熔液接收槽(2)的下面之間形成有對氣體流通路(5)開口的間隙(6)。
上述金屬熔液接收槽(2)的下方部的內(nèi)側(cè)向鑄模(1)的內(nèi)側(cè)水平地突出，形成有外伸部(7)。因此，從外部通過氣體導(dǎo)入路(8)導(dǎo)入到氣體流通路(5)中的加壓氣體(F)由上述間隙(6)被導(dǎo)入到外伸部(7)的正下方，可以使金屬熔液從外伸部(7)的正下方區(qū)域排除并在比鑄模(1)的上端相當(dāng)降低的位置上與鑄模(1)的內(nèi)壁接觸。而且，通過加壓氣體(F)的流量可以控制金屬熔液和鑄模(1)的接觸距離，進(jìn)而控制一次冷卻的時間和凝固過程，可以鑄造良好金屬組織的鑄造材(S)。圖中，(M)表示外伸部(7)的突出量。
另外，通過未圖示的通路，將潤滑油由外部導(dǎo)入到供給通路(9)中，通過從供給通路(9)分支的多個微細(xì)供給口(10)供給到鑄模(1)的內(nèi)壁。(11)是嵌入凹設(shè)在鑄模(1)的上面的溝中的耐熱性密封材料，以防止間隙(6)中流通的氣體的泄漏。
根據(jù)上述立式連續(xù)鑄造裝置，可以達(dá)到本發(fā)明的鑄造速度和冷卻速度，能夠制造具有切削性等優(yōu)異特性的鑄造材。
鑄造條件取后面表9中所示的鑄造條件b，任一種合金就都可以良好地進(jìn)行連續(xù)鑄造。
然后，對于鑄造的實心形狀材，通過扒皮加工使表層部除去直至深度1.5mm的部分之后，在170℃下保持11小時而實施時效處理，制成試驗材。
對制作的各試驗材，測定0.2％的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率的機(jī)械特性(拉伸特性)，同時用下述方法調(diào)查了金屬組織的均質(zhì)性、塑性加工性、切削性、工具的磨損、加工表面的質(zhì)量、切削裂紋性、耐蝕性、表面鈍化處理性。而且，除了機(jī)械特性，與由JIS A6262合金組成的擠壓材的諸特性進(jìn)行了比較，以下述5個等級進(jìn)行評價。
◎◎極優(yōu)良◎ 優(yōu)良○ 同等△ 稍差× 差[金屬組織的均質(zhì)性]
用與樹枝狀晶組織的尺寸、枝間距有關(guān)的測定結(jié)果以及共晶片狀組織的尺寸、形態(tài)、連續(xù)性和試驗材斷面內(nèi)的均質(zhì)性來進(jìn)行評價。
以20％的斷面收縮率進(jìn)行拉拔，由供給切削性試驗、拉伸試驗時的結(jié)果，用特性的變化率進(jìn)行評價。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送進(jìn)速度、1.0mm的進(jìn)刀量進(jìn)行濕式切削，由切屑個數(shù)/100g調(diào)查切屑切斷性，用切屑切斷性評價切削性。
通過用高速鋼單刃車刀的干式切削，在200m/min的切削速度、0.2mm/rev的送進(jìn)速度、10mm的進(jìn)刀量的條件下進(jìn)行5分鐘的連續(xù)切削，測定車刀的后面磨損寬度。
對在上述切削性試驗中切削的試驗材的切削面，用在單位面積(1mm2)內(nèi)存在的擠裂部分的比率(％)進(jìn)行評價。作為切削面的例子，圖3例示的擠裂率是98.2％的切削面，圖4例示的擠裂率是3.4％的切削面。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送進(jìn)速度、3.0mm的進(jìn)刀量進(jìn)行濕式切削，用在單位面積(1mm2)上存在的切削裂紋發(fā)生率(％)進(jìn)行評價。
根據(jù)JIS Z2371進(jìn)行鹽水噴霧試驗，用由1000小時噴霧產(chǎn)生的腐蝕減量進(jìn)行評價。
用通常方法實施硫酸表面鈍化處理，用生成的表面鈍化皮膜的厚度進(jìn)行評價。
將這些結(jié)果一并示于表3～8中。
表3
表4
表中附下線的表示在本發(fā)明范圍以外。
表5
表6
表7
表中，*表示Si含量是0.8質(zhì)量％，**表示Si含量是1.5質(zhì)量％，而Mg、Cu、Zn、Sr含量相同。
表8
表9
由表3～表8的結(jié)果可以確認(rèn)，本發(fā)明組成的鋁合金具有優(yōu)異的金屬組織的均質(zhì)性、塑性加工性、切削性(包括加工表面的質(zhì)量、切削裂紋性)、耐蝕性、表面鈍化處理性，還可以抑制切削時工具的磨損。
B.金屬組織和制造條件從上述組成的合金中，用IIA-30(表4)、IIA-127(表8)進(jìn)行鋁合金材的制造試驗。
對于鑄造No.IIB-1、2、5、6用立式連續(xù)鑄造法鑄造，對于鑄造No.IIB-3、4、7、8用水平連續(xù)鑄造法鑄造。鑄造材都制成斷面為圓形的實心形狀材(棒材)，鑄造法的詳細(xì)情況和鑄造條件如下所述。另外，作為比較例，使鑄造No.IIB-9、10用金屬模鑄造的方法鑄造。
與上述A.的鋁合金的化學(xué)組成的實施例相同，用氣體加壓式保溫圈鑄造法，以表9所示的鑄造條件a和鑄造條件b制作2種斷面為圓形的實心形狀材。
在圖7所示的水平連續(xù)鑄造裝置中，(20)是鑄模，(21)是中間包，(22)是將金屬熔液從中間包(21)導(dǎo)入到鑄模(20)的耐火性導(dǎo)管。另外，(23)、(24)是規(guī)定從耐火性導(dǎo)管(22)向鑄模(20)的金屬熔液流入口(32)的開口徑的耐火性板體。
