【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ヤング率、強度及び靭性を改善した
Al合金の製造方法に関する。
（従来の技術）
ナツクルアーム等の自動車の足廻り部品は靭性
及び強度が要求されるため、従来から鋼（スチー
ル）又は鋳鉄製部品を用いている。
しかしながら、鋼又は鋳鉄製部品は重量が大で
あるため、最近では鋳造法又は鋳造法によつて製
造したAl合金部品を用いることが考えられてい
る。
（発明が解決しようとする問題点）
Al合金部品を用いれば軽量化を達成できるが、
Al合金は鋼等に比べヤング率、強度及び伸び率
に劣るため、これを補うため必然的に部品が大型
化し、部品の取付け、スペースの占有等の問題が
生じる。
（問題点を解決するための手段）
以上の問題を解決すべく本発明は、Siを0.2〜
12.0重量％、Cuを0.8〜5.0重量％、Tiを1.0〜4.0
重量％、Mgを0.3〜3.5重量％含有し、残部がAl
及び不可避不純物からなるAl合金粉末からなる
素材に、430〜520℃に保持する第一加熱処理と、
300〜450℃に保持する第二加熱処理とを施すこと
により、Al合金のヤング率、強度及び靭製を改
善する製造方法を特徴とする。
（作用）
二段階の加熱処理を施すことにより、脱ガスが
十分に行なわれる。
（実施例）
以下に本発明の実施例を説明する。先ず本発明
にあつてはAl合金溶湯を用意し、後述する噴霧
法及び成形工程を経て以下の如き組成のAl合金
素材を得る。
0.2％≦Si≦12.0％
0.8％≦Cu≦5.0％
1.0％≦Ti≦4.0％
0.3％≦Mg≦3.5％
残部をAl及び不可避不純物とする。
Siを添加したのは、ヤング率を向上させるとと
もにMgとの共存下での熱処理に伴うマトリツク
ス強化を図るためであり、上記の割合としたの
は、0.2重量％未満とすると添加の効果が十分に
発揮されず、また12重量％を超えると伸び及び靭
性が低下することによる。
Cuを添加したのは熱処理効果による強度向上
を図るためであり、上記割合としたのは、0.8重
量％未満とすると添加の効果が十分に発揮され
ず、また、5.0重量％を超えると耐食性が悪化す
ることによる。
Mgを添加したのは、前記Siとの共存下での熱
処理に伴うマトリツクス強化を図るためであり、
上記割合としたのは、0.3重量％未満とすると添
加の効果が十分に発揮されず、また3.5重量％を
超えると伸び及び靭性が低下することによる。
Tiを添加したのは、ヤング率を向上するため
であり、上記割合としたのは、1.0重量％未満と
すると添加の効果を十分に発揮することができ
ず、また4.0重量％を超えると溶湯温度が高くな
り生産が困難となる。
次の各工程をへて、各Al合金素材を作成した。
まずAl合金溶湯から溶湯粉化法の１つである
噴霧法（air atomizing法）により表に示す各組
成のAl合金粉末（本発明〜）を作成した。
この方法は溶湯を空気により急速冷却することで
合金元素を多量に添加した溶湯を粉化するもので
あり、この際の冷却速度としては102℃／sec乃至
105℃／secとする。
102℃／sec以上としたのは、この冷却速度未満
とすると粗大な金属間化合物が析出し、伸び及び
衝撃値が極端に低下することにより、また105
℃／secをこえると粉末特性の劣化には影響しな
いが、量産性及び設備の点を考慮した場合105
℃／sec以下が好ましい。
次いで上記によつて得られた各Al合金粉末を
用いて、冷間静水圧プレス成形法（CIP法）又は
金型圧縮成形法により密度比75％の押出し用素材
を得る。
ここで、冷間静水圧プレス成形法においては、
ゴム製チユーブ内に合金粉末を入れ、1.5〜
3.0ton／cm2程度の静水圧下で成形を行い、金型圧
縮成形においては、金型内に合金粉末を入れて、
常温大気中で1.5〜3.0ton／cm2程度の圧力下で成
形を行う。
この後、前記押出し用素材を炉内温度500℃の
均熱炉内にセツトして４時間保持し、次いで押出
し用素材に押出温度380℃、押出比20（加工前径
225φmm、加工後径50φmm）にて熱間押出し加工を
施して前記した組成割合からなるAl合金素材を
得た。次いでこの素材を直接製品として用いるか
又はその後鍛造を行い最終部材を製造する。
ここで、押出し前の加熱温度は430℃以上520℃
以下とする。これは430℃未満では脱ガス効果が
少なく強度低下を招き、また520℃を超えると液
相を生じて強度低下を招き、急冷凝固により合金
粉末を製造した意義を失うからである。
また、押出し温度は300℃以上450℃以下とす
る。これはアルゴン等の不活性ガス雰囲気内での
加熱において、300℃未満では変形抵抗が大きく
押出しが困難となり、且つ脱ガスが十分に進行し
ないためH2ガス等によるブリスタが発生し易く、
また450℃をこえると組織の粗大化が進行し強度
が低下すると共に、クラツクが発生し易くなる。
更に押出し比は５乃至35とする。これは押出し
比が５未満であると強度のバラツキが大きくな
り、35を超えると変形抵抗が大きくなり成形性が
悪化し量産性に不利が生じることによる。尚、押
出し法としては直接法（前方押出し）、間接法
（後方押出し）のいずれでもよい。
ところで、前記したように押出しによつて得ら
れたAl合金素材を鍛造によつて最終製品形状と
する場合には、鍛造温度は430℃乃至495℃とする
のが好ましい。これは430℃未満では成形性が悪
化し、495℃を超えると液相が生じ易く強度低下
を招くことによる。
（発明の効果）
［表］に示す本発明の組成からなるAl合金素
材と従来の鋳造品である各素材（表−従来材、
）とを、T6処理（490℃×２時間、水冷、175
℃×８時間）後に強度、衝撃値及びヤング率につ
いて比較したものである。
ここで、引張り試験は素材丸棒から平行部径５
mm、平行部長さ30mmの試験片を切出して行い、シ
ヤルピー衝撃値は素材丸棒から10mm×10mm×55mm
