专利名称：疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件的制作方法
技术领域：
本发明涉及切削性和疲劳强度均优良的耐磨损用的铝合金挤压件。
背景技术：
在将铝合金挤压件用于汽车等的制动部件等的场合，要求所组装的滑动部件的耐磨损性，但是，在许多情况下，伴随该要求必须要求高的切削加工精度、敛缝加工精度。对比如汽车用防抱死制动系统(antilock brake system)所采用的促动器 (actuator)主体部件(ABS主体)，或横向滑移防止装置所采用的电子稳定控制(ESC)主体部件等，采用下述加工方式，即将驱动缸部分、液压回路槽等进行切削加工，在组装部件后进行敛缝加工。于是，近年来，不仅要求强度，还要求滑动部件的耐磨损性、对复杂的加工形状的切削性，而且还要求对于敛缝部的工作油等的耐压性和对反复载荷具有高的疲劳强度。但是，在过去，在用于这种部件的铝合金挤压件中，Si颗粒、狗颗粒分散于金属组织中，为使耐磨损性和切削性同时成立的部件，疲劳强度不充分。特别是，近年来伴随汽车的重量的减轻，还要求ABS主体的整体尺寸、重量的进一步减小，但是，没有尽可能对应于该要求的铝合金挤压件。比如，在专利文献1中，公开有切削性和耐腐蚀性优良的耐磨损用的铝合金挤压件，但是，其敛缝性和疲劳强度等尚不充分。专利文献1 日本第3886270号专利公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件。本发明的耐磨损性铝合金挤压件的特征在于，其采用下述的疲劳强度和切削性优良的铝合金，该铝合金按照质量％计，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. 中的一种或两种以上，剩余物由Al和不可避免的杂质构成。在过去，人们知道，如果添加少量的Zr、Mn、Cr成分，则挤压件的晶体颗粒细微化。但是，作为本发明具体探讨的结果，仅仅通过晶体颗粒的细微化，疲劳强度无法按照期待的程度提高。于是，具体地对Zr、Mn、Cr各成分的影响进行比较探讨，作为Mn和Cr并不那么被认可，仅仅ττ而被充分认可，作为效果，显然，如果添加规定量的ττ则金属组织中的Si颗粒会细微化。其结果是，可抑制疲劳传播，疲劳强度得到提高。于是，平均Si颗粒直径优选在20 μ m以下，挤压件的晶粒的平均粒径优选在30 μ m 以下。下面对本发明的控制成分范围的理由进行说明。
(Si 和 Mg 成分)对于Si成分，其目的不但在于通过析出Mg成分和Mg2Si而获得熟化硬化的强度， 而且在于确保金属组织中的Si颗粒的耐磨损性。于是，为了确保强度，必须要求添加Mg成分，但是，由于Si的一部分通过Mg形成 Mg2Si,故有助于耐磨损性的Si颗粒会大大受到Mg的添加量的影响。如果考虑到这些因素，从强度方面说，Mg的成分最低必须在0. 以上，为了提高强度，可设定在0.3%以上。如果Mg成分过多，则敛缝性降低，挤压性也降低，由此，可在0.5%以下，最好在 0. 45%以下。在像这样设定Mg成分范围的场合，Si成分必须在3. 0%以上，为了确保稳定的耐磨损性，Si成分最好在4. 1 6. 的范围内。另外，如果在金属组织中，存在大量的硬质的细微的Si颗粒，则从以该Si颗粒为起点，切屑分散的效果来说，在8.0%以下为好。但是，由于Si颗粒构成疲劳龟裂的起点，故像后述的那样，必须进行细微化处理。(Cu 成分)Cu成分对于确保敛缝性，并且提高强度来说是有效的，Cu按照某种程度固溶，由此通过该固溶效果，强度提高，并且切削性也提高。如果考虑这些效果，必须在0.01%以上，如果Cu添加量多，由于容易产生电位差腐蚀，故Cu成分可在0. 50%以下，最好Cu在0. 10 0. 20%的范围内。特别是最好，上限可在0. 14%以下。(Fe 成分)如果添加!^e成分，则!^e颗粒分散于晶粒边界处，以该！^颗粒为起点使切屑破损， 由此，切削性提高。为了获得该效果，！^成分可在0.40%以上，如果超过0.9%，则!^e颗粒过多地析出于晶粒边界处，这样，材料的粘性小，敛缝性降低。于是，!^e成分可在0. 4 0. 