JP2019183190A - 高温における機械的特性に優れたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温における機械特性に優れた輸送機用圧縮機部品を提供する。【解決手段】Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品であって、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である構成とする。【選択図】図１
Description
本発明は、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金製の、輸送機用圧縮機部品及びその製造方法に関する。
従来の輸送機用圧縮機部品、例えばターボチャージャ用インペラは、１５０℃程度の高温状況下において１００００ｒｐｍを超える高速回転が与えられるため、この高温下において高強度および高剛性を備えていることが要求されると共に、エネルギー損失の低減を図るために軽量化も求められている。また、高速回転に耐えることができる強度も要求される。
従来では、ターボチャージャ用インペラは、２６１８合金（Ｃｕ：１．９質量％〜２．７質量％、Ｍｇ：１．３質量％〜１．８質量％、Ｎｉ：０．９質量％〜１．２質量％、Ｆｅ：０．９質量％〜１．３質量％、Ｓｉ：０．１質量％〜０．２５質量％、Ｔｉ：０．０４質量％〜０．１質量％を含有し、残部がＡｌからなる合金）の鋳造・鍛造品を切削加工して製造していた。
しかし、近年における切削加工の高速化により、アルミニウム合金押出材の切削品化が進んできており、切削性の向上、高温強度の改善がさらに必要となってきている。
例えば、特許文献１には、高温（１６０℃）での強度が従来よりも向上したＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系アルミニウム合金押出材を提供する技術が開示されている。即ち、特許文献１には、Ｃｕ：３．４〜５．５％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１．７〜２．３％、Ｎｉ：１．０〜２．５％、Ｆｅ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｓｉ：０．１％未満、Ｔｉ：０．１％未満を含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなることを特徴とする高温強度及び高温疲労特性に優れた耐熱アルミニウム合金押出材が記載されている。
ところで、自動車等の内燃機関の技術分野においてターボチャージャ用インペラは、更なる高速回転化が求められており、従ってターボチャージャ用インペラを構成するアルミニウム合金材としては、従来よりさらに高い温度域においても機械特性に優れたものが希求されている。また、ターボチャージャ用インペラ等の輸送機用圧縮機部品に要求される特性としては、静的強度の他に、クリープ特性等の動的な強度も優れていることが求められている。
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、高温における機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れた輸送機用圧縮機部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品であって、
前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品。
前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品。
［２］前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む前項１に記載の輸送機用圧縮機部品。
［３］前記金属間化合物は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ及びＭｏを少なくとも含有してなるＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物であり、
前記金属間化合物における、Ａｌの含有率が８１．６０質量％〜９２．３７質量％、Ｆｅの含有率が２．５８質量％〜１０．０５質量％、Ｖの含有率が１．４４質量％〜４．３９質量％、Ｍｏの含有率が２．４５質量％〜３．６２質量％である前項１または２に記載の輸送機用圧縮機部品。
前記金属間化合物における、Ａｌの含有率が８１．６０質量％〜９２．３７質量％、Ｆｅの含有率が２．５８質量％〜１０．０５質量％、Ｖの含有率が１．４４質量％〜４．３９質量％、Ｍｏの含有率が２．４５質量％〜３．６２質量％である前項１または２に記載の輸送機用圧縮機部品。
［４］Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。
［５］Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末化してアルミニウム合金粉末を得る粉末化工程と、
前記アルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。
前記アルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。
［１］の発明によれば、高温における機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品が提供される。
［２］の発明によれば、高温における機械特性（値）をより向上させたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品が提供される。
［３］の発明によれば、高温における機械特性（値）をより一層向上させたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品が提供される。
［４］及び［５］の発明によれば、高温における機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品を製造することができる。従って、得られた輸送機用圧縮機部品は、自動車等の輸送機用圧縮機部品として好適に使用される。