の切欠きなしテストピースを切出して行い、更に
ヤング率は10mm×100mm×１mmのテストピースを
切出し内部摩擦法により測定した。
ところで、Tiを添加すると、ヤング率は向上
するが、H2を貯蔵する傾向が顕著となり、破断
伸び、シヤルピー衝撃値が低下する。
そこで、本発明においては、脱ガスを促進する
ため、430〜520℃に保持する第一加熱処理と、
300〜450℃に保持する第二加熱処理とを施すこと
により、脱ガス処理を二段階に行なつている。
［表］からも明らかなように本発明によれば、
強度、衝撃値及びヤング率に優れたAl合金素材
が得られる。
【表】[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides improved Young's modulus, strength and toughness.
This invention relates to a method for producing an Al alloy. (Prior Art) Automobile suspension parts such as knuckle arms require toughness and strength, so steel or cast iron parts have traditionally been used. However, since steel or cast iron parts are heavy, it has recently been considered to use Al alloy parts manufactured by casting or casting methods. (Problem to be solved by the invention) Weight reduction can be achieved by using Al alloy parts, but
Al alloys are inferior to steel, etc. in Young's modulus, strength, and elongation, so to compensate for this, the parts inevitably become larger, causing problems such as mounting the parts and occupying space. (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention aims to reduce the amount of Si from 0.2 to
12.0 wt%, Cu 0.8-5.0 wt%, Ti 1.0-4.0
% by weight, contains 0.3 to 3.5% by weight of Mg, and the balance is Al.
and a first heat treatment of maintaining the material at 430 to 520°C on the Al alloy powder containing inevitable impurities;
The manufacturing method is characterized by improving the Young's modulus, strength, and toughness of the Al alloy by performing a second heat treatment at 300 to 450°C. (Function) By performing the two-stage heat treatment, degassing is sufficiently performed. (Example) Examples of the present invention will be described below. In the present invention, first, a molten Al alloy is prepared, and an Al alloy material having the following composition is obtained through the spraying method and molding process described below. 0.2%≦Si≦12.0% 0.8%≦Cu≦5.0% 1.0%≦Ti≦4.0% 0.3%≦Mg≦3.5% The remainder is Al and inevitable impurities. The reason why Si was added was to improve the Young's modulus and strengthen the matrix during heat treatment in the coexistence with Mg. If it exceeds 12% by weight, elongation and toughness will decrease. The purpose of adding Cu was to improve strength through heat treatment.The reason for the above ratio is that if it is less than 0.8% by weight, the effect of addition will not be fully demonstrated, and if it exceeds 5.0% by weight, corrosion resistance will deteriorate. By getting worse. Mg was added to strengthen the matrix during heat treatment in coexistence with Si.
