DE102019219227A1

DE102019219227A1 - Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102019219227A1
Application number: DE102019219227.0A
Authority: DE
Inventors: Takumi Maruyama
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-06-25
Also published as: KR20200078343A; CN111349827B; CN111349827A; JP2020100863A

Abstract

Eine Aluminiumlegierung besteht aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%; und der Rest besteht aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen, worin die Zugfestigkeit bei 25°C 330 MPa bis 380 MPa beträgt, worin eine Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr der Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder mehr ausmacht, und worin kein kristallisiertes Produkt vorliegt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die bevorzugt für Gleitkomponenten verwendet wird, wie z.B. spezifischerweise Spiralen (scrolls)und elektrisch angetriebene Spiralen, wie sie durch Komponenten eines Kompressor zur Verwendung in einer Automobil-Klimaanlage repräsentiert werden.
Stand der Technik
Aufgrund des kürzlichen Bedarfs nach Verbesserungen der Treibstoffeffizienz in der Automobilindustrie sind die Wünsche nach einer Gewichtsverringerung und einer höheren Funktionalität für verschiedene Komponenten zur Verwendung in Automobilen verstärkt worden, wie z.B. für einen Kompressor zur Verwendung in einer Automobil-Klimaanlage. Obwohl es verschiedene Arten von Kompressoren für Automobil-Klimaanlagen gibt, wird vor dem vorstehend erwähnten Hintergrund ein Spiralkompressor (Scroll-Kompressor) weithin als ein kompakter Kompressor eingesetzt. Für solche Komponenten ist eine Aluminiumlegierung mit einer großen spezifischen Festigkeit, die das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist, anstelle von Stahlmaterialien und Gusseisenmaterialien verwendet worden. Insbesondere ist als ein Material für Komponenten, die durch die vorstehend erwähnten Komponenten eines Kompressors zur Verwendung einer Automobil-Klimaanlage repräsentiert werden, ein geschmiedetes Material im Fokus der Aufmerksamkeit gewesen, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, wie z.B. einer Al-Si-basierten Legierung, die hohe Festigkeit bei hoher Temperatur aufweist und in der Lage ist, sogar unter harschen Umgebungsbedingungen unter einer Hochtemperaturatmosphäre verwendet zu werden und die auch herausragende Abriebbeständigkeit während des Gleitens aufweist.
Bei der Herstellung dieser Art von Aluminiumlegierung-Schmiedematerial ist z.B., wie in Patentdokument 1 beschrieben ist, eine Spirale (scroll) für Automobil-Klimaanlagen hergestellt worden durch Druckguss einer Aluminiumlegierung mit vorbestimmter Metallzusammensetzung und Unterziehen der druckgegossenen Aluminiumlegierung unter eine vorbestimmte Wärmebehandlung.
Zwischenzeitlich wird bei der Herstellung einer Spirale unter Verwendung der wie vorstehend beschriebenen Aluminiumlegierung eine Anodisierungsbehandlung (Alumit-Behandlung) als ein letzter Prozess durchgeführt. Jedoch werden Additivmetalle, wie z.B. Si, Cu und Mg, zu dem Aluminium in einer hohen Konzentration zugegeben, um die mechanischen Eigenschaften einer Aluminiumlegierung, die als ein Substrat dient, sicherzustellen. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass diese zugegebenen Metalle, insbesondere Cu, das Wachstum einer anodisierten Aluminiumbeschichtung inhibieren, was eine ungleichmäßige Dicke der anodisierten Aluminiumbeschichtung und eine verringerte Härte der anodisierten Aluminiumbeschichtung verursacht.
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, ist z.B. eine Aluminiumlegierung für Spiralen hergestellt worden, worin die Additivmenge von Cu klein gehalten wird, wie in Patentdokument 2 beschrieben wird. In Patentdokument 2 wird die Additivmenge von Cu, welches das Wachstum einer anodisierten Aluminiumbeschichtung inhibiert, klein gehalten, um die Gleichmäßigkeit der Dicke der anodisierten Aluminiumbeschichtung und die Härte der anodisierten Aluminiumbeschichtung zu verbessern, um hierdurch die Alumit-Eigenschaften zu verbessern.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-281742
Patentdokument 2: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-330560

