JP2536256B2 - 高強度制振合金 - Google Patents
高強度制振合金Info
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- JP2536256B2 JP2536256B2 JP2207105A JP20710590A JP2536256B2 JP 2536256 B2 JP2536256 B2 JP 2536256B2 JP 2207105 A JP2207105 A JP 2207105A JP 20710590 A JP20710590 A JP 20710590A JP 2536256 B2 JP2536256 B2 JP 2536256B2
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- Japan
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- content
- alloy
- vibration damping
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- high strength
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、優れた振動減衰性能を持ち、構造物、機
械等の構成要素に使用することで、それら自体の振動や
騒音の発生を効果的に低減することのできる高強度制振
合金に関するものである。
械等の構成要素に使用することで、それら自体の振動や
騒音の発生を効果的に低減することのできる高強度制振
合金に関するものである。
公害問題の一つとして生活環境での振動、騒音が注目
されている。また、精密機械に要求される精度が微小に
なるにつれ、機器自体の振動を抑える手段を講じる必要
が生じている。このような問題や要請に対応する手段の
一つとして、振動の発生源となる構成要素自体を振動減
衰の著しく大きい材料（制振材料）に置き換える方法が
ある。
されている。また、精密機械に要求される精度が微小に
なるにつれ、機器自体の振動を抑える手段を講じる必要
が生じている。このような問題や要請に対応する手段の
一つとして、振動の発生源となる構成要素自体を振動減
衰の著しく大きい材料（制振材料）に置き換える方法が
ある。
現在までに、巨視的に一様な合金で、かつ振動減衰性
能の大きな素材がいくつか開発されており、その主なも
のとして、片状黒鉛鋳鉄、Fe基合金、Mg−Ni合金、Cu−
Mn合金、Ni−Ti合金がある。これらのうち、大量に使用
される部材については強度とコストの点からFe基合金が
最も実用的であるといえる。
能の大きな素材がいくつか開発されており、その主なも
のとして、片状黒鉛鋳鉄、Fe基合金、Mg−Ni合金、Cu−
Mn合金、Ni−Ti合金がある。これらのうち、大量に使用
される部材については強度とコストの点からFe基合金が
最も実用的であるといえる。
このFe基合金として、特公昭52−803号においてFe−A
l合金が提案されており、この合金はFeにAlを２〜８％
添加することで高い振動減衰能が得られるとされてい
る。また、特公昭56−28982号で提案されている合金
は、FeにSiを0.4〜４％、Mnを0.1〜1.5％加え、且つフ
ェライト結晶粒度番号を５番以下とした材料であり、こ
の合金はSi、MnがＮを固定して転位の運動に対する障害
をなくし、この運動が振動エネルギーを吸収するとして
いる。
l合金が提案されており、この合金はFeにAlを２〜８％
添加することで高い振動減衰能が得られるとされてい
る。また、特公昭56−28982号で提案されている合金
は、FeにSiを0.4〜４％、Mnを0.1〜1.5％加え、且つフ
ェライト結晶粒度番号を５番以下とした材料であり、こ
の合金はSi、MnがＮを固定して転位の運動に対する障害
をなくし、この運動が振動エネルギーを吸収するとして
いる。
しかし、上述したような従来の合金の制振特性は、最
近の制振性に関する高度な要求特性に対し、必ずしも満
足すべきものではない。
近の制振性に関する高度な要求特性に対し、必ずしも満
足すべきものではない。
このような問題に対し、本発明者はFeに特定の範囲で
Al、Siを添加、特にこれらを複合添加することにより、
従来にない優れた制振性能が得られることを見出した。
Al、Siを添加、特にこれらを複合添加することにより、
従来にない優れた制振性能が得られることを見出した。
すなわち、本発明の高強度制振合金は次のような構成
を有する。
を有する。
（１）Si:0.50wt％超であって且つ第１図に示すように
点A4（Al:7.05wt％、Si:0.95wt％）、B4（Al:6.5wt％、
Si:1.10wt％）、C4（Al:4.70wt％、Si:2.75wt％）、D4
（Al:2.25wt％、Si:2.45wt％）、E4（Al:1.00wt％、Si:
3.60wt％）、F4（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％超）、G
4（Al:7.50wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範囲内のA
l・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含
有量〔wt％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び
不可避的不純物からなる高強度制振合金。
