JP2009091624A - Aluminum-based material and manufacturing method therefor - Google Patents

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Daiki Adachi
大樹 足立
Manabu Imaoka
学 今岡
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Toyo Aluminum KK
Kyoto University
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Kyoto University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum-based material which has high strength, high hardness and superior forgeability, and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: The aluminum-based material contains crystal grains of an aluminum alloy, and includes (1) fine particles of a scandium compound, and (2) the crystal grains having grain sizes of 5 μm or less in an amount of 100 pieces or more per 1,000 μm<SP>2</SP>of the aluminum-based material. The manufacturing method is also disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規なアルミニウム系材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a novel aluminum-based material and a method for producing the same.

航空機材料、自動車部品材料、精密機械部品材料、電子材料、バネ材料、ネジ材料等においては、軽量化の要求から高強度のアルミニウム合金成形材が広く用いられるようになっている。しかし、強度の点では、鋼鉄材料と比較すると未だ十分でないことから、種々の高強度合金が検討されている。   In aircraft materials, automobile parts materials, precision machine parts materials, electronic materials, spring materials, screw materials, etc., high-strength aluminum alloy moldings are widely used because of the demand for weight reduction. However, in terms of strength, it is not yet sufficient as compared with steel materials, and various high-strength alloys have been studied.

ところで、一般的に、アルミニウム合金等の金属材料は結晶粒が多数配列してなる多結晶の構造を有している。そして、結晶粒の大きさと金属系材料の強度との関係(Hall−Petchの式)において、結晶粒の大きさと強度とは反比例の関係にあることが分かっている。すなわち、結晶粒が小さければ小さいほど、金属材料の強度が向上することが分かっている。従って、高強度とするためには、金属材料を構成する結晶粒を微細化することが重要である。   By the way, generally, a metal material such as an aluminum alloy has a polycrystalline structure in which a large number of crystal grains are arranged. In the relationship between the crystal grain size and the strength of the metal-based material (Hall-Petch equation), it has been found that the crystal grain size and the strength are inversely related. That is, it has been found that the smaller the crystal grains, the higher the strength of the metal material. Therefore, in order to obtain high strength, it is important to refine crystal grains constituting the metal material.

この結晶粒を微細化するための方法として、アルミニウム合金等の金属材料を押出成形して成形体に加工した後、当該成形体を加熱させる方法(TMT法)が提案されている(非特許文献1)。   As a method for refining the crystal grains, there has been proposed a method (TMT method) in which a metal material such as an aluminum alloy is extruded and processed into a molded body, and then the molded body is heated (non-patent document). 1).

しかしながら、このTMT法は結晶粒を微細化することは可能であるが、特にアルミニウム合金においては、せいぜい結晶粒の大きさが10μm程度までしか微細化することができないため、さらに微細化させて強度及び硬度を向上させる余地が残されている。   However, this TMT method can make the crystal grains finer, but particularly in an aluminum alloy, the size of the crystal grains can be reduced only to about 10 μm at most. And there is room for improving hardness.

一方、アルミニウム合金は、上述のように種々の材料に用いられるため、複雑な構造の材料にも成形される。よって、高強度等のほかに、容易に成形加工できることも重要である。すなわち、使用時においては高強度であるが、加工時(高温)においては容易に変形できる特性(鍛造性)も求められている。
村上陽太郎:日本金属学会会報,Vol.13(1974),p479.
On the other hand, since an aluminum alloy is used for various materials as described above, it is also formed into a material having a complicated structure. Therefore, in addition to high strength and the like, it is also important that it can be easily molded. In other words, a property (forgeability) that is high strength during use but can be easily deformed during processing (high temperature) is also required.
Yotaro Murakami: Bulletin of the Japan Institute of Metals, Vol. 13 (1974), p479.

本発明は、より一層優れた強度及び硬度を備え、さらに鍛造性が良好であるアルミニウム系材料及びその製造方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide an aluminum-based material having a further excellent strength and hardness and having good forgeability and a method for producing the same.

本発明者らは、上記従来技術に鑑み、鋭意研究を重ねて来た。その結果、特定の原料を使用し、さらに特定の工程を行うことにより、一層優れた強度等を備え、さらに鍛造性が良好であるアルミニウム系材料が製造できることを見出した。本発明は、このような知見に基づき、完成されたものである。すなわち、本発明は、下記のアルミニウム系材料、その鍛造品及びそれらの製造方法に係る。   In view of the above prior art, the present inventors have made extensive studies. As a result, it has been found that by using a specific raw material and further performing a specific process, an aluminum-based material having further excellent strength and the like and having good forgeability can be produced. The present invention has been completed based on such findings. That is, this invention relates to the following aluminum-type material, its forged product, and those manufacturing methods.

項1.アルミニウム合金の結晶粒を含むアルミニウム系材料であって、
(1)前記アルミニウム系材料がスカンジウム化合物微粒子を含有し、
(2)粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、100個以上存在する、
ことを特徴とするアルミニウム系材料。
Item 1. An aluminum-based material containing crystal grains of an aluminum alloy,
(1) The aluminum-based material contains scandium compound fine particles,
(2) There are 100 or more crystal grains having a grain size of 5 μm or less per 1000 μm 2 of the aluminum-based material.
An aluminum-based material characterized by that.

項2.アルミニウム系材料が、Al83.5〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4.5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%を含む、項1に記載のアルミニウム系材料。   Item 2. Aluminum type material is Al 83.5-90 mass%, Zn 7-10 mass%, Mg 2-4.5 mass%, Cu 0.5-2 mass%, Ag 0.01-0.1 mass%, and Sc0.2-2. Item 2. The aluminum-based material according to Item 1, comprising mass%.

項3.スカンジウム化合物微粒子の平均粒子径が3nm〜50nmである、項1又は2に記載のアルミニウム系材料。   Item 3. Item 3. The aluminum-based material according to Item 1 or 2, wherein the scandium compound fine particles have an average particle size of 3 nm to 50 nm.

項4.スカンジウム化合物微粒子が、AlScである、項1〜3のいずれかに記載のアルミニウム系材料。 Item 4. Item 4. The aluminum-based material according to any one of Items 1 to 3 , wherein the scandium compound fine particles are Al 3 Sc.

項5.スカンジウム化合物微粒子の含有量が、1〜5体積%である、項1〜4のいずれかに記載のアルミニウム系材料。   Item 5. Item 5. The aluminum-based material according to any one of Items 1 to 4, wherein the content of the scandium compound fine particles is 1 to 5% by volume.

項6.項1〜5のいずれかに記載のアルミニウム系材料を鍛造することにより得られる、アルミニウム系材料からなる鍛造品。   Item 6. Item 6. A forged product made of an aluminum-based material, obtained by forging the aluminum-based material according to any one of items 1 to 5.

項7.粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、200個以上存在する、項6に記載の鍛造品。 Item 7. Item 7. The forged product according to Item 6, wherein there are 200 or more crystal grains having a particle size of 5 µm or less per 1000 µm 2 of the aluminum material.

