JPS6043453A - 耐熱アルミニウム合金 - Google Patents

耐熱アルミニウム合金

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JPS6043453A
JPS6043453A JP58149161A JP14916183A JPS6043453A JP S6043453 A JPS6043453 A JP S6043453A JP 58149161 A JP58149161 A JP 58149161A JP 14916183 A JP14916183 A JP 14916183A JP S6043453 A JPS6043453 A JP S6043453A
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aluminum alloy
resistant aluminum
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Masahiko Shioda
正彦 塩田
Shunsuke Suzuki
俊輔 鈴木
Akira Matsuyama
晃 松山
Yoshihiro Marai
馬来 義弘
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、常温のみならず高温においても高強度を4
1し、例えば1797118品のように常温および高温
において高強度が要求される部品の素材として利用する
ことができる耐熱アルミニウム合金に関するものである
(従来技術) 近年、とくに自動車の燃料経済性向上が強くめられるよ
うになってきており、このための一つの手段として、自
動車の軽量化か進められている。このような自動車部品
の軽量化に伴って、アルミニウム合金の用途も拡大され
てきているが、例えばエンジン部品の中でもとくに常温
のみならず常温から250℃程度までの広い温度域で高
強度をもつことが要求されている部品については従来の
アルミニウム合金材を適用することは困難であった。
すなわ゛ち、AA規格7075材のような高力アルミニ
ウム合金では、常温においては比較的良好な強度特性を
有しているが、割温から200°Cに至るまでの間で強
度が急激に低下するという欠点があるため、この点でエ
ンジン部品の素材として不十分であり、またAA規格2
218材のような耐熱アルミニウム合金では、高温強度
は優れているものの宰フエでの強度が低いという欠点が
あるため、これもまたエンジン部品の素材としては不十
分であった。
そこで、本発明者らの一部は上記問題点に6目し、先に
、重量%で、Mn:6〜10%、Fe・0.5〜4%、
Zr:0.03〜0.5%、Cu:0゜5〜2%、Mg
二〇、5〜3.5%およびSi、Znの1種または2種
:0.5〜2%、残部Anおよび不純物よりなる耐熱ア
ルミニウム合金を発明した(特願昭57−80290号
明細書)。
ところで、上記発明による合金は、A文−Mn系の強制
固溶体あるいは微細な準安定相の熱に対する安定度が高
いということから、共晶組成以」二のMnを含むアルミ
ニウム合金に着目して開発されたものである。この場合
、6〜10重量%のMnおよび0.5〜4重量%のFe
を偏析させることなくAll中に強制固溶あるいは金属
間化合物の形で微細分散させるに際しては、急冷法によ
り製造した合金粉末を用いることによって容易に可能と
なる。そして、上記発明による合金は、常温においても
一般の高力アルミニウム合金に匹敵する強度を得るため
に、Cu、MgおよびSt。
Znを含有させることによって1時効硬化性をもたせる
ようにしたことを特徴とするものである。
このような特徴を有する上記発明合金は、従来の耐熱合
金と比較して特に高温における強度が優れ、たとえばエ
ンジン部品のように耐熱性だけでなく常温においても高
い強度が要求される部品に適用することができる。
しかしながら1本発明者らはさらに実験研究を積重ねた
ところ、上記発明合金には以下に示すような問題点が残
っていることがわかった。
すなわち、特に高強度を必要とする場合には、Mn:6
〜10%、Fe:0.5〜4%という範囲の中でも例え
ばMn:8〜io%、Fe:2〜4%というように比較
的多くのMn、Feを添加するが、その場合、103〜
10’℃/seeの冷却速度をもつアトマイズ法によっ
て粉末化したときには晶出物が粗大化するため強度が低
下してしまうこととなり、所望の強度を得るためにはl
O5°O/see以上のかなり大きな冷却速度をもつ急
冷凝固法を用いて粉末化する必要があった。
そして、この場合、急冷凝固法を用いることによって以
下に示すような問題が生じていた。すなわち、■lO5
