JPH04210408A - 高強度、高剛性構造部材の製造方法 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は高強度、高剛性構造部材
の製造方法に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】従来、この種部材の製造方法としては、
急冷凝固法を適用して原料粉末を製造し、次いでその原
料粉末を用いて熱間塑性加工を行う、といった方法が公
知である（特開昭６０−２４８８６０号公報参照）。 ［０００３］

【発明が解決しようとする課題１前記急冷凝固法によれ
ば、ミクロ共晶組織を有する原料粉末が得られるが、こ
の原料粉末は、熱間塑性加工における熱履歴により部分
的な組織変化および組織の粗大化を発生するため、構造
部材の強度および靭性が低い、という問題がある。 ［０００４１本発明は前記に鑑み、強度および靭性を向
上させると共に高剛性をも具備させた構造部材を得るこ
とのできる前記製造方法を提供することを目的とする。 ［０００５］ 【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度、高
剛性構造部材の製造方法は、固溶体相よりなる単相組織
、非晶質相よりなる単相組織ならびに固溶体相および非
晶質相よりなる混相組織から選択される一種の金属組織
を有し、且つ配合量が２０体積％以上である第１合金粉
末と、マトリックスに粒径２μｍ以下の金属間化合物を
分散させた複合組織を有し、且つ配合量が８０体積％以
下である第２合金粉末とを混合して原料粉末を調製し、
次いで前記原料粉末の集合体に熱間にて成形処理を施す
ことを特徴とする。

【０００６】なお、第１合金粉末ノ４合量が８０体ｈ１
９／を超えると、構造部材の強度が低下する。また金属
間化合物の粒径が２μｎ１を超えると、第２合金粉末の
耐熱性および硬さが低下して構造部材の剛性を向上させ
ることができない。 ［０００７］

