切削性优异的铝合金和铝合金材及其制造方法

专利名称：切削性优异的铝合金和铝合金材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及Al-Mg-Si系的切削性优异的铝合金和铝合金材及其制造方法。
背景技术：
在现有技术中可以看到这样的问题在铝合金材的切削加工中，切屑连续，必须有切屑处理的工序、和除去车削时制品角部和钻孔加工时钻头孔周围生成的毛刺的工序。
为了解决这些问题，提出了通过添加以Pb、Bi、Sn为代表的低熔点元素、提高切屑的切断性，切削性良好并可以抑制毛刺生成的易切削性铝合金。
但是，这些低熔点元素在晶界偏析的情况多，例如，实施强力切削时，因加工中的发热会导致局部熔融，成为发生裂纹的原因。另外，从地球环境保护的观点出发，制造并使用含有害元素Pb的易切削性铝合金材是极严重的问题，而且，还存在使铝制品的再循环性降低的难点。
为此，作为上述低熔点元素的代替元素，开发了添加Si、Cu的易切削性铝合金。
例如，在特开平11-12705号公报中，公开了添加了3～11质量％的Si的锻造用铝合金，在特开平9-249931号公报中，公开了添加了1.5～12.0质量％的Si的高耐腐蚀铝合金，在特开平2-97638号公报中，公开了添加了2.0～12.5质量％的Si和1.0～6.5质量％的Cu的磁带接触部件用铝合金。这些铝合金材使硬质的Si粒子分散在铝的基体中，切削时通过Si粒子的粉碎或者Si粒子与基体界面的剥离对切屑进行细分。这些铝合金材不含低熔点金属，因而再循环性优良，而且耐蚀性和耐热性也优良。
另外，这些铝合金材通过铸造成规定组成的挤压毛坯后，在400～600℃的范围内实施均匀化处理，在350～550℃下进行挤压加工，在挤压模出口端淬火，或切断成1～5m的长尺寸材后实施固溶处理而制造。
但是，在上述现有的易切削性铝合金中，存在的问题是，在Si添加量超过5％的合金组成中，由于Si粒子大量分散，因而具有锐角部的Si粒子对切削工具的刀尖进行破坏，工具的磨损激增，并且因损伤使工具低寿命化。另外，Cu添加量多的铝合金还存在耐蚀性差的问题。
另外，在上述制造工序中有以下特性铸造毛坯时，Si粒子也有成为1μm或1μm以下的情况，而通过其后的300℃或300℃以上的热处理会长大成超过1μm的尺寸。因而，就会出现这样的问题在经过均匀化处理、挤压加工、在挤压模出口端淬火、固溶处理的各工序期间，Si粒子长大，最终成为5～10μm的范围，在经过上述一系列的工序的合金材中，其切削性比铸造材更降低，切削工具的磨损和损伤显著。具体地说，铝基体中存在平均粒径超过5μm的大的Si粒子时，切削工具的磨损或被称为卷刃的工具损伤激增。而且，因这些工具损伤，长时间连续切削加工中的切削加工表面的质量变差。另外，如果对存在这样粗大Si粒子的铝合金材实施表面钝化处理时，由于在表面露出的Si粒子和铝基体中表面钝化皮膜的生成速度不同，所以还存在膜厚不均匀的问题。
发明的公开鉴于上述技术背景，本发明的目的在于，提供一种具有优异的切削性，同时可以抑制切削工具的磨损和卷刃等的损伤，还具有良好的表面钝化处理性的铝合金，铝合金材及其制造方法。
本发明由以下内容构成根据化学组成大致区分为4种的铝合金、具有与各化学组成对应的金属组织的铝合金材和这些铝合金材的制造方法。
第1种铝合金的基本要点是，含有Mg0.3～6质量％、Si0.3～10质量％、Zn0.05～1质量％和Sr0.001～0.3质量％、其余由Al和杂质组成。
在上述第1种铝合金中，优选Mg含量为0.5～1.1质量％。优选Si含量为1.5～5质量％。优选Zn含量为0.1～0.3质量％。优选Sr含量为0.005～0.05质量％。
第2种铝合金的基本要点是，含有Mg0.3～6质量％、Si0.3～10质量％、Zn0.05～1质量％和Sr0.001～0.3质量％，另外，作为选择的添加元素含有从Cu0.01质量％或0.01质量％以上且不足1质量％、Fe0.01～1质量％、Mn0.01～1质量％、Cr0.01～1质量％、Zr0.01～1质量％、Ti0.01～1质量％、Na0.001～0.5质量％、Ca0.001～0.5质量％中选择的1种或1种以上，其余由Al和杂质组成。
在上述第2种铝合金中，优选Mg含量为0.5～1.1质量％。优选Si含量为1.5～5质量％。优选Zn含量为0.1～0.3质量％。优选Sr含量为0.005～0.05质量％。
另外，在上述第2种铝合金中，优选选择的添加元素是Cu。优选选择的添加元素是Fe。优选选择的添加元素是Cr、Mn中的1种或1种以上。优选选择的添加元素是Zr。优选选择的添加元素是Ti。优选选择的添加元素是Na、Ca中的1种或1种以上。
另外，在上述第2种铝合金中，优选Cu的含量是0.1～0.3质量％。优选Fe的含量是0.1～0.3质量％。优选Mn的含量是0.1～0.3质量％。优选Cr的含量是0.1～0.3质量％。优选Zr的含量是0.1～0.3质量％。优选Ti的含量是0.1～0.3质量％。优选Na的含量是0.005～0.3质量％。优选Ca的含量是0.005～0.3wt。
本发明的一种铝合金材的基本要点是，在化学组成上，由第1和第2种铝合金、即权利要求第1～24项的任一种铝合金组成；在合金组织上，Si粒子的平均粒径是1～5μm，同时Si粒子的平均长短径比是1～3。
在上述铝合金材中，优选上述Si粒子的平均粒径是3μm或3μm以下。优选上述Si粒子的平均长短径比是2或2以下。
本发明的一种铝合金材的制造方法的基本要点是，以10～180mm/min的铸造速度制作由第1和第2种铝合金、即权利要求第1～24项的任一种铝合金构成的毛坯，将上述毛坯在400～570℃下保持6小时或6小时以上进行均匀化处理后，在毛坯温度300～550℃、挤压制品速度0.5～100m/min、挤压比10～200的条件下挤压成所要形状，将该挤压材在400～570℃下保持1小时或1小时以上进行固溶处理，再在90～300℃下保持1～30小时进行时效处理。
在上述铝合金材的制造方法中，优选上述铸造速度是30～130mm/min。优选上述均匀化处理在500～545℃下保持10小时或10小时以上而进行。优选上述挤压在毛坯温度350～500℃、挤压制品速度2～30m/min、挤压比20～85的条件下进行。优选上述固溶处理在500～545℃下保持3小时或3小时以上而进行。优选上述时效处理在140～200℃下保持3～20小时而进行。优选对于上述固溶处理后的挤压材以5～30％的断面收缩率进行所要形状的拉拔，然后进行上述时效处理，特别优选拉拔的断面收缩率是10～20％。
第3种铝合金的基本要点是，含有Mg0.1～6质量％、Si0.3～12.5质量％、Cu0.01质量％或0.01质量％以上不到1质量％、Zn0.01～3质量％和Sr0.001～0.5质量％，其余由Al和杂质组成。
在上述第3种铝合金中，优选Mg含量是0.3～5质量％。优选Si含量是0.8～12质量％。优选Cu含量是0.1～0.8质量％。优选Zn含量是0.05～1.5质量％。优选Sr含量是0.005～0.3质量％。
第4种铝合金的基本要点是，含有Mg0.1～6质量％、Si0.3～12.5质量％、Cu0.01质量％或0.01质量％以上不到1质量％、Zn0.01～3质量％和Sr0.001～0.5质量％，另外，作为选择的添加元素含有从Ti0.001～1质量％、B0.0001～0.03质量％、C0.0001～0.5质量％、Fe0.01～1质量％、Cr0.01～1质量％、Mn0.01～1质量％、Zr0.01～1质量％、V0.01～1质量％、Sc0.0001～0.5质量％、Ni0.005～1质量％、Na0.001～0.5质量％、Sb0.001～0.5质量％、Ca0.001～0.5质量％、Sn0.01～1质量％、Bi0.01～1质量％、In0.001～0.5质量％中选择的1种或1种以上，其余由Al和杂质组成。
在上述第4种铝合金中，优选Mg含量为0.3～5质量％。优选Si含量是0.8～12质量％。优选Cu含量是0.1～0.8质量％。优选Zn含量是0.05～1.5质量％。优选Sr含量是0.005～0.03质量％。
另外，上述第4种铝合金中，优选选择的添加元素是Ti、B、C、Sc中的1种或1种以上。优选选择的添加元素是Fe。优选选择的添加元素是Cr、Mn中的1种或1种以上。优选选择的添加元素是Zr、V中的1种或1种以上。优选选择的添加元素是Ni。优选选择的添加元素是Na、Sb、Ca中的1种或1种以上。优选选择的添加元素是Sn、Bi、In中的1种或1种以上。
另外，在上述第4种铝合金中，优选Ti的含量是0.003～0.5质量％。优选B的含量是0.0005～0.01质量％。优选C的含量是0.001～0.3质量％。优选Fe的含量是0.05～0.7质量％。优选Cr的含量是0.03～0.7质量％。优选Mn的含量是0.03～0.7质量％。优选Zr的含量是0.03～0.7质量％。优选V的含量是0.03～0.7质量％。
优选Sc的含量是0.01～0.3质量％。优选Ni的含量是0.03～0.7质量％。优选Na的含量是0.005～0.3质量％。优选Sb的含量是0.005～0.3质量％。优选Ca的含量是0.005～0.3质量％。优选Sn的含量是0.05～0.5质量％。
优选Bi的含量是0.05～0.5质量％。优选In的含量是0.01～0.3质量％。
本发明的另一种铝合金材的基本要点是，在化学组成上，由第3和第4种铝合金、即权利要求第36～70项的任一种铝合金组成；在金属组织上，平均枝晶臂间距是1～200μm，在树枝状晶的边界上，含有平均粒径0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子，其长度方向的平均骨架线长度(Lm)是0.5μm或0.5μm以上、平均宽度(Wm)是0.5μm或0.5μm以上的共晶片状组织形成网状。
优选在上述铝合金材中，上述共晶片状组织中的上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子总计有500个/mm2或500个/mm2以上，并且这些粒子的面积占有率是0.1～50％。优选上述平均枝晶臂间距是3～100μm。优选上述共晶Si粒子的平均粒径是0.1～3μm。优选上述共晶片状组织的平均骨架线长度(Lm)是3μm或3μm以上、平均宽度(Wm)是1μm或1μm以上。优选上述共晶片状组织的骨架线长度和宽度的平均比(L/Wm)是3或3以上。
