JPH0657864B2 - 疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム合金 - Google Patents
疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム合金Info
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- JPH0657864B2 JPH0657864B2 JP9433486A JP9433486A JPH0657864B2 JP H0657864 B2 JPH0657864 B2 JP H0657864B2 JP 9433486 A JP9433486 A JP 9433486A JP 9433486 A JP9433486 A JP 9433486A JP H0657864 B2 JPH0657864 B2 JP H0657864B2
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Landscapes
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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、急冷凝固法によって製造される耐熱性アルミ
ニウム合金の、殊に疲労強度を改善することに成功した
耐熱性アルミニウム合金に関するものである。
ニウム合金の、殊に疲労強度を改善することに成功した
耐熱性アルミニウム合金に関するものである。
［従来の技術］ 自動車産業や航空機産業においては、軽量性に富み且つ
高温条件下でも高強度（疲労強度）を発揮することので
きる耐熱性材料への要望が強い。現在、この様な要望を
満たすべく多くの研究が行われているが、そうした研究
材料の１つにアルミニウム合金、殊に急冷凝固法を応用
して製造されるアルミニウム合金を挙げることができ
る。
高温条件下でも高強度（疲労強度）を発揮することので
きる耐熱性材料への要望が強い。現在、この様な要望を
満たすべく多くの研究が行われているが、そうした研究
材料の１つにアルミニウム合金、殊に急冷凝固法を応用
して製造されるアルミニウム合金を挙げることができ
る。
該急冷凝固アルミニウム合金は、通常高溶質濃度の溶融
微粉化アルミニウム合金を例えば回転冷却ロール等に吹
き付け、即座に急冷凝固（103℃／秒以上の高速冷却）
することによって製造される。
微粉化アルミニウム合金を例えば回転冷却ロール等に吹
き付け、即座に急冷凝固（103℃／秒以上の高速冷却）
することによって製造される。
この様にして得られた急冷凝固アルミニウム合金は、粉
末状，薄帯状或は薄片状等を呈しているが、これらは、
上記溶質元素を過飽和状態から急冷凝固させたものであ
る為固溶性が良好であり、一般に耐熱性，強度，耐摩耗
性等が優れている。例えば上記溶質元素がＣｒであるＡ
ｌ−Ｃｒ系合金は耐熱性に優れ（ＵＳＰ4033793−Ａ、
１００〜３５０℃域での強度に優れている）、又溶質元
素がＳｉであるＡｌ−Ｓｉ系合金は耐摩耗性に優れてい
る（特開昭５９−１３０４０号公報）。
末状，薄帯状或は薄片状等を呈しているが、これらは、
上記溶質元素を過飽和状態から急冷凝固させたものであ
る為固溶性が良好であり、一般に耐熱性，強度，耐摩耗
性等が優れている。例えば上記溶質元素がＣｒであるＡ
ｌ−Ｃｒ系合金は耐熱性に優れ（ＵＳＰ4033793−Ａ、
１００〜３５０℃域での強度に優れている）、又溶質元
素がＳｉであるＡｌ−Ｓｉ系合金は耐摩耗性に優れてい
る（特開昭５９−１３０４０号公報）。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者等は、かねてより上記急冷凝固アルミニウム合
金のうち特にＡｌ−Ｃｒ系耐熱性合金に着目し該合金の
疲労強度を改善すべく検討を続けてきた。上記Ａｌ−Ｃ
ｒ系耐熱性合金は、耐熱性については要求レベルを略満
たすが、疲労強度については必ずしも満足できるとは言
い難く、例えば繰り返し応力のかかるコンロッドの様な
部品等に使用することが困難であった。
金のうち特にＡｌ−Ｃｒ系耐熱性合金に着目し該合金の