更に［５］の発明では、アルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末化してアルミニウム合金粉末を得ているので、合金の各元素の凝固時の拡散を抑制し、結晶粒や析出物の粗大化を抑制できて、さらに平衡相や準安定相の出現を抑制できて、遷移元素であるＦｅの固溶量の拡大をなし得て、高温における機械特性（静的強度、クリープ特性等）により一層優れたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品を製造することができる。
本発明に係る輸送機用圧縮機部品は、Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品であって、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である構成である。このような構成であることにより、高温における機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れたアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品が提供される。
次に、本発明に係る、輸送機用圧縮機部品の製造方法について説明する。本製造方法では、Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を準備する。前記特定組成のアルミニウム合金粉末の製造手法は、特に限定されないが、Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末化してアルミニウム合金粉末（アルミニウム合金アトマイズ粉末）を得るのが好ましい（粉末化工程）。
前記粉末化工程では、上記特定組成のアルミニウム合金溶湯を通常の溶解法によって調製する。得られたアルミニウム合金溶湯をアトマイズ法によって粉末化する。アトマイズ法は、噴霧ノズルからの窒素ガス等のガス流によりアルミニウム合金溶湯の微小液滴をミスト化して噴霧し、微小液滴を急冷凝固させて微細なアルミニウム合金粉末を得る方法である。冷却速度は、１０2〜１０5℃／秒であるのが好ましい。平均粒子径が３０μｍ〜７０μｍのアルミニウム合金粉末が得られるようにするのがよい。３０μｍ以上であることで合金粉末作製の歩留まりを顕著に向上できると共に、７０μｍ以下であることで粗大な酸化物や異物の混入を回避できる。得られたアルミニウム合金粉末は、篩を用いて分級するのが好ましい。
次に、前記粉末化工程で得られたアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る（圧縮成形工程）。一例を挙げると、２５０℃〜３００℃に加熱したアルミニウム合金粉末を、２３０℃〜２７０℃に加熱された金型内に充填し、所定形状に圧縮成形して圧粉体を得る。前記圧縮成形の圧力は、特に限定されないが、通常は、０．５トン／ｃｍ2〜３．０トン／ｃｍ2に設定するのが好ましい。また、相対密度が６０％〜９０％の圧粉体にするのが好ましい。前記圧粉体の形状は、特に限定されないが、次の押出工程を考慮して、円柱形状または円盤状とするのが好ましい。
次いで、前記圧縮成形工程で得られた圧粉体を熱間押出しして押出材を得る（押出工程）。前記圧粉体には、必要に応じて面削等の機械加工を施してから、脱ガス処理を施し、加熱して押出工程に供する。押出前の圧粉体の加熱温度は、３００℃〜４５０℃にするのが好ましい。押出に際しては、例えば、圧粉体を押出コンテナ内に挿入して押出ラムにより加圧力を加え、押出ダイスから例えば丸棒形状に押出す。この時、前記押出コンテナを予め３００℃〜４００℃に加熱しておくのが望ましい。このように熱間で押し出すことによって圧粉体の塑性変形が進行し、アルミニウム合金粉末（粒子）同士が結合して一体化した押出体が得られる。前記押出の際に、押出圧力は１０ＭＰａ〜２５ＭＰａに設定するのが好ましい。
次いで、前記押出工程で得られた押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る（切削工程）。例えば、前記押出材を旋盤加工を経て、５軸加工機等にてボールエンドミル等の刃物を用いて切削加工して所定形状の輸送機用圧縮機部品を得る（図１参照）。
前記切削工程で得られた輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲にある構成である。こうして本発明の輸送機用圧縮機部品１を得ることができる（図１参照）。
即ち、上述した本発明に係る、輸送機用圧縮機部品の製造方法によって得られた輸送機用圧縮機部品１は、Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品であって、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である構成である。
なお、本発明に係る輸送機用圧縮機部品１は、上記製造方法で得られた輸送機用圧縮機部品に限定されるものではなく、他の製造方法で得られたものも包含する。
次に、上述した本発明に係る輸送機用圧縮機部品および輸送機用圧縮機部品の製造方法における「アルミニウム合金」の組成について以下詳述する。前記アルミニウム合金は、Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。
前記Ｆｅ（成分）は、高い融点を有するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を生成し、例えば２００℃〜３５０℃の高い温度域での機械特性（静的強度、クリープ特性等）を向上できる元素である。前記アルミニウム合金におけるＦｅ含有率は、５．０質量％〜９．０質量％の範囲とする。Ｆｅ含有率が５．０質量％未満になると、輸送機用圧縮機部品の強度の低下をもたらし、Ｆｅ含有率が９．０質量％を超えると、輸送機用圧縮機部品の延性が低下して、高温での機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れた輸送機用圧縮機部品を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＦｅ含有率は、７．０質量％〜８．０質量％の範囲であるのが好ましい。
