專(zhuān)利名稱(chēng)：填縫性和耐磨損性良好的鋁合金擠壓材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于機(jī)械加工時(shí)作為粘著(;fa(i' 0 )性的填縫(力i>乂 )性?xún)?yōu)良并且強(qiáng)度高的耐磨損性鋁合金擠壓材。
背景技術(shù)：
在曰本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種鋁合金材料，其中，4000系列 合金是在鋁中添加Si，使金相組織中彌散析出硬質(zhì)的Si粒子，從 而獲得較高的耐磨損性能。但是，如果金相組織中存在大量硬質(zhì)的Si粒子，由于以這些 Si粒子為起點(diǎn)的缺口效應(yīng)，金屬材料的粘著性惡化。在切削加工過(guò)程中，Si粒子具有使切屑斷開(kāi)的效杲，同時(shí)又 是導(dǎo)致切削表面的光潔度惡化的主要原因之一 。將鋁合金擠壓材用于汽車(chē)的制動(dòng)部件等時(shí)，要求相對(duì)于與之 配合的滑動(dòng)部件具有良好的耐磨損性，同時(shí)，在大多數(shù)情況下還 要求高的切削加工精度和填縫加工精度。例如，在汽車(chē)用防鎖死制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AB S元件) 中，內(nèi)裝活塞和閥部件等的油缸部和油壓回3各溝等要進(jìn)行切削加 工，在部件組裝后進(jìn)行填縫密封。因此，不僅要求強(qiáng)度，還要求相對(duì)于與之配合的滑動(dòng)部件的 耐磨損性、加工成復(fù)雜形狀時(shí)的切削性以及填縫部對(duì)于液壓油等 的耐壓性。伴隨著汽車(chē)重量日趨減輕，要求ABS元件也要進(jìn)一步小型、 輕量化，但目前還沒(méi)有可以與此相適應(yīng)的鋁合金擠壓材。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供能有效地同時(shí)提高彼此具有負(fù)的相關(guān) 關(guān)系的強(qiáng)度、耐磨損性和填縫性等性能的鋁合金擠壓材。本發(fā)明人對(duì)于能實(shí)現(xiàn)上述目的的合金組織進(jìn)行了各種研究， 結(jié)果得到含有Si: 3.0 - 6.0質(zhì)量％、 Mg: 0.1 - 0.4(0.4除外)質(zhì)量％、 Cu: 0.01 - 0.5質(zhì)量％、 Mn: 0.01-0.5質(zhì)量％， Fe控制在0.29-0.90質(zhì)量％的范圍內(nèi)，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)組成的擠壓材 (以下，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)將質(zhì)量％表示為％)。Si成分與Mg成分一起使得析出Mg2Si,通過(guò)時(shí)效硬化而獲得 強(qiáng)度，同時(shí)通過(guò)Si粒子而確保耐磨損性，從這個(gè)角度考慮，規(guī)定 Si: 3.0 — 6.0%、 Mg: 0.1 — 0.4%。其中，Si的一部分與Mg形成Mg2Si,因而對(duì)耐磨損性有貢獻(xiàn) 的Si粒子受Mg添加量的影響很大。因此，為了使擠壓材的強(qiáng)度和耐磨損性穩(wěn)定，優(yōu)選的是將Mg 的含量控制在0.3 - 0.4(0.4除外)％的范圍。如果按以上所述將Mg的成分范圍控制在較窄的范圍內(nèi)，可以 使擠壓材的強(qiáng)度穩(wěn)定在較高的水平，同時(shí)容易控制對(duì)耐磨損性有 貢獻(xiàn)的Si粒子，如果將Si成分控制在4.1 - 5.1%范圍，則耐磨損 性也會(huì)穩(wěn)定。另外，Si和Mg雖然對(duì)于通過(guò)Mg2Si析出效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)度具有正面的影響，但對(duì)于填縫性產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。