疲労強度を改善すべく検討を続けてきた。上記Ａｌ−Ｃ
ｒ系耐熱性合金は、耐熱性については要求レベルを略満
たすが、疲労強度については必ずしも満足できるとは言
い難く、例えば繰り返し応力のかかるコンロッドの様な
部品等に使用することが困難であった。
従って疲労強度を改善することは、上記Ａｌ−Ｃｒ系耐
熱性合金の材料的信頼性を確保する上で極めて意義深い
ことであり、この点が今後の解決課題としてクローズア
ップされる。
熱性合金の材料的信頼性を確保する上で極めて意義深い
ことであり、この点が今後の解決課題としてクローズア
ップされる。
本発明は、こうした事情を考慮してなされたものであっ
て、耐熱性を保証することは勿論のこと、疲労強度を優
れたものとすることのできる耐熱性アルミニウム合金を
提供しようとするものである。
て、耐熱性を保証することは勿論のこと、疲労強度を優
れたものとすることのできる耐熱性アルミニウム合金を
提供しようとするものである。
［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る耐熱性アルミニウム合金とは、Ｃｒ：５〜
１５重量％（以下単に％という）及びＳｉ：５〜１５％
を含み、且つ希土類金属：0.5〜５％，Ｆｅ：0.5〜５
％，Ｔｉ：0.1〜５％，Ｚｒ：0.1〜５％，Ｖ：0.1〜５
％，Ｍｎ：１〜５％，Ｎｉ：１〜５％よりなる群から選
択される１種以上を総計で５％以下含み、残部がＡｌ及
び不可避不純物よりなるところにその要旨が存在するも
のである。
１５重量％（以下単に％という）及びＳｉ：５〜１５％
を含み、且つ希土類金属：0.5〜５％，Ｆｅ：0.5〜５
％，Ｔｉ：0.1〜５％，Ｚｒ：0.1〜５％，Ｖ：0.1〜５
％，Ｍｎ：１〜５％，Ｎｉ：１〜５％よりなる群から選
択される１種以上を総計で５％以下含み、残部がＡｌ及
び不可避不純物よりなるところにその要旨が存在するも
のである。
［作用］ 本発明合金は、上述の説明から明らかな様に急冷凝固法
の利用を骨子とするものであるが、これは急冷凝固法に
おける以下の様な利点を活用しようとしているからであ
る。
の利用を骨子とするものであるが、これは急冷凝固法に
おける以下の様な利点を活用しようとしているからであ
る。
(A)各合金元素の固溶限を拡大することができる。
(B)金属粒子や各種金属間化合物を微細に均一分散する
ことができる。
ことができる。
(C)上記(A)及び(B)の結果として、強度，耐熱性，熱間
加工性，切削加工性等の諸特性を改善することができる
との期待がもてる。
加工性，切削加工性等の諸特性を改善することができる
との期待がもてる。
ここに急冷凝固法の冷却速度とは、102℃／秒以上好ま
しくは104℃／秒以上であり、また合金粉末としてはア
トマイズ粉末に限らず急冷薄片や急冷薄帯を粉砕して得
られるものも適用することができる。
しくは104℃／秒以上であり、また合金粉末としてはア
トマイズ粉末に限らず急冷薄片や急冷薄帯を粉砕して得
られるものも適用することができる。
本発明者等は、上記課題の解決手段を見出すに当たって
こうした急冷凝固法の利点に着目すると共に状Ａｌ−Ｃ
ｒ系耐熱性合金の疲労強度が低いことの原因を究明する
ことから研究を開始した。その結果本発明者等は、(1)
高速度で冷却したことによってＣｒ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｖ，
ＲＥＭ等の合金元素がＡｌ中に固溶状態で微細分散する
から、疲労亀裂の伝幡に対する防禦物となる比較的粗大
な分散層が存在しなくなったこと、(2)急冷凝固アルミ
ニウム合金粉末の表面には一般に酸化物が形成されてい
るが、該酸化物付着アルミニウム合金粉末を粉末冶金法
によって固化した場合、旧粉末粒界（以下ＰＰＢという
場合もある）に沿って上記酸化物が配列される為、応力
印加時に該酸化物を通して疲労亀裂が生じると共に該亀
裂の伝幡が起こり易いこと等が疲労強度低さの原因であ
ることを知った。
こうした急冷凝固法の利点に着目すると共に状Ａｌ−Ｃ
ｒ系耐熱性合金の疲労強度が低いことの原因を究明する
ことから研究を開始した。その結果本発明者等は、(1)
高速度で冷却したことによってＣｒ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｖ，
