JPH0617550B2 - 改良された疲労強度をもつアルミニウム合金材料特に棒材の製造方法 - Google Patents

改良された疲労強度をもつアルミニウム合金材料特に棒材の製造方法

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JPH0617550B2
JPH0617550B2 JP63307678A JP30767888A JPH0617550B2 JP H0617550 B2 JPH0617550 B2 JP H0617550B2 JP 63307678 A JP63307678 A JP 63307678A JP 30767888 A JP30767888 A JP 30767888A JP H0617550 B2 JPH0617550 B2 JP H0617550B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良された疲労強度をもつアルミニウム合金材
料及び該材料の製造方法に係る。
アルミニウムが鋼鉄の３倍も軽量でありすぐれた耐食性
をもつことは公知である。アルミニウムを銅及びマグネ
シウムのごとき金属と合金化すると機械的強度がかなり
向上する。更に、この合金にケイ素を添加すると対摩耗
性の高い材料が得られる。またこれらの合金に鉄、ニッ
ケル、コバルト、クロム及びマンガンのごとき別の元素
を添加すると諸特性が調和的に向上し、自動車部品、特
にエンジン、ピストン、シリンダ等の製造に極めて適し
た材料が得られる。
例えば、欧州特許第144898号は、10〜36重量％のケイ素
と1〜12重量％の銅と0.1〜３重量％のマグネシウムとを
含み、Fe、Ni、Co、Cr及びMnから成るグループから選択
された元素１種類以上を2〜10重量％含むアルミニウム
合金を開示している。
この合金は航空産業及び自動車産業で部品の製造に使用
され得る。このような部品は、圧縮及び延伸による成形
に加えて250〜550℃における熱処理段階を含む粉末冶金
によって得られる。
これらの材料は前記のごとき諸特性を充足させることは
できるが疲労強度に関しては十分でない。疲労が、一連
の不連続応力の作用をうける材料中に生じる金属組織の
局部的及び漸進的な永久変化に対応するものであり、応
力作用が多少にかかわらず複数サイクル繰り返されると
材料の亀裂及び破損に至ることもあり、このとき材料
は、材料を引張破壊するために材料に連続的に作用させ
るべき所要応力をはるかに下回る強さの応力で破損する
ことは当業者に公知である。このような理由で、欧州特
許第144898号に記載された弾性率、引張強さ及び硬度の
値から合金の疲労強度を期待することはできない しかしながら、例えば動的に機能し周期的応力の作用を
受けるピストンロッドまたはピストンピンのごとき部品
にとっては、疲労強度は重要な問題である。
本出願人はこの問題に注目し、前出の特許の範囲に包含
される合金をベースとして製造された合金がいくつかの
用途に適した疲労強度を有するが、その組成を変更する
ことによって疲労強度を更に改良できることを知見し
た。即ち本出願人は、11〜22重量％のケイ素と２〜５重
量％の鉄と0.5〜４重量％の銅と0.2〜1.5重量％のマグ
ネシウムとを含有し更に0.4〜1.5重量％のジルコニウム
を含有することを特徴とするアルミニウム合金を開発し
た。
本出願人は、適切な効果を得るための下限値0.4％と有
意な改良が得られる上限値1.5％との間の量でジルコニ
ウムをその他の元素に添加すると、得られた合金材料の
疲労強度が従来技術の合金で得られるその他の諸特性及
び機械加工能力を損なうことなく改良されることを知見
した。
即ち、本発明は、専らジルコニウムの添加を基盤として
おり、その含有量が0.4重量％より少ない場合、機械的
性質及び高温維持後の疲労強度についての改良の効果は
十分でない。特に、疲労限界が非常に低い。また、その
含有量が1.5重量％より多くなると、規定範囲内のジル
コニウムを含有する場合より伸び及び疲労限界が低くな
る。その他の合金成分は、ケイ素を含む過共晶である、
従来からの商業用アルミニウム合金に慣用的な割合で含
有されている成分である。
本発明はまたこのような合金から部品を製造する方法に
係る。
請求項に記載の組成をもつ合金を調製後、早期析出現象
を完全に阻止するために900℃を上回る温度で合金を融
解し、これを急激に凝固する。鉄及びジルコニウムのご
とき元素は合金中でごくわずかにしか溶解しないので、
これらの元素の不均質な粗い析出を阻止して所望の諸特
性を得るためにはできるだけ急激に凝固させることが不
可欠である。
このような急速凝固にはいくつかの方法がある。例えば