另外，优选上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子总计有1000个/mm2或1000个/mm2以上。优选上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子的面积占有率是0.3～40％。
本发明的另一种铝合金材的制造方法的基本要点是，将使第3和第4种铝合金、即权利要求第36～70项的任一项所述的铝合金保持在固相线温度或固相线温度以上的金属熔液，以30～5000mm/分的铸造速度、10～600℃/秒的冷却速度连续铸造成所需要断面形状的型材，然后在100～300℃下保持0.5～100小时实施时效处理。
在上述铝合金材的制造方法中，优选上述铸造速度是100～2000mm/分。优选上述冷却速度是30～300℃/秒。优选上述时效处理在120～220℃下保持1～30小时而进行。优选上述型材是实心形状材。优选上述型材在断面上与直径10～150mm的圆外接。优选对于上述连续铸造后的型材，除去表层深度0.1～10mm的部分，特别优选上述表层的除去量是深度0.2～5.0。
另外，对于连续铸造后的型材，优选在400℃或400℃以下的温度下，进行断面收缩率是30％或30％以下的二次成形加工。另外，优选上述加工温度是250℃或250℃以下。优选上述断面收缩率是20％或20％以下。
在以下的说明中，将第1～第4的4种铝合金分成共同具有必须元素Mg、Si、Zn、Sr的第1及第2铝合金和共同具有必须元素Mg、Si、Cu、Zn、Sr的第3及第4铝合金而进行详细叙述。另外，在与这些组成对应的铝合金材及其制造方法中，对各铝合金组成继续进行说明。
I.第1和第2种铝合金和合金材及其制造方法(权利要求第1～35项)第1和第2种铝合金和具有这些化学组成的合金材，一面通过基于Si粒子的切屑切断性可以确保良好的切削性，一面通过使Si粒子球状化和微细化而可以抑制工具的磨损和损伤。另外，除了由主要的析出物Mg2Si产生的强化外，通过过剩的Si粒子，其强度比现有的合金也显著提高。
以下详细叙述在铝合金和合金材中的各元素的添加意义和含量的限定理由。
在上述铝合金的组成中，Mg、Si、Zn和Sr这4种元素是必须元素。本发明的第1种铝合金(权利要求第1～5项)由这4种元素和其余为Al和杂质组成。
Mg固溶于合金基体中，同时与过剩的Si等结合，作为Mg2Si等的析出物分散在基体中，使机械特性、特别是屈服强度提高，通过与其他的固溶型元素的协同效果进一步使合金的切削性提高。Mg含量在不足0.3质量％时，上述效果不足，另一方面，超过6.0质量％时，会促进合金熔液的氧化，并且塑性加工性也变差，因而取为0.3～6质量％。优选Mg含量是0.5～1.1质量％。
Si向Al中的固溶量少，因而除了为形成化合物需要的量以外，作为Si的单体粒子分散在基体中。在Si粒子分散的合金组织中，由于由切削工具产生的Si粒子的粉碎或者Si粒子和Al母相的界面剥离，切屑可以迅速地进行切断，使切削性提高。另外，通过作为必须元素添加的Sr或任意添加的Na、Ca，使Si粒子球状化同时微细化，由此也将提高切削性。Si含量在不足0.3质量％时，提高切屑切断性的效果不足，另一方面，超过10质量％时，虽然切屑切断性提高，但由于切削工具磨损显著，生产率降低，所以有必要取0.3～10质量％。由这样的观点，优选Si含量是1.5～5质量％。
Zn固溶于合金基体中，同时与Mg结合，作为MgZn2等的析出物分散在基体中。因此，可以提高铝合金的机械特性，通过与其他的固溶型元素的协同效果提高合金的切削性。Zn含量在不足0.05质量％时，上述效果不足，另一方面，超过1质量％时，恐怕耐蚀性会降低，因而有必要取为0.05～1质量％。另外，如果在上述范围内，有提高表面钝化处理皮膜的生成速度的效果，适宜使用于以提高耐磨性等作为目的的表面钝化处理的制品。优选Zn含量是0.1～0.3质量％。
Sr通过与Si共存，可以使凝固时的共晶Si、初晶Si球状化，同时微细化。因此，间接地使切屑切断性良好而提高切削性，同时有抑制切削工具的磨损和损伤的效果。另外，在连续铸造、挤压、拉拔等的工序中使Si粒子均匀而且微细地分散，有进一步提高切削性的效果。Sr含量在不足0.001质量％时，上述效果不足，另外，Si粒子未被球状化而生成锐角部时，切削工具的磨损显著，另一方面，超过0.3质量％时，上述效果饱和，失去多量添加的意义，因而取0.001～0.3质量％。优选Sr含量是0.005～0.05质量％。
本发明的第2种铝合金(权利要求第6～24项)以进一步提高合金的诸特性作为目的，以含有上述必须4种元素的铝合金作为基本组成，还添加了从Cu、Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Na、Ca的8种元素中选择的任意一种或任意组合的2种或2种以上的元素。
Cu固溶于合金基体中，同时与Al结合，作为CuAl2等的析出物分散在基体中。因此，使铝合金的机械特性提高，通过与其他的固溶型元素的协同效果提高合金的切削性。Cu含量在不足0.01质量％时，上述效果不足，另一方面，在1质量％或1质量％以上时，恐怕耐蚀性会降低，因而优选为0.01质量％或0.01质量％以上、不足1质量％。特别优选Cu含量是0.1～0.3质量％。
Fe是在铝合金中不可避免地被含有的元素。但是，如果其含量在0.01～1质量％的范围内，由于是以通常铝合金的制造品质含有的量，所以不必有谋求降低Fe的格外的工序。另外，由于只要在上述范围内就与Si的结合量少，所以可以使Si作为单独粒子分散成对切屑切断性有效果的Si，从而能维持优异的切屑切断性。如果要将Fe含量降低到不足0.01质量％，则成本增加，如果超过1质量％，则与Si的化合物增加，Si单独粒子减少，切屑切断性将降低。特别优选Fe含量是0.1～0.3质量％。
Mn和Cr都是为了在铝合金中通过抑制再结晶化而提高机械强度，同时提高耐蚀性而被添加的。Mn含量和Cr含量在不足0.01质量％时，抑制再结晶化的效果不足，不能期望机械性能和耐蚀性的提高，另外，因由再结晶化造成的粗大晶粒的形成，使断面方向上的切屑切断性不稳定，另一方面，超过1质量％时，挤压时的热变形阻力上升而使生产率降低，因而优选为0.01～1质量％。另外，由于只要Mn含量和Cr含量分别在该范围内就与Si的结合量少，所以可以使Si作为单独粒子分散成对切屑切断性有效果的Si，从而能维持优异的切屑切断性。Mn含量和Cr含量超过1质量％时，与Si的化合物增加，Si单独粒子减少，切屑切断性将降低。特别优选Mn含量和Cr含量分别是0.1～0.3质量％。
Zr在铝合金中为了可以通过抑制由再结晶造成的粗大晶粒的生成而提高机械强度，同时提高耐蚀性而被添加。另外，通过与Al之间形成金属间化合物，并分散在基体中而提高切削性。Zr含量在不足0.01质量％时，抑制再结晶化的效果不足，不能期望机械性能和耐蚀性的提高，另外，因形成由再结晶化造成的粗大晶粒，在断面方向上的切屑切断性不稳定，而且提高切削性的效果也不足。另一方面，超过1质量％时，挤压性或铸造性显著降低，因而优选为0.01～1质量％。由这样的观点，特别优选Zr含量是0.1～0.3质量％。
Ti与Zr同样为了在铝合金中通过抑制由再结晶造成的粗大晶粒的生成而提高机械强度，同时提高耐蚀性而被添加。Ti含量在不足0.01质量％时，抑制再结晶化的效果不足，不能期望机械性能和耐蚀性的提高，另外，因形成由再结晶化造成的粗大晶粒，在断面方向上的切屑切断性不稳定，另一方面，如果超过1质量％，挤压性或铸造性显著降低，因而优选为0.01～1质量％。由这样的观点，特别优选Ti含量是0.1～0.3质量％。
Na和Ca与上述Sr同样是为了谋求Si粒子的球状化，同时使其均匀分散而添加的元素。Na含量在不足0.001质量％时，上述效果不足，即使超过0.5质量％，效果也饱和，因而优选为0.001～0.5质量％。另外，Ca含量在不足0.001质量％时，上述效果不足，即使超过0.5质量％，效果也饱和，因而优选为0.001～0.5质量％。特别优选Na含量是0.005～0.3质量％，特别优选Ca含量是0.005～0.3质量％。
另外，在本发明的铝合金和合金材中，由于对Si单独粒子的球状化和均匀分散性有效的Sr是作为必须成分而含有，所以Na和Ca的添加是任意的，即使不添加它们，也能够确保Si粒子的球状化和均匀分散性。
上述任意选择的8种元素，只要在必须的4种元素中至少添加1种或任意组合的2种或2种以上，就能够得到相应的效果。权利要求第11～16项的铝合金就是为了得到所要的效果而选择了添加元素的铝合金。另外，添加2种或2种以上的场合，更优选将效果不同的元素选择的组合起来。例如，可以分为以下各组元素通过CuAl2等的析出物而提高机械特性的A组元素(Cu)，使Si作为单独粒子而分散的B组元素(Fe)，通过抑制再结晶化而提高机械强度的C组元素(Cr、Mn)，通过抑制由再结晶造成的粗大晶粒的生成而提高机械强度、同时对提高耐蚀性有效果的D组元素(Ti)、通过抑制由再结晶造成的粗大晶粒的生成而提高机械强度、同时对提高耐蚀性有效果、还通过形成金属间化合物而提高切削性的E组元素(Zr)，对Si粒子球状化和微细化有效果的F组元素(Na、Ca)。而且，对于必须元素，可以任意组合1组或1组以上而添加。另外，在由多个元素组成的组中，可以在组内任意地选择1种或1种以上。另外，以组单位选择任意添加元素的场合，各元素的含量也取为上述范围之内。
权利要求第25～27项的铝合金材在将合金的化学组成规定为上述范围(权利要求第1～24项)之后，在合金组织上规定了Si粒子的平均粒径和平均长短径比。
Si粒子成为切削时的切屑切断的起点而使切削性提高，但为了抑制工具的磨损，要求其是微细和球状的，将平均粒径取为1～5μm，平均长短径比取为1～3。Si粒子有Si含量越多、平均粒径、平均长短径比也越大的倾向，即使平均粒径超过5μm，也可以得到良好的切削性，但平均长短径比变大时，工具的磨损激增。因此，在本发明中，为了实现良好的切削性和抑制工具磨损这两方面，要将Si粒子的平均粒径和平均长短径比规定在上述范围内。从可以得到优异的切削性同时能够抑制工具的磨损的观点出发，优选Si粒子的平均粒径是3μm或3μm以下，优选平均长短径比是2或2以下。
上述的铝合金材用权利要求第28～35项的方法制造。即，通过使用规定化学组成的合金，规定从毛坯的铸造直至挤压或进行再拉拔的加工条件和热处理条件，就可以制造微细状态且被球状化的Si粒子均匀分布的合金材。
