切削性优异的铝合金挤压材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适于在制造的过程中大量使用切削加工的机械零件等的高强度且切 削性优异的Al-Mg-Si系铝合金挤压材及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1~4中，记述有切削用Al-Mg-Si系铝合金挤压材。这些切削用铝合金 挤压材，为了提高切削性而添加1.5质量％以上的Si，使作为第二相硬质粒子的Si系晶化物 (Si相)大量分布在基体中。
[0003] 【先行技术文献】
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开平9-249931号公报
[0006] 专利文献2:日本特开平10-8175号公报 [0007] 专利文献3:日本特开2002-47525号公报 [0008] 专利文献4:日本特开2003-147468号公报
[0009]所述切削用Al-Mg-Si系铝合金，在凝固过程中使Si和Mg2Si晶化，另外，使作为不 可避免的杂质而包含的Fe和Al和Si所构成的针状的β-AlFeSi系化合物(β-AlFeSi相）晶化。 图1中表示均质化处理前的坯料的显微镜组织照片。带状的Si相(灰色)连结成网状，在其内 部点状分布有Mg 2Si相(黑色），沿Si相形成有针状的β-AlFeSi相（白色）。若挤压该Al-Mg-Si 系铝合金坯料，则挤压材发生咬粘(起皮），有挤压材表面的平滑性受损这样的问题。
[0010] Al-Mg-Si系铝合金挤压材之所以发生咬粘，是基于以下这样的理由。
[0011] 存在于挤压前的还料的带状的Si相，由于挤压造成的材料的变形和材料与拉模孔 定径带部的摩擦造成的加工放热，与Al相和Mg 2Si相发生共晶反应，由此发生局部熔融。由 于挤压材通过拉模孔定径带部时受到的剪切力，导致熔融点为起点，挤压材表面的材料(被 Si相包围的晶胞)脱落，咬粘发生。
[0012] 另外，存在于挤压前的坯料中的针状的β-AlFeSi相，由于挤压的加工放热，与 Mg2Si相发生包晶反应，由此导致局部熔融发生。若该局部熔融连续地发生而相连，则由于 挤压材通过拉模孔定径带部时受到的剪切力，挤压材表面的材料脱落，咬粘发生。
[0013] 模的内周面虽进行了镜面加工，但若咬粘发生，则挤压材的表面粗糙，平滑性丧 失。
[0014] 基于Si相、Al相和Mg2Si相的共晶反应的咬粘，能够通过对于挤压前的坯料以500 ~550°C进行4小时以上的均质化处理，使带状晶化的Si相断开(球状化)而减少。
[0015] 另一方面，基于β-AlFeSi相与Mg2Si相的包晶反应的咬粘，能够通过在500°C以上 进行长时间（Si量和Fe量多时为50小时左右）的均质化处理，使β-AlFeSi相α化(球状化），或 使压出速度降低而使加工放热量降低而减少。但是，长时间的均质化处理阻碍生产率，在成 本上也不利，压出速度的降低也阻碍生产率。
【发明内容】
[0016] 本发明鉴于切削用Al-Mg-Si系铝合金挤压材的制造所伴随的上述的间题点而形 成，其目的在于，不会伴随长时间的均质化处理和压出速度的降低，得到没有咬粘地表面平 滑的Al-Mg-Si系铝合金挤压材。
[0017] 本发明的Al-Mg-Si系铝合金挤压材，其特征在于，含有Si : 2.0~6.0质量％、Mg: 0.3~1.2质量％、Ti :0.01~0.2质量％，Fe含量限制在0.2质量％以下，余量由Al和不可避 免的杂质构成，直径5μπι以上的AlFeSi粒子在每50 X 50μπι的面积中有20个以下，并且直径2μ m以上的Mg2Si粒子在每50 X 50μπι的面积中有20个以下，挤压材表面的十点平均粗糙度Rz为 80μπι以下。上述铝合金挤压材，根据需要，还能够含有Mn: 0.1~1.0质量％和〇1:0.1~0.4质 量％中的一种以上。上述铝合金挤压材，根据需要，还能够含有Cr:0.03~0.1质量^^PZr: 0.03~0.1质量％中的一种以上。
[0018] 本发明的Al-Mg-Si系铝合金挤压材的制造方法，其特征在于，对于具有上述组成 的铝合金坯料，进行以500~550°C保持4~15小时的均质化处理，以50°C/小时以上的平均 冷却速度强制冷却至250°C以下的温度，加热至450~500°C，以3~lOm/min的压出速度进行 热挤压，以50°C/秒以上的平均冷却速度对于挤压材强制冷却，进行时效处理。根据这一制 造方法，能够得到本发明的上述Al-Mg-Si系错合金挤压材。
[0019] 根据本发明，在Si含量比较多的Al-Si-Mg系铝合金挤压材的制造中，不会伴随长 时间的均质化处理和压出速度的降低，而能够得到咬粘减少，具有十点平均粗糙度Rz为80μ m以下的平滑的表面的切削性优异的Al-Si-Mg系铝合金挤压材。
