JPH07242977A - マンガン基制振合金およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｍｎをベースとした原子％で、 Ｃｕ：１５〜２５％ Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒの少くとも１種：
１〜８％ を含有するマンガン基制振合金。 【効果】 非積層型のマンガン基制振合金であり、加工
性が優れ、製品の形状・大きさの自由度が高い、しかも
鋳造状態として優れた性能が得られる。このため、板・
棒・線材・箔・繊維などとして、騒音や振動対策の産業
分野に寄与し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、マンガン基制振合金
とその製造法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、加工法に優れ、製品の形状、大きさの自由度
が高く、しかも鋳造状態として優れた性能を現出させる
ことのできる、騒音、振動対策に有用な、新しいマンガ
ン基制振合金とその製造法に関するものである。

【従来の技術とその課題】制振材料を歴史的に顧みれ
ば、タイプは一体型か、板を張合わせた積層型とに大別
される。最近は積層型のひとつである制振鋼板が開発さ
れている。制振鋼板は鋼板と樹脂あるいはその他の材料
との複数の板の積層構造であるため、溶接性や成形加工
性あるいは製品の大きさや形状に致命的な制約があり、
従って、主として容器か覆いの用途で大きな成果が報告
されている。これに対し、一体型構造からなる材料はそ
のような制約はなく、これまでに多くの研究がある。Ｍ
ｎ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｍｎ合金、アルミブロンズ、マグ
ネシュウム合金、ニチノールなどが知られている。たと
えば、DeanらはＭｎをベースとした合金の研究におい
て、Ｍｎ基合金は制振材料として可能性が高いことを指
摘し（Electrolytic Manganese and lts Alloys, Ronal
d Press Comp., New York（１９５２），１２３）、Ja
nes らは、Ｍｎ−Ｃｕの二元系合金において高性能な値
がでることを予測した（Master, Sci.and Eng. ４（１
９６９），１）。その後、実際にはＣｕをベースとした
Ｃｕ−Ｍｎ系合金が開発されてきている。しかしなが
ら、これらはいずれも鋳造材であり、加工性に難があ
り、性能も対数減衰率で０．３程度が最高値であった。
そこで、この発明は、従来の一体型材料の欠点を解消
し、一体型材料であり、しかも、従来にない高い性能を
擁し、加工性が高いため、大型鋳物をはじめ、板・棒・
維線・箔などの幅広い形状に対応でき、広範な産業分野
に利用することのできる新しいマンガン（Ｍｎ）ベース
の制振合金の開発に注力してきた。

【課題を解決するための手段】この発明は、以上の通り
の事情を踏まえてなされたものであって、上記の課題を
解決するものとして、Ｍｎをベースとした原子％で、 Ｃｕ：１５〜２５％ Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒの少くとも１種：
１〜８％ を含有するマンガン基制振合金を提供するものである。
そしてまた、この発明は、上記組成の合金を、その鋳造
後および／または加工後に８００〜１１００℃で焼鈍
し、徐冷することを特徴とするマンガン基制振合金の製
造法をも提供する。

