JPH0681067A - 高強度耐熱アルミニウム合金 - Google Patents
高強度耐熱アルミニウム合金Info
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- JPH0681067A JPH0681067A JP25573592A JP25573592A JPH0681067A JP H0681067 A JPH0681067 A JP H0681067A JP 25573592 A JP25573592 A JP 25573592A JP 25573592 A JP25573592 A JP 25573592A JP H0681067 A JPH0681067 A JP H0681067A
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- Japan
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- nickel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 例えば、高温雰囲気において使用されるエン
ジン、コンプレッサー、真空機器等の部材として好適
な、常温強度および高温強度が高い耐熱アルミニウム合
金を提供する。 【構成】 アルミニウム合金の化学成分組成は、銅:2.
0 〜4.0 wt.%、マグネシウム:2.2〜4.0 wt.%、鉄:0.6〜
2.0 wt.%、ニッケル:0.6〜2.0 wt.%( 但し、鉄およびニ
ッケルの各含有量は、相互に実質的に同量である) 、M
n:0.2〜0.6 wt.%、必要に応じてチタン:0.2wt.%以下、
および、残り、アルミニウムおよび不可避的不純物から
なっている。
ジン、コンプレッサー、真空機器等の部材として好適
な、常温強度および高温強度が高い耐熱アルミニウム合
金を提供する。 【構成】 アルミニウム合金の化学成分組成は、銅:2.
0 〜4.0 wt.%、マグネシウム:2.2〜4.0 wt.%、鉄:0.6〜
2.0 wt.%、ニッケル:0.6〜2.0 wt.%( 但し、鉄およびニ
ッケルの各含有量は、相互に実質的に同量である) 、M
n:0.2〜0.6 wt.%、必要に応じてチタン:0.2wt.%以下、
および、残り、アルミニウムおよび不可避的不純物から
なっている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、高温雰囲気
において使用されるエンジン、コンプレッサー、真空機
器等の部材として好適な、常温強度および高温強度が高
い、高強度耐熱アルミニウム合金に関するものである。
において使用されるエンジン、コンプレッサー、真空機
器等の部材として好適な、常温強度および高温強度が高
い、高強度耐熱アルミニウム合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、エンジンやコンプレッサーのよ
うな高温雰囲気に曝される部材には、従来、鉄系の材料
が使用されていた。しかしながら、近時、エンジンやコ
ンプレッサー等に対し、その高出力化、燃費効率の向
上、低騒音および低振動等の観点から、軽量化が望まれ
ている。
うな高温雰囲気に曝される部材には、従来、鉄系の材料
が使用されていた。しかしながら、近時、エンジンやコ
ンプレッサー等に対し、その高出力化、燃費効率の向
上、低騒音および低振動等の観点から、軽量化が望まれ
ている。
【0003】エンジンやコンプレッサー等の部材は、常
温から約200 ℃までの広い温度範囲において使用される
ため、これらの部材としては、常温のみならず、高温に
おいても高い強度を有していることが必要である。従っ
て、エンジンやコンプレッサー等の部材として、軽量で
あり、しかも、常温および高温での強度が高い高強度耐
熱アルミニウム合金の開発が強く要求されている。
温から約200 ℃までの広い温度範囲において使用される
ため、これらの部材としては、常温のみならず、高温に
おいても高い強度を有していることが必要である。従っ
て、エンジンやコンプレッサー等の部材として、軽量で
あり、しかも、常温および高温での強度が高い高強度耐
熱アルミニウム合金の開発が強く要求されている。
【0004】常温強度が高いアルミニウム合金として、
Al−Zn−Mg系の A7075合金が知られており、耐熱アルミ
ニウム合金として、A2618 合金およびA2219 合金が知ら
れている。更に、特開平1−272743号公報には、Cu:2.
5 〜4.0 wt.%、Mg:1.0〜2.0wt.%、Ni:0.3〜1.2 wt.%、M
n:0.6wt.%以下、Si:0.6wt.%以下、Zr:0.006〜0.2 wt.
%、残り、Alおよび不可避的不純物からなる、耐熱性に
優れた高力アルミニウム合金(以下、先行技術という)
が開示されている。
Al−Zn−Mg系の A7075合金が知られており、耐熱アルミ
ニウム合金として、A2618 合金およびA2219 合金が知ら
れている。更に、特開平1−272743号公報には、Cu:2.
5 〜4.0 wt.%、Mg:1.0〜2.0wt.%、Ni:0.3〜1.2 wt.%、M
n:0.6wt.%以下、Si:0.6wt.%以下、Zr:0.006〜0.2 wt.
%、残り、Alおよび不可避的不純物からなる、耐熱性に
優れた高力アルミニウム合金(以下、先行技術という)
が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、 A7075
合金部材は、これを長時間高温に保持した場合に、その
強度が急激に低下する問題を有している。また、A2618
合金部材およびA2219 合金部材は、何れも高温強度が不
充分であり、エンジンやコンプレッサーのような高温雰
囲気に曝される部材としては不適当である。そして、先
行技術に開示されている高力アルミニウム合金部材で
は、未だ、所望の常温強度および高温強度を得るには至
らない。
合金部材は、これを長時間高温に保持した場合に、その
強度が急激に低下する問題を有している。また、A2618
合金部材およびA2219 合金部材は、何れも高温強度が不
充分であり、エンジンやコンプレッサーのような高温雰
囲気に曝される部材としては不適当である。そして、先
行技術に開示されている高力アルミニウム合金部材で
は、未だ、所望の常温強度および高温強度を得るには至
らない。
【0006】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、常温から約200 ℃までの広い温度域におい
て、従来のアルミニウム合金よりも高い強度を有する、
例えば、高温雰囲気において使用されるエンジン、コン
プレッサー、真空機器等の部材として好適な、常温強度
および高温強度が高い高強度耐熱アルミニウム合金を提
供することにある。
を解決し、常温から約200 ℃までの広い温度域におい
て、従来のアルミニウム合金よりも高い強度を有する、
例えば、高温雰囲気において使用されるエンジン、コン
プレッサー、真空機器等の部材として好適な、常温強度
および高温強度が高い高強度耐熱アルミニウム合金を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、常温強度および高温強度が高い高強度耐熱ア
ルミニウム合金を開発すべく鋭意研究を重ねた。その結
果、合金中に、従来のA2618合金に比べて、多量のマグ
ネシウムおよび銅を含有させ、そして、相互に実質的に
等量の鉄およびニッケルを含有させることにより、Al−
Fe−Niからなる高温で安定な金属間化合物の微細な分散
粒子を析出させれば、常温強度および高温強度を向上さ
せ得ることを知見した。
観点から、常温強度および高温強度が高い高強度耐熱ア
ルミニウム合金を開発すべく鋭意研究を重ねた。その結
果、合金中に、従来のA2618合金に比べて、多量のマグ
ネシウムおよび銅を含有させ、そして、相互に実質的に
等量の鉄およびニッケルを含有させることにより、Al−
Fe−Niからなる高温で安定な金属間化合物の微細な分散
粒子を析出させれば、常温強度および高温強度を向上さ
せ得ることを知見した。
【0008】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明の、高強度耐熱アルミニウム合
金は、 銅 :2.0 〜4.0 wt.%、 マグネシウム:2.2 〜4.0 wt.%、 鉄 :0.6 〜2.0 wt.%、 ニッケル :0.6 〜2.0 wt.%、 但し、前記鉄および前記ニッケルの各含有量は、相互に
実質的に同量である マンガン :0.2 〜0.6 wt.%、 必要に応じて チタン :0.2 wt.%以下、および、
残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなること
に特徴を有するものである。
ものであって、この発明の、高強度耐熱アルミニウム合
金は、 銅 :2.0 〜4.0 wt.%、 マグネシウム:2.2 〜4.0 wt.%、 鉄 :0.6 〜2.0 wt.%、 ニッケル :0.6 〜2.0 wt.%、 但し、前記鉄および前記ニッケルの各含有量は、相互に
実質的に同量である マンガン :0.2 〜0.6 wt.%、 必要に応じて チタン :0.2 wt.%以下、および、
残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなること
に特徴を有するものである。
【0009】
【作用】この発明のアルミニウム合金の化学成分組成
を、上述した範囲内に限定した理由について、以下に述
べる。 (1) 銅:銅は、主としてその析出硬化により常温強度お
よび高温強度を向上させる作用を有している。しかしな
がら、銅含有量が2.0 wt.%未満では、強度向上効果が少
なく、一方、銅含有量が4.0 wt.%を超えると、アルミニ
ウムおよび後述するマグネシウムによって生成するAl−
Cu−Mgの金属間化合物の量が多くなりすぎる結果、逆に
強度の低下を招く。従って、銅含有量は、2.0 〜4.0 w
t.%の範囲内に限定すべきである。
を、上述した範囲内に限定した理由について、以下に述
べる。 (1) 銅:銅は、主としてその析出硬化により常温強度お
よび高温強度を向上させる作用を有している。しかしな
がら、銅含有量が2.0 wt.%未満では、強度向上効果が少
なく、一方、銅含有量が4.0 wt.%を超えると、アルミニ
ウムおよび後述するマグネシウムによって生成するAl−
Cu−Mgの金属間化合物の量が多くなりすぎる結果、逆に
強度の低下を招く。従って、銅含有量は、2.0 〜4.0 w
t.%の範囲内に限定すべきである。
【0010】(2) マグネシウム マグネシウムは、銅と同様に、主としてその析出硬化に
よって、常温強度および高温強度を向上させる作用を有
している。しかしながら、マグネシウム含有量が2.2 w
t.%未満では、常温から約200 ℃までの広い温度範囲に
おいて、強度を所望の値にまで向上させることができな
い。一方、マグネシウム含有量が4.0 wt.%を超えると、
逆に、約200 ℃付近の高温において強度が低下し、且
つ、粗大なAl−Cu−Mg金属間化合物が生成する結果、そ
の常温延性が低下する。従って、マグネシウム含有量
は、2.2 〜4.0 wt.%の範囲内に限定すべきである。
よって、常温強度および高温強度を向上させる作用を有
している。しかしながら、マグネシウム含有量が2.2 w
t.%未満では、常温から約200 ℃までの広い温度範囲に
おいて、強度を所望の値にまで向上させることができな
い。一方、マグネシウム含有量が4.0 wt.%を超えると、
逆に、約200 ℃付近の高温において強度が低下し、且
つ、粗大なAl−Cu−Mg金属間化合物が生成する結果、そ
の常温延性が低下する。従って、マグネシウム含有量
は、2.2 〜4.0 wt.%の範囲内に限定すべきである。
【0011】(3) 鉄およびニッケル 鉄およびニッケルは、何れも遷移金属元素であり、アル
ミニウム中への固溶度は低く、金属間化合物として晶出
または析出し、常温強度および高温強度を向上させる作
用を有している。しかしながら、鉄およびニッケルの何
れか一方が含有されているのみでは、合金中の銅と反応
して、Al−Fe−CuまたはAl−Ni−Cuの三元系の金属間化
合物が生成する結果、銅による常温強度および高温強度
の向上効果が失われる。これに対して、実質的に相互に
同量の鉄およびニッケルが共に含有されているときに
は、上述したAl−Fe−CuまたはAl−Ni−Cuのような銅を
含有する金属間化合物は生成せず、鉄およびニッケルの
含有量に対して高い体積率のAl9(Fe.Ni)2 からなる金属
間化合物の微細な分散粒子が析出する。従って、常温強
度および高温強度を向上させることができる。
ミニウム中への固溶度は低く、金属間化合物として晶出
または析出し、常温強度および高温強度を向上させる作
用を有している。しかしながら、鉄およびニッケルの何
れか一方が含有されているのみでは、合金中の銅と反応
して、Al−Fe−CuまたはAl−Ni−Cuの三元系の金属間化
合物が生成する結果、銅による常温強度および高温強度
の向上効果が失われる。これに対して、実質的に相互に
同量の鉄およびニッケルが共に含有されているときに
は、上述したAl−Fe−CuまたはAl−Ni−Cuのような銅を
含有する金属間化合物は生成せず、鉄およびニッケルの
含有量に対して高い体積率のAl9(Fe.Ni)2 からなる金属
間化合物の微細な分散粒子が析出する。従って、常温強
度および高温強度を向上させることができる。
【0012】鉄およびニッケルの含有量が各々0.6 wt.%
未満では、Al9(Fe,Ni)2 からなる金属間化合物の分散粒
子による硬化が少ない。一方、鉄およびニッケルの含有
量が各々2.0 wt.%を超えると、上記金属間化合物の分散
粒子が粗大化し、逆に強度の低下を招く。従って、鉄お
よびニッケルの含有量は、各々0.6 〜2.0 wt.%の範囲内
に限定すべきである。
未満では、Al9(Fe,Ni)2 からなる金属間化合物の分散粒
子による硬化が少ない。一方、鉄およびニッケルの含有
量が各々2.0 wt.%を超えると、上記金属間化合物の分散
粒子が粗大化し、逆に強度の低下を招く。従って、鉄お
よびニッケルの含有量は、各々0.6 〜2.0 wt.%の範囲内
に限定すべきである。
【0013】(4) マンガン マンガンは、遷移金属元素であり、高温強度を向上させ
る作用を有している。しかしながら、マンガン含有量が
0.2 wt.%未満では、高温強度の向上効果が得られない。
一方、マンガン含有量が0.6 wt.%を超えると、押出し加
工性および鍛造加工性が劣化する。従って、マンガン含
有量は、0.6 wt.%以下に限定すべきである。
る作用を有している。しかしながら、マンガン含有量が
0.2 wt.%未満では、高温強度の向上効果が得られない。
一方、マンガン含有量が0.6 wt.%を超えると、押出し加
工性および鍛造加工性が劣化する。従って、マンガン含
有量は、0.6 wt.%以下に限定すべきである。
【0014】(5) チタン チタンは、遷移金属元素であり、鋳塊組織を微細化して
強度を向上させる作用を有している。従って、必要に応
じてチタンを含有させる。しかしながら、チタン含有量
が0.2 wt.%を超えると、析出したAl−Ti系の金属間化合
物が粗大化する結果、逆に強度の低下を招く。従って、
チタンを含有させるときには、チタン含有量は、0.2 w
t.%以下に限定すべきである。
強度を向上させる作用を有している。従って、必要に応
じてチタンを含有させる。しかしながら、チタン含有量
が0.2 wt.%を超えると、析出したAl−Ti系の金属間化合
物が粗大化する結果、逆に強度の低下を招く。従って、
チタンを含有させるときには、チタン含有量は、0.2 w
t.%以下に限定すべきである。
【0015】
【実施例】次に、この発明の耐熱性に優れた高強度アル
ミニウム合金を、実施例によって更に説明する。表1に
示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有するアルミ
ニウム合金、および、同じく表1に示す、この発明の範
囲外の化学成分組成を有するアルミニウム合金を、各々
溶解炉において溶製し、得られた溶湯を高圧で加圧する
(溶湯鍛造法)ことによって、直径200mm のビレットを
調製し、次いでこのビレットに所定の均質化処理を施し
た。次いで、均質化処理の施されたビレットから、460
℃の押出し温度による押し出し加工によって、直径46mm
の丸棒を調製した。
ミニウム合金を、実施例によって更に説明する。表1に
示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有するアルミ
ニウム合金、および、同じく表1に示す、この発明の範
囲外の化学成分組成を有するアルミニウム合金を、各々
溶解炉において溶製し、得られた溶湯を高圧で加圧する
(溶湯鍛造法)ことによって、直径200mm のビレットを
調製し、次いでこのビレットに所定の均質化処理を施し
た。次いで、均質化処理の施されたビレットから、460
℃の押出し温度による押し出し加工によって、直径46mm
の丸棒を調製した。
【0016】このようにして調製された丸棒を引張り試
験片に加工し、次いで、この試験片に対し、溶体化処理
し次いで人工時効硬化処理することからなるT6調質処
理を施し、かくして、この発明の範囲内のアルミニウム
合金の供試体(以下、本発明供試体という)No. 1〜
6、および、この発明の範囲外のアルミニウム合金の供
試体(以下、比較用供試体という)No.1〜14を調製し
た。なお、比較用供試体No.6は先行技術の合金であり、
比較用供試体No.12 は公知の A2618合金であり、比較用
供試体No.13 は公知の A2219合金であり、そして、比較
用供試体No.14 は公知の A7075合金である。
験片に加工し、次いで、この試験片に対し、溶体化処理
し次いで人工時効硬化処理することからなるT6調質処
理を施し、かくして、この発明の範囲内のアルミニウム
合金の供試体(以下、本発明供試体という)No. 1〜
6、および、この発明の範囲外のアルミニウム合金の供
試体(以下、比較用供試体という)No.1〜14を調製し
た。なお、比較用供試体No.6は先行技術の合金であり、
比較用供試体No.12 は公知の A2618合金であり、比較用
供試体No.13 は公知の A2219合金であり、そして、比較
用供試体No.14 は公知の A7075合金である。
【0017】次いで上述した本発明供試体1〜6および
比較用供試体No.1〜14の各々について、常温下、およ
び、200 ℃の温度に100 時間保持することからなる高温
下において引張り強度を測定し、その測定結果を、表1
に併せて示した。
比較用供試体No.1〜14の各々について、常温下、およ
び、200 ℃の温度に100 時間保持することからなる高温
下において引張り強度を測定し、その測定結果を、表1
に併せて示した。
【0018】
【表1】
【0019】表1から明らかなように、鉄を含有しない
比較用供試体No.1は、常温強度および高温強度が低かっ
た。鉄含有量が本発明の範囲を外れて少なく、ニッケル
含有量と大きく相違する比較用供試体No. 2、および、
鉄含有量が本発明の範囲を外れて多く、ニッケル含有量
と大きく相違する比較用供試体No. 3は、いづれも、Al
9(Fe.Ni)2 からなる金属間化合物の析出量が少ないた
め、常温強度は高いが高温強度が低かった。
比較用供試体No.1は、常温強度および高温強度が低かっ
た。鉄含有量が本発明の範囲を外れて少なく、ニッケル
含有量と大きく相違する比較用供試体No. 2、および、
鉄含有量が本発明の範囲を外れて多く、ニッケル含有量
と大きく相違する比較用供試体No. 3は、いづれも、Al
9(Fe.Ni)2 からなる金属間化合物の析出量が少ないた
め、常温強度は高いが高温強度が低かった。
【0020】銅含有量が本発明の範囲を外れて少ない比
較用供試体No.4、および、銅含有量が本発明の範囲を外
れて多い比較用供試体No.5は、何れも高温強度が低かっ
た。マグネシウム含有量が本発明の範囲を外れて少な
く、そして、ジルコニウムを含有している、先行技術の
比較用供試体No.6は、常温強度および高温強度が低かっ
た。マグネシウム含有量が本発明の範囲を外れて多い比
較用供試体No.7は、高温強度が低かった。
較用供試体No.4、および、銅含有量が本発明の範囲を外
れて多い比較用供試体No.5は、何れも高温強度が低かっ
た。マグネシウム含有量が本発明の範囲を外れて少な
く、そして、ジルコニウムを含有している、先行技術の
比較用供試体No.6は、常温強度および高温強度が低かっ
た。マグネシウム含有量が本発明の範囲を外れて多い比
較用供試体No.7は、高温強度が低かった。
【0021】ニッケルを含有しない比較用供試体No.8、
および、鉄およびニッケルの含有量がこの発明の範囲内
であっても、両者の含有量に大きな差がある比較用供試
体No.9は、常温強度および高温強度が低かった。マンガ
ン含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較用供試体N
o.10 は、高温強度が低かった。マンガン含有量が本発
明の範囲を外れて多い比較用供試体No.11 は、常温強度
が低く、且つ、表1には示していないが、押出し加工性
および鍛造加工性が劣化した。
および、鉄およびニッケルの含有量がこの発明の範囲内
であっても、両者の含有量に大きな差がある比較用供試
体No.9は、常温強度および高温強度が低かった。マンガ
ン含有量が本発明の範囲を外れて少ない比較用供試体N
o.10 は、高温強度が低かった。マンガン含有量が本発
明の範囲を外れて多い比較用供試体No.11 は、常温強度
が低く、且つ、表1には示していないが、押出し加工性
および鍛造加工性が劣化した。
【0022】従来の A2618合金である比較用供試体No.1
2 および A2219合金である比較用供試体No.13 は、常温
強度および高温強度が共に低かった。従来の A7075合金
である比較用供試体No.14 は、常温強度は高いが高温強
度は極めて低かった。
2 および A2219合金である比較用供試体No.13 は、常温
強度および高温強度が共に低かった。従来の A7075合金
である比較用供試体No.14 は、常温強度は高いが高温強
度は極めて低かった。
【0023】これに対し、本発明供試体No.1〜6は、何
れも常温強度および高温強度が共に高かった。
れも常温強度および高温強度が共に高かった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、例えば、高温雰囲気において使用されるエンジン、