前記Ｖ（成分）は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物を生成し、例えば２００℃〜３５０℃の高い温度域での機械特性（静的強度、クリープ特性等）を向上できる元素である。前記アルミニウム合金におけるＶ含有率は、０．１質量％〜３．０質量％の範囲とする。Ｖ含有率が０．１質量％未満になると、輸送機用圧縮機部品の強度の低下をもたらし、Ｖ含有率が３．０質量％を超えると、輸送機用圧縮機部品の延性が低下して、高温での機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れた輸送機用圧縮機部品を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＶ含有率は、１．０質量％〜２．０質量％の範囲であるのが好ましい。
前記Ｍｏ（成分）は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物を生成し、例えば２００℃〜３５０℃の高い温度域での機械特性（静的強度、クリープ特性等）を向上できる元素である。前記アルミニウム合金におけるＭｏ含有率は、０．１質量％〜３．０質量％の範囲とする。Ｍｏ含有率が０．１質量％未満になると、輸送機用圧縮機部品の強度の低下をもたらし、Ｍｏ含有率が３．０質量％を超えると、輸送機用圧縮機部品の延性が低下して、高温での機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れた輸送機用圧縮機部品を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＭｏ含有率は、１．０質量％〜２．０質量％の範囲であるのが好ましい。
前記Ｚｒ（成分）は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物の粗大化を生じず、金属間化合物の微細晶出を実現できる元素である。また、前記Ｚｒを含有していることで、高温強度を向上させることができるし、Ａｌマトリックス中でのＡｌの自己拡散を抑制できてクリープ特性を向上させることができる効果も得られる。前記アルミニウム合金におけるＺｒ含有率は、０．１質量％〜２．０質量％の範囲とする。Ｚｒ含有率が０．１質量％未満になると、析出強化及び分散強化の効果を発揮できないという問題を生じる。またＺｒ含有率が２．０質量％を超えると、Ｚｒを含む粗大な金属間化合物が発生するので（後述の比較例９参照）、良好な機械的特性を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＺｒ含有率は、０．５質量％〜１．５質量％の範囲であるのが好ましい。
前記Ｔｉ（成分）は、前記Ｚｒとの協働により、Ａｌとの間で、Ｌ12構造のＡｌ−（Ｔｉ，Ｚｒ）系金属間化合物を形成する役割を有する。また、前記Ｔｉは、Ａｌマトリックス中での拡散係数が小さいので、クリープ特性を向上させることができる効果も得られる。前記アルミニウム合金におけるＴｉ含有率は、０．０２質量％〜２．０質量％の範囲とする。Ｔｉ含有率が０．０２質量％未満になると、析出強化及び分散強化の効果を発揮できないという問題を生じる。またＴｉ含有率が２．０質量％を超えると、輸送機用圧縮機部品の延性が低下して、高温での機械特性（静的強度、クリープ特性等）に優れた輸送機用圧縮機部品を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＴｉ含有率は、０．５質量％〜１．０質量％の範囲であるのが好ましい。
本発明において、前記アルミニウム合金は、さらに、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を含有する。即ち、前記アルミニウム合金は、さらにＣｒ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有する組成であってもよいし、或いはさらにＭｎ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有する組成であってもよいし、或いはまたさらにＣｒ：０．０２質量％〜２．０質量％およびＭｎ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有する組成であってもよい。Ｃｒ（成分）およびＭｎ（成分）は、Ａｌ母相中に固溶して固溶強化として効果を発揮する。ただし、押出加工温度が５００℃以上になると、析出が進行して高温での機械的特性を低下させやすいので、押出加工温度は５００℃未満に設定するのが望ましい。またＣｒ又は／及びＭｎの分散粒子は、再結晶後の粒界移動を抑制する効果があるので、例えば鍛造工程中におけるパーティングライン組織のＳＴ方向の平均結晶粒径の粗大化を抑制できて、本発明のアルミニウム合金押出材、鍛造材の全体にわたって微細な結晶粒、亜結晶粒を得ることができて、機械的特性をより向上させることができる。
また、Ｚｒと、Ｃｒ又は／及びＭｎと、をそれぞれ上記含有率で含有することで、Ａｌ母相中に固溶して０．２％耐力を増大させることができる。
Ｃｒを０．０２質量％以上含有せしめることで、Ａｌ母相中にＣｒを固溶させることができて機械的特性（特に高温での疲労強度）を向上させることができ、また耐摩耗性を高め、Ａｌ母相中にＣｒが固溶して耐食性を向上させることができると共に、焼戻し軟化抵抗を高めるので、Ｃｒを含有せしめることで焼入れ性を向上できて熱処理硬さを向上させることができる。また、Ｃｒの含有率を２．０質量％以下とすることで、Ａｌ母相中にＣｒを固溶させることができ、更にＣｒを含む粗大な金属間化合物を生成し、機械的特性の低下を防止できると共に、熱伝導率の低下を回避できるし、摺動による接触面の昇温を防止できて耐スカッフィング性を向上できる。中でも、Ｃｒを含有させる場合、Ｃｒ含有率を０．０５質量％〜１．５質量％に設定するのがより好ましい。
また、Ｍｎを０．０２質量％以上含有せしめることで、Ａｌ母相中にＭｎを固溶させることができて機械的特性（特に高温での疲労強度）を向上させることができるという効果が得られる。また、Ｍｎの含有率を２．０質量％以下とすることで、Ａｌ母相中にＭｎを固溶させることができ、更にＭｎを含む粗大な金属間化合物を生成し、機械的特性の低下を防止できる。中でも、Ｍｎを含有させる場合、Ｍｎ含有率を０．０５質量％〜１．５質量％に設定するのがより好ましい。
本発明において、前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂ（ホウ素）を０．０００１質量％〜０．０３質量％含む構成（組成）としてもよい。Ｂを上記特定比率で含有せしめた組成とすることにより、結晶粒を微細化し、機械特性を向上できる。
