專利名稱：耐磨損性、斂縫性和疲勞強度優良的鋁合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及耐磨損性優良、且斂縫性和疲勞強度優良的鋁合金以及采用它的擠壓件。
背景技術：
通過在鋁合金中添加Si，使Si晶粒在金屬組織中析出，謀求耐磨損性的提高的技術是公知的。但是，比如在汽車領域中，用于防抱死制動系統的促動器主體部件(在下面簡稱為ABS主體)等，其內置有活塞或者閥部件，故要求對活塞的滑動或閥的開閉具有耐磨損性。另一方面，在組裝這些部件之后，為了將內部流體密封，必須要求有斂縫密封件等，要求優良的斂縫性的同時能確保耐壓性盡可能高的疲勞強度。 比如，在專利文獻I中公開有下述的鋁合金，在該鋁合金中包含Si :3. O 6. O質量％和Mg :0. 4 I. O質量％，由此維持耐磨損性的同時確保較高的強度，但是具有改善斂縫性的余地。針對添加Si和Mg的鋁合金進行調查，其結果，專利文獻2公開了一種鋁合金，其特征在于添加Si :1. 5 12. O質量％，Mg 0. 5 6. O質量％，但是其目的是為了提高以Si為起點的切削切斷性，因為還包含O. 5質量％以上的Mg，因此斂縫性差。在先技術文獻專利文獻專利文獻I :日本第3654695號發明專利公報專利文獻2 :日本第3107517號發明專利公報
發明內容
本發明的目的在于提供一種謀求耐磨損性優良且斂縫性的改善和疲勞強度的改善這兩個相互對立的品質并存的鋁合金。本發明的鋁合金的特征在于，其包含Si :3. O 6.0質量％ ;Mg :0. 2 O. 45質量％ ；Cu 0. I O. 5 質量 ％ ；Fe 0. 01 (λ 5 質量 ％ ；Ti 0. 01 (λ I 質量 ％和從 Mn、Cr、Zr,V中選出的一種以上的元素共計O. 01 I. O質量％，剩余部分為Al和不可避免的雜質。本發明的鋁合金的特征在于下述的方面。通過添加3. O 6. O質量％的Si成分，確保耐磨損性，同時通過添加O. 2 O. 45質量％的Mg成分，借助添加的Si成分的一部分和Mg成分的Mg2Si的析出效果，謀求強度的提聞。但是，僅如此的話，具有會在采用斂縫的塑性加工時容易發生微小裂縫的問題。于是，本發明通過添加共計O. 01 中的一種以上的元素，能抑制裂縫的發生。另外,對于Mn、Cr、Zr、V中的任意一種均可以認定在斂縫時具有抑制微小裂縫發生的效果，但是表現出特別顯著效果的是V成分。于是，在上述Mn、Cr、Zr、V的成分的總計中，優選V的含量可在O. 01 O. 5質量％的范圍內。另外，通過添加這些微量成分，添加O. I O. 5質量％的Cu成分，能在斂縫時抑制微小裂縫發生的同時，提高疲勞強度。由于本發明的鋁合金在確保耐磨損性的同時，能謀求優良的斂縫性和較高的疲勞強度這二者并存，故采用該合金制造擠壓件，可用于ABS主體部件這樣的將工作流體密封的自動部件，或可用于要求確保較高的疲勞強度且優良的斂縫性的各種部件。
圖I表示評價所采用的鋁合金的化學成分表； 圖2表示用于評價的坯錠(billet)的均質化處理條件和擠壓件的制造條件；圖3表示品質的評價結果。
具體實施例方式說明本發明的鋁合金的成分的選定理由。(Si、Mg)如果在鋁合金中添加Si成分和Mg成分，則通過析出一部分Mg2Si而產生的時效硬化，提高擠壓件的強度，過剩的Si成分作為Si晶粒而析出到金屬組織中，獲得耐磨損性。下面，全部按照質量％而進行說明。如果Si成分添加不超過3. 0%，則耐磨損性不充分，每次少量增加Si成分的添加量的實驗結果是，從5. 0%附近開始耐磨損性的上升曲線平緩，在6. 0%趨于基本平衡。因此，Si成分的范圍優選為3. O 6. O %的范圍內。為了進一步使強度和耐磨損性穩定，也可將Si成分范圍控制在4. I 5. 1%的范圍內。如上所述，Mg成分對擠壓件的強度具有影響，但是如果添加量多，則材料的粘性降低，擠壓性也降低。因此，Mg成分優選為O. 2 O. 45%的范圍內。為了在該場合也使強度和耐磨損性穩定，也可將Mg成分控制在O. 3 O. 45%的范圍內。(Cu)Cu成分由于固溶效果，在有助于疲勞強度提高的同時，在規定范圍內也提高切削性。Cu成分可在O. I O. 5%的范圍內。如果Cu成分不足O. 1%，則疲勞強度不充分，如果超過O. 5%，則局部電位差會導致一般耐腐蝕性降低。于是，在抑制電位差腐蝕的原因這一點上，理想方式優選為Cu成分范圍控制在
O.I O. 3%。(Fe)
Fe成分容易分散析出到晶粒間，有助于切削性的提高，但是如果Fe成分多，則斂縫性下降。因此，Fe成分可在O. 01 O. 5%的范圍內。(Ti)Ti成分在鋁合金的坯錠鑄造時，具有晶粒的細微化效果，一般按照在O. 01
O.I %的范圍內添加。(Mn、Cr、Zr、V)通過微量的添加，這些成分具有抑制擠壓件的表面的再結晶，抑制斂縫時的微小裂縫的發生的效果。·
對于它們的成分的總計值，按照在O. I I. 0%的范圍內添加。特別是V成分的添加效果優良，優選為V成分按照在O. 01 O. 5%的范圍內添加。特別是優選為V成分的范圍為O. 01 O. 1%。接著，鑄造圖I表所示的合金組成的坯錠(8英寸)，在460 590°C的溫度下，進行6個小時的均質化處理。作為擠壓條件，將坯錠額外加熱到450 510°C，擠壓加工40mm IOOmm的矩形截面的擠壓件，按原樣在擠壓后，馬上以70°C /min以上的冷卻速度進行鑄模端淬火處理。已獲得的擠壓件在160 195°C的溫度下，進行2 8小時的人工時效處理。具體處理條件在圖2的表中表示。下面對品質評價項目和其評價方法進行說明。(拉伸強度、屈服強度、延伸率、硬度)對于拉伸強度、屈服強度和延伸率，將按照上述方式獲得的擠壓件切出JIS-13B號拉伸試驗片，實施符合JIS-Z2241的拉伸試驗。在這里，JIS表示日本工業規格。對于硬度，通過口 ^々々工夕一 > 硬度計，按照JIS-Z2245測定擠壓件的表
面硬度。(疲勞強度)根據JIS-Z2274，將擠壓件制作JIS-1號(1-8)旋轉彎曲疲勞試驗片，采用符合JIS規格的小野式旋轉彎曲疲勞試驗機。(斂縫性)將擠壓件沿擠壓方向采取直徑14mmX高度21mm的試驗片，沿軸向進行冷鐓沖壓，計算在側面產生微小裂紋的極限鐓鍛率。 極限鐓鍛率通過下述式計算。ε he = (h0_hc)/hO X 100ε he :極限鐓鍛率(％ )，hO :試驗片的原始高度，he :裂紋發生時I的試驗片的高度。對于試驗條件，在室溫下，壓縮速度為lOmm/s，試驗機采用25噸的自動繪圖儀。(耐磨損性)在耐磨損性的評價中，對在下述條件下實施的結果進行比較。采用摩擦磨損試驗機((株)才丨J工> f ^夕制EFM-III-F形)。