項8.アルミニウム系材料を製造する方法であって、
(1)アルミニウム及びスカンジウムを含む溶湯からアトマイズ法により急冷凝固粉末を調製する第1工程、
(2)前記粉末を成形することにより成形体を作製する第2工程、
(3)前記成形体を加熱することにより成形体中にスカンジウム化合物微粒子を析出させる第3工程、及び
(4)前記成形体を熱間押出することにより押出材を得る第4工程
を含むことを特徴とするアルミニウム系材料の製造方法。
Item 8. A method for producing an aluminum-based material, comprising:
(1) a first step of preparing rapidly solidified powder from a molten metal containing aluminum and scandium by an atomizing method;
(2) a second step of producing a molded body by molding the powder;
(3) including a third step of depositing scandium compound fine particles in the compact by heating the compact, and (4) a fourth step of obtaining an extruded material by hot extruding the compact. A method for producing an aluminum-based material.

項9.溶湯が、Al78.5〜90.29質量%、Zn7〜12質量%、Mg2〜5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%を含む、項8に記載の製造方法。   Item 9. Molten metal is Al 78.5-90.29 mass%, Zn 7-12 mass%, Mg 2-5 mass%, Cu 0.5-2 mass%, Ag 0.01-0.1 mass%, and Sc 0.2-2 mass%. The manufacturing method of claim | item 8 containing this.

項10.第3工程において、昇温速度10〜100℃/minで加熱する、項8又は9に記載の製造方法。   Item 10. Item 10. The method according to Item 8 or 9, wherein in the third step, heating is performed at a temperature rising rate of 10 to 100 ° C / min.

項11.スカンジウム化合物微粒子の平均粒子径が3nm〜50nmである、項8〜10のいずれかに記載の製造方法。   Item 11. Item 11. The production method according to any one of Items 8 to 10, wherein the scandium compound fine particles have an average particle size of 3 nm to 50 nm.

項12.項8〜11のいずれかに記載の製造方法により得られたアルミニウム系材料をさらに鍛造する第5工程、
を含む鍛造品の製造方法。
Item 12. 5th process which further forges the aluminum-type material obtained by the manufacturing method in any one of claim | item 8 -11.
Forging products including

1.アルミニウム系材料
本発明のアルミニウム系材料は、アルミニウム合金の結晶粒を含むアルミニウム系材料であって、(1)前記アルミニウム系材料がスカンジウム化合物微粒子を含有し、(2)粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、100個以上存在することを特徴とする。以下これを詳述する。
1. Aluminum-based material The aluminum-based material of the present invention is an aluminum-based material containing crystal grains of an aluminum alloy, and (1) the aluminum-based material contains scandium compound fine particles, and (2) the particle size is 5 μm or less. More than 100 crystal grains exist per 1000 μm 2 of the aluminum-based material. This will be described in detail below.

本発明のアルミニウム系材料は、アルミニウム合金及びスカンジウム化合物微粒子を含む材料であって、複数のアルミニウム合金の結晶粒から構成される多結晶性の構造をしており、当該結晶粒の内部及び/又は結晶粒界にスカンジウム化合物微粒子を含有してなる。   The aluminum-based material of the present invention is a material containing aluminum alloy and scandium compound fine particles, and has a polycrystalline structure composed of crystal grains of a plurality of aluminum alloys. Scandium compound fine particles are contained in the crystal grain boundaries.

アルミニウム合金の結晶粒は限定的でないが、アルミニウムを80質量%程度以上含有していればよく、また、そのほかの金属種として、Zn、Mg、Cu、Ag、Si等を含有していればよい。本発明のアルミニウム合金の好ましい組成を具体的に挙げると、例えば、Al81〜94質量%、Zn4〜10質量%、Mg1〜4質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0〜0.2質量%である。特に好ましくは、Al82〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%である。   Although the crystal grain of an aluminum alloy is not limited, it should just contain aluminum about 80 mass% or more, and should just contain Zn, Mg, Cu, Ag, Si, etc. as other metal seeds. . Specific examples of the preferable composition of the aluminum alloy of the present invention include, for example, Al 81 to 94% by mass, Zn 4 to 10% by mass, Mg 1 to 4% by mass, Cu 0.5 to 2% by mass, and Ag 0 to 0.2% by mass. It is. Particularly preferable are Al 82 to 90% by mass, Zn 7 to 10% by mass, Mg 2 to 4% by mass, Cu 0.5 to 2% by mass, and Ag 0.01 to 0.1% by mass.

本発明では、粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、100個以上存在することを必須とする。好ましくは200個以上、最も好ましくは300個以上である。このように、ごく微小な粒径の結晶粒が多数存在することにより、本発明のアルミニウム系材料は、降伏強度、引っ張り強度等の強度が極めて高く、鍛造性にも優れたものとなる。存在する個数の上限は限定的でないが、通常800個以下程度である。また、粒径5μm以下の結晶粒の粒径の下限は限定されないが、例えば、1μm程度とすればよい。 In the present invention, it is essential that 100 or more crystal grains having a grain size of 5 μm or less are present per 1000 μm 2 of the aluminum-based material. Preferably 200 or more, most preferably 300 or more. As described above, since there are a large number of crystal grains having a very small grain size, the aluminum-based material of the present invention has extremely high strength such as yield strength and tensile strength, and excellent forgeability. The upper limit of the number present is not limited, but is usually about 800 or less. Moreover, although the minimum of the particle size of the crystal grain of 5 micrometers or less is not limited, For example, what is necessary is just to be about 1 micrometer.

なお、本発明における結晶粒の粒径および結晶粒の数は、SEM−EBSD(走査型電子顕微鏡−電子線後方散乱回折法)を用いて、測定されるものである。   The crystal grain size and the number of crystal grains in the present invention are measured using SEM-EBSD (scanning electron microscope-electron beam backscatter diffraction method).

本発明のアルミニウム系材料は、上記アルミニウム合金結晶粒に加えて、さらにスカンジウム(Sc)化合物の微粒子を含むものである。このようにスカンジウム化合物微粒子を含有させることにより、鍛造性等に優れることとなる。また、鍛造時に結晶粒をより微細化でき、鍛造後のアルミニウム系材料(鍛造品)をより高強度及び高硬度とすることができる。   The aluminum-based material of the present invention further contains fine particles of a scandium (Sc) compound in addition to the aluminum alloy crystal grains. Thus, by including scandium compound fine particles, forgeability and the like are excellent. In addition, the crystal grains can be further refined during forging, and the aluminum-based material (forged product) after forging can have higher strength and higher hardness.

本発明のアルミニウム系材料の組成は、Al83.5〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4.5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%からなることが好ましい。より好ましくは、Al84〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%である。   The composition of the aluminum-based material of the present invention is Al 83.5 to 90% by mass, Zn 7 to 10% by mass, Mg 2 to 4.5% by mass, Cu 0.5 to 2% by mass, Ag 0.01 to 0.1% by mass, and It is preferable that it consists of Sc0.2-2 mass%. More preferably, they are Al84-90 mass%, Zn7-10 mass%, Mg2-4 mass%, Cu0.5-2 mass%, Ag0.01-0.1 mass%, and Sc0.2-2 mass%.

