专利名称：填缝性和耐磨损性良好的铝合金挤压材的制作方法
技术领域：
本发明是关于机械加工时作为粘着(;fa(i' 0 )性的填缝(力i>乂 )性优良并且强度高的耐磨损性铝合金挤压材。
背景技术：
在曰本工业标准中规定了各种铝合金材料，其中，4000系列 合金是在铝中添加Si，使金相组织中弥散析出硬质的Si粒子，从 而获得较高的耐磨损性能。但是，如果金相组织中存在大量硬质的Si粒子，由于以这些 Si粒子为起点的缺口效应，金属材料的粘着性恶化。在切削加工过程中，Si粒子具有使切屑断开的效杲，同时又 是导致切削表面的光洁度恶化的主要原因之一 。将铝合金挤压材用于汽车的制动部件等时，要求相对于与之 配合的滑动部件具有良好的耐磨损性，同时，在大多数情况下还 要求高的切削加工精度和填缝加工精度。例如，在汽车用防锁死制动系统执行元件(以下简称AB S元件) 中，内装活塞和阀部件等的油缸部和油压回3各沟等要进行切削加 工，在部件组装后进行填缝密封。因此，不仅要求强度，还要求相对于与之配合的滑动部件的 耐磨损性、加工成复杂形状时的切削性以及填缝部对于液压油等 的耐压性。伴随着汽车重量日趋减轻，要求ABS元件也要进一步小型、 轻量化，但目前还没有可以与此相适应的铝合金挤压材。发明内容本发明的目的是，提供能有效地同时提高彼此具有负的相关 关系的强度、耐磨损性和填缝性等性能的铝合金挤压材。本发明人对于能实现上述目的的合金组织进行了各种研究， 结果得到含有Si: 3.0 - 6.0质量％、 Mg: 0.1 - 0.4(0.4除外)质量％、 Cu: 0.01 - 0.5质量％、 Mn: 0.01-0.5质量％， Fe控制在0.29-0.90质量％的范围内，余量由Al和不可避免的杂质组成的挤压材 (以下，为简便起见将质量％表示为％)。Si成分与Mg成分一起使得析出Mg2Si,通过时效硬化而获得 强度，同时通过Si粒子而确保耐磨损性，从这个角度考虑，规定 Si: 3.0 — 6.0%、 Mg: 0.1 — 0.4%。其中，Si的一部分与Mg形成Mg2Si,因而对耐磨损性有贡献 的Si粒子受Mg添加量的影响很大。因此，为了使挤压材的强度和耐磨损性稳定，优选的是将Mg 的含量控制在0.3 - 0.4(0.4除外)％的范围。如果按以上所述将Mg的成分范围控制在较窄的范围内，可以 使挤压材的强度稳定在较高的水平，同时容易控制对耐磨损性有 贡献的Si粒子，如果将Si成分控制在4.1 - 5.1%范围，则耐磨损 性也会稳定。另外，Si和Mg虽然对于通过Mg2Si析出效应产生的强度具有正面的影响，但对于填缝性产生很大的负面影响。因此，从强度角度考虑，Mg最低需要含有0.1%,从稳定的 角度考虑，如上所述其含量在0.3%或以上为宜，但为了确保填缝 性(粘着性)，Mg含量优选的是不足0.4%。作为确保填缝性同时提高强度的措施，可以添加0.01-0.5% 的Cu。Cu在一定程度上固溶，故通过固溶作用提高强度，同时还提 高切削性能。为了确保填缝性，将Mg含量限制在不足0.4%,相对于材料 要求来说强度稍显不足，在这种情况下可以期待添加Cu所产生的 效果。但是，Cu的添加量增多时，有可能引起电位差腐蚀，因而希 望将其含量控制在0.10 - 0.20%的范围。Mn具有使挤压材的晶粒细化的作用，从提高切削性能的角度 考虑，其添加量在0.01 - 0.5%就可以。但是，当Mn在晶界析出时，有可能成为导电位差腐蚀的原因 之一，同时还使填缝性降低，因而Mn的含量最好是控制在0.05 -0.15%的范围。在本发明中， 一个突出的特征是控制了 Fe的含量。在挤压材中，Fe成分一般被视为杂质。另外，还已证实Fe具有细化晶粒的作用。但是，迄今为止对于填缝性的影响还没有充分研究后的报告实例。本发明人对于将F e含量作了微小改变的挤压材进行了试验评 价，结果表明，添加Fe超过0.9。/o时，填缝性降低，但如果将Fe 含量控制在0.29 - 0.90%的范围，可以保持填缝性。