專利名稱：疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切削性和疲勞強度均優(yōu)良的耐磨損用的鋁合金擠壓件。
背景技術(shù)：
在將鋁合金擠壓件用于汽車等的制動部件等的場合，要求所組裝的滑動部件的耐磨損性，但是，在許多情況下，伴隨該要求必須要求高的切削加工精度、斂縫加工精度。對比如汽車用防抱死制動系統(tǒng)(antilock brake system)所采用的促動器 (actuator)主體部件(ABS主體)，或橫向滑移防止裝置所采用的電子穩(wěn)定控制(ESC)主體部件等，采用下述加工方式，即將驅(qū)動缸部分、液壓回路槽等進行切削加工，在組裝部件后進行斂縫加工。于是，近年來，不僅要求強度，還要求滑動部件的耐磨損性、對復(fù)雜的加工形狀的切削性，而且還要求對于斂縫部的工作油等的耐壓性和對反復(fù)載荷具有高的疲勞強度。但是，在過去，在用于這種部件的鋁合金擠壓件中，Si顆粒、狗顆粒分散于金屬組織中，為使耐磨損性和切削性同時成立的部件，疲勞強度不充分。特別是，近年來伴隨汽車的重量的減輕，還要求ABS主體的整體尺寸、重量的進一步減小，但是，沒有盡可能對應(yīng)于該要求的鋁合金擠壓件。比如，在專利文獻1中，公開有切削性和耐腐蝕性優(yōu)良的耐磨損用的鋁合金擠壓件，但是，其斂縫性和疲勞強度等尚不充分。專利文獻1 日本第3886270號專利公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件。本發(fā)明的耐磨損性鋁合金擠壓件的特征在于，其采用下述的疲勞強度和切削性優(yōu)良的鋁合金，該鋁合金按照質(zhì)量％計，包含Si 3. 0 8. 0%、Mg 0. 1 0. 5%、Cu :0. 01 0. 5%,Zr 0. 1 0. 5%,Fe 0. 4 0. 9%，另外包含 Mn 0. 01 0. 5%,Cr 0. 01 0. 5%, Ti 0. 01 0. 中的一種或兩種以上，剩余物由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在過去，人們知道，如果添加少量的Zr、Mn、Cr成分，則擠壓件的晶體顆粒細微化。但是，作為本發(fā)明具體探討的結(jié)果，僅僅通過晶體顆粒的細微化，疲勞強度無法按照期待的程度提高。于是，具體地對Zr、Mn、Cr各成分的影響進行比較探討，作為Mn和Cr并不那么被認可，僅僅ττ而被充分認可，作為效果，顯然，如果添加規(guī)定量的ττ則金屬組織中的Si顆粒會細微化。其結(jié)果是，可抑制疲勞傳播，疲勞強度得到提高。于是，平均Si顆粒直徑優(yōu)選在20 μ m以下，擠壓件的晶粒的平均粒徑優(yōu)選在30 μ m 以下。下面對本發(fā)明的控制成分范圍的理由進行說明。
(Si 和 Mg 成分)對于Si成分，其目的不但在于通過析出Mg成分和Mg2Si而獲得熟化硬化的強度， 而且在于確保金屬組織中的Si顆粒的耐磨損性。于是，為了確保強度，必須要求添加Mg成分，但是，由于Si的一部分通過Mg形成 Mg2Si,故有助于耐磨損性的Si顆粒會大大受到Mg的添加量的影響。如果考慮到這些因素，從強度方面說，Mg的成分最低必須在0. 以上，為了提高強度，可設(shè)定在0.3%以上。如果Mg成分過多，則斂縫性降低，擠壓性也降低，由此，可在0.5%以下，最好在 0. 45%以下。在像這樣設(shè)定Mg成分范圍的場合，Si成分必須在3. 0%以上，為了確保穩(wěn)定的耐磨損性，Si成分最好在4. 1 6. 的范圍內(nèi)。另外，如果在金屬組織中，存在大量的硬質(zhì)的細微的Si顆粒，則從以該Si顆粒為起點，切屑分散的效果來說，在8.0%以下為好。但是，由于Si顆粒構(gòu)成疲勞龜裂的起點，故像后述的那樣，必須進行細微化處理。(Cu 成分)Cu成分對于確保斂縫性，并且提高強度來說是有效的，Cu按照某種程度固溶，由此通過該固溶效果，強度提高，并且切削性也提高。如果考慮這些效果，必須在0.01%以上，如果Cu添加量多，由于容易產(chǎn)生電位差腐蝕，故Cu成分可在0. 50%以下，最好Cu在0. 10 0. 20%的范圍內(nèi)。特別是最好，上限可在0. 14%以下。(Fe 成分)如果添加!^e成分，則!^e顆粒分散于晶粒邊界處，以該！^顆粒為起點使切屑破損， 由此，切削性提高。為了獲得該效果，！^成分可在0.40%以上，如果超過0.9%，則!^e顆粒過多地析出于晶粒邊界處，這樣，材料的粘性小，斂縫性降低。于是，!^e成分可在0. 4 0. 9%的范圍內(nèi)，最好在0. 5 0. 8%的范圍內(nèi)。(Zr 成分)Zr成分不僅抑制再結(jié)晶，使晶體顆粒細微化，而且通過Si顆粒的細微化，抑制疲勞傳播，有助于疲勞強度的提高和切削性的提高。