以10～180mm/min的铸造速度制作毛坯。其间，金属熔液中的Si-Sr化合物成为核，球状化的初晶Si和共晶Si分散在Al中，通过其后的热处理和挤压加工或拉拔加工，可以得到微细地进行了球状化的Si粒子。另外，因在晶界的局部偏析也少、能够在断面内均匀分布，所以可以得到稳定的切屑切断性。铸造速度在不足10mm/min时，Si粒子粗大化而粒子分布变稀疏，因而不能得到稳定的切屑切断性。另一方面，比180mm/min快时，恐怕铸坯表面变差或出现凝固裂纹。优选的铸造速度是30～130mm/min。
通过在400～570℃下保持6小时或6小时以上进行毛坯的均匀化处理。由于通过这样的均匀化处理，可以使Si粒子稳定长大，而且使其他的固溶型元素固溶，所以在树枝状晶的边界或晶界上没有局部偏析，最终形成的合金材的切削性、机械特征、耐蚀性良好。均匀化处理的条件在不足400℃或不足6小时时，Si粒子不能稳定长大，另外，固溶型元素不能在Al中扩散、固溶。因此，偏析部的耐蚀性降低，另外也不能得到稳定的切屑切断性。另一方面，超过570℃时，由于Al和其他的各元素的共晶熔融，在合金组织中形成空隙，导致机械特性降低。优选的均匀化处理条件是在500～545℃下保持10小时或10小时以上。
在毛坯温度为300～550℃、挤压制品速度为0.5～100m/min、挤压比为10～200的条件下进行挤压。通过在此范围内进行挤压，Si粒子不发生局部偏析地均匀地分散在晶界上，不损坏最终得到的合金材的切削性、机械特性、耐蚀性。另外，生产率也良好。毛坯温度在不足300℃时，挤压速度降低，生产率变差。挤压制品速度在不足0.5m/min的场合，生产率也变差。另外，挤压比在不足10时，由于Si粒子的分散状态不能均匀化、在原树枝状晶的边界上发生局部偏析，所以切削性的稳定性欠佳，而且机械特性、耐蚀性降低。另一方面，毛坯温度超过550℃或挤压制品速度超过100m/min或挤压比超过200时，在挤压材的表面会产生挤裂或粘着等，表面质量下降。优选毛坯温度是350～500℃，优选挤压制品速度是2～30m/min、优选挤压比是20～85。
通过在400～570℃下保持1小时或1小时以上而进行挤压后的固溶处理。由这样的固溶处理，使Si粒子球状化，可以得到稳定的切屑切断性，同时添加元素在晶界的局部偏析少，可以得到高的机械特性和耐蚀性。如果固溶处理条件在不足400℃或不足1小时时，强度就不足，切屑切断性变差。另一方面，在超过570℃的高温下，在晶界会发生局部熔融，机械特性显著降低。因而优选固溶处理条件是在500～545℃下保持3小时或3小时以上。
时效处理是在90～300℃下保持1～30小时。此间，合金材成为最大的强度，可以得到良好的切屑切断性。时效温度在不足90℃或保持时间在不足1小时时，成为亚时效状态，切削时的加工表面粗糙化，同时机械特性也降低。另外，超过300℃或30小时时，成为过时效状态，切屑切断性和机械特性降低。因而优选的时效条件是在140～200℃下保持3～20小时。
另外，对于上述固溶处理后的挤压材，更优选以5～30％的断面收缩率进行所要形状的拉拔。通过该拉拔，可以得到所要形状，同时可以使挤压时形成的表面的再结晶组织微细化，使机械特性提高。另外，在长度方向上可以得到高尺寸精度。拉拔的断面收缩率在不足5％时，上述效果不足，另一方面，超过30％时，恐怕拉拔时会发生拉伸断裂，因而，优选的断面收缩率是10～20％。
其他的制造条件根据常用方法进行。
II.第3和第4种铝合金和合金材及其制造方法(权利要求第36～89项)第3和第4种铝合金以及具有这些化学组成的合金材，基于由规定定化学组成得到的Si粒子而规定了其切削性，再通过规定金属组织而使其进一步可靠，并通过控制Si粒子的粒径可以抑制切削工具的磨损和损伤的铝合金。
以下详细叙述在铝合金和合金材中的各元素的添加意义和含量的限定理由。
在上述铝合金的组成中，Mg、Si、Cu、Zn和Sr的5种元素是必须元素。本发明的第3种铝合金(权利要求第36～41项)由这5种元素和其余为Al和杂质构成。
Mg固溶于合金基体中，同时与Si等结合，作为Mg2Si等的析出物分散在基体中，使机械特性、特别是屈服强度提高，通过与其他的固溶型元素的协同效果进一步提高合金的切削性。Mg含量在不足0.1质量％时，上述效果不足，另一方面，超过6质量％时，会促进合金熔液的氧化，并且塑性加工性也变差，因而取为0.1～6质量％。优选Mg含量是0.3～5质量％。
Si向Al中的固溶量少，因而除了为形成化合物需要的量以外，作为Si的单体粒子分散在铝基体中。特别是由本发明的连续铸造时的急速冷却凝固而形成的共晶Si粒子成为5μm或5μm以下的微细粒子，在树枝状晶的边界上与其他的第二相粒子一起形成共晶片状组织。切削时，由于发生由切削工具造成的共晶片状组织的分离、共晶Si粒子的粉碎或者共晶Si粒子和Al母相的界面剥离，切屑可以迅速地被切断，所以切削性显著提高。另外，通过作为必须元素添加的Sr或任意添加的Na、Sb、Ca，使Si粒子球状化同时微细化，也可以提高切削性。Si含量在不足0.3质量％时，提高切屑切断性、即提高切削性的效果不足，另一方面，超过12.5质量％时，虽然切削性提高，但由于大量形成粗大的共晶Si粒子，磨损和卷刃等的切削工具的损伤显著，生产率降低，所以有必要取0.3～12.5质量％。从这样的观点出发，优选Si含量是0.8～12质量％。更优选是1.2～8.5质量％。
Cu固溶于合金基体中，同时与Al结合，作为CuAl2等的析出物分散在基体中。因此，使铝合金的机械特性提高，通过与比其他的固溶型元素的协同效果提高合金的切削性。另外，CuAl2也存在于共晶片状组织中，也与切削时的共晶片状组织的分离密切相关，使切削性提高。Cu含量在不足0.01质量％时，上述效果不足，另一方面，在1质量％或1质量％以上时，恐怕耐蚀性会降低，因而取为0.01质量％或0.01质量％以上、不足1质量％。优选Cu含量是0.1～0.8质量％。
Zn固溶于合金基体中，同时与Mg结合，作为MgZn2等的析出物分散在基体中。因此，使铝合金的机械特性提高，通过与其他的固溶型元素的协同效果提高合金的切削性。Zn含量在不足0.01质量％时，上述效果不足，另一方面，超过3质量％时，恐怕耐蚀性会降低，因而有必要取为0.01～3质量％。另外，如果在上述范围内，有提高表面钝化处理皮膜的生成速度的效果，适宜使用于以提高耐磨性和装饰性等作为目的的表面钝化处理的制品。优选Zn含量是0.05～1.5质量％。
Sr通过与Si共存，使凝固时的共晶Si、初晶Si球状化，同时使其微细化。因此，间接地使切断性良好而提高切削性，同时有抑制切削工具的磨损和卷刃等损伤的效果。另外，在连续铸造和其后的二次成形加工等工序中，使Si粒子均匀而且微细的分散，有进一步提高切削性的效果。Sr含量在不足0.001质量％时，上述效果不足，另外，由于Si粒子未被球状化而产生锐角部，切削工具的磨损和卷刃等的损伤显著。另一方面，超过0.5质量％时，上述效果饱和，失去多量添加的意义，因而优选Sr含量是0.005～0.3质量％。
本发明的第4种铝合金(权利要求第42～70项)是以进一步提高合金的诸特性作为目的，以含有上述必须5种元素的铝合金作为基本组成，还添加了从Ti、B、C、Fe、Cr、Mn、Zr、V、Sc、Ni、Na、Sb、Ca、Sn、Bi、In的16种元素中选择的任意一种或任意组合的2种或2种以上的元素。
Ti使铸锭组织微细化，将抑制铸锭组织粗大化时在切削面上生成的宏观花纹的出现和凝固裂纹。Ti含量在不足0.001质量％时，铸锭微细化的效果不足，另外，超过1质量％时，恐怕会形成粗大的Ti-Al系化合物，使铝合金的铸造性和延性降低，因而优选为0.001～1质量％。特别优选Ti含量是0.003～0.5质量％。
B与Ti同样使铸锭组织微细化，将抑制铸锭组织粗大化时在切削面上生成的宏观花纹的出现和凝固裂纹。B含量在不足0.0001质量％时，铸锭微细化的效果不足，另外，超过0.03质量％时，形成硬质粒子，使切削工具的磨损和卷刃等损伤增加，因而优选为0.0001～0.03质量％。特别优选B含量是0.0005～0.01质量％。
Fe是在铝合金中不可避免地被含有的元素。但是，如果其含量在0.01～1质量％的范围内，由于是以通常铝合金的制造品质含有的量，所以不必有谋求降低Fe的格外的工序。由于只要在上述范围内就与Si的结合量少，所以可以使Si作为单独粒子分散成对切屑切断性有效果的Si，从而能维持优异的切屑切断性。如果要将Fe含量降低到不足0.01质量％，则成本增加，超过1质量％时，与Si的化合物增加，Si单独粒子减少，切屑切断性降低。特别优选Fe含量是0.05～0.7质量％。
Zr和V与Ti、B同样，使铸锭组织微细化，将抑制铸锭组织粗大化时在切削面上生成的宏观花纹的出现和凝固裂纹。另外，通过与Al之间形成金属间化合物，并分散在基体中而提高切削性。这些元素的含量分别在不足0.01质量％时，上述效果不足，另外，超过1质量％时，铸造性降低，因而优选0.01～1质量％。特别优选的含量分别为0.03～0.7质量％。另外，Zr与后述的Cr和Mn同样，有通过抑制再结晶化提高机械强度，同时，提高耐蚀性的效果。即使在这些效果中，Zr含量在不足0.01质量％时，也不能期望机械性能和耐蚀性的提高，另外，因形成由再结晶化造成的粗大晶粒，在断面方向上的切屑切断性变得不稳定，另一方面，超过1质量％时，二次成形加工时的热变形阻力上升，生产率降低，因而Zr含量优选取为上述的0.01～1质量％，特别优选0.03～0.7质量％。
为了在铝合金中通过抑制再结晶化提高机械强度，同时提高耐蚀性而添加Cr和Mn。Cr含量和Mn含量分别在不足0.01质量％时，抑制再结晶化的效果不足，不能期望机械性能和耐蚀性的提高，另外，因形成由再结晶化造成的粗大晶粒，使断面方向上的切屑切断性变得不稳定，另一方面，超过1质量％时，二次成形加工时的热变形阻力上升而生产率降低，因而优选为0.01～1质量％。另外，由于只要Cr含量和Mn含量在该范围内就与Si的结合量少，所以可以使Si作为单独粒子分散成对切屑切断性有效果的Si，从而能维持优异的切屑切断性。Cr含量和Mn含量超过1质量％时，与Si的化合物增加，Si单独粒子减少，切削性降低。特别优选Cr含量和Mn含量分别为0.03～0.7质量％。
