JPH0651896B2 - 耐熱耐摩耗性アルミニウム合金 - Google Patents
耐熱耐摩耗性アルミニウム合金Info
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- JPH0651896B2 JPH0651896B2 JP60167968A JP16796885A JPH0651896B2 JP H0651896 B2 JPH0651896 B2 JP H0651896B2 JP 60167968 A JP60167968 A JP 60167968A JP 16796885 A JP16796885 A JP 16796885A JP H0651896 B2 JPH0651896 B2 JP H0651896B2
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車、航空機等に使用する耐熱耐摩耗性アル
ミニウム合金に関する。
ミニウム合金に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 耐熱耐摩耗性合金として、Al-Si系のAC8A,AC8B,AC9A等
の合金が開発されているが、これらの合金は耐熱性の面
で十分満足のいくものでない。最近ではさらに耐熱性を
改善したAl-Si-Fe及びAl-Si-Ni系合金が粉末冶金技術に
よって開発されている。しかし、Al-Si-Fe系合金は耐熱
性は高いが伸び、靱性が劣る。一方Al-Si-Ni系合金にお
いては、伸び、靱性はAl-Si-Fe系より優れているが耐熱
性の点で劣る。本発明はAl-Si-Fe系合金及びAl-Fe-Ni系
合金のFe及びNiの一部をNi及びFeによって置き換えるこ
とにより、Al-Si-Fe系合金の耐熱性を大きく損なわずに
伸びを向上し、又Al-Si-Ni系合金の伸びを大きく損なう
ことなく耐熱性を向上し、かつ靱性を改善することがで
きることを思い出した。
の合金が開発されているが、これらの合金は耐熱性の面
で十分満足のいくものでない。最近ではさらに耐熱性を
改善したAl-Si-Fe及びAl-Si-Ni系合金が粉末冶金技術に
よって開発されている。しかし、Al-Si-Fe系合金は耐熱
性は高いが伸び、靱性が劣る。一方Al-Si-Ni系合金にお
いては、伸び、靱性はAl-Si-Fe系より優れているが耐熱
性の点で劣る。本発明はAl-Si-Fe系合金及びAl-Fe-Ni系
合金のFe及びNiの一部をNi及びFeによって置き換えるこ
とにより、Al-Si-Fe系合金の耐熱性を大きく損なわずに
伸びを向上し、又Al-Si-Ni系合金の伸びを大きく損なう
ことなく耐熱性を向上し、かつ靱性を改善することがで
きることを思い出した。
近年、自動車用エンジンおよび航空機等の材料は、省エ
ネルギー・高性能化の必要から小型軽量化、高出力化が
図られ、それに伴ってピストン等に使用される材料は、
従来よりも高荷重・高温度の厳しい条件での使用に耐え
ることができる高い耐熱耐摩耗性が要求されている。
ネルギー・高性能化の必要から小型軽量化、高出力化が
図られ、それに伴ってピストン等に使用される材料は、
従来よりも高荷重・高温度の厳しい条件での使用に耐え
ることができる高い耐熱耐摩耗性が要求されている。
自動車用ピストンを例にとれば、従来のピストン用Al合
金は、AC8BといったAl-Si系の鋳造材が用いられてい
る。しかし鋳造法では、さらに耐摩耗性、耐熱性を改善
する為に多量のSiやFe,Ni等を添加すると、元素の偏析
や初晶の粗大化等により強度、伸び、靱性等の特性が著
しく低下し、要求特性を十分に満たすことができない。
従って近年、急冷高Si含有アルミニウム合金粉を出発原
料として用い熱間押出法等によって無気孔の均一微細結
晶粒の耐熱耐摩耗アルミニウム合金材料の開発が開始さ
れている。このようにして作られた合金は、急冷凝固の
効果による固溶限の拡大によって多量のSiやFe及びNi等
の元素を固溶しており、鋳造材にみられるような粗大な
析出物、偏析物はほとんど生じない。
金は、AC8BといったAl-Si系の鋳造材が用いられてい
る。しかし鋳造法では、さらに耐摩耗性、耐熱性を改善
する為に多量のSiやFe,Ni等を添加すると、元素の偏析
や初晶の粗大化等により強度、伸び、靱性等の特性が著
しく低下し、要求特性を十分に満たすことができない。
従って近年、急冷高Si含有アルミニウム合金粉を出発原
料として用い熱間押出法等によって無気孔の均一微細結
晶粒の耐熱耐摩耗アルミニウム合金材料の開発が開始さ
れている。このようにして作られた合金は、急冷凝固の
効果による固溶限の拡大によって多量のSiやFe及びNi等
の元素を固溶しており、鋳造材にみられるような粗大な
