JPH02236242A - アルミニウム合金材の製造法 - 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】 （技術分野） 本発明は、アルミニウム合金材の製造法の改良に係り、
特に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系粉末合金から得られる材料の
延性を改善する手法に関するものである。

（背景技術） 内燃機関のシリンダーブロック、シリンダーライナーや
ピストン、更にはコンプレッサのベーン材等においては
、耐摩耗性、低熱膨張特性、高温強度或いは耐熱性に優
れる等の特性が必要とされており、そのため、近年、こ
れらの材料を軽量なアルミニウム（Ａ１）合金にて製作
すべく、ケイ素（Ｓｉ）を合金成分として多量に含むｌ
ｅ−Ｓｉ系粉末合金が提案され、本願出願人も、先にそ
のような特性を満足するＡｆｆ−Ｓｔ−Ｆｅ系粉末合金
（特公昭６３−１６４５９号公報参照）を明らかにした
。

ところで、このようなＳｔを多量に含むアルミニウム合
金にあっては、Ｓｉが凝固時に析出してしまうために、
鋳造することが困難であるところから、通常、その合金
溶湯を噴霧法等によって急冷凝固せしめて、粉状やフレ
ーク状の合金粉末を得、次いでこの合金粉末から目的と
する形状の合金材を成形することが行なわれている。よ
り詳細には、得られた粉末から直接に成形操作を行なう
ことが困難であるため、先ず、合金粉末を分級の後、必
要に応じて予備圧縮して、所定の缶に封入し、次いでこ
の缶封入物に対して真空脱気処理を施し、しかる後、か
かる脱気処理の施されてなる缶封入物に対して、押出成
形やホットプレス等の成形操作を施し、更に鍛造等の成
形加工を施して、目的とする形状の合金材とするのであ
る。

而して、上記のような通常の成形操作に従って成形して
得られるＡｆ−Ｓｉ−Ｆｅ系合金材料は、通常、その強
度を高めるべく熱処理を施された後に、コンロツド等の
素材として提供されることとなるが、その特性は、所期
の良好な強度を示す反面、伸び率が０．３〜０．７％程
度と低《、切断加工や切削加工中に材料が割れたり、材
料の縁が欠けたりする不都合があった。

（解決課題） 本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであっ
て、その解決課題とするところは、八！−Ｓｉ−Ｆｅ系
合金材料において、その延性を改善せしめることにある
。

（解決手段） そこで、本発明にあっては、前記課題を解決するため、
Ｓｉ：１５〜３５重量％、Ｆｅ：０．３〜９重量％を主
要合金成分として含むアルミニウム合金粉末を封缶した
後、４３０〜５２０℃の温度下において、５〜１００時
間の間、真空脱気処理を行ない、次いで成形し、この得
られた成形品を、４　６　０　’Ｃ〜５００℃の温度で
溶体化処理した後、水または温水焼入れを行ない、そし
て自然時効を行なうようにしたのであり、或いはまた、
同様のアルミニウム合金粉末を封缶した後、４３０〜５
２０℃の温度下において、５〜１００時間の間、真空脱
気処理を行ない、次いで成形し、その得られた成形品を
、４６０℃〜５　０　０　’Ｃの温度で溶体化処理した
後、水または温水焼入れを行ない、更に１８５℃以下の
温度において、最高硬度を得るに必要な時間より短い時
間の人工時効処理を行なうようにしたのである。

（作用・効果） 要するに、上記の如き本発明に係るアルミニウム合金材
の製造法に従って、アルミニウム合金粉末を特定範囲内
の真空脱気処理を施した後に成形するようにし、更にこ
の成形終了後の合金材に対して、特定条件下の熱処理を
施すことによって、初めて、Ａｆ−Ｓｉ−Ｆｅ系合金材
の延性を有利に向上せしめることが出来たのであり、以
てかかる合金材に切断加工や切削加工を施して、コンロ
ッド等の各種部品や部材を製造する際に、材料に割れや
欠けが生じることを効果的に防止し得ることとなり、そ
の結果、加工性の大幅な向上が達成されるようになった
のである。