The above ratio was selected because if it is less than 0.3% by weight, the effect of addition will not be sufficiently exhibited, and if it exceeds 3.5% by weight, elongation and toughness will decrease. The reason why Ti was added was to improve the Young's modulus, and the above ratio was chosen because if it is less than 1.0% by weight, the effect of addition cannot be fully demonstrated, and if it exceeds 4.0% by weight, the molten metal The temperature rises, making production difficult. Each Al alloy material was created through the following steps. First, Al alloy powders (from the present invention) having the respective compositions shown in the table were prepared from molten Al alloy by the air atomizing method, which is one of the methods of pulverizing molten metal.
In this method, the molten metal containing a large amount of alloying elements is pulverized by rapidly cooling the molten metal with air, and the cooling rate at this time is 10 2 °C / sec.
10 5 ℃/sec. The reason for setting the cooling rate to 10 2 °C/sec or higher is that if the cooling rate is lower than this, coarse intermetallic compounds will precipitate and the elongation and impact value will be extremely reduced.
If it exceeds ℃/sec, it will not affect the deterioration of powder properties, but when considering mass production and equipment, 10 5
C/sec or less is preferable. Next, using each of the Al alloy powders obtained above, a material for extrusion with a density ratio of 75% is obtained by cold isostatic pressing (CIP) or mold compression molding. Here, in the cold isostatic press molding method,
Put the alloy powder inside the rubber tube and
Molding is performed under hydrostatic pressure of about 3.0 ton/cm 2 , and in mold compression molding, alloy powder is placed in the mold.
Molding is performed under pressure of approximately 1.5 to 3.0 ton/cm 2 in the air at room temperature. Thereafter, the extrusion material was placed in a soaking furnace with an internal temperature of 500°C and held for 4 hours, and then the extrusion material was placed at an extrusion temperature of 380°C and an extrusion ratio of 20 (diameter before processing).
225φmm, diameter after processing 50φmm) to obtain an Al alloy material having the above composition ratio. This material can then be used directly as a product or subsequently forged to produce the final part. Here, the heating temperature before extrusion is 430℃ or higher and 520℃
The following shall apply. This is because at temperatures below 430°C, there is little degassing effect, leading to a decrease in strength, and at temperatures above 520°C, a liquid phase occurs, leading to a decrease in strength, and the purpose of producing alloy powder by rapid solidification is lost. In addition, the extrusion temperature is 300°C or higher and 450°C or lower. This is because when heating in an inert gas atmosphere such as argon, deformation resistance is large below 300°C, making extrusion difficult, and degassing does not proceed sufficiently, so blisters due to H 2 gas etc. are likely to occur.
Moreover, when the temperature exceeds 450°C, the structure becomes coarser, the strength decreases, and cracks are more likely to occur. Furthermore, the extrusion ratio is 5 to 35. This is because if the extrusion ratio is less than 5, variations in strength will increase, and if it exceeds 35, deformation resistance will increase, moldability will deteriorate, and mass production will be disadvantageous. The extrusion method may be either a direct method (forward extrusion) or an indirect method (backward extrusion). By the way, when the Al alloy material obtained by extrusion is forged into a final product shape as described above, the forging temperature is preferably 430°C to 495°C. This is because moldability deteriorates below 430°C, and above 495°C a liquid phase tends to occur, leading to a decrease in strength. (Effect of the invention) Al alloy material having the composition of the present invention shown in [Table] and each material which is a conventional casting product (Table - Conventional material,
) and T6 treatment (490°C x 2 hours, water cooling, 175
℃ × 8 hours), the strength, impact value, and Young's modulus were compared. Here, the tensile test is performed using a round bar of material with a parallel part diameter of 5
mm, the parallel part length is 30mm.
The Young's modulus was measured by cutting out a test piece with dimensions of 10 mm x 100 mm x 1 mm using the internal friction method. By the way, when Ti is added, the Young's modulus improves, but the tendency to store H 2 becomes significant, and the elongation at break and the Charpy impact value decrease. Therefore, in the present invention, in order to promote degassing, the first heat treatment is held at 430 to 520°C;
The degassing treatment is performed in two stages by performing a second heat treatment to maintain the temperature at 300 to 450°C. According to the present invention, as is clear from the [Table],
An Al alloy material with excellent strength, impact value, and Young's modulus can be obtained. 【table】