℃/sec以上の冷却速度をもつ急冷凝固法は将来的に
は問題ないと思われるが、現時点では未だ量産技術が確
立されていないこと、および粉末形状がアトマイズ粉末
よりも不規則であるため圧粉成形性が悪いことなど、製
造面での問題点が多いことである。したがって、特に大
型形状の部品の生産については、成形性が良好なことか
らアトマイズ粉末を用いることが好ましいというのが現
状であり、強度の低下は避けられなかった。また、■急
冷凝固法では冷却速度が大きいので、晶出物の粗大化は
抑制されるが、そのために、その後の熱履歴による粗大
化はかなり低い温度で開始されることである。すなわち
、アトマイズ粉末に対して用いる350〜450℃の粉
末抽出などの成形温度条件では、過飽和固溶体からの析
出およびすでに晶出している化合物の粗大化が認められ
、高温成形ができないことである。
(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、常温および高温において高強度を有する耐熱
アルミニウム合金を提供することを目的としており、と
くにこのような耐熱合金をアトマイズ法によって製造さ
れた粉末粒子から形成できるようにすることを目的とし
ている。
(発明の構成) この発明による耐熱アルミニウム合金は、重量%で、M
n:6〜8%、Fe:0.5〜2%、Zr:0.03〜
0.5%、Cu:2〜5%を含み、残部AMおよび不純
物よりなることを特徴としており、Mn、Feの雄加最
の上限を下げることによって、アトマイズ粉末中のMn
化合物の粗大相の晶出や偏析を抑制する一方、Mn化合
物に−何ら影響を与えることなく常温から250°C程
度までの広い温度域における強度を補う汐加元素である
Cuの添加量を増大させることによって、後工程も煩雑
となるスブラッI・クーリング法などの急冷凝固法を用
いることなく、常嚇および高温において高強度を有する
耐熱アルミニウム合金を製造することを可能にしたもの
である。
次に、この発明による耐熱アルミニウム合金をm成する
各合金元素およびそれらの含有量(重星%)の限定理由
について説明する。
Mn:6〜8% Mnはアルミニウム合金の耐熱性および耐摩耗性を向上
させるのに有効な元素であるが、6%未満の場合には十
分満足しうる耐熱強度を得ることかできず、8%を超え
るとアトマイズ法で得られる冷却速度ではMn化合物の
粗大相の晶出や偏析を生ずるので6〜8%の範囲とした
Fe:0.5〜2% FeはA文−Mn合金の強制側溶体および微細なへ文−
Mn系金属間化合物の高温安定性を向上させるのに有効
な元素であるが、0.5%より少ないとそのような効果
を得ることができず、2%を超えるとアトマイズ法では
An−Mn−Fe系あるいはA11−Fe系の脆い相が
晶出するので0.5〜2%の範囲とした。
Zr:0.03−0.5% ZrはAQ −Mn合金の強制側溶体および微細なAn
−Mn系金属間化合物の高温安定性を向上させると共に
、結晶粒の微細化にも有効な元素であるが、0.03%
より少ないとそのような効果を得ることができず、0.
5%を超えるとAM−Zr相の粗大化が生ずるので0.
03〜0.5%の範囲とした。
Cu:2〜5% Cuはアルミニウム合金の常温強度を向上さぜるのに有
効な元素であり、この発明においてはもっとも特徴のあ
る元素である。すなわち、この発明では、アI・マイズ
法によって製造した粉末中のMn化合物の粗大化や偏析
を抑制するために、Mn、Fe添加量を下げた分だけC
uの添加量をふやすことによって、常温から250℃ま
での広い温度域においてMn化合物略何ら影響を与える
ことなく強度を上げようというものである。その際、2
%よりも少ないとこのような強度向上の効果が期待でき
ず、5%を超えるとアルミニウム合金の耐食性を低下さ
せると共に、A l −M n合金の強制固溶体および
微細なA l −M n系金属間化合物の高温安定性を
も低下させるので2〜5%の範囲とした。
なお、Cuのほかに、St、Mgの添加も考えられるが
、Cu婚加と同程度の強度上昇を狙って相当量のSiを
添加した場合には、α−A文(Fe、Mn)Si相の形
でMn化合物中に含まれるため、固溶強化および析出硬
化による強度上yはCuに比べて少ない。
また、MgはSiと結合して時効硬化によってアルミニ
ウム合金の常温強度を向上させる元素であるが、」二記
した”ようにSiがα−An (Fe 。
Mn)Si相の形をとりやすいため、Mg2Si相の析
出による強度上昇はCuの添加に比べて少ない。
したがって、Si、Mgの添加は可能ではあるが、この
発明の主たる構成がらは一応除外した。
(実施例) 以下、実施例について説明する。
この実施例では、第1表に示す化学成分のアルミニウム
合金について実施した。