【実施例】高強度、高剛性構造部材の製造に当っては、
固溶体相よりなる単相組織、非晶質相よりなる単相組織
ならびに固溶体相および非晶質相よりなる混和組織から
選択される一種の金属組織を有し、且つ配合量が２０体
積％以上である第１合金粉末と、マトリックスに粒径２
μｍ以下の金属間化合物を分散させた複合組織を有し、
且つ配合量が８０体積％以下である第２合金粉末とを混
合して原料粉末を調製し、次いで前記原料粉末の集合体
に熱間にて成形処理を施す、といった方法が実施される
。 ［０００８］第１および第２合金粉末の構成材料として
は、次のようなアルミニウム合金が用いられる。ａ。 化学式Ａ　１．　＝　　Ｔｂ　　Ｘ＝で表わされ、Ｔは
Ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ、Ｍｄ　（ミツシュメタル）、Ｃａ
を含む第１群から選択される少なくとも一種であり、Ｘ
はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む第２群から選択される少なく
とも一種であり、ａ、　ｂ、　ｃはそれぞれ原子％で、
８５≦ａ≦９７．１≦ｂ≦１０．２≦Ｃ≦１５である組
成を有するアルミニウム合金す、　化学式Ａ　１．　Ｔ
ｂ　Ｘ＝　　Ｚｄで表わされ、ＴはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍ
ｄ　（ミツシュメタル）、Ｃａを含む第１群から選択さ
れる少なくとも一種であり、ＸはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含
む第２群から選択される少なくとも一種であり、ＺはＴ
ｉ、　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、ＭＯｌＳ
ｉ、Ｂを含む第３群から選択される少なくとも一種であ
り、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ原子％で、８５≦ａ≦９
７、■≦ｂ≦１０．２≦Ｃ≦１−５、ｄ≦３である組成
を有するアルミニウム合金前記アルミニウム合金におい
て、各化学成分の配合割合が、前記範囲を逸脱すると、
アルミニウム合金が高硬度で、且つ脆弱になるか、強度
が低下するか、あるいは高靭性ではあるが低硬度になる
。 ［０００９１合金粉末の製造には、ガスアトマイズ法が
適用され、その後の分級処理によって第１および第２合
金粉末が得られる。 ［００１０］第１合金粉末としては、固溶体相、例えば
ｆｃｃ構造（面心立方構造）を持つ粒径３０ｎｍ未満の
結晶粒よりなる単相組織の体積分率Ｖｆが９０％以上で
ある１次組織を備えたもの、ｆｃｃ構造を持つ粒径３０
ｎｍ未満の結晶粒および非晶質相よりなる混相組織の体
積分率Ｖｆが９０％以上であり、且つ混和組織における
非晶質相の体積分率Ｖｆが８０％以下である１次組織を
備えたもの等が該当する。 ［００１１１原料粉末の集合体とじては圧粉体が用いら
れ、その圧粉体の成形に当っては冷間プレス加工、ＣＩ
Ｐ処理等が適用される。 ［００１２］熱間での成形処理には、圧粉体に熱処理を
施す工程および熱間塑性加工工程が含まれる。 ［００１３］熱処理は、第１合金粉末において、結晶粒
よりなるマトリックスに金属間化合物が均一に分散析出
している複合組織を備えた２次組織を得るために行われ
、この熱処理により第１合金粉末の熱的安定性を向りさ
せることができる。第２合金粉末はその金属間化合物の
粒径を前記のように特定されていることから、前記熱処
理後においても耐熱性と高硬度を維持している。 ［００１４］熱熱処理度は、単相および混和組織の分解
温度±１００℃に設定される。熱処理温度が単相および
混和組織の分解温度−１００℃未満では、それら組織の
分解に長時間を要するため生産性が悪く、一方、前記分
解温度＋１００℃を上回ると、前記複合組織における結
晶粒および金属間化合物が粗大化して合金の脆化を招く
。 ［００１５］熱処理後における第１合金粉末の金属組織
は、粒径４００ｎｍ以下の結晶粒よりなるマトリックス
に金属間化合物が均一に分散する複合組織を備えた２次
組織であることが望ましい。 ［００１６］なお、１次組織における単相および混相組
織の体積分率Ｖｆが９０％未満になると、その単相およ
び混和組織以外の組織部に粗大な金属間化合物が出現し
、その金属間化合物は２次組織中に残るため、合金の脆
化を招く。 ［００１７］また前記単相および混相組織における結晶
粒の粒径が３０　ｎｍ以上になると、２次組織の複合組
織における結晶粒の粒径が４００　ｎ、ｍを上回るため
合金の強度が低下する。 ［００１８］さらに前記混和組織における非晶質相の体
積分率Ｖｆが８０％を上回ると、均一な２次組織を得る
ことができない。 ［００１９］熱間塑性加工には、熱間押出し加工、ＨＩ
Ｐ処理、温間鍛造加工、熱間鍛造加工等が適用される。 ［００２０１熱処理後の圧粉体に熱間塑性加工を施すと
、その熱履歴下で第１および第２合金粉末が組織変化や
組織の粗大化を起すことがなく、これにより構造部材の
強度および靭性を向上させることが可能である。 ［００２１１また比較的大きな金属間化合物を有する第
２合金粉末の配合に伴い、構造部材のヤング率、したが
って剛性を向上させることが可能である。 ［００２２１次に具体例について説明する。 ［００２３１第１および第２合金粉末を構成するアルミ
ニウム合金としてＡ　１９２　Ｆ　ｅ４Ｙ３　Ｍｎｔ　
　（数値は原子％）の組成を有するものを選定した。 ［００２４］前記合金粉末の製造に当ってはＨｅガスア
トマイズ法が適用された。即ち、前記組成の合金粉末を
構成すべく、高周波溶解にてＡＩ−Ｆｅ−Ｙ−Ｍｎ系母
合金を溶製し、Ｈｅガスの噴射圧を１００　ｋｇ　ｆ　
／ｃｍ２に設定したガスアトマイズ法の適用下、合金粉
末を製造した。 ［００２５］前記合金粉末を分級して各粒径を持つ合金
粉末の金属組織を調べたところ、表１の結果を得た。 ［００２６］