9%的范围内，最好在0. 5 0. 8%的范围内。(Zr 成分)Zr成分不仅抑制再结晶，使晶体颗粒细微化，而且通过Si颗粒的细微化，抑制疲劳传播，有助于疲劳强度的提高和切削性的提高。为了获得该效果，&成分在0. 1 %以上为好，如果超过0. 5%，则ττ具有产生初晶生成物的危险，敛缝性降低。于是，^ 成分可在0. 10 0.5%的范围内，为了使Si颗粒进一步细微化，最好在 0. 14%以上，从敛缝性的观点，最好在0. 3%以下。(Mn 成分)Mn成分对于Si颗粒的细微化的效果小，但是具有抑制再结晶、晶体颗粒的细微化的效果。于是，有助于晶体颗粒的细微化产生的疲劳强度的提高和切削性的提高。为了获得该效果，Mn成分必须在0.01%以上，Mn在晶粒边界处析出，则具有电位差腐蚀的危险，而且构成降低敛缝性的原因，由此，在0. 5%以下为好。
最好，在0.05 0. 15%的范围内。(Cr 成分)同样Cr成分虽然对于Si颗粒的细微化的效果小，但是，其抑制再结晶，具有晶体颗粒的细微化的效果。为了获得该效果，Cr成分必须在0. 01 %以上，对于Cr，具有产生初晶生成物的危险，构成降低敛缝性的原因，由此，可在0. 5%以下。最好在0.05 0. 15%的范围内。(Ti 成分)Ti成分具有晶体颗粒的细微化的效果，如果是微量的，则切削性也提高，但是，如果超过0. 1%，则使切削刀具的寿命缩短。于是，Ti成分可在0.01 0. 的范围内。在本发明的耐磨损性铝合金挤压件中，可一边通过Si、Mg、Fe、Cu、Mn、Cr成分的调整维持耐磨损性，一边谋求敛缝性和切削性的同时成立，另外，可通过ττ成分的调整，使Si 颗粒细微化，提高疲劳强度。
图1表示评价所采用的挤压件的合金组成；图2表示评价结果；图3表示本发明的挤压件和比较挤压件的S-N曲线的比较例；图4为测定晶体颗粒直径和Si颗粒直径的显微镜照片例子；图5为测定表面再结晶的深度的显微镜照片例子；图6表示耐腐蚀性的评价条件。
具体实施例方式采用图1的表所示的各化学成分和剩余部分由铝和不可避免的杂质组成的金属溶液，按照图1的表所示的铸造速度70 lOOmm/min铸造8英寸坯材，在460 590°C的范围内进行6小时以上的均质化处理。另外，在图1的表中，Si为杂质，如果其含量在0.05%以下，则不产生影响。在450 510°C的范围内利用余热对该坯材进行加热，按照挤压速度5 lOm/min 对约40mmX IOOmm的矩形形状的挤压件进行挤压成形。在T6热处理中，在挤压后，进行基于水冷的模(dice)端淬火处理，然后，在160 195°C的范围内，进行2 8小时的加热处理，进行人工熟化处理。图2的表表示采用像这样获得的挤压件，按照下述这样的条件而分别进行评价的结果。(疲劳特性)根据JIS-Z2274，通过挤压件制作JIS-1号(1_8)旋转弯曲疲劳试验片，通过符合 JIS规格的小野式旋转弯曲疲劳试验机(小野式回転曲α疲労試験機)进行疲劳试验，根据该S-N曲线求出疲劳强度。(拉伸特性)
根据JIS-Z2M1，通过挤压件制作JIS-UB号拉伸试验片，通过符合JIS规格的拉伸试验机测定拉伸强度、0. 2%拉伸强度、断裂拉伸量。(HRB 硬度)通过π ^々々工> B ^ * —义硬度仪测定挤压件的表面硬度。(敛缝性)采用冷镦性试验方法。通过挤压件采取直径14mm X高度2 Imm的试验片，在低温下，沿轴向而对它进行镦锻冲压，求出在侧面开始产生微小裂缝时的极限镦锻率。极限镦锻率通过下述式而求出。
ε he = [ (hO-hc) /h0] X 100ε he:极限镦锻率(％)hO:试验片的原始高度he 裂缝发生时的试验片的高度对于试验条件，在室温下，压缩速度为lOmm/s，试验片采用25吨的自动绘图仪(岛津制作所)。(切削性)表中切削长度在20mm以下指最大切屑长度，该最大切屑长度为在下述的试验条件下发生的切屑中最大的切屑长度。切屑试验条件，刀具Φ4. 2X Φ6. 8阶梯钻，转数1200rpm，给进速度0. 05mm/ rev，加工量15mm，加工孔数3孔，切削油使用。(耐磨损性)采用摩擦磨损试验机(才1J工 > 歹7夕制EFM-三-F型)。