Fe含量在0.4%或以下时，未发现切削性能提高，优选的是将 Fe含量限制在0.50%以上、0.90%或以下。经过对金相组织观察推断，Fe粒子分散于晶粒边界处，在切 削时形成的很薄的切屑容易以Fe粒子为起点而断裂，因而切削性 能得到提高。因此推断，Fe添加量超过0.9%时对填缝性(延伸率)产生不利 的影响，是因为晶粒边界上析出过多Fe粒子所致。因此，挤压材固溶处理后的人工时效处理条件，最好是对于 填缝性和切削性能产生影响、稍微超过最高强度的过时效条件。Cr具有细化晶粒的作用，可以根据需要添加，但添加超过0.5% 时，有可能产生粗大的初晶生成物，致使填缝性降低，因而将Cr 含量控制在0.01 - 0.5%为宜。Ti也具有使晶粒细化的作用，含有微量的Ti时切削性能提高。但是，其含量超过0.1%时，切削刀具的工作寿命缩短，因而 添加时控制在0.01 - 0.1%的范围。
图l(表l)表示本发明的挤压材和比较用挤压材的铝合金成 分，余量是铝和不可避免的杂质。图2(表2)表示挤压材的人工时效条件和机械性能。图3(表3)表示挤压材的切削性能和填缝性的评价结果。图4(曲线图)表示镦粗率s -约束因数f的关系。
具体实施方式
浇铸图l(表1)所示合金成分的方坯(8英寸)，在460 - 590°C 下进行6小时或以上的均匀化处理。将该方坯降温至450 - 510°C ,挤压成形为约35 mm x 80咖的 矩形形状的挤压材。进行固溶处理和人工时效处理等热处理，固溶处理的方法也 可以是在挤压后重新加热、急冷，不过，在本实施方式中是在挤 压模的附近挤压之后立即急冷淬火，然后通过规定的人工时效进 4亍回火处理。人工时效的条件示于图2(表2)中，时效一栏中的温度单位 是。C。例如，挤压材是在185。C进行4小时人工时效处理，其中 所述时效处理的状态，"稳定，，表示显示出该材料的大致最高抗 拉强度的状态，"亚时效"是指在不到该材料固有的最高抗拉强 度的状态下停止热处理，"过时效"是指进行热处理直至稍微超 过该材料固有的最高抗拉强度的状态。表2中示出挤压方向的抗拉强度、0.2%屈服强度以及挤压材 表面部的洛氏B硬度(HRB)的测定结果。作为填缝性(粘着性)的评价，表2中示出挤压方向的"延伸 率"，表3中示出临界镦粗率和平均变形阻抗值。这里所说的临界镦粗率，是指从挤压形材上沿挤压方向切取 直径14 mm x高21 mm的试片，在冷状态下将其在轴向上进行镦锻 压制，侧面上开始产生微小裂紋时的镦粗率。临界镦粗率可以按下列公式求出。 s hc=h0-hc/h0xl00式中，she是临界镦粗率度(％), h0是试片的原始高度，he 是产生裂紋时的试片高度。试验条件是室温和10 mm/s的压缩速度，使用25吨的万能精 密试验才几。所述的平均变形阻抗值是指试片的侧面上产生裂紋时的材料 的变形阻抗值，按照下列公式求出。a (hc)=(P/A0)/f (N/mm2) 式中，a (he):平均变形阻抗值 P:产生裂紋时的镦粗载荷 AO:试片的初始断面积 f:临界镦粗率时的约束因数 f( s (he)):根据图4所示的曲线图求出。切削性能的评价在图3(表3)中用"最大切屑长度"和"长切 屑总长度"表示。这里所说的最大切屑长度是指在下列条件下产生的切屑中最 大的切屑的长度，长切屑总长度是指产生的所有长切屑的长度的 合计量。切削试验—条件刀具(J) 4.2 x $ 6.8阶梯复合钻头，转速1200rpm，进给量 0.05mm/rev,力口工量15mm，力口工孑L数3孑L,切削油寸吏用。考察表1的挤压材的成分以及基于该成分的评价结果(表2、 表3)。挤压材1、 2和3的Fe含量按照0.38%、 0.68%、 0.92%的量 递增，与比较用的挤压材15(Fe: 0.29%)、 16(Fe: 1.20%)、 17(Fe: 1.50%)相比，挤压材15虽然延伸率较好，达到9.4%,但切屑长度 较长，切削性能差。