JP2001049375A - 優れた振動吸収性能を有するAl合金およびその製造方法 - Google Patents
優れた振動吸収性能を有するAl合金およびその製造方法Info
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Abstract
類元素の1種又は2種と残部Λlを主成分とし、副成分
として各種の元素1種又は2種以上を含む合金に対し
て、高温熱処理又は熱処理後冷間加工の工程を施し、高
吸振特性と軽量で加工性に優れた吸振合金を提供する。 【解決手段】 原子比にて、Li,Ti,Zr,Mnの
1種又は2種以上の合計0.01〜15%と、Sc,
Y,希土類元素の1種又は2種以上の合計0.01〜1
0%及び残部Alを主成分とし、副成分としてZn,P
b,Sbを30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,I
n,Tl,Biを25%以下、Fe,Co,Niを20
%以下、Cu,V,Cr,Mo,W,Nb,Ta,A
g,Au,白金族元素を10%以下、B,Caを5%以
下の1種又は2種以上の合計0.01〜35%を含み、
250℃以上融点未満の温度で5分間以上加熱後0.1
℃/秒以上で冷却するか、又は冷却後5%以上の冷間加
工を施す。
Description
チウム)、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、M
n(マンガン)から選ばれる1種または2種以上の合計
0.01〜15%と、Sc(スカンジウム)、Y(イッ
トリウム)、希土類元素から選ばれる1種または2種以
上の合計0.01〜10%と残部が実質的にAlからな
る合金、またはこれを主成分とし、副成分としてZn
(亜鉛)、Pb(鉛)、Sb(アンチモン)をそれぞれ
30%以下、Ge(ゲルマニウム)、Si(珪素)、M
g(マグネシウム)、Cd(カドミウム)、In(イン
ジウム)、Tl(タリウム)、Bi(ビスマス)をそれ
ぞれ25%以下、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni
(ニッケル)をそれぞれ20%以下、Cu(銅)、V
(バナジウム)、Cr(クロム)、Mo(モリブデ
ン)、W(タングステン)、Nb(ニオブ)、Ta(タ
ンタル)、Ag(銀)、Au(金)、白金族元素をそれ
ぞれ10%以下、B(硼素)、Ca(カルシウム)をそ
れぞれ5%以下のうちいずれか1種または2種以上の合
計0.01〜35%と不可避の不純物とからなるAl合
金、並びにこの合金を、250℃以上融点未満の温度で
5分間以上加熱後、毎秒0.1℃以上の速度で冷却する
か、あるいはその冷却後、冷間加工率5%以上の冷間加
工を施すことにより、減衰能が10×10−3以上を有
することを特徴とするAl合金の製造方法に関する。
しては、Al−Zn系、Al−Cu−Ni系あるいはT
i−Ni系合金などが知られている。しかしながら、前
者においては減衰能が極めて大きい特長を有する反面、
比重が4g/cm3前後のように比較的大きく、大型の
構造体には適用できない欠点があり、また後2者につい
ては冷間加工性が悪く高加工率の薄片材を造るには特別
の製造工程が必要であるなど、多くの問題があった。
このように、上記公知の材料には一長一短があり、高い
振動減衰能を持つ軽量で加工性の良い特性を具備した新
規な材料の要望がなされていた。
組成や熱処理によってその吸振特性を制御しているが、
近年益々進歩するマイクロ化した精密機器、あるいは大
型の構造物などには、かなり複雑な加工を行い、さらに
多段の熱処理を施すなどして特性を得ている。しかも使
用環境の多様化に伴い、広い温度範囲でそれらの特性の
実現が要求されている。
記課題の解決を図ることを目的として、種々の実験と研
究を重ねた結果、本質的に非磁性であるAlとLi,T
i,Zr,MnおよびSc,Y,希土類元素とからなる
合金を基礎とし、さらにこれに種々の元素を複合的に添
加した合金を、250℃以上融点未満の温度で5分間以
上加熱後、毎秒0.1℃以上の速度で冷却するか、ある
いはその冷却後冷間加工率5%以上の冷間加工を施すな
どの工程により、吸振材料として必要な減衰能が10×