点A4（Al:7.05wt％、Si:0.95wt％）、B4（Al:6.5wt％、
Si:1.10wt％）、C4（Al:4.70wt％、Si:2.75wt％）、D4
（Al:2.25wt％、Si:2.45wt％）、E4（Al:1.00wt％、Si:
3.60wt％）、F4（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％超）、G
4（Al:7.50wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範囲内のA
l・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含
有量〔wt％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び
不可避的不純物からなる高強度制振合金。
（２）Si:0.50wt％超であって且つ第２図に示すように
点A6（Al:7.45wt％、Si:0.55wt％）、B6（Al:3.30wt
％、Si:1.50wt％）、C6（Al:1.00wt％、Si:2.75wt
％）、D6（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％超）、E6（Al:7.5
0wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、M
n:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt
％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的
不純物からなる高強度制振合金。
点A6（Al:7.45wt％、Si:0.55wt％）、B6（Al:3.30wt
％、Si:1.50wt％）、C6（Al:1.00wt％、Si:2.75wt
％）、D6（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％超）、E6（Al:7.5
0wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、M
n:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt
％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的
不純物からなる高強度制振合金。
（３）Si:0.50wt％超であって且つ第３図に示すように
点A8（Al:5.35wt％、Si:0.50wt％超）、B8（Al:5.35wt
％、Si:0.80wt％）、C8（Al:3.30wt％、Si:1.00wt
％）、D8（Al:2.30wt％、Si:1.40wt％）、E8（Al:1.00w
t％、Si:2.35wt％）、F8（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％
超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋
％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量
〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強度
制振合金。
点A8（Al:5.35wt％、Si:0.50wt％超）、B8（Al:5.35wt
％、Si:0.80wt％）、C8（Al:3.30wt％、Si:1.00wt
％）、D8（Al:2.30wt％、Si:1.40wt％）、E8（Al:1.00w
t％、Si:2.35wt％）、F8（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％
超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋
％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量
〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強度
制振合金。
（４）Si:0.50wt％超であって且つ第４図に示すように
点A10（Al:4.60wt％、Si:0.50wt％超）、B10（Al:4.60w
t％、Si:0.70wt％）、C10（Al:3.20wt％、Si:0.90wt
％）、D10（Al:2.55wt％、Si:1.15wt％）、E10（Al:1.0
0wt％、Si:2.15wt％）、F10（Al:1.00wt％、Si:0.50wt
％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al
＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有
量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強
度制振合金。
点A10（Al:4.60wt％、Si:0.50wt％超）、B10（Al:4.60w
t％、Si:0.70wt％）、C10（Al:3.20wt％、Si:0.90wt
％）、D10（Al:2.55wt％、Si:1.15wt％）、E10（Al:1.0
0wt％、Si:2.15wt％）、F10（Al:1.00wt％、Si:0.50wt
％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al
＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有
量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強
度制振合金。
（５）Si:0.50wt％超であって且つ第５図に示すように
点A12（Al:4.00wt％、Si:0.50wt％超）、B12（Al:4.00w
t％、Si:0.70wt％）、C12（Al:2.40wt％、Si:0.95wt
％）、D12（Al:1.00wt％、Si:1.90wt％）、E12（Al:1.0
0wt％、Si:1.30wt％）、F12（Al:2.05wt％、Si:0.50wt
％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al
＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有
量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強
度制振合金。
点A12（Al:4.00wt％、Si:0.50wt％超）、B12（Al:4.00w
t％、Si:0.70wt％）、C12（Al:2.40wt％、Si:0.95wt
％）、D12（Al:1.00wt％、Si:1.90wt％）、E12（Al:1.0
0wt％、Si:1.30wt％）、F12（Al:2.05wt％、Si:0.50wt
％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al
＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有
量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強
度制振合金。
以下、本発明における成分組成の限定理由を説明す
る。
る。
Fe系制振合金の多くは、振動が加わったときの磁壁の
非可逆的移動による磁気−機械的ヒステリシスを振動エ
ネルギー吸収に利用するものであり、これは磁気特性と
密接な関連を持っている。一方、Fe−Al−Si三元合金
は、山本：電気学会論文集,vol.5（1944）,175.等に報
告されているように、透磁率等の磁気特性が成分比によ
って特徴的に変化することが知られている。そこで、こ
の成分系の制振性能を内部摩擦値（Q-1）を測定する方
法で調査したところ、第６図に示すような結果が得られ
た。同図によれば、Feに対しAl、Siを所定の範囲で複合
添加することにより、それぞれの単独添加では得られな
い優れた制振特性が得られることが判る。
非可逆的移動による磁気−機械的ヒステリシスを振動エ
ネルギー吸収に利用するものであり、これは磁気特性と
密接な関連を持っている。一方、Fe−Al−Si三元合金
は、山本：電気学会論文集,vol.5（1944）,175.等に報
告されているように、透磁率等の磁気特性が成分比によ
って特徴的に変化することが知られている。そこで、こ
の成分系の制振性能を内部摩擦値（Q-1）を測定する方
法で調査したところ、第６図に示すような結果が得られ
た。同図によれば、Feに対しAl、Siを所定の範囲で複合
添加することにより、それぞれの単独添加では得られな
い優れた制振特性が得られることが判る。
また、制振合金が適用される対象はほとんどが機械構
造用材料であって、このような用途ではJIS規格の最低
グレードの強度は最低限確保する必要があり、このた
め、本発明ではAl含有量を1wt％以上と規定する。な
お、このような理由から、上記第６図の供試材もAl含有
量が1wt％以下の範囲のものは除き、Mnを約1.2wt％添加
したものを用いた。
造用材料であって、このような用途ではJIS規格の最低
グレードの強度は最低限確保する必要があり、このた
め、本発明ではAl含有量を1wt％以上と規定する。な
お、このような理由から、上記第６図の供試材もAl含有
量が1wt％以下の範囲のものは除き、Mnを約1.2wt％添加
したものを用いた。
また、Siは制振特性を安定させる効果がある。すなわ
ち、第６図に示されるようなAl、Siの範囲においても、
Siが0.5wt％以下の領域では、特性のバラツキ、すなわ
ち僅かの成分変動で性能が大きく変わるという問題があ
るため、Si添加量は0.5wt％超と規定する。
ち、第６図に示されるようなAl、Siの範囲においても、
Siが0.5wt％以下の領域では、特性のバラツキ、すなわ
ち僅かの成分変動で性能が大きく変わるという問題があ
るため、Si添加量は0.5wt％超と規定する。
以上の結果から、本発明では制振特性（内部摩擦値）
としてQ-1＞４×10-3を得る場合にはAl・Siを第１図の
範囲に、Q-1＞６×10-3を得る場合にはAl・Siを第２図
の範囲に、Q-1＞８×10-3を得る場合にはAl・Siを第３
図の範囲に、Q-1＞1.0×10-2を得る場合にはAl・Siを第
４図の範囲に、Q-1＞1.2×10-2を得る場合にはAl・Siを
第５図の範囲に、それぞれ規定する。
としてQ-1＞４×10-3を得る場合にはAl・Siを第１図の
範囲に、Q-1＞６×10-3を得る場合にはAl・Siを第２図
の範囲に、Q-1＞８×10-3を得る場合にはAl・Siを第３
図の範囲に、Q-1＞1.0×10-2を得る場合にはAl・Siを第
４図の範囲に、Q-1＞1.2×10-2を得る場合にはAl・Siを
第５図の範囲に、それぞれ規定する。
Mnは反強磁性元素であり、それ自体は制振特性向上に
効果はないが、本発明では強度を確保するため、0.1wt
