JPH05140688A

JPH05140688A - 高温疲労強度に優れたＡｌ合金材

Info

Publication number: JPH05140688A
Application number: JP30640991A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishii; 悟石井
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は 180℃程度の高温において優れた疲
労強度を有するＡｌ合金材を提供する。【構成】本発明のＡｌ合金材は、化学組成が重量％
で、Ｓｉ： 0.3〜1.5 ％、Ｃｕ： 4〜6 ％、Ｆ
ｅ： 0.5〜1.5 ％、Ｍｇ： 1.5〜2.5 ％、Ｍｎ： 3
〜6 ％、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：単独又は複合で0.5
〜1.5 ％、および残部実質的にＡｌからなるＡｌ急冷凝
固粉末の押出材もしくは鍛造材で構成したものである。
また、前記Ａｌ合金材のＭｎ： 3〜6 ％に代えて、Ｎ
ｉ： 6〜12％としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、180 ℃程度の高温にお
いて優れた疲労強度を有するＡｌ合金材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車あるいは農機等のディーゼルある
いはガソリンエンジンに使用される連接棒は、100 〜18
0 ℃程度の温度下で往復運動、回転運動を繰り返すた
め、かかる高温下の運動に耐える引張強度・疲労強度を
有するものでなければならず、従来、鋼材によって製作
されている。

【０００３】一方、自動車等の軽量化、省エネルギー化
の見地から連接棒等の部品についても軽量化が望まれて
おり、高温強度に比較的優れたJIS 2000番系列の高力Ａ
ｌ合金の使用が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記高力Ａｌ合金の使
用により、軽量化が図られたものの、高温下では十分な
疲労強度を有していないのが実状である。本発明は、か
かる問題に鑑みなされたもので、180 ℃程度の高温にお
いて、優れた疲労強度を有するＡｌ合金を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のＡｌ合金材は、
化学組成が重量％で、Ｓｉ： 0.3〜1.5 ％、Ｃｕ：
4〜6 ％、Ｆｅ： 0.5〜1.5 ％、Ｍｇ： 1.5〜2.5
％、Ｍｎ： 3〜6 ％、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：単
独又は複合で 0.5〜1.5 ％、および残部実質的にＡｌか
らなるＡｌ急冷凝固粉末の押出材もしくは鍛造材で構成
したものである。また、前記Ａｌ合金材のＭｎ： 3〜6
％に代えて、Ｎｉ： 6〜12％としたものである。

【０００６】

【作用】本発明のＡｌ合金材の化学組成（単位wt％)
は、以下の理由により限定される。Ｓｉ： 0.3〜1.5 ％ＳｉはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系あるい
はＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系の析出物を生成し強度向上に寄与
するが、0.3 ％未満ではその効果は少なく、一方1.5 ％
を越えると析出物が粗大化し、疲労強度の低下を招来す
る。

【０００７】Ｃｕ： 4〜6 ％Ｍｇ： 1.5〜2.5 ％Ｃｕ、ＭｇはＳｉと共に金属間化合物を生成し、強度の
向上に寄与するが、Ｃｕ 4％未満、Ｍｇ 1.5％未満では
その効果が不足し、一方Ｃｕ 6％を越え、Ｍｇ 2.5％を
越えると析出物が粗大化し、疲労強度の低下を招来す
る。

【０００８】Ｆｅ： 0.5〜1.5 ％Ｍｎ： 3〜6 ％Ｆｅ、ＭｎはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−
Ｓｉ系の金属間化合物を形成し、高温強度を向上させる
が、Ｆｅ 0.5％未満、Ｍｎ 3％未満ではその効果が少な
く、一方Ｆｅ 1.5％を越え、Ｍｎ 6％を越えると時効硬
化能を低下させ、強度の低下を招来する。

【０００９】Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：単独又は複合で
0.5〜1.5％これらの元素はＡｌと微細な金属間化合物を生成し、高
温強度を維持し、疲労強度の向上に寄与する。 0.5％未
満ではその効果が期待できず、一方 1.5％を越えると伸
びが低下し成形が困難になる。本発明の他のＡｌ合金材
は、前記合金成分において、Ｍｎ： 3〜6 ％の代わり
に、Ｎｉ： 6〜12％としたものである。ＮｉはＡｌ−Ｆ
ｅ−Ｎｉ系の金属間化合物を形成し、高温強度を向上さ
せるが、 6％未満ではかかる効果が期待できず、一方12
％を越えると時効硬化能を低下させる。