一方、Ｓｉ及びＦｅを主要合金成分とする合金組成から
得られる良好な耐摩耗性、低熱膨張性、高温強度並びに
耐熱性等の特性は、本発明に従う製造法によっては、何
等損なわれることがないところから、それらの各性能が
要求される各種部材に、本発明のアルミニウム合金材を
使用し得るのであり、それら部材、延いてはそれら部材
が使用される機械・機関等の軽量化並びに高速化が有利
に図られ得るのである。

さらに、本発明に従う製造法においては、新たな工程を
加えることなく、換言すれば、何等新たな設備投資をす
る必要なく、上記の効果を得ることが出来るといった利
点もある。

（具体的構成） ところで、本発明におけるアルミニウム合金材は、ケイ
素（Ｓｔ）及び鉄（Ｆｅ）を主要合金成分とするもので
あり、その各々を、１５〜３５％（重量基準、以下同じ
）、０．３〜９％の割合で含むものである。

かかる主要合金成分のうち、Ｓｔは、その添加によって
、目的とする合金材の耐摩耗性、耐焼付性を著しく向上
させ、また熱膨張係数を低下せしめるものであり、その
添加量が１５％未満では充分な効果が得られず、一方、
３５％を越えるようになると、合金材の切削性を低下せ
しめ、切削バイトの寿命に悪影響をもたらし、また切削
面の面粗度が粗くなる等の問題を生ずるようになる。更
に、Ｆｅは、合金材の耐熱性を向上させ、高温強廣を高
める効果を奏するものであり、その添加量が０．３％未
満では充分な効果を発揮し得す、９％を越える量で添加
すると効果が飽和し、且つ合金材の延性の低下が著しく
なる。

また、これら両合金成分の他にも、目的とする合金材に
必要とされる性能に応じて、銅（Ｃｕ）、マグネシウム
（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等を、
適宜に含有させることが可能であることは言うまでもな
い。なお、ＣｕはＭｇと共存して、合金材に時効硬化性
を付与し、常温強度、耐摩耗性を向上せしめる効果を有
し、更に固溶硬化せしめられることにより、合金材の高
温強度を向上させる特徴を有しており、０．　５〜１０
％の割合において含有せしめられる。また、Ｍｇは、Ｃ
ｕと共に合金材に時効硬化性を付与し、且つ常温強度、
耐摩耗性を向上せしめ、Ｃｕと同じく、固溶硬化せしめ
られることにより合金材の高温強度を向上させる効果を
有し、０．　３〜６％の割合において含有せしめられる
こととなる。更に、Ｍｎは、合金材の耐熱性を向上させ
、その高温強度を高めるものであり、０．　３〜４％の
割合で含有せしめられる。そしてまた、Ｎｉは、主要合
金成分たるＦｅと協働して、合金材の耐熱性を向上させ
、また高温強度を高める効果を奏するものであり、０．
３〜９％の割合で含有せしめられることとなる。

そして、このような合金成分を含む合金溶湯がら、アル
ミニウム合金粉末を形成するに際しては、従来と同様に
、合金溶湯を急冷凝固させることが望ましい。冷却速度
が速いほど、Ｓｉの析出を抑えることが出来、最終製品
のＳｉ粒子のサイズが微細となって、切削性や耐摩耗性
を向上せしめることが出来るためである。その急冷速度
は、望ましくは、通常、１００℃／秒以上の冷却速度が
採用され、具体的には、アトマイズ法や急冷凝固法（ス
プラント・クーリング）等が適用される。特に、前者に
おいては、合金溶湯のアトマイズ処理により、平均粒径
が２００μｍ以下のアルミニウム合金粉末を取得するこ
とが出来るのである。

そして、本発明に従うアルミニウム合金材の製造法にあ
っては、先ず、このようにして得られたアルミニウム合
金粉末（フレーク状態のものをも含む）を、従来と同様
に、分級一封缶乃至は分級−予備圧縮一封缶の過程を経
て、所定のアルミニウム合金粉末充填封入缶とし、かか
る封入缶に対して、特定範囲の脱気処理を施すこととな
る。