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Weil jedoch die Zugabe des Cu-Elements, welches in starkem Maße zur Verbesserung der Festigkeit beiträgt, im Patentdokument 2 klein gehalten wird, besteht ein Nachteil, dass die Festigkeit gegenüber der Aluminiumlegierung kleiner ist, die in Patentdokument 1 beschrieben ist.
Offenbarung der Erfindung
Die offenbarten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Hinblick auf die vorstehenden und/oder andere Probleme im Stand der Technik entwickelt worden. Die offenbarten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bestehende Verfahren und/oder Vorrichtungen signifikant verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts dieses technischen Hintergrunds gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten bereitzustellen, die herausragende Alumit-Eigenschaften und hinreichende Zugfestigkeit aufweist.
Die anderen Zwecke und Vorteile von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich werden.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, hat der hiesige Erfinder als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen die Tatsache herausgefunden, dass gute Alumit-Eigenschaften sichergestellt werden können, indem die Additivmenge von Si, Cu, Mg, insbesondere Cu-Element, auf eine niedrige Konzentration gedrückt wird, und dass die Zugfestigkeit verbessert werden kann, indem andere Elemente in einem Ausmaß zugegeben werden, bei welchem die Alumit-Eigenschaften nicht inhibiert werden, und hat die vorliegende Erfindung vollendet. Die vorliegende Erfindung stellt die folgenden Mittel bereit.
[1] Eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht,
worin die Zugfestigkeit bei 25°C 330 MPa bis 380 MPa beträgt,
worin die Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr der Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder größer ausmacht, und
worin kein kristallisiertes Produkt vorliegt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweist.
[2] Die Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie vorstehend unter Punkt [1] angegeben, worin kein primärer Si-Kristall vorliegt.
[3] Die Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie unter vorstehendem Punkt [1] oder [2] angegeben, worin die Kompressor-Gleitkomponente eine Kompressor-Spiralkomponente ist.
[4] Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, worin der geschmiedete Artikel aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten hergestellt ist, wie unter dem vorstehenden Punkt [1] oder [2] angegeben.
[5] Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten,
worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Gleitkomponenten gebildet ist, der aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten hergestellt ist, wie sie unter dem vorstehenden Punkt [1] oder [2] angegeben ist.
[6] Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Spiralkomponenten,
worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Spiralkomponenten gebildet ist, der aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten hergestellt ist, wie sie unter dem vorstehenden Punkt [1] oder [2] angegeben ist.
[7] Geschmiedeter Artikel für elektrisch angetriebene Kompressor-Spiralkomponenten, worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für elektrisch angetriebene Kompressor-Spiralkomponenten gebildet ist, hergestellt aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie unter dem vorstehenden Punkt [1] oder [2] angegeben.
[8] Herstellungsverfahren für einen geschmiedeten Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, wobei das Herstellungsverfahren umfasst:

einen Metallschmelze-Bildungsschritt zum Erhalt einer Metallschmelze aus einer Aluminiumlegierung, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht,
einen Gussprozess zum Erhalt eines Gussmaterials durch Gießen der erhaltenen Metallschmelze;
einen homogenisierenden Wärmebehandlungsprozess zum Durchführen einer homogenisierenden Wärmebehandlung, worin das Gussmaterial bei einer Temperatur von 470°C bis 500°C für 0,5 Stunden bis 6,0 Stunden gehalten wird;
einen Schmiedeprozess zum Erhalt eines geschmiedeten Bauteils, in dem das Gussmaterial nach der homogenisierenden Wärmebehandlung einem Schmiedeprozess unterzogen wird;
einen Lösungsbehandlungsprozess zum Unterziehen des geschmiedeten Bauteils unter eine Lösungsbehandlung bei einer Temperatur von 500°C bis 545°C;
einen Quench-Prozess zum Quenchen des geschmiedeten Bauteils, das der Lösungsbehandlung unterzogen worden ist; und
einen Alterungsbehandlungsprozess zum Erwärmen des geschmiedeten Bauteils nach dem Quench-Prozess bei einer Temperatur von 160°C bis 220°C für 1 Stunde bis 18 Stunden.