スカンジウム化合物微粒子としてが、例えば、スカンジウム−アルミニウム化合物、特に、AlScが好適に挙げられる。当該微粒子の平均粒子径は限定的でないが、通常3nm〜50nm程度、好ましくは5nm〜20nm程度である。この範囲とすることにより、当該微粒子によるピンニング力をより大きくすることができ、アルミニウム合金の結晶粒を増加することができる。その結果、強度、硬度等を向上させることができる。 As the scandium compound fine particles, for example, a scandium-aluminum compound, particularly, Al 3 Sc is preferably exemplified. The average particle diameter of the fine particles is not limited, but is usually about 3 nm to 50 nm, preferably about 5 nm to 20 nm. By setting it as this range, the pinning force by the fine particles can be increased, and the crystal grains of the aluminum alloy can be increased. As a result, strength, hardness, etc. can be improved.

スカンジウム化合物微粒子の含有量は限定的でないが、例えば、アルミニウム系材料中、1〜5体積%程度、好ましくは2〜4体積%程度とすればよい。   The content of the scandium compound fine particles is not limited, but may be, for example, about 1 to 5% by volume, preferably about 2 to 4% by volume in the aluminum-based material.

本発明では、さらに他の無機化合物の微粒子を含んでいてもよい。例えば、ジルコニウム化合物、スカンジウム−ジルコニウム複合化合物等の微粒子を含んでいてもよい。より具体的には、AlZr、Al(Zr,Sc)等が挙げられる。これら微粒子の平均粒子径は限定的でないが、通常3nm〜50nm程度、好ましくは5nm〜20nm程度である。 In the present invention, fine particles of other inorganic compounds may be included. For example, fine particles such as a zirconium compound and a scandium-zirconium composite compound may be included. More specifically, Al 3 Zr, Al 3 (Zr, Sc) and the like can be mentioned. The average particle size of these fine particles is not limited, but is usually about 3 nm to 50 nm, preferably about 5 nm to 20 nm.

ジルコニウム化合物微粒子等を含有する場合は、その含有量は、アルミニウム系材料中、0.01〜3体積%程度、好ましくは0.5〜2体積%程度とすればよい。   When zirconium compound fine particles are contained, the content thereof may be about 0.01 to 3% by volume, preferably about 0.5 to 2% by volume in the aluminum-based material.

上記スカンジウム化合物微粒子及び無機化合物微粒子は、上記アルミニウム合金を構成する結晶粒内及び/又はその結晶粒界に分散した状態で存在していることが好ましい。   The scandium compound fine particles and the inorganic compound fine particles are preferably present in a dispersed state in the crystal grains constituting the aluminum alloy and / or in the crystal grain boundaries.

これらスカンジウム化合物微粒子及び無機化合物微粒子の平均粒子径の測定方法は、断面の電子顕微鏡観察(例えばTEM)による画像解析により任意の粒子を100個程度選択して平均値を算出するという方法により実施する。   The measurement method of the average particle diameter of these scandium compound fine particles and inorganic compound fine particles is performed by a method of calculating an average value by selecting about 100 arbitrary particles by image analysis by cross-sectional electron microscope observation (for example, TEM). .

スカンジウム化合物微粒子及び無機化合物微粒子の含有量(体積%)の測定は、状態図(アルミニウム=スカンジウム二元状態図など)より算出される。   The content (volume%) of the scandium compound fine particles and the inorganic compound fine particles is measured from a phase diagram (aluminum = scandium binary phase diagram, etc.).

本発明のアルミニウム系材料は、上記特徴を有するため、優れた強度、硬度等を有する。また、本発明のアルミニウム系材料は、鍛造性に優れる、すなわち、高温変形抵抗が低いため、加熱することにより容易に変形加工が可能となる。具体的には、常温では上記のような優れた強度を有するが、高温に加熱すると、より低い圧縮圧力で変形が加工となる。従って、より複雑な構造を有する部品への加工が容易となる。   Since the aluminum-based material of the present invention has the above characteristics, it has excellent strength, hardness, and the like. In addition, the aluminum-based material of the present invention is excellent in forgeability, that is, has a low high-temperature deformation resistance, and thus can be easily deformed by heating. Specifically, it has excellent strength as described above at room temperature, but when heated to a high temperature, deformation is processed at a lower compression pressure. Therefore, it becomes easy to process parts having a more complicated structure.

なお、鍛造した後のアルミニウム系材料(アルミニウム系材料鍛造品)は、さらに、鍛造工程により、さらに結晶粒が微細化され、より優れた強度、硬度等を有することとなる。   In addition, the forged aluminum-based material (aluminum-based material forged product) is further refined in crystal grains by a forging process, and has more excellent strength, hardness, and the like.

2.アルミニウム系材料の製造方法
本発明のアルミニウム系材料の製造方法は、(1)アルミニウム及びスカンジウムを含む溶湯からアトマイズ法により急冷凝固粉末を調製する第1工程、(2)前記粉末を成形することにより成形体を作製する第2工程、(3)前記成形体を加熱することにより、成形体中にスカンジウム化合物微粒子を析出させる第3工程、及び(4)前記成形体を熱間押出することにより押出材を得る第4工程、を含むことを特徴とする。
2. Method for Producing Aluminum-Based Material A method for producing an aluminum-based material according to the present invention includes (1) a first step of preparing a rapidly solidified powder from a molten metal containing aluminum and scandium by an atomizing method, and (2) by forming the powder. A second step of producing a molded body, (3) a third step of depositing scandium compound fine particles in the molded body by heating the molded body, and (4) extrusion by hot extruding the molded body. A fourth step of obtaining a material.

(1)第1工程
第1工程では、アルミニウム及びスカンジウムを含む溶湯からアトマイズ法により急冷凝固粉末を調製する。
(1) First Step In the first step, a rapidly solidified powder is prepared from a molten metal containing aluminum and scandium by an atomizing method.

本発明で使用する溶湯は、アルミニウム及びスカンジウムを含んでいる限り限定的でないが、例えば、アルミニウムを80質量%程度以上含有していればよく、また、そのほかの金属種として、Zn、Mg、Cu、Ag、Si等を含有していればよい。例えば、Al78.5〜90.29質量%、Zn7〜12質量%、Mg2〜5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%(特に、Al84〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4.5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%)を含む溶湯が好ましい。なお、この溶湯には、Zrをさらに0.15〜1.5質量%程度含んでいてもよい。   The molten metal used in the present invention is not limited as long as it contains aluminum and scandium. For example, it is sufficient that aluminum is contained in an amount of about 80% by mass or more, and as other metal species, Zn, Mg, Cu , Ag, Si and the like may be contained. For example, Al 78.5-90.29 mass%, Zn 7-12 mass%, Mg 2-5 mass%, Cu 0.5-2 mass%, Ag 0.01-0.1 mass%, and Sc 0.2-2 mass% ( In particular, Al 84 to 90% by mass, Zn 7 to 10% by mass, Mg 2 to 4.5% by mass, Cu 0.5 to 2% by mass, Ag 0.01 to 0.1% by mass, and Sc 0.2 to 2% by mass). Molten metal is preferred. The molten metal may further contain about 0.15 to 1.5% by mass of Zr.