即ち、４３０〜５２０℃の温度下で、５〜１ｏＯ時間の
間、前記合金粉末充填封入缶を保持しつつ、真空引きを
実施するのである。この工程は、本発明にかかるアルミ
ニウム合金材の製造法の一つの要件を為すものであり、
従来の製造手法にこの工程のみを導入しても、得られる
合金材の一定の延性改善を図ることが出来るものである
。なお、この脱気処理において、その温度が４３０℃よ
り低い場合には合金材の伸びが不充分となり、５２０℃
を越えるようになると合金材の伸びが低下すると共に、
強度も低下することとなる。また、脱気処理時間が５時
間よりも短い場合には合金材の伸びが不充分となり、１
００時間より長いと合金材の伸び向上の効果が飽和する
ようになる。より具体的な温度及び時間は、アルミニウ
ム合金の合金組成や粉末形状、予備圧縮の程度などに応
じて、適宜に決定されるところとなる。また、脱気のた
めの真空度にあっても適宜に決定されることとなるが、
一般に１０Ｔｏｒｒ以下、望ましくはｌ　Ｔｏｒｒ以下
とされる。

次いで、この脱気処理が施されたアルミニウム合金粉末
充填封入缶に対して、押出成形やホットプレス等の各種
成形操作が、従来通りに施される。

例えば、押出成形を行なう場合には、前記脱気処理缶を
４００〜４８０℃の温度に加熱し、押出比：４以上で熱
間押出しを行なうことにより、目的とする形状のアルミ
ニウム合金材を得ることが出来、更に必要に応じて、そ
の押出物には鍛造等の加工が施される。

このようにして、目的とする形状の合金材（素材）を得
ることが出来るのであるが、本発明の製造法に従えば、
このような合金材に対して、以下に説明するような、特
定条件下の溶体化処理一焼入れ一時効処理といった一連
の熱処理操作が連続して施されることとなるのである。

つまり、前述の脱気処理工程と同様に、かかる熱処理工
程は、本発明の一つの要件を為すものであり、従来の製
造法にこの工程のみを導入しても、得られる合金材に一
定の延性改善の効果を付与することが出来るものである
。

その具体的な方法は、先ず、上述の如き押出成形やホッ
トプレス等の成形操作が終了した合金材を、４６０℃〜
５００℃の温度下で保持して、かかる合金材に溶体化処
理を施すようにする。その保持時間は、合金成分が充分
に固溶体中に溶解される程度の時間とされ、一般に３０
分〜２４時間の範囲内で選択されるが、より具体的な溶
体化処理温度や保持時間は、その合金組成や合金材の形
状及び断面積の大きさ等に応じて、適宜に決定されると
ころとなる。なお、この溶体化処理温度が４６０℃未満
では、合金材に十分な強度を持たせることが出来ず、一
方、５００℃を越えるようになると合金材の伸びが低下
することとなる。

次いで、溶体化処理の後には、水又は温水を媒体として
焼き入れが行なわれる。その際、合金材に十分な強度を
持たせるために、なるべく急速に冷却するのがよいが、
合金材が複雑な断面形状を持つ場合などには、残留応力
の発生を抑制すべく、温水を使用することも有効である
。また、焼入れ方法としては、媒体中に合金材を投入す
る他、合金材に媒体を噴霧するなど、公知の手法が何れ
も用いられることは言うまでもない。要するに、合金材
の合金組成や形状等に応じて、焼入れ速度が適宜に決定
されるのであり、必要に応じた媒体温度や焼入れ方法が
決定されればよい。