上述鑄模(20)具有可以使水等的冷卻介質(zhì)(C)在其內(nèi)部流通的環(huán)狀的空洞部(25)，形成有從該空洞部(25)向外部開口的多個噴出口(26)。而且，通過未圖示的導(dǎo)入管導(dǎo)入到空洞部(25)的冷卻介質(zhì)(C)冷卻鑄模(20)，對成形的鑄造材(S)進(jìn)行一次冷卻，同時由噴出口(26)噴出，對鑄造材(S)進(jìn)行二次冷卻。
另外，通過通路(27)，將潤滑油由外部導(dǎo)入到供給通路(28)中，借助于由供給通路(28)中分支的多個供給細(xì)管(29)供給鑄模(20)的內(nèi)壁(20a)。
在圖7中，(31)表示中間包(21)的出口，(32)表示金屬熔液流入口。
根據(jù)上述水平連續(xù)鑄造裝置，可以達(dá)到本發(fā)明的鑄造速度和冷卻速度，能夠制造具有切削性等優(yōu)異特性的鑄造材。
鑄造條件取后面的表10的鑄造條件c和鑄造條件d，制作了2種斷面為圓形的實心形狀材。
表10
比較例的鑄造No.IIB-9、10是在后面的表11所示的鑄造條件下，由砂型式試樣鑄模(ISO鑄模)得到的鑄錠。
鑄造的鑄造No.IIB-1～I(xiàn)IB-4、IIB-9的型材，在170℃×11小時的時效處理后，通過剝離加工除去深度1.5mm的表層，將其作為試驗材。另外，鑄造No.IIB-5～I(xiàn)IB-8、IIB-10的型材，通過剝離加工除去深度1.5mm的表層后，進(jìn)行170℃×11小時的時效處理，將其作為試驗材。
觀察這些各試驗材的金屬組織，調(diào)查平均DAS、共晶片狀組織中的粒子分布狀態(tài)(共晶Si粒子的平均粒徑、共晶Si粒子和第二相粒子的粒子數(shù)和面積占有率)、共晶片狀組織的大小(平均骨架線長度Lm、平均寬度Wm、它們的比率L/Wm)。再將各鑄造例的制造條件的要點示于表11中，同時將金屬組織的觀察結(jié)果也示于表11中。
表11
表中附有下線的表示在本發(fā)明的范圍以外。
對制作的各試驗材，測定0.2％的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率的機(jī)械特性，同時用與上述的合金組成試驗同樣的方法，進(jìn)行了鑄造性、切削性、工具的磨損、加工表面的品質(zhì)、切削裂紋性、耐蝕性各項目的試驗。另外，對內(nèi)部缺陷的有無和數(shù)量也進(jìn)行了相對的評價。另外，評價了作為合金材的綜合品質(zhì)。評價取下述的4個等級的相對評價。另外，在本試驗中，機(jī)械特性也取相對評價。
◎優(yōu)良○較優(yōu)△較差×差表12
由表12的結(jié)果可以確認(rèn)，用本發(fā)明的方法制造的鋁合金材，在金屬組織中具有Si粒子微細(xì)地分散的共晶片狀組織，藉此，具有優(yōu)異的切削性(包括加工表面的品質(zhì)、切削裂紋性)、耐蝕性?？梢源_認(rèn)，特別是通過規(guī)定的共晶片狀組織，可以得到優(yōu)異的切削性，同時還可以抑制工具的磨損。C.時效處理和二次成形加工以IIA-30和IIA-127作為鑄造材料，與上述A.的鋁合金的化學(xué)組成的實施例相同，用氣體加壓式保溫圈鑄造法，以表7所示的鑄造條件b制作直徑53mm的斷面為圓形的實心形狀材。對于鑄造的實心形狀材，通過扒皮加工使表層部除去直至深度1.5mm的部分，在表13所示的條件下實施時效處理。另外，在處理No.IIC-5～I(xiàn)IC-8、IIC-13～I(xiàn)IC-16中，以表13所示的溫度和斷面收縮率實施拉拔加工。對于全部的處理試樣，可以良好地進(jìn)行拉拔。
對制作的各試驗材，測定0.2％的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率的機(jī)械特性，同時評價了切削性、工具的磨損、加工表面的品質(zhì)、切削裂紋性、耐蝕性、沖擊特性。沖擊特性用下述方法進(jìn)行試驗，其他項目的試驗方法與上述的合金組成試驗采用同樣的方法，以下述4個等級進(jìn)行相對的評價。另外，在本試驗中，機(jī)械特性也進(jìn)行相對評價。
◎優(yōu)良○較優(yōu)△較差×差[沖擊特性]根據(jù)JIS Z2202和JIS Z2242進(jìn)行金屬材料的沖擊試驗，用夏式?jīng)_擊值評價沖擊特性。
表13
表中附有下線的表示在本發(fā)明范圍以外。
由表13的結(jié)果可以確認(rèn)，通過對鑄造材用本發(fā)明的條件實施時效處理，可以得到優(yōu)異的機(jī)械特性、切削性(包括加工表面的品質(zhì)、切削裂紋性)、耐蝕性、沖擊特性，同時可以抑制工具的磨損。另外，可以確認(rèn)，通過在本發(fā)明的條件下進(jìn)行二次成形加工，可以不使諸特性、特別是切削性降低地進(jìn)行成形。