10−3以上となり、軽量で加工性に優れた合金となる
ことを見い出すに至り、この発明を完成したものであ
る。
r,Mnから選ばれる1種または2種以上の合計0.0
1〜15%と、Sc,Y,希士類元素から選ばれる1種
または2種以上の合計0.01〜10%および残部が実
質的にAlを主成分とし、副成分としてZn,Pb,S
bをそれぞれ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,I
n,Tl,Biをそれぞれ25%以下、Fe,Co,N
iをそれぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,W,
Nb,Ta,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ10%
以下、B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか1種
または2種以上の合計0.01〜35%と不可避の不純
物とを含有してなる合金を、250℃以上融点未満の温
度で5分間以上加熱後毎秒0.1℃以上の速度で冷却す
るか、あるいは冷却後冷間加工率5%以上の冷間加工を
施すなどの工程により、振動減衰能が10×10−3以
上の吸振合金を得ることを要旨とする。
ある。第1発明は、原子比にて、Li,Ti,Zr,M
nから選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜1
5%と、Sc,Y,希士類元素から選ばれる1種または
2種以上の合計0.01〜10%および残部が実質的に
Alと不可避の不純物とを含有してなり、減衰能が10
×10−3以上であることを特徴とするAl合金に関す
るものである。
r,Mnから選ばれる1種または2種以上の合計0.0
1〜15%と、Sc,Y,希土類元素から選ばれる1種
または2種以上の合計0.01〜10%および残部が実
質的にAlを主成分とし、副成分としてZn,Pb,S
bをそれぞれ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,I
n,Tl,Biをそれぞれ25%以下、Fe.Co,N
i,をそれぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,
W,Nb,Ta,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ1
0%以下、B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか
1種または2種以上の合計0.01〜35%と不可避の
不純物とを含有してなり、減衰能が10×10−3以上
であることを特徴とするAl合金に関するものである。
上融点未満の温度で5分間以上加熱後毎秒0.1℃以上
の速度で冷却するか、あるいは冷却後冷間加工率5%以
上の冷間加工を施す工程により、減衰能が10×10
−3以上の合金を得ることを特徴とするAl合金の製造
方法に関するものである。
上融点未満の温度で5分間以上加熱後毎秒0.1℃以上
の速度で冷却するか、あるいは冷却後冷間加工率5%以
上の冷間加工を施す工程により、減衰能が10×10
−3以上の合金を得ることを特徴とするAl合金の製造
方法に関するものである。
金であるために、他元素との合金化によってもAlのも
つ軽量性が失われず、しかも、冷間加工性に富むため
に、製品の精度が高く低コスト化を図れる特長を有す
る。
て必要な成分中、原子比にてLi,Ti,Zr,Mnか
ら選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜15%
と、Sc.Y,希土類元素から選ばれる1種または2種
以上の合計0.01〜10%と残部Alを主成分と限定
したのは、この範囲内では共晶組成であって結晶粒が微
細となるため、前記熱処理あるいは熱処理後の加工によ
り、振動減衰能が10×10−3以上の高減衰能合金が
得られるが、この範囲から外れると化合物相となって粒
界に析出し、振動減衰能を下げると同時に加工性を難し
くするからである。
それぞれ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,In,
Tl,Biをそれぞれ25%以下、Fe,Co,Ni,
をそれぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,W,N
b,Ta,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ10%以
下、B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか1種ま
たは2種以上の合計0.01〜35%と限定したのは、
その範囲を外れると上述の理由に加えて、Zn,Pb,
Sb,Ge,Si,Cd,In,Tl,Biは冷間塑性
加工性の低下、Fe,Co,Niは強磁性相の現出、C
u,V,Cr,Mo,W,Nb,Ta,Ag,Au,白
金族元素は冷間加工性および軽量性の低下、B,Caは
耐食性の低下を来すからである。なお、希士類元素はラ
ンタン系元素からなり、元素単独の使用は勿論ミッシュ
メタルやジジムなどの希士類混合物を使用することも出
来、また、白金族元素はRu,Rh,Pd,Re,O
s,Ir,Ptからなるものであり、それらの副成分添
加の効果は上述のように同一である。
温度で5分間以上加熱後、毎秒0.1℃以上の速度で冷
却すると限定したのは、それ以外の温度および時間ある
いは冷却速度では適切な均質化処理ができないために、
高振動減衰能を得るために適切な微細結晶粒が得られな
くなるからである。
て、その加工率を5%以上と限定したのは、それを下回
ると、合金は殆ど焼鈍組織が保持されたままの状態とな
り、高減衰能を得るための充分な応力を与えられなくな
る結果、10×10−3以上の高減衰能合金が得られな
くなるからである。
く本発明を説明する。 実施例 1 表1および表2に示すAl基の吸振合金のうち、代表例
として、合金番号1の成分組成を有する合金について説
明する。最初に、適宜配合された原料を予めアーク溶解
して1つの合金となし、これを粉砕して小片としたもの
をアルミナ坩堝中でArを通じながら、高周波誘導溶解
炉によって再び溶解し、鉄型に鋳込んで直径30mmの
鋳塊を得た。なお、高周波溶解を行うに際しては、遮断
材として、MgCl2、硼砂、CaF2、KClなどの
全量5%以下のフラックスを、また、脱酸剤として、M
g、Beなどの全量5%以下の元素を加えてもよい。次
に、この鋳塊を500℃で5時間加熱して徐冷する均質
化処理を行った後、熱間鍛造および冷間圧延によって厚
さ1〜2mmの板とし、これから幅10mm、長さ10
0mmの直方体を切り取って試料とした。この試料は、
蛍光X線分析によって正しい組成成分となっていること
を確かめた。
試料について、減衰能Q−1の測定を行った。減衰能測
定はカンチレバー加振式一端撓曲法により、振動数40
0〜1,300Hz、最大歪み振幅γm=10×10
−6により、常温で行った。一般に固体材料の減衰量を
表す減衰係数δと、自然振動の1Hz中に失われる振動
エネルギーΔEおよび全振動エネルギーEとの間には、 δ=(1/2)(ΔE/E) の関係があり、また、減衰係数δと減衰能Q−1との間
には次のような関係がある。 Q−1=δ/π。 図1には、種々の加工率で冷間圧延加工を施した合金番
号2の合金について、減衰係数δを測定し、上式によっ
てQ−1を求め加工率依存性として示してある。図から
明らかなように、合金のQ−1は加工率とともにほぼ直
線的に上昇することがわかる。
に、(1)250℃以上融点未満の温度から徐冷、
(2)(1)の処理後5%以上の加工率で冷間加工、
(3)(1)の温度で加熱後空冷、(4)(1)の温度
で加熱後水焼入れ、(5)(3)の処理後5%以上の冷
間加工、(6)(4)の処理後5%以上の冷間加工、の
各処理を施し減衰能特性を調べ、その結果を表3に示し
た。表から、高減衰能を得るには(2)〜(6)の処理
が極めて良好であることがわかる。
っいて、Li以外の組成を固定して基礎合金とし、冷間
加工状態および500℃から水焼入れした状態のQ−1
のLi濃度依存性を調べその結果を図2に示した。図に
見るように、基礎合金のQ−1はいずれの状態において
もLiの添加量とともに増大し、冷間圧延状態よりも熱