Wirkungen der Erfindung
Die Wirkungen der Erfindung sind wie folgt.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [1] der Erfindung kann eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten mit herausragenden Alumit-Eigenschaften und hinreichender Zugfestigkeit bereitgestellt werden.
Gemäß dem vorstehenden Punkt [2] der Erfindung kann eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten mit noch weiter herausragenden Alumit-Eigenschaften bereitgestellt werden.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [3] der Erfindung kann eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Spiralkomponenten mit herausragenden Alumit-Eigenschaften und hinreichender Zugfestigkeit bereitgestellt werden.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [4] der Erfindung kann ein geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten mit herausragenden Alumit-Eigenschaften und hinreichender Zugfestigkeit bereitgestellt werden.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [5] der Erfindung kann ein geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten mit einer anodisierten Aluminiumbeschichtung, die gleichmäßig bezüglich der Filmdicke ist und die Bezüglichkeit der Filmfestigkeit herausragend ist, und der ausreichende Zugfestigkeit aufweist, bereitgestellt werden.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [6] der Erfindung kann ein geschmiedeter Artikel für Kompressor-Spiralkomponenten bereitgestellt werden, der eine anodisierte Aluminiumbeschichtung, die bezüglich der Filmdicke gleichmäßig ist und bezüglich der Filmfestigkeit herausragend ist, aufweist und der hinreichende Zugfestigkeit besitzt.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [7] der Erfindung kann ein geschmiedeter Artikel für elektrisch angetriebene Kompressor-Spiralkomponenten bereitgestellt werden, der eine anodisierte Aluminiumbeschichtung, die bezüglich der Filmdicke gleichmäßig ist und bezüglich der Filmfestigkeit herausragend ist, aufweist und der ausreichende Zugfestigkeit besitzt.
Entsprechend dem vorstehenden Punkt [8] der Erfindung kann ein geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten hergestellt werden, der herausragende Alumit-Eigenschaften und hinreichende Zugfestigkeit besitzt.
Figurenliste