溶湯の材料は、例えば、2000系、6000系、7000系合金等で一般的に使用される合金材料及び公知又は市販のスカンジウム等を使用し、これらを適当量配合して、上記溶湯の組成割合となるように調製すればよい。本発明では、7000系合金材料(Al−Zn−Mg−Cu系合金材料、特に、Al−Zn−Mg−Cu−Ag系合金材料)に、スカンジウム又はその化合物を上記配合割合(0.2〜2質量%)となるように混合することが好ましい。スカンジウムの割合が2質量%を超えると、アトマイズ法による処理に固溶しにくくなり、粗大なスカンジウム化合物微粒子が析出するおそれがある。一方、0.2質量%未満であると、結晶粒増加の効果が発揮されなくなるおそれがある。   The material of the molten metal is, for example, an alloy material generally used in 2000 series, 6000 series, 7000 series alloys, etc. and known or commercially available scandium, etc., which are mixed in an appropriate amount, and the composition ratio of the molten metal What is necessary is just to prepare so that. In the present invention, scandium or a compound thereof is added to the 7000 series alloy material (Al—Zn—Mg—Cu series alloy material, in particular, Al—Zn—Mg—Cu—Ag series alloy material) in the above blending ratio (0.2 to 0.2). 2% by mass) is preferably mixed. When the ratio of scandium exceeds 2% by mass, it becomes difficult to dissolve in the treatment by the atomizing method, and coarse scandium compound fine particles may be precipitated. On the other hand, if it is less than 0.2% by mass, the effect of increasing crystal grains may not be exhibited.

溶湯の調製は、例えば上記組成を有するAl合金原料を高周波溶解炉において融解させ、800〜1000℃程度の温度で保持すればよい。   For the preparation of the molten metal, for example, an Al alloy raw material having the above composition may be melted in a high-frequency melting furnace and held at a temperature of about 800 to 1000 ° C.

アトマイズ法は、例えばガスアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心アトマイズ法等のいずれであってもよいが、本発明ではガスアトマイズ法を好適に用いることができる。ガスアトマイズ法で用いるガス(流体)としては、例えば空気のほか、不活ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素等)を用いることができる。   The atomizing method may be any of a gas atomizing method, a water atomizing method, a centrifugal atomizing method, and the like, for example, but in the present invention, the gas atomizing method can be suitably used. As a gas (fluid) used in the gas atomization method, for example, in addition to air, an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) can be used.

アトマイズは、公知の装置(ガスアトマイズ機)を用いて実施することができる。例えば、Al合金溶湯をアトマイズ機に付属した坩堝に流し込む。この坩堝の底には、穴が開けられており、溶湯の温度を低下させることなく、ここからアトマイズノズルの溶湯噴出口まで導けるようにしておく。Al合金溶湯がアトマイズノズル溶湯噴出口に達する直前に、ノズル穴から高圧の空気の噴霧(アトマイズ)ガスが噴出し、このガスの圧力により溶湯噴出口から出てきたAl合金溶湯は細かく粉砕される。このように細かく粉砕された溶湯は、高圧のガス及び/又は雰囲気により直ちに冷却され、凝固することにより、Al合金急冷凝固粉末が得られる。アトマイズに際しては、Al合金溶湯を10K/秒以上の冷却速度で凝固させる。 Atomization can be performed using a known apparatus (gas atomizer). For example, Al alloy molten metal is poured into a crucible attached to an atomizer. A hole is made in the bottom of the crucible so that it can be led from here to the molten metal outlet of the atomizing nozzle without lowering the temperature of the molten metal. Immediately before the Al alloy molten metal reaches the atomized nozzle molten metal outlet, high pressure air atomized gas is ejected from the nozzle hole, and the Al alloy molten metal coming out of the molten metal outlet is finely pulverized by the pressure of this gas. . The molten metal finely pulverized in this manner is immediately cooled and solidified by a high-pressure gas and / or atmosphere to obtain an Al alloy rapidly solidified powder. In atomization, the molten Al alloy is solidified at a cooling rate of 10 2 K / second or more.

アトマイズ法で得られるAl合金急冷凝固粉末は用途に応じて、所定の粒径(例えば、100メッシュのふるいにより、150μm以下)にふるい分けることができる。また、Al合金急冷凝固粉末の粒子形状も制限されず、球状、フレーク状、不定形状等のいずれであってもよい。   The Al alloy rapidly solidified powder obtained by the atomization method can be sieved to a predetermined particle size (for example, 150 μm or less by a 100-mesh sieve) depending on the application. Further, the particle shape of the Al alloy rapidly solidified powder is not limited, and may be any of spherical shape, flake shape, and indefinite shape.

(2)第2工程
第2工程では、前記粉末を成形することにより成形体を作製する。成形方法は、特に制限されず、例えば冷間静水圧プレス(CIP)、熱間静水圧(HIP)等の公知の方法を採用することができる。成形時における成形圧は、所望の相対密度、用いる前記粉末の組成等に応じて適宜決定できるが、通常は500〜5000kg/cm程度とすればよい。或いは、上記のようにして得たAl合金粉末急冷凝固粉末を固化成形した後に、必要ならば脱ガス処理を施しても構わない。
(2) 2nd process In a 2nd process, a molded object is produced by shape | molding the said powder. The molding method is not particularly limited, and a known method such as cold isostatic pressing (CIP) or hot isostatic pressing (HIP) can be employed. The molding pressure at the time of molding can be appropriately determined according to the desired relative density, the composition of the powder to be used, and the like, but it is usually about 500 to 5000 kg / cm 2 . Alternatively, after the Al alloy powder rapidly solidified powder obtained as described above is solidified and formed, degassing treatment may be performed if necessary.

(3)第3工程
第3工程では、前記成形体を加熱することにより、成形体中にスカンジウム化合物微粒子を析出させる。
(3) Third Step In the third step, scandium compound fine particles are precipitated in the molded body by heating the molded body.

加熱温度は、400〜550℃程度、好ましくは450〜500℃程度である。この温度にすることにより、成形体(例えば、アルミニウム合金の結晶粒内及び/又は結晶粒界)にスカンジウム化合物微粒子(特にAlSc)を析出することができる。 The heating temperature is about 400 to 550 ° C, preferably about 450 to 500 ° C. By setting this temperature, scandium compound fine particles (especially Al 3 Sc) can be precipitated in the formed body (for example, in the crystal grains and / or crystal grain boundaries of the aluminum alloy).