処理状態で大きくなり、優れた吸振合金となることがわ
かる。
ついて、Ti以外の組成を固定して基礎合金とし、冷間
加工状態および500℃から水焼入れした状態のQ−1
のTi濃度依存性を調べその結果を図3に示した。図に
見るように、基礎合金のQ−1はいずれの状態において
もTiの添加量とともに増大し、また、冷間加工状態よ
りも熱処理を施すことによって一層大きな値となり、優
れた吸振合金となることがわかる。
ついて、La以外の元素を固定して基礎合金とし、冷間
加工状態および500℃から水焼入れした状態のQ−1
のLa濃度依存性を調べその結果を図4に示した。図に
見るように、基礎合金のQ−1はいずれの状態において
もLaの添加量とともに増大する傾向を示し、冷間圧延
状態よりも熱処理状態で一層大きな値となり、優れた吸
振合金となることがわかる。
っいて、Nd以外の元素を固定して基礎合金とし、冷間
加工状態および500℃から水焼入れした状態のQ−1
のNd濃度依存性を調べその結果を図5に示した。図に
見るように、基礎合金のQ−1はいずれの状態において
も、Ndの添加量とともに増大する傾向を示し、また、
冷間加工状態よりも熱処理を施すことによって一層大き
な値となり、優れた吸振合金となることがわかる。
Al−1%Li−1%Zr合金にZn、PbあるいはS
bを添加し、500℃から水焼入れした多元合金につい
て、Q−1の添加元素濃度依存性を調べその結果を図6
に示した。図に見るように、Al合金のQ−1は、最初
添加元素量とともに増大し10%付近に極大を形成する
傾向を示し、一定組成範囲内では10×10−3以上の
優れた吸振合金となることがわかる。
Al−1%Li−1%Nd合金にGe、Si、Mgある
いはCdを添加し、500℃から水焼入れした多元合金
について、Q−1の添加元素濃度依存性を調べその結果
を図7に示した。図に見るように、Al合金のQ
−1は、最初添加元素量とともに増大し10%付近に極
大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では10×1
0−3以上の優れた吸振合金となることがわかる。
Al−1%Zr−1%La合金にFe、CoあるぃはN
iを添加し、500℃から水焼入れした多元合金につい
て、Q−1の添加元素濃度依存性を調べその結果を図8
に示した。図に見るように、Al合金のQ−1は、最初
添加元素量とともに増大して、5〜10%付近に極大を
形成する傾向を示し、一定組成範囲内では10×10
−3以上の優れた吸振合金となることがわかる。
Al−1%Zr−1%Nd合金にCu、V、Cr、Ag
あるいはPtを添加し、500℃から水焼入れした多元
合金について、Q−1の添加元素濃度依存性を調べ図9
に示した。図に見るように、Al合金のQ−1は、最初
添加量とともに増大し、添加元素により3〜5%付近に
極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では10×
10−3以上の優れた吸振合金となることがわかる。
Al−1%La−1%Nd合金にBあるぃはcaを添加
し、500℃から水焼入れした多元合金について、Q
−1の添加元素濃度依存性を調べ図10に示した。 図
に見るように、Al合金のQ−1は最初添加量とともに
増大し、添加元素により2〜3%付近に極大を形成する
傾向を示し、一定組成範囲内では10×10−3以上の
優れた吸振合金となることがわかる。
i吸振合金について、機械的性質のうち耐力、引張強さ
および伸びの加工率依存性を調べその結果を図11に示
した。機械的性質はインストロン型の引張試験機を用
い、歪み速度1.3×10−2/sにより常温で行っ
た。図に見るように、耐力、引張強さともに加工率とと
もに増大し、伸びは20%程度までは急激に、その後は
緩やかに減少しているのがわかる。
r,Mnから選ばれる1種または2種以上の合計0.0
1〜15%と、Sc.Y,希土類元素から選ばれる1種
または2種以上の合計0.01〜10%および残部が実
質的にAlを主成分とし、副成分として、Zn,Pb,
Sbをそれぞれ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd.