1 ist eine Perspektivansicht, die ein Gussmaterial vor dem Schmieden zeigt.
2 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines erfindungsgemäßen geschmiedeten Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß der Erfindung besteht aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, worin die Zugfestigkeit bei 25°C 330 MPa bis 380 MPa beträgt, worin die Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr (in der Beobachtung eines visuellen Felds bei 5.000-facher Vergrößerung mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (nachstehend als „FE-SEM“ bezeichnet)) einer Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder mehr ausmacht, und worin kein kristallisiertes Produkt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und das einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweist, vorliegt. Mit solch einer Konfiguration kann eine Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten mit herausragenden Alumit-Eigenschaften und ausreichender Zugfestigkeit bereitgestellt werden.
Der geschmiedete Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte (HV) von 400 oder mehr auf der Oberfläche des geschmiedeten Artikels für Kompressor-Gleitkomponenten, hergestellt aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, gebildet ist, weist eine anodisierte Aluminiumbeschichtung auf, die bezüglich der Dicke gleichmäßig ist und bezüglich der Filmfestigkeit herausragend ist, und besitzt eine ausreichende Zugfestigkeit.
In der vorliegenden Erfindung kann der Effekt erhalten werden, dass die Zugfestigkeit bei 25°C verbessert werden kann, weil in der Strukturbeobachtung mit einem FE-SEM die Fläche der intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr der Fläche der intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder größer ausmacht. Weil ferner kein kristallisiertes Produkt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und das einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweist, vorliegt, kann die Wirkung erhalten werden, dass eine Verschlechterung der Alumit-Eigenschaften unterdrückt werden kann.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Dieses Herstellungsverfahren umfasst: einen Metallschmelze-Bildungsprozess zum Erhalt einer Metallschmelze aus einer Aluminiumlegierung, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und einen Gussprozess zum Erhalt eines Gussmaterials, in dem die erhaltene Metallschmelze gegossen wird.
(Metallschmelze-Bildungsprozess)
In dem Metallschmelze-Bildungsprozess wird eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze erhalten, die gelöst und zubereitet worden ist, um eine Zusammensetzung aufzuweisen, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
(Gussprozess)
Als nächstes wird ein Gussmaterial 10 durch Gießen der erhaltenen Metallschmelze erhalten (siehe 1). Das Gussverfahren ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein konventionell bekanntes Verfahren verwendet werden, und Beispiele hiervon umfassen ein kontinuierliches Guss-Walzverfahren, ein Hot-Top-Gussverfahren, ein Float-Gussverfahren, ein halbkontinuierliches Gussverfahren (DC-Gussverfahren) und dergleichen. Z.B. wird ein Gussmaterial mit einem Durchmesser von 60 mm bis 90 mm erhalten.
Danach können in dieser Reihenfolge ein homogenisierender Wärmebehandlungsprozess, ein Schneideprozess, ein Schmiedeprozess, ein Lösungsbehandlungsprozess, ein Quench-Prozess, ein Alterungsbehandlungsprozess und ein KugelstrahlProzess durchgeführt werden.
(Homogenisierender Wärmebehandlungsprozess)
An dem erhaltenen Gussmaterial wird eine homogenisierende Wärmebehandlung durchgeführt. D.h., es ist bevorzugt, eine homogenisierende Wärmebehandlung durchzuführen, indem das Gussmaterial für 0,5 Stunden bis 6,0 Stunden bei einer Temperatur von 470°C bis 500°C gehalten wird.
(Schneideprozess)
Das der homogenisierenden Wärmebehandlung unterzogene Gussmaterial wird zu einer vorbestimmten Länge geschnitten, um ein Gussmaterial für das Schmieden zu erhalten.
(Schmiedeprozess)
Das Gussmaterial wird geschmiedet, um ein geschmiedetes Bauteil 20 (siehe 2) zu erhalten. In dem Schmiedeprozess wird die Formtemperatur bevorzugt auf 100°C bis 300°C gesetzt, und die Materialtemperatur (Gussmaterialtemperatur) wird bevorzugt auf 370°C bis 510°C gesetzt.
(Lösungsbehandlungsprozess)
Als nächstes wird eine Lösungsbehandlung durchgeführt. Die Temperatur der Lösungsbehandlung wird bevorzugt auf 500°C bis 545°C eingestellt. Die Lösungsbehandlungs-Bearbeitungszeit wird bevorzugt auf 0,5 Stunden bis 6 Stunden eingestellt.
(Quench-Prozess)
Als nächstes wird ein Quench-Prozess durchgeführt. Dieser Quench-Prozess wird bevorzugt mit Wasser von 15°C bis 60°C durchgeführt.
(Alterungsbehandlungsprozess)
Als nächstes wird eine Alterungsbehandlung durch Erwärmen des geschmiedeten Artikels, der dem Quench-Prozess unterzogen worden ist, bei einer Temperatur von 160°C bis 220°C für 1 Stunde bis 18 Stunden durchgeführt.
(Kugelstrahlprozess (shot peening prozess))
In diesem Kugelstrahlprozess wird der geschmiedete Artikel, der der vorstehenden Alterungsbehandlung unterzogen worden ist, durch maschinelle Bearbeitung geschnitten und dann kugelgestrahlt, um die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern, indem eine plastische Bearbeitung in der Nähe der Oberfläche durchgeführt wird, jedoch wird die abrasive Korngröße bevorzugt auf 1 mm oder kleiner eingestellt. Als abrasiver Korntyp kann beispielhaft SUS304, Aluminiumoxid usw. genannt werden. Der Strahldruck wird bevorzugt auf 1 MPa oder kleiner eingestellt.
Der wie vorstehend beschrieben erhaltene geschmiedete Artikel weist herausragende Alumit-Eigenschaften und eine ausreichende Zugfestigkeit auf, so dass er geeigneterweise als eine gleitende Komponente für Automobil-Klimaanlagen verwendet werden kann. Durch das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren kann ein geschmiedeter Artikel erhalten werden, worin die Zugfestigkeit bei 25°C 330 MPa bis 380 MPa beträgt, die Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr der Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder mehr ausmacht, und worin kein kristallisiertes Produkt vorliegt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und das einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweist.