ＲＥＭ等の合金元素がＡｌ中に固溶状態で微細分散する
から、疲労亀裂の伝幡に対する防禦物となる比較的粗大
な分散層が存在しなくなったこと、(2)急冷凝固アルミ
ニウム合金粉末の表面には一般に酸化物が形成されてい
るが、該酸化物付着アルミニウム合金粉末を粉末冶金法
によって固化した場合、旧粉末粒界（以下ＰＰＢという
場合もある）に沿って上記酸化物が配列される為、応力
印加時に該酸化物を通して疲労亀裂が生じると共に該亀
裂の伝幡が起こり易いこと等が疲労強度低さの原因であ
ることを知った。
そこで本発明者等は、第１番に上記(1)の知見に注目
し、この方向から上記課題を解決すべく種々検討した。
その結果疲労強度の向上を期待し得る基本的合金元素と
してＳｉを選定し、上記Ａｌ−Ｃｒ耐熱性合金にこれを
配合すると共に、他の合金元素についても厳密に規定し
て本発明を完成するに至った。
し、この方向から上記課題を解決すべく種々検討した。
その結果疲労強度の向上を期待し得る基本的合金元素と
してＳｉを選定し、上記Ａｌ−Ｃｒ耐熱性合金にこれを
配合すると共に、他の合金元素についても厳密に規定し
て本発明を完成するに至った。
以下本発明における合金元素の種類及び配合量について
それらの規定理由を明らかにしつつ説明する。
それらの規定理由を明らかにしつつ説明する。
Ｃｒ：５〜１５％ Ｃｒは、Ａｌマトリックス及び他の合金元素と化合して
分散相又は固溶相を形成することによって耐熱性を向上
させる元素であるが、配合率が５％未満の場合は急冷凝
固による分散相の体積比が小さくなって所望の耐熱性を
得ることが困難となる。一方１５％を超える場合には、
冷却速度を如何に速くしても粗大化分散相が生じてしま
い、この為該分散相の体積比が極端に大きくなって靱性
低下や熱間加工性低下等材質上の問題を招く結果とな
る。
分散相又は固溶相を形成することによって耐熱性を向上
させる元素であるが、配合率が５％未満の場合は急冷凝
固による分散相の体積比が小さくなって所望の耐熱性を
得ることが困難となる。一方１５％を超える場合には、
冷却速度を如何に速くしても粗大化分散相が生じてしま
い、この為該分散相の体積比が極端に大きくなって靱性
低下や熱間加工性低下等材質上の問題を招く結果とな
る。
Ｓｉ：５〜１５％ Ｓｉは、単体でＡｌマトリックス中に分散し疲労クラッ
ク伝幡を妨げる作用を有している為、疲労強度の向上に
効果がある。しかし５％未満の配合率では、Ａｌマトリ
ックス中のＳｉ粒子が極端に微細化し所望の効果が得ら
れない。一方１５％を超えると、Ａｌマトリックス中の
Ｓｉ粒子が粗大化すると共に靱性が低下するといった問
題点が生じる。
ク伝幡を妨げる作用を有している為、疲労強度の向上に
効果がある。しかし５％未満の配合率では、Ａｌマトリ
ックス中のＳｉ粒子が極端に微細化し所望の効果が得ら
れない。一方１５％を超えると、Ａｌマトリックス中の
Ｓｉ粒子が粗大化すると共に靱性が低下するといった問
題点が生じる。
希土類元素（ＲＥＭ）：0.5〜５％，Ｆｅ：0.5〜５
％，Ｔｉ：0.1〜５％，Ｚｒ：0.1〜５％，Ｖ：0.1〜５
％，Ｍｎ：１〜５％，Ｎｉ：１〜５％よりなる群から選
択される１種以上を総計で５％以下 これらの元素は、いずれもＣｒとの相互作用によってア
ルミニウム合金の耐熱性をより一層向上させるという効
果を有しているが、この様な効果を有効に発揮せしめる
には、例えばＲＥＭ単独の場合0.5％以上必要であっ
た。しかし５％を超えると、分散相の粗大化及び靱性の
低下を誘起する等、材質上の問題が生じる。こうした上
限・下限設定根拠はＲＥＭ以外の元素についても同様で
ある。
％，Ｔｉ：0.1〜５％，Ｚｒ：0.1〜５％，Ｖ：0.1〜５
％，Ｍｎ：１〜５％，Ｎｉ：１〜５％よりなる群から選
択される１種以上を総計で５％以下 これらの元素は、いずれもＣｒとの相互作用によってア
ルミニウム合金の耐熱性をより一層向上させるという効
果を有しているが、この様な効果を有効に発揮せしめる
には、例えばＲＥＭ単独の場合0.5％以上必要であっ
た。しかし５％を超えると、分散相の粗大化及び靱性の
低下を誘起する等、材質上の問題が生じる。こうした上
限・下限設定根拠はＲＥＭ以外の元素についても同様で
ある。
