專利名稱：：耐高溫脆性優(yōu)異的易切削鋁合金擠出材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種易切削鋁合金擠出材料，其為無(wú)鉛易切削鋁合金，且切削性優(yōu)異。
背景技術(shù)：
：鋁合金由于具有容易切削的特性，因而常使用于軸承、光學(xué)零件、汽車部件等上。在切削鋁合金時(shí)，人們比較關(guān)注切屑的處理性，希望切屑為不連續(xù)的，并被切割得很細(xì)小。尤其是最近幾年，在利用橫進(jìn)刀進(jìn)行切削的過(guò)程中，開(kāi)始在切削刀具處設(shè)置前角以降低產(chǎn)品的表面粗糙度，因此切屑和切削刀具之間的沖突變小，切屑的切割變得困難。目前使用的切削性優(yōu)異的鋁合金包括，在A1-Cu合金中添加了Pb、Bi的JIS2011合金，在Al-Mg-Si類合金中添加了Pb、Bi的JIS6262合金等擠出材料。然而，隨著近幾年的對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，需要一種無(wú)鉛易切削鋁合金。因此，人們提出一種添加Sn-Bi的無(wú)鉛合金來(lái)取代JIS2011合金(添加Pb-Bi)使用的易切削鋁合金，并且該易切削鋁合金正在流通，其切削性、耐腐蝕性等方面幾乎與JIS2011合金是相當(dāng)?shù)?專利第2726444號(hào))。然而，傳統(tǒng)的這些易切削合金都具有在高速切削等的重切削條件下工件容易出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題。這一問(wèn)題是由工件因切削加工而生熱，且達(dá)到例如135。C以上的高溫，由此發(fā)生合金的脆化所引起的。在接近添加元素之間的共晶溫度下，合金發(fā)生脆化，這一點(diǎn)可以通過(guò)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值的溫度依賴性測(cè)定中得以確認(rèn)。此外，令人擔(dān)心的是，通過(guò)切削加工成形的產(chǎn)品在高溫下使用時(shí)也可能會(huì)發(fā)生脆性破壞。而且，含有Sn-Bi的易切削鋁合金不僅在切削時(shí)出現(xiàn)斷裂，在合金制備過(guò)程中，在拉伸前的制尖(口付〖t)或拉伸過(guò)程中出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)率下降。這些不僅發(fā)生在含Pb-Bi的易切削鋁合金系中，而在含Sn-Bi的無(wú)鉛易切削鋁合金中表現(xiàn)更為突出。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是要提供一種易切削鋁合金擠出材料，在Al-Cu類合金中，即使不添加Pb也能夠維持一定的切削性，且能夠抑制高溫脆化。本發(fā)明提供下述方案(1)一種耐高溫脆性優(yōu)異的易切削鋁合金擠出材料，其中，含有3-6質(zhì)量o/。的Cu以及l(fā)-3質(zhì)量。/。的Bi，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值降低至室溫測(cè)定值的一半時(shí)的溫度為180°C以上。(2)—種耐高溫脆性優(yōu)異的易切削鋁合金擠出材料，其中，進(jìn)一步含有選自0.1~1.5質(zhì)量％的Si和0.1~2.0質(zhì)量％的Fe中的一種或兩種。本發(fā)明的上述以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)適當(dāng)參照附圖，從下述記載中得到理解。圖1是表示實(shí)施例合金以及比較例、傳統(tǒng)例的各合金的溫度和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值之間關(guān)系的曲線圖。圖2是表示本發(fā)明合金以及傳統(tǒng)易切削合金的鹽水噴霧試驗(yàn)結(jié)果(重量減少率)的柱狀圖。圖3是表示本發(fā)明合金以及傳統(tǒng)易切削合金的鹽水噴霧試驗(yàn)結(jié)果(孔腐蝕深度)的柱狀圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，對(duì)本發(fā)明的易切削鋁合金中添加的各元素的作用進(jìn)行說(shuō)明。銅(Cu)是以CuAl2等化合物的形式提高鋁合金強(qiáng)度的元素。在鋁合金中銅的含量為3.0~6.0質(zhì)量％,優(yōu)選5.0~6.0質(zhì)量％。