切削性優(yōu)異的鋁合金擠壓材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適于在制造的過程中大量使用切削加工的機械零件等的高強度且切 削性優(yōu)異的Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻1~4中，記述有切削用Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材。這些切削用鋁合金 擠壓材，為了提高切削性而添加1.5質(zhì)量％以上的Si，使作為第二相硬質(zhì)粒子的Si系晶化物 (Si相)大量分布在基體中。
[0003] 【先行技術(shù)文獻】
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本特開平9-249931號公報
[0006] 專利文獻2:日本特開平10-8175號公報 [0007] 專利文獻3:日本特開2002-47525號公報 [0008] 專利文獻4:日本特開2003-147468號公報
[0009]所述切削用Al-Mg-Si系鋁合金，在凝固過程中使Si和Mg2Si晶化，另外，使作為不 可避免的雜質(zhì)而包含的Fe和Al和Si所構(gòu)成的針狀的β-AlFeSi系化合物(β-AlFeSi相）晶化。 圖1中表示均質(zhì)化處理前的坯料的顯微鏡組織照片。帶狀的Si相(灰色)連結(jié)成網(wǎng)狀，在其內(nèi) 部點狀分布有Mg 2Si相(黑色），沿Si相形成有針狀的β-AlFeSi相（白色）。若擠壓該Al-Mg-Si 系鋁合金坯料，則擠壓材發(fā)生咬粘(起皮），有擠壓材表面的平滑性受損這樣的問題。
[0010] Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材之所以發(fā)生咬粘，是基于以下這樣的理由。
[0011] 存在于擠壓前的還料的帶狀的Si相，由于擠壓造成的材料的變形和材料與拉?？?定徑帶部的摩擦造成的加工放熱，與Al相和Mg 2Si相發(fā)生共晶反應(yīng)，由此發(fā)生局部熔融。由 于擠壓材通過拉?？锥◤綆Р繒r受到的剪切力，導致熔融點為起點，擠壓材表面的材料(被 Si相包圍的晶胞)脫落，咬粘發(fā)生。
[0012] 另外，存在于擠壓前的坯料中的針狀的β-AlFeSi相，由于擠壓的加工放熱，與 Mg2Si相發(fā)生包晶反應(yīng)，由此導致局部熔融發(fā)生。若該局部熔融連續(xù)地發(fā)生而相連，則由于 擠壓材通過拉模孔定徑帶部時受到的剪切力，擠壓材表面的材料脫落，咬粘發(fā)生。
[0013] 模的內(nèi)周面雖進行了鏡面加工，但若咬粘發(fā)生，則擠壓材的表面粗糙，平滑性喪 失。
[0014] 基于Si相、Al相和Mg2Si相的共晶反應(yīng)的咬粘，能夠通過對于擠壓前的坯料以500 ~550°C進行4小時以上的均質(zhì)化處理，使帶狀晶化的Si相斷開(球狀化)而減少。
[0015] 另一方面，基于β-AlFeSi相與Mg2Si相的包晶反應(yīng)的咬粘，能夠通過在500°C以上 進行長時間（Si量和Fe量多時為50小時左右）的均質(zhì)化處理，使β-AlFeSi相α化(球狀化），或 使壓出速度降低而使加工放熱量降低而減少。但是，長時間的均質(zhì)化處理阻礙生產(chǎn)率，在成 本上也不利，壓出速度的降低也阻礙生產(chǎn)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明鑒于切削用Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材的制造所伴隨的上述的間題點而形 成，其目的在于，不會伴隨長時間的均質(zhì)化處理和壓出速度的降低，得到?jīng)]有咬粘地表面平 滑的Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材。