本発明では、上記加熱に際し、昇温速度を10〜100℃/min程度、特に15〜30℃/min程度にすることが好ましい。上記範囲の温度に成形体を加熱すると、スカンジウム化合物微粒子が析出するが、この析出する微粒子は、昇温速度に依存する。例えば、昇温速度が早すぎると、析出する上記微粒子の粒径が大きくなる。一方、昇温速度が遅すぎると、粒径が小さくなる。ここで、後述する第4工程時において、析出する微粒子が結晶粒を微細化させることとなるが、当該析出する微粒子の粒径が大きすぎると、第4工程で生じる微粒子による結晶粒を微細化させる力(ピンニング力)が小さくなりすぎて、微細化ができないおそれがある。また、小さすぎても上記ピンニング力が小さくなりすぎて、微細化できないおそれがある。従って、昇温速度を上記範囲とすることにより、より微細化に適している粒径(例えば、3nm〜50nm程度、特に5nm〜20nm程度のスカンジウム化合物微粒子を析出することが可能となる。これによって、結晶粒が1000μm当たり、100個以上存在する製造するアルミニウム系材料を容易に製造できる。 In the present invention, the heating rate is preferably about 10 to 100 ° C./min, particularly about 15 to 30 ° C./min during the heating. When the molded body is heated to a temperature in the above range, scandium compound fine particles are precipitated, and the precipitated fine particles depend on the rate of temperature rise. For example, if the rate of temperature rise is too fast, the particle size of the fine particles that precipitate out increases. On the other hand, if the rate of temperature rise is too slow, the particle size becomes small. Here, in the fourth step, which will be described later, the precipitated fine particles will refine the crystal grains. However, if the precipitated fine particles are too large, the crystal grains due to the fine particles produced in the fourth step are refined. The force to be applied (pinning force) becomes too small, and there is a possibility that miniaturization cannot be performed. Moreover, even if it is too small, there is a possibility that the pinning force becomes too small and cannot be miniaturized. Therefore, by setting the heating rate within the above range, it becomes possible to precipitate scandium compound fine particles having a particle size (for example, about 3 nm to 50 nm, particularly about 5 nm to 20 nm, which is more suitable for miniaturization. In addition, it is possible to easily manufacture an aluminum material to be manufactured in which 100 or more crystal grains exist per 1000 μm 2 .

昇温後の保持時間は限定的でないが、通常0.5〜5時間、好ましくは0.5〜1時間とすればよい。   The holding time after the temperature rise is not limited, but is usually 0.5 to 5 hours, preferably 0.5 to 1 hour.

この場合の熱処理雰囲気は、一般には、空気中雰囲気で行うが、不活性雰囲気で加熱しても構わない。   The heat treatment atmosphere in this case is generally performed in an air atmosphere, but may be heated in an inert atmosphere.

(4)第4工程
第4工程では、前記成形体を熱間押出することにより押出材を得る。すなわち、第3工程で加熱した状態を維持したまま、押出を行う。この押出時に合金結晶が微細化されることとなるが、上記第3工程で析出したスカンジウム化合物微粒子の存在と成形体に印加される圧力との相乗効果によって、結晶粒の微細化が顕著に生じることとなる。
(4) Fourth Step In the fourth step, an extruded material is obtained by hot extruding the molded body. That is, extrusion is performed while maintaining the heated state in the third step. Although the alloy crystal is refined during the extrusion, the crystal grain is remarkably refined by the synergistic effect of the presence of the scandium compound fine particles precipitated in the third step and the pressure applied to the compact. It will be.

熱間押出する場合の温度条件は、第3工程で行った加熱温度で行えばよく、通常は350〜550℃程度、好ましくは450〜500℃程度とすればよい。熱間押出の条件は限定されない。押出比は、5〜100程度(特に10〜60程度)で押し出すことにより、成形材とすることができる。   What is necessary is just to perform the temperature conditions in the case of hot extrusion at the heating temperature performed at the 3rd process, and are about 350-550 degreeC normally, Preferably what is necessary is just about 450-500 degreeC. The conditions for hot extrusion are not limited. The extrusion ratio can be a molding material by extruding at about 5 to 100 (particularly about 10 to 60).

押出速度は限定的でないが、通常10〜300mm/min程度、好ましくは30〜100mm/minとすればよい。   The extrusion speed is not limited, but is usually about 10 to 300 mm / min, preferably 30 to 100 mm / min.

押出時における成形体に印加する圧力は、通常400MPa〜2000MPa程度とすればよい。   The pressure applied to the molded body at the time of extrusion may usually be about 400 MPa to 2000 MPa.

(5)第5工程
本発明では、必要に応じて、第4工程後にさらに本第5工程を行ってもよい。第5工程では、前記押出材を鍛造することにより、アルミニウム系材料鍛造品を得る。
(5) 5th process In this invention, you may perform this 5th process further after a 4th process as needed. In the fifth step, an aluminum material forged product is obtained by forging the extruded material.

鍛造は、例えば、高温で圧縮することにより行えばよい。   Forging may be performed, for example, by compressing at a high temperature.

鍛造時の温度は、通常350〜550℃程度、好ましくは400〜480℃程度とすればよい。   The temperature during forging is usually about 350 to 550 ° C, preferably about 400 to 480 ° C.

圧縮時の圧力は、上記温度でアルミニウム系材料を圧縮することができる限り特に制限されないが、通常1MPa〜30MPa程度、好ましくは1MPa〜20MPa程度とすればよい。   The pressure at the time of compression is not particularly limited as long as the aluminum-based material can be compressed at the above temperature, but is usually about 1 MPa to 30 MPa, preferably about 1 MPa to 20 MPa.

さらに必要に応じて、第5工程後において(第5工程を行わない場合は第4工程後において)、前記第5工程で得られた鍛造品又は第4工程で得られた押出材を400〜550℃(好ましくは450〜500℃)で容体化処理した後、氷水中で急冷し、さらにT6処理を行うこともできる。T6処理は、例えば450〜500℃で0.5〜2時間加熱した後、さらに、100〜130℃で20〜100時間程度加熱すればよい。   Further, if necessary, after the fifth step (after the fourth step when the fifth step is not performed), the forged product obtained in the fifth step or the extruded material obtained in the fourth step is 400 to 400. After the volumeification treatment at 550 ° C. (preferably 450 to 500 ° C.), it can be rapidly cooled in ice water and further subjected to T6 treatment. In the T6 treatment, for example, after heating at 450 to 500 ° C. for 0.5 to 2 hours, it may be further heated at 100 to 130 ° C. for about 20 to 100 hours.

本発明によれば、特定の微粒子を含み、さらに特定の微細な結晶構造を備えていることから、より優れた強度、硬度及び鍛造性を有するアルミニウム系材料及びその鍛造品を提供することができる。   According to the present invention, since it includes specific fine particles and further has a specific fine crystal structure, it is possible to provide an aluminum-based material having superior strength, hardness, and forgeability, and a forged product thereof. .

本発明の製造方法によれば、特定の材料を原料とし、さらに、高温状態で成形させていることから、特定の微粒子を含み微細な結晶構造を備えたアルミニウム系材料及びその鍛造品を製造することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, since a specific material is used as a raw material and further molded at a high temperature, an aluminum-based material including specific fine particles and having a fine crystal structure and a forged product thereof are manufactured. be able to.

