JPH01319643A - 耐熱性アルミニウム合金材及びその製造方法 - 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】 （ｌＬ業上の利用分野） 本発明は耐熱性に優れるアルミニウム合金材及び粉末冶
金法によるその製造方法に関する。

（従来の技術） 自動車用エンジン部品、ガスターヒンのインペラー、航
空機部材なとの材料は１００〜４００°Ｃての高温強度
か必要とされる。これらの相料をアルミニウム合金とす
れば、軽量化に伴う多くの利点か得られる。しかし、ア
ルミニウム及びその合金は、一般に１＋’７；　ＩＨｎ
での強度か低い。例えば室温での強度に優れるアルミニ
ウム合金（ＡＡ２０１８．２２１８．４０３２なと）に
おいても２００°Ｃ以りの温度ては著しく強度か低トす
る。

これに対し、近年、アルミニウムに種々の遷移元素を多
量に添加し、溶湯な急冷凝固させて得られる粉末または
リボン状薄帯を高温圧縮加工して１耐熱性アルミニウム
合金とするアルミニウム粉末冶金法か開発され、Ａｌ−
８Ｆｅ−４Ｃｅ、Ａ父−８Ｆｅ−２Ｍ０．Ａｌ−８Ｆｅ
−２Ｇｏなどの合金か提供されている。

アルミニウム合金系の粉末冶金法による製造工程（Ｊ急
冷凝固法としてアＩ〜マイズ法、双ロール法、ヌは噴霧
ロール法等により合金溶湯な急冷凝固して粉末状、リホ
ン状、又はフレーク状とし、これを冷間成形により密度
比（真密度に対する比率）７０％以上の圧粉体とし封缶
後、真空脱ガス処理を行フた後熱間加工により密度比１
００％のビレッｈを成形し、さらに粒子間の結合力を高
めるために押出し、鍛造等により成形する方法か一般的
に用いられている。

（発明か解決しようとする課題） しかしなから−１−記Ａ、Ｑ−８Ｆｅ−４Ｃｅ、Ａｎ−
８Ｆｅ−２Ｍｏ、Ａｌ−８Ｆｅ−２Ｇｏなどの合金は、
溶湯を１０５°Ｃ／ｓｅｃ以−にて超急冷凝固させたも
のを圧縮成形加工することにより、ばしめて優れた耐熱
性を発揮する合金であり、製造か容易てかつ安価なカス
アトマイズ粉末（冷却速度１０〜１０５°Ｃ／５ｅｃ）
てば、十分な強度および耐熱性か得られないという問題
かあった。

一方、１０５°Ｃ／ｓｅｃ以」−の冷却速度か達成てき
る超急冷凝固法には、急冷ロール法メルｌ−スビニンク
法なとかあるか、いずれも特殊な製造装置及び凝固技術
を必要とするため、コス１〜」二昇をもたらす。ざらに
、急冷ロール法によって製造される超急冷凝固材は、リ
ボン状薄帯またはフレーク状であり、このままの形状て
は圧縮成形に不適であるため、これを細片化する必要も
生し、そのためニス１〜高となるという問題かあった。

従って本発明の目的は、製造か容易でかつ安価を、ガス
ア１〜マイズ粉末を圧縮成形加工して得られる耐熱性ア
ルミニウム合金及びその製造方法を提供することにある
。

（課題を解決するだめの手段） 木発明者らは」二記課題を解決するため鋭意研究を行っ
た結果特定のアルミニウム合金組成の溶湯な用いてカス
プ１ヘマイス粉末を形成することにより上記１］的を達
成しうろことを見出しこの知見に基づき本発明を完成す
るにいたった。

