專利名稱:耐磨耗壓鑄鋁合金的制作方法
本發(fā)明涉及一種耐磨耗壓鑄鋁合金，尤指一種用于傳動系統(tǒng)零件之輕量化、耐磨耗的鋁合金，其在制造上不僅可降低成本，且其機(jī)械性質(zhì)更具有耐磨耗性佳的功效。
目前鋁及鋁合金大量使用于航空、造船、車輛、電信、建筑等工業(yè)，由于質(zhì)輕、耐蝕、強(qiáng)度適當(dāng)、易作表面處理以及在地殼中存量豐富等因素，已成為最具潛力、最被廣泛使用的金屬材料之一。一般使用于傳動系統(tǒng)零件之金屬材料大都是取用輕量化的鋁合金，且該鋁合金材料須講求具有較佳耐磨性的機(jī)械性質(zhì)，而該鋁合金在制造上可分為鑄造、壓鑄及鍛造等制造方式，因其處理方式不同又具有二種性質(zhì)狀態(tài)，一是鑄造態(tài)、一是熱處理態(tài)。請參閱
圖1所示，其為一種Al-Si相圖，該圖的縱坐標(biāo)軸為溫度變化，而橫坐標(biāo)軸為Si的含量變化。圖中AE、EB為液相線，AC為固相線，CED為共晶線。具有圖中E點(diǎn)組成的合金稱為“共晶合金”，亦即，Si含量12.6％之E點(diǎn)為共晶點(diǎn)，其組成為Al+Si的共晶。而合金成份在E左邊者稱為“亞共晶合金”，其Al的成份含量較共晶反應(yīng)所須的比率成份多，故其降溫時(shí)將會先析出質(zhì)軟的Al，稱為Al的初晶，直到當(dāng)Al的含量達(dá)到共晶反應(yīng)的比率時(shí)，即會析出組織較細(xì)之Al與Si的共晶，故其合金組成有Al的初晶及Al+Si的共晶。又合金成份在E右邊者稱為“過共晶合金”，因其Si的成份含量較共晶反應(yīng)所須的比率成份多，故其降溫時(shí)將會先析出較硬較粗的Si，稱為Si的初晶，直到當(dāng)Si的含量達(dá)到共晶反應(yīng)的比率時(shí)，即會析出Al與Si的共晶，因此其合金組成有Si的初晶及Al+Si的共晶；故當(dāng)Si含量為大于12.6％之過共晶合金時(shí)，將有Si的初晶產(chǎn)生。而鋁合金之所以能具有耐磨耗的特性，最主要即因其成份內(nèi)含有Si的初晶。但因一般壓鑄用之鋁合金，例如JIS規(guī)格的ADC10(其成份為Al以外尚具有Cu2～4％、Si7.5～9.5％、Mg0.3％以下、Zn1.0％以下、Fe1.3％以下、Mn0.5％以下、Ni0.5％以下、Sn0.2％以下、Pb0.2％以下、及Ti0.2％以下)、ADCl2(其成份為Al以外尚具有Cu1.5～3.5％、Si9.6～12.0％、Mg0.3％以下、Zn1.0％以下、Fe1.3％以下、Mn0.5％以下、Ni0.5％以下、Sn0.2％以下、Pb0.3％以下、及Ti0.2％以下)，如圖1中所示，其Si元素之含量成份較低，尚未達(dá)到12.6％的共晶含量成份，因此其僅具有Al的初晶及Al+Si的共晶，而Al的硬度較小、耐磨性較差，Al+Si共晶的組織又細(xì)，故其壓鑄后鋁合金的耐磨性不佳，須再經(jīng)過表面硬化處理加工方能提升材料的耐磨性，相對地其制造成本亦增加許多。因此亦有人認(rèn)為既然Si的初晶含量可影響鋁合金的耐磨性，乃萌思若在成份中加重Si元素的比率應(yīng)可提升耐磨性，故而有390R合金的產(chǎn)生(其成份為Al以外尚具有Si16～18％、Fe1.3％、Cu4～5％、Mn0.5％、Mg0.45～0.65％、Ni0.1％、Zn1.5％、Ti0.2％及其他元素0.1％～0.2％)，其Si元素成份超過12.6％而多達(dá)16～18％的高含量，然其所能析出的初晶Si雖多，但因Si的熔點(diǎn)很高約1100℃，Si晶較難熔化，故于壓鑄時(shí)所須的壓鑄溫度較高、時(shí)間較久，其所須花費(fèi)的能源較多人力亦增加。且當(dāng)溫度升高時(shí)該合金體中所溶入的氣體較多，將于冷卻后合金內(nèi)部形成氣孔，故會降低此合金的耐磨耗性。