析出物、偏析物はほとんど生じない。
しかしながら、急冷粉末を用いる場合には、緻密化のた
めの成形時の加熱による粒成長等の問題もあり、おのず
と製造方法に限界がある。例えば、急冷粉末冶金法によ
って製造した耐熱耐摩合金で主として20〜30重量％のSi
と２〜10重量％のFe,Ni等の遷移元素を含む高合金化ア
ルミニウム合金は、急冷凝固粉末を熱間押出することに
より製造するが、こうして得られたアルミニウム合金は
耐熱耐摩耗性は改善されるが、伸び、靱性が著しく低下
する。
めの成形時の加熱による粒成長等の問題もあり、おのず
と製造方法に限界がある。例えば、急冷粉末冶金法によ
って製造した耐熱耐摩合金で主として20〜30重量％のSi
と２〜10重量％のFe,Ni等の遷移元素を含む高合金化ア
ルミニウム合金は、急冷凝固粉末を熱間押出することに
より製造するが、こうして得られたアルミニウム合金は
耐熱耐摩耗性は改善されるが、伸び、靱性が著しく低下
する。
この原因は熱間押出中に生じる初晶析出物や、金属間化
合物である。この低い伸び及び靱性のため、急冷粉末冶
金法によって製造した高合金化アルミニウム合金の用途
は限られてしまう。
合物である。この低い伸び及び靱性のため、急冷粉末冶
金法によって製造した高合金化アルミニウム合金の用途
は限られてしまう。
問題点を解決するための手段 本発明はAl,Si及びFe,Niの遷移元素からなる、高合金化
アルミニウム合金の靱性及び伸びを改善するためになさ
れたものであり、合金中に含まれるFe,Niの遷移元素を
適度の割合で含有せしめることにより、従来のAl-Si-Fe
またはAl-Si-Ni合金等主として３元素よりなる高合金化
アルミニウム合金の耐熱耐摩耗性又は伸びを大きく低下
させることなく靱性を向上させることを目的とするもの
である。
アルミニウム合金の靱性及び伸びを改善するためになさ
れたものであり、合金中に含まれるFe,Niの遷移元素を
適度の割合で含有せしめることにより、従来のAl-Si-Fe
またはAl-Si-Ni合金等主として３元素よりなる高合金化
アルミニウム合金の耐熱耐摩耗性又は伸びを大きく低下
させることなく靱性を向上させることを目的とするもの
である。
本発明のアルミニウム合金の主要添加元素としては耐摩
耗性の改善に効果的であるSiと耐熱性の改善に有効であ
るFe及びNiである。Al中にSiを多量に添加すると凝固時
に初晶Si粒子として析出し、合金の耐摩耗性が向上す
る。初晶Si粒子の大きさ及び量は、合金の凝固速度、Si
添加量に大きく依存し、凝固速度が速いとSi初晶粒子は
小さくなるがSi量が多くなるに従い粗大となる。この限
界として、40％とする。Si量がこれ以上になると初晶Si
粒子が粗大となりこの為合金速度が著しく低下する。又
５％以下となると耐摩耗性の改善効果が非常に小さく、
耐摩耗性材料として利用し難い。
耗性の改善に効果的であるSiと耐熱性の改善に有効であ
るFe及びNiである。Al中にSiを多量に添加すると凝固時
に初晶Si粒子として析出し、合金の耐摩耗性が向上す
る。初晶Si粒子の大きさ及び量は、合金の凝固速度、Si
添加量に大きく依存し、凝固速度が速いとSi初晶粒子は
小さくなるがSi量が多くなるに従い粗大となる。この限
界として、40％とする。Si量がこれ以上になると初晶Si
粒子が粗大となりこの為合金速度が著しく低下する。又
５％以下となると耐摩耗性の改善効果が非常に小さく、
耐摩耗性材料として利用し難い。
Fe及びNiはアルミ合金の耐熱性を改善するがその効果は
Feの方が大きい。しかし、Niに比べ伸び及び靱性は低
い。このAl-Si-Fe及びAl-Si-Ni合金のFe及びNiの一部を
Ni及びFeにより置き換えることにより元の合金に比べ良
好な特性を有する合金が得られる。すなわち、Al-Si-Fe
-Ni合金はAl-Si-Fe合金に比べ耐熱性はやや低下するも
のの伸びが改善され、Al-Si-Ni合金に比べては伸びがや
や低下するものの耐熱性が向上する。特に注目すべきは
靱性に関してAl-Si-Fe,Al-Si-Niのどちらよりも高くな
ることである。この理由は次のように考えられる。Fe,N
iともにAlへの固溶限は0.04重量％と非常に小さいが急
冷凝固することにより固溶限は拡大され最高固溶範囲は
Feで４〜12重量％、Niで３〜15重量％と報告されてい
る。Al中に添加されたFeまたはNiのうち急冷により拡大
された固溶限を越える過飽和分は化合物等の析出物とし
て析出し、これは合金の靱性を著しく低下する。しか
し、Feの一部をNiで、またNiの一部をFeで置き換えてや
ることにより各元素の過飽和度を小さくすることができ
析出物は微細で均一なものとなる。この為靱性は大きく