【表１】 ［００２７１表１において、混相組織はｆｃｃ構造を持
つ粒径１７ｎｍの結晶粒および非晶質相よりなり、混相
組織の体積分率Ｖｆは９５％、混和組織における非晶質
相の体積分率は６０％である。この混和組織の分解温度
は３８４℃である。 ［００２８］合金粉末（１）は、本発明における第１合
金粉末に該当し、また合金粉末（２）〜（６）は本発明
における第２合金粉末に該当する。合金粉末（７）は比
較例である。 ［００２９］図１は各合金粉末（１）〜（７）の硬さを
示し、線Ｃ１は未熟処理の場合に、また線Ｃ２は４００
℃、１時間の熱処理を行った場合にそれぞれ該当する。 両線Ｃ＋　、Ｃ２において、点（１）〜（７）は合金粉
末（１）〜（７）にそれぞれ対応する。 ［００３０１図１から明らかなように、前記熱処理によ
る硬さ変化において、第１合金粉末である合金粉末（１
）に比べて第２合金粉末である合金粉末　（２）〜（６
）は硬さ変化が小さい。特に１合金粉末（４）。 （５）においては殆ど硬さ変化が無い。 ［００３１１前記熱処理による硬さの低下を考慮すると
、第２合金粉末とじては、金属間化合物の平均粒径が２
．０μｍ以下、したがって合金粉末（２）〜（６）が適
当であり、これら合金粉末（２）〜（６）においては、
比較的大きな金属間化合物の晶出に伴いマトリックスが
耐熱性と高硬度といった両物性を備えている。 ［００３２］第１合金粉末に熱処理を施すことにより金
属間化合物を析出させて第２合金粉末を得る場合には、
その金属間化合物を粒径約１μｍに成長させるために５
５０℃、１時間の熱処理が必要であり、このような熱処
理を行うと、図１、点ｄで示すように第２合金粉末の硬
さが極端に低下する。 ［００３３］したがって、第２合金粉末としては、金属
間化合物を晶出させたものが有利である。 ［００３４３次に、前記表１に示した第１合金粉末であ
る合金粉末（１）、第２合金粉末である各合金粉末（２
）〜（６）および比較例合金粉末である合金粉末（７）
を用いて各種構造部材を製造した。 ［００３５］原料粉末としては、合金粉末（１）に、合
金粉末（２）〜（６）を各別に混合した５種類のものと
、合金粉末（１）に比較例合金粉末（７）を混合したも
のを調製した。ａ、　原料粉末をゴム製透体に入れて、
それに圧力４０００ｋｇｆ／ｃｍ２の条件下でＣＩＰ処
理を施して直径５８ｍｍ、長さ４０ｍｍｍ、密度８７％
の短円柱状圧粉体を得た。ｂ、　圧粉体を、アルミニウ
ム合金（ＡＡ規格　６０６１材）よりなる４体に装填し
て外径７８ｍ層、長さ８０ｍｍのビレットを得た。Ｃ１
ビレット内を０．　２　Ｘ　１０”Ｔｏｒｒに減圧した
後、マツフル炉内にて圧粉体に４００℃、１時間の熱処
理を施した。次いでビレットを単動式熱間押出し加工機
のコンテナに装填した。 ［００３６］熱間押出し加工機において、最大加圧力は
５００トン、コンテナの内径は８０ｍｍ、コンテナの予
熱温度は４００℃、ダイス孔の直径は２２ｍｍに設定さ
れた。 ［００３７１その後、４００℃にてビレッ１〜をダイス
から押出し、丸棒状構造部材を得た。図２は各種構造部
材の引張強さを、また図３は各種構造部材のヤング率を
それぞれ示す。図２９図３において、各線ｅ２〜ｃ５は
、第２合金粉末として合金粉末（２）〜（６）を用いた
場合にそれぞれ対応し、線ｅ７　は混合粉末として比較
側合や粉末（７）を用いた場合に対応する。点ｆは合金
粉末（１）を単独で用いた場合に、また点ｇ２〜ｇ７　
は合金粉末（２）〜（６）および比較例合金粉末（７）
を単独で用いた場合にそれぞね対応する。 ［００３８］図２、線Ｃ：・〜ｅ６から明らかなように
、第２合金粉末の配合量を８０体積％以下、好ましくは
６０体積％以下に設定することによって構造部材の強度
を確保することができる。 ［００３９１図２、線ｃ７の場合は本発明による構造部
材に比べて強度が低い。また図３、線ｅ２〜ｅ６から明
らかなように、第２合金粉末の配合量の増加に伴い各構
造部材のヤング率、したがって剛性が向北することが判
る。ただし、第２合金粉末の配合量は前記強度との関係
より８０体積％以下に設定される。 ［００４０３図３、線ｅ７においては、比較例合金粉末
（７）を配合してもヤング率向上効果が極めて少ない。 ［００４１，１図２２図３より、２０体積％以上の第１
合金粉末と８０体積％以下の第２合金粉末とよりなる原
料粉末を用いると、高強度、高剛性な構造部材を得るこ
とのできることが明らかである。 ［００４２］第２合金粉末として合金粉末（２）を用い
た場合において、図４、線ｈｒ−ｈｎ　は各構造部材の
引張強さを、また図５、線ｈ１〜ｈ４は各構造部材のヤ
ング率をそれぞれ示す。点ｋｌ〜に４　は合金粉末（１
）を単独で用いた場合に、点ｒｒｌ　−ｍ４　は合金粉
末（２）を単独で用いた場合にそれぞれ対応する。 ［００４３］図４２図５各線ｈｉ−ｈ４で示す構造部材
は、表２に示すように製造条件および析出金属間化合物
の最大粒径を異にする。 ［００４４］

【表２】 ［００４５１図４１図５および表２の線ｈ１〜ｈ３　か
ら明らかなように、析出金属間化合物の最大粒径を１．
０７１ｍ以下に規定すると、高強度、高剛性な構造部材
が得られる。 ［００４６１図５、線ｈ４　で示すように、析出金属間
化合物の最大粒径が１．０μｍを超えると、ヤング率の
向上は殆ど期待することはできない。 ［００４７］表３は、第１合金粉末として合金粉末（１
）を用い、また第２合金粉末として第１構成粉末である
合金粉末（２）と、第２構成粉末である比較例合金粉末
（７）とを用いた構造部材ｎ＋　〜ｎ３の引張り特性を
示す。比較のため表３には、合金粉末（］−）と比較例
合金粉末（７）とを用いた構造部材ｐ１〜ｐ３および合
金粉末（１）を単独で用いた構造部材ｐ５についても示
されている。 ［００４８３