さらに、かかる溶体化処理及び焼入れの施された合金材
に対して、引き続いて、自然時効処理乃至は１８５℃以
下の温度において最高硬度を得るに必要な時間より短い
時間の人工時効処理（以下、亜時効処理という）を行な
うことにより、一連の熱処理が終了する。なお、亜時効
処理温度が１８５℃を越すと、昇温中に、或いは昇温後
ごく短時間で、合金材が最高硬度に達して、続いて軟化
が始まるため、合金材の強度、特に疲労強度が低下する
こととなるうえ、そのような軟化により、合金材の伸び
が向上することはなく、自然時効を経た合金材及び亜時
効処理を施された合金材よりも低い伸び率となる。また
、亜時効処理におけるより具体的な処理温度は、合金材
の合金組成や材料形状によって適宜に決定され、同様に
、自然時効処理及び亜時効処理における処理時間も、合
金材の合金組成や材料形状、更には時効処理温度により
適宜に決定されることとなる。

以上述べた全工程を経た合金材は、コンロツド等の素材
として供されることとなるが、かかる本発明手法に従っ
て製造されたアルミニウム合金材は、特定の範囲内の脱
気処理を施された後に、成形され、且つ成形後に特定条
件下の熱処理を施されることによって、伸び率が著しく
改善されたものとなっているため、切断加工や切削加工
中に材料が割れたり、材料の縁が欠けたりするようなこ
とがなくなったのである。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

先ず、Ｓｉ：１７重量％、Ｆｅ：６重量％、Ｃｕ：４．
５重量％、Ｍｇ：０．５重量％、Ｍｎ：０．４重量％の
各合金成分を含み、残余が八２及び不可避的不純物から
なるＡｊ！−Ｓｔ−Ｆｅ系合金を？容製し、アトマイズ
法によりアルミニウム合金粉末を製造した。次いで、こ
の得られた合金粉末をＡｌ缶に充填して封缶した後、各
種の脱気処理をマテない、次いで、成形温度４５０℃、
押出比１５において押出成形を行ない、１８皿φの棒材
を成形した。

かくして得られた棒材に対して、その各々番こ各種の熱
処理を施して、しかる後、引張特性と疲労強度を調べた
。その試験結果を、各試験材料の脱気処理条件及び熱処
理条件と共に、下記第１表にまとめて示す。なお、各例
における溶体化処理番よ、何れも２時間かけて行なった
。

かかる第１表より明らかなように、本発明に合致するよ
うに、脱気処理条件、溶体化処理温度及び時効処理条件
が設定された、Ｎα２とＮｏ．　４の合金材にあっては
、その伸びが著しく向上せしめられているうえに、引張
強さも疲労強度も、共に良好であることが認められるの
である。

一方、脱気処理条件は合致するものの、４６０℃より低
い温度で溶体化処理が為されたＮｏ．　３の合金材にあ
っては、引張強さが不充分である上、伸びがＮａ．２、
４の合金材に比して低く、改善の余地を残していること
が認められると共に、疲労強度が実施例の４件のうちで
も最も低い値となっていることが判る。また、熱処理条
件は合致するものの、脱気処理時間が５時間に満たない
Ｎα１の合金材では、引張強さも伸びも、やや向上せし
められてはいるものの、Ｎα２、４の合金材に比較する
と、なお改善の余地があることが判る。

出劇人　　住友軽金属工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ：１５〜３５重量％、Ｆｅ：０．３〜９重量
   ％を主要合金成分として含むアルミニウム合金粉末を封
   缶した後、４３０〜５２０℃の温度下において、５〜１
   ００時間の間、真空脱気処理を行ない、次いで成形し、
   その得られた成形品を、４６０℃〜５００℃の温度で溶
   体化処理した後、水または温水焼入れを行ない、そして
   自然時効を行なうことを特徴とするアルミニウム合金材
   の製造法。
2. （２）Ｓｉ：１５〜３５重量％、Ｆｅ：０．３〜９重量
   ％を主要合金成分として含むアルミニウム合金粉末を封
   缶した後、４３０〜５２０℃の温度下において、５〜１
   ００時間の間、真空脱気処理を行ない、次いで成形し、
   その得られた成形品を、４６０℃〜５００℃の温度で溶
   体化処理した後、水または温水焼入れを行ない、更に１
   ８５℃以下の温度において、最高硬度を得るに必要な時
   間より短い時間の人工時効処理を行なうことを特徴とす
   るアルミニウム合金材の製造法。