【００１０】以上の合金成分のほか、残部は不可避的に
混入した不純物とＡｌ、すなわち実質的にＡｌである。
上記組成のＡｌ合金急冷凝固粉末は、合金元素を過飽和
に固溶して基地の固溶強化が図られ、また結晶粒の微細
化により基地の強化が図られる。前記Ａｌ合金急冷凝固
粉末の押出材もしくは鍛造材は、同加工による強度のせ
ん断作用によって、粉末表面に形成されている数Å程度
の不活性、安定なＡｌ酸化物被膜の分断が行われると共
に、粉末同士が一体化され、一体化された基地中に前記
分断されたＡｌ酸化物片が均一に分散したものとなる。

【００１１】

【実施例】本発明のＡｌ合金材の原料となる所定成分の
Ａｌ合金急冷凝固粉末は、水アトマイズ法や回転ドラム
法等の適宜の手段で10⁴／℃程度以上の冷却速度で急冷
されて製造される。回転ドラム法とは、回転する冷却ド
ラムの内周面に冷却水層を遠心力の作用で形成し、該冷
却水層に溶融Ａｌ合金を噴射し、微細に分断して急冷凝
固粉末を得る方法である。

【００１２】Ａｌ合金急冷凝固粉末は、粉末の状態で、
あるいは圧縮成形ビレットとして押出しコンテナに収容
され、押出し加工に供される。押出に際して、Ａｌ合金
粉末表面のＡｌ酸化物被膜の分断、分散や粉末の基地
（Ａｌ固溶体）同士の一体化を十分行うために、押出比
は 5〜20程度とするのがよく、また押出荷重の軽減およ
び基地の拡散接合のために、押出温度は 400〜500 ℃程
度とするのがよい。

【００１３】本発明の合金材は、押出し加工のほか鍛造
加工により押出し加工時と同等の作用がなされ、所期の
合金組織を得ることができる。この際、鍛造温度は 300
℃〜550 ℃程度がよい。以上のようにして得られた押出
材もしくは鍛造材は、適宜、鍛造加工、切削加工等によ
り目的とする製品と近似した形状に加工される。また、
予備加工後、必要に応じて 450〜510 ℃程度で溶体化処
理し、水冷した後、自然時効あるいは人工時効を適宜行
う。

【００１４】次に具体的実施例について説明する。 (1) 下記表１の化学組成（wt％、残部実質的にＡｌ) の
Ａｌ合金を溶製し、回転ドラム法によって、粒径0.05〜
1 mmの急冷凝固粉末を作成した。尚、試料 No.１および
２は本発明実施例であり、 No.３は比較例で、 No.４は
従来例でJIS 2017Ａｌ合金である。 (2) No.１〜４の急冷凝固粉末を押出比25、押出温度 4
50℃で押出し、φ25mmの棒材を得た。 (3) この押出材より試験片を採取し、 500℃で溶体化処
理し、水冷後、自然時効した後、室温および200 ℃にお
ける引張強さおよび疲労強度を測定した。その結果を表
１に併せて示す。尚、疲労強度は、形状係数α_K＝2 、
Ｎ（繰り返し数）＝10⁷回のときの値である。

【００１５】

【表１】

【００１６】(4) 評価表１より、実施例に係る No.１および２は、JIS 2017材
に相当する No.４に比らべて、常温引張強度の向上は勿
論のこと、 200℃における疲労強度が40〜50％程度と著
しい高温強度の向上が認められる。一方、Ｍｎ量の少な
い比較例 No.３では、疲労強度の向上は10％程度に止ま
った。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のＡｌ合金材
は、Ｍｎを３〜６％又はＮｉを６〜12％含有した特定組
成のＡｌ合金急冷凝固粉末の押出材もしくは鍛造材であ
るので、従来の2000番系列のＡｌ合金に比べて、室温の
みならず、 180℃程度の高温における引張強度、疲労強
度の大幅な向上を期待することができ、軽量高温高強度
材として優れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学組成が重量％で、Ｓｉ： 0.3〜1.5 ％、Ｃｕ： 4〜6 ％、Ｆｅ：
0.5〜1.5 ％、Ｍｇ： 1.5〜2.5 ％、Ｍｎ： 3〜6
％、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：単独又は複合で 0.5〜1.
5 ％、および残部実質的にＡｌからなるＡｌ急冷凝固粉
末の押出材もしくは鍛造材であることを特徴とする高温
疲労強度に優れたＡｌ合金材。
【請求項２】化学組成が重量％で、Ｓｉ： 0.3〜1.5 ％、Ｃｕ： 4〜6 ％、Ｆｅ：
0.5〜1.5 ％、Ｍｇ： 1.5〜2.5 ％、Ｎｉ： 6〜12
％、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ：単独又は複合で 0.5〜1.
5 ％、および残部実質的にＡｌからなるＡｌ急冷凝固粉
末の押出材もしくは鍛造材であることを特徴とする高温
疲労強度に優れたＡｌ合金材。