耐磨損性、擠出性、鍛造加工性優(yōu)良的鋁合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋁合金，其通過使鋁合金中含有的元素量最佳化，不僅使擠出性、鍛造性這樣的生產(chǎn)率得到提高，而且滿足必要特性。提供一種鋁合金，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％、以及根據(jù)期望的Sr0.01～0.05％，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，在與擠出材料的長(zhǎng)度方向垂直的截面上，將中央部的共晶Si尺寸設(shè)為Sc、將表層側(cè)部的共晶Si尺寸設(shè)為Ss時(shí)Sc-Ss≤15μm2，并且共晶Si尺寸是20μm2以下的粒數(shù)為1000～3000個(gè)/mm2。
【專利說明】耐磨損性、擠出性、鍛造加工性優(yōu)良的鋁合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在汽車、家電制品等中作為壓縮機(jī)等部件使用的耐磨損性、擠出性、鍛 造加工性優(yōu)良的鋁合金。

【背景技術(shù)】
[0002] 用于汽車、家電制品等中的壓縮機(jī)等的鋁合金要求耐磨損性等。例如，用于壓縮機(jī) 的鋁合金為了提高耐磨損性、縮小熱膨脹率，使用添加有10質(zhì)量％ (以下簡(jiǎn)稱為％ )以上 Si的Al-Si合金。在專利文獻(xiàn)1中記載了耐疲勞性和非燒結(jié)性優(yōu)良的滑動(dòng)用鋁合金。在 該鋁合金中Si作為有助于非燒結(jié)性、耐磨損性的必須元素添加1?15%。但是，記載了 Si 的添加量超過15%時(shí)，鋁合金發(fā)生脆化。 【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】 【專利文獻(xiàn)】
[0003] 【專利文獻(xiàn)1】日本特開平03-006345


【發(fā)明內(nèi)容】
【發(fā)明要解決的課題】
[0004] 上述用于壓縮機(jī)等的鋁合金要求耐磨損性、膨脹系數(shù)等優(yōu)良，因此，大量添加 Si。 但是，這樣的鋁合金雖然耐磨損性、膨脹系數(shù)等提高，但有可能擠出性等加工性降低和表面 性狀變差等。這是由于，鋁合金具有所添加的各組成的成分濃度越高越難以加工的傾向。特 別是為了提高耐磨損性而添加的Si在擠出工序、鍛造工序中的加工工序中使生產(chǎn)率降低。 實(shí)際上，這樣的鋁合金相對(duì)于對(duì)使用的部件所要求的耐磨損性、膨脹系數(shù)等而言具有該特 性為必要以上的過量的規(guī)格的情況也不少。即，這些鋁合金不一定需要耐磨損性等顯著優(yōu) 良，因此，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，就耐磨性等必要特性而言，最好是根據(jù)用途來控制其成為 最佳狀態(tài)。 因此，通過將根據(jù)需要而要求的特性與生產(chǎn)率進(jìn)行調(diào)和，不降低生產(chǎn)率而得到在成本 方面具有優(yōu)良效果的鋁合金。 因此，在生產(chǎn)時(shí)盡量抑制生產(chǎn)率變差，同時(shí)得到的鋁合金具有必要特性，在這兩者之間 保持平衡的鋁合金的開發(fā)成為課題。
[0005] 鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于，提供能夠生產(chǎn)在Al-Si系合金中擠出性以及 鍛造加工性優(yōu)良、并且保持耐磨損性的可用于制造鍛造物的鋁合金。 【用于解決問題的方法】
[0006] 本發(fā)明人進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果得到如下見解：通過調(diào)節(jié)各組成的添加量，并且 控制共晶Si尺寸，得到將必要特性與生產(chǎn)率進(jìn)行調(diào)和后的鋁合金。即發(fā)現(xiàn)，通過下述方法 實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的目的。
[0007] S卩，根據(jù)本發(fā)明，提供一種耐磨損性、擠出性、鍛造加工性優(yōu)良的鋁合金，其特征在 于，含有 Si5. 5 ?7. 0 質(zhì)量％ (以下記為％ )、Cul. 0 ?2. 0%、MgO. 4 ?0· 8%、CrO. 05 ? 0. 15%、NiO. 05?0. 25%，余量由A1和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，在與擠出材料的長(zhǎng)度方向 垂直的截面上將中央部的共晶Si尺寸設(shè)為Sc，將表層側(cè)部的共晶Si尺寸設(shè)為Ss時(shí)， Sc-Ss < 15 μ m2,并且共晶Si尺寸是20 μ m2以下的粒數(shù)為1000?3000個(gè)/mm2。
