JP2001131668A - 耐熱・高強度アルミニウム合金 - Google Patents
耐熱・高強度アルミニウム合金Info
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- JP2001131668A JP2001131668A JP32038899A JP32038899A JP2001131668A JP 2001131668 A JP2001131668 A JP 2001131668A JP 32038899 A JP32038899 A JP 32038899A JP 32038899 A JP32038899 A JP 32038899A JP 2001131668 A JP2001131668 A JP 2001131668A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のピストン用アルミニウム合金に更なる
耐熱性と高温強度を向上させた耐熱・高強度アルミニウ
ム合金を提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金の組成をＳｉ９．０〜
１８．０ｗｔ％、Ｃｕ０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．
５〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ
０．１〜０．２５ｗｔ％、Ｍｎ０．３ｗｔ％以下、Ａｇ
０．５〜２．０ｗｔ％、残部が実質的にＡｌで、しかも
Ａｇ／Ｃｕが重量比で１．０〜２．０の範囲に調整す
る。
耐熱性と高温強度を向上させた耐熱・高強度アルミニウ
ム合金を提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金の組成をＳｉ９．０〜
１８．０ｗｔ％、Ｃｕ０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．
５〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ
０．１〜０．２５ｗｔ％、Ｍｎ０．３ｗｔ％以下、Ａｇ
０．５〜２．０ｗｔ％、残部が実質的にＡｌで、しかも
Ａｇ／Ｃｕが重量比で１．０〜２．０の範囲に調整す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に用いら
れる材料、例えばピストンに好適な耐熱・高強度性に優
れたアルミニウム合金に関するものである。
れる材料、例えばピストンに好適な耐熱・高強度性に優
れたアルミニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関の高燃費化、高出力化が
要求されており、これに伴い、内燃機関に組み込まれて
いる各種部品、特にピストンには高い耐熱性と高い高温
強度性が要求されている。そこで、内燃機関の構成材、
例えばピストンの材料としては、主としてＪＩＳＡＣ８
Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ等のアルミニウム合金が使用さ
れていた。
要求されており、これに伴い、内燃機関に組み込まれて
いる各種部品、特にピストンには高い耐熱性と高い高温
強度性が要求されている。そこで、内燃機関の構成材、
例えばピストンの材料としては、主としてＪＩＳＡＣ８
Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＣ８Ｃ等のアルミニウム合金が使用さ
れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
アルミニウム合金では耐熱性と高温強度が不十分である
という問題があった。本発明は、上記従来のピストン用
アルミニウム合金に対して、更に耐熱性と高温強度を向
上させた耐熱・高強度アルミニウム合金を提供すること
を目的としている。
アルミニウム合金では耐熱性と高温強度が不十分である
という問題があった。本発明は、上記従来のピストン用
アルミニウム合金に対して、更に耐熱性と高温強度を向
上させた耐熱・高強度アルミニウム合金を提供すること
を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、次の如き組成のアルミニウム合金を
提供する。即ち、Ｓｉ９．０〜１８．０ｗｔ％、Ｃｕ
０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎ
ｉ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜０．２５ｗｔ
％、Ｍｎ０．３ｗｔ％以下、Ａｇ０．５〜２．０ｗｔ
％、残部が実質的にＡｌで、しかもＡｇ／Ｃｕが重量比
で１．０〜２．０の範囲に調整されているアルミニウム
合金である。
めに、本発明では、次の如き組成のアルミニウム合金を
提供する。即ち、Ｓｉ９．０〜１８．０ｗｔ％、Ｃｕ
０．５〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎ
ｉ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜０．２５ｗｔ
％、Ｍｎ０．３ｗｔ％以下、Ａｇ０．５〜２．０ｗｔ
％、残部が実質的にＡｌで、しかもＡｇ／Ｃｕが重量比
で１．０〜２．０の範囲に調整されているアルミニウム
合金である。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアルミニウム
合金の各成分組成の限定理由について述べ、本発明の理