改善されると考えられる。ここではFe,Niのみについて
示しているが、他の元素との組み合わせについても同様
の考え方が適用できるため元素置き換えによる靱性の改
善効果が期待できる。このAl-Si-Fe-Ni合金がAl-Si-Ni
合金とほぼ同じ靱性値を示すFe：Ni比の範囲が１：４〜
４：１である。最も好ましくはFe：Niが１：１である。
Fe+Niの量が12％以上になると靱性、伸びともに著しく
小さくなるためFe+Niの量は12％以下とする。またFe+Ni
量が２％以下となると耐熱性の改善効果がほとんどなく
なる為Fe+Ni量は２％以上とする。
Feの方が大きい。しかし、Niに比べ伸び及び靱性は低
い。このAl-Si-Fe及びAl-Si-Ni合金のFe及びNiの一部を
Ni及びFeにより置き換えることにより元の合金に比べ良
好な特性を有する合金が得られる。すなわち、Al-Si-Fe
-Ni合金はAl-Si-Fe合金に比べ耐熱性はやや低下するも
のの伸びが改善され、Al-Si-Ni合金に比べては伸びがや
や低下するものの耐熱性が向上する。特に注目すべきは
靱性に関してAl-Si-Fe,Al-Si-Niのどちらよりも高くな
ることである。この理由は次のように考えられる。Fe,N
iともにAlへの固溶限は0.04重量％と非常に小さいが急
冷凝固することにより固溶限は拡大され最高固溶範囲は
Feで４〜12重量％、Niで３〜15重量％と報告されてい
る。Al中に添加されたFeまたはNiのうち急冷により拡大
された固溶限を越える過飽和分は化合物等の析出物とし
て析出し、これは合金の靱性を著しく低下する。しか
し、Feの一部をNiで、またNiの一部をFeで置き換えてや
ることにより各元素の過飽和度を小さくすることができ
析出物は微細で均一なものとなる。この為靱性は大きく
改善されると考えられる。ここではFe,Niのみについて
示しているが、他の元素との組み合わせについても同様
の考え方が適用できるため元素置き換えによる靱性の改
善効果が期待できる。このAl-Si-Fe-Ni合金がAl-Si-Ni
合金とほぼ同じ靱性値を示すFe：Ni比の範囲が１：４〜
４：１である。最も好ましくはFe：Niが１：１である。
Fe+Niの量が12％以上になると靱性、伸びともに著しく
小さくなるためFe+Niの量は12％以下とする。またFe+Ni
量が２％以下となると耐熱性の改善効果がほとんどなく
なる為Fe+Ni量は２％以上とする。
上記のようにSi,Fe,Niを多量に含むAl合金を従来からの
溶解、鋳造法により製造する場合、凝固速度が遅い（１
℃／sec以下）為、Si初晶や金属間化合物が粗大化し、
材料強度は著しく低下する。粗大な析出物を押える方法
としては急冷凝固法やホットトップ法があるが、ホット
トップ法では元素添加量の限界が低い。急冷法において
は、100℃／sec以上の凝固速度で急冷すると本特許請求
の範囲に示す元素添加量の範囲においては析出物の大き
さは最大50μｍ程度となり、大きく材料特性を低下させ
る原因とはならない。このような凝固速度を得るにはア
トマイズ法等により合金を溶湯状態から粉末にすること
により容易に達成できる。粉末の成形性または凝固速度
の点から考えて、使用に適する粉末の粒度は40メッシュ
以下が適する。これらの高合金粉末は粉末粒子自体の硬
度が高い為、合金とするには熱間押出のような強い塑性
加工を与えることが必要である。
溶解、鋳造法により製造する場合、凝固速度が遅い（１
℃／sec以下）為、Si初晶や金属間化合物が粗大化し、
材料強度は著しく低下する。粗大な析出物を押える方法
としては急冷凝固法やホットトップ法があるが、ホット
トップ法では元素添加量の限界が低い。急冷法において
は、100℃／sec以上の凝固速度で急冷すると本特許請求
の範囲に示す元素添加量の範囲においては析出物の大き
さは最大50μｍ程度となり、大きく材料特性を低下させ
る原因とはならない。このような凝固速度を得るにはア
トマイズ法等により合金を溶湯状態から粉末にすること
により容易に達成できる。粉末の成形性または凝固速度
の点から考えて、使用に適する粉末の粒度は40メッシュ
以下が適する。これらの高合金粉末は粉末粒子自体の硬
度が高い為、合金とするには熱間押出のような強い塑性
加工を与えることが必要である。
実施例 99.0％以上の純度をもつアルミニウム合金にSi,Fe，及
びNiを第１表に示す組成となるように調整したAl-Si-Fe
-Ni系合金粉末をエアーアトマイズ法により製造し、こ
れらの粉末を450℃の温度にて熱間押出を行うことによ
って合金とした。これらの材料特性について第１表に示
す。比較のため同じ方法により製造したAl-Si-Fe,及びA
l-Si-Ni系合金についても調査した。表よりわかるよう