第 1 表 第1表に示すNo、1〜5の本発明合金およびNo、 
8〜12の比較合金を製造するに際しては、まず、A文
とA文以外の各成分との2元合金鋳塊およびA文鋳塊を
重量・溶解し、第1表に示す化学成分の母合金を溶製し
た。次に、アトマイズ装置の溶解炉にて前記母合金を溶
解し、融点より150°C過熱した状態で溶湯を噴射す
ることによってアI・マイズ粉を得た。なお、アトマイ
ズ装置いて、前記アトマイズ粉を3 、5 ton f
 7cm2で円筒形状に圧粉成形し、この成形体を40
0℃以下の温度で12: lの押出し比で押出加工した
後、所定の試験片形状に切り出した。
一方、比較合金No、 6は、AA規格2218材、N
O67はAA規格7075材であるが、これらについて
は当該成分の溶湯から圧延用鋳塊とした後熱間圧延し、
2218材については510°Cにおいて4時間の溶体
化処理および175℃で12時間の人工時効処理を施し
、また7075材については460°Cにおいて4時間
の溶体化処理および120℃で24時間の人工時効処理
を施し、その後前記と同一の試験片形状に切り出した次
に、上記各試験片に対し、常温および200℃での引張
試験を行った。なお、この際の高温引張試験では、各試
験片を1時間加熱保持した後411定した。その結果を
第2表に示す。
第2表 第2表に示すように、本発明合金No、1〜5はいずれ
も常温および2000Cにおいて耐熱アルミニウム合金
であるAA規格2218材(比較合金No、 6)より
もかなり高い引張強度を示し、特に常温における強度は
高力アルミニウム合金であるAA規格7075材(比較
合金No、7)と比較してもそん色ないという非常に優
れた結果が得られた。
また、M n 、 F e添加量が本発明合金の範囲よ
りも少ない比較合金NO,,8、9では200℃での強
度がやや低く、Mn、Fe添加量を本発明合金の範囲よ
りも多くした比較合金No、10,11゜12はアトマ
イズ法で得られる冷却速度ではMn化合物の粗大化や偏
析を生してしまうため強・度はかえって低下していると
いう結果となり、共に本発明合金より劣っていることが
確認された。
(発明の効果) 以上説明してきたように、この発明による耐熱アルミニ
ウム合金は、重量%で、Mn:6〜8%、Fe:0.5
〜2%、Zr:0.03〜01.5%、Cu:2〜5%
を含み、残部実質的にAnよりなる組成を有するもので
あるから、従来以上に帛温および高温において強度の優
れた軽合金材料であり、例えばエンジン部品のように耐
熱性のみならず常温においても高強度を要求される部品
に対して広く適用することができ、部品および製品の軽
量化を促進することができるという効果が得られ、しか
も、この発明による耐熱アルミニウム合金は、アトマイ
ズ法によって製造された粉末粒子から形成することが可
能であり、現時点では製造」二の問題があると共に後工
程も煩雑となるスプラ・ントクーリング法などの急冷凝
固法を必ずしも用いる必要がないという効果が得られる
特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 用 豊

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で、Mn:6〜8%、Fe:0.5−2%
    、Zr:0.03〜0.5%、Cu:2〜5%を含み、
    残部jlおよび不純物よりなることを特徴とする耐熱ア
    ルミニウム合金。
JP58149161A 1983-08-17 1983-08-17 耐熱アルミニウム合金 Granted JPS6043453A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58149161A JPS6043453A (ja) 1983-08-17 1983-08-17 耐熱アルミニウム合金
EP84109194A EP0137180B1 (en) 1983-08-17 1984-08-02 Heat-resisting aluminium alloy
DE8484109194T DE3475798D1 (en) 1983-08-17 1984-08-02 Heat-resisting aluminium alloy
US06/885,758 US5174955A (en) 1983-08-17 1986-07-22 Heat-resisting aluminum alloy

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JPS6157380B2 JPS6157380B2 (ja) 1986-12-06

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