JP2006104563A - 耐磨耗性と加工性とに優れた耐熱性Al基合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、Cr:5〜30%、Fe:1〜20%、Ti:1〜15%を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる、急冷凝固法により得られたAl基合金であって、Al基合金組織が、体積分率で50〜90%の金属間化合物相と、残部が金属Alマトリックスとで構成され、前記金属間化合物相が、Al−Cr系、Al−Fe系、Al−Ti系の金属間化合物相からなり、金属Al中に、Cr、Fe、Tiが、これらの総和で0.02〜10%固溶していることとする。
【選択図】 なし
Description
本発明のAl基合金の化学成分組成(単位:質量%)について、各元素の限定理由を含めて、以下に説明する。
金属Al中に、Cr、Fe、Tiが、これらの総和で0.02〜10質量%固溶することによって、金属Alマトリックスの強度が上昇し、耐熱機械部品に使用された場合でも、金属Alマトリックスが硬い金属間化合物相を表面に保持でき、Al基合金の耐摩耗性を向上させるこができる。
本発明Al基合金組織は、体積分率で50〜90%の前記金属間化合物相と、残部が金属Alマトリックスとで構成される。Cr、Fe、Tiを各々を含む前記組成では、Al−Cr系、Al−Fe系、Al−Ti系の二元系などの金属間化合物相が体積分率で50〜90%を占めるようにする。
本発明では、Al基合金の加工性を確保し、Al基合金の靱性を向上させるために、Al−Cr系、Al−Fe系、Al−Ti系の各金属間化合物相を構成する、個々の金属間化合物(金属間化合物粒子)の平均サイズは小さいほど好ましい。具体的には、金属間化合物の平均サイズを7μm以下とすることが好ましい。
本発明Al基合金組織において、AlとCrは、例えば、Al13Cr2 、Al45Cr7 、Al112.3 Cr28.6、Al11Cr2 、Al8 Cr5 、Al16Cr9.5 、Al2 Crなどの金属間化合物を形成している。
また、AlとFeは、例えば、Al13Fe4 、Al3 Fe、Al2.8 Fe、Al5 Fe2 、Al2 Fe、AlFeなどの金属間化合物を形成している。
更に、AlとTiは、例えば、Al3 Ti、Al2 Ti、TiAl、Ti3 Alなどの金属間化合物を形成している。
以下に、本発明Al基合金の製造方法を説明する。本発明Al基合金は、合金元素量が多いために、金属間化合物相を多く析出させるために、通常の溶解鋳造方法ではなく、急冷凝固法によって、プリフォーム体を制作することが好ましい。また、急冷凝固法のうち、急冷粉末冶金法によっても製造可能であるが、好適にはスプレイフォーミング法で製造される。
前記したTEM−EDXによる固溶量測定方法により、各例とも、金属Al中への、Cr、Fe、Tiの固溶量の総和を求めた。
Al基合金組織の体積分率は、1000倍のSEMにより、約500μm×約500μm程度の大きさの各10視野のAl基合金の組織観察した。そして、写真撮影なり画像処理した視野内の組織の、金属Al相と金属間化合物相との区別をEDXによって行った上で、視野内の金属間化合物相の体積分率を測定した。
金属間化合物(金属間化合物粒子)の平均サイズの測定は、5000〜15000倍のTEM(透過型電子顕微鏡)によりEDXを併用して行なった。即ち、TEMの視野内の観察組織像から、金属間化合物をトレースし、画像解析のソフトウエアとして、MEDIACYBERNETICS社製のImage-ProPlus を用いて、各金属間化合物の重心直径を求め、平均化して求めた。測定対象視野数は10とし、各視野の平均サイズを更に平均化して、金属間化合物の平均サイズとした。
前記視野内の各金属間化合物相を、X線回折およびTEMの電子線回折パターンから、金属間化合物相の結晶構造を解析した。その結果、表3の発明例1〜6と比較例7〜14では、金属間化合物相は、Al−Cr系、Al−Fe系、Al−Ti系の二元系を主相とする金属間化合物と金属Alマトリックスで構成されていることを確認した。
因みに、表3の発明例1〜6、比較例7〜14のAl−Cr系金属間化合物相に固溶したFe、Tiなどの元素の固溶量を測定したところ、程度差はあるが、Fe、Ti含有量の内の5〜10%程度のFe、Tiが固溶していた。元素の固溶量測定は、15000倍の組織のFE−TEM(日立製作所製、HF−2000電界放射型透過電子顕微鏡)および、このTEMに付随の、45000倍のEDX(Kevex社製、Sigmaエネルギー分散型X線検出器:energy dispersive X- ray spectrometer)により、前記視野内のAl−Cr系金属間化合物相を各々10点測定し、平均化した。
これらAl基合金の高温強度を測定した。平行部Φ4×15mmLとした各Al基合金の試験片を400℃に加熱して15分この温度に保持後、試験片をこの温度で高温引張試験を行なった。引張速度は0.5mm/minとし、歪み速度5×10-4(1/s)とした。高温引張強度は、250MPa以上のものを高温強度乃至耐熱性が合格として評価した。
高温での耐磨耗性試験は、ピンオンディスク磨耗試験で行なった。ピン材(Φ7mm×15mm長さ、約1g)に各試験材をセットし、磨耗相手側である試験ディスク材はFC200(鋳鉄)とした。試験温度は400℃とし、荷重10kgf、ピンの回転半径0.02mで、回転する前記試験ディスク材に、試験材を、潤滑無しで10分間接触させた。この際の各試験材の摩耗による質量減少率、(試験前質量−試験後質量)/試験材の試験前質量で評価した。この質量の摩耗減少率が0.2g以下のものを高温での耐磨耗性が合格として評価した。
これらAl基合金の加工性は、上記各熱間鍛造加工の際に、歪み速度10-4以上の比較的速い速度で、表面に割れが発生せずに、正常に鍛造できたものを加工性が○として評価した。一方、歪み速度10-4以上の比較的速い速度で、表面に割れが発生したものを加工性が×として評価した。
Claims (2)
- 質量%で、Cr:5〜30%、Fe:1〜20%、Ti:1〜15%を含み、残部がAl及び不可避的不純物からなる、急冷凝固法により得られたAl基合金であって、Al基合金組織が、体積分率で50〜90%の金属間化合物相と、残部が金属Alマトリックスとで構成され、前記金属Al中に、Cr、Fe、Tiが、これらの総和で0.02〜10質量%固溶していることを特徴とする耐磨耗性と加工性とに優れた耐熱性Al基合金。
- 前記金属間化合物相を構成する金属間化合物の平均サイズが7μm以下である請求項1に記載の耐磨耗性と加工性とに優れた耐熱性Al基合金。
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