這里，所使用的用語和表達(dá)，是為說明而用的，而不是用于限定性地進(jìn)行解釋的，既不排除構(gòu)成這里所示和所述的各項特征的任何均等物，也必須理解容許在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種變型。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的鋁合金材的切削性優(yōu)良，因而適用于伴隨有切削加工的各種部件的制造材料。另外，不含有害的Pb，因而對環(huán)境也沒有不良影響，循環(huán)性也良好，因而從保護(hù)地球環(huán)境的觀點出發(fā)，也是優(yōu)異的材料。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金，其特征在于，含有Mg0.3～6質(zhì)量％、Si0.3～10質(zhì)量％、Zn0.05～1質(zhì)量％和Sr0.001～0.3質(zhì)量％，其余由Al和雜質(zhì)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，Mg含量為0.5～1.1質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金，Si含量為1.5～5質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3的任一項所述的鋁合金，Zn含量為0.1～0.3質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任一項所述的鋁合金，Sr含量為0.005～0.05質(zhì)量％。
6.一種鋁合金，其特征在于，含有Mg0.3～6質(zhì)量％、Si0.3～10質(zhì)量％、Zn0.05～1質(zhì)量％和Sr0.001～0.3質(zhì)量％，另外，作為選擇的添加元素含有從Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不足1質(zhì)量％、Fe0.01～1質(zhì)量％、Mn0.01～1質(zhì)量％、Cr0.01～1質(zhì)量％、Zr0.01～1質(zhì)量％、Ti0.01～1質(zhì)量％、Na0.001～0.5質(zhì)量％、Ca0.001～0.5質(zhì)量％中選擇的1種或1種以上，其余由Al和雜質(zhì)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁合金，Mg含量為0.5～1.1質(zhì)量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的鋁合金，Si含量為1.5～5質(zhì)量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求6～8的任一項所述的鋁合金，Zn含量為0.1～0.3質(zhì)量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6～9的任一項所述的鋁合金，Sr含量為0.005～0.05質(zhì)量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Cu。
12.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Fe。
13.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Cr、Mn中的1種或1種以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Zr。
15.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Ti。
16.根據(jù)權(quán)利要求6～10的任一項所述的鋁合金，選擇的添加元素是Na、Ca中的1種或1種以上。
17.根據(jù)權(quán)利要求6～11的任一項所述的鋁合金，Cu的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
18.根據(jù)權(quán)利要求6～10、12、17的任一項所述的鋁合金，F(xiàn)e的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
19.根據(jù)權(quán)利要求6～10、13、17、18的任一項所述的鋁合金，Mn的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
20.根據(jù)權(quán)利要求6～10、13、17～19的任一項所述的鋁合金，Cr的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
21.根據(jù)權(quán)利要求6～10、14、17～20的任一項所述的鋁合金，Zr的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
22.根據(jù)權(quán)利要求6～1 0、15、17～21的任一項所述的鋁合金，Ti的含量是0.1～0.3質(zhì)量％。
23.根據(jù)權(quán)利要求6～10、16～22的任一項所述的鋁合金，Na的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