為了獲得該效果，&成分在0. 1 %以上為好，如果超過0. 5%，則ττ具有產(chǎn)生初晶生成物的危險，斂縫性降低。于是，^ 成分可在0. 10 0.5%的范圍內(nèi)，為了使Si顆粒進一步細微化，最好在 0. 14%以上，從斂縫性的觀點，最好在0. 3%以下。(Mn 成分)Mn成分對于Si顆粒的細微化的效果小，但是具有抑制再結(jié)晶、晶體顆粒的細微化的效果。于是，有助于晶體顆粒的細微化產(chǎn)生的疲勞強度的提高和切削性的提高。為了獲得該效果，Mn成分必須在0.01%以上，Mn在晶粒邊界處析出，則具有電位差腐蝕的危險，而且構(gòu)成降低斂縫性的原因，由此，在0. 5%以下為好。
最好，在0.05 0. 15%的范圍內(nèi)。(Cr 成分)同樣Cr成分雖然對于Si顆粒的細微化的效果小，但是，其抑制再結(jié)晶，具有晶體顆粒的細微化的效果。為了獲得該效果，Cr成分必須在0. 01 %以上，對于Cr，具有產(chǎn)生初晶生成物的危險，構(gòu)成降低斂縫性的原因，由此，可在0. 5%以下。最好在0.05 0. 15%的范圍內(nèi)。(Ti 成分)Ti成分具有晶體顆粒的細微化的效果，如果是微量的，則切削性也提高，但是，如果超過0. 1%，則使切削刀具的壽命縮短。于是，Ti成分可在0.01 0. 的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的耐磨損性鋁合金擠壓件中，可一邊通過Si、Mg、Fe、Cu、Mn、Cr成分的調(diào)整維持耐磨損性，一邊謀求斂縫性和切削性的同時成立，另外，可通過ττ成分的調(diào)整，使Si 顆粒細微化，提高疲勞強度。


圖1表示評價所采用的擠壓件的合金組成；圖2表示評價結(jié)果；圖3表示本發(fā)明的擠壓件和比較擠壓件的S-N曲線的比較例；圖4為測定晶體顆粒直徑和Si顆粒直徑的顯微鏡照片例子；圖5為測定表面再結(jié)晶的深度的顯微鏡照片例子；圖6表示耐腐蝕性的評價條件。
具體實施例方式采用圖1的表所示的各化學(xué)成分和剩余部分由鋁和不可避免的雜質(zhì)組成的金屬溶液，按照圖1的表所示的鑄造速度70 lOOmm/min鑄造8英寸坯材，在460 590°C的范圍內(nèi)進行6小時以上的均質(zhì)化處理。另外，在圖1的表中，Si為雜質(zhì)，如果其含量在0.05%以下，則不產(chǎn)生影響。在450 510°C的范圍內(nèi)利用余熱對該坯材進行加熱，按照擠壓速度5 lOm/min 對約40mmX IOOmm的矩形形狀的擠壓件進行擠壓成形。在T6熱處理中，在擠壓后，進行基于水冷的模(dice)端淬火處理，然后，在160 195°C的范圍內(nèi)，進行2 8小時的加熱處理，進行人工熟化處理。圖2的表表示采用像這樣獲得的擠壓件，按照下述這樣的條件而分別進行評價的結(jié)果。(疲勞特性)根據(jù)JIS-Z2274，通過擠壓件制作JIS-1號(1_8)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗片，通過符合 JIS規(guī)格的小野式旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機(小野式回転曲α疲労試験機)進行疲勞試驗，根據(jù)該S-N曲線求出疲勞強度。(拉伸特性)
根據(jù)JIS-Z2M1，通過擠壓件制作JIS-UB號拉伸試驗片，通過符合JIS規(guī)格的拉伸試驗機測定拉伸強度、0. 2%拉伸強度、斷裂拉伸量。(HRB 硬度)通過π ^々々工> B ^ * —義硬度儀測定擠壓件的表面硬度。(斂縫性)采用冷鐓性試驗方法。通過擠壓件采取直徑14mm X高度2 Imm的試驗片，在低溫下，沿軸向而對它進行鐓鍛沖壓，求出在側(cè)面開始產(chǎn)生微小裂縫時的極限鐓鍛率。極限鐓鍛率通過下述式而求出。
ε he = [ (hO-hc) /h0] X 100ε he:極限鐓鍛率(％)hO:試驗片的原始高度he 裂縫發(fā)生時的試驗片的高度對于試驗條件，在室溫下，壓縮速度為lOmm/s，試驗片采用25噸的自動繪圖儀(島津制作所)。(切削性)表中切削長度在20mm以下指最大切屑長度，該最大切屑長度為在下述的試驗條件下發(fā)生的切屑中最大的切屑長度。切屑試驗條件，刀具Φ4. 2X Φ6. 8階梯鉆，轉(zhuǎn)數(shù)1200rpm，給進速度0. 05mm/ rev，加工量15mm，加工孔數(shù)3孔，切削油使用。(耐磨損性)采用摩擦磨損試驗機(才1J工 > 歹7夕制EFM-三-F型)。試驗方法是這樣的，使不同的2個圓筒試樣(銷和試驗片盤)在其中心線上一致而旋轉(zhuǎn)，對銷施加一定的負荷，進行按壓，由此，產(chǎn)生摩擦磨損。