[0017] 本發(fā)明的Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材，其特征在于，含有Si : 2.0~6.0質(zhì)量％、Mg: 0.3~1.2質(zhì)量％、Ti :0.01~0.2質(zhì)量％，F(xiàn)e含量限制在0.2質(zhì)量％以下，余量由Al和不可避 免的雜質(zhì)構(gòu)成，直徑5μπι以上的AlFeSi粒子在每50 X 50μπι的面積中有20個以下，并且直徑2μ m以上的Mg2Si粒子在每50 X 50μπι的面積中有20個以下，擠壓材表面的十點平均粗糙度Rz為 80μπι以下。上述鋁合金擠壓材，根據(jù)需要，還能夠含有Mn: 0.1~1.0質(zhì)量％和〇1:0.1~0.4質(zhì) 量％中的一種以上。上述鋁合金擠壓材，根據(jù)需要，還能夠含有Cr:0.03~0.1質(zhì)量^^PZr: 0.03~0.1質(zhì)量％中的一種以上。
[0018] 本發(fā)明的Al-Mg-Si系鋁合金擠壓材的制造方法，其特征在于，對于具有上述組成 的鋁合金坯料，進行以500~550°C保持4~15小時的均質(zhì)化處理，以50°C/小時以上的平均 冷卻速度強制冷卻至250°C以下的溫度，加熱至450~500°C，以3~lOm/min的壓出速度進行 熱擠壓，以50°C/秒以上的平均冷卻速度對于擠壓材強制冷卻，進行時效處理。根據(jù)這一制 造方法，能夠得到本發(fā)明的上述Al-Mg-Si系錯合金擠壓材。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，在Si含量比較多的Al-Si-Mg系鋁合金擠壓材的制造中，不會伴隨長 時間的均質(zhì)化處理和壓出速度的降低，而能夠得到咬粘減少，具有十點平均粗糙度Rz為80μ m以下的平滑的表面的切削性優(yōu)異的Al-Si-Mg系鋁合金擠壓材。
[0020] 本發(fā)明的Al-Si-Mg系鋁合金擠壓材，因為高強度且切削性優(yōu)異，并且表面平滑，所 以外觀良好，因此能夠減少切削的加工量，根據(jù)情況，能夠?qū)D壓材的表面的一部分直接 (不切削)作為制品表面使用。
【附圖說明】
[0021] 圖1是均質(zhì)化處理前的坯料的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0022]圖2A是實施例No. 1的坯料的均質(zhì)化處理后的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0023]圖2B是由實施例No. 1的坯料得到的擠壓材的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0024]圖3A是實施例No. 12的坯料的均質(zhì)化處理后的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0025]圖3B是由實施例No. 12的坯料得到的擠壓材的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0026]圖4A是實施例No. 13的坯料的均質(zhì)化處理后的掃描型電子顯微鏡組織照片。
[0027]圖4B是由實施例No. 13的坯料得到的擠壓材的掃描型電子顯微鏡組織照片。
【具體實施方式】
[0028]以下，對于本發(fā)明的Al-Si-Mg系鋁合金擠壓材及其制造方法，更詳細地加以說明。 [0029](鋁合金的組成）
[0030]本發(fā)明的鋁合金，在以下方面具有特征，其含有Si:2.0~6.0質(zhì)量％，Mg:0.3~1.2 質(zhì)量％，Ti :0.01~0.2質(zhì)量％，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。該錯合金根據(jù)需要還含有 Mn:0.1~1.0質(zhì)量％和&1:0.1~0.4質(zhì)量％中的一種以上，根據(jù)需要還含有Cr:0.03~0.1質(zhì) 量％和2^0.03~0.1質(zhì)量％中的一種以上。該鋁合金的組成本體是公知的，但在本發(fā)明中， 將不可避免的雜質(zhì)之中的Fe的含量限制在0.2質(zhì)量％以下。以下，對于本發(fā)明的鋁合金的各 成分進行說明。