當(dāng)銅含量小于下限值時(shí)，提高強(qiáng)度的效果不充分；當(dāng)銅含量超過(guò)上限值時(shí)，合金鑄錠的外表面品質(zhì)降低，因此無(wú)法得到良好的鋁合金擠出材料。硅(Si)不是本發(fā)明所必須添加的元素，但能夠提高合金強(qiáng)度，因此可以添加，其含量?jī)?yōu)選0-1.5質(zhì)量％。但是，當(dāng)含量超過(guò)1.5質(zhì)量％時(shí)，合金鑄錠的外表面品質(zhì)降低，因此無(wú)法得到良好的鋁合金擠出材料。鐵(Fe)不是本發(fā)明所必須添加的元素，但能夠提高合金強(qiáng)度，因此也可以添加。通過(guò)在鋁合金中添加Fe，且在鋁合金中以Al-Fe類化合物的形式存在，并提高合金強(qiáng)度，因此提高擠出材料的切削性。但是，當(dāng)鐵含量超過(guò)2.0質(zhì)量％時(shí)，加速切削刀具的鈍化，故不優(yōu)選。因此，鐵含量?jī)?yōu)選在0-2.0質(zhì)量％，更優(yōu)選在0.05-1.0質(zhì)量％以下。通過(guò)添加鉍(Bi)，可提高鋁合金擠出材料切屑切斷性。在合金中的鉍含量為0.9~3.0質(zhì)量％,優(yōu)選1.0-1.5質(zhì)量％。在這里，傳統(tǒng)的含Pb-Bi合金、含Sn-Bi合金中，由于鉛(Pb)、錫(Sn)、Bi等低熔點(diǎn)金屬幾乎不固溶于鋁中，所以彼此之間以形成化合物的形式而存在。這些化合物因切削、開(kāi)孔等刀刃上的加工生熱而發(fā)生熔融，切屑處出現(xiàn)切口，提高了切屑切斷性。傳統(tǒng)易切削鋁合金，由于Pb-Bi化合物的熔點(diǎn)低至125°C,Sn-Bi化合物的熔點(diǎn)低至139°C,所以會(huì)因加工生熱而熔融，可輕易發(fā)揮切屑切斷性。而另一方面，這些化合物由于熔點(diǎn)低，在高溫下會(huì)使合金發(fā)生脆化。相反，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料中，Al-Cu類合金是單獨(dú)含有Bi的。Bi的熔點(diǎn)為271°C,與Pb-Si化合物、Sn-Bi化合物相比熔點(diǎn)要高，雖然其切屑切斷性不及含Pb-Si合金和含Sn-Bi合金，但由于合金中Bi是以單質(zhì)形式呈微細(xì)分散狀態(tài)存在，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的切屑切斷性，作為易切削合金是非常實(shí)用的。另外，Bi的熔點(diǎn)高，就使得即使在高溫下合金也不易發(fā)生脆化。因此，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料作為無(wú)鉛易切削鋁合金，可以代替存在高溫脆化問(wèn)題的含Sn-Bi類合金，是非常有用的。當(dāng)Bi的含量不足0.9。/。時(shí)，Bi的分散量不充分，切削斷裂性變差。而B(niǎo)i含量過(guò)多，其分散效果將會(huì)提高切屑切斷性，當(dāng)其含量超過(guò)3.0質(zhì)量％時(shí)，鑄造性變差(鑄件表面變粗糙等)，因此無(wú)法得到良好的鋁合金擠出材料。而且，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料很難發(fā)生高溫脆化。具體來(lái)說(shuō)，在120-20(TC的高溫下，其擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值不會(huì)像傳統(tǒng)的含有Sn-Bi或Pb-Bi的易切削鋁合金那樣急劇下降。具體而言，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值降低至室溫測(cè)定值的一半所需的溫度為180。C以上，優(yōu)選在300。C附近使擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值降低至室溫測(cè)定值的一半。本說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求中所說(shuō)的室溫是指25°C。其次，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料在不影響其發(fā)明效果的范圍內(nèi)，可以含有少量的鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、錳(Mn)中的一種或兩種以上，也可以含有少量的鋅(Zn)、鈦(Ti)。元素Ni在合金中形成化合物，'因此，通過(guò)添加Ni而提高切屑切斷性，但添加量過(guò)多，容易形成粗大化合物，導(dǎo)致強(qiáng)度降低、韌性降低。