[0008] 優(yōu)選提供耐磨損性、擠出性、鍛造加工性優(yōu)良的鋁合金，其還含有Sr 0.01? 0· 05%。 【發(fā)明效果】
[0009] 本發(fā)明可以提供通過適當(dāng)控制鋁合金的各組成以及共晶Si尺寸而能夠生產(chǎn)擠出 性以及鍛造加工性優(yōu)良、并且保持耐磨損性的用于制造擠出材料、鍛造材料的鋁合金材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]【圖1】是對(duì)由擠出而制造的擠出品進(jìn)行鍛造加工的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 首先，對(duì)本發(fā)明的鋁合金中的各添加元素進(jìn)行說明。
[0012] Si通過生成Si化合物而有助于磨損性。另外，Si與Mg -起形成Mg2Si，Si是有 助于強(qiáng)度的元素。Si的添加量低于5. 5%時(shí)，強(qiáng)度、耐磨損性的效果弱。超過7.0%時(shí)，表面 性狀變差，擠出性降低。
[0013] Cu有助于強(qiáng)度提1?。Cu的添加量低于1. 0%時(shí)，強(qiáng)度提1?的效果小，超過2. 0%時(shí)， 擠出加工性、耐腐蝕性變差。
[0014] Mg與Si -起形成Mg2Si，有助于強(qiáng)度提高。Mg的添加量低于0.4%時(shí)，其效果小。 超過0.8%時(shí)，擠出加工性降低。優(yōu)選Mg為0.55?0.65%。
[0015] Cr對(duì)晶粒微小化有效，有助于強(qiáng)度提高。Cr的添加量低于0. 05%時(shí)，該效果小。 超過0. 15%后，其效果沒有大幅變化。優(yōu)選Cr為0.07?0. 10%。
[0016] Ni對(duì)耐熱性、耐磨損性提高有效，也有助于強(qiáng)度提高。Ni的添加量低于0. 05%時(shí)， 其效果小。超過0.25 %后，其效果沒有大幅變化，并且導(dǎo)致擠出性變差。優(yōu)選Ni為0.07? 0· 13%。
[0017] Sr的添加而有助于機(jī)械性質(zhì)的提高。Sr用于結(jié)晶后的Si的改良處理，通過添加 Sr，結(jié)晶后的Si成為微小的形態(tài)。Sr的添加量?jī)?yōu)選為0.01?0.05%。Sr的添加量低于 0. 01 %時(shí)，其效果小。超過0. 05%時(shí)，其效果沒有大幅變化。
[0018] Fe、Mn被添加時(shí)，與其他元素生成化合物，會(huì)導(dǎo)致各添加元素的效果變差，因此，本 發(fā)明中的鋁合金為0.5%以下。
[0019] 另外，本發(fā)明的鋁合金除了上述元素之外，還含有不可避免的雜質(zhì)和A1。例如，在 不損害發(fā)明效果的范圍內(nèi)，可以少量含有Ti、Zr、Zn。不損害發(fā)明效果的范圍是指0. 05 %以 下。
[0020] 共晶Si對(duì)表面性狀、耐磨損性產(chǎn)生影響，因此，這些特性的均一性是由擠出材料 以及鍛造材料的共晶Si的尺寸和分布來決定的。即，本發(fā)明的鋁合金通過控制Si等各組 成的含量，獲得優(yōu)良的擠出性以及鍛造加工性，另外，通過控制共晶Si的尺寸和分布，防止 由表面性狀以及部位的原因而造成的特性上的偏差。由此，通過本發(fā)明，能夠以高生產(chǎn)率得 到特性均一的擠出材料以及鍛造材料。 通過將Ss和Sc控制為Sc-Ss < 15 μ m2,使得擠出材料的表面性狀好，并且能夠抑制擠 出表層側(cè)部與中央部的耐磨損性特性的分布不均。關(guān)于共晶Si尺寸，Ss指的是以在與擠 出材料的長(zhǎng)度方向垂直的截面上距表層50 μ m的深度為基準(zhǔn)、在光學(xué)顯微鏡的100倍的視 野中觀察中心側(cè)時(shí)的共晶Si尺寸。Ss是在同一視野中以中心角每隔90度測(cè)定4個(gè)部位， 以其中的最大的值為準(zhǔn)。Sc指的是在光學(xué)顯微鏡100倍的視野中觀察到的擠出材料截面的 中心部的共晶Si尺寸。本發(fā)明中的共晶Si尺寸是指共晶Si的結(jié)晶面積。 另外，通過使擠出材料中的共晶Si尺寸為20 μ m2以下，能夠抑制表面的粗糙度。另外， 為了得到耐磨損性，共晶Si的粒數(shù)為1000?3000個(gè)/mm2。共晶Si的尺寸20 μ m2以下的 粒數(shù)低于1000個(gè)/mm2時(shí)，鍛造后的耐磨損性的效果小。共晶Si的粒數(shù)超過3000個(gè)/mm 2 時(shí)，阻礙擠出性以及鍛造加工性。
[0021] 需要說明的是，關(guān)于本發(fā)明中的鋁合金的制造條件以及調(diào)質(zhì)都沒有特別限定，調(diào) 質(zhì)在通常的制造條件下根據(jù)用途選擇即可。 在使用擠出品作為鍛造品的情況下，鍛造工序中的加工性會(huì)對(duì)材料的硬度產(chǎn)生影響。 由此，本發(fā)明的擠出品的調(diào)質(zhì)優(yōu)選為F、T1、0,進(jìn)一步優(yōu)選的調(diào)質(zhì)為0。 另外，鍛造后的調(diào)質(zhì)分別根據(jù)需要的特性來選擇即可，但本發(fā)明中優(yōu)選為T6。 【實(shí)施例】