Als nächstes werden nachstehend die Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung und die Zusammensetzung der „Aluminiumlegierung“ in dem Herstellungsverfahren eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Gleitkomponenten im Detail beschrieben werden. Die Aluminiumlegierung ist eine Aluminiumlegierung, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Das Si (die -Komponente) weist eine Wirkung zur Verbesserung der Festigkeit auf. Wenn jedoch Si exzessiv zugegeben wird, verringert sich die Festigkeit aufgrund der Kristallisation von groben primären Si-Kristallkörnern. Weil ferner ein Si-Primärkristall das Fortschreiten der anodischen Oxidation inhibiert, werden auch die Alumit-Eigenschaften verschlechtert. Wenn der Mengenanteil von Si weniger als 8,0 Masse-% beträgt, kann eine hinreichende Zugfestigkeit nicht erhalten werden. Wenn andererseits die Si-Menge 12,0 Masse-% übersteigt, verringert sich die Zugfestigkeit aufgrund der Kristallisation von groben primären Si-Kristallkörnern und die Alumit-Eigenschaften werden auch verschlechtert. Daher wird der Si-Mengenanteil so eingestellt, dass er in den Bereich von 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-% fällt.
Das Cu (die -Komponente) weist eine Wirkung zur Verbesserung der Zugfestigkeit auf. Die Wirkung zur Verbesserung der Zugfestigkeit ist durch die Ausfällung von Cu begründet, und die vorstehende Wirkung kann erhalten werden, indem eine Alterungsbehandlung eingesetzt wird, nachdem eine übersättigte Feststofflösung durch eine Lösungsbehandlung erhalten worden ist. Wenn jedoch ein auf Cu-basierendes kristallisiertes Produkt vorliegt, werden die Anodisierungseigenschaften verschlechtert, weil das auf Cu-basierende kristallisierte Produkt das Fortschreiten der Anodisierung während der Anodisierungsbehandlung inhibiert. Wenn der Cu-Anteil weniger als 0,6 Masse-% beträgt, kann eine ausreichende Ausfällungs-Härtung nicht erhalten werden, so dass die Festigkeit nicht verbessert wird. Wenn andererseits der Cu-Gehalt 1,2 Masse-% übersteigt, werden die Alumit-Eigenschaften bemerkenswert verschlechtert. Daher wird der Cu-Mengenanteil so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-% fällt. Insbesondere wird der Cu-Mengenanteil bevorzugt so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,8 Masse-% bis 1,1 Masse-% fällt.
Wie Cu weist das vorstehende Mg (die -Komponente) eine Funktion zur Verbesserung der Zugfestigkeit auf. Mg bildet zum Zeitpunkt des Gießens eine Feststofflösung, und bildet und präzipitiert eine Verbindung mit Si und Cu zum Zeitpunkt einer Alterungsbehandlung, wodurch es zu einer Verbesserung der Zugfestigkeit beiträgt. Solch eine Wirkung zur Verbesserung der Zugfestigkeit wird deutlicher ausgeübt, wenn der Mg-Mengenanteil 0,2 Masse-% oder mehr beträgt, und wenn der Mg-Mengenanteil 0,8 Masse-% übersteigt, wird die Wirkung nicht merklich ausgeübt. Daher wird der Mg-Mengenanteil so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-% fällt. Insbesondere wird der Mg-Mengenanteil bevorzugt so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,4 Masse-% bis 0,6 Masse-% fällt.
Das Mn (die -Komponente) weist eine Wirkung zur Verbesserung der Zugfestigkeit auf. Mn kristallisiert in der granularen Form einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung zum Zeitpunkt des Gießens und trägt zur Verbesserung der Zugfestigkeit bei. Solch eine Zugfestigkeits-verbessernde Wirkung ist weniger effektiv, wenn der Mn-Mengenanteil weniger als 0,05 Masse-% beträgt, und wenn der Mn-Mengenanteil 0,8 Masse-% übersteigt, wird ein grobes kristallisiertes Produkt gebildet, was zu einer Verringerung der Festigkeit führt. Daher wird der Mn-Mengenanteil so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-% fällt. Insbesondere wird der Mn-Mengenanteil bevorzugt so eingestellt, dass er in den Bereich von 0,3 Masse-% bis 0,6 Masse-% fällt.
In der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung beträgt der Gesamtanteil von Cr, Zn, Fe, Ni, Co, V, Mo, Zr, Sc, Hf, Ce, Nb, Er und Yb bevorzugt bis zu 0,5 Masse-%. Wenn er 0,5 Masse-% übersteigt, kristallisiert er vor der Al-Matrix und bildet ein grobes kristallisiertes Produkt, was zu verringerter Duktilität führt, welches wiederum die Zugfestigkeit verringert.
In der vorliegenden Erfindung ist der Kreisäquivalentdurchmesser der intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung ein Wert, der umgewandelt wird als Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche wie die Fläche der intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung in der SEM-Fotographie (Bild) des Querschnitts des Aluminiumlegierungsmaterials.
Beispiele
Als nächstes werden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, man beachte jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht besonders auf diese Beispiele beschränkt ist.
<Beispiel 1>
Es wurde ein Gussmaterial mit einem Durchmesser von 82 mm erhalten, indem eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze kontinuierlich gegossen wurde, bestehend aus Si: 10,0 Masse-%, Cu: 0,9 Masse-%, Mg: 0,3 Masse-%, Mn: 0,5 Masse-%, und Rest Al und unvermeidbare Verunreinigungen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Gießens wurde auf 15°C/s eingestellt. Das erhaltene Gussmaterial wurde einer homogenisierenden Wärmebehandlung durch Erwärmen bei 470°C für 7 Stunden unterzogen, und dann luftgekühlt.
Das Gussmaterial wurde zu einer Länge von 30 mm geschnitten und dann bei einer Materialtemperatur von 420°C und einer Matrizentemperatur von 180°C geschmiedet. In dem Schmieden wurde unter der Annahme des Bodens eines Spiral-Schmiedeartikels ein 80-%iges Stauchen in einer Richtung parallel zur Axialrichtung des Gussmaterials durchgeführt, um ein geschmiedetes Material zu erhalten.
Das geschmiedete Material wurde bei 510°C für 3 Stunden erwärmt, um eine Lösungsbehandlung durchzuführen, und dann wurde ein Wasser-Quench-Prozess mit Wasser von 25°C durchgeführt. Als nächstes wurde eine künstliche Alterungsbehandlung durchgeführt, indem für 8 Stunden bei 180°C erwärmt wurde, um einen geschmiedeten Artikel zu erhalten.
<Beispiele 2 und 3>
Es wurden geschmiedete Artikel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass eine Aluminiumlegierung-Metallschmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Legierungszusammensetzung (enthaltend unvermeidbare Verunreinigungen) verwendet wurde.
<Beispiel 4>
Es wurde ein geschmiedeter Artikel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Legierungszusammensetzung (enthaltend unvermeidbare Verunreinigungen) verwendet wurde und die Lösungsbehandlungstemperatur auf 540°C eingestellt wurde.
<Vergleichsbeispiele 1 bis 8>
Es wurden geschmiedete Artikel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Legierungszusammensetzung (enthaltend unvermeidbare Verunreinigungen) verwendet wurde.
<Vergleichsbeispiel 9>
Es wurde ein geschmiedeter Artikel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Legierungszusammensetzung (enthaltend unvermeidbare Verunreinigungen) verwendet wurde und die Lösungsbehandlungstemperatur auf 550°C eingestellt wurde.
<Vergleichsbeispiel 10>