本発明のアルミニウム系材料及び鍛造品は、例えば、航空機材料、自動車部品材料、精密機械部品材料、電子材料、バネ材料、ネジ材料等として好適に用いることができる。特に軽量化及び精密化の要請が高い自動車部品等の材料としても最適である。   The aluminum-based material and the forged product of the present invention can be suitably used as, for example, aircraft materials, automobile component materials, precision machine component materials, electronic materials, spring materials, screw materials, and the like. In particular, it is also optimal as a material for automobile parts and the like that are highly demanded for weight reduction and precision.

以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.

下記に示す各組成のアルミニウム(Al)合金原料を用いてアルミニウム(Al)系材料を作製した。なお、下記組成において、Alの組成割合(mass%)は、他の合金成分の残分である。
・組成No.1:Al−9.59Zn−3.11Mg−1.47Cu−0.04Ag−1.43Sc(mass%)
・組成No.2:Al−9.60Zn−3.09Mg−1.45Cu−0.04Ag−0.74Sc(mass%)
・組成No.3:Al−9.50Zn−3.15Mg−1.42Cu−0.04Ag−0.37Sc(mass%)
・組成No.4:Al−8.76Zn−2.93Mg−1.62Cu−0.04Ag(mass%)
実施例1
(第1工程)
上記の組成No.1の組成を有するAl合金原料を高周波溶解炉において融解させ、900℃の温度で保持した後、Al合金溶湯をアトマイズ機に付属した坩堝に流し込み、ガスアトマイズ法によりAl合金急冷凝固粉末(平均粒子径は40μm)を得た。粒度測定は、レーザー回折式粒度分布測定法により行った。
Aluminum (Al) -based materials were prepared using aluminum (Al) alloy raw materials having the following compositions. In the following composition, the Al composition ratio (mass%) is the remainder of the other alloy components.
-Composition No. 1: Al-9.59Zn-3.11Mg-1.47Cu-0.04Ag-1.43Sc (mass%)
-Composition No. 2: Al-9.60Zn-3.09Mg-1.45Cu-0.04Ag-0.74Sc (mass%)
-Composition No. 3: Al-9.50Zn-3.15Mg-1.42Cu-0.04Ag-0.37Sc (mass%)
-Composition No. 4: Al-8.76Zn-2.93Mg-1.62Cu-0.04Ag (mass%)
Example 1
(First step)
Said composition No. The Al alloy raw material having the composition of 1 is melted in a high-frequency melting furnace and maintained at a temperature of 900 ° C., and then the Al alloy molten metal is poured into a crucible attached to an atomizer, and Al alloy rapidly solidified powder (average particle diameter) is obtained by a gas atomization method. Was 40 μm). The particle size was measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method.

(第2工程)
得られた粉末をゴム型に充填し、冷間静水圧プレス(CIP)により、1500kg/cmの成形面圧で直径95mm×長さ200mmの寸法の粉末圧粉体を作製し、熱間押出用のビレットとした。
(Second step)
The obtained powder is filled into a rubber mold, and a powder green compact with a diameter of 95 mm × length of 200 mm is produced at a molding surface pressure of 1500 kg / cm 2 by cold isostatic pressing (CIP). Billet for use.

(第3工程)
次いで、このビレットを昇温速度40℃/minにて、500℃まで加熱した。これにより、スカンジウム化合物微粒子(AlSc)がAl合金中に析出した。この析出した微粒子の平均粒子径を測定したところ、31nmであった。平均粒子径の測定は、TEMにより測定した。
(Third step)
Next, the billet was heated to 500 ° C. at a temperature rising rate of 40 ° C./min. Thereby, scandium compound fine particles (Al 3 Sc) were precipitated in the Al alloy. The average particle size of the precipitated fine particles was measured and found to be 31 nm. The average particle size was measured by TEM.

(第4工程)
上記ビレットを500℃で1時間維持した後、押出比10、押出速度30mm/minで熱間押出しを行い、直径10mmの棒状の実施例1の押出材(Al系材料)を作製した。この押出材から試験片を作製した。
(4th process)
After maintaining the billet at 500 ° C. for 1 hour, hot extrusion was performed at an extrusion ratio of 10 and an extrusion speed of 30 mm / min to produce a rod-shaped extruded material (Al-based material) of Example 1 having a diameter of 10 mm. A test piece was prepared from the extruded material.

得られた実施例1のAl系材料をSEM/EBSDにより測定し、Al系材料を構成する結晶粒を測定した。この測定結果を図1に示す。なお、この図1から粒径5μm以下の結晶粒を計算したところ、1000μm当たり、385個存在した。また、Al3Sc微粒子のAl系材料中の含有量は、3.9体積%であった。この含有量(体積%)は、ビレットの加熱温度である500℃にて状態図(アルミニウム=スカンジウム二元状態図)により算出した。 The obtained Al-based material of Example 1 was measured by SEM / EBSD, and crystal grains constituting the Al-based material were measured. The measurement results are shown in FIG. In addition, when crystal grains having a grain size of 5 μm or less were calculated from FIG. 1, there were 385 grains per 1000 μm 2 . The content of Al 3 Sc fine particles in the Al-based material was 3.9% by volume. This content (volume%) was calculated from a phase diagram (aluminum = scandium binary phase diagram) at 500 ° C., which is the heating temperature of the billet.

実施例1のAl系材料の引張強度、降伏強度及び硬度を測定した。これらの結果を表1に示す。なお、引張強度及び降伏強度は、実施例1の押出材(Al系材料)を直径2.4mm×長さ15.9mmの円柱形試験片に切削し、この試験片にT6処理を施した後、引張り試験機(島津製作所製、オートグラフAG−IS)を用いて、初期歪み速度2%/minで引張り試験を行うことにより測定した。硬度は、実施例1の押出材(Al系材料)を直径10mm×長さ10mmの円柱形試験片に切削し、この試験片にT6処理を施した後、ヴィッカース硬度計(AKASHI社製、MVK−E)を用いて、300gf荷重でヴィッカース硬度測定を行うことにより測定した。本実施例において、T6処理は、試験片を490℃で30分間加熱した後、さらに110℃で30時間加熱することにより行った。   The tensile strength, yield strength, and hardness of the Al-based material of Example 1 were measured. These results are shown in Table 1. The tensile strength and yield strength were obtained by cutting the extruded material (Al-based material) of Example 1 into a cylindrical test piece having a diameter of 2.4 mm and a length of 15.9 mm, and performing T6 treatment on the test piece. Using a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corp., Autograph AG-IS), the tensile test was performed by performing a tensile test at an initial strain rate of 2% / min. The hardness was determined by cutting the extruded material (Al-based material) of Example 1 into a cylindrical test piece having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm, and subjecting the test piece to T6 treatment. -E) was used to measure the Vickers hardness with a load of 300 gf. In this example, the T6 treatment was performed by heating the test piece at 490 ° C. for 30 minutes and further heating at 110 ° C. for 30 hours.