【作用】振動を吸蔵する機構は幾種類かあるが、この発
明の合金系においては、マルテンサイト変態を惹起させ
その生成相である双晶の運動によって振動を制する機構
と考えられる。従来は双晶を得るために銅の含有量を高
める必要がある反面、後に時効によって変態点の上昇を
行なっていた。このような処理によって生じた状態は不
安定であることを回避できない。これに対して、この発
明の制振合金の場合には、変態点を室温近傍に位置する
ようにＣｕ含有量を下げ、代わって、複数元素の合金化
によって制動吸収に適った双晶を形成させる。実際、Ｃ
ｕの含有量を４０〜６０原子％にするとその偏析が大き
く、所要の特性が得られない。このため、この発明で
は、上記の通りの特有の組成割合を採用することが欠か
せない。Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒについて
は少くとも１種のものを１〜８原子％添加するが、なか
でもその特性において特に良好なものとしては、Ｍｎ−
Ｃｕ−Ｎｉ、並びにさらにＦｅおよびＡｌをこの範囲に
おいて添加した合金が挙げられる。従来の積層型材料は
貼り合わせ工程に高度な技術や膨大な設備費が欠かせ
ず、一体型材料の場合には、Ｍｎ−Ｃｕ系、Ｃｕ−Ｍｎ
系では銅の含有量が高いほど材料費がかさみ、かつ、時
効処理などの累加作業が不可避となり、コストに加算さ
れる。アルミブロンズ・マグネシウム合金・ニチノール
などは所望の形状に加工すること自体に多大な経費が必
要である。しかし、この発明の合金は、焼鈍だけで十分
な性能が生じ、加工性は形状を問うことがないほど容易
であり、従来加工コストの面で利用できなかった領域に
可能性が得られる。焼鈍は８００〜１１００℃、より好
ましくは９００〜１０００℃の温度で行うこととする。
また、所要の特性を得るためには、この温度から徐冷す
ることが欠かせない。以下、実施例を示し、さらに詳し
くこの発明の制振合金とその製造法について説明する。

【実施例】実施例１〜１２ 成形加工性を高めるために銅の添加量を下げ、また、常
温近傍に変態点を移動させる狙いからマンガンに対し銅
を２０％（原子％）近くに設定し、それに第３元素とし
て数種類の元素を添加し制振性能におよぼす第３元素の
影響を評価した。実施例および比較例として取り上げる
合金は、２種類の方法によって溶製した。つまり、等軸
晶鋳塊と一方向凝固鋳塊である。ともに溶解は高周波炉
を用いアルゴン雰囲気下で行った。等軸晶鋳塊は９００
℃〜１０００℃に加熱し、熱間圧延で２０ｍｍ角にまで
鋳造し、再び中間焼鈍を行い、５ｍｍまで熱間圧延し
た。冷間加工はその熱延板を焼鈍し、水冷後に行った。
９０％以上の冷間加工が途中の焼鈍を施すことなく可能
であった。制振性能の測定は冷間加工後に焼鈍し、所定
の冷却速度を施した試片について行った。一方向凝固鋳
塊は、水冷銅盤上に発熱鋳型を設置して上から湯を注入
して作製した。これらの操作は高周波炉チャンバー内に
組み込み、アルゴン雰囲気下で行った。鋳塊のサイズは
厚さ２０、高さ９０、幅１７０ｍｍである。鋳型の上部
中央に穴の開いた発熱ボードの蓋をかぶせ、その上に押
湯を兼ねたロートを設置し、注湯した。得られた鋳塊は
下面から上に向かって一方向に柱状晶を呈した組織であ
った。柱状晶の成長方向が試料の板面の垂直方向と一致
するような試片をＢ板、柱状晶の成長方向が幅方向に揃
った試片をＣ板、柱状晶の成長方向が試片の長手方向に
平行にある試片をＤ板と呼称して説明する。各試片は鋳
塊から直接ワイヤーソーによって厚さ１ｍｍ〜５ｍｍの
板状試片に切削加工して準備した。柱状晶の内部には複
数のデンドライトが柱状晶の成長方向にほぼ平行してい
た。制振性能は、その評価方法の一つである対数減衰率
をもって測定した。試片は厚さが１〜０．５ｍｍ、幅が
１２ｍｍ、長さが７０ｍｍの短冊状試片を用いた。片持
ち粱式で、変位はチャック部の最大歪振幅が２×１０^-4
位になるように設置して行なった。表１は、Ｍｎ−２０
Ｃｕ合金に対して各種の第３元素を添加し性能改善を試
みた結果である。熱処理・鋳造・冷延を経て１ｍｍ厚に
した試片を焼鈍し、その温度から炉冷と空冷によって冷
却した場合の値を示してある。第３元素を含まないＭｎ
−２０Ｃｕの空冷材の対数減衰率０．１６を基準にすれ
ば、合金添加が有効とみられる元素は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｖ，Ａｌ，Ｚｎといえる。なかでも実施例２の５Ｎ
ｉが最高を示した。

