JPH034615B2

JPH034615B2 -

Info

Publication number: JPH034615B2
Application number: JP8029082A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Shioda; Yoshihiro Marai; Akira Matsuyama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1991-01-23
Also published as: JPS58204147A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、優れた高温特性ならびに常温強度
を耐熱アルミニウム合金に関するものである。従来、耐熱アルミニウム合金としては、例え
ば、ジユラルミンにNiを添加した系列のＹ合金
やA2018材、シルミンにNiを添加した系列のロ
ーエツクス合金やAA4032材などが実用化されて
いるが、いずれも200℃を超える高温での強度は
低く、適用範囲が限定されている。一方、共晶組成以上のMnを固溶させたアルミ
ニウム合金が、Al−Mn系合金の強制固溶体の熱
に対する安定度が高いということから注目されて
いる。しかし、鋳造時におけるMn化合物の粗大
相の晶出や偏析は好ましくないため、比較的冷却
速度の大きい水冷鋳造やダイカスト法などを適用
する場合であつても、Mnの添加量を６重量％未
満に抑えている。このため、従来のAl−Mn系合
金においても高温強度を強く要求する部品には適
さない。他方、上記Mnと同様にFeを強制固溶さ
せたAl−８重量％Fe合金なども研究されている
が、実用化には至つていないのが現状である。この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、優れた高温特性を有する耐熱
アルミニウム合金を開発することを目的としてい
る。すなわち、本発明者らは、優れた高温特性を有
する耐熱アルミニウム合金を開発するにあたり、
Mn化合物の粗大相の晶出が偏析を生ずることな
くMn添加量を高めることによつて高温強度を向
上させ、かつAl−Mn合金の強制固溶体の高温安
定性を保持するために第三元素を添加することに
よつて、優れた高温特性を有する耐熱アルミニウ
ム合金を開発するに至つた。この発明による耐熱アルミニウム合金は、重量
％で、Mn：６〜10％、Fe：0.5〜４％、Zr：0.03
〜0.5％を含み、残部Alおよび不純物よりなるこ
とを特徴としている。さらに、エンジン部品のようにかなり大きな高
温強度に加え常温においても一般の高力アルミニ
ウム合金に匹敵する強度を必要とするものに適用
する場合には、上記基本成分に加え、Cu：0.5〜
２％、Mg：0.5〜3.5％、、およびSi、Znの１種ま
たは２種：0.5〜２％を含有させて、時効硬化性
をもたせるようにしたことを特徴としている。次に、各合金元素およびそれらの含有量（重量
％）の限定理由について説明する。 (1) Mn：６〜10％ MnはAl合金の耐熱性および耐摩耗性向上に
有効な元素であるが、６％未満の場合には十分
満足しうる耐熱強度を得ることができず、10％
を超えるとMn化合物の粗大相の晶出や偏析を
生ずるので、６〜10％の範囲とする。 (2) Fe：0.5〜４％ FeはMnの高温安定性を向上させるのに有効
な元素であるが、0.5％より少ないとその効果
を得ることができず、４％を超えるとAl−Mn
−Fe系あるいはAl−Fe系の脆い相が晶出する
ので、0.5〜４％の範囲とする。 (3) Zr：0.03〜0.5％ ZrはMnの高温安定性を向上させると共に、
結晶粒の微細化にも有効な元素であるが、0.03
％より少ないとその効果を得ることができず、
0.5％を超えると、Al−Zr相の巨大化が生ずる
ので、0.03〜0.5％の範囲とする。 (4) Cu：0.5〜２％ Cuは固溶硬化あるいは時効硬化によつてAl
合金の常温強度を向上させるのに有効な元素で
あるが、0.5％より少ないとこのような強度向
上の効果を期待することができず、２％を超え
るとAl合金の耐食性を低下すると共に、Mnの
高温安定性も低下させるので、0.5〜２％の範
囲とする。 (5) Mg：0.5〜3.5％ Mgは固溶硬化およびSi、Znと結合して時硬
化によつてAl合金の常温強度を向上させるの
に有効な元素であるが、0.5％より少ないとこ
のような強度向上の効果を期待することができ
ず、3.5％を超えるとAl合金を脆化させると同
時に加工性を劣化させるので、0.5〜3.5％の範
囲とする。 (6) Si、Znの１種または２種：0.5〜２％ Si、Znは時効硬化によつてAl合金の強度を
向上させるのに有効であると同時に、とくにSi
は耐熱性の向上や熱膨張係数の低下にも有効な
元素であるが、0.5％より少ないとこれらの効
果を得ることができず、２％を超えるとAl合
金の加工度、強度、耐食性等を低下させるの
で、0.5〜２％の範囲とする。この発明に係る耐熱アルミニウム合金におい
て、６〜10重量％のMnおよび0.5〜４重量％の
FeをAl中へ強制固溶させるに際しては、急冷
法により製造した合金粉末を用いることによつ
て容易に可能となる。つまり、上記した成分の
Al合金溶湯を10³℃／sec程度の冷却速度をもつ
アトマイズ法により粉末化することによつて、
MnおよびFeの固溶度をかなり増大させること
が可能となる、また、上記アトマイズ法の代わ
りに、10⁵℃／sec以上のかなり大きな冷却速度
をもつ急冷凝固法を用いることによつて、より
一層良好な結果を得ることができる。しかし、
このようにしてMn、Feを多量に固溶させた強
制固溶体を高温加熱した場合には粗大晶が析出
するため、強制固溶させた粉末をバルク化する
ための押出しなどの加工は上記粗大晶が析出し
ない温度例えば450℃以下の温度で行うことが
より望ましい。そして、同じ理由からその後の
熱処理を行う場合にも熱処理温度を450℃以下
とすることがより望ましいが、高温を必要とす
る溶体化処理は、粉末製造時におけるAl合金
溶湯からの急冷という過程で得られた粉末の組
織は均一でかつ微細になつており、この状態は
押出し後のバルクの状態でも保持されているた
め、別途行う必要はない。以下、実施例について説明する。この実施例では、第１表に示す化学成分のアル
ミニウム合金について実施した。