％以上添加する。しかし、Mnの大量添加は制振特性を劣
化させることが予想される。第２表は制振特性に及ぼす
Mn量の影響を調べたものであり、Mn量をAl量とSi量の合
計以下とすれば、制振特性の劣化を防止できることが判
る。以上の理由からMnは0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但
し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）
の範囲とする。
効果はないが、本発明では強度を確保するため、0.1wt
％以上添加する。しかし、Mnの大量添加は制振特性を劣
化させることが予想される。第２表は制振特性に及ぼす
Mn量の影響を調べたものであり、Mn量をAl量とSi量の合
計以下とすれば、制振特性の劣化を防止できることが判
る。以上の理由からMnは0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但
し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）
の範囲とする。
また、その他の不純物については、以下のような観点
から規制することが望ましい。
から規制することが望ましい。
Ｃは侵入型固溶元素であり、磁壁の易動度を減少さ
せ、制振特性を劣化させるため、0.01wt％以下とするこ
とが望ましい。
せ、制振特性を劣化させるため、0.01wt％以下とするこ
とが望ましい。
ＮもＣと同様の理由で制振性能を劣化させるため、0.
01wt％以下とすることが望ましい。
01wt％以下とすることが望ましい。
ＯもＣ、Ｎと同様の理由で制振性能を劣化させるた
め、0.01wt％以下とすることが望ましい。
め、0.01wt％以下とすることが望ましい。
Ｐは粒界に偏析し、加工性を劣化させるため、0.01wt
％以下とすることが望ましい。
％以下とすることが望ましい。
Ｓは熱間加工性を劣化させるため、0.01wt％以下とす
ることが望ましい。
ることが望ましい。
第１表に示す化学組成の本発明合金及び比較合金（い
ずれも、C:10〜30ppm,N:2〜26ppm）について、制振特性
を評価するため内部摩擦値Q-1を測定した。各合金は溶
製後、鋳型にて鋼塊とし、これを1200〜1250℃に加熱
後、厚さ6mmまで熱間圧延した。この素材から厚さ0.8mm
×幅10mm×長さ100mmの板を切り出し、1050℃で真空焼
鈍して試験片とした。上記内部摩擦の測定では、試験片
に真空中で両端自由端の横振動を加え、その自由減衰曲
線から内部摩擦を求めた。その結果を第１表に併せて示
す。
ずれも、C:10〜30ppm,N:2〜26ppm）について、制振特性
を評価するため内部摩擦値Q-1を測定した。各合金は溶
製後、鋳型にて鋼塊とし、これを1200〜1250℃に加熱
後、厚さ6mmまで熱間圧延した。この素材から厚さ0.8mm
×幅10mm×長さ100mmの板を切り出し、1050℃で真空焼
鈍して試験片とした。上記内部摩擦の測定では、試験片
に真空中で両端自由端の横振動を加え、その自由減衰曲
線から内部摩擦を求めた。その結果を第１表に併せて示
す。
第６図は第１表に示した値をもとにFe−Al−Si三元合
金の内部摩擦値を等高線表示したものである。図中の各
曲線は内部摩擦値が等しい点を結んだものであり、各曲
線に付したマスの中の数字は、内部摩擦値を×10-3の単
位で表示したものである。
金の内部摩擦値を等高線表示したものである。図中の各
曲線は内部摩擦値が等しい点を結んだものであり、各曲
線に付したマスの中の数字は、内部摩擦値を×10-3の単
位で表示したものである。
また第２表は、上記と同様の方法で得られた試験片に
ついて、同様の内部摩擦測定方法により制振特性に及ぼ
すMn量の影響を調べたものである。
ついて、同様の内部摩擦測定方法により制振特性に及ぼ
すMn量の影響を調べたものである。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明の合金は優れた強度と制振
性能を有しており、振動、騒音防止材料として有用なも
のである。
性能を有しており、振動、騒音防止材料として有用なも
のである。
第１図ないし第５図は、本発明の規定するAl・Siの範囲
を示す図面である。第６図はFe−Al−Si合金系の内部摩
擦値を等高線表示した図面である。
を示す図面である。第６図はFe−Al−Si合金系の内部摩
擦値を等高線表示した図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 武海 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 三瓶 哲也 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−6119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−119213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−89455（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】Si:0.50wt％超であって且つ第１図に示す
ように点A4（Al:7.05wt％、Si:0.95wt％）、B4（Al:6.5
wt％、Si:1.10wt％）、C4（Al:4.70wt％、Si:2.75wt
％）、D4（Al:2.25wt％、Si:2.45wt％）、E4（Al:1.00w