Sc和C与Zr、V、B、Ti同样，使铸锭组织微细化，将抑制铸锭组织粗大化时在切削面上生成的宏观花纹的出现和凝固裂纹。这些元素的含量分别在不足0.0001质量％时，上述效果不足，超过0.5质量％时，与Al或其他元素结合，形成硬质粒子，使切削工具的磨损和卷刃等损伤增加，因而优选为0.0001～0.5质量％。特别优选的含量分别为0.01～0.3质量％。
Ni可以形成Ni-Al系金属间化合物而提高切削性。Ni含量在不足0.005质量％时，上述效果不足，超过1质量％时，铸造性和耐蚀性降低，因而优选为0.005～1质量％。特别优选Ni含量是0.03～0.7质量％。
Na、Sb、Ca与上述Sr同样，通过与Si共存，使凝固时的共晶Si、初晶Si粒子球状化，同时微细化。因此，具有间接地使切削性良好而提高切削性的同时，抑制切削工具的磨损和卷刃等的损伤的效果。这些元素的含量分别在不足0.001质量％时，上述效果不足，超过0.5质量％时，上述效果饱和，失去多量添加的意义，因而优选为0.001～0.5质量％。特别优选的含量分别为0.005～0.3质量％。
Sn、Bi、In通过分别与Si共存，进一步提高切削性。这些元素的含量取为Sn0.01～1质量％、Bi0.01～1质量％、In0.001～0.5质量％。分别在不到下限值时，上述效果不足，超过上限值时，不但耐蚀性降低，而且因切削时、特别是强力切削时会产生挤裂，加工表面质量将下降。另外，热变形时会诱发裂纹。这些元素的特别优选的含量是，Sn0.05～0.5质量％、Bi0.05～0.5质量％、In0.01～0.3质量％。
上述的任意选择的16种元素，如果在必须的5种元素中至少添加1种或任意组合的2种或2种以上，就能得到相应的效果。权利要求第48～54项的铝合金，是为得到所要的效果选择了添加元素的铝合金。另外，添加2种或2种以上的场合，更优选将效果不同的元素选择的组合起来。例如，可以分为以下各组元素使铸锭组织微细化、同时对宏观花纹的出现和凝固裂纹的抑制有效果的A组元素(Ti、B、C、Sc)，使Si作为单独粒子分散的B组元素(Fe)，通过抑制再结晶化而提高机械强度的C组元素(Cr、Mn)，使铸锭组织微细化、同时对宏观花纹的出现和凝固裂纹的抑制有效果，进一步通过形成金属间化合物提高切削性的D组元素(Zr、V)，通过形成金属间化合物而提高切削性的E组元素(Ni)，对Si粒子球状化和微细化有效果的F组元素(Na、Sb、Ca)、通过与Si共存提高切削性的G组元素(Sn、Bi、In)。而且，对于必须的元素，可以任意组合添加1组或1组以上。另外，在由多个元素组成的组中，可以在组内任意地选择1种或1种以上。另外，以组单位选择任意添加元素的场合，各元素的含量也取为上述范围之内。
权利要求第71～78项的铝合金为除了在将合金的化学组成规定为上述范围(权利要求第36～70项)外，还规定了金属组织的铝合金材。
这里，

图1和图2表示由铸造得到的本发明的铝合金材的金属组织的一例。图3表示铸造后经过热处理、挤压等工序制造的铝合金材的金属组织的一例。图3的铝合金材与背景技术项中叙述的合金材相对应，是指出在切削性和工具的磨损方面需要进一步改善的合金材。
在图1和图2中，用淡色表示的部分(图1中表示为初晶α-Al的部分)是树枝状晶，在其边界上含有共晶Si粒子(图1中表示为共晶Si的部分)和其他的第二相粒子的共晶片状组织(用深色表示的部分)呈三维状连续，分布成网状。另一方面，可以明显看出，图3的现有的铝合金材变成树枝状晶的边界的第二相被切断、Si粒子独立而分布的组织形态。
本发明的铝合金材着眼于上述的金属组织形态的不同与切削性和切削工具的磨损和损伤有关的铝合金材料，具体地说就是规定了枝晶臂间距(以下称为“DAS”)和在树枝状晶的边界上形成的共晶片状组织的铝合金材。
在金属组织中要求平均DAS(参照图1)是1～200μm。将平均DAS取为上述范围的理由是，因平均DAS取为不足1μm时，就必须将铸造时的冷却速度取为1000℃/秒或1000℃/秒以上，超过了作为熔炼材的制造界限，超过200μm时，导致切削性、机械特性的显著降低。另外，优选的平均DAS是3～100μm。
在树枝状晶边界上，在铝母相中形成有含有平均粒径0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子的共晶片状组织。切削时，共晶Si粒子即使是单独的，也能够成为切屑切断的起点，具有提高切削性的效果，另外，由于形成层状的共晶片状组织，按照共晶片状组织剥离那样进行分离，可以切削性将提高。这样的共晶片状组织呈三维状连续而分布成网状，因而上述的分离可以连续发生而得到良好的切削性，而且切削工具的磨损少。另一方面，在图3所示的金属组织形态中，由于成为切屑切断起点的Si粒子独立分布，所以在涉及切削性、切削工具的磨损方面，比图1、图2的网状分布的情况就差。
上述共晶Si粒子的平均粒径在不足0.01μm时，提高切削性的效果不足。另外，共晶Si粒子有Si含量越多，粒径越大的倾向，即使平均粒径超过5μm也能够得到良好的切削性，但是粒径大时，工具的磨损和卷刃等的损伤激增。因此，为了实现良好的切削性和抑制工具的损伤这两个方面，将共晶Si粒子的平均粒径规定为0.01～5μm。特别是从抑制工具损伤的观点出发，优选平均粒径是0.1～3μm。
另外，所谓其他的第二相粒子是CuAl2、Al-Fe-Si系、Al-Mn-Si系、Al-Cr-Si系、Al-Fe系等的在Al和添加元素间生成的粒子，优选平均粒径在0.1～0.3μm。
如图1所示，上述共晶片状组织的大小用长度方向的骨架线长度(L)和宽度(W)表示。所谓上述骨架线长度(L)是指表示共晶片状组织的骨架的骨架线长度，所谓宽度是指在与上述骨架线垂直的方向上的最大宽度。因此，在本发明中，用这些的平均值和比率来规定共晶片状组织，将平均骨架线长度(Lm)取为0.5μm或0.5μm以上、平均宽度(Wm)取为0.5μm或0.5μm以上。平均骨架线长度(Lm)和平均宽度(Wm)分别不到0.5μm时，不能得到良好的切削性。优选的平均骨架线长度(Lm)是3μm或3μm以上，优选的平均宽度(Wm)是1μm或1μm以上。另外，从分离的连续性良好这点出发，优选骨架线长度(L)和平均宽度(W)的比率(L/W)的平均值(L/Wm)是3或3以上的细长形状。
在上述的共晶片状组织中，通过规定构成共晶片状组织的共晶Si粒子和其他的第二相粒子的粒子数以及面积占有率，可以得到更优异的切削性。即，在上述共晶片状组织中，优选上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子总计存在500个/mm2或500个/mm2以上，并且这些粒子的面积占有率是0.1～50％。粒子数总计不足500个/mm2或者面积占有率不足0.1％时，提高切削性的效果不足。另外，存在Si含量越多、共晶Si粒子数和面积占有率越大的倾向，即使面积占有率超过50％，也可以得到良好的切削性。但是，面积占有率超过50％时，合金材的机械强度、特别是延性(抗拉强度)和耐蚀性降低，因而，将面积占有率的上限值取为50％。从保持切削性的同时抑制机械强度和耐蚀性的降低的观点出发，共晶Si粒子和其他的第二相粒子的特别优选的粒子数总计在1000个/mm2或1000个/mm2以上，特别优选的面积占有率是0.3～40％。
具有上述金属组织的铝合金材用权利要求第79～89项的方法制造。即，通过使用规定化学组成的合金，规定铸造的诸条件，就可以制造具有网状的共晶片状组织的合金材。
以30～5000mm/分的铸造速度、10～600℃/秒的冷却速度将保持在固相线温度或固相线温度以上的规定化学组成的铝合金的金属熔液连续铸造成所需断面形状的型材。在其间的凝固过程中，金属熔液中的Si-Sr化合物成为核，微细且被球状化的共晶Si粒子分散在Al中，同时，树枝状晶长大成上述范围的平均DAS，在树枝状晶的边界，含有共晶Si粒子和其他的第二相粒子的共晶片状组织以规定的大小形成网状。
铸造速度在不足30mm/分时，共晶Si粒子粗大化而粒子分布变得稀疏，因而不能得到良好的切削性，切削工具的损伤激增。另一方面，超过5000mm/分时，在型材中不能得到希望的断面形状，另外，恐怕会发生凝固裂纹、产生气孔等铸造缺陷而使铸坯表面变差。优选的铸造速度是50～3000mm/分，更优选是100～2000mm/分。
冷却速度不足10℃/秒时，共晶Si粒子粗大化而粒子分布变得稀疏，因而切削工具的损伤激增。另一方面，如果想要达到超过600℃/秒的冷却速度，就必须有特殊的设备和工序管理，生产率就会降低。另外，在成本方面也发生问题。优选的冷却速度是30～500℃/秒，更优选是30～300℃。
只要能够达到上述的铸造条件，对连续铸造的方式就不作限定，例如可以举出立式连续铸造法、水平连续铸造法。另外，为了达到上述冷却速度，可推荐直接冷却。
对于铸造型材的断面形状没有任何限定，例如可以举出圆形、多角形、其他的异形，推荐实心形状材。另外，断面具有中空部的中空形状材也包括在本发明之内。
在实心形状材的场合，优选在断面中与直径10～150mm的圆外接。外接圆的直径不足10mm时，金属熔液的流动性显著降低，向规定形状的成形变得困难。另一方面，超过150mm时，因由断面积的增加产生的冷却不足，使得达到上述的冷却速度变得困难，难以形成网状的共晶片状组织。进而恐怕会导致切削性降低。
对于连续铸造的型材的时效处理取在100～300℃下保持0.5～100小时。此间，铸造时固溶的元素在母相中析出，机械强度成为最大，同时可以得到良好的切削性。在时效温度不足100℃或保持时间不足0.5小时以下时，成为亚时效状态，切削时的加工表面的质量将降低，同时切削性、机械特性也不上升。另外，时效温度超过300℃或保持时间超过100小时时，成为过时效状态，切削性、机械特性降低。因而优选的时效条件是在120～220℃下保持1～30小时。
铸造的型材的表层在凝固时形成有反偏析层、激冷层、粗大晶粒层等不均质层。由于这样的不均质层使型材的品质降低，所以优选除去表层的深度0.1～10mm的部分以排除不均质层。表层的除去量，其深度不足0.1mm时，不能充分地除去不均质层，如果除去至10mm，就能确实排除不均质层，除去10mm以上则失去除去的意义而浪费了材料。因而优选除去量的深度是0.2～5mm。也可以在铸造后时效处理前或者时效处理后二次成形加工前的任何时候进行表层的除去。另外，对于除去方法也没有限定，例如可以举出扒皮加工、剥离加工。