故由以上分析可知，初晶Si的含量將影響鋁合金的耐磨耗性，但若成份中不具初晶Si則該合金組織的耐磨性不佳；若大幅度提高Si的含量，則須提高熔化溫度，此又大幅增加成本，而材料具有氣孔品質(zhì)依舊不佳，無法用作制造傳動系統(tǒng)零件的金屬材料。今有鑒于前述已知的鋁合金材料在使用上仍有其不盡理想之處，本發(fā)明人因而針對上述缺陷加以改良，并秉持精益求精之理念，研發(fā)出耐磨性好的本發(fā)明鋁合金以供使用。
即，本發(fā)明的主要目的在于提供一種耐磨耗性佳并可降低制造成本的耐磨耗壓鑄鋁合金。
本發(fā)明提供一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其包含下述成份(一)82～86.6％重量比的Al；(二)12.6～15％重量比的Si；及(三)0.8～3.0％重量比的間隙元素。
其中，該間隙元素可為Mn、稀土元素(Rare Earth)、Ti、Cr等元素成份中之任一種或任二種以上的組合。
藉前述各組合成份及比例的限制，可使鋁合金具有較佳的耐磨耗性。
為更進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，再現(xiàn)參考附圖并以實(shí)施例與二磨耗測試說明如下，但本發(fā)明之范圍并不以該實(shí)施例為限。圖中圖1為Al-Si相圖。
圖2為本發(fā)明與ADC10、390R等比較例的濕磨耗試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖3為本發(fā)明與ADC10、390R等比較例的干磨耗試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖4和5為本發(fā)明之鋁合金的顯微放大圖。
本發(fā)明實(shí)施例之一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其成份為85.3重量％的Al、13.5重量％的Si及1.2重量％的Cr。圖4和5為本發(fā)明鋁合金之顯微放大圖，其中白色的部分為Al，深色的部分為Si，淺色的部分為含Cr的硬質(zhì)相。在該實(shí)施例的鋁合金中，Si的含量成份略大于12.6％含量共晶狀態(tài)，故由圖1可見其合金成份為相當(dāng)接近E點(diǎn)的過共晶合金，因此其在相當(dāng)?shù)蜏氐臓顟B(tài)下即可產(chǎn)生過量的初晶Si，令鋁合金具有較佳的耐磨耗性。又，一般之壓鑄用鋁金屬含有0.8～1.3％的微量Fe，通常會與Al元素形成Al-Fe的金屬間化合物，因此合金中的間隙元素Cr將與該Al-Fe化合物形成為Al-Fe-Cr硬質(zhì)化合物，此化合物在高溫下能固熔于Al基中，達(dá)一定低溫時(shí)，溶解度變小，會在固溶體內(nèi)析出，而此物亦可令鋁合金硬化，增加鋁合金的耐磨耗性，然而該間隙元素的含量成份須達(dá)0.8％以上才可提供適當(dāng)?shù)挠残?，但若超過3.0％則又令合金過硬質(zhì)脆且韌性不佳，導(dǎo)致材料的機(jī)械性質(zhì)不佳，因此該間隙元素的含量選用在0.8～3.0％的范圍，較可達(dá)到材料的最佳化。
由以上可知本發(fā)明的鋁合金確為一種耐磨耗佳的合金材料，且其在低溫下即可完成壓鑄成型，且成型之后的鋁合金即具有耐磨耗性佳的機(jī)械性質(zhì)，因此不須經(jīng)過表面硬化處理加工，不僅制造上較為方便，更可降低制造成本，并可適用于制造異向、同向、等速、不等速之傳動系統(tǒng)零件的合金材料。
圖2和3為本發(fā)明與ADC10、390R等比較例分別所作的濕、干磨耗試驗(yàn)結(jié)果圖，其結(jié)果分別為(一)濕磨耗試驗(yàn)(圖2)磨耗試驗(yàn)條件試驗(yàn)機(jī)--滑動磨耗試驗(yàn)機(jī)壓縮負(fù)荷-18.9kg(315～630kg/cm2)摩擦速度-0.065～4.36m/s摩擦距離-600m