銷為直徑5mmX高度8mm的SCr20 (浸碳淬火)件。試驗片盤通過擠壓件而切制，按照直徑60mmX高度5mm，面粗糙度1. 6Z以下，平面度0.01以下而加工。潤滑液采用制動流體，轉(zhuǎn)數(shù)160rpm，試驗期間50hr，加壓荷載20MPa。磨損量通過借助粗糙度測定儀對試驗片盤的磨損部測定的方式進行。(耐腐蝕性)像圖6所示的那樣，通過擠壓件而切制L35 X W35 X H35的試驗片，在中心部的螺紋部組裝達克羅(夕'々口)螺栓，然后，以圖6所示的試驗條件為基本循環(huán)，反復(fù)10個循環(huán)。在評價中，測定達克羅螺栓接觸面和附近的腐蝕深度。(晶體粒徑、Si粒徑)從擠壓件的中間部切制試樣，進行鏡面研磨精加工，然后進行蝕刻，通過400倍的光學(xué)顯微鏡而觀察，在監(jiān)視器上，以η = 20點測定平均的部位的晶體粒徑和Si粒徑，求出其平均值。另外，在晶體粒徑和Si粒徑的值采用橢圓或細長形狀的場合，采用縱向的測定值。
(表面再結(jié)晶深度)通過擠壓件切制試樣，進行鏡面研磨精加工，然后對其蝕刻，通過50倍的光學(xué)顯微鏡觀察測定平均的部分。(考察)圖2的表中給出的各特性的目標值表示預(yù)計必須謀求充分地進行整體尺寸的減小、重量的減輕，以便用于汽車用ABS主體的值。在本發(fā)明的擠壓件中，如果疲勞強度在130MPa以上，則與比較例相比較，呈現(xiàn)較高的值。在此場合，即使在比較例1 7中的任意者中添加MruCr的情況下，平均晶體粒徑不在30 μ m以下，平均Si顆粒直徑不在20 μ m以下，相對該情況，在實施例1 3中，作為添加Mn、Cr以及rLr的結(jié)果，平均晶體粒徑在30 μ m以下，平均Si顆粒直徑在20 μ m以下， 抑制疲勞傳播，由此推定疲勞強度提高。比如，在比較例6中，添加0. 50 %的Mn成分，但是平均Si粒徑小于目標值，在比較例5、6中，添加0. 30%的Cr成分，但是平均Si粒徑小于目標值。作為參考，分別對實施例1的擠壓件與比較例1的擠壓件進行比較，圖3表示S-N 曲線測定結(jié)果，圖4表示平均晶體粒徑、平均Si顆粒直徑的測定結(jié)果，圖5表示表面的再結(jié)晶深度測定結(jié)果。另外，根據(jù)圖2的表的評價結(jié)果而知道，本發(fā)明的擠壓件的切削性也提高。此夕卜，在比較例1、2、5、6、7中，!^e成分小于0.4%，切削性差。在比較例7中，由于Si少Mg多，故耐磨損性差。在比較例3、4中，除了沒有添加^ 成分的方面，為與實施例接近的配比，但是，疲勞強度小于目標值。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性由于本發(fā)明的鋁合金擠壓件的耐磨損性、斂縫性、切削性和疲勞強度優(yōu)良，故可用于汽車的制動部件、各種產(chǎn)業(yè)機械的液壓控制部件等。
權(quán)利要求
1.一種疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件，其特征在于采用下述的鋁合金，該鋁合金按照質(zhì)量％計，包含Si :3. 0 8. 0%、Mg:0. 1 0.5%、Cu :0. 01 0. 5%、Zr 0. 1 0. 5%,Fe 0. 4 0. 9%，另外包含 Mn :0. 01 0. 5%,Cr :0. 01 0. 5%,Ti :0. 01 0. 中的一種或兩種以上，剩余物由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件，其特征在于，金屬組織中的平均Si顆粒直徑在20 μ m以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件，其特征在于，擠壓件的晶體顆粒的平均粒徑在30 μ m以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種疲勞強度和切削性優(yōu)良的耐磨損性鋁合金擠壓件。本發(fā)明的耐磨損性鋁合金擠壓件的特征在于，其采用下述的鋁合金，該鋁合金按照質(zhì)量％計，包含Si3.0～8.0％、Mg0.1～0.5％、Cu0.01～0.5％、Zr0.1～0.5％、Fe0.4～0.9％，另外包含Mn0.01～0.5％、Cr0.01～0.5％、Ti0.01～0.1％中的一種或兩種以上，剩余物由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號C22C21/02GK102459672SQ20108002847
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者柴田果林 申請人:愛信輕金屬株式會社