【表３］ ［００４９］表３から合金粉末（２）および比較例合金
粉末（７）を併用する場合には、構造部材ｎ＋　、ｎ２
のように比較例合金粉末（７）の配合量を５体積％以下
に設定すると、強度および剛性を共に向上させることが
できる。 ［００５０１次に、第１および第２合金粉末の粒径につ
いて考察する。Ｈｅガスアトマイズ法の適用下でＡ１９
２Ｆｅ４　Ｙ３Ｍｎｔ　の組成を有する合金粉末を製造
して、粒径ａが２２μｍ≦ａ≦４４μｍとなるように分
級したところ、ｆｃｃ構造を持つ結晶粒および非晶質相
よりなる混相組織を備えた合金粉末が得られた。この合
金粉末を第１合金粉末とする。 ［００５１１また前記同様の方法で同一組成（Ａ１９２
Ｆｅ＜　Ｙ３　Ｍｎ＋　）の合金粉末を製造して、粒径
ａが１１μｍ≦ａ≦２２　ｌＬｍとなるように分級した
ところ、９０％以上の合金粉末が平均粒径０．　１〜０
．４μｍの晶出金属間化合物を含んでいた。この合金粉
末を第２合金粉末とする。 ［００５２］この場合は、前記実施例とは逆に第１合金
粉末の方が第２合金粉末よりも粒径が大きい。 ［００５３］表４は、前記のように粒径が逆関係にある
第１および第２合金粉末を用い、前記実施例と同様の方
法で製造された各種構造部材ｒ１ 示す。 〜ｒ８ の引張り特性を ［００５４］ 【表４】 ［００５５１表５は第１合金粉末として前記合金粉末（
１）を、また第２合金粉末として前記合金粉末（２）、
　　（３）の混合粉末を用い、前記実施例と同様の方法
で製造された各種構造部材ＳＩ〜ｓ８の引張り特性を示
す。 ［００５６］

【表５】 ［００５７１表４９表５を比較すると明らかなように、
表４のごとく、第１合金粉末の粒径を第２合金粉末のそ
れよりも大きくすると、構造部材ｒｌ−ｒ８の引張り特
性に比較的大きなばらつきを生じる。 ［００５８］これは、熱的に安定な第２合金粉末が、そ
の粒径が小さいことに起因して凝集し易く、その結果、
原料粉末調製時、第１および第２合金粉末を均一に分散
混合することができないからであると思われる。 ［００５９］

【発明の効果】本発明によれば、前記特定構成の第１お
よび第２合金粉末を特定量宛混合した原料粉末を用いる
ことによって、高強度、高靭性であると共に高剛性な構
造部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】晶出金属間化合物の粒径と合金粉末の硬さとの
関係を示すグラフである。

【図２】第２合金粉末の配合量と構造部材の引張強さと
の関係を示すグラフである。

【図３】第２合金粉末の配合量と構造部材のヤング率と
の関係を示すグラフである。

【図４】合金粉末（２）の配合量と構造部材の引張強さ
との関係を示すグラフである。

【図５】合金粉末（２）の配合量と構造部材のヤング率
との関係を示すグラフである。

【図５】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固溶体相よりなる単相組織、非晶質相より
   なる単相組織ならびに固溶体相および非晶質相よりなる
   混相組織から選択される一種の金属組織を有し、且つ配
   合量が２０体積％以上である第１合金粉末と、マトリッ
   クスに粒径２μｍ以下の金属間化合物を分散させた複合
   組織を有し、且つ配合量が８０体積％以下である第２合
   金粉末とを混合して原料粉末を調製し、次いで前記原料
   粉末の集合体に熱間にて成形処理を施すことを特徴とす
   る高強度、高剛性構造部材の製造方法。
2. 【請求項２】固溶体相よりなる単相組織、非晶質相より
   なる単相組織ならびに固溶体相および非晶質相よりなる
   混相組織から選択される一種の金属組織を有し、且つ配
   合量が２０体積％以上である第１合金粉末と、マトリッ
   クスに粒径２μｍ以下の金属間化合物を分散させた複合
   組織を有する第１構成粉末およびマトリックスに粒径が
   ２μｍを超える金属間化合物を分散させた複合組織を有
   する第２構成粉末を含み、且つ配合量が８０体積％以下
   である第２合金粉末とを混合して原料粉末を調製し、次
   いで前記原料粉末の集合体に熱間にて成形処理を施すこ
   とを特徴とする高強度、高剛性構造部材の製造方法。