にAl-Si-Fe-Ni系合金は、Al-Si-Fe系合金に比べ衝撃
値、伸びがすぐれている。またAl-Si-Ni系合金に比べ強
度、靱性が改善されている。
びNiを第１表に示す組成となるように調整したAl-Si-Fe
-Ni系合金粉末をエアーアトマイズ法により製造し、こ
れらの粉末を450℃の温度にて熱間押出を行うことによ
って合金とした。これらの材料特性について第１表に示
す。比較のため同じ方法により製造したAl-Si-Fe,及びA
l-Si-Ni系合金についても調査した。表よりわかるよう
にAl-Si-Fe-Ni系合金は、Al-Si-Fe系合金に比べ衝撃
値、伸びがすぐれている。またAl-Si-Ni系合金に比べ強
度、靱性が改善されている。
発明の効果 上述の如く本発明のアルミニウム合金は、従来のAl-Si-
Fe系合金の靱性と伸びを又Al-Si-Ni系合金の靱性と強度
を改善したものであり、従来靱性を必要とする耐熱、耐
摩耗部品である自動車等のエンジン部品、コンロッド、
ピストンまたはコンプレッサー部品のベーン等に使用が
可能となる。
Fe系合金の靱性と伸びを又Al-Si-Ni系合金の靱性と強度
を改善したものであり、従来靱性を必要とする耐熱、耐
摩耗部品である自動車等のエンジン部品、コンロッド、
ピストンまたはコンプレッサー部品のベーン等に使用が
可能となる。
Claims (1)
- 【請求項１】Ｓｉ，Ｆｅ及びＮｉを含むアルミニウム合
金においてＳｉ元素が5.1重量％から40重量％であり、
かつＦｅ及びＮｉ元素が（Ｆｅ＋Ｎｉ）で２〜12重量
％、同時にＦｅ：Ｎｉの比が１：４から４：１の割合で
あり、残部が実質的にアルミニウムよりなり、かつまた
初晶Ｓｉ、金属間化合物の粒径が50μｍ以下であること
を特徴とする粉末冶金製Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｎｉ系耐熱
耐摩耗性アルミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60167968A JPH0651896B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 耐熱耐摩耗性アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60167968A JPH0651896B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 耐熱耐摩耗性アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6227541A JPS6227541A (ja) | 1987-02-05 |
| JPH0651896B2 true JPH0651896B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=15859370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60167968A Expired - Lifetime JPH0651896B2 (ja) | 1985-07-29 | 1985-07-29 | 耐熱耐摩耗性アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0651896B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913041A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-23 | Showa Denko Kk | 耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形体およびその製造方法 |
| FR2577941B1 (fr) * | 1985-02-27 | 1991-02-08 | Pechiney | Alliages amorphes a base d'al contenant essentiellement du ni et/ou du fe et du si et procede d'obtention |
-
1985
- 1985-07-29 JP JP60167968A patent/JPH0651896B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6227541A (ja) | 1987-02-05 |
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