本発明では、前記輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である。前記金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ未満になると、分散強化の効果を発揮できない。また、前記金属間化合物の平均円相当直径が３．０μｍを超えると、粗大な金属間化合物となり、それを起点として破断するため機械的特性が低下するという問題を生じる。中でも、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．３μｍ〜２．０μｍの範囲であるのが好ましく、さらに０．４μｍ〜１．５μｍの範囲であるのが特に好ましい。
前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ及びＭｏを少なくとも含有してなるＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物などが挙げられる。前記Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物における、Ａｌの含有率は８１．６０質量％〜９２．３７質量％、Ｆｅの含有率は２．５８質量％〜１０．０５質量％、Ｖの含有率は１．４４質量％〜４．３９質量％、Ｍｏの含有率は２．４５質量％〜３．６２質量％である構成が好ましく、この場合には２００℃以上の高温域で良好な機械的特性を得ることができる。
なお、前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の円相当直径とは、前記輸送機用圧縮機部品１の断面のＳＥＭ写真（画像）におけるＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面積と同じ面積を有する円の直径として換算した値である。
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
＜実施例１＞
Ｆｅ：８．０質量％、Ｖ：２．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％、Ｚｒ：１．０質量％、Ｔｉ：１．０質量％、Ｃｒ：０．１質量％、Ａｌ：８５．９質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を加熱して、１０００℃のアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯をガスにてアトマイズして急冷凝固させて粉末化して、平均粒子径が５０μｍのアルミニウム合金粉末（アルミニウム合金アトマイズ粉末）を得た（粉末化工程）。
Ｆｅ：８．０質量％、Ｖ：２．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％、Ｚｒ：１．０質量％、Ｔｉ：１．０質量％、Ｃｒ：０．１質量％、Ａｌ：８５．９質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を加熱して、１０００℃のアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯をガスにてアトマイズして急冷凝固させて粉末化して、平均粒子径が５０μｍのアルミニウム合金粉末（アルミニウム合金アトマイズ粉末）を得た（粉末化工程）。
次に、得られたアルミニウム合金粉末を２８０℃の温度に予熱し、この予熱したアルミニウム合金粉末を、同じ２８０℃に加熱保持した金型内に充填し、１．５トン／ｃｍ2の圧力で圧縮成形して、直径２１０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱形状の圧粉体（成形体）を得た。次に、得られた圧粉体を旋盤にて直径２０３ｍｍまで面削して、圧粉体のビレットを得た（圧縮成形工程）。
次に、得られたビレットを４００℃に加熱し、この加熱ビレットを、４００℃に加熱保持された内径２１０ｍｍの押出コンテナ中に挿入し、内径８３ｍｍのダイスで間接押出法により押出比６．４で押出して押出材を得た（押出工程）。
次に、得られた押出材を旋盤加工を経て、５軸加工機にてボールエンドミル（刃物）を用いて切削加工することによって、図１に示す輸送機用圧縮機部品１を得た（切削工程）。
＜実施例２＞
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、Ｆｅ：８．０質量％、Ｖ：２．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％、Ｚｒ：１．０質量％、Ｔｉ：１．０質量％、Ｃｒ：０．５質量％、Ａｌ：８５．５質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、Ｆｅ：８．０質量％、Ｖ：２．０質量％、Ｍｏ：２．０質量％、Ｚｒ：１．０質量％、Ｔｉ：１．０質量％、Ｃｒ：０．５質量％、Ａｌ：８５．５質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
＜実施例３〜８＞
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表１に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表１に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
＜実施例９〜１６＞
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表２に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表２に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品１を得た。
＜実施例１７、１８、比較例１〜６＞
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表３に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品を得た。