[0031] Si:2.0 ~6.0 質(zhì)量 ％
[0032] Si在鋁中形成作為第二相硬質(zhì)粒子的Si系晶化物(Si相），使切肩的斷開性良好， 使切削性提高。為此，Si需要添加超過向鋁的固溶量的2質(zhì)量％以上。另一方面，若添加 Si高 于6質(zhì)量％，則粗大的Si相形成，Si相、Al相和Mg2Si相的共晶反應(yīng)導致熔融開始點降低。為 了防止伴隨熔融開始點的降低而來的局部熔融和咬粘的發(fā)生，需要抑制擠壓時的加工放熱 量，因此出現(xiàn)使壓出速度降低的需要。因此，Si含量為2.0~6.0質(zhì)量含量的下限優(yōu)選 為3.5質(zhì)量％，上限優(yōu)選為4.5質(zhì)量％。
[0033] Mg:0.3 ~1.2 質(zhì)量 ％
[0034] Mg通過時效析出處理而作為微細的Mg2Si析出，使強度提高。為此，Mg優(yōu)選添加0.3 質(zhì)量％以上。另一方面，Mg2Si在凝固時也作為晶化物形成，擠壓時與β-AlFeSi發(fā)生包晶反 應(yīng)而使局部熔融發(fā)生，這成為咬粘的原因。若Mg含量高于1.2質(zhì)量％ JjMg2Si的晶化物大量 形成，咬粘容易發(fā)生。因此，Mg含量為0.3~1.2質(zhì)量％ Jg含量的下限優(yōu)選為0.5質(zhì)量％，上 限優(yōu)選為0.9質(zhì)量％。
[0035] Ti:0.01 ~0.2 質(zhì)量 ％
[0036] Ti使鑄造組織微細化而使機械的性質(zhì)穩(wěn)定化，因此而被添加，但在低于0.01質(zhì) 量％時得不到這一效果，另一方面，即使高于0.2質(zhì)量％添加，微細化效果也不會進一步提 高。因此，Ti含量為0.01~0.2質(zhì)量％ 含量的下限優(yōu)選為0.01質(zhì)量％，上限優(yōu)選為0.1質(zhì) 量％。
[0037] Mn:0.1 ~1 ·0 質(zhì)量％
[0038] Cu:0.1 ~0.4 質(zhì)量 ％
[0039] Mn在均質(zhì)化處理中作為分散粒子析出，使擠壓材的晶粒微細，具有使強度提高的 效果，因此根據(jù)需要添加。Mn含量低于0.1質(zhì)量％時，得不到充分的效果，另一方面，若高于 1.0質(zhì)量％添加，則擠壓性降低。因此，Mn含量為0.1~1.0質(zhì)量％ Jn含量的下限優(yōu)選為0.4 質(zhì)量％，上限優(yōu)選為0.8質(zhì)量％。
[0040] Cu固溶化而提高擠壓材的強度，因此代替Mn或與Mn-起根據(jù)需要被添加。但是，Cu 含量低于0.1質(zhì)量％時，得不到充分的效果，另一方面，若添加0.4質(zhì)量％而添加，則耐腐蝕 性和擠壓性降低。因此，Cu含量為0.1~0.4質(zhì)量％ Xu含量的下限優(yōu)選為0.2質(zhì)量％，上限優(yōu) 選為0.3質(zhì)量％。
[0041 ] Cr:0.03 ~0.1 質(zhì)量 ％
[0042] Zr:0.03 ~0.1 質(zhì)量 ％
[0043] Cr抑制再結(jié)晶而使晶粒微細化，提高擠壓材的強度，因此根據(jù)需要添加。但是，Cr 含量低于0.03質(zhì)量％時，得不到充分的效果，另一方面，若高于0.1質(zhì)量％而添加，則擠壓時 容易發(fā)生咬粘。因此，Cr含量為0.03~0.1質(zhì)量％。
[0044] Zr抑制再結(jié)晶而使晶粒微細化，提高擠壓材的強度，因此代替Cr或與Cr 一起根據(jù) 需要添加。但是，Zr含量低于0.03質(zhì)量％時，得不