[0022] 基于實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。 首先，在700°C?740°C的范圍內(nèi)加熱，將表1所示的組成的合金熔解，得到鋁合金熔 液，使用金屬模具進(jìn)行鑄造。以冷卻水量達(dá)到70?100L/分鐘的方式進(jìn)行控制。 得到直徑220mm的鑄塊后，對(duì)該鑄塊實(shí)施在490°C下進(jìn)行4小時(shí)加熱的勻質(zhì)化處理。將 該鑄塊通過500°C的1個(gè)孔擠出，制得直徑30mm的擠出圓棒。
[0023] 該樣品的擠出材料，以在與長(zhǎng)度方向垂直的截面上距表層50 μ m的深度為基準(zhǔn)， 在光學(xué)顯微鏡的100倍的視野中觀察中心側(cè)。在同一視野中以中心角每隔90度測(cè)定4 個(gè)部位，測(cè)定其最大的共晶Si尺寸（Ss)。另外，對(duì)擠出材料截面的中心部在光學(xué)顯微鏡 100倍的視野中觀察共晶Si尺寸（Sc)。需要說明的是，共晶Si粒尺寸和個(gè)數(shù)通過旭化成 Engineering株式會(huì)社制軟件"圖像分析軟件A像<&"進(jìn)行分析。關(guān)于表面性狀，用HB的 鉛筆劃表面時(shí)，將沒有刮到的情況設(shè)為合格"〇"，將刮到的情況設(shè)為不合格" X "。將結(jié)果 示于表2。達(dá)到規(guī)定值的情況為合格，規(guī)定值以外的情況為不合格。
[0024] 接著，將該擠出圓棒在400°C下進(jìn)行5小時(shí)的退火處理，得到0材。在鍛造評(píng)價(jià)時(shí)， 確認(rèn)了共晶Si尺寸、以及個(gè)數(shù)在發(fā)明的范圍內(nèi)。 接著，將該擠出圓棒沿長(zhǎng)度方向以100mm的長(zhǎng)度切割，實(shí)施加工率80%的鐓鍛。將鍛 造品在520°C下進(jìn)行2小時(shí)的固溶處理后，立刻用50°C的溫水進(jìn)行淬火。再在180°C下進(jìn)行 10小時(shí)的人工時(shí)效處理，得到T6的調(diào)質(zhì)。 在此，鐓鍛的加工率是圖1中用（rl-r2)/rlX100進(jìn)行計(jì)算而得到的值。
[0025] 對(duì)這樣得到的上述試驗(yàn)合金鍛造品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、鐓鍛后的外觀觀察、以及磨損 試驗(yàn)。將其結(jié)果示于表3。 (1)鐓鍛后的外觀 觀察80%鐓鍛后的外觀，將沒有觀察到裂紋的情況設(shè)為合格（=標(biāo)記為"〇")，將觀察 到裂紋的情況設(shè)為不合格（=標(biāo)記為" X "）。 (2) 拉伸試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)片以擠出棒的長(zhǎng)度方向?yàn)樵囼?yàn)片的長(zhǎng)度方向的方式采集，制作JIS4號(hào)試驗(yàn) 片，進(jìn)行試驗(yàn)。作為評(píng)價(jià)，將拉伸強(qiáng)度（TS)為300MPa以上設(shè)為合格，將低于該值設(shè)為不合 格。 (3) 磨損試驗(yàn) 通過大越式磨損試驗(yàn)來評(píng)價(jià)比磨損量。在此，作為試驗(yàn)條件，潤(rùn)滑油為齒輪油 (75W-90)，使對(duì)象材料為SCM415,使摩擦距離為1200m，使載荷為19kgf。作為摩擦試驗(yàn)的評(píng) 價(jià)，將比磨損量為5. 0ΧΚΓ9以下設(shè)為合格，將超過該值設(shè)為不合格。
[0026]【表1】

【權(quán)利要求】
1. 一種耐磨損性、擠出性、鍛造加工性優(yōu)良的鋁合金，其特征在于，含有Si5. 5?7. 0質(zhì) 量％、Cul. 0 ?2. 0 質(zhì)量％、MgO. 4 ?0· 8 質(zhì)量％、CrO. 05 ?0· 15 質(zhì)量％、NiO. 05 ?0· 25 質(zhì)量％，余量由A1和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，在與擠出材料的長(zhǎng)度方向垂直的截面上，將中 央部的共晶Si尺寸設(shè)為Sc、將表層側(cè)部的共晶Si尺寸設(shè)為Ss時(shí)Sc-Ss < 15 μ m2,并且共 晶Si尺寸是20 μ m2以下的粒數(shù)為1000?3000個(gè)/mm2。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于，還含有SrO. 01?0. 05%。
【文檔編號(hào)】C22C21/02GK104160049SQ201280068314
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月1日
【發(fā)明者】森謙介 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Uacj