因此，從強(qiáng)度角度考慮，Mg最低需要含有0.1%,從穩(wěn)定的 角度考慮，如上所述其含量在0.3%或以上為宜，但為了確保填縫 性(粘著性)，Mg含量?jī)?yōu)選的是不足0.4%。作為確保填縫性同時(shí)提高強(qiáng)度的措施，可以添加0.01-0.5% 的Cu。Cu在一定程度上固溶，故通過(guò)固溶作用提高強(qiáng)度，同時(shí)還提 高切削性能。為了確保填縫性，將Mg含量限制在不足0.4%,相對(duì)于材料 要求來(lái)說(shuō)強(qiáng)度稍顯不足，在這種情況下可以期待添加Cu所產(chǎn)生的 效果。但是，Cu的添加量增多時(shí)，有可能引起電位差腐蝕，因而希 望將其含量控制在0.10 - 0.20%的范圍。Mn具有使擠壓材的晶粒細(xì)化的作用，從提高切削性能的角度 考慮，其添加量在0.01 - 0.5%就可以。但是，當(dāng)Mn在晶界析出時(shí)，有可能成為導(dǎo)電位差腐蝕的原因 之一，同時(shí)還使填縫性降低，因而Mn的含量最好是控制在0.05 -0.15%的范圍。在本發(fā)明中， 一個(gè)突出的特征是控制了 Fe的含量。在擠壓材中，F(xiàn)e成分一般被視為雜質(zhì)。另外，還已證實(shí)Fe具有細(xì)化晶粒的作用。但是，迄今為止對(duì)于填縫性的影響還沒(méi)有充分研究后的報(bào)告實(shí)例。本發(fā)明人對(duì)于將F e含量作了微小改變的擠壓材進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng) 價(jià)，結(jié)果表明，添加Fe超過(guò)0.9。/o時(shí)，填縫性降低，但如果將Fe 含量控制在0.29 - 0.90%的范圍，可以保持填縫性。Fe含量在0.4%或以下時(shí)，未發(fā)現(xiàn)切削性能提高，優(yōu)選的是將 Fe含量限制在0.50%以上、0.90%或以下。經(jīng)過(guò)對(duì)金相組織觀察推斷，F(xiàn)e粒子分散于晶粒邊界處，在切 削時(shí)形成的很薄的切屑容易以Fe粒子為起點(diǎn)而斷裂，因而切削性 能得到提高。因此推斷，F(xiàn)e添加量超過(guò)0.9%時(shí)對(duì)填縫性(延伸率)產(chǎn)生不利 的影響，是因?yàn)榫Я＿吔缟衔龀鲞^(guò)多Fe粒子所致。因此，擠壓材固溶處理后的人工時(shí)效處理?xiàng)l件，最好是對(duì)于 填縫性和切削性能產(chǎn)生影響、稍微超過(guò)最高強(qiáng)度的過(guò)時(shí)效條件。Cr具有細(xì)化晶粒的作用，可以根據(jù)需要添加，但添加超過(guò)0.5% 時(shí)，有可能產(chǎn)生粗大的初晶生成物，致使填縫性降低，因而將Cr 含量控制在0.01 - 0.5%為宜。Ti也具有使晶粒細(xì)化的作用，含有微量的Ti時(shí)切削性能提高。但是，其含量超過(guò)0.1%時(shí)，切削刀具的工作壽命縮短，因而 添加時(shí)控制在0.01 - 0.1%的范圍。


圖l(表l)表示本發(fā)明的擠壓材和比較用擠壓材的鋁合金成 分，余量是鋁和不可避免的雜質(zhì)。圖2(表2)表示擠壓材的人工時(shí)效條件和機(jī)械性能。圖3(表3)表示擠壓材的切削性能和填縫性的評(píng)價(jià)結(jié)果。圖4(曲線圖)表示鐓粗率s -約束因數(shù)f的關(guān)系。
具體實(shí)施方式
澆鑄圖l(表1)所示合金成分的方坯(8英寸)，在460 - 590°C 下進(jìn)行6小時(shí)或以上的均勻化處理。將該方坯降溫至450 - 510°C ,擠壓成形為約35 mm x 80咖的 矩形形狀的擠壓材。進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效處理等熱處理，固溶處理的方法也 可以是在擠壓后重新加熱、急冷，不過(guò)，在本實(shí)施方式中是在擠 壓模的附近擠壓之后立即急冷淬火，然后通過(guò)規(guī)定的人工時(shí)效進(jìn) 4亍回火處理。人工時(shí)效的條件示于圖2(表2)中，時(shí)效一欄中的溫度單位 是。C。