24.根據(jù)權(quán)利要求6～10、16～23的任一項所述的鋁合金，Ca的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
25.一種鋁合金材，其特征在于，在化學(xué)組成上，由權(quán)利要求第1～24項的任一種鋁合金構(gòu)成；在合金組織上，Si粒子的平均粒徑是1～5μm，同時Si粒子的平均長短徑比是1～3。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的鋁合金材，上述Si粒子的平均粒徑是3μm或3μm以下。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的鋁合金材，上述Si粒子的平均長短徑比是2或2以下。
28.一種鋁合金材的制造方法，其特征在于，用10～180mm/min的鑄造速度制作由權(quán)利要求第1～24項的任一種鋁合金構(gòu)成的毛坯，將上述毛坯在400～570℃下保持6小時或6小時以上進(jìn)行均勻化處理后，在毛坯溫度300～550℃、擠壓制品速度0.5～100m/min、擠壓比10～200的條件下擠壓成所需要的形狀，將該擠壓材在400～570℃下保持1小時或1小時以上進(jìn)行固溶處理，再在90～300℃下保持1～30小時進(jìn)行時效處理。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的鋁合金材的制造方法，上述鑄造速度是30～130mm/min。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的鋁合金材的制造方法，上述均勻化處理在500～545℃下保持10小時或10小時以上而進(jìn)行。
31.根據(jù)權(quán)利要求28～30的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述擠壓在毛坯溫度350～500℃、擠壓制品速度2～30m/min、擠壓比20～85的條件下進(jìn)行。
32.根據(jù)權(quán)利要求28～31的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述固溶處理在500～545℃下保持3小時或3小時以上而進(jìn)行。
33.根據(jù)權(quán)利要求28～32的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述時效處理在140～200℃下保持3～20小時而進(jìn)行。
34.根據(jù)權(quán)利要求28～33的任一項所述的鋁合金材的制造方法，對于上述固溶處理后的擠壓材以5～30％的斷面收縮率進(jìn)行所要形狀的拉拔，然后進(jìn)行上述時效處理。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的鋁合金材的制造方法，上述拉拔的斷面收縮率是10～20％。
36.一種鋁合金，其特征在于，含有Mg0.1～6質(zhì)量％、Si0.3～12.5質(zhì)量％、Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不到1質(zhì)量％、Zn0.01～3質(zhì)量％和Sr0.001～0.5質(zhì)量％、其余由Al和雜質(zhì)構(gòu)成。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的鋁合金，Mg含量是0.3～5質(zhì)量％。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的鋁合金，Si含量是0.8～12質(zhì)量％。
39.根據(jù)權(quán)利要求36～38的任一項所述的鋁合金，Cu含量是0.1～0.8質(zhì)量％。
40.根據(jù)權(quán)利要求36～39的任一項所述的鋁合金，Zn含量是0.05～1.5質(zhì)量％。
41.根據(jù)權(quán)利要求36～40的任一項所述的鋁合金，Sr含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
42.一種鋁合金，其特征在于，含有Mg0.1～6質(zhì)量％、Si0.3～12.5質(zhì)量％、Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不足1質(zhì)量％、Zn0.01～3質(zhì)量％和Sr0.001～0.5質(zhì)量％，另外，作為選擇的添加元素含有從Ti0.001～1質(zhì)量％、B0.0001～0.03質(zhì)量％、C0.0001～0.5質(zhì)量％、Fe0.01～1質(zhì)量％、Cr0.01～1質(zhì)量％、Mn0.01～1質(zhì)量％、Zr0.01～1質(zhì)量％、V0.01～1質(zhì)量％、Sc0.0001～0.5質(zhì)量％、Ni0.005～1質(zhì)量％、Na0.001～0.5質(zhì)量％、Sb0.001～0.5質(zhì)量％、Ca0.001～0.5質(zhì)量％、Sn0.01～1質(zhì)量％、Bi0.01～1質(zhì)量％、In0.001～0.5質(zhì)量％中選擇的1種或1種以上，其余由Al和雜質(zhì)構(gòu)成。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的鋁合金，Mg含量是0.3～5質(zhì)量％。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的鋁合金，Si含量是0.8～12質(zhì)量％。