铸造的型材，如果需要，可以在时效处理前或时效处理后实施二次成形加工，成形成所需要的形状。只要是能够减少断面面积的塑性加工，对于二次成形加工方法就不作限定，例如可以举出拉拔、挤压、轧制等。优选加工条件的加工温度在400℃或400℃以下，由加工产生的断面收缩率(加工后的断面积/加工前的断面积)在30％或30％以下。加工温度超过400℃时，分散在共晶片状组织中的共晶Si粒子凝聚，成为粗大的球状，使切削性降低。另外，实施断面收缩率超过30％的加工时，共晶片状组织被破坏，使切削性降低，同时合金材的品质降低。优选二次成形加工中的条件是加工温度在250℃或250℃以下，断面收缩率在20％或20％以下。
另外，适宜进行时效处理前或二次成形加工前的均匀化处理和固溶处理等的热处理。
用本发明铸造的铝合金材或铸造后二次成形加工的型材适宜用锯或切断机切断。例如切断成不足1m的短材或长度1～10m的长尺寸材或半成品材，这些切断材不拘长度，也包括在本发明之内。
其他的制造条件可以根据通常方法。
按以上的顺序，本发明有下述效果。
根据权利要求1的发明，Si粒子因Sr而微细化并被球状化，因而能够得到由该合金构成的合金材的切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。另外，因含有Mg、Zn而能够得到机械特性、表面钝化处理性、塑性加工性也优异的铝合金。
根据权利要求2的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求3的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求4的发明，能够得到机械特性和表面钝化处理性更优异的铝合金。
根据权利要求5的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求6的发明，Si粒子因Sr或者还有Na、Ca而微细化和球状化，因而能够得到由该合金构成的合金材的切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。另外，因含有Mg、Zn而能够得到机械特性、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性也优异的铝合金。另外，因含有Cu而使机械特性提高。因含有Fe，有助于Si作为单独粒子分散，提高切削性。因含有Cr、Mn而可以提高机械强度。因含有Zr，使机械强度、耐蚀性和切削性提高。另外，因含有Ti使机械强度和耐蚀性提高。
根据权利要求7的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求8的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求9的发明，能够得到机械特性和表面钝化处理性更优异的铝合金。
根据权利要求10的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求11的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求12的发明，使Si作为单独粒子分散，可以维持更优异的切屑切断性。
根据权利要求13的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求14的发明，能够得到机械强度、耐蚀性和切削性更优异的铝合金。
根据权利要求15的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求16的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求17的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求18的发明，使Si作为单独粒子而分散，可以维持更优异的切屑切断性。
根据权利要求19或权利要求20的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求21的发明，能够得到机械强度、耐蚀性和切削性更优异的铝合金。
根据权利要求22的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求23或权利要求24的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求25的发明，由于可以使Si粒子微细和球状化，所以铝合金材的切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少。另外，因其他的添加元素，机械特性、表面钝化处理性、塑性加工性也优良。
根据权利要求26的发明，由于上述Si粒子被微细化，因而切削工具的磨损和损伤更少。
根据权利要求27的发明，由于上述Si粒子被球状化，因而切削工具的磨损和损伤更少。
根据权利要求28的发明，Si粒子被微细和球状化，可以制造切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少，而且机械特性、表面钝化处理性、塑性加工性也优异的铝合金材。
根据权利要求29的发明，可以制造具有最良好的切削性的铝合金材。
根据权利要求30的发明，可以制造具有最良好的切削性、机械特性、耐蚀性的铝合金材。
根据权利要求31的发明，可以制造具有最良好的切削性、机械特性、耐蚀性的铝合金材。而且，生产率也良好。
根据权利要求32的发明，可以制造具有最良好的机械特性、耐蚀性的铝合金材。
根据权利要求33的发明，可以制造具有最良好的机械特性的铝合金材。
根据权利要求34的发明，表面的再结晶组织被微细化，可以制造特别是机械特性优异的铝合金材。
根据权利要求35的发明，可以制造机械特性更优异的铝合金材。
根据权利要求36的发明，Si粒子因Sr而被微细化和球状化，并且在树枝状晶的边界上形成共晶片状组织，因而能够使由该合金构成的合金材的切削性良好并且能够使切削工具的磨损和损伤少。另外，因含有Mg、Cu、Zn，还能够得到优异的机械特性、特别是拉伸特性、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性。
根据权利要求37的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求38的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求39的发明，能够得到机械特性和切削性更优异的铝合金。
根据权利要求40的发明，能够得到机械特性和表面钝化处理性更优异的铝合金。
根据权利要求41的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求42的发明，Si粒子因Sr或者还有Na、Sb、Ca的任一种而被微细化和球状化，并且在树枝状晶的边界上形成共晶片状组织，因而能够使由该合金构成的合金材的切削性良好并且能够使切削工具的磨损和损伤少。另外，因Mg、Zn、Cu，还能够得到优异的机械特性、特别是拉伸特性、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性。另外，因含有Ti、B、C、Sc的任一种，在铸锭组织被微细化的同时，可以抑制宏观花纹的出现和凝固裂纹。因含有Fe，有助于Si作为单独粒子而分散，可以提高切削性。因含有Cr、Mn而使机械强度提高。因含有Zr、V的任一种，使铸锭组织被微细化，同时可以抑制宏观花纹的出现和凝固裂纹，另外，因形成金属间化合物，而使切削性提高。因含有Ni，形成金属间化合物，使切削性提高。因含有Sn、Bi、In的任一种，切削性提高。
根据权利要求43的发明，能够得到机械特性更优异的铝合金。
根据权利要求44的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求45的发明，能够得到机械特性和切削性更优异的铝合金。
根据权利要求46的发明，能够得到机械特性和表面钝化处理性更优异的铝合金。
根据权利要求47的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求48的发明，能够得到使铸锭组织进一步微细化、同时抑制了宏观花纹的出现和凝固裂纹的铝合金。
根据权利要求49的发明，使Si作为单独粒子分散，可以维持更优异的切屑切断性。
根据权利要求50的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求51的发明，能够得到铸锭组织被进一步微细化的同时，宏观花纹的出现和凝固裂纹被抑制、而且具有优良切削性的铝合金。
根据权利要求52的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求53的发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求54的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求55～57的发明，能够得到铸锭组织被进一步微细化的同时，宏观花纹的出现和凝固裂纹被抑制的铝合金。
根据权利要求58的发明，使Si作为单独粒子而分散，可以维持更优异的切屑切断性。
根据权利要求59或权利要求60的发明，能够得到机械强度和耐蚀性更优异的铝合金。
根据权利要求61或权利要求62的发明，能够得到铸锭组织被进一步微细化的同时，宏观花纹的出现和凝固裂纹被抑制，而且具有优良切削性的铝合金。
根据权利要求63的发明，能够得到铸锭组织被进一步微细化的同时，宏观花纹的出现和凝固裂纹被抑制的铝合金。
根据权利要求64的发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求65～67的各发明，使Si粒子进一步球状化和微细化，能够得到切屑切断性良好并且切削工具的磨损和损伤少的铝合金。
根据权利要求69～70的各项发明，能够得到切削性更优异的铝合金。
根据权利要求71的发明，共晶Si粒子单独成为切屑切断的起点而使切削性提高，而且通过共晶片状组织的连续分离使切削性提高。而且，因共晶Si粒子的微细化和球状化，切削工具的磨损和损伤少。另外机械特性、特别是拉伸特性、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性也优良。