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表３に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品を得た。
＜比較例７〜１４＞
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表４に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品を得た。
アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表４に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いた以外は、実施例１と同様にして、輸送機用圧縮機部品を得た。
上記のようにして得られた各輸送機用圧縮機部品（切削加工品）について下記評価法に基づいて評価を行った。その結果を表１〜４に示す。なお、表１〜４中の各元素欄において「−」の表記は、検出限界（０．００５質量％）未満の数値であること（即ち当該元素が検出されなかったこと）を示している。
また、表１〜４中の「金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）」は、各輸送機用圧縮機部品のマトリックス中に存在するＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物（Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ及びＭｏを少なくとも含有してなる金属間化合物）の平均円相当直径（μｍ）である。この「金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）」は、得られた輸送機用圧縮機部品の中心にある本体部（軸部）から縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの大きさの組織観察用サンプル片を切り出し、このサンプル片を断面試料作製装置（Cross section polisher）を用いてミクロ研磨し、このミクロ研磨後のサンプル片のＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）を撮影し、この写真画像から金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）を求めた（評価した）。前記ＳＥＭ写真における視野１．５８１５ｍｍ2の範囲に存在する１０個のＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物についての平均円相当直径を求めた。
＜高温での引張強度評価法＞
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離２０ｍｍ、平行部直径４ｍｍの引張試験片に加工して、該引張試験片の高温引張試験を行うことによって高温引張強度（２６０℃での引張強度）を測定した。前記高温引張試験は、高温引張試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で試験を行った。下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃での引張強度が３５６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃での引張強度が３５１ＭＰａ以上３５５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃での引張強度が３４６ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃での引張強度が３４５ＭＰａ以下である。
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離２０ｍｍ、平行部直径４ｍｍの引張試験片に加工して、該引張試験片の高温引張試験を行うことによって高温引張強度（２６０℃での引張強度）を測定した。前記高温引張試験は、高温引張試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で試験を行った。下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃での引張強度が３５６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃での引張強度が３５１ＭＰａ以上３５５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃での引張強度が３４６ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃での引張強度が３４５ＭＰａ以下である。
＜高温での疲労試験法＞
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離３０ｍｍ、平行部直径８ｍｍの疲労試験片に加工して、該疲労試験片の高温疲労試験を行うことによって高温疲労強度（２６０℃での疲労強度）を測定した。前記高温疲労試験は、疲労試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で繰返し速度３６００ｒｐｍの条件で５０００００回試験を行った。下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃での疲労強度が２２６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃での疲労強度が２２１ＭＰａ以上２２５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃での疲労強度が２１６ＭＰａ以上２２０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃での疲労強度が２１５ＭＰａ以下である。
