JPH01149936A - 粉末冶金用耐熱Ａｌ合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＩＬ上立旦皿±１ 本発明は、高温で強度低下が少なく、熱間加工性の良好
なる粉末冶金用耐熱Ａｌ合金に係り、特に内燃機関の連
接棒の如く高温に加熱される構造用部材に好適に使用さ
れる耐熱Ａ９合金に関するものである。

−のｐ 耐熱性の優れたＡｌ合金として、Ｓλを１８〜２５重量
％も含むピストン用合金（通称、アルシル）が知られて
いる。この高８＝含有Ａｌ１合金は鋳造用合金であって
、鋳造法によれば、粗大な初晶ＳＬが晶出して必要な強
度が得られないため、改良処理〈例、溶場中にＮａを添
加する）を行なって初晶Ｓλ粉粒子微細化を計っている
。しかしながら、その微細化効果には限界があり、また
溶解法により得たＡ９合金は温度１５０℃以上で急速に
軟化するという弱点があるところから、高ＳＬ含有過共
晶ＡｆＪ合金粉末をアトマイジング法で製造することに
より初晶ＳＬの粒径を数μｍ程度に抑え、その圧粉成形
体を熱間押出し加工して高強度のＡｌ合金焼結材を得る
方法が提案されている。

例えば、この方法によって得た１ｌ−８Ｆｅ系合金焼結
材は耐熱性良好であり、温度２００℃で３０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２に達する引張り強度を有している。

を　°　るための　　　よび 本発明は斯かる技術的背景の下に創案されたものであり
、その目的は粉末冶金法によりへ１−８Ｆｅ系合金より
も更に優れた耐熱性を有するＡＪＩ合金を提供すること
である。

この目的は、■Ｃｒを３〜２０重間％、　Ｆｅ。

Ｔ、ｔ、Ｇｏ、ＮＬ、ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ。

Ｙ、Ｈｆからなる群より選ばれた一種の合金元素を１０
重量％未満または二種以上の合金元素を計１０重量％未
満含有し、残部が不可避不純物と１１であることを特徴
とする粉末冶金用耐熱ＡｆＪ合金、および■Ｃｒを３〜
２０重世％、　Ｚｒ、　Ｍｎのうち一方の合金元素を７
１四％未満または両合金元素を７重量％未満、Ｆｅ、Ｔ
＝、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ。

Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆからなる群より選ば
れた一種の合金元素を１０重０％未満または二種以上の
合金元素を計１０重伍％未満含有し、残部が不可避不純
物とＡｌであることを特徴とする粉末冶金用耐熱Ａｌ合
金を提供することによって達成される。

粉末冶金法において、Ａ、ｌＩ中に固溶限界を越えてＣ
ｒ、Ｆｅ、Ｔｔ等の合金元素を添加し、該合金元素とＡ
ｌとの金属間化合物を微細に分散品出。

分散析出させると、マトリックス中へのＯｒ。

Ｆｅ、Ｔｔ等の固溶による強化および金属間化合物粒子
の晶出、析出による強化を計ることが可能である。しか
るに、析出した金属間化合物粒子は常温で安定であるも
のの、温度上昇とともにマトリックス中に固溶し、金属
間化合物粒子の析出による硬化効果は次第に失われる。

その際、マトリックス中への金属間化合物粒子の固溶速
度は主として合金元素のＡｌ中での拡散係数（ＣＩＩ１
２７秒）に依存する。すなわち、Ａｌ合金焼結材の耐熱
性を向上させるためには、拡散係数が小さく、かつ固溶
限界の小さな金属間化合物形成元素を添加する必要があ
る。拡散係数の小さい合金元素の代表例４；ｔｃｒ（Ａ
ｊ中テノ拡散係数＝　１０−”　〜１０−”Ｃ１１２／
秒）であり、Ｃｒの添加によってＡ９合金の耐熱性が向
上する。この他、Ａｊ中での拡散係数。

固溶限界が小さい元素として、Ｚｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ。

Ｔ、ｔ、Ｇｏ、ＮＬ、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ。

Ｙ、Ｈｆ等を挙げることができ、これ等はいずれもＡｌ
合金の耐熱性を向上させる。

なお、留意すべきは、前記金属間化合物が粗大化すると
Ａｌ１合金焼結材の機械的性質が損われるため、溶融状
態からの冷却速度を十分大ぎくして粉末を製造すべき点
である。要求される冷却条件は冷却速度１０２〜ｂ 度によって晶出または析出される金属間化合物の大きさ
を１０μｍ以下に抑えることができる。

Ａｊｌ中に添加する合金元素の添加理由は以下の通りで
ある。

■Ｃｒ　（３〜２０重量％）・・・Ｃｒは必須添加成分
であり、常温強度および高温強度の向上、クリープ特性
の改善を計るために添加される。ただし、３重Ｄ％未満
では常温および２００℃での強度が低く（引張り強度＜
３０ｋｇｆ／ｍｎ＋２）　、２０重量％を越えると展延
性が低下し、熱間加工が難しくなる。