例如，擠壓材是在185。C進(jìn)行4小時(shí)人工時(shí)效處理，其中 所述時(shí)效處理的狀態(tài)，"穩(wěn)定，，表示顯示出該材料的大致最高抗 拉強(qiáng)度的狀態(tài)，"亞時(shí)效"是指在不到該材料固有的最高抗拉強(qiáng) 度的狀態(tài)下停止熱處理，"過(guò)時(shí)效"是指進(jìn)行熱處理直至稍微超 過(guò)該材料固有的最高抗拉強(qiáng)度的狀態(tài)。表2中示出擠壓方向的抗拉強(qiáng)度、0.2%屈服強(qiáng)度以及擠壓材 表面部的洛氏B硬度(HRB)的測(cè)定結(jié)果。作為填縫性(粘著性)的評(píng)價(jià)，表2中示出擠壓方向的"延伸 率"，表3中示出臨界鐓粗率和平均變形阻抗值。這里所說(shuō)的臨界鐓粗率，是指從擠壓形材上沿?cái)D壓方向切取 直徑14 mm x高21 mm的試片，在冷狀態(tài)下將其在軸向上進(jìn)行鐓鍛 壓制，側(cè)面上開(kāi)始產(chǎn)生微小裂紋時(shí)的鐓粗率。臨界鐓粗率可以按下列公式求出。 s hc=h0-hc/h0xl00式中，she是臨界鐓粗率度(％), h0是試片的原始高度，he 是產(chǎn)生裂紋時(shí)的試片高度。試驗(yàn)條件是室溫和10 mm/s的壓縮速度，使用25噸的萬(wàn)能精 密試驗(yàn)才幾。所述的平均變形阻抗值是指試片的側(cè)面上產(chǎn)生裂紋時(shí)的材料 的變形阻抗值，按照下列公式求出。a (hc)=(P/A0)/f (N/mm2) 式中，a (he):平均變形阻抗值 P:產(chǎn)生裂紋時(shí)的鐓粗載荷 AO:試片的初始斷面積 f:臨界鐓粗率時(shí)的約束因數(shù) f( s (he)):根據(jù)圖4所示的曲線圖求出。切削性能的評(píng)價(jià)在圖3(表3)中用"最大切屑長(zhǎng)度"和"長(zhǎng)切 屑總長(zhǎng)度"表示。這里所說(shuō)的最大切屑長(zhǎng)度是指在下列條件下產(chǎn)生的切屑中最 大的切屑的長(zhǎng)度，長(zhǎng)切屑總長(zhǎng)度是指產(chǎn)生的所有長(zhǎng)切屑的長(zhǎng)度的 合計(jì)量。切削試驗(yàn)—條件刀具(J) 4.2 x $ 6.8階梯復(fù)合鉆頭，轉(zhuǎn)速1200rpm，進(jìn)給量 0.05mm/rev,力口工量15mm，力口工孑L數(shù)3孑L,切削油寸吏用。考察表1的擠壓材的成分以及基于該成分的評(píng)價(jià)結(jié)果(表2、 表3)。擠壓材1、 2和3的Fe含量按照0.38%、 0.68%、 0.92%的量 遞增，與比較用的擠壓材15(Fe: 0.29%)、 16(Fe: 1.20%)、 17(Fe: 1.50%)相比，擠壓材15雖然延伸率較好，達(dá)到9.4%,但切屑長(zhǎng)度 較長(zhǎng)，切削性能差。擠壓材16和17雖然切屑長(zhǎng)度較短，切削性能良好，但延伸 率變差，分別為7.2%和5.4%。另外，擠壓材16和17同樣，臨界鐓粗率也變差。將擠壓材1和2比較，結(jié)果表明，延伸率和臨界鐓粗率，特別是平均變形阻抗差別很小，但切屑長(zhǎng)度有差別，F(xiàn)e含量高于 0.38%者，可以確保填縫性，同時(shí)還可提高切削性能。因此，擠壓材4-10著眼于Fe含量的變化和Mg含量的變化， 比較填縫性(延伸率、臨界鐓粗率、平均變形阻抗)和切削性能(最 大切屑長(zhǎng)度、長(zhǎng)切屑總長(zhǎng)度)，擠壓材7、 8、 9和10的Mg含量大 致相同，為0.39%, Fe含量以大約0.05%的量遞增，抗拉強(qiáng)度和 臨界鐓粗率幾乎沒(méi)有差別，切削性能變好。將擠壓材4、 5和6進(jìn)行比較，F(xiàn)e的含量大致相同，為0.5%, Mg含量遞增，分別為0.31%、 0.35%、 0.44%,對(duì)于切屑長(zhǎng)度和臨 界鐓粗率幾乎沒(méi)有產(chǎn)生影響，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高了 。