すなわち、本発明は （１）　Ｆｅ　　５．０〜１５重量％（以下単に％と記
ず。）、Ｃｅ０．５〜５％を含み、かつ、Ｃｏ０．５〜
１５％、Ｃｒ　　０．７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１．０
％及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は２種以上を含
み、添加元素の総量が２５％以下であり残部Ａｎと不可
避的不純物を有してなり、Ｆｅを含む金属間化合物の平
均サイズか０．０７〜１）Ｌｍであることを特徴とする
耐熱性アルミニウム合金相、（２）　Ｆ　ｅ　　５．Ｏ
〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を含み、かつ、Ｃｏ　０．
５〜１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％
及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は２種以上を含み
、さらにＭｎ０．５〜１５％及びＣｕＯ８２〜１０％の
うちいずれか１種を含み、添加元素の総量か２５％以下
であり残部Ａ、ｌと不可避的下−純物を有してなり、Ｆ
ｅを含む金属間化合物の平均サイズか００７〜ｉｇｍで
あることを特徴とする耐熱性アルミニウム合金材、 （３）　Ｆ　ｅ　５．０〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を
含み、かつ、Ｃｏ　　０．５〜１５％、Ｃｒ　０．７〜
１５％、Ｚｒ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％の
うち１種又は２種以上を含み、呼加元素の総量か２５％
以Ｆであり残部Ａｌと不可避的不純物を有してなるＡｌ
合金溶湯を、ガスアトマイズ法によって急冷凝固させて
粉末を形成し、これを熱間て圧縮成形加〒することを特
徴とする前記組成を有し、かつ、Ｆｅを含む金属間化合
物の平均サイズか０．０７％１ｐＬｍである耐熱性アル
ミニウム合金材の製造方法及び （４）　Ｆ　ｅ　　５．０〜１５％、Ｃｅ　０．５〜５
％を含み、かつ、Ｃｏ　０．５〜１５％、Ｃｒ　０．７
〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％
のうち１種又は２種以上を含み、さらにＭｎ０．５〜１
５％及びＣｕＯ０２〜１０％のうちいずれか１種を含み
、添加元素の総量か２５％以下であり残部Ａｎと不可避
的不純物を有してなるＡｌ合金溶湯を、ガスアトマイズ
法によって急冷凝固させて粉末を形成し、これを熱間て
圧縮成形加工することを特徴とする前記組成を有し、か
つ、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズか０．０７〜
１μｍである耐熱性アルミニウム合金材の製造方法 を提供するものである。

本発明によるアルミニウム合金材中の各成分の作用及び
その含有量を限定した理由は次の通りである。

Ｆｅ含有量は５．０〜１５％とする。Ｆｅはガスアトマ
イズ法による急冷凝固中にＦｅを含む金属間化合物とし
て微細に分散して高温強度を高める作用をする。この作
用はＦｅ含有量が５．０％より少ない場合は十分てなく
、Ｆｅ含有量か１５％を越えるとその作用の度合か飽和
するばかりはでなく、金属間化合物か粗大となってしま
う。

Ｃｅ含有力量０．５〜５％とする。Ｃｅは、Ｆｅを含む
金属間化合物を微細化する作用と、その化合物の熱的安
定性を高める作用かあり、これらの作用により高温強度
を高める。これらの作用はＣｅの含有量か０，５％より
少ない場合は十分てなく、他方５％を越えるとその作用
か飽和するたけてコス１〜の一■二１をまねく。

Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉはそれぞれ、Ｃｏ０．５〜１５
％、Ｃｒ　　０．７〜１５％、Ｚｒ０ｊ〜］−０％及び
Ｔｉ０．５〜１０％の範囲で１種又は２種以上複合添加
する。Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＴｉはＣｅと同様にＦｅを含
む金属間化合物を熱的に安定させる作用かあり、その作
用によって高温強度を高める。また、Ｍｎ　０．５〜１
５％及びＣｕ　０．１〜１．０％のいずれか１種を添加
する。Ｍｎ、Ｃｕは、Ａｌに固溶することによって強度
を向上させる作用と、その−部か微細に析出することに
よって強度を向」ニさせる作用かある。それぞれの元素
の添加量か下限よりも少ないとその作用か十分てはなく
、また」−眼を越えても作用の度合か飽和するはかりて
はなく、コストの」−昇をもたらす。