■Ｆｅ、Ｔｚ、　ｃｏ等−Ｆ　ｅ　、　Ｔ　Ｌ、　Ｇ　
Ｏ。

Ｎｉ、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆは常温強
度、高温強度の向上に寄与する。ただし、過剰添加は展
延性を阻害し、熱間加工を困難にする。前記合金元素の
うちの一種または二種以上の総添加ｍは１０重０％未満
にすべきであり、この範囲を越えると展延性が損われる
。

■Ｍｎ、Ｚｒ・Ｚｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔ＝、Ｇｏ。

ＮＬ、ｖ、Ｃｅ、ＭＯ，Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆのうち、
その二種以上を添加した場合に添加元素同志で金属間化
合物を形成するものとしてＭｎ。

Ｚｒ、Ｆｅ、　ＮＬ、Ｇｏ等を揚げ得るが、Ｍｎ。

Ｚｒは、本発明合金における必須添加成分であるＣｒと
も金属間化合物を形成するため、他の合金元素に比して
少量（７重量％未満）にて析出強化を計り得る反面、過
剰のＭｎ、Ｚｒは著しく伸び率を低下させる。故に、Ｍ
ｎ、Ｚｒの一方または両方の上限添加量を７重量％未満
とする。

次に、本発明組成のＡｇ合金粉末を用いた焼結材の製造
方法例について説明する。

■粉末の製造・・・本発明組成のＡｌ合金粉末（粒径１
０５μｍ未ｉ＞を、Ｈｅガスを用いたアトマイズ法、遠
心噴霧法等により冷却速度１０２〜ｂ／秒なる条件を満
たすように製造する。

■圧粉成形・・・得られた粉末を、冷間静水圧プレス成
形法（ＣＩＰ法）により圧力４．ＯＯＯｋｇｆ／ｃｍ　
２として、寸法５０ｍＩＩｌφｘ　１００ｍｒｎの押出
し加工用素材を得る。

■熱間押出し加工（焼結）・・・圧粉体である押出し加
工用素材を炉内温度４５０℃の均熱炉内に設置し、１時
間保持して脱ガスを行い、次いで温度４５０℃、押出し
比１４なる条件で熱間押出し加工を行う。なお、成形品
の酸化防止を考慮するならば、アルゴンガス、窒素ガス
等の非酸化性雰囲気中で加工を行うのが好ましい。

隨１拠ユ 前記製造方法に則って得た本発明例としての焼結材（Ａ
：特許請求の範囲第１項の発明に対応）（表１）、（Ｂ
、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ：特許請求の範囲第２項の発明に対応
）（表１）および同様な方法で得た比較例としての焼結
材（ａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｅ）（表１）について引張り試験を行い、表２の試験結
果を得た。表中、評価欄の“ＯＩ＋は温度２００℃にお
ける引張り強度が３０ｋｇｆ／ｍｍ”以上であり、伸び
率が１％を越えて熱間加工性が良好であるものを示し、
前記引張り強度条件を満たさないが他の条件を満たすも
のを△”、前記全ての条件を満たさないものを×″とし
た。

（以下、余白） 表１ 表２ く試験結果の評価〉 ■本発明例（Ａ、８．Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ト１゜りと
比較例（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ。

ｉ）との対比から、本発明組成範囲の合金は晶出物、析
出物の粒径が小さく、常ｌ、　　２００℃における強度
が十分大きいことが判る。温度３００℃においては、本
発明例（Ｂ）を除く他の全ての本発明組成範囲の合金が
３０ｋｇｆ／ａｍ２以上の引張り強度を有している。ま
た、本発明例は伸び率が１％を越えており、熱間加工性
も良好であった。

■本発明例（Ａ）と比較例（ａ）との対比から、規定範
囲のＣｒを含み、Ｍｎ、　Ｚｒを含まないものにおいて
、Ｆｅ、ＴＬの添加が常温、２００℃。

３００℃における十分大きな引張り強度を与えることが
判る。

■比較例（ａ、　ｂ）から、Ｚｒ、　Ｍｎの添加が常温
。

２００℃、３００℃における引張り強度の向上に有効で
あることが判る。

■本発明例（Ｈ，Ｉ）と比較例（１）との対比からＺｒ
、Ｍｎを過剰添加（７重量％以上）すると著しく脆化す
ることが判る。

■本発明例（Ｂ、　Ｃ、Ｇ）から、Ｃｒｆｆ１が増すと
許容範囲内で伸び率が低下するものの、常温から高温に
到る温度範囲で引張り強度が大幅に向上することが判る
。

■本発明例（Ｂ）と比較例（ｂ）との対比から、規定範
囲のＣｒを含み、Ｍｎ、　ｚｒを含むものにおいて、Ｔ
Ｌの添加により常温から高温に到る温度範囲で引張り強
度が若干向上し、伸び率が向上することが判る。