[0020] 本发明的Al-Si-Mg系铝合金挤压材，因为高强度且切削性优异，并且表面平滑，所 以外观良好，因此能够减少切削的加工量，根据情况，能够将挤压材的表面的一部分直接 (不切削)作为制品表面使用。
【附图说明】
[0021] 图1是均质化处理前的坯料的扫描型电子显微镜组织照片。
[0022]图2A是实施例No. 1的坯料的均质化处理后的扫描型电子显微镜组织照片。
[0023]图2B是由实施例No. 1的坯料得到的挤压材的扫描型电子显微镜组织照片。
[0024]图3A是实施例No. 12的坯料的均质化处理后的扫描型电子显微镜组织照片。
[0025]图3B是由实施例No. 12的坯料得到的挤压材的扫描型电子显微镜组织照片。
[0026]图4A是实施例No. 13的坯料的均质化处理后的扫描型电子显微镜组织照片。
[0027]图4B是由实施例No. 13的坯料得到的挤压材的扫描型电子显微镜组织照片。
【具体实施方式】
[0028]以下，对于本发明的Al-Si-Mg系铝合金挤压材及其制造方法，更详细地加以说明。 [0029](铝合金的组成）
[0030]本发明的铝合金，在以下方面具有特征，其含有Si:2.0~6.0质量％，Mg:0.3~1.2 质量％，Ti :0.01~0.2质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成。该错合金根据需要还含有 Mn:0.1~1.0质量％和&1:0.1~0.4质量％中的一种以上，根据需要还含有Cr:0.03~0.1质 量％和2^0.03~0.1质量％中的一种以上。该铝合金的组成本体是公知的，但在本发明中， 将不可避免的杂质之中的Fe的含量限制在0.2质量％以下。以下，对于本发明的铝合金的各 成分进行说明。
[0031] Si:2.0 ~6.0 质量 ％
[0032] Si在铝中形成作为第二相硬质粒子的Si系晶化物(Si相），使切肩的断开性良好， 使切削性提高。为此，Si需要添加超过向铝的固溶量的2质量％以上。另一方面，若添加 Si高 于6质量％，则粗大的Si相形成，Si相、Al相和Mg2Si相的共晶反应导致熔融开始点降低。为 了防止伴随熔融开始点的降低而来的局部熔融和咬粘的发生，需要抑制挤压时的加工放热 量，因此出现使压出速度降低的需要。因此，Si含量为2.0~6.0质量含量的下限优选 为3.5质量％，上限优选为4.5质量％。
[0033] Mg:0.3 ~1.2 质量 ％
[0034] Mg通过时效析出处理而作为微细的Mg2Si析出，使强度提高。为此，Mg优选添加0.3 质量％以上。另一方面，Mg2Si在凝固时也作为晶化物形成，挤压时与β-AlFeSi发生包晶反 应而使局部熔融发生，这成为咬粘的原因。若Mg含量高于1.2质量％ JjMg2Si的晶化物大量 形成，咬粘容易发生。因此，Mg含量为0.3~1.2质量％ Jg含量的下限优选为0.5质量％，上 限优选为0.9质量％。
[0035] Ti:0.01 ~0.2 质量 ％
[0036] Ti使铸造组织微细化而使机械的性质稳定化，因此而被添加，但在低于0.01质 量％时得不到这一效果，另一方面，即使高于0.2质量％添加，微细化效果也不会进一步提 高。因此，Ti含量为0.01~0.2质量％ 含量的下限优选为0.01质量％，上限优选为0.1质 量％。
[0037] Mn:0.1 ~1 ·0 质量％
[0038] Cu:0.1 ~0.4 质量 ％
[0039] Mn在均质化处理中作为分散粒子析出，使挤压材的晶粒微细，具有使强度提高的 效果，因此根据需要添加。Mn含量低于0.1质量％时，得不到充分的效果，另一方面，若高于 1.0质量％添加，则挤压性降低。因此，Mn含量为0.1~1.0质量％ Jn含量的下限优选为0.4 质量％，上限优选为0.8质量％。
[0040] Cu固溶化而提高挤压材的强度，因此代替Mn或与Mn-起根据需要被添加。但是，Cu 含量低于0.1质量％时，得不到充分的效果，另一方面，若添加0.4质量％而添加，则耐腐蚀 性和挤压性降低。因此，Cu含量为0.1~0.4质量％ Xu含量的下限优选为0.2质量％，上限优 选为0.3质量％。
[0041 ] Cr:0.03 ~0.1 质量 ％
[0042] Zr:0.03 ~0.1 质量 ％
[0043] Cr抑制再结晶而使晶粒微细化，提高挤压材的强度，因此根据需要添加。但是，Cr 含量低于0.03质量％时，得不到充分的效果，另一方面，若高于0.1质量％而添加，则挤压时 容易发生咬粘。因此，Cr含量为0.03~0.1质量％。
[0044] Zr抑制再结晶而使晶粒微细化，提高挤压材的强度，因此代替Cr或与Cr 一起根据 需要添加。但是，Zr含量低于0.03质量％时，得不