ところで上記元素の総計が５％を超えた場合には、上記
分散相粗大化等の弊害が生じた。
分散相粗大化等の弊害が生じた。
本発明は大略以上の様に構成されているが、本発明者等
は、前記(2)の知見、即ち固化後においては酸化物が亀
裂発生の原因になるという知見についても配慮しようと
考え、上記酸化物を規制するという方向から検討を行な
った。その結果酸化物：１％以下という結果を得るに至
ったが、以下この点について説明する。
は、前記(2)の知見、即ち固化後においては酸化物が亀
裂発生の原因になるという知見についても配慮しようと
考え、上記酸化物を規制するという方向から検討を行な
った。その結果酸化物：１％以下という結果を得るに至
ったが、以下この点について説明する。
酸化物：1.5％以下 Ａｌ合金溶湯を粉末状とする方法としては空気噴霧法が
一般的であるが、この方法を用いて製造されたＡｌ合金
粉末はその表面に1.5％以上もの酸化物（主としてＡｌ
２Ｏ３）が不可避的に含まれている。
一般的であるが、この方法を用いて製造されたＡｌ合金
粉末はその表面に1.5％以上もの酸化物（主としてＡｌ
２Ｏ３）が不可避的に含まれている。
従来よりこれらの酸化物は、粉末固化時にＡｌマトリッ
クス中に分散すると共にこれによって耐熱性を向上させ
ると考えられてきた。しかし本発明者等が詳細に研究し
たところによると、1.5％を超えた場合においては耐熱
性の向上効果は小さく、むしろ前記(2)で述べた如く疲
労強度を低下させるという結果が得られた。尚更に好ま
しくは1.0％以下に抑制することが推奨される。従って
本願発明者等はこの要件を上記〜に加えることに
よって、より一層の疲労強度向上効果を発揮し得ること
を知った。尚こうしたアルミニウム合金を製造するに当
たっては、噴霧の雰囲気ガスとして酸素濃度が１０％以
下のものを用いると良い。
クス中に分散すると共にこれによって耐熱性を向上させ
ると考えられてきた。しかし本発明者等が詳細に研究し
たところによると、1.5％を超えた場合においては耐熱
性の向上効果は小さく、むしろ前記(2)で述べた如く疲
労強度を低下させるという結果が得られた。尚更に好ま
しくは1.0％以下に抑制することが推奨される。従って
本願発明者等はこの要件を上記〜に加えることに
よって、より一層の疲労強度向上効果を発揮し得ること
を知った。尚こうしたアルミニウム合金を製造するに当
たっては、噴霧の雰囲気ガスとして酸素濃度が１０％以
下のものを用いると良い。
［実施例］ 下記第１表より組成の各種Ａｌ合金溶湯を作製し、気体
噴霧法を用いて急冷凝固することにより合金粉末を得
た。
噴霧法を用いて急冷凝固することにより合金粉末を得
た。
尚噴霧気体としては、資料No.１１及び１２については
５％の酸素を混合した窒素を用い、また他の試料につい
ては空気を用いた。この様にして得られた粉末の冷却速
度は103℃／scc以上であった。
５％の酸素を混合した窒素を用い、また他の試料につい
ては空気を用いた。この様にして得られた粉末の冷却速
度は103℃／scc以上であった。
上記の粉末を冷間で予備成形後、缶中で脱気処理し４２
０℃で直接押出しを行なうことにより健全な固化材を得
た。
０℃で直接押出しを行なうことにより健全な固化材を得
た。
次に放射化分析法により各固化材の酸化物量を測定する
と共に酸化物量と各種材料特性との相関を調査しその結
果を第１表に併記した。
と共に酸化物量と各種材料特性との相関を調査しその結
果を第１表に併記した。
尚疲労強度試験や耐熱性試験については下記の通りであ
る。
る。
疲労試験 平行部長さ１５mm、直径８mmφの試験片を用い、室温で
小野式回乾曲げ疲労試験を実施し、Ｓ−Ｎ曲線を作成
し、これにより107サイクルにおける疲労強度を求め、
第１表に併記する結果を得た。
小野式回乾曲げ疲労試験を実施し、Ｓ−Ｎ曲線を作成
し、これにより107サイクルにおける疲労強度を求め、
第１表に併記する結果を得た。
室温および高温における引張試験 平行部の径６mmφ、標点間距離３０mmのテストピースを
用い、室温，１００℃，２００℃，３００℃の各温度に
おける引張試験を実施し第１表に併記する結果を得た。
また靱性値については室温における切欠試験片の引張強
度（σNTS）と0.2％耐力（σ0.2）の比（σNTS／σ0.