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離３０ｍｍ、平行部直径８ｍｍの疲労試験片に加工して、該疲労試験片の高温疲労試験を行うことによって高温疲労強度（２６０℃での疲労強度）を測定した。前記高温疲労試験は、疲労試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で繰返し速度３６００ｒｐｍの条件で５０００００回試験を行った。下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃での疲労強度が２２６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃での疲労強度が２２１ＭＰａ以上２２５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃での疲労強度が２１６ＭＰａ以上２２０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃での疲労強度が２１５ＭＰａ以下である。
＜高温でのクリープ試験法＞
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離３０ｍｍ、平行部直径６ｍｍのクリープ試験片に加工して、該クリープ試験片の高温クリープ試験を行うことによって高温クリープ特性（２６０℃でのクリープ特性）を測定した。前記高温クリープ試験は、クリープ試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で試験を行った。温度：２６０℃、破断時間３００時間の条件下でのクリープラプチャー強度を算出し、下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２１６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２１１ＭＰａ以上２１５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２０６ＭＰａ以上２１０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２０５ＭＰａ以下である。
得られた輸送機用圧縮機部品を、標点間距離３０ｍｍ、平行部直径６ｍｍのクリープ試験片に加工して、該クリープ試験片の高温クリープ試験を行うことによって高温クリープ特性（２６０℃でのクリープ特性）を測定した。前記高温クリープ試験は、クリープ試験片を２６０℃に１００時間保持した後に２６０℃の測定環境下で試験を行った。温度：２６０℃、破断時間３００時間の条件下でのクリープラプチャー強度を算出し、下記判定基準に基づいて評価した。
（判定基準）
「◎」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２１６ＭＰａ以上
「○」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２１１ＭＰａ以上２１５ＭＰａ以下
「△」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２０６ＭＰａ以上２１０ＭＰａ以下
「×」…２６０℃でのクリープラプチャー強度が２０５ＭＰａ以下である。
表から明らかなように、本発明に係る実施例１〜１８の輸送機用圧縮機部品は、高温（２６０℃）において各種の機械特性に優れていた。
これに対し、本発明の規定範囲を逸脱する比較例１〜１４の輸送機用圧縮機部品では、高温（２６０℃）での機械特性に劣っていた。
本発明に係る輸送機用圧縮機部品、本発明の製造方法で得られた輸送機用圧縮機部品は、高温における機械特性に優れているので、自動車等の輸送機用圧縮機部品として好適に使用される。
１…輸送機用圧縮機部品
Claims (5)
- Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品であって、
前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金製輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品。 - 前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む請求項１に記載の輸送機用圧縮機部品。
- 前記金属間化合物は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ及びＭｏを少なくとも含有してなるＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｏ系金属間化合物であり、
前記金属間化合物における、Ａｌの含有率が８１．６０質量％〜９２．３７質量％、Ｆｅの含有率が２．５８質量％〜１０．０５質量％、Ｖの含有率が１．４４質量％〜４．３９質量％、Ｍｏの含有率が２．４５質量％〜３．６２質量％である請求項１または２に記載の輸送機用圧縮機部品。 - Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。 - Ｆｅ：５．０質量％〜９．０質量％、Ｖ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｍｏ：０．１質量％〜３．０質量％、Ｚｒ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｔｉ：０．０２質量％〜２．０質量％を含有し、ＣｒおよびＭｎからなる群より選ばれる１種または２種の金属を、それぞれ０．０２質量％〜２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末化してアルミニウム合金粉末を得る粉末化工程と、
前記アルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記圧粉体を熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を切削加工して輸送機用圧縮機部品を得る切削工程と、を含み、
前記輸送機用圧縮機部品は、該輸送機用圧縮機部品中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記輸送機用圧縮機部品の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする輸送機用圧縮機部品の製造方法。
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