JP2020521881A - 高強度アルミニウム合金 - Google Patents
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Abstract
Description
マグネシウム1.5〜2.1
カルシウム0.10〜1.9
鉄0.08〜0.5
チタン0.01〜0.15
ケイ素0.08〜0.9
ニッケル0.08〜1.0
セリウム0.10〜0.4
ジルコニウム0.08〜0.15
スカンジウム0.08〜0.15
残りアルミニウム
ここで、アルミニウム固溶体および/または二次析出物中の亜鉛含有量は少なくとも4.0質量%である。
本合金における、所定の構造の達成を保証する、合金成分の請求される量の根拠を以下に示す。
鉄との化合物 Al10Fe2Ca
ケイ素との化合物 Al2Si2Ca
ニッケルとの化合物 Al9NiCa
請求される量のチタン含有量は、アルミニウム固溶体を改質するために必要であり、より低い含有量は高温割れが発生するリスクが高くなる。含有量が高い場合、構造にTi含有相の初晶が形成される可能性が高くなる。
6つの合金が鋳物の形で調製され、その組成は以下の表1に示される。この合金は、誘導炉で黒鉛るつぼに次の装入材料(質量%)から調製された。アルミニウム(99.85%)、亜鉛(99.9%)、マグネシウム(99.9%)およびAl−6Ca、Al−10Fe、Al−20Ni、Al−10S、Al−20Ce、Al−2Sc、Al−5Ti、およびAl−10Zr合金材。この合金は、直径22mmのPrutok型の金型に鋳造され、大量上供給(GOST 1583)、初期金型温度は約300℃で行われた。
複雑な共晶を構成する他の元素の影響を評価するために、表3に示す次の組成を調製した。直径10mmの棒状のサンプルは、300℃で銅型に鋳造して得られた。化学組成と(T6状態の)機械的特性の確定の結果をそれぞれ表3と表4に示す。合金第7−1号と第7−2号、および合金第8−1号と第8−2号の構造は、質的には異ならない。
流動性を評価するために、356種の合金と比較して、合金第4号および第7−1号をスパイラル金型に注いだ。スパイラル金型の温度は約200℃だった。
請求される合金の合金を硬化させるための追加の要素として、以下のジルコニウムおよびスカンジウム添加剤を検討した。検討した化学組成を表6に示す。ジルコニウムとスカンジウムの効果は、表1の合金第3号の合金成分の含有量の例を使用して評価した。
実験室条件で水焼入れ処理を使用せずに材料の硬化を評価するために、表8に示す組成の合金を検討した。
鋳物を鋳造する際の製造可能性を評価するために、SKAD工場の産業環境で17インチの半径のホイール(図4)を、低圧鋳造法により、請求される合金組成第3号(表1)から鋳造した。請求される材料は、鋳造時に高い加工性を示し、ディスクリム、ハブ、スポークを形成することができた。
亜鉛(Zn)5〜8
マグネシウム(Mg)1.5〜2.1
カルシウム(Ca)0.10〜1.9
鉄(Fe)0.08〜0.5
チタン(Ti)0.01〜0.15
ケイ素(Si)0.08〜0.9
ニッケル(Ni)0.2〜0.4
セリウム(Ce)0.2〜0.4
ジルコニウム(Zr)0.08〜0.15
スカンジウム(Sc)0.08〜0.15
アルミニウム(Al)残り
ここでは、アルミニウム固溶体中の亜鉛含有量と二次析出物は少なくとも4質量%である。
合金第4号および合金A356.2の場合、図5に示す疲労破壊曲線が作成された。対称荷重下での純粋な曲げのスキームに従って、107サイクルに基づいて疲労試験を実施した。試験にはInstron R.R. Moor型機器を使用した。作業部の直径は7.5mm、試験は、両方の材料に対してT6状態で実行された。
Claims (16)
- 亜鉛、マグネシウム、カルシウム、鉄、チタンを含むとともに、シリコン、セリウム、ニッケル、ジルコニウム、スカンジウムからなるグループから選ばれる少なくとも1つの元素を含む高強度アルミニウム合金
本合金の成分の含有量は下記の通りである、質量%:
亜鉛(Zn)5〜8
マグネシウム(Mg)1.5〜2.1
カルシウム(Ca)0.10〜1.9
鉄(Fe)0.08〜0.5
チタン(Ti)0.01〜0.15
ケイ素(Si)0.08〜0.9
ニッケル(Ni)0.2〜0.4
セリウム(Ce)0.2〜0.4
ジルコニウム(Zr)0.08〜0.15
スカンジウム(Sc)0.08〜0.15
アルミニウム(Al)残り
ここでは、アルミニウム固溶体および二次析出物中の亜鉛含有量は少なくとも4質量%である。 - カルシウムは、亜鉛および鉄を共晶成分とするとともに粒径が3μm以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- カルシウムは、亜鉛、鉄およびケイ素を共晶成分とするとともに粒径が3μm以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- カルシウムは、亜鉛、鉄およびニッケルを共晶成分とするとともに粒径が3μm以下の化合物の形で合金構造に含まれることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- カルシウムは、亜鉛、鉄およびセリウムを共晶成分とするとともに粒径が3μm以下の化合物の形で合金構造中に含まれることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- 亜鉛が、アルミニウム固溶体の組成中に少なくとも5質量%の含有量で含まれることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- Ca/Fe比が>1.1であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の合金。
- Ce/Fe比が>1.1であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の合金。
- Ti+Zr+Scの合計が0.25質量%以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の合金。
- 低圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- 重力鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- 結晶化を伴う高圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- 高圧鋳造法により鋳物の形態で製造されることを特徴とする請求項1に記載の合金。
- 不活性陽極電解技術により得られたアルミニウムを含むことを特徴とする請求項1に記載の合金。
- ジルコニウムおよびスカンジウムが、主に最大20nmのサイズおよびL12型格子を有する二次析出物の形態であることを特徴とする、請求項1に記載の合金。
- アルミニウム合金の構造は、硬化剤の準安定相の二次析出物、およびカルシウム、ニッケルを含むとともに、ケイ素、セリウムおよびニッケルのグループから選ばれる1つの元素を含む共晶成分によって硬化したアルミニウム固溶体であることが重要であり、亜鉛とマグネシウムは、分散硬化による硬化相の二次析出物の形成に必要であり、カルシウム、鉄、ケイ素、セリウム、ニッケルは共晶形成元素であり、鋳造において高い加工性を保証する共晶成分の形成に必要であり、チタンはアルミニウム固溶体を改質するために必要であることを特徴とする請求項1に記載の合金。
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