■本発明例（Ｃ）と比較例（Ｃ）との対比から、添加元
素量が同一であっても晶出物、析出物の粒径が過大（溶
解材における晶出物、析出物の粒径と同程度）であると
著しく脆化することが判る。

■比較例（ｆ）から、Ｍｎ、ｚｒを含んでもＣｒ量が３
重量％未満では伸び率が極めて大きいものの、常温から
高温（３００℃）に到る温度範囲での必要な引張り強度
が得られないことが判る。

■比較例（ａ、　ｂ）から、Ｃｒ以外の合金元素を添加
しなければ伸び率は大きいものの、常温から高温（３０
０℃）に到る温度範囲での必要な引張り強度が得られな
いことが判る。

■比較例（ｄ、　ｅ）から、Ｏｒ添加量が過剰であると
著しく脆化することが判る。

■比較例（ａ、　ｈ）から、Ｍｎ、Ｚｒの有無にかかわ
らずＣｒ以外の合金元素（Ｆｅ、Ｔ＝等）の総添加量が
１０重量％以上になると著しく脆化することが判る。

１簾■ユ 前述の製造方法に則って得た本発明例としての焼結材（
特許請求の範囲第１項に記載された発明に対応するもの
・・・Ｂ、Ｄ、！、特許請求の範囲第３項に記載された
発明に対応するもの・・・Ａ、Ｃ。

Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｊ）および同様な方法で得た比較例と
しての焼結材（ａ）につき、未熱処理材と熱処理材（温
度３００℃で１００時間保持したもの）との硬度（Ｈｍ
Ｖ）を調べ、これを表３に示した。

（以下、余白） 表３ く試験結果の評価〉 本発明例（Ａ−Ｊ）と比較例（ａ）との対比から、Ｃｒ
以外の合金元素の添加によって非熱処理材および熱処理
材の硬度が向上しており、該合金元素の添加により析出
硬化効果を期待でき、高温加熱によってもその効果が然
程失われないことが判る。加熱による析出硬化効果の低
下率が特に小さい試験材（好ましいもの）はＡ、Ｈ，Ｊ
である。

１旦五ｌ」 以上の説明から明らかなように、Ｃｒを３〜２０重量％
、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｅ。

ＭＯ，Ｌ　ａ、　Ｎ　ｂ、　Ｙ、　Ｈｆ　カラナルＩＪ
にす３！Ｈｆれた一種の合金元素を１０重量％未満また
は二種以上の合金元素をＨ１１０重橙％未満含有し、残
部が不可避不純物とΔｇであることを特徴とする粉末冶
金用耐熱へ１白金、および■Ｃｒを３〜２０重量％。

Ｚｒ、Ｍｎのうち一方の合金元素を７重量％未満または
両合金元素を７重間％未満、Ｆｅ、ＴＬ。

Ｃｏ、ＮＬ、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ。

Ｈｆからなる群より選ばれた一種の合金元素を１０重量
％未満または二種以上の合金元素を計１０重口％未満含
有し、残部が不可避不純物とＡＩであることを特徴とす
る粉が提案された。

この組成範囲の合金は、常温から温度２００℃に到る温
度範囲で十分な強度を有し、特に特許請求の範囲第３項
に記載された合金は温度３００℃においても３０ｋｇｆ
／ｍｍ”以上の大きな引張り強度を有しており、また特
許請求請求の範囲第１項、第３項に記載されたいずれの
合金も展延性良好である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒを３〜２０重量％、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ
   、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆからなる群よ
   り選ばれた一種の合金元素を１０重量％未満または二種
   以上の合金元素を計１０重量％未満含有し、残部が不可
   避不純物とＡｌであることを特徴とする粉末冶金用耐熱
   Ａｌ合金。
2. （２）そのマトリックス中に存在する金属間化合物の晶
   出粒子および析出粒子が粒径１０μｍ以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載された粉末冶金
   用耐熱Ａｌ合金。
3. （３）Ｃｒを３〜２０重量％、Ｚｒ、Ｍｎのうち一方の
   合金元素を７重量％未満または両合金元素を７重量％未
   満、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、
   Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆからなる群より選ばれた一種の合金元素
   を１０重量％未満または二種以上の合金元素を計１０重
   量％未満含有し、残部が不可避不純物とＡｌであること
   を特徴とする粉末冶金用耐熱Ａｌ合金。
4. （４）そのマトリックス中に存在する金属間化合物の晶
   出粒子および析出粒子が粒径１０μｍ以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載された粉末冶金
   用耐熱Ａｌ合金。