【表１】 実施例１３〜１８ 表１の最も有望視できるＭｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ合金に
対し、上記実施例と同様にして第４、第５元素として一
層の性能改善を施した合金を製造した。表２は、その結
果を示したものである。

【表２】 Ｍｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉに対し、２Ｆｅを添加した実施
例１３が最高であり、ついで実施例１８の２Ｆｅ−５Ａ
ｌならびに実施例１７の２Ｆｅ−２Ａｌ合金が続いてい
る。図１〜図４は、上記に基づいて得られた最高値を示
すＭｎ−２０Ｃｕ−５Ｎｉ−２Ｆｅ（以降、Ｍ２０５２
合金と呼ぶ）の一方向凝固鋳塊を用いた各種板の対数減
衰率におよぼす熱処理並びに加工の影響を示したもので
ある。図１は、鋳造のままのＢ板の対数減衰率におよぼ
す９００ならびに１０００℃から炉冷した場合の焼鈍時
間の影響である。バラツキは大きいが、９００℃４８時
間処理では０．７２が得られた。表１では０．２８が、
表２では０．３２がそれぞれ最高であったが、本図には
それらを遙かに超えた値である。図２は、鋳造のままの
Ｃ板の対数減衰率におよぼす９００ならびに１０００℃
から炉冷した場合の焼鈍時間の影響である。前図の値に
比べ全体が低い値を呈し、０．３を超えてはいない。図
３は、鋳造のままのＤ板の対数減衰率におよぼす９００
ならびに１０００℃から炉冷した場合の焼鈍時間の影響
である。図１、図２のいずれよりは全体的に高いといえ
る。９００℃５時間と１０００℃５時間では０．７が生
じている。図４は、Ｂ・Ｃ・Ｄ板のそれぞれを９０％冷
延した後の対数減衰率におよぼす焼鈍時間の影響を示
す。Ｃ・Ｄ板は冷延によって性能は劣化するのに対し、
Ｃ板は逆に向上し、９００℃２４時間では０．７の値も
みられる。Ｍ２０５２合金は等軸晶鋳塊の場合、加工と
熱処理によって最低でも対数減衰率は０．３は保証でき
る。一方向凝固の試験からわかるように、凝固状態ある
いは柱状晶の成長方向に対する加工と熱処理の組み合わ
せによっては０．７を超す値を得ることができる。

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、非積層型のマンガン基制振合金であり、加工性が優
れ、製品の形状・大きさの自由度が高い、しかも鋳造状
態として優れた性能が得られる。このため、板・棒・線
材・箔・繊維などとして、騒音や振動対策の産業分野に
寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ板の対数減衰率におよぼす９００℃ならびに
１０００℃から炉冷した場合の焼鈍時間の影響を示した
図である。

【図２】Ｃ板の対数減衰率におよぼす９００℃ならびに
１０００℃から炉冷した場合の焼鈍時間の影響を示した
図である。

【図３】Ｄ板の対数減衰率におよぼす９００℃ならびに
１０００℃から炉冷した場合の焼鈍時間の影響を示した
図である。

【図４】Ｂ・Ｃ・Ｄ板のそれぞれの９０％冷延材の対数
減衰率におよぼす９００℃ならびに１０００℃から炉冷
した場合の焼鈍時間の影響を示した図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎをベースとした原子％で、 Ｃｕ：１５〜２５％ Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒの少くとも１種：
   １〜８％ を含有するマンガン基制振合金。
2. 【請求項２】 ＣｕおよびＮｉとともに、ＦｅおよびＡ
   ｌを１〜５原子％含有する請求項１のマンガン基制振合
   金。
3. 【請求項３】 Ｍｎをベースとした原子％で、 Ｃｕ：１５〜２５％ Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒの少くとも１種：
   １〜８％ を含有するマンガン基制振合金の鋳造後および／または
   加工後に８００〜１１００℃で焼鈍し、徐冷することを
   特徴とするマンガン基制振合金の製造法。