在試驗方法中，將兩個不同圓筒試樣(銷與試驗盤)在中心線上一致地旋轉，對銷施加一定負荷，將試樣按壓于銷上，由此，產生摩擦磨損。銷為直徑5mmX高度8mm的SCr20 (滲碳淬火)件。試驗盤通過擠壓件切出，按照直徑60mmX高度5mm，面粗糙度在I. 6Z以下，平面度在O. 01以下的條件加工。 潤滑液采用制動流體，轉數為160rpm，試驗時間為50hr，加壓荷載為20MPa。磨損量通過粗糙度測定機，測定試驗盤的磨損部。(表面再結晶深度)從擠壓件的表面部切出試樣，對其剖面進行鏡面精研磨，然后進行蝕刻處理，通過50倍的光學顯微鏡像測定再結晶的部分的平均深度。評價結果在圖3的表中給出。在表中，高過目標值的記為“〇”。在這里，疲勞強度的目標在IlOMPa以上的理由如下。在比如，ABS主體部件等中，為了耐受施加于泵部、塞部等上的較高液壓，設定考慮了疲勞強度的泵部、塞部的壁厚，但是，為了謀求ABS主體的輕質化，疲勞強度優選為IlOMPa 以上。將斂縫性以極限鐓鍛率計設定為33%以上，是由于如果采用極限鐓鍛率不足33%的材料，則容易在將部件組裝于ABS主體中時的球狀斂縫部產生裂紋。耐磨損性設定為10 μ m以下是由于將對滑動部件的磨損量抑制在較小程度。另外，確定表面再結晶深度、機械特性的目標值在于下述的理由。該理由是指對ABS主體用的擠壓件進行規定的孔加工，將部件組裝于該孔加工部，如果在斂縫密封時擠壓件的表面部的再結晶層的厚度(深度)大，則在斂縫部表面上容易產生褶皺或裂紋；對于機械特性，考慮將ABS部件等安裝于車體上時的強度、耐久性等，確定目標值。(考察)合金No. I 9為本發明合金的實施例，由于合金成分范圍在規定的范圍，故全部的品質項目是達標的。另外，在圖I的表中，各成分的值在目標的范圍內的表示為“〇”，以便容易考察。特別是，總計按照O. I I. 0%添加Mn、Cr、Zr、V，由此抑制斂縫時的微小裂縫發
生，疲勞強度提聞。由此，斂縫部的耐壓性提高。對于Mn、Cr、Zr、V中的V如實施例I 3所示可知，通過相對微量的添加，斂縫性
被改善。為了減少表面再結晶深度，根據實施例4 6的結果推斷Zr的添加是有效的。另外，在該實施例4 6中，不但添加Mn、Cr，而且微量添加Zr、V，由此表面再結晶深度小，疲勞強度的提高效果明顯。在比較例10中，Cu為O. 01%，在O. I %以下，在比較例11中，沒有添加Mn、Cr、Zr、
V中的任意一個，因此疲勞強度未達到目標。在比較例12中，Mg為O. 61%，超過O. 45%,Cu為I. 01 %，超過O. 5%，因此拉伸強度高，但斂縫性差。
在比較例13中，由于Si為O. 72%，大大低于3.0%，因此耐磨損性差。
權利要求
1.一種耐磨損性、斂縫性和疲勞強度優良的鋁合金，其特征在于，其包含Si :3. O 6. O質量％ ；Mg 0. 2 O. 45 質量％ ；Cu 0. I O. 5 質量％ ；Fe 0. 01 (λ 5 質量％ ；Ti 0. 01 O. I質量％和從Mn、Cr、Zr、V中選出的一種以上的元素共計O. 01 I. O質量％，剩余部分為Al和不可避免的雜質。
2.根據權利要求I所述的耐磨損性、斂縫性和疲勞強度優良的鋁合金，其特征在于，上述Mn、Cr、Zr、V中的V的含量在O. 01 O. 5質量％的范圍內。
全文摘要
本發明涉及一種耐磨損性、斂縫性和疲勞強度優良的鋁合金。本發明的目的在于提供耐磨損性優良、且謀求斂縫性的改善和疲勞強度的改善這兩個相互對立的品質并存的鋁合金。該鋁合金的特征在于，其包含Si3.0～6.0質量％；Mg0.2～0.45質量％；Cu0.1～0.5質量％；Fe0.01～0.5質量％；Ti0.01～0.1質量％和從Mn、Cr、Zr、V中選出的一種以上共計0.01～1.0質量％，剩余部分為Al和不可避免的雜質。
文檔編號C22C21/02GK102952974SQ201110244319
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者柴田果林 申請人:愛信輕金屬株式會社