また、鍛造性を評価するため、実施例1のAl系材料の高温変形抵抗を測定した。この結果を表1に示す。高温変形抵抗は、実施例1の押出材(Al系材料)を直径10mm×長さ15mmの円柱形試験片に切削した後、油圧サーボ式材料強度試験機(島津製作所製、EHF−ED5)を用いて、この試験片を440℃、初期歪み速度120%/minの条件下で圧縮し、圧縮抵抗を計測することにより、測定した。   Further, in order to evaluate forgeability, the high temperature deformation resistance of the Al-based material of Example 1 was measured. The results are shown in Table 1. The high temperature deformation resistance was obtained by cutting the extruded material (Al material) of Example 1 into a cylindrical test piece having a diameter of 10 mm and a length of 15 mm, and then using a hydraulic servo type material strength tester (manufactured by Shimadzu Corporation, EHF-ED5). This test piece was measured by compressing the test piece under the conditions of 440 ° C. and initial strain rate of 120% / min, and measuring the compression resistance.

実施例2
Al合金原料を組成No.2の組成とした以外は実施例1と同様にして、実施例2のAl系材料を製造した。
Example 2
The Al alloy raw material is composed of the composition No. An Al-based material of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the composition of 2 was used.

なお、第3工程で析出したAl3Sc微粒子の平均粒子径は、33nmであった。含有量は、2.1体積%であった。また、得られた実施例のAl系材料の粒径5μm以下の結晶粒を測定したところ、1000μm当たり、159個存在した。 The average particle size of the Al 3 Sc fine particles precipitated in the third step was 33 nm. The content was 2.1% by volume. In addition, when the crystal grains having a particle size of 5 μm or less of the obtained Al-based material of the example were measured, there were 159 particles per 1000 μm 2 .

実施例2のAl系材料の引張強度、硬度及び降伏強度の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of the tensile strength, hardness, and yield strength of the Al-based material of Example 2.

実施例3
Al合金原料を組成No.3の組成とした以外は実施例1と同様にして、実施例3のAl系材料を製造した。
Example 3
The Al alloy raw material is composed of the composition No. An Al-based material of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition was 3.

なお、第3工程で析出したAl3Sc微粒子の平均粒子径は、22nmであった。含有量は、1.0体積%であった。また、得られた実施例のAl系材料の粒径5μm以下の結晶粒を測定したところ、1000μm当たり、125個存在した。 The average particle diameter of the Al 3 Sc fine particles precipitated in the third step was 22 nm. The content was 1.0% by volume. The measured crystal grain particle size 5μm or less of Al-based material obtained in Examples, 1000 .mu.m 2 per were present 125.

実施例3のAl系材料の引張強度、降伏強度、硬度及び高温変形抵抗の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of tensile strength, yield strength, hardness, and high temperature deformation resistance of the Al-based material of Example 3.

実施例4
第3工程における昇温速度を15℃/minとした以外は実施例1と同様にして、実施例4のAl系材料を製造した。
Example 4
An Al-based material of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature increase rate in the third step was 15 ° C./min.

なお、第3工程で析出したAl3Sc微粒子の平均粒子径は、5.1nmであった。含有量は、3.9体積%であった。また、得られた実施例のAl系材料の粒径5μm以下の結晶粒を測定したところ、1000μm当たり、433個存在した。 The average particle size of the Al 3 Sc fine particles precipitated in the third step was 5.1 nm. The content was 3.9% by volume. The measured crystal grain particle size 5μm or less of Al-based material obtained in Examples, 1000 .mu.m 2 per 433 cells was present.

実施例4のAl系材料の引張強度、降伏強度、硬度及び高温変形抵抗の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of tensile strength, yield strength, hardness, and high temperature deformation resistance of the Al-based material of Example 4.

実施例5
Al合金原料を組成No.2の組成とし、且つ、第3工程における昇温速度を15℃/minとした以外は、実施例1と同様にして、実施例5のAl系材料を製造した。
Example 5
The Al alloy raw material is composed of the composition No. The Al-based material of Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the composition was 2 and the temperature increase rate in the third step was 15 ° C./min.

なお、第3工程で析出したAl3Sc微粒子の平均粒子径は、7.8nmであった。含有量は、2.1体積%であった。また、得られた実施例のAl系材料の粒径5μm以下の結晶粒を測定したところ、1000μm当たり、223個存在した。 The average particle size of the Al 3 Sc fine particles precipitated in the third step was 7.8 nm. The content was 2.1% by volume. Further, when crystal grains having a particle size of 5 μm or less of the Al-based material of the obtained example were measured, there were 223 particles per 1000 μm 2 .

実施例5のAl系材料の引張強度、降伏強度、硬度及び高温変形抵抗の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of tensile strength, yield strength, hardness and high temperature deformation resistance of the Al-based material of Example 5.

比較例1
Al合金原料を組成No.4の組成とした以外は実施例1と同様にして、比較例1のAl系材料を製造した。
Comparative Example 1
The Al alloy raw material is composed of the composition No. An Al-based material of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of 4 was used.

得られた比較例1のAl系材料の結晶粒を測定した。この測定結果を図2に示す。なお、この図2から粒径5μm以下の結晶粒を計算したところ1000μm当たり、29個存在した。 The crystal grains of the obtained Al-based material of Comparative Example 1 were measured. The measurement results are shown in FIG. In addition, when crystal grains having a grain size of 5 μm or less were calculated from FIG. 2, there were 29 grains per 1000 μm 2 .

比較例1のAl系材料の引張強度、降伏強度、硬度及び高温変形抵抗の測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of tensile strength, yield strength, hardness, and high temperature deformation resistance of the Al-based material of Comparative Example 1.

なお、実施例2〜5及び比較例1の第1工程で得られたAl合金急冷凝固粉末の平均粒子径はいずれも35〜50μmの範囲内であった。   The average particle diameters of the Al alloy rapidly solidified powders obtained in the first step of Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 were both in the range of 35 to 50 μm.

Figure 2009091624
Figure 2009091624

実施例6
(第5工程)
実施例1で得られたAl系材料を、初期歪み速度120%/min、440℃にて高温圧縮(圧縮圧力:10MPa)することにより、実施例6のAl系材料鍛造品を製造した。
Example 6
(5th process)
The Al-based material forged product of Example 6 was manufactured by high-temperature compression (compression pressure: 10 MPa) of the Al-based material obtained in Example 1 at an initial strain rate of 120% / min and 440 ° C.

この鍛造品を構成する結晶粒を測定した。この測定結果を図3に示す。この図3から粒径5μm以下の結晶粒を計算したところ、1000μm当たり、523個存在した。 The crystal grains constituting this forged product were measured. The measurement results are shown in FIG. When crystal grains having a grain size of 5 μm or less were calculated from FIG. 3, there were 523 crystals per 1000 μm 2 .

また、実施例6の鍛造品の硬度を測定した。この結果を表2に示す。   Moreover, the hardness of the forged product of Example 6 was measured. The results are shown in Table 2.