元素Cr、Zr、Mn使合金的重結(jié)晶粒細(xì)小化，因此，通過(guò)添加Cr、Zr、Mn而提高強(qiáng)度、韌性，但添加過(guò)量時(shí)會(huì)導(dǎo)致形成粗大化合物，因此導(dǎo)致強(qiáng)度、韌性的降低。元素Ti使鑄造組織微小化，因此，通過(guò)添加Ti來(lái)提高合金的強(qiáng)度、韌性，但添加過(guò)多時(shí)會(huì)形成粗大化合物而導(dǎo)致強(qiáng)度、韌性的降低。另夕卜，為提高合金強(qiáng)度也可以添加鎂(Mg),但優(yōu)選添加1.8質(zhì)量％以下。由于Mg形成高熔點(diǎn)的Mg-Bi化合物，Bi不能起到低熔點(diǎn)元素的作用，因此會(huì)阻礙切屑切斷性。對(duì)于本發(fā)明合金的制備條件和熱處理，在常規(guī)制備條件下，根據(jù)用途來(lái)選擇熱處理即可。例如，可選擇熱加工的T1，也可以選擇進(jìn)行固溶化、人工時(shí)效的T6，也可以選擇進(jìn)行固溶化、冷加工、人工時(shí)效的T8、T9。強(qiáng)度大的合金，其切屑切斷性優(yōu)異，因此特別優(yōu)選固溶化后進(jìn)行冷加工、人工時(shí)效的T3、T8、T9等調(diào)質(zhì)處理。本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料，Al-Cu類無(wú)鉛合金的切削性與JIS2011合金等傳統(tǒng)易切削合金相當(dāng)，并具有優(yōu)異的耐高溫脆性和耐腐蝕性。實(shí)施例接下來(lái)基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。將具有表1所示組成的合金熔融，得到直徑為220mm的鑄錠。在480。C下對(duì)該鑄錠進(jìn)行6小時(shí)的均質(zhì)化處理。再通過(guò)400。C的擠出將該鑄錠制成直徑為35mm的擠出棒材。將棒材分別在500°C下進(jìn)行2小時(shí)的固溶化后，立即用水淬火。進(jìn)一步通過(guò)拉伸將其制成30mm的棒材，然后進(jìn)行規(guī)定的時(shí)效處理，制成如表1所示的熱處理材料。T8處理的時(shí)效條件為160°C、14小時(shí)。對(duì)由上獲得的上述試驗(yàn)合金擠出材料進(jìn)行切削試驗(yàn)、耐腐蝕試驗(yàn)以及擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)等各種試驗(yàn)。<1)切削試-驗(yàn)使用上述試驗(yàn)合金擠出材料，進(jìn)行外削的切削試驗(yàn)。切削條件為轉(zhuǎn)速2000rpm，切口量lmm，進(jìn)給量0.04mm/rev.。(2)耐高溫脆性使用試驗(yàn)合金擠出材料，從室溫至20(TC的規(guī)定溫度下進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)。(3)耐腐蝕試驗(yàn)使用試驗(yàn)合金擠出材料，進(jìn)行JIS2371鹽水噴霧試驗(yàn)200小時(shí)，測(cè)定重量減少率以及孔腐蝕深度(孔食深$)。(4)硬度測(cè)定使用試驗(yàn)合金擠出材料進(jìn)行維卡試驗(yàn)。負(fù)荷為5kg。切削試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。對(duì)切屑切斷性的評(píng)價(jià)是測(cè)定每100個(gè)切屑的重量以及用目視檢查切屑的形狀而做出的，但最終的切屑切斷性的判斷是從對(duì)切屑形狀的目視檢查結(jié)果來(lái)進(jìn)行的。目視檢查的判斷基準(zhǔn)如下"切屑較細(xì)非常好"的評(píng)價(jià)為o,"切屑長(zhǎng)度較短接近傳統(tǒng)易切削合金"的評(píng)價(jià)為〇，"切屑長(zhǎng)度較長(zhǎng)"的評(píng)價(jià)為A，"切屑難切斷、聯(lián)結(jié)在一起，，的評(píng)價(jià)為x。由表l的結(jié)果可知，單獨(dú)添加Bi的本發(fā)明合金No.l~7的切屑切斷性與含Sn-Bi合金(傳統(tǒng)易切削合金8、8')以及含Pb-Bi合金(傳統(tǒng)易切削合金9、9')相當(dāng)。另外，如本發(fā)明合金4、4'，5、5\即使含有微量的Pb或Sn，只要該含量在0.01%以下范圍，則屬于本發(fā)明的范圍。另一方面，由于比較合金No.1015、18、19的Bi含量不足本發(fā)明的下限規(guī)定量0.9質(zhì)量％,Bi在合金中的分散量不充分，因此切屑切斷性較差。