溶融金属をガスによって噴霧化するかまたは機械的に噴
霧化し、気体（空気、ヘリウム、アルゴン）中で冷却し
て粒度400μｍ以下の粉末にし、これを単軸プレスまた
は等圧プレスで冷間または熱間圧縮し、次に引抜き及び
／または鍛造によって成形する方法、または例えば米国
特許第4389258号及び欧州特許第136508号に記載された
公知の「メルトスピニング」または「平面流延」によっ
て溶融合金を冷却金属表面に容射し、厚さ100μｍ以下
のテープを形成しこれを前記のごとく熱叔成形する方
法、または、例えば英国特許第1379261号に記載のごと
く気体流中の噴霧化溶融合金を「スプレーデポジショ
ン」として公知の方法で基板に噴霧して可鍛性の凝集性
デポジットを形成し、これを例えば鍛造、引抜きまたは
型鍛造によって成形する方法がある。
勿論これらの方法は非限定例にすぎない。
析出組織を更に改良するために、任意に機械加工を施し
た後の材料を、480℃〜530℃で１〜10時間熱処理し、次
に水中で硬化し、150〜200℃で２〜32時間焼戻し処理す
ると材料の機械的特性値が改良される。
480〜530℃で１〜10時間加熱処理するのは、本発明に係
る合金を製造するに当たり、水での硬化及びそれに続く
焼戻しの一連の処理後における合金の強度を増加させる
ために、合金を溶体化するためである。この処理後、合
金はＴ６状態にあり、そして高強度かつ高耐疲労性のも
のとなる。
以下の応用例から本発明がより十分に理解されよう。
以下の重量組成をもつ１０種類の合金を調整し、これら
の合金の試験標本の各々に対して一方でヤング率を測定
し、他方で20℃及び100時間維持後の150℃での標準0.2
％弾性限度、破壊荷重、及び伸び率を測定し、同時に20
℃で107サイクル維持後の疲労限界及び耐久比を測定し
た。耐久比は疲労限界と破壊荷重との比によって規定さ
れる。
結果を次表に示す。
合金１乃至７は、粉末冶金によって製造した。即ち、90
0℃で溶融し、窒素雰囲気下に粒度300μｍの粒子の形態
に霧噴化し、次に等圧プレスで300MPa下に圧縮し、直径
40mmの棒材の形状に引抜きした。
合金８乃至１０は、スプレーデポジションで製造した。
即ち、円柱状ビレットの形状のデポジットを製造しこれ
を直径40mmの棒材に加工した。双方の方法で得られた棒
材を490〜520℃で２時間処理し、水で硬化し、160〜190
℃の温度に８時間維持した。
ジルコニウムは疲労強度を顕著に改良する。即ち疲れ限
度は150から１９５MPaに向上する。
スプレーデポジション、メルトスピニングまたは平面流
延によって得られた材料に関しても同様の結果が得られ
た。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】溶融状態の、11〜22重量％のケイ素と2〜5
    重量％の鉄と0.5〜４重量％の銅と0.2〜1.5重量％のマ
    グネシウムと0.4〜1.5重量％のジルコニウムを含有する
    アルミニウム合金を急激に凝固させ、成型し、480〜530
    ℃で１〜10時間加熱処理し、水で硬化させ、150〜200で
    焼戻しすることを特徴とする改良された疲労強度をもつ
    アルミニウム合金材料、特に棒材の製造方法。
  2. 【請求項２】噴霧化、スプレーデポジションまたはメル
    トスピニングのいずれかによって急激に凝固させること
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
JP63307678A 1987-12-07 1988-12-05 改良された疲労強度をもつアルミニウム合金材料特に棒材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0617550B2 (ja)

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JPH01198444A JPH01198444A (ja) 1989-08-10
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DD (1) DD276109A5 (ja)
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ES (1) ES2024044B3 (ja)
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US4923676A (en) 1990-05-08
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