由此可知，為了穩(wěn)定地確保強(qiáng)度并且提高切削性能和填縫性， Mg含量在0.3 - 0.45%、 Fe含量在0.40 - 0.90%的范圍較為適宜。為了使強(qiáng)度更穩(wěn)定，保持填縫性良好并且提高切削性能，最 好是將Mg含量控制在0.3%或以上-0.4%以下，將Fe含量控制在 0.5%以上、0.90%或以下。擠壓材11和12以及擠壓材13和14用于比較時(shí)效硬化的影響。提高熱處理溫度、稍微過(guò)時(shí)效的擠壓材，臨界鐓粗率、平均 變形阻抗大致相同，即，在不犧牲填縫性的情況下可以縮短切屑 長(zhǎng)度，提高切削性能。表2所示的過(guò)時(shí)效條件是提高了回火溫度進(jìn)行過(guò)時(shí)效，但也 可以延長(zhǎng)熱處理時(shí)間進(jìn)4亍過(guò)時(shí)豸文。另外，在擠壓材1-12中，將Si的含量在3.0 - 6.0%范圍內(nèi) 進(jìn)一步控制在4.1 - 5.1%的范圍內(nèi)，評(píng)價(jià)結(jié)果省略，不過(guò)耐磨損性 能穩(wěn)定。以0.10- 0.20%的范圍添加Cu,也能穩(wěn)定得到較高的強(qiáng)度。以0.05- 0.15%的范圍添加Mn,對(duì)于提高切削性能也有貢獻(xiàn)。 產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用與以往的耐磨損性材料相比，使用本發(fā)明的擠壓材，同時(shí)具 有耐磨損性、強(qiáng)度、硬度以及以往與這些性能相矛盾的填縫性(粘 著性)，可以用來(lái)作為要求高耐壓性、填縫性和切削性能的制品的 鋁合金擠壓材。
權(quán)利要求
1.鋁合金擠壓材，其特征是，含有Si3.0-6.0質(zhì)量％、Mg0.1-0.4(0.4除外)質(zhì)量％、Cu0.01-0.5質(zhì)量％、Mn0.01-0.5質(zhì)量％，F(xiàn)e控制在0.29-0.90質(zhì)量％的范圍，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)組成，具有良好的填縫性和耐磨損性。
2. 鋁合金擠壓材，其特征是，含有Si: 4.1-5.1質(zhì)量％、 Mg: 0.3-0.4(0.4除外)質(zhì)量％、 Cu: 0.10-0.20質(zhì)量％、 Mn: 0.05-0.15質(zhì) 量％、 Cr: 0.01-0.5質(zhì)量％， Fe控制在0.29 - 0.90質(zhì)量％的范圍， 余量由Al和不可避免的雜質(zhì)組成，具有良好的填縫性和耐磨損性。
3. 權(quán)利要求1或2所述的鋁合金擠壓材，其特征是，經(jīng)過(guò)擠壓 和固溶處理，再進(jìn)4亍過(guò)時(shí)效處理。
全文摘要
鋁合金擠壓材，其中，含有Si3.0-6.0質(zhì)量％、Mg0.1-0.4(0.4除外)質(zhì)量％、Cu0.01-0.5質(zhì)量％、Mn0.01-0.5質(zhì)量％，F(xiàn)e控制在0.29-0.90質(zhì)量％的范圍內(nèi)，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)組成，具有良好的填縫性和耐磨損性。特別優(yōu)選的是，含有Si4.1-5.1質(zhì)量％、Mg0.3-0.4(0.4除外)質(zhì)量％、Cu0.10-0.20質(zhì)量％、Mn0.05-0.15質(zhì)量％、Cr0.01-0.5質(zhì)量％，F(xiàn)e控制在0.29-0.90質(zhì)量％的范圍內(nèi)。另外，如果經(jīng)過(guò)擠壓和固溶處理，再進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理則更好。
文檔編號(hào)C22C21/02GK101220429SQ200810001089
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2003年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月1日
發(fā)明者東信行, 橋本欣次 申請(qǐng)人:愛(ài)信輕金屬株式會(huì)社