45.根據(jù)權(quán)利要求42～44的任一項所述的鋁合金，Cu含量是0.1～0.8質(zhì)量％。
46.根據(jù)權(quán)利要求42～45的任一項所述的鋁合金，Zn含量是0.05～1.5質(zhì)量％。
47.根據(jù)權(quán)利要求42～46的任一項所述的鋁合金，Sr含量是0.005～0.03質(zhì)量％。
48.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Ti、B、C、Sc中的1種或1種以上。
49.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Fe。
50.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Cr、Mn中的1種或1種以上。
51.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Zr、V中的1種或1種以上。
52.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Ni。
53.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Na、Sb、Ca中的1種或1種以上。
54.根據(jù)權(quán)利要求42～47所述的鋁合金，選擇的添加元素是Sn、Bi、In中的1種或1種以上。
55.根據(jù)權(quán)利要求42～48的任一項所述的鋁合金，Ti的含量是0.003～0.5質(zhì)量％。
56.根據(jù)權(quán)利要求42～48、55的任一項所述的鋁合金，B的含量是0.0005～0.01質(zhì)量％。
57.根據(jù)權(quán)利要求42～48、55、56的任一項所述的鋁合金，C的含量是0.001～0.3質(zhì)量％。
58.根據(jù)權(quán)利要求42～47、49、55～57的任一項所述的鋁合金，F(xiàn)e的含量是0.05～0.7質(zhì)量％。
59.根據(jù)權(quán)利要求42～47、50、55～58的任一項所述的鋁合金，Cr的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
60.根據(jù)權(quán)利要求42～47、50、55～59的任一項所述的鋁合金，Mn的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
61.根據(jù)權(quán)利要求42～47、51、55～60的任一項所述的鋁合金，Zr的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
62.根據(jù)權(quán)利要求42～47、51、55～61的任一項所述的鋁合金，其特征在于，V的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
63.根據(jù)權(quán)利要求42～48、55～62的任一項所述的鋁合金，Sc的含量是0.01～0.3質(zhì)量％。
64.根據(jù)權(quán)利要求42～47、52、55～63的任一項所述的鋁合金，Ni的含量是0.03～0.7質(zhì)量％。
65.根據(jù)權(quán)利要求42～47、53、55～64的任一項所述的鋁合金，Na的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
66.根據(jù)權(quán)利要求42～47、53、55～65的任一項所述的鋁合金，Sb的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
67.根據(jù)權(quán)利要求42～47、53、55～66的任一項所述的鋁合金，Ca的含量是0.005～0.3質(zhì)量％。
68.根據(jù)權(quán)利要求42～47、54～67的任一項所述的鋁合金，Sn的含量是0.05～0.5質(zhì)量％。
69.根據(jù)權(quán)利要求42～47、54～68的任一項所述的鋁合金，Bi的含量是0.05～0.5質(zhì)量％。
70.根據(jù)權(quán)利要求42～47、54～69的任一項所述的鋁合金，In的含量是0.01～0.3質(zhì)量％。