また全添加元素の総量は２５％以下とする。この総量か
２５％を越えるとその作用は飽和するば−かりてはなく
、コストの上昇をもたらす。

またＡｌ中にＢｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｃａ等の不可避的不純物
か０．５〜５００ｐｐｍ含まれていても、その特性に何
ら影響を受けない。

次に、本発明において上記組成を有するアルミニウム合
金のＦｅを含む金属間化合物の平均サイズば０．０７％
１ルｍとする。

本発明のアルミニウム合金材の製造に当り、上記組成を
有するアルミニウム合金溶湯からガスアトマイズ法によ
って好ましくは１０〜１０５°Ｃ７ｓ　ｅ　ｃの冷却速
度て急冷凝固させて粉末を形成し、これを熱間て圧縮成
形加工する。ガスアトマイズ法は、塗料用、ロケッ１−
の固体燃料用の純Ａｎ粉末製造方法としてずてに広く用
いられている方法であり、その製造装置を利用すること
によって容易にかつ大量の合金粉末の製造か可能である
。したかって、製造技術か確立しており、大量生産プラ
ン１〜かずてにあるカスアトマイズ法を利用することは
、ニスｌ−面で多大の利益を有する。また、カスアトマ
イズ法て製造される急冷凝固材は粒子状の粉末であるの
て、急冷ロール法等によって製造されるリホン状薄帯、
フレークなとの形状に比べて、その取扱、圧縮成形か容
易であるという利点かあり、製造コスト」−有利となる
。

しかし、カスアトマイズ法ては、急冷凝固時に微細分散
するＦｅを含む金属間化合物のサイズな０．０７ｇｍよ
り小さくすることは現在のところ困難である。

下の粉末ては、Ｆｅを含む金属間化合物のサイズか０．
０７７ｚｍ以丁となるが、ガスア１ヘマイス法で製造し
た粉末における５ｇｍ以下の粉末の割合は約２〜３％と
低く、それのみを分級して使用することは著しいコス）
へ上昇をもたらす。よってこの場合Ｆｅを含む金属間化
合物の大きさを０．０７ｐＬｍより小さくすることは実
質的にてきない。しかし、通常、カスア１ヘマイス粉末
を圧綿成形した成形材中のＦｅを含む金属間化合物の平
均サイズは０．０７〜１μｍである。Ｆｅを含む金属間
化合物の大きざか０．０７〜１ルｍの範囲であれば十分
耐熱性を発揮する。

次に粉末の熱間圧縮成形加工自体は常法に従って行うと
とかてきるか温度は４００６Ｃ以下とするのか好ましい
。成形加工性の点からは加工温度は高いほど良い。しか
し、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉの添加かＦｅを含む
金属間化合物を熱的に安定させ粗大化するのを防止する
とはいえ、４００°Ｃを越えた加工温度では金属間化合
物か粗大化し、強度及び耐熱性が低下することかある。

また高温加工した成形相は加工後直ちに水焼入れ等によ
り急冷するのか好ましい。これによりＭｎ又はＣｕの固
溶量か増加してよりいっそうの強度向上かはかれる。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

実施例 第１表に示す組成を有するアルミニウム合金（Ｎｏ、１
〜Ｎｏ、２０）をそれぞれ常法により溶湯とし、この溶
湯からＡｒカスア１〜マイズ法によって平均粒径７０ｇ
ｍの粉末を製造した。このアトマイズにおける冷却速度
ば１０〜１０４°Ｃ／ｓｅｃであった。