试验方法是这样的，使不同的2个圆筒试样(销和试验片盘)在其中心线上一致而旋转，对销施加一定的负荷，进行按压，由此，产生摩擦磨损。销为直径5mmX高度8mm的SCr20 (浸碳淬火)件。试验片盘通过挤压件而切制，按照直径60mmX高度5mm，面粗糙度1. 6Z以下，平面度0.01以下而加工。润滑液采用制动流体，转数160rpm，试验期间50hr，加压荷载20MPa。磨损量通过借助粗糙度测定仪对试验片盘的磨损部测定的方式进行。(耐腐蚀性)像图6所示的那样，通过挤压件而切制L35 X W35 X H35的试验片，在中心部的螺纹部组装达克罗(夕'々口)螺栓，然后，以图6所示的试验条件为基本循环，反复10个循环。在评价中，测定达克罗螺栓接触面和附近的腐蚀深度。(晶体粒径、Si粒径)从挤压件的中间部切制试样，进行镜面研磨精加工，然后进行蚀刻，通过400倍的光学显微镜而观察，在监视器上，以η = 20点测定平均的部位的晶体粒径和Si粒径，求出其平均值。另外，在晶体粒径和Si粒径的值采用椭圆或细长形状的场合，采用纵向的测定值。
(表面再结晶深度)通过挤压件切制试样，进行镜面研磨精加工，然后对其蚀刻，通过50倍的光学显微镜观察测定平均的部分。(考察)图2的表中给出的各特性的目标值表示预计必须谋求充分地进行整体尺寸的减小、重量的减轻，以便用于汽车用ABS主体的值。在本发明的挤压件中，如果疲劳强度在130MPa以上，则与比较例相比较，呈现较高的值。在此场合，即使在比较例1 7中的任意者中添加MruCr的情况下，平均晶体粒径不在30 μ m以下，平均Si颗粒直径不在20 μ m以下，相对该情况，在实施例1 3中，作为添加Mn、Cr以及rLr的结果，平均晶体粒径在30 μ m以下，平均Si颗粒直径在20 μ m以下， 抑制疲劳传播，由此推定疲劳强度提高。比如，在比较例6中，添加0. 50 %的Mn成分，但是平均Si粒径小于目标值，在比较例5、6中，添加0. 30%的Cr成分，但是平均Si粒径小于目标值。作为参考，分别对实施例1的挤压件与比较例1的挤压件进行比较，图3表示S-N 曲线测定结果，图4表示平均晶体粒径、平均Si颗粒直径的测定结果，图5表示表面的再结晶深度测定结果。另外，根据图2的表的评价结果而知道，本发明的挤压件的切削性也提高。此夕卜，在比较例1、2、5、6、7中，!^e成分小于0.4%，切削性差。在比较例7中，由于Si少Mg多，故耐磨损性差。在比较例3、4中，除了没有添加^ 成分的方面，为与实施例接近的配比，但是，疲劳强度小于目标值。产业上的利用可能性由于本发明的铝合金挤压件的耐磨损性、敛缝性、切削性和疲劳强度优良，故可用于汽车的制动部件、各种产业机械的液压控制部件等。
权利要求
1.一种疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件，其特征在于采用下述的铝合金，该铝合金按照质量％计，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. 中的一种或两种以上，剩余物由Al和不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件，其特征在于，金属组织中的平均Si颗粒直径在20 μ m以下。
3.根据权利要求1或2所述的疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件，其特征在于，挤压件的晶体颗粒的平均粒径在30 μ m以下。
全文摘要
本发明提供一种疲劳强度和切削性优良的耐磨损性铝合金挤压件。本发明的耐磨损性铝合金挤压件的特征在于，其采用下述的铝合金，该铝合金按照质量％计，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％中的一种或两种以上，剩余物由Al和不可避免的杂质构成。
文档编号C22C21/02GK102459672SQ20108002847
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年6月29日
发明者柴田果林 申请人:爱信轻金属株式会社