解に供する。Ｓｉは、耐摩耗性および強度を向上させる
ために必要な化学成分であるが、その含有量が９．０ｗ
ｔ％未満では十分な耐摩耗性および強度を得る事ができ
ず、一方、含有量が１８．０ｗｔ％を越えると晶出する
硬質な初晶Ｓｉ量が過剰となり、靱性や耐衝撃性および
被切削性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は９．０〜
１８．０ｗｔ％の範囲に限定するが、特に耐摩耗性を向
上すべくＳｉ含有量を増やすためにはその含有量を１
３．０ｗｔ％以上にするのがより好ましい。
合金の各成分組成の限定理由について述べ、本発明の理
解に供する。Ｓｉは、耐摩耗性および強度を向上させる
ために必要な化学成分であるが、その含有量が９．０ｗ
ｔ％未満では十分な耐摩耗性および強度を得る事ができ
ず、一方、含有量が１８．０ｗｔ％を越えると晶出する
硬質な初晶Ｓｉ量が過剰となり、靱性や耐衝撃性および
被切削性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は９．０〜
１８．０ｗｔ％の範囲に限定するが、特に耐摩耗性を向
上すべくＳｉ含有量を増やすためにはその含有量を１
３．０ｗｔ％以上にするのがより好ましい。
【０００６】Ｃｕは、固溶体硬化および時効析出硬化に
寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５ｗｔ％
未満では十分な高温強度が得られず、一方含有量が５．
５ｗｔ％を越えると晶出したＣｕＡｌ２を溶体化処理に
よってマトリックス中に十分固溶させることができず、
含有量に応じた強度向上を期待することができない。ま
た、永久変形量も増加するためにピストンの設計に問題
をきたす。従って、Ｃｕの含有量は０．５〜５．５ｗｔ
％の範囲に限定する。
寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５ｗｔ％
未満では十分な高温強度が得られず、一方含有量が５．
５ｗｔ％を越えると晶出したＣｕＡｌ２を溶体化処理に
よってマトリックス中に十分固溶させることができず、
含有量に応じた強度向上を期待することができない。ま
た、永久変形量も増加するためにピストンの設計に問題
をきたす。従って、Ｃｕの含有量は０．５〜５．５ｗｔ
％の範囲に限定する。
【０００７】Ｍｇは、Ａｌ−Ｓｉ系合金において、時効
硬化に寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５
ｗｔ％未満では強度および硬さの向上が緩慢となり、十
分な時効硬化が得られず、一方含有量が１．５ｗｔ％を
越えると逆に強度の低下を来たし、その上鋳造性が悪化
する。従って、Ｍｇの含有量は０．５〜１．５ｗｔ％の
範囲に限定する。
硬化に寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５
ｗｔ％未満では強度および硬さの向上が緩慢となり、十
分な時効硬化が得られず、一方含有量が１．５ｗｔ％を
越えると逆に強度の低下を来たし、その上鋳造性が悪化
する。従って、Ｍｇの含有量は０．５〜１．５ｗｔ％の
範囲に限定する。
【０００８】Ｎｉは、高温強度の向上に寄与し、熱膨張
係数を低下させる化学成分であるが、その含有量が０．
５ｗｔ％未満では十分な高温強度を得ることができず、
一方含有量が１．５ｗｔ％を越えるとＮｉＡｌ３（Ｙ化
合物）の晶出が多くなり熱疲労特性が低下する。従っ
て、Ｎｉの含有量は０．５〜１．５ｗｔ％の範囲に限定
する。
係数を低下させる化学成分であるが、その含有量が０．
５ｗｔ％未満では十分な高温強度を得ることができず、
一方含有量が１．５ｗｔ％を越えるとＮｉＡｌ３（Ｙ化
合物）の晶出が多くなり熱疲労特性が低下する。従っ
て、Ｎｉの含有量は０．５〜１．５ｗｔ％の範囲に限定
する。
【０００９】Ｔｉは、マクロ結晶粒を微細化し、引張強
度を向上させるために必要な化学組成であるが、その含
有量が０．１ｗｔ％未満では結晶粒の微細化効果が少な
く、一方含有量が０．２５ｗｔ％を越えると粗大な針状
Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ化合物が晶出して靱性が低下し、また
引張強度向上への効果も少ない。従って、Ｔｉの含有量
は０．１〜０．２５ｗｔ％の範囲に限定する。
度を向上させるために必要な化学組成であるが、その含
有量が０．１ｗｔ％未満では結晶粒の微細化効果が少な
く、一方含有量が０．２５ｗｔ％を越えると粗大な針状
Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ化合物が晶出して靱性が低下し、また
引張強度向上への効果も少ない。従って、Ｔｉの含有量
は０．１〜０．２５ｗｔ％の範囲に限定する。
【００１０】Ｍｎは、不純物中のＦｅと結合して粒状化
し、靱性および耐摩耗性の低下を軽減するために必要な
化学成分であるが、その含有量が０．３ｗｔ％を越える
とＦｅ−Ｍｎ化合物の晶出量が多くなり、逆に靱性が低
下する。従って、Ｍｎの含有量は０．３ｗｔ％以下に限
定する。なお、不純物中の化学成分であるＦｅは、針状
Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ金属間化合物として晶出し、靱性およ
び耐衝撃性を低下させるので、Ｆｅの含有量は０．３ｗ
ｔ％以下とする必要がある。
し、靱性および耐摩耗性の低下を軽減するために必要な
化学成分であるが、その含有量が０．３ｗｔ％を越える
とＦｅ−Ｍｎ化合物の晶出量が多くなり、逆に靱性が低
下する。従って、Ｍｎの含有量は０．３ｗｔ％以下に限
定する。なお、不純物中の化学成分であるＦｅは、針状
Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ金属間化合物として晶出し、靱性およ
び耐衝撃性を低下させるので、Ｆｅの含有量は０．３ｗ
ｔ％以下とする必要がある。
【００１１】Ａｇは、Ｃｕの固溶体硬化および時効析出
硬化の働きを増進させる働きがあり、優れた強化および
硬化効果が得られる。ここで、Ａｇの含有量が０．４ｗ
ｔ％未満では強度および硬さの向上が緩慢となり十分な
効果が得られず、一方含有量が２．０ｗｔ％を越えると
強度および硬さの向上は過飽和となる。従って、Ａｇの
含有量は０．５〜２．０ｗｔ％に限定する。
硬化の働きを増進させる働きがあり、優れた強化および
硬化効果が得られる。ここで、Ａｇの含有量が０．４ｗ
ｔ％未満では強度および硬さの向上が緩慢となり十分な
効果が得られず、一方含有量が２．０ｗｔ％を越えると
強度および硬さの向上は過飽和となる。従って、Ａｇの
含有量は０．５〜２．０ｗｔ％に限定する。
【００１２】上述の様な理由により各成分組成は限定さ
れるのであるが、アルミニウム合金の更なる耐熱性およ
び強度の向上を実現するためには、ＣｕおよびＡｇの成
分組成の限定のみならず、Ａｇ／Ｃｕ重量比において特
定の範囲の時に優れた耐熱・高強度アルミニウム合金が
得られることが判った。
れるのであるが、アルミニウム合金の更なる耐熱性およ
び強度の向上を実現するためには、ＣｕおよびＡｇの成
分組成の限定のみならず、Ａｇ／Ｃｕ重量比において特
定の範囲の時に優れた耐熱・高強度アルミニウム合金が
得られることが判った。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を示して
説明し、Ａｇ／Ｃｕ重量比の限定理由を説明する。各種
アルミニウム合金を溶製し、溶湯処理を実施した後、常
温のＪＩＳ４号舟型を用いて鋳造材を鋳造した。それら
鋳造材に５１０℃にて４時間の溶体処理を施した後に水
冷し、次いで１７０℃にて１０時間の人工時効処理を施
した。そして、鋳造材より切削加工によって高温引張試
験用の試験片を切り出し、引張試験と硬度測定を行っ
た。下記に試験条件を示す。 （１）引張試験 装置 ：インストロン型引張試験機 試験片 ：ＪＩＳ４号試験片 試験温度：２００℃ （２）硬度測定 装置 ：ロックウェル硬度計
説明し、Ａｇ／Ｃｕ重量比の限定理由を説明する。各種
アルミニウム合金を溶製し、溶湯処理を実施した後、常
温のＪＩＳ４号舟型を用いて鋳造材を鋳造した。それら
鋳造材に５１０℃にて４時間の溶体処理を施した後に水
冷し、次いで１７０℃にて１０時間の人工時効処理を施
した。そして、鋳造材より切削加工によって高温引張試
験用の試験片を切り出し、引張試験と硬度測定を行っ
た。下記に試験条件を示す。 （１）引張試験 装置 ：インストロン型引張試験機 試験片 ：ＪＩＳ４号試験片 試験温度：２００℃ （２）硬度測定 装置 ：ロックウェル硬度計
【００１４】（実施例１）表１に示すアルミニウム合金
についてＡｇの添加効果を確認した。図１に引張試験結
果を示す。
についてＡｇの添加効果を確認した。図１に引張試験結
果を示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】（実施例２）表２に示すアルミニウム合金
についてＡｇの添加効果を確認した。図２に引張試験結
果を示す。
についてＡｇの添加効果を確認した。図２に引張試験結
果を示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】（実施例３）表３に示すアルミニウム合金
についてＡｇの添加効果を確認した。図３に引張試験結
果を、図４に硬度測定結果を示す。
についてＡｇの添加効果を確認した。図３に引張試験結
果を、図４に硬度測定結果を示す。
【００１９】
【表３】
【００２０】表４にＡｇ／Ｃｕの重量比とＡｇの添加効
果による引張強度の向上率を示す。図５にＡｇ／Ｃｕの
重量比とＡｇの添加による引張強度の向上率を示す。
果による引張強度の向上率を示す。図５にＡｇ／Ｃｕの
重量比とＡｇの添加による引張強度の向上率を示す。
【００２１】
【表４】
【００２２】実施例１〜３の結果から、Ａｇ／Ｃｕ重量
比とＡｇの添加による２００℃における引張強度の向上
率を調べたものを表４、図５に示した。Ａｇ／Ｃｕ重量
比が１．０未満ではＡｇの添加効果は少なく、Ａｇ／Ｃ
ｕ重量比が２．０を越えるとＡｇの添加効果は過飽和と
なる。即ち、Ａｇの成分値０．５〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ
の成分値０．５〜１．０ｗｔ％を含み、Ａｇ／Ｃｕが重
量比で１．０〜２．０の範囲に調整されることによって
優れた耐熱・高強度が得られることが判る。
比とＡｇの添加による２００℃における引張強度の向上
率を調べたものを表４、図５に示した。Ａｇ／Ｃｕ重量
比が１．０未満ではＡｇの添加効果は少なく、Ａｇ／Ｃ
ｕ重量比が２．０を越えるとＡｇの添加効果は過飽和と
なる。即ち、Ａｇの成分値０．５〜２．０ｗｔ％、Ｃｕ
の成分値０．５〜１．０ｗｔ％を含み、Ａｇ／Ｃｕが重
量比で１．０〜２．０の範囲に調整されることによって
優れた耐熱・高強度が得られることが判る。
【００２３】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、従来のピストン用アルミニウム合金に対して、更に
耐熱性と高温強度を向上させた耐熱・高強度アルミニウ
ム合金が得られ、内燃機関用ピストンに好適なアルミニ
ウム合金を提供することができるものである。
ば、従来のピストン用アルミニウム合金に対して、更に
耐熱性と高温強度を向上させた耐熱・高強度アルミニウ