In,Tl,Biをそれぞれ25%以下、Fe,Co,
Ni,をそれぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,
W,Nb,Ta,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ1
0%以下、B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか
1種または2種以上の合計0.01〜35%と不可避の
不純物とからなる合金を、250℃以上融点未満の温度
で5分間以上加熱後毎秒0.1℃以上の速度で冷却する
か、あるいは冷却後冷間加工率5%以上の冷間加工を施
す、などの工程により、振動減衰能が10×10−3以
上の高吸振特性を有し、同時に軽量で加工性に優れた新
規な特性も保有する吸振合金を提供するもので、騒音や
振動を嫌う各種の用途に最適である。なお、本発明合金
はAl基であるため、製造コストが低く安価な材料を提
供できるという利点もある。
を示す特性図である。
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
PbあるいはSbを添加し、500℃から水焼入れした
場合のQ−1の添加元素濃度依存性を示す特性図であ
る。
Si、MgあるいはCdを添加し、500℃から水焼入
れした場合のQ−1の添加元素濃度依存性を示す特性図
である。
CoあるいはNiを添加し、500℃から水焼入れした
場合のQ−1の添加元素濃度依存性を示す特性図であ
る。
V、Cr、AgあるいはPtを添加し、500℃から水
焼入れした場合のQ−1の添加元素濃度依存性を示す特
性図である。
あるいはCaを添加し、500℃から水焼入れした場合
のQ−1の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
力、引張強さおよび伸びの加工率依存性を示す特性図で
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】原子比にて、Li,Ti,Zr,Mnから
選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜15%
と、Sc,Y,希土類元素から選ばれる1種または2種
以上の合計0.01〜10%および残部が実質的にAl
と不可避の不純物とからなり、減衰能が10×10−3
以上を有することを特徴とするAl合金。 - 【請求項2】原子比にて、Li,Ti,Zr,Mnから
選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜15%
と、Sc,Y,希土類元素から選ばれる1種または2種
以上の合計0.01〜10%および残部が実質的にAl
を主成分とし、副成分としてZn,Pb,Sbをそれぞ
れ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,In,Tl,
Biをそれぞれ25%以下、Fe,Co,Ni,をそれ
ぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,W,Nb,T
a,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ10%以下、
B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか1種または
2種以上の合計0.01〜35%と不可避の不純物とか
らなり、減衰能が10×10−3以上を有することを特
徴とするAl合金。 - 【請求項3】原子比にて、Li,Ti,Zr,Mnから
選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜15%
と、Sc,Y,希土類元素から選ばれる1種または2種
以上の合計0.01〜10%および残部が実質的にAl
と不可避の不純物とからなる合金を、250℃以上融点
未満の温度で5分間以上加熱後毎秒0.1℃以上の速度
で冷却するか、あるいは冷却後冷間加工率5%以上の冷
間加工を施すことにより、減衰能が10×10−3以上
を有することを特徴とするAl合金の製造方法。 - 【請求項4】原子比にて、Li,Ti,Zr,Mnから
選ばれる1種または2種以上の合計0.01〜15%
と、Sc,Y,希土類元素から選ばれる1種または2種
以上の合計0.01〜10%および残部が実質的にAl
を主成分とし、副成分としてZn,Pb,Sbをそれぞ
れ30%以下、Ge,Si,Mg,Cd,In,Tl,
Biをそれぞれ25%以下、Fe,Co,Ni,をそれ
ぞれ20%以下、Cu,V,Cr,Mo,W,Nb,T
a,Ag,Au,白金族元素をそれぞれ10%以下、
B,Caをそれぞれ5%以下のうちいずれか1種または
2種以上の合計0.01〜35%と不可避の不純物とか
らなる合金を、250℃以上融点未満の温度で5分間以
上加熱後毎秒0.1℃以上の速度で冷却するか、あるい
は冷却後冷間加工率5%以上の冷間加工を施すことによ
り、減衰能が10×10−3以上を有することを特徴と
するAl合金の製造方法。
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