71.一種鋁合金材，其特征在于，在化學(xué)組成上，由權(quán)利要求第36～70的任一項所述的鋁合金構(gòu)成；在合金組織上，平均枝晶臂間距是1～200μm，在樹枝狀晶的邊界上，含有平均粒徑0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子，其長度方向的平均骨架線長度(Lm)在0.5μm或0.5μm以上、平均寬度(Wm)在0.5μm或0.5μm以上的共晶片狀組織形成網(wǎng)狀。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的鋁合金材，在上述共晶片狀組織中，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子總計存在500個/mm2或500個/mm2以上，并且這些粒子的面積占有率是0.1～50％。
73.根據(jù)權(quán)利要求71或72所述的鋁合金材，上述平均枝晶臂間距是3～100μm。
74.根據(jù)權(quán)利要求71～73的任一項所述的鋁合金材，上述共晶Si粒子的平均粒徑是0.1～3μm。
75.根據(jù)權(quán)利要求71～74的任一項所述的鋁合金材，上述共晶片狀組織的平均骨架線長度(Lm)是3μm或3μm以上、平均寬度(Wm)是1μm或1μm以上。
76.根據(jù)權(quán)利要求71～75的任一項所述的鋁合金材，上述共晶片狀組織的骨架線長度和寬度的平均比(L/Wm)是3或3以上。
77.根據(jù)權(quán)利要求72～76所述的鋁合金材，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子總計存在1000個/mm2或1000個/mm2以上。
78.根據(jù)權(quán)利要求72～77所述的鋁合金材，其特征在于，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子的面積占有率是0.3～40％。
79.一種鋁合金材的制造方法，其特征在于，將權(quán)利要求第36～70的任一項所述的鋁合金保持在固相線溫度或固相線溫度以上的金屬熔液，以30～5000mm/min的鑄造速度、10～600℃/秒的冷卻速度連續(xù)鑄造成所需要斷面形狀的型材，然后在100～300℃下保持0.5～100小時實施時效處理。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的鋁合金材的制造方法，上述鑄造速度是100～2000mm/分。
81.根據(jù)權(quán)利要求79或80所述的鋁合金材的制造方法，其特征在于，上述冷卻速度是30～300℃/秒。
82.根據(jù)權(quán)利要求79～81的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述時效處理在120～220℃下保持1～30小時而進(jìn)行。
83.根據(jù)權(quán)利要求79～82的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述型材是實心形狀材。
84.根據(jù)權(quán)利要求79～83的任一項所述的鋁合金材的制造方法，上述型材在斷面上與直徑10～150mm的圓外接。
85.根據(jù)權(quán)利要求79～84的任一項所述的鋁合金材的制造方法，對于連續(xù)鑄造后的型材，除去表層深度0.1～10mm的部分。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的鋁合金材的制造方法，上述表層的除去量是深度0.2～5mm。
87.根據(jù)權(quán)利要求79～86的任一項所述的鋁合金材的制造方法，對于連續(xù)鑄造后的型材，在400℃或400℃以下的溫度下，進(jìn)行斷面收縮率是30％或30％以下的二次成形加工。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的鋁合金材的制造方法，上述加工溫度是250℃或250℃以下。
89.根據(jù)權(quán)利要求87或88所述的鋁合金材的制造方法，上述斷面收縮率是20％或20％以下。
全文摘要
本發(fā)明的第1種鋁合金是，含有Mg0.3～6質(zhì)量％、Si0.3～10質(zhì)量％、Zn0.05～1質(zhì)量％和Sr0.001～0.3質(zhì)量％，其余由Al和雜質(zhì)組成。另外，第2種鋁合金是，還含有從作為選擇的添加元素Cu、Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Na、Ca中選擇的1種或1種以上。另外，第3種鋁合金是，含有Mg0.1～6質(zhì)量％、Si0.3～12.5質(zhì)量％、Cu0.01質(zhì)量％或0.01質(zhì)量％以上不足1質(zhì)量％、Zn0.01～3質(zhì)量％和Sr0.001～0.5質(zhì)量％，其余由Al和雜質(zhì)組成。另外，第4種鋁合金是，還含有從作為選擇的添加元素Ti、B、C、Fe、Cr、Mn、Zr、V、Sc、Ni、Na、Sb、Ca、Sn、Bi、In中選擇的1種或1種以上。
文檔編號C22F1/043GK1555423SQ0281830
公開日2004年12月15日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者松岡秀明, 山中雅樹, 吉岡大貴, 岡本康夫, 北村仁雄, 夫, 樹, 貴, 雄 申請人:昭和電工株式會社