次いて得られた各合金粉末を用いてそれぞれ、冷間予備
成形（雀度比８０％まで圧縮、直径１００ｍｍ、長さ１
２０ｍｍ）−＋アルミニウム缶封入→高温真空脱ガス（
３００°Ｃ）→熱間プレス成形（真密度まて）→外削・
脱缶の工程により、直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのヒ
レットを作製し、これを３００°Ｃにおいて押出し、直
径３０ｍｍの押出材とした。

以上のようにして得られた各合金押出材について、室温
および３００°Ｃ（保持時間１００ｈｒ）における引張
試験及びＦｅを含む金属間化合物の平均サイズの測定を
行った。その結果を第２表に示す。

なお、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズは次のよう
にして求めた。すなわち、各押出材組織を透過型電子顕
微鏡を用いて観察し、その組織写真から化合物の大きさ
を画像解析を用いて測定する。多数（１０００個以上）
の化合物についてｌ！Ｉｎ定を行い、その大きさを平均
して化合物の平均サイズとする。

第２表の結果から明らかなように、本発明方法によるア
ルミニウム合金（Ｎｏ、１〜Ｎｏ、１７）は超急冷凝固
法において用いられていた比較例（Ｎｏ、　１．８〜Ｎ
ｏ、２０　）に比し、室温及び高温保持後の強度の双方
において優れている。

（発明の効果） 本発明によれは、超急冷凝固法によらず、ガスアｌ〜マ
イズ法により、耐熱強度（高温強度）を必要とするエン
ジン部品、タービンインペラー、航空機部材などの利料
に好適な耐熱性アルミニウム合金を得ることかてきる。

しかも、本発明によるアルミニウム合金急冷凝固相は製
造か容易であるばかりでなく、ア１〜マイズ粉末として
得られるのてそのまま圧縮成形に用いることかてき」二
記材料の量産及びコスト低下に顕著な優れた効果を奏す
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ５．０〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を含み、
   かつ、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ
   ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は
   ２種以上を含み、添加元素の総量が２５％以下（以上、
   ％は重量％を示す。）であり残部Ａｌと不可避的不純物
   を有してなり、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズが
   ０．０７〜１μｍであることを特徴とする耐熱性アルミ
   ニウム合金材。
2. （２）Ｆｅ５．０〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を含み、
   かつ、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ
   ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は
   ２種以上を含み、さらにＭｎ０．５〜１５％及びＣｕ０
   ．２〜１０％のうちいずれか１種を含み、添加元素の総
   量か２５％以下（以上、％は重量％を示す。）であり残
   部Ａｌと不可避的不純物を有してなり、Ｆｅを含む金属
   間化合物の平均サイズが０．０７〜１μｍであることを
   特徴とする耐熱性アルミニウム合金材。
3. （３）Ｆｅ５．０〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を含み、
   かつ、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ
   ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は
   ２種以上を含み、添加元素の総量が２５％以下（以上、
   ％は重量％を示す。）であり残部Ａｌと不可避的不純物
   を有してなるＡｌ合金溶湯を、ガスアトマイズ法によっ
   て急冷凝固させて粉末を形成し、これを熱間で圧縮成形
   加工することを特徴とする前記組成を有し、かつ、Ｆｅ
   を含む金属間化合物の平均サイズが０．０７〜１μｍで
   ある耐熱性アルミニウム合金材の製造方法。
4. （４）Ｆｅ５．０〜１５％、Ｃｅ０．５〜５％を含み、
   かつ、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ
   ０．３〜１０％及びＴｉ０．５〜１０％のうち１種又は
   ２種以上を含み、さらにＭｎ０．５〜１５％及びＣｕ０
   ．２〜１０％のうちいずれか１種を含み、添加元素の総
   量か２５％以下（以上、％は重量％を示す。）であり残
   部Ａｌと不可避的不純物を有してなるＡｌ合金溶湯を、
   ガスアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末を形成し
   、これを熱間で圧縮成形加工することを特徴とする前記
   組成を有し、かつ、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイ
   ズが０．０７〜１μｍである耐熱性アルミニウム合金材
   の製造方法。