挤压材16和17虽然切屑长度较短，切削性能良好，但延伸 率变差，分别为7.2%和5.4%。另外，挤压材16和17同样，临界镦粗率也变差。将挤压材1和2比较，结果表明，延伸率和临界镦粗率，特别是平均变形阻抗差别很小，但切屑长度有差别，Fe含量高于 0.38%者，可以确保填缝性，同时还可提高切削性能。因此，挤压材4-10着眼于Fe含量的变化和Mg含量的变化， 比较填缝性(延伸率、临界镦粗率、平均变形阻抗)和切削性能(最 大切屑长度、长切屑总长度)，挤压材7、 8、 9和10的Mg含量大 致相同，为0.39%, Fe含量以大约0.05%的量递增，抗拉强度和 临界镦粗率几乎没有差别，切削性能变好。将挤压材4、 5和6进行比较，Fe的含量大致相同，为0.5%, Mg含量递增，分别为0.31%、 0.35%、 0.44%,对于切屑长度和临 界镦粗率几乎没有产生影响，抗拉强度和屈服强度提高了 。由此可知，为了稳定地确保强度并且提高切削性能和填缝性， Mg含量在0.3 - 0.45%、 Fe含量在0.40 - 0.90%的范围较为适宜。为了使强度更稳定，保持填缝性良好并且提高切削性能，最 好是将Mg含量控制在0.3%或以上-0.4%以下，将Fe含量控制在 0.5%以上、0.90%或以下。挤压材11和12以及挤压材13和14用于比较时效硬化的影响。提高热处理温度、稍微过时效的挤压材，临界镦粗率、平均 变形阻抗大致相同，即，在不牺牲填缝性的情况下可以缩短切屑 长度，提高切削性能。表2所示的过时效条件是提高了回火温度进行过时效，但也 可以延长热处理时间进4亍过时豸文。另外，在挤压材1-12中，将Si的含量在3.0 - 6.0%范围内 进一步控制在4.1 - 5.1%的范围内，评价结果省略，不过耐磨损性 能稳定。以0.10- 0.20%的范围添加Cu,也能稳定得到较高的强度。以0.05- 0.15%的范围添加Mn,对于提高切削性能也有贡献。 产业上的应用与以往的耐磨损性材料相比，使用本发明的挤压材，同时具 有耐磨损性、强度、硬度以及以往与这些性能相矛盾的填缝性(粘 着性)，可以用来作为要求高耐压性、填缝性和切削性能的制品的 铝合金挤压材。
权利要求
1.铝合金挤压材，其特征是，含有Si3.0-6.0质量％、Mg0.1-0.4(0.4除外)质量％、Cu0.01-0.5质量％、Mn0.01-0.5质量％，Fe控制在0.29-0.90质量％的范围，余量由Al和不可避免的杂质组成，具有良好的填缝性和耐磨损性。
2. 铝合金挤压材，其特征是，含有Si: 4.1-5.1质量％、 Mg: 0.3-0.4(0.4除外)质量％、 Cu: 0.10-0.20质量％、 Mn: 0.05-0.15质 量％、 Cr: 0.01-0.5质量％， Fe控制在0.29 - 0.90质量％的范围， 余量由Al和不可避免的杂质组成，具有良好的填缝性和耐磨损性。
3. 权利要求1或2所述的铝合金挤压材，其特征是，经过挤压 和固溶处理，再进4亍过时效处理。
全文摘要
铝合金挤压材，其中，含有Si3.0-6.0质量％、Mg0.1-0.4(0.4除外)质量％、Cu0.01-0.5质量％、Mn0.01-0.5质量％，Fe控制在0.29-0.90质量％的范围内，余量由Al和不可避免的杂质组成，具有良好的填缝性和耐磨损性。特别优选的是，含有Si4.1-5.1质量％、Mg0.3-0.4(0.4除外)质量％、Cu0.10-0.20质量％、Mn0.05-0.15质量％、Cr0.01-0.5质量％，Fe控制在0.29-0.90质量％的范围内。另外，如果经过挤压和固溶处理，再进行过时效处理则更好。
文档编号C22C21/02GK101220429SQ200810001089
公开日2008年7月16日 申请日期2003年9月1日 优先权日2003年9月1日
发明者东信行, 桥本欣次 申请人:爱信轻金属株式会社