Es wurde ein geschmiedeter Artikel auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer, dass eine Aluminiumlegierungs-Metallschmelze mit der in Tabelle 1 gezeigten Legierungszusammensetzung (enthaltend unvermeidbare Verunreinigungen) verwendet wurde und die Lösungsbehandlungstemperatur auf 490°C eingestellt wurde. Tabelle 1

	Aluminumlegierungszusammensetzung (Masse-%)					Lösungsbehandlungstemperatur (°C)
	Si	Cu	Mg	Mn	Al	Lösungsbehandlungstemperatur (°C)
Bsp. 1	10,0	0,9	0,3	0,5	Rest	510
Bsp. 2	11,5	1,2	0, 6	0, 6	Rest	510
Bsp. 3	8,2	0,7	0,2	0,3	Rest	510
Bsp. 4	10,0	0,9	0,3	0,5	Rest	540
Vgl. - Bsp. 1	13, 0	0,9	0,3	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 2	7,3	0,9	0,3	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 3	10, 0	0,5	0,3	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 4	10, 0	1,4	0,3	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 5	9,9	1,0	0,1	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 6	9,9	1,0	1,0	0,5	Rest	510
Vgl. - Bsp. 7	10,0	0,9	0,3	0, 01	Rest	510
Vgl. - Bsp. 8	10,0	0,9	0,3	0,9	Rest	510
Vgl. - Bsp. 9	10,2	0,9	0,3	0,5	Rest	550
Vgl. - Bsp. 10	10,2	0,9	0,3	0,5	Rest	490

Tabelle 2

	Alumit-Eigenschaften				Zugfestigkeit			Gesamtbewertung
	(*1) maximaler Kreisäquivalentdurchmesser (µm)	Gegenwart oder Abwesenheit von primären Si-Kristallen	Härte der Alumit-Beschichtung (HV)	Beschichtungsbewertung	(*2) Flächenanteil (%)	Zugfestigkeit (MPa)	Bewertung der Zugfestigkeit	Gesamtbewertung
Bsp. 1	0,2	Abwesenheit	430	◯	92	361	◯	◯
Bsp. 2	0,4	Abwesenheit	412	◯	94	362	◯	◯
Bsp. 3	0,2	Abwesenheit	444	◯	90	331	◯	◯
Bsp. 4	0,2	Abwesenheit	436	◯	92	364	◯	◯
Vgl.-Bsp. 1	0,2	Gegenwart	389	×	95	350	◯	×
Vgl.-Bsp. 2	0,2	Abwesenheit	440	◯	82	325	×	×
Vgl.-Bsp. 3	0,1	Abwesenheit	453	◯	91	319	×	×
Vgl.-Bsp. 4	5,4	Abwesenheit	393	×	3	365	◯	×
Vgl.-Bsp. 5	0,3	Abwesenheit	441	◯	91	314	×	×
Vgl.-Bsp. 6	0,2	Abwesenheit	423	◯	92	323	×	×
Vgl.-Bsp. 7	0,3	Abwesenheit	436	◯	0	302	×	×
Vgl.-Bsp. 8	0,2	Abwesenheit	421	◯	42	322	×	×
Vgl.-Bsp. 9	-	-	-	×	-	-	×	×
Vgl.-Bsp. 10	0,2	Abwesenheit	428	◯	90	322	×	×
(*1) maximaler Kreisäquivalentdurchmesser (µm) des kristallisierten Produkts, enthaltend 1 Masse-% oder mehr an Cu
(*2) Flächenanteil (%), der von einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung von 0,5 µm bis 5 µm belegt wird, an der intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit 0,5 µm oder mehr Weil Schmelzen während der Lösungsbehandlung auftrat, wurde dies in Vergleichsbeispiel 9 als „×“ bewertet