ム合金が得られ、内燃機関用ピストンに好適なアルミニ
ウム合金を提供することができるものである。
【図１】実施例１の引張試験結果を示すグラフである。
【図２】実施例２の引張試験結果を示すグラフである。
【図３】実施例３の引張試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例３の１００時間保持後の硬度測定結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】Ａｇ／Ｃｕの重量比とＡｇの添加による引張強
度の向上率を示すグラフである。
度の向上率を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１月２０日（２０００．１．２
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】Ｃｕは、固溶体硬化および時効析出硬化に
寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５ｗｔ％
未満では十分な高温強度が得られず、一方、含有量が
１．０ｗｔ％を超えると熱伝導度が大幅に低下するた
め、Ｃｕの含有量は０．５〜１．０ｗｔ％の範囲とす
る。
寄与する化学成分であるが、その含有量が０．５ｗｔ％
未満では十分な高温強度が得られず、一方、含有量が
１．０ｗｔ％を超えると熱伝導度が大幅に低下するた
め、Ｃｕの含有量は０．５〜１．０ｗｔ％の範囲とす
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 誠 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 高橋 昌博 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 山尾 文孝 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｉ９．０〜１８．０ｗｔ％、Ｃｕ０．
５〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ
０．５〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ０．１〜０．２５ｗｔ％、
Ｍｎ０．３ｗｔ％以下、Ａｇ０．５〜２．０ｗｔ％、残
部が実質的にＡｌで、しかもＡｇ／Ｃｕが重量比で１．
０〜２．０の範囲に調整されていることを特徴としたア
ルミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32038899A JP2001131668A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 耐熱・高強度アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32038899A JP2001131668A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 耐熱・高強度アルミニウム合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001131668A true JP2001131668A (ja) | 2001-05-15 |
Family
ID=18120922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32038899A Pending JP2001131668A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 耐熱・高強度アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001131668A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103060625A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-04-24 | 福州钜全汽车配件有限公司 | 一种高铜高镍液态模锻铝合金活塞材料及其制备方法 |
| CN111378876A (zh) * | 2020-05-05 | 2020-07-07 | 台州职业技术学院 | 一种真空泵转子用含Sc铝合金及其制备方法 |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32038899A patent/JP2001131668A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103060625A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-04-24 | 福州钜全汽车配件有限公司 | 一种高铜高镍液态模锻铝合金活塞材料及其制备方法 |
| CN111378876A (zh) * | 2020-05-05 | 2020-07-07 | 台州职业技术学院 | 一种真空泵转子用含Sc铝合金及其制备方法 |
| CN111378876B (zh) * | 2020-05-05 | 2022-02-08 | 台州职业技术学院 | 一种真空泵转子用含Sc铝合金及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050120 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050613 |