t％、Si:3.60wt％）、F4（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％
超）、G4（Al:7.50wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範
囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％
Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部
Fe及び不可避的不純物からなる高強度制振合金。 - 【請求項２】Si:0.50wt％超であって且つ第２図に示す
ように点A6（Al:7.45wt％、Si:0.55wt％）、B6（Al:3.3
0wt％、Si:1.50wt％）、C6（Al:1.00wt％、Si:2.75wt
％）、D6（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％超）、E6（Al:7.5
0wt％、Si:0.50wt％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、M
n:0.1wt％〜〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt
％〕、％Si:Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的
不純物からなる高強度制振合金。 - 【請求項３】Si:0.50wt％超であって且つ第３図に示す
ように点A8（Al:5.35wt％、Si:0.50wt％超）、B8（Al:
5.35wt％、Si:0.80wt％）、C8（Al:3.30wt％、Si:1.00w
t％）、D8（Al:2.30wt％、Si:1.40wt％）、E8（Al:1.00
wt％、Si:2.35wt％）、F8（Al:1.00wt％、Si:0.50wt％
超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜〔％Al＋
％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:Si含有量
〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からなる高強度
制振合金。 - 【請求項４】Si:0.50wt％超であって且つ第４図に示す
ように点A10（Al:4.60wt％、Si:0.50wt％超）、B10（A
l:4.60wt％、Si:0.70wt％）、C10（Al:3.20wt％、Si:0.
90wt％）、D10（Al:2.55wt％、Si:1.15wt％）、E10（A
l:1.00wt％、Si:2.15wt％）、F10（Al:1.00wt％、Si:0.
50wt％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜
〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:
Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からな
る高強度制振合金。 - 【請求項５】Si:0.50wt％超であって且つ第５図に示す
ように点A12（Al:4.00wt％、Si:0.50wt％超）、B12（A
l:4.00wt％、Si:0.70wt％）、C12（Al:2.40wt％、Si:0.
95wt％）、D12（Al:1.00wt％、Si:1.90wt％）、E12（A
l:1.00wt％、Si:1.30wt％）、F12（Al:2.05wt％、Si:0.
50wt％超）で囲まれる範囲内のAl・Si、Mn:0.1wt％〜
〔％Al＋％Si〕（但し、％Al:Al含有量〔wt％〕、％Si:
Si含有量〔wt％〕）、残部Fe及び不可避的不純物からな
る高強度制振合金。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207105A JP2536256B2 (ja) | 1990-08-04 | 1990-08-04 | 高強度制振合金 |
| EP91913672A EP0495121B1 (en) | 1990-08-04 | 1991-08-02 | High strength damping alloy |
| PCT/JP1991/001037 WO1992002653A1 (en) | 1990-08-04 | 1991-08-02 | High strength damping alloy |
| US07/847,057 US5330706A (en) | 1990-08-04 | 1991-08-02 | Vibration-damping alloy of high strength |
| DE69125473T DE69125473T2 (de) | 1990-08-04 | 1991-08-02 | Hochfeste legierung mit hoher dämpfung |
| KR1019920700702A KR0127997B1 (ko) | 1990-08-04 | 1992-03-28 | 고강도 제진합금 |
| NO921267A NO921267D0 (no) | 1990-08-04 | 1992-04-01 | Vibrasjonsdempende legering med hoey styrke |
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