Jeder geschmiedeter Artikel, der wie vorstehend beschrieben erhalten wurde, wurde basierend auf dem folgenden Bewertungsverfahren bewertet.
<Härte-Bewertungsverfahren der anodisierten Aluminiumbeschichtung>
Jeder geschmiedete Artikel wurde einer Anodisierungsbehandlung unterzogen, um die Härte der anodisierten Aluminiumbeschichtung zu messen. Die Anodisierungsbehandlung wurde bei einer Elektrolytkonzentration von 150 g/l an freier Schwefelsäure, einer Stromdichte von 3 A/dm² und einer Badtemperatur von 5°C durchgeführt, um eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Dicke von 20 µm zu bilden. Der erhaltene anodisiert-behandelte Artikel wurde ausgeschnitten und durch Polieren Spiegel-endbearbeitet, und dann wurde die Vickers-Härte der anodisieren Aluminiumbeschichtung unter Verwendung eines MICRO HARDNESS-TESTERS HMV, hergestellt von Shimadzu Corporation, gemessen. Die Härtemessung wurde in der Dickenrichtung der anodisierten Aluminiumbeschichtung unter einer Last von 0,01 g durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 ist der Fall, worin die Vickers-Härte (HV) kleiner als 400 war, als Bewertung „×“ bezeichnet, und der Fall, worin die Vickers-Härte (HV) 400 oder mehr beträgt, wurde als Bewertung „◯“ bezeichnet.
<Zugfestigkeits-Testverfahren>
Um einen Zugtest durchzuführen, wurde ein geschmiedeter Artikel zu einer vorbestimmten Größe geschnitten, um ein JIS Nr. 4-Zugteststück zu erhalten. Das erhaltene Teststück wurde einem Zugtest unter Verwendung eines AG100kNXplus, hergestellt von Shimadzu Corporation, in Übereinstimmung mit JIS Z2241 unterzogen, und die Zugfestigkeit (MPa) bei 25°C wurde gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 sind diejenigen mit einer Zugfestigkeit von 330 MPa bis 380 MPa als Bewertung „◯“ bezeichnet, wohingegen diejenigen mit einer Zugfestigkeit, die von dem vorstehenden Bereich abweicht, als Bewertung „×“ bezeichnet sind.
<Struktur-Beobachtungsverfahren>
Zum Zwecke der Strukturbeobachtung wurde der geschmiedete Artikel zu einer vorbestimmten Größe geschnitten. Die Beobachtungsoberfläche war eine Oberfläche, die zur Schmiederichtung parallel war. Die geschnittene Probe wurde einer Observations-Oberflächenbearbeitung (CROSS SECTION POLISHER IB-19530CP, hergestellt von JOEL Ltd.) unterzogen und dann bei 5.000-facher Vergrößerung mit einem FE-SEM (JSM-7900F, hergestellt von JEOL Ltd.) beobachtet. Durch Durchführen einer EDS-Analyse auf dem visuellen Beobachtungsfeld (hergestellt von Oxford Instruments PLC, Multiple Energy Dispersive X-ray micro analyzer AZtec Energy Advanced X-MAXN 80) wurden „ein maximaler Kreisäquivalentdurchmesser von kristallisiertem Produkt, enthaltend 1 Masse-% oder mehr Cu“, „Gegenwart oder Abwesenheit von primären Si-Kristallen“, und ein „Flächenanteil der 0,5 bis 5 µm intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung an denen mit 0,5 µm oder mehr“ erhalten. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, besitzen die geschmiedeten Artikel der Beispiele 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung eine hohe Härte einer anodisierten Aluminiumbeschichtung und eine ausreichende Zugfestigkeit.
Hingegen waren die Vergleichsbeispiele 1 bis 10, die vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, unterlegen in zumindest einem von der Härte der anodisierten Aluminiumbeschichtung (Alumit-Eigenschaften) und der Zugfestigkeit.
Weil in Vergleichsbeispiel 9 die Lösungsbehandlungstemperatur hoch war, überschritt sie die Solidus-Temperatur, und es trat ein Schmelzen (Teilschmelzen) auf, so dass die vorstehenden Bewertungen nicht durchgeführt wurden. Weil in Vergleichsbeispiel 10 die Lösungsbehandlungstemperatur niedrig war, konnte eine ausreichend übersättigte Feststofflösung nicht erhalten werden, und die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur war unzureichend.
Industrielle Anwendbarkeit
Eine Kompressor-Gleitkomponente, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung, und ein geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, erhalten durch ein Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung, können geeigneterweise als eine Gleitkomponente verwendet werden, repräsentiert durch eine Komponente, insbesondere eine Spirale (scroll) oder eine elektrisch angetriebene Spirale (scroll) eines Kompressors für Automobil-Klimaanlagen.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-239014 , eingereicht am 21. Dezember 2018, deren gesamte Offenbarung hierin durch Inbezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Man verstehe, dass die Ausdrücke und Verwendungen, die hierin verwendet werden, zur Erklärung verwendet werden und keine Absicht besteht, dass sie zur Auslegung auf eine beschränkende Weise verwendet werden, jegliche Äquivalente der Merkmale, die hierin gezeigt und erwähnt sind, nicht eliminieren, und verschiede Modifikationen ermöglichen, die in dem beanspruchten Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Bezugszeichenliste