潤滑--油(SAE10W40)對磨材-S45C(HRC60)由圖中可看出本發(fā)明之鋁合金在0.065～4.36m/s的摩擦速度試驗(yàn)結(jié)果，其摩耗量皆較ADS10、390R等比較例小，故本發(fā)明的鋁合金在濕磨耗中確具有較佳的耐磨耗性。
(二)干磨耗試驗(yàn)(圖3)磨耗試驗(yàn)條件試驗(yàn)機(jī)--滑動磨耗試驗(yàn)機(jī)壓縮負(fù)荷-2.1kg(28～47kg/cm2)摩擦速度-0.61～4.31m/s摩擦距離-100m潤滑--(干式)對磨材--(HV800)由圖中可看出本發(fā)明鋁合金之磨耗量在0.61～2.34m/s摩擦速度下略呈上升曲線，而在2.34～4.31m/s的摩擦速度間則急速下降，故其磨耗量初值略大于該二比較例，而后乃漸趨于該二比較例之間，又再下降至二比較例下方，其磨耗量終值大于該二比較例，故本發(fā)明在干磨耗之高速摩擦速度中亦具有較佳的耐磨耗性。
經(jīng)由分別在濕、干磨耗試驗(yàn)中的結(jié)果可見，本發(fā)明之鋁合金確具有相當(dāng)佳的耐磨耗性。
綜觀上述，本發(fā)明之構(gòu)造特征，確能提供一種實(shí)用的耐磨耗壓鑄鋁合金，尤指一種用于傳動系統(tǒng)零件之輕量化、耐磨耗的鋁合金，其在制造上不僅可降低成本，且其機(jī)械性質(zhì)更具有耐磨耗性佳的功效；以其整體構(gòu)造及組合空間型態(tài)而言，既未曾見諸于已知同類產(chǎn)品中，亦未曾公開于申請前，乃為一新穎又具產(chǎn)業(yè)上利用價(jià)值之發(fā)明。
惟以上所述者，僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施之范圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明書內(nèi)容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋之范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其包含下述成份(一)82～86.6％重量比的Al；(二)12.6～15％重量比的Si；及(三)0.8～3.0％重量比的Mn。
2.一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其包含下述成份(一)82～86.6％重量比的Al；(二)12.6～15％重量比的Si；及(三)0.8～3.0％重量比的稀土元素。
3.一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其包含下述成份(一)82～86.6％重量比的Al；(二)12.6～15％重量比的Si；及(三)0.8～3.0％重量比的Ti。
4.一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其包含下述成份(一)82～86.6％重量比的Al；(二)12.6～15％重量比的Si；及(三)0.8～3.0％重量比的Cr。
專利摘要
本發(fā)明提供一種耐磨耗壓鑄鋁合金，其具有耐磨耗性佳、可降低制造成本之功效，其包含下述成份(一)82～86.6%重量比的Al；(二)12.6～15%重量比的Si；及(三)0.8～3.0%重量比的間隙元素。其中，該間隙元素可為Mn、稀土元素、Ti、Cr等元素成份中之任一種或任二種以上之組合。
文檔編號C22C21/02GKCN1080770SQ98120020
公開日2002年3月13日 申請日期1998年9月22日
發(fā)明者呂傳盛, 宋振銘, 陳右升, 王文進(jìn) 申請人:光陽工業(yè)股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan