JPH07242976A - 耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents
耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造方法Info
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- JPH07242976A JPH07242976A JP3112594A JP3112594A JPH07242976A JP H07242976 A JPH07242976 A JP H07242976A JP 3112594 A JP3112594 A JP 3112594A JP 3112594 A JP3112594 A JP 3112594A JP H07242976 A JPH07242976 A JP H07242976A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、自動車、鉄道車両、船舶等輸送分
野において、エンジン部品、コンプレッサー等の機械部
品用材料として２００℃以上の高温雰囲気の下で使用さ
れる耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその
製造方法に関するものである。 【構成】 本発明は、高温強度向上に寄与するＦｅ，Ｎ
ｉの単独含有量を限定するとともに、ＦｅとＮｉ間に量
的相互関係を規定すること、さらに、固溶強化、析出強
化の両者に効果のあるＣｕ、析出強化元素のＭｇ，Ｓ
ｉ、結晶粒微細化効果を有するＴｉを含有すること、さ
らには必要に応じて高温での回復・再結晶抑制効果を有
するＭｎ，Ｚｒ，Ｖを共存させることによって、高温強
度に優れた展伸用アルミニウム合金が得られる。 【効果】 本発明合金は、２５０℃の高温においても、
従来の２２１８合金、２２１９合金、２６１８合金を上
回る１５４Ｎ／ｍｍ2 以上の高い耐力を発揮する。した
がって自動車用エンジン部品をはじめとする高温環境下
で使用される機械部品に非常に適した材料となり得る。
野において、エンジン部品、コンプレッサー等の機械部
品用材料として２００℃以上の高温雰囲気の下で使用さ
れる耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその
製造方法に関するものである。 【構成】 本発明は、高温強度向上に寄与するＦｅ，Ｎ
ｉの単独含有量を限定するとともに、ＦｅとＮｉ間に量
的相互関係を規定すること、さらに、固溶強化、析出強
化の両者に効果のあるＣｕ、析出強化元素のＭｇ，Ｓ
ｉ、結晶粒微細化効果を有するＴｉを含有すること、さ
らには必要に応じて高温での回復・再結晶抑制効果を有
するＭｎ，Ｚｒ，Ｖを共存させることによって、高温強
度に優れた展伸用アルミニウム合金が得られる。 【効果】 本発明合金は、２５０℃の高温においても、
従来の２２１８合金、２２１９合金、２６１８合金を上
回る１５４Ｎ／ｍｍ2 以上の高い耐力を発揮する。した
がって自動車用エンジン部品をはじめとする高温環境下
で使用される機械部品に非常に適した材料となり得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、鉄道車両、船
舶等輸送分野において、エンジン部品、コンプレッサー
等の機械部品用材料として２００℃以上の高温雰囲気の
下でも使用される耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合
金およびその製造方法に関するものである。
舶等輸送分野において、エンジン部品、コンプレッサー
等の機械部品用材料として２００℃以上の高温雰囲気の
下でも使用される耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合
金およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金
としては、Ａ・Ａ規格で規定されているように２２１８
合金、２２１９合金、２６１８合金が良く知られてい
る。しかしながらこれらの合金は、１５０℃以上の使用
温度における強度の点で必ずしも十分な特性を有してい
るものではなかった。そこで特開平１〜２９０７４１号
公報に開示されているようなＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の耐熱
性に優れたアルミニウム合金が提示されている。
としては、Ａ・Ａ規格で規定されているように２２１８
合金、２２１９合金、２６１８合金が良く知られてい
る。しかしながらこれらの合金は、１５０℃以上の使用
温度における強度の点で必ずしも十分な特性を有してい
るものではなかった。そこで特開平１〜２９０７４１号
公報に開示されているようなＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の耐熱
性に優れたアルミニウム合金が提示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の提案された耐熱
性アルミニウム合金は、確かに１５０℃程度までは優れ
た高温強度特性を有している。しかしながら使用温度が
２００℃以上とますます上昇する状況においてはこの合
金でもまだ不十分と言わざるを得ない。本発明は、従来
よりもさらに高い２００℃以上の使用温度においても高
温強度に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造
方法を提供することを目的としたものである。
性アルミニウム合金は、確かに１５０℃程度までは優れ
た高温強度特性を有している。しかしながら使用温度が
２００℃以上とますます上昇する状況においてはこの合
金でもまだ不十分と言わざるを得ない。本発明は、従来
よりもさらに高い２００℃以上の使用温度においても高
温強度に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造
方法を提供することを目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の課
題を解決するために耐熱性を阻害する要因について種々
実験検討を重ねた。その結果、特に２６１８合金の高温
における強度低下の主要因は、合金中に含有されるＦ
ｅ，Ｎｉが高温で粗大なＣｕ2 ＦｅＡｌ7 ，Ｃｕ 3 Ｎｉ
Ａｌ6 等の金属間化合物を形成し、Ａｌ母相中に固溶す
るＣｕ濃度を低下させるためであることを究明した。そ
してＦｅとＮｉの単独含有量の規制とともに、ＦｅとＮ
ｉの相互の量的な関係も規定することによって、高温で
のＣｕによる固溶強化能および析出強化能が維持され、
２００℃以上の高温において従来よりも優れた耐熱性を
有した合金を得るに至った。本発明はこの知見に基づき
なされたものである。
題を解決するために耐熱性を阻害する要因について種々
実験検討を重ねた。その結果、特に２６１８合金の高温
における強度低下の主要因は、合金中に含有されるＦ
ｅ，Ｎｉが高温で粗大なＣｕ2 ＦｅＡｌ7 ，Ｃｕ 3 Ｎｉ
Ａｌ6 等の金属間化合物を形成し、Ａｌ母相中に固溶す
るＣｕ濃度を低下させるためであることを究明した。そ
してＦｅとＮｉの単独含有量の規制とともに、ＦｅとＮ
ｉの相互の量的な関係も規定することによって、高温で
のＣｕによる固溶強化能および析出強化能が維持され、
２００℃以上の高温において従来よりも優れた耐熱性を
有した合金を得るに至った。本発明はこの知見に基づき
なされたものである。
【０００５】本発明の第１は、 Ｃｕ：１．５ 〜４．０％ Ｍｇ：１．０ 〜２．０％ Ｓｉ：０．１ 〜０．７％ Ｆｅ：０．１ 〜０．７％ Ｎｉ：０．５ 〜１．５％ Ｔｉ：０．０４〜０．２％ を含有し、かつＦｅとＮｉが、 ０．４Ｆｅ＋０．６Ｎｉ≦１．０ の関係を有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
【０００６】本発明の第２は、第１の発明に対してさら
に、 Ｍｎ：０．１ 〜０．７％ Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｚｒ：０．１ 〜０．３％ のうち１種以上を含有することを特徴とする。本発明の
第３は上記成分組成からなるアルミニウム合金を、常法
により鋳造、加工した後に溶体化処理を施し、次いで１
８０〜２２０℃で２０〜３０時間の時効処理を施すこと
によって製造することを特徴とする。
に、 Ｍｎ：０．１ 〜０．７％ Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｚｒ：０．１ 〜０．３％ のうち１種以上を含有することを特徴とする。本発明の
第３は上記成分組成からなるアルミニウム合金を、常法
により鋳造、加工した後に溶体化処理を施し、次いで１
８０〜２２０℃で２０〜３０時間の時効処理を施すこと
によって製造することを特徴とする。
【０００７】
【作用】次に本発明におけるアルミニウム合金の成分組
成範囲の限定理由について説明する。Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓ
ｉ：ＣｕはＡｌ母相中に固溶し、固溶強化によって機械
的強度を大幅に向上させる効果を持つ。またＣｕ，Ｍ
ｇ，Ｓｉは相互に共存することによって、Ａｌ2 Ｃｕ，
Ａｌ2 ＣｕＭｇ，Ｍｇ2 Ｓｉ等の析出強化による機械的
強度向上に寄与する。そこで、それぞれの元素の含有量
は、重量％でＣｕ：１．５〜４．０％、Ｍｇ：１．０〜
２．０％、Ｓｉ：０．１〜０．７％とした。Ｃｕ量が
１．５％未満、Ｍｇ量が１．０％未満、Ｓｉ量が０．１
％未満では、いずれにおいても２００℃以上の高温にお
いて必要とされる強度が得られない。一方、Ｃｕ量が
４．０％超に含有すると、Ｃｕ系金属間化合物析出の駆
動力が過度に大きくなりＣｕの固溶強化能および析出強
化能が低下してしまう。またＭｇ量が２．０％超、Ｓｉ
量が０．７％超に過剰に含有しても、強度向上効果は飽
和する。好ましい成分範囲は、Ｃｕ：２．４〜３．８
％、Ｍｇ：１．４〜１．８％、Ｓｉ：０．３〜０．６％
である。
成範囲の限定理由について説明する。Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓ
ｉ：ＣｕはＡｌ母相中に固溶し、固溶強化によって機械
的強度を大幅に向上させる効果を持つ。またＣｕ，Ｍ
ｇ，Ｓｉは相互に共存することによって、Ａｌ2 Ｃｕ，
Ａｌ2 ＣｕＭｇ，Ｍｇ2 Ｓｉ等の析出強化による機械的
強度向上に寄与する。そこで、それぞれの元素の含有量
は、重量％でＣｕ：１．５〜４．０％、Ｍｇ：１．０〜
２．０％、Ｓｉ：０．１〜０．７％とした。Ｃｕ量が
１．５％未満、Ｍｇ量が１．０％未満、Ｓｉ量が０．１
％未満では、いずれにおいても２００℃以上の高温にお
いて必要とされる強度が得られない。一方、Ｃｕ量が
４．０％超に含有すると、Ｃｕ系金属間化合物析出の駆
動力が過度に大きくなりＣｕの固溶強化能および析出強
化能が低下してしまう。またＭｇ量が２．０％超、Ｓｉ
量が０．７％超に過剰に含有しても、強度向上効果は飽
和する。好ましい成分範囲は、Ｃｕ：２．４〜３．８
％、Ｍｇ：１．４〜１．８％、Ｓｉ：０．３〜０．６％
である。
【０００８】Ｆｅ，Ｎｉ：ＦｅやＮｉはＡｌとの間に金
属間化合物を分散・形成し、合金の高温強度を向上させ
るために、Ｆｅは０．１％以上、Ｎｉは０．５％を必要
とする。しかしながら両者はともに過剰に含有すると、
金属間化合物が粗大化してしまうだけでなく、高温でＣ
ｕ2 ＦｅＡｌ7 やＣｕ3 ＮｉＡｌ6 を形成してＡｌ母相
中の固溶Ｃｕ量を下げ、かえって強度を低下させてしま
うので、Ｆｅは０．７％以下、Ｎｉは１．５％以下とす
る。好ましい成分範囲としては、Ｆｅ：０．３〜０．６
５％、Ｎｉ：０．８〜１．３％である。本発明において
はＦｅとＮｉを上記のように単独に限定するのみなら
ず、ＦｅとＮｉの相互の量的な関係をも規定する。その
量的関係は、０．４Ｆｅ＋０．６Ｎｉ≦１．０とする。
ＦｅとＮｉの量的関係がこの式を満たさないと、高温に
おける強度が十分に得られない。
属間化合物を分散・形成し、合金の高温強度を向上させ
るために、Ｆｅは０．１％以上、Ｎｉは０．５％を必要
とする。しかしながら両者はともに過剰に含有すると、
金属間化合物が粗大化してしまうだけでなく、高温でＣ
ｕ2 ＦｅＡｌ7 やＣｕ3 ＮｉＡｌ6 を形成してＡｌ母相
中の固溶Ｃｕ量を下げ、かえって強度を低下させてしま
うので、Ｆｅは０．７％以下、Ｎｉは１．５％以下とす
る。好ましい成分範囲としては、Ｆｅ：０．３〜０．６
５％、Ｎｉ：０．８〜１．３％である。本発明において
はＦｅとＮｉを上記のように単独に限定するのみなら
ず、ＦｅとＮｉの相互の量的な関係をも規定する。その
量的関係は、０．４Ｆｅ＋０．６Ｎｉ≦１．０とする。
ＦｅとＮｉの量的関係がこの式を満たさないと、高温に
おける強度が十分に得られない。
【０００９】Ｔｉ：Ｔｉは、Ａｌとの間に金属間化合物
を形成し結晶粒微細化に寄与する。元素の含有量は、Ｔ
ｉ：０．０４〜０．２％とした。Ｔｉ量が０．０４％未
満では上記の効果を十分に得ることはできない。しか
し、Ｔｉ量が０．２％超に含有されるとＡｌとの間に粗
大な金属間化合物を形成して加工性、機械的性質を損な
うことになる。好ましい成分範囲は、Ｔｉ：０．０７〜
０．１６％である。
を形成し結晶粒微細化に寄与する。元素の含有量は、Ｔ
ｉ：０．０４〜０．２％とした。Ｔｉ量が０．０４％未
満では上記の効果を十分に得ることはできない。しか
し、Ｔｉ量が０．２％超に含有されるとＡｌとの間に粗
大な金属間化合物を形成して加工性、機械的性質を損な
うことになる。好ましい成分範囲は、Ｔｉ：０．０７〜
０．１６％である。
【００１０】Ｍｎ，Ｖ，Ｚｒ：上述した成分が本発明の
必須成分であるが、さらに高温強度の確保を容易にする
ためには必要に応じてＭｎ，Ｖ，Ｚｒを含有させるとよ
い。Ｍｎ，Ｖ，Ｚｒは、いずれの元素もＡｌとの間に金
属間化合物を形成し結晶粒微細化に寄与するとともに、
特にＺｒとＶは、常温から高温域にわたって回復・再結
晶を抑制して強度の低下を防止する。これらの作用効果
を得るためにそれぞれの元素の含有量は、Ｍｎ：０．１
〜０．７％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｚｒ：０．１〜
０．３％とした。Ｍｎ量が０．１％未満、Ｖ量が０．０
５％未満、Ｚｒ量が０．１％未満では上記の効果を十分
に得ることができない。しかし、Ｍｎ量が０．７％超、
Ｖ量が０．５％超、Ｚｒ量が０．３％超に含有されると
粗大な金属間化合物を形成して加工性、機械的性質を損
なうことになる。好ましい成分範囲は、Ｍｎ：０．４〜
０．６％、Ｖ：０．２〜０．４％、Ｚｒ：０．１５〜
０．２５％である。
必須成分であるが、さらに高温強度の確保を容易にする
ためには必要に応じてＭｎ，Ｖ，Ｚｒを含有させるとよ
い。Ｍｎ，Ｖ，Ｚｒは、いずれの元素もＡｌとの間に金
属間化合物を形成し結晶粒微細化に寄与するとともに、
特にＺｒとＶは、常温から高温域にわたって回復・再結
晶を抑制して強度の低下を防止する。これらの作用効果
を得るためにそれぞれの元素の含有量は、Ｍｎ：０．１
〜０．７％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ｚｒ：０．１〜
０．３％とした。Ｍｎ量が０．１％未満、Ｖ量が０．０
５％未満、Ｚｒ量が０．１％未満では上記の効果を十分
に得ることができない。しかし、Ｍｎ量が０．７％超、
Ｖ量が０．５％超、Ｚｒ量が０．３％超に含有されると
粗大な金属間化合物を形成して加工性、機械的性質を損
なうことになる。好ましい成分範囲は、Ｍｎ：０．４〜
０．６％、Ｖ：０．２〜０．４％、Ｚｒ：０．１５〜
０．２５％である。
【００１１】上述のように成分規定した本発明のアルミ
ニウム合金は、従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の製造方
法に準じて製造できる。しかし、Ｃｕによる固溶強化、
Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｉによる析出強化、ＡｌとＦｅおよびＡ
ｌとＮｉとの間での金属間化合物形成による分散強化を
有効に活用するためには、固相線温度以下５〜２５℃の
温度範囲で溶体化処理を施し、次いで１８０〜２２０℃
で２０〜３０時間の時効処理を施すことが望ましい。時
効処理条件における各下限値は、これらを下回ると強化
に作用し得るだけの金属間化合物が形成されないことか
ら規定する。一方、各上限値は、これらを上回ると形成
された金属間化合物が粗大化し、強化作用が得にくくな
るとともに、Ｃｕの固溶強化能が低下するために規定す
る。
ニウム合金は、従来のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の製造方
法に準じて製造できる。しかし、Ｃｕによる固溶強化、
Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｉによる析出強化、ＡｌとＦｅおよびＡ
ｌとＮｉとの間での金属間化合物形成による分散強化を
有効に活用するためには、固相線温度以下５〜２５℃の
温度範囲で溶体化処理を施し、次いで１８０〜２２０℃
で２０〜３０時間の時効処理を施すことが望ましい。時
効処理条件における各下限値は、これらを下回ると強化
に作用し得るだけの金属間化合物が形成されないことか
ら規定する。一方、各上限値は、これらを上回ると形成
された金属間化合物が粗大化し、強化作用が得にくくな
るとともに、Ｃｕの固溶強化能が低下するために規定す
る。
【００１２】
【実施例】本発明の成分組成範囲内にある２０種類の合
金（表１にそれらの化学組成を示す）を鋳造した後、５
４０℃で６時間の均質化焼鈍を施し、鍛造により直径１
６ｍｍの丸棒に加工した。次いで５４０℃の溶体化処理
後、２００℃で２０時間の時効処理を行った。得られた
丸棒より試験片を作製して、室温、１５０℃，２００
℃，２５０℃における機械的性質（耐力および伸び）を
調査した。また比較例として特にＦｅとＮｉの単独量の
規定値からの外れ（比較例１，２，３，４）、およびＦ
ｅとＮｉの相互の量的関係の規定値からの外れ（比較例
５，６，７）、さらに従来例として従来材の２２１８合
金（従来例１）、２２１９合金（従来例２）、２６１８
合金（従来例３）の試験片も準備した。表２の調査結果
から明かなように、本発明の合金は、従来材よりも優れ
た高温強度特性を有している。特にその優位性は高温に
なるほど顕著であり、本発明の合金は１５０℃において
は従来材と同等あるいはそれ以上の耐力を有するのに対
し、２５０℃では１５４Ｎ／ｍｍ2 以上と、従来材を大
幅に凌ぐ耐力を保持することができる。
金（表１にそれらの化学組成を示す）を鋳造した後、５
４０℃で６時間の均質化焼鈍を施し、鍛造により直径１
６ｍｍの丸棒に加工した。次いで５４０℃の溶体化処理
後、２００℃で２０時間の時効処理を行った。得られた
丸棒より試験片を作製して、室温、１５０℃，２００
℃，２５０℃における機械的性質（耐力および伸び）を
調査した。また比較例として特にＦｅとＮｉの単独量の
規定値からの外れ（比較例１，２，３，４）、およびＦ
ｅとＮｉの相互の量的関係の規定値からの外れ（比較例
５，６，７）、さらに従来例として従来材の２２１８合
金（従来例１）、２２１９合金（従来例２）、２６１８
合金（従来例３）の試験片も準備した。表２の調査結果
から明かなように、本発明の合金は、従来材よりも優れ
た高温強度特性を有している。特にその優位性は高温に
なるほど顕著であり、本発明の合金は１５０℃において
は従来材と同等あるいはそれ以上の耐力を有するのに対
し、２５０℃では１５４Ｎ／ｍｍ2 以上と、従来材を大
幅に凌ぐ耐力を保持することができる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】本発明のアルミニウム合金は、高温強度
向上に寄与するＦｅ，Ｎｉの作用効果を有効に発揮させ
るとともに、固溶強化、析出強化の両者に効果のあるＣ
ｕ、析出強化元素のＭｇ，Ｓｉ、結晶粒微細化効果を有
するＴｉをそれぞれ含有させ、さらには必要に応じて高
温での回復・再結晶抑制効果を有するＭｎ，Ｚｒ，Ｖを
共存させることによって高い高温強度を付与することを
特徴とする。このような構成とすることによって２５０
℃の高温においても、１５４Ｎ／ｍｍ2 以上の耐力を発
揮することが可能となる。したがって自動車用エンジン
部品をはじめとする高温環境下で使用される機械部品に
非常に適した材料となり得る。
向上に寄与するＦｅ，Ｎｉの作用効果を有効に発揮させ
るとともに、固溶強化、析出強化の両者に効果のあるＣ
ｕ、析出強化元素のＭｇ，Ｓｉ、結晶粒微細化効果を有
するＴｉをそれぞれ含有させ、さらには必要に応じて高
温での回復・再結晶抑制効果を有するＭｎ，Ｚｒ，Ｖを
共存させることによって高い高温強度を付与することを
特徴とする。このような構成とすることによって２５０
℃の高温においても、１５４Ｎ／ｍｍ2 以上の耐力を発
揮することが可能となる。したがって自動車用エンジン
部品をはじめとする高温環境下で使用される機械部品に
非常に適した材料となり得る。
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃｕ：１．５ 〜４．０％ Ｍｇ：１．０ 〜２．０％ Ｓｉ：０．１ 〜０．７％ Ｆｅ：０．１ 〜０．７％ Ｎｉ：０．５ 〜１．５％ Ｔｉ：０．０４〜０．２％ を含有し、かつＦｅとＮｉが、 ０．４Ｆｅ＋０．６Ｎｉ≦１．０ の関係を有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる
耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金。 - 【請求項２】 請求項１記載の成分を含有するアルミニ
ウム合金に、さらに重量％で、 Ｍｎ：０．１ 〜０．７％ Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｚｒ：０．１ 〜０．３％ のうち１種以上を含有する耐熱性に優れた展伸用アルミ
ニウム合金。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の成分を含有する
アルミニウム合金を、常法によって鋳造、加工した後に
溶体化処理を施し、次いで１８０〜２２０℃で１０〜３
０時間の時効処理を施すことを特徴とする耐熱性に優れ
た展伸用アルミニウム合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3112594A JPH07242976A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3112594A JPH07242976A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07242976A true JPH07242976A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12322710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3112594A Withdrawn JPH07242976A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 耐熱性に優れた展伸用アルミニウム合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07242976A (ja) |
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-
1994
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