【表】第１表に示すNo.１〜４の本発明合金を製造する
に際しては、まず、AlとAl以外の各成分との２
元系合金鋳塊を秤量・溶解し、第１表に示す化学
成分の母合金を溶製した。次に、アトマイズ装置
の溶解炉にて前記母合金を溶解し、融点より150
℃過熱した状態で溶湯を噴霧することによつてア
トマイズ粉を得た。なお、アトマイズ粉の粒径は
80メツシユ以下であることが望ましい。続いて、
前記アトマイズ粉を円筒形状に圧粉成形し、この
成形体を400℃以下の温度で８：１の押出し比で
押出加工した。さらに、No.２、３、４の合金に対
しては、180℃で18時間の人工時効処理を施した
後、所定の試験片形状に切り出した。一方、比較合金No.５はAA規格2018材、No.６は
AA規格4032材であるが、これらについては、当
該成分の溶湯から圧延用鋳塊とした後熱間圧延
し、540℃において７時間の溶体化処理および200
℃において24時間の人工時効処理を施し、その後
試験片形状に切り出した。また、比較合金No.７、８については、当該成分
の溶湯を水冷鋳造し、８：１の押出し比で押出加
工した後、180℃において18時間の人工時効処理
を施し、その後試験片形状に切り出した。次に、上記各試験片に対し常温および高温での
引張試験を行つた。なお、試験は４時間加熱保持
した後測定した。その結果を第２表に示す。

【表】第２表に示すように、本発明合金は従来の耐熱
合金と比較して特に高温における強度が優れ、た
とえばエンジン部品のように耐熱性だけでなく常
温においても高い強度が要求される部品の素材と
して適しているといえる。以上説明してきたように、この発明によるアル
ミニウム合金は、重量％で、Mn：６〜10％、
Fe：0.5〜４％、Zr：0.03〜0.5％を含み、残部実
質的にAlよりなる組成を有するものであるから、
従来以上に高温強度の優れた軽合金材料であり、
上記合金にさらに、Cu：0.5〜２％、Mg：0.5〜
3.5％、およびSi、Znの１種または２種：0.5〜２
％を含有させた場合に、、高温強度だけでなく、
常温強度もより一層優れた耐熱軽合金材料となる
ため、エンジン部品のように耐熱性のみならず常
温においても高強度を要求される部品に対して広
く適用することができ、部品および製品の軽量化
を促進することが可能であるという非常に優れた
効果を有する。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Mn：６〜10％、Fe：0.5〜４％、
Zr：0.03〜0.5％を含み、残部Alおよび不純物よ
りなる耐熱アルミニウム合金。２重量％で、Mn：６〜10％、Fe：0.5〜４％、
Zr：0.03〜0.5％、Cu：0.5〜２％、Mg：0.5〜3.5
％、およびSi、Znの１種または２種：0.5〜２％、
残部Alおよび不純物よりなる耐熱アルミニウム
合金。