コンプレッサー、真空機器等の部材として好適な、常温
から約200 ℃までの広い温度域において、従来のアルミ
ニウム合金よりも高い強度を有する、高強度耐熱アルミ
ニウム合金が得られる、工業上有用な効果がもたらされ
る。
ば、例えば、高温雰囲気において使用されるエンジン、
コンプレッサー、真空機器等の部材として好適な、常温
から約200 ℃までの広い温度域において、従来のアルミ
ニウム合金よりも高い強度を有する、高強度耐熱アルミ
ニウム合金が得られる、工業上有用な効果がもたらされ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 銅 :2.0 〜4.0 wt.%、 マグネシウム:2.2 〜4.0 wt.%、 鉄 :0.6 〜2.0 wt.%、 ニッケル :0.6 〜2.0 wt.%、 但し、前記鉄および前記ニッケルの各含有量は、 相互に実質的に同量である マンガン :0.2 〜0.6 wt.%、および、 残り、アルミニウムおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする、高強度耐熱アルミニウム合金。 - 【請求項2】 前記アルミニウム合金は、0.2 wt.%以下
の量のチタンを、更に付加的に含有している、請求項1
記載のアルミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25573592A JPH0681067A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 高強度耐熱アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25573592A JPH0681067A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 高強度耐熱アルミニウム合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0681067A true JPH0681067A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=17282906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25573592A Pending JPH0681067A (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 高強度耐熱アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0681067A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1557567A3 (en) * | 2004-01-26 | 2010-12-29 | Furukawa-Sky Aluminum Corporation | Cast aluminum alloy compressor wheel for a turbocharger |
| JP2011122180A (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-23 | Kobe Steel Ltd | 高温強度及び高温疲労特性に優れた耐熱アルミニウム合金押出材 |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP25573592A patent/JPH0681067A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1557567A3 (en) * | 2004-01-26 | 2010-12-29 | Furukawa-Sky Aluminum Corporation | Cast aluminum alloy compressor wheel for a turbocharger |
| JP2011122180A (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-23 | Kobe Steel Ltd | 高温強度及び高温疲労特性に優れた耐熱アルミニウム合金押出材 |
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