根据权利要求72的发明，可以得到更优异的切削性，同时能够得到切削工具的磨损和损伤被抑制的铝合金材。
根据权利要求73的发明，能够得到切削性和机械特性更优异的铝合金材。
根据权利要求74的发明，在得到更优异的切削性的同时，切削工具的磨损和损伤被抑制。
根据权利要求75的发明，能够得到切削性更优异的铝合金材。
根据权利要求76的发明，能够得到切削性更优异的铝合金材。
根据权利要求77的发明，可以得到特别优异的切削性，同时切削工具的磨损和损伤被抑制。
根据权利要求78的发明，可以得到特别优异的切削性，同时切削工具的磨损和损伤被抑制。
根据权利要求79的发明，可以制造具有共晶Si粒子和共晶片状组织，具有优异的切削性且切削工具的磨损和损伤少、而且机械特性、特别是拉伸特性、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性优异的铝合金材。
根据权利要求80或权利要求81的发明，特别是确实能够形成上述的共晶Si粒子和共晶片状组织。
根据权利要求82的发明，能够制造铸造时固溶的元素充分地析出，具有特别优异的切削性和机械特性的铝合金材。
根据权利要求83的发明，能够制造具有上述的共晶Si粒子和共晶片状组织的实心形状材。
根据权利要求84的发明，在金属熔液的流动性特别良好的同时容易达到上述的冷却速度。
根据权利要求85的发明，可以排除表层的不均质层，得到高品质的铝合金材。
根据权利要求86的发明，能够确实排除不均质层。
根据权利要求87的发明，不用担心共晶Si粒子的凝聚和共晶片状组织的破坏，在铝合金材维持优异的切削性的同时能够加工成希望的形状。
根据权利要求88或权利要求89的发明，即使用二次成形加工，也能够确实维持切削性。
附图的简单说明图1是表示与本发明权利要求71～75对应的铝合金材的金属组织的照片。
图2是表示与本发明权利要求第71～75对应的另一铝合金材的另一金属组织的照片。
图3是表示现有的铝合金材的金属组织的照片。
图4是在评价实施例IIA的加工表面的品质中表示挤裂率为98.2％的切削面的照片。
图5是在评价实施例IIA的加工表面的品质中表示挤裂率为3.4％的切削面的照片。
图6是在实施例IIA、IIB、IIC中所用的气体加压式保温圈(ホットトップ)铸造装置主要部分的剖面图。
图7是在实施例IIB中所用的水平连续铸造装置的主要部分的剖面图。
实施例I.第1和第2种铝合金、合金材及其制造方法(与权利要求1～35相对应的实施例)准备表1所示的合金No.I-1～I-17的各组成的铝合金。合金No.I-1、2含Mg、Si、Zn、Sr，其余由铝和杂质组成，是与权利要求1～5项对应的组成。合金No.I-3～I-12添加了上述元素中8种的任意选择元素，是与权利要求6～24对应的组成。合金No.I-13～I-17是它们的比较组成。
以这些铝合金作为材料，通过毛坯铸造、挤压、拉拔，制作成棒材。
首先，用DC(直接激冷)铸造，以80mm/min的铸造速度制作毛坯。将该毛坯在520℃下保持10小时进行均匀化处理后，在毛坯温度450℃、挤压制品速度12m/min、挤压比35的条件下挤压成直径15mm的棒材。将该挤压材在540℃下保持3小时进行固溶处理，再以25％的断面收缩率进行拉拔，在160℃下保持5小时实施时效处理，制成试验材。
对制作的各试验材(拉拔材)测定0.2％的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率，同时用下述方法评价切屑切断性、耐蚀性、工具的磨损、表面钝化处理性、塑性加工性。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送进速度、1.0mm的进刀量进行湿式切削，用切屑个数/100g来评价切屑切断性。
根据JIS Z2371进行盐水喷雾试验，用由1000小时喷雾产生的腐蚀减量进行评价。
通过用高速钢单刃车刀的干式切削，在200m/min的切削速度、0.2mm/rev的送进速度、10mm的进刀量的条件下进行5分钟的连续切削，测定车刀的后面磨损宽度。
用通常方法实施硫酸表面钝化处理，用生成的表面钝化皮膜的厚度进行评价。
用由冷镦锻性试验的极限冷镦锻率的大小进行评价。试验的内容是调查由冷加工(锻造)造成的裂纹发生极限，藉此进行评价。
将这些结果一并示于表1中。另外，对于切屑切断性、耐蚀性、工具的磨损、表面钝化处理性、塑性加工性，以比较合金No.I-13作为基准进行相对地评价。与比较合金No.I-13同等性能的用○表示，优异的用◎表示，差的用△表示，更差的用×表示。
表1

表中附有下线的表示在本发明范围以外。
另外，对于发明合金No.I-1、I-3～I-5、I-11、I-12、比较合金No.I-14～I-17，调查了Si粒子的平均粒径、粒子直径范围、平均长短径比。将结果示于表2，同时对于给予它们影响的Si含量、Sr含量、Na含量、Ca含量、切屑切断性、工具的磨损，再次进行了揭示。
表2

由表1、2的结果可以确认，即使本发明合金No.I-1～I-12的铝合金材添加Si，由于粒子在被微细化的同时被球状化，因而切屑切断性良好，而且工具的磨损也少。另外，强度、耐蚀性、表面钝化处理性、塑性加工性也优良。
II.第3和第4种铝合金、合金材及其制造方法(与权利要求36～89相对应的实施例)A.铝合金的化学组成准备表3～8所示的合金No.IIA-1～IIA-129的各组成的铝合金。合金No.IIA-1～IIA-30含Mg、Si、Cu、Zn、Sr，其余由铝和杂质组成，是与本发明权利要求36～41相对应的组成。合金No.IIA-1～IIA-10是其比较组成。合金No.IIA-41～IIA-108(IIA-93、94、97除外)以合金No.IIA-30作为基本组成，合金No.IIA-109～IIA-129以合金No.IIA-10作为基本组成，并在其中添加了16种任意选择添加元素的合金。合金No.IIA-94以合金No.IIA-7(Mg1质量％、Si0.8质量％、Cu0.2质量％、Zn0.2质量％、Sr0.03质量％)作为基本组成，合金No.IIA-93、97以合金(Mg1质量％、Si1.5质量％、Cu0.2质量％、Zn0.2质量％、Sr0.03质量％)作为基本组成，并在其中添加了任意选择的添加元素的合金。合金No.IIA-41～IIA-129是与权利要求42～70相对应的组成。
将这些铝合金作为铸造材料，用后述的气体加压式保温圈铸造法，立式连续铸造成直径53mm的断面为圆形的实心形状材。
在图6所示的气体加压式保温圈铸造装置中，(1)是成形铸锭的外周的铸模，(2)是设置在铸模(1)的上部的筒状的金属熔液接收槽。
上述铸模(1)具有可以使水等的冷却介质在其内部流通的环状的空洞部(3)，在该空洞部(3)上形成有向外部开口的多个喷出口(4)。而且，通过未图示的导入管导入到空洞部(3)的冷却介质(C)冷却铸模(1)，对成形的铸造材(S)进行一次冷却的同时，由喷出口(4)喷出，对铸造材(S)进行二次冷却。另外，上述铸模(1)的内侧上面(1a)比外侧上面(1b)低，在与上述金属熔液接收槽(2)的下面之间形成有对气体流通路(5)开口的间隙(6)。
上述金属熔液接收槽(2)的下方部的内侧向铸模(1)的内侧水平地突出，形成有外伸部(7)。因此，从外部通过气体导入路(8)导入到气体流通路(5)中的加压气体(F)由上述间隙(6)被导入到外伸部(7)的正下方，可以使金属熔液从外伸部(7)的正下方区域排除并在比铸模(1)的上端相当降低的位置上与铸模(1)的内壁接触。而且，通过加压气体(F)的流量可以控制金属熔液和铸模(1)的接触距离，进而控制一次冷却的时间和凝固过程，可以铸造良好金属组织的铸造材(S)。图中，(M)表示外伸部(7)的突出量。
另外，通过未图示的通路，将润滑油由外部导入到供给通路(9)中，通过从供给通路(9)分支的多个微细供给口(10)供给到铸模(1)的内壁。(11)是嵌入凹设在铸模(1)的上面的沟中的耐热性密封材料，以防止间隙(6)中流通的气体的泄漏。
根据上述立式连续铸造装置，可以达到本发明的铸造速度和冷却速度，能够制造具有切削性等优异特性的铸造材。
铸造条件取后面表9中所示的铸造条件b，任一种合金就都可以良好地进行连续铸造。
然后，对于铸造的实心形状材，通过扒皮加工使表层部除去直至深度1.5mm的部分之后，在170℃下保持11小时而实施时效处理，制成试验材。
对制作的各试验材，测定0.2％的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率的机械特性(拉伸特性)，同时用下述方法调查了金属组织的均质性、塑性加工性、切削性、工具的磨损、加工表面的质量、切削裂纹性、耐蚀性、表面钝化处理性。而且，除了机械特性，与由JIS A6262合金组成的挤压材的诸特性进行了比较，以下述5个等级进行评价。
◎◎极优良◎ 优良○ 同等△ 稍差× 差[金属组织的均质性]
用与树枝状晶组织的尺寸、枝间距有关的测定结果以及共晶片状组织的尺寸、形态、连续性和试验材断面内的均质性来进行评价。
以20％的断面收缩率进行拉拔，由供给切削性试验、拉伸试验时的结果，用特性的变化率进行评价。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送进速度、1.0mm的进刀量进行湿式切削，由切屑个数/100g调查切屑切断性，用切屑切断性评价切削性。
通过用高速钢单刃车刀的干式切削，在200m/min的切削速度、0.2mm/rev的送进速度、10mm的进刀量的条件下进行5分钟的连续切削，测定车刀的后面磨损宽度。
对在上述切削性试验中切削的试验材的切削面，用在单位面积(1mm2)内存在的挤裂部分的比率(％)进行评价。作为切削面的例子，图3例示的挤裂率是98.2％的切削面，图4例示的挤裂率是3.4％的切削面。
用超硬刀片以150m/min的切削速度、0.2mm/rev的送进速度、3.0mm的进刀量进行湿式切削，用在单位面积(1mm2)上存在的切削裂纹发生率(％)进行评价。
根据JIS Z2371进行盐水喷雾试验，用由1000小时喷雾产生的腐蚀减量进行评价。
用通常方法实施硫酸表面钝化处理，用生成的表面钝化皮膜的厚度进行评价。
将这些结果一并示于表3～8中。
表3

表4

表中附下线的表示在本发明范围以外。
表5

表6

表7

表中，*表示Si含量是0.8质量％，**表示Si含量是1.5质量％，而Mg、Cu、Zn、Sr含量相同。