実施例7〜8及び比較例2
実施例2〜3及び比較例1で得られたAl系材料を実施例6と同様にして第5工程を行い、それぞれ実施例7〜8及び比較例2のAl系材料鍛造品を製造した。
Examples 7 to 8 and Comparative Example 2
The fifth step was carried out on the Al-based materials obtained in Examples 2-3 and Comparative Example 1 in the same manner as in Example 6 to produce Al-based material forged products of Examples 7-8 and Comparative Example 2, respectively.

これらの鍛造品を構成する結晶粒を測定したところ、1000μm当たり、実施例7では、410個、実施例8では、248個、比較例2では、62個であった。なお、比較例2の鍛造品の測定結果を図4に示す。 When the crystal grains constituting these forged products were measured, the number of crystal grains per 1000 μm 2 was 410 in Example 7, 248 in Example 8, and 62 in Comparative Example 2. In addition, the measurement result of the forged product of the comparative example 2 is shown in FIG.

また、実施例7〜8及び比較例2の鍛造品の硬度を測定した。この結果を表2に示す。   Further, the hardness of the forged products of Examples 7 to 8 and Comparative Example 2 was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2009091624
Figure 2009091624

評価
本発明の実施例1〜5のAl系材料は、比較例1のAl系材料と比較して、降伏強度及び引張強度ともに高い値を示し、良好であった。また、高温変更抵抗の値が低いため、鍛造性にも優れていた。
Evaluation As compared with the Al-based material of Comparative Example 1, the Al-based materials of Examples 1 to 5 of the present invention showed good values for both yield strength and tensile strength. Moreover, since the value of high temperature change resistance was low, it was excellent in forgeability.

さらに、本発明の実施例6〜8のAl系材料鍛造品も、比較例2のAl系材料鍛造品と比較しても、硬度等が高い値を示し、良好であった。   Furthermore, even when compared with the Al-based material forged product of Examples 6 to 8 of the present invention as compared with the Al-based material forged product of Comparative Example 2, the values of hardness and the like were high and good.

図1は、実施例1のAl系材料の結晶粒状態をSEM/EBSDにより測定したものである。FIG. 1 shows the crystal grain state of the Al-based material of Example 1 measured by SEM / EBSD. 図2は、比較例1のAl系材料の結晶粒状態をSEM/EBSDにより測定したものである。FIG. 2 shows the crystal grain state of the Al-based material of Comparative Example 1 measured by SEM / EBSD. 図3は、実施例6のAl系材料鍛造品の結晶粒状態をSEM/EBSDにより測定したものである。FIG. 3 shows the crystal grain state of the Al-based material forged product of Example 6 measured by SEM / EBSD. 図4は、比較例2のAl系材料鍛造品の結晶粒状態をSEM/EBSDにより測定したものである。FIG. 4 shows the crystal grain state of the Al-based material forged product of Comparative Example 2 measured by SEM / EBSD.

Claims (12)

アルミニウム合金の結晶粒を含むアルミニウム系材料であって、
(1)前記アルミニウム系材料がスカンジウム化合物微粒子を含有し、
(2)粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、100個以上存在する、
ことを特徴とするアルミニウム系材料。
An aluminum-based material containing crystal grains of an aluminum alloy,
(1) The aluminum-based material contains scandium compound fine particles,
(2) There are 100 or more crystal grains having a grain size of 5 μm or less per 1000 μm 2 of the aluminum-based material.
An aluminum-based material characterized by that.
アルミニウム系材料が、Al83.5〜90質量%、Zn7〜10質量%、Mg2〜4.5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%を含む、請求項1に記載のアルミニウム系材料。   Aluminum type material is Al 83.5-90 mass%, Zn 7-10 mass%, Mg 2-4.5 mass%, Cu 0.5-2 mass%, Ag 0.01-0.1 mass%, and Sc0.2-2. The aluminum-based material according to claim 1, comprising mass%. スカンジウム化合物微粒子の平均粒子径が3nm〜50nmである、請求項1又は2に記載のアルミニウム系材料。   The aluminum-based material according to claim 1 or 2, wherein the scandium compound fine particles have an average particle diameter of 3 nm to 50 nm. スカンジウム化合物微粒子が、AlScである、請求項1〜3のいずれかに記載のアルミニウム系材料。 The aluminum-based material according to claim 1, wherein the scandium compound fine particles are Al 3 Sc. スカンジウム化合物微粒子の含有量が、1〜5体積%である、請求項1〜4のいずれかに記載のアルミニウム系材料。   The aluminum-based material according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the scandium compound fine particles is 1 to 5% by volume. 請求項1〜5のいずれかに記載のアルミニウム系材料を鍛造することにより得られる、アルミニウム系材料からなる鍛造品。   A forged product made of an aluminum-based material obtained by forging the aluminum-based material according to claim 1. 粒径が5μm以下である結晶粒がアルミニウム系材料1000μm当たり、200個以上存在する、請求項6に記載の鍛造品。 The forged product according to claim 6, wherein there are 200 or more crystal grains having a particle size of 5 µm or less per 1000 µm 2 of the aluminum-based material. アルミニウム系材料を製造する方法であって、
(1)アルミニウム及びスカンジウムを含む溶湯からアトマイズ法により急冷凝固粉末を調製する第1工程、
(2)前記粉末を成形することにより成形体を作製する第2工程、
(3)前記成形体を加熱することにより成形体中にスカンジウム化合物微粒子を析出させる第3工程、及び
(4)前記成形体を熱間押出することにより押出材を得る第4工程
を含むことを特徴とするアルミニウム系材料の製造方法。
A method for producing an aluminum-based material, comprising:
(1) a first step of preparing rapidly solidified powder from a molten metal containing aluminum and scandium by an atomizing method;
(2) a second step of producing a molded body by molding the powder;
(3) including a third step of depositing scandium compound fine particles in the compact by heating the compact, and (4) a fourth step of obtaining an extruded material by hot extruding the compact. A method for producing an aluminum-based material.
溶湯が、Al78.5〜90.29質量%、Zn7〜12質量%、Mg2〜5質量%、Cu0.5〜2質量%、Ag0.01〜0.1質量%及びSc0.2〜2質量%を含む、請求項8に記載の製造方法。   Molten metal is Al 78.5-90.29 mass%, Zn 7-12 mass%, Mg 2-5 mass%, Cu 0.5-2 mass%, Ag 0.01-0.1 mass%, and Sc 0.2-2 mass%. The manufacturing method of Claim 8 containing these. 第3工程において、昇温速度10〜100℃/minで加熱する、請求項8又は9に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 8 or 9 which heats at a temperature increase rate of 10-100 degrees C / min in a 3rd process. スカンジウム化合物微粒子の平均粒子径が3nm〜50nmである、請求項8〜10のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method in any one of Claims 8-10 whose average particle diameter of a scandium compound fine particle is 3 nm-50 nm. 請求項8〜11のいずれかに記載の製造方法により得られたアルミニウム系材料をさらに鍛造する第5工程、
を含む鍛造品の製造方法。
5th process which further forges the aluminum-type material obtained by the manufacturing method in any one of Claims 8-11,
Forging products including
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