10:: Gussmaterial
20:: geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005281742 [0006]
JP 2005330560 [0006]
JP 2018239014 [0068]

Claims

Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wobei die Aluminiumlegierung besteht aus: Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-% und wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, worin die Zugfestigkeit bei 25°C 330 MPa bis 380 MPa beträgt, worin die Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm bis 5 µm 90 % oder mehr der Fläche einer intermetallischen Al-Mn-Si-Verbindung mit einem Kreisäquivalentdurchmesser von 0,5 µm oder mehr ausmacht und worin kein kristallisiertes Produkt vorliegt, das 1 Masse-% oder mehr Cu enthält und einen Kreisäquivalentdurchmesser von mehr als 5 µm aufweist.
Die Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß Anspruch 1, worin kein primärer Si-Kristall vorliegt.
Die Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Kompressor-Gleitkomponente eine Kompressor-Spiralkomponente ist.
Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, worin der geschmiedete Artikel aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie in Anspruch 1 oder 2 angeführt, hergestellt ist.
Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Gleitkomponenten gebildet ist, hergestellt aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie in Anspruch 1 oder 2 angeführt.
Geschmiedeter Artikel für Kompressor-Spiralkomponenten, worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für Kompressor-Spiralkomponenten gebildet ist, hergestellt aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie in Anspruch 1 oder 2 angeführt.
Geschmiedeter Artikel für elektrisch angetriebene Kompressor-Spiralkomponenten, worin eine anodisierte Aluminiumbeschichtung mit einer Vickers-Härte von 400 oder mehr auf einer Oberfläche eines geschmiedeten Artikels für elektrisch angetriebene Kompressor-Spiralkomponenten gebildet ist, hergestellt aus der Aluminiumlegierung für Kompressor-Gleitkomponenten, wie in Anspruch 1 oder 2 angeführt.
Herstellungsverfahren für einen geschmiedeten Artikel für Kompressor-Gleitkomponenten, wobei das Herstellungsverfahren umfasst: einen Metallschmelze-Bildungsprozess zum Erhalt einer Metallschmelze aus einer Aluminiumlegierung, bestehend aus Si: 8,0 Masse-% bis 12,0 Masse-%, Cu: 0,6 Masse-% bis 1,2 Masse-%, Mg: 0,2 Masse-% bis 0,8 Masse-%, Mn: 0,05 Masse-% bis 0,8 Masse-%, wobei der Rest aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; einen Gussprozess zum Erhalt eines Gussmaterials durch Gießen der erhaltenen Metallschmelze; einen homogenisierenden Wärmebehandlungsprozess zum Durchführen einer homogenisierenden Wärmebehandlung, worin das Gussmaterial für 0,5 Stunden bis 6,0 Stunden bei einer Temperatur von 470°C bis 500°C gehalten wird; einen Schmiedeprozess zum Erhalt eines geschmiedeten Bauteils, in dem das Gussmaterial nach der homogenisierenden Wärmebehandlung einem Schmiedeprozess unterzogen wird; einen Lösungsbehandlungsprozess, worin das geschmiedete Bauteil einer Lösungsbehandlung bei einer Temperatur von 500°C bis 545°C unterzogen wird; einen Quench-Prozess zum Quenchen des geschmiedeten Bauteils, das der Lösungsbehandlung unterzogen worden ist; und einen Alterungsbehandlungsprozess, in dem das geschmiedete Bauteil nach dem Quenchen bei einer Temperatur von 160°C bis 220°C für 1 Stunde bis 18 Stunden erwärmt wird.