表8

表9

由表3～表8的结果可以确认，本发明组成的铝合金具有优异的金属组织的均质性、塑性加工性、切削性(包括加工表面的质量、切削裂纹性)、耐蚀性、表面钝化处理性，还可以抑制切削时工具的磨损。
B.金属组织和制造条件从上述组成的合金中，用IIA-30(表4)、IIA-127(表8)进行铝合金材的制造试验。
对于铸造No.IIB-1、2、5、6用立式连续铸造法铸造，对于铸造No.IIB-3、4、7、8用水平连续铸造法铸造。铸造材都制成断面为圆形的实心形状材(棒材)，铸造法的详细情况和铸造条件如下所述。另外，作为比较例，使铸造No.IIB-9、10用金属模铸造的方法铸造。
与上述A.的铝合金的化学组成的实施例相同，用气体加压式保温圈铸造法，以表9所示的铸造条件a和铸造条件b制作2种断面为圆形的实心形状材。
在图7所示的水平连续铸造装置中，(20)是铸模，(21)是中间包，(22)是将金属熔液从中间包(21)导入到铸模(20)的耐火性导管。另外，(23)、(24)是规定从耐火性导管(22)向铸模(20)的金属熔液流入口(32)的开口径的耐火性板体。
上述铸模(20)具有可以使水等的冷却介质(C)在其内部流通的环状的空洞部(25)，形成有从该空洞部(25)向外部开口的多个喷出口(26)。而且，通过未图示的导入管导入到空洞部(25)的冷却介质(C)冷却铸模(20)，对成形的铸造材(S)进行一次冷却，同时由喷出口(26)喷出，对铸造材(S)进行二次冷却。
另外，通过通路(27)，将润滑油由外部导入到供给通路(28)中，借助于由供给通路(28)中分支的多个供给细管(29)供给铸模(20)的内壁(20a)。
在图7中，(31)表示中间包(21)的出口，(32)表示金属熔液流入口。
根据上述水平连续铸造装置，可以达到本发明的铸造速度和冷却速度，能够制造具有切削性等优异特性的铸造材。
铸造条件取后面的表10的铸造条件c和铸造条件d，制作了2种断面为圆形的实心形状材。
表10
比较例的铸造No.IIB-9、10是在后面的表11所示的铸造条件下，由砂型式试样铸模(ISO铸模)得到的铸锭。
铸造的铸造No.IIB-1～IIB-4、IIB-9的型材，在170℃×11小时的时效处理后，通过剥离加工除去深度1.5mm的表层，将其作为试验材。另外，铸造No.IIB-5～IIB-8、IIB-10的型材，通过剥离加工除去深度1.5mm的表层后，进行170℃×11小时的时效处理，将其作为试验材。
观察这些各试验材的金属组织，调查平均DAS、共晶片状组织中的粒子分布状态(共晶Si粒子的平均粒径、共晶Si粒子和第二相粒子的粒子数和面积占有率)、共晶片状组织的大小(平均骨架线长度Lm、平均宽度Wm、它们的比率L/Wm)。再将各铸造例的制造条件的要点示于表11中，同时将金属组织的观察结果也示于表11中。
表11

表中附有下线的表示在本发明的范围以外。
对制作的各试验材，测定0.2％的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率的机械特性，同时用与上述的合金组成试验同样的方法，进行了铸造性、切削性、工具的磨损、加工表面的品质、切削裂纹性、耐蚀性各项目的试验。另外，对内部缺陷的有无和数量也进行了相对的评价。另外，评价了作为合金材的综合品质。评价取下述的4个等级的相对评价。另外，在本试验中，机械特性也取相对评价。
◎优良○较优△较差×差表12

由表12的结果可以确认，用本发明的方法制造的铝合金材，在金属组织中具有Si粒子微细地分散的共晶片状组织，藉此，具有优异的切削性(包括加工表面的品质、切削裂纹性)、耐蚀性。可以确认，特别是通过规定的共晶片状组织，可以得到优异的切削性，同时还可以抑制工具的磨损。C.时效处理和二次成形加工以IIA-30和IIA-127作为铸造材料，与上述A.的铝合金的化学组成的实施例相同，用气体加压式保温圈铸造法，以表7所示的铸造条件b制作直径53mm的断面为圆形的实心形状材。对于铸造的实心形状材，通过扒皮加工使表层部除去直至深度1.5mm的部分，在表13所示的条件下实施时效处理。另外，在处理No.IIC-5～IIC-8、IIC-13～IIC-16中，以表13所示的温度和断面收缩率实施拉拔加工。对于全部的处理试样，可以良好地进行拉拔。
对制作的各试验材，测定0.2％的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率的机械特性，同时评价了切削性、工具的磨损、加工表面的品质、切削裂纹性、耐蚀性、冲击特性。冲击特性用下述方法进行试验，其他项目的试验方法与上述的合金组成试验采用同样的方法，以下述4个等级进行相对的评价。另外，在本试验中，机械特性也进行相对评价。
◎优良○较优△较差×差[冲击特性]根据JIS Z2202和JIS Z2242进行金属材料的冲击试验，用夏式冲击值评价冲击特性。
表13

表中附有下线的表示在本发明范围以外。
由表13的结果可以确认，通过对铸造材用本发明的条件实施时效处理，可以得到优异的机械特性、切削性(包括加工表面的品质、切削裂纹性)、耐蚀性、冲击特性，同时可以抑制工具的磨损。另外，可以确认，通过在本发明的条件下进行二次成形加工，可以不使诸特性、特别是切削性降低地进行成形。
这里，所使用的用语和表达，是为说明而用的，而不是用于限定性地进行解释的，既不排除构成这里所示和所述的各项特征的任何均等物，也必须理解容许在本发明的权利要求范围内的各种变型。
产业上的可利用性如上所述，本发明的铝合金材的切削性优良，因而适用于伴随有切削加工的各种部件的制造材料。另外，不含有害的Pb，因而对环境也没有不良影响，循环性也良好，因而从保护地球环境的观点出发，也是优异的材料。
权利要求
1.一种铝合金，其特征在于，含有Mg0.3～6质量％、Si0.3～10质量％、Zn0.05～1质量％和Sr0.001～0.3质量％，其余由Al和杂质构成。
2.根据权利要求1所述的铝合金，Mg含量为0.5～1.1质量％。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金，Si含量为1.5～5质量％。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的铝合金，Zn含量为0.1～0.3质量％。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的铝合金，Sr含量为0.005～0.05质量％。
6.一种铝合金，其特征在于，含有Mg0.3～6质量％、Si0.3～10质量％、Zn0.05～1质量％和Sr0.001～0.3质量％，另外，作为选择的添加元素含有从Cu0.01质量％或0.01质量％以上不足1质量％、Fe0.01～1质量％、Mn0.01～1质量％、Cr0.01～1质量％、Zr0.01～1质量％、Ti0.01～1质量％、Na0.001～0.5质量％、Ca0.001～0.5质量％中选择的1种或1种以上，其余由Al和杂质构成。
7.根据权利要求6所述的铝合金，Mg含量为0.5～1.1质量％。
8.根据权利要求6或7所述的铝合金，Si含量为1.5～5质量％。
9.根据权利要求6～8的任一项所述的铝合金，Zn含量为0.1～0.3质量％。
10.根据权利要求6～9的任一项所述的铝合金，Sr含量为0.005～0.05质量％。
11.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Cu。
12.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Fe。
13.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Cr、Mn中的1种或1种以上。
14.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Zr。
15.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Ti。
16.根据权利要求6～10的任一项所述的铝合金，选择的添加元素是Na、Ca中的1种或1种以上。
17.根据权利要求6～11的任一项所述的铝合金，Cu的含量是0.1～0.3质量％。
18.根据权利要求6～10、12、17的任一项所述的铝合金，Fe的含量是0.1～0.3质量％。
19.根据权利要求6～10、13、17、18的任一项所述的铝合金，Mn的含量是0.1～0.3质量％。
20.根据权利要求6～10、13、17～19的任一项所述的铝合金，Cr的含量是0.1～0.3质量％。
21.根据权利要求6～10、14、17～20的任一项所述的铝合金，Zr的含量是0.1～0.3质量％。
22.根据权利要求6～1 0、15、17～21的任一项所述的铝合金，Ti的含量是0.1～0.3质量％。
23.根据权利要求6～10、16～22的任一项所述的铝合金，Na的含量是0.005～0.3质量％。
24.根据权利要求6～10、16～23的任一项所述的铝合金，Ca的含量是0.005～0.3质量％。
25.一种铝合金材，其特征在于，在化学组成上，由权利要求第1～24项的任一种铝合金构成；在合金组织上，Si粒子的平均粒径是1～5μm，同时Si粒子的平均长短径比是1～3。
26.根据权利要求25所述的铝合金材，上述Si粒子的平均粒径是3μm或3μm以下。
27.根据权利要求25或26所述的铝合金材，上述Si粒子的平均长短径比是2或2以下。
28.一种铝合金材的制造方法，其特征在于，用10～180mm/min的铸造速度制作由权利要求第1～24项的任一种铝合金构成的毛坯，将上述毛坯在400～570℃下保持6小时或6小时以上进行均匀化处理后，在毛坯温度300～550℃、挤压制品速度0.5～100m/min、挤压比10～200的条件下挤压成所需要的形状，将该挤压材在400～570℃下保持1小时或1小时以上进行固溶处理，再在90～300℃下保持1～30小时进行时效处理。
29.根据权利要求28所述的铝合金材的制造方法，上述铸造速度是30～130mm/min。
30.根据权利要求28或29所述的铝合金材的制造方法，上述均匀化处理在500～545℃下保持10小时或10小时以上而进行。