2）から評価した。
用い、室温，１００℃，２００℃，３００℃の各温度に
おける引張試験を実施し第１表に併記する結果を得た。
また靱性値については室温における切欠試験片の引張強
度（σNTS）と0.2％耐力（σ0.2）の比（σNTS／σ0.
2）から評価した。
Ｓｉの効果については、No.１，２，３，４，５，６
（本発明材）とNo.１３，１４，１５，１６，１７，１
８との比較から明らかである。即ちＳｉの添加によって
耐熱性を損なわずに疲労強度を大幅に向上することがで
きる。しかしながらNo.７及び８とNo.１９及び２０の比
較から明らかな様に、上限値を越えたＳｉの添加は靱性
を低下させる結果を招き、又下限値に満たない添加では
疲労強度の改善の向上がほとんど認められなかった。ま
たNo.９及び１０並びにNo.２１及び２２に示す様に、Ｓ
ｉの添加量が適正な場合であっても、Ｃｒの添加量が上
限値を越える場合には靱性の低下を招き、また下限値に
満たない場合には十分な耐熱性を付与することができな
かった。
（本発明材）とNo.１３，１４，１５，１６，１７，１
８との比較から明らかである。即ちＳｉの添加によって
耐熱性を損なわずに疲労強度を大幅に向上することがで
きる。しかしながらNo.７及び８とNo.１９及び２０の比
較から明らかな様に、上限値を越えたＳｉの添加は靱性
を低下させる結果を招き、又下限値に満たない添加では
疲労強度の改善の向上がほとんど認められなかった。ま
たNo.９及び１０並びにNo.２１及び２２に示す様に、Ｓ
ｉの添加量が適正な場合であっても、Ｃｒの添加量が上
限値を越える場合には靱性の低下を招き、また下限値に
満たない場合には十分な耐熱性を付与することができな
かった。
ＲＥＭ（Ｙ，Ｃｅ），Ｆｅ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎ
ｉについては、No.１〜６とNo.２６との比較によって明
らかな様に耐熱性の向上に顕著な効果があるが、No.２
３及び２４に示すように上限値を越える量を添加した場
合、分散相の粗大化を招き靱性が大幅に低下した。また
No.２５に示すように総計が５％を越える量を添加した
場合靱性の低下が認められた。
ｉについては、No.１〜６とNo.２６との比較によって明
らかな様に耐熱性の向上に顕著な効果があるが、No.２
３及び２４に示すように上限値を越える量を添加した場
合、分散相の粗大化を招き靱性が大幅に低下した。また
No.２５に示すように総計が５％を越える量を添加した
場合靱性の低下が認められた。
［発明の効果］ 本発明は上述の様に構成されているので、耐熱性に優れ
しかも疲労強度の著しく改善されたアルミニウム合金を
提供することができた。
しかも疲労強度の著しく改善されたアルミニウム合金を
提供することができた。
Claims (1)
- 【請求項１】Ｃｒ：５〜１５重量％（以下単に％とい
う）及びＳｉ：５〜１５％を含み、且つ希土類金属：0.
5〜５％，Ｆｅ：0.5〜５％，Ｔｉ：0.1〜５％，Ｚｒ：
0.1〜５％，Ｖ：0.1〜５％，Ｍｎ：１〜５％，Ｎｉ：１
〜１０％よりなる群から選択される１種以上を総計で５
％以下含み、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなること
を特徴とする疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9433486A JPH0657864B2 (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | 疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9433486A JPH0657864B2 (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | 疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62250148A JPS62250148A (ja) | 1987-10-31 |
| JPH0657864B2 true JPH0657864B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=14107379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9433486A Expired - Lifetime JPH0657864B2 (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | 疲労強度の改善された耐熱性アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0657864B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5240517A (en) * | 1988-04-28 | 1993-08-31 | Yoshida Kogyo K.K. | High strength, heat resistant aluminum-based alloys |
| JPH0621326B2 (ja) * | 1988-04-28 | 1994-03-23 | 健 増本 | 高力、耐熱性アルミニウム基合金 |
| JPH02217666A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-30 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関用ピストンリング |
-
1986
- 1986-04-23 JP JP9433486A patent/JPH0657864B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62250148A (ja) | 1987-10-31 |
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