此外，由于比較合金No.1618的Cu含量不足本發(fā)明的下限規(guī)定量3.0%，不能得到足夠的合金強(qiáng)度，因此切屑切斷性較差。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。傳統(tǒng)易切削合金(含有Sn-Bi的合金、含有Pb-Bi的合金)在13(TC左右其擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值會(huì)急劇下降，而本發(fā)明合金(單獨(dú)含有Bi的合金)以及比較合金(單獨(dú)含有Sn的合金)至高溫時(shí)沖擊試驗(yàn)值未表現(xiàn)出明顯下降。另外，單獨(dú)含有Sn的合金在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值下降至室溫測(cè)定值的一半所需的溫度約為170°C,而單獨(dú)含有Bi的合金在至進(jìn)行了試驗(yàn)的200。C的溫度范圍內(nèi)，其擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值沒(méi)有下降至室溫測(cè)定值的一半，說(shuō)明單獨(dú)含有Bi的合金尤其難發(fā)生高溫脆化現(xiàn)象。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>耐腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果如圖2及圖3所示。圖2為200小時(shí)鹽水噴霧后的重量減少率。圖2中，本發(fā)明合金(單獨(dú)含有1.0%的Bi以及單獨(dú)含有1.5%的Bi)的重量減少率與傳統(tǒng)的易切削合金(含有Sn-Bi)相當(dāng)，即重量減少率為0.4%。此外，圖3表示200小時(shí)鹽水噴霧后的孔腐蝕深度。圖3中，本發(fā)明合金(單獨(dú)含有1.0%的Bi以及單獨(dú)含有1.5%的Bi)的孔腐蝕深度為300jim以下。以上結(jié)果顯示，本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料的耐腐蝕性與傳統(tǒng)的易切削合金相當(dāng)甚至更優(yōu)異。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的易切削鋁合金擠出材料作為無(wú)鉛易切削鋁合金，是能夠取代Sn-Bi系合金的非常有用的材料，其中，Sn-Bi系合金存在切削加工生熱引起的成形品的脆性破壞、在合金制備工藝的拉伸過(guò)程中發(fā)生斷裂等高溫脆化的問(wèn)題。以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，在沒(méi)有特別指定的情況下，不應(yīng)用說(shuō)明中的任何一個(gè)細(xì)節(jié)來(lái)限定本發(fā)明，不應(yīng)違反所附的權(quán)利要求書(shū)所示的發(fā)明的精神和范圍，而應(yīng)在較寬范圍內(nèi)解釋本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種耐高溫脆性優(yōu)異的易切削鋁合金擠出材料，其中，含有3～6質(zhì)量％的Cu以及0.9～3質(zhì)量％的Bi，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值降低至室溫測(cè)定值的一半時(shí)的溫度為180℃以上。2.權(quán)利要求1所述的耐高溫脆性優(yōu)異的易切削鋁合金擠出材料，其中，進(jìn)一步含有選自0.1~1.5質(zhì)量％的Si和0.1~2.0質(zhì)量°/。的Fe中的一種或兩種。全文摘要一種易切削鋁合金擠出材料，其具有優(yōu)異的耐高溫脆性，該易切削鋁合金擠出材料含有3～6質(zhì)量％的Cu以及0.9～3質(zhì)量％的Bi，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，且擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)值降低至室溫測(cè)定值的一半所需溫度為180℃以上。文檔編號(hào)C22C21/12GK101278065SQ20068003645公開(kāi)日2008年10月1日申請(qǐng)日期2006年9月29日優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日發(fā)明者森謙介,田口和夫申請(qǐng)人:古河Sky株式會(huì)社