31.根据权利要求28～30的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述挤压在毛坯温度350～500℃、挤压制品速度2～30m/min、挤压比20～85的条件下进行。
32.根据权利要求28～31的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述固溶处理在500～545℃下保持3小时或3小时以上而进行。
33.根据权利要求28～32的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述时效处理在140～200℃下保持3～20小时而进行。
34.根据权利要求28～33的任一项所述的铝合金材的制造方法，对于上述固溶处理后的挤压材以5～30％的断面收缩率进行所要形状的拉拔，然后进行上述时效处理。
35.根据权利要求34所述的铝合金材的制造方法，上述拉拔的断面收缩率是10～20％。
36.一种铝合金，其特征在于，含有Mg0.1～6质量％、Si0.3～12.5质量％、Cu0.01质量％或0.01质量％以上不到1质量％、Zn0.01～3质量％和Sr0.001～0.5质量％、其余由Al和杂质构成。
37.根据权利要求36所述的铝合金，Mg含量是0.3～5质量％。
38.根据权利要求36或37所述的铝合金，Si含量是0.8～12质量％。
39.根据权利要求36～38的任一项所述的铝合金，Cu含量是0.1～0.8质量％。
40.根据权利要求36～39的任一项所述的铝合金，Zn含量是0.05～1.5质量％。
41.根据权利要求36～40的任一项所述的铝合金，Sr含量是0.005～0.3质量％。
42.一种铝合金，其特征在于，含有Mg0.1～6质量％、Si0.3～12.5质量％、Cu0.01质量％或0.01质量％以上不足1质量％、Zn0.01～3质量％和Sr0.001～0.5质量％，另外，作为选择的添加元素含有从Ti0.001～1质量％、B0.0001～0.03质量％、C0.0001～0.5质量％、Fe0.01～1质量％、Cr0.01～1质量％、Mn0.01～1质量％、Zr0.01～1质量％、V0.01～1质量％、Sc0.0001～0.5质量％、Ni0.005～1质量％、Na0.001～0.5质量％、Sb0.001～0.5质量％、Ca0.001～0.5质量％、Sn0.01～1质量％、Bi0.01～1质量％、In0.001～0.5质量％中选择的1种或1种以上，其余由Al和杂质构成。
43.根据权利要求42所述的铝合金，Mg含量是0.3～5质量％。
44.根据权利要求42或43所述的铝合金，Si含量是0.8～12质量％。
45.根据权利要求42～44的任一项所述的铝合金，Cu含量是0.1～0.8质量％。
46.根据权利要求42～45的任一项所述的铝合金，Zn含量是0.05～1.5质量％。
47.根据权利要求42～46的任一项所述的铝合金，Sr含量是0.005～0.03质量％。
48.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Ti、B、C、Sc中的1种或1种以上。
49.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Fe。
50.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Cr、Mn中的1种或1种以上。
51.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Zr、V中的1种或1种以上。
52.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Ni。
53.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Na、Sb、Ca中的1种或1种以上。
54.根据权利要求42～47所述的铝合金，选择的添加元素是Sn、Bi、In中的1种或1种以上。
55.根据权利要求42～48的任一项所述的铝合金，Ti的含量是0.003～0.5质量％。
56.根据权利要求42～48、55的任一项所述的铝合金，B的含量是0.0005～0.01质量％。
57.根据权利要求42～48、55、56的任一项所述的铝合金，C的含量是0.001～0.3质量％。
58.根据权利要求42～47、49、55～57的任一项所述的铝合金，Fe的含量是0.05～0.7质量％。
59.根据权利要求42～47、50、55～58的任一项所述的铝合金，Cr的含量是0.03～0.7质量％。
60.根据权利要求42～47、50、55～59的任一项所述的铝合金，Mn的含量是0.03～0.7质量％。
61.根据权利要求42～47、51、55～60的任一项所述的铝合金，Zr的含量是0.03～0.7质量％。
62.根据权利要求42～47、51、55～61的任一项所述的铝合金，其特征在于，V的含量是0.03～0.7质量％。
63.根据权利要求42～48、55～62的任一项所述的铝合金，Sc的含量是0.01～0.3质量％。
64.根据权利要求42～47、52、55～63的任一项所述的铝合金，Ni的含量是0.03～0.7质量％。
65.根据权利要求42～47、53、55～64的任一项所述的铝合金，Na的含量是0.005～0.3质量％。
66.根据权利要求42～47、53、55～65的任一项所述的铝合金，Sb的含量是0.005～0.3质量％。
67.根据权利要求42～47、53、55～66的任一项所述的铝合金，Ca的含量是0.005～0.3质量％。
68.根据权利要求42～47、54～67的任一项所述的铝合金，Sn的含量是0.05～0.5质量％。
69.根据权利要求42～47、54～68的任一项所述的铝合金，Bi的含量是0.05～0.5质量％。
70.根据权利要求42～47、54～69的任一项所述的铝合金，In的含量是0.01～0.3质量％。
71.一种铝合金材，其特征在于，在化学组成上，由权利要求第36～70的任一项所述的铝合金构成；在合金组织上，平均枝晶臂间距是1～200μm，在树枝状晶的边界上，含有平均粒径0.01～5μm的共晶Si粒子和其他的第二相粒子，其长度方向的平均骨架线长度(Lm)在0.5μm或0.5μm以上、平均宽度(Wm)在0.5μm或0.5μm以上的共晶片状组织形成网状。
72.根据权利要求71所述的铝合金材，在上述共晶片状组织中，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子总计存在500个/mm2或500个/mm2以上，并且这些粒子的面积占有率是0.1～50％。
73.根据权利要求71或72所述的铝合金材，上述平均枝晶臂间距是3～100μm。
74.根据权利要求71～73的任一项所述的铝合金材，上述共晶Si粒子的平均粒径是0.1～3μm。
75.根据权利要求71～74的任一项所述的铝合金材，上述共晶片状组织的平均骨架线长度(Lm)是3μm或3μm以上、平均宽度(Wm)是1μm或1μm以上。
76.根据权利要求71～75的任一项所述的铝合金材，上述共晶片状组织的骨架线长度和宽度的平均比(L/Wm)是3或3以上。
77.根据权利要求72～76所述的铝合金材，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子总计存在1000个/mm2或1000个/mm2以上。
78.根据权利要求72～77所述的铝合金材，其特征在于，上述共晶Si粒子和其他的第二相粒子的面积占有率是0.3～40％。
79.一种铝合金材的制造方法，其特征在于，将权利要求第36～70的任一项所述的铝合金保持在固相线温度或固相线温度以上的金属熔液，以30～5000mm/min的铸造速度、10～600℃/秒的冷却速度连续铸造成所需要断面形状的型材，然后在100～300℃下保持0.5～100小时实施时效处理。
80.根据权利要求79所述的铝合金材的制造方法，上述铸造速度是100～2000mm/分。
81.根据权利要求79或80所述的铝合金材的制造方法，其特征在于，上述冷却速度是30～300℃/秒。
82.根据权利要求79～81的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述时效处理在120～220℃下保持1～30小时而进行。
83.根据权利要求79～82的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述型材是实心形状材。
84.根据权利要求79～83的任一项所述的铝合金材的制造方法，上述型材在断面上与直径10～150mm的圆外接。
85.根据权利要求79～84的任一项所述的铝合金材的制造方法，对于连续铸造后的型材，除去表层深度0.1～10mm的部分。
86.根据权利要求85所述的铝合金材的制造方法，上述表层的除去量是深度0.2～5mm。
87.根据权利要求79～86的任一项所述的铝合金材的制造方法，对于连续铸造后的型材，在400℃或400℃以下的温度下，进行断面收缩率是30％或30％以下的二次成形加工。
88.根据权利要求87所述的铝合金材的制造方法，上述加工温度是250℃或250℃以下。
89.根据权利要求87或88所述的铝合金材的制造方法，上述断面收缩率是20％或20％以下。
全文摘要
本发明的第1种铝合金是，含有Mg0.3～6质量％、Si0.3～10质量％、Zn0.05～1质量％和Sr0.001～0.3质量％，其余由Al和杂质组成。另外，第2种铝合金是，还含有从作为选择的添加元素Cu、Fe、Mn、Cr、Zr、Ti、Na、Ca中选择的1种或1种以上。另外，第3种铝合金是，含有Mg0.1～6质量％、Si0.3～12.5质量％、Cu0.01质量％或0.01质量％以上不足1质量％、Zn0.01～3质量％和Sr0.001～0.5质量％，其余由Al和杂质组成。另外，第4种铝合金是，还含有从作为选择的添加元素Ti、B、C、Fe、Cr、Mn、Zr、V、Sc、Ni、Na、Sb、Ca、Sn、Bi、In中选择的1种或1种以上。
文档编号C22F1/043GK1555423SQ0281830
公开日2004年12月15日 申请日期2002年7月25日 优先权日2001年7月25日
发明者松冈秀明, 山中雅树, 吉冈大贵, 冈本康夫, 北村仁雄, 夫, 树, 贵, 雄 申请人:昭和电工株式会社