JP2602893B2 - Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability - Google Patents

Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability

Info

Publication number
JP2602893B2
JP2602893B2 JP9662488A JP9662488A JP2602893B2 JP 2602893 B2 JP2602893 B2 JP 2602893B2 JP 9662488 A JP9662488 A JP 9662488A JP 9662488 A JP9662488 A JP 9662488A JP 2602893 B2 JP2602893 B2 JP 2602893B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strength
alloy
aluminum alloy
aluminum
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9662488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01268838A (en
Inventor
保夫 小林
道広 与田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Aluminum Co Ltd filed Critical Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority to JP9662488A priority Critical patent/JP2602893B2/en
Publication of JPH01268838A publication Critical patent/JPH01268838A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2602893B2 publication Critical patent/JP2602893B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高強度、且つ、鍛造性に優れたアルミニ
ウム合金部材に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum alloy member having high strength and excellent forgeability.

〔従来の技術〕 内燃機関に用いられるコネクテェングロッド(以下コ
ンロッドと称す)には、高温強度、高い信頼性、低コス
トが要求され、従来は鉄鋼が使用されている。コンロッ
ドはピストンの上下運動に伴なう高速運動を行なうこと
から、これを軽量化することによりエネルギー損失を著
しく軽減できるので、比重が鉄鋼に比べ約1/3であるア
ルミニウム合金の使用が検討されてきた。
[Prior Art] Connecting rods (hereinafter referred to as connecting rods) used in internal combustion engines are required to have high-temperature strength, high reliability, and low cost, and conventionally, steel is used. Since the connecting rod performs high-speed movement accompanying the vertical movement of the piston, energy loss can be significantly reduced by reducing the weight of the connecting rod.Therefore, the use of an aluminum alloy whose specific gravity is about 1/3 that of steel is considered. Have been.

しかし、従来の溶解鋳造法によるアルミニウム合金は
高温強度が不足しているため、一部の軽負荷エンジンに
採用されているに過ぎないのが現状である。
However, at present, aluminum alloys produced by the conventional melting and casting method are only used in some light-load engines because of their insufficient high-temperature strength.

一方、急冷凝固および粉末冶金法による新種のアルミ
ニウム合金は、その強度、高温強度および耐摩耗性等
が、従来の溶解鋳造法による鋳物合金または展伸用合金
と比べ、飛躍的に優れていることが判明し、近年コンロ
ッドへの応用が盛んに試みられている。
On the other hand, the new type of aluminum alloy produced by rapid solidification and powder metallurgy has a remarkably superior strength, high-temperature strength and wear resistance, compared with the conventional casting alloy or the wrought alloy produced by melt casting. The application to connecting rods has been actively attempted in recent years.

例えば、急冷凝固・粉末冶金法の利点を生かし、同法
によって従来の溶解鋳造法によるアルミニウム合金より
もはるかに多量のFeおよびSiを含有させた“Al−Fe−そ
の他遷移金属元素”からなる多元合金およびAl/Si系合
金は、コンロッドの使用環境である約200℃以下での高
温強度に優れ、鉄鋼製のコンロッドより負荷断面形状を
幾分大きく設計することによって強度上は十分なコンロ
ッドを製造できる。
For example, taking advantage of the rapid solidification / powder metallurgy method, this method is a multi-element consisting of “Al-Fe-other transition metal elements” containing much more Fe and Si than aluminum alloys produced by the conventional melting and casting method. Alloys and Al / Si-based alloys have excellent high-temperature strength at about 200 ° C or lower, which is the operating environment for connecting rods.By designing the load cross-sectional shape to be somewhat larger than that of steel connecting rods, manufacture sufficient connecting rods for strength. it can.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、鉄鋼製コンロッドの大半は信頼性の高
い熱間鍛造材である。従って、アルミニウム合金製のコ
ンロッドについても熱間鍛造材を用いることが望ましい
のであるが、SiおよびFe、または、その他の遷移金属元
素を多量に含む急冷凝固・粉末冶金法によるアルミニウ
ム合金は、鉄鋼または従来の溶解鍛造法によるアルミニ
ウム合金と比べても熱間鍛造性に劣るのが問題である。
However, most steel connecting rods are reliable hot forgings. Therefore, it is desirable to use a hot forging material also for a connecting rod made of an aluminum alloy, but an aluminum alloy by rapid solidification / powder metallurgy containing a large amount of Si and Fe or other transition metal elements is iron or steel. The problem is that hot forgeability is inferior to that of an aluminum alloy obtained by a conventional melting forging method.

これは、一般に高温強度と熱間鍛造性とは、相反する
特性であることによる。このように、熱間鍛造性が低い
と鍛造工程が特殊、煩雑となって製造コストの増大を招
き、また微小な鍛造欠陥の存在により信頼性が低下する
ので、コンロッドとしては致命的問題である。
This is because high temperature strength and hot forgeability are generally contradictory properties. As described above, if the hot forgeability is low, the forging process becomes special and complicated, leading to an increase in manufacturing cost, and the presence of minute forging defects lowers reliability, which is a fatal problem as a connecting rod. .

従って、この発明の目的は、特にコンロッド用として
200℃以下での高温強度に優れ、且つ、熱間鍛造性に優
れたアルミニウム合金部材を提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is particularly for connecting rods.
An object of the present invention is to provide an aluminum alloy member having excellent high-temperature strength at 200 ° C. or lower and excellent hot forgeability.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者等は、急冷凝固・粉末冶金法による種々の組
成のアルミニウム合金の、室温から熱間鍛造温度まで
の、強度および成形性について鋭意研究を重ねた。その
結果、限定された範囲のAl−Fe−Mg合金に、さらに比較
的少量の遷移金属元素および耐火金属元素等を含む合金
では、約200℃までの高温強度に優れ、且つ、熱間鍛造
温度である約400℃以上では成形性が良好となるとの知
見を得た。
The present inventors have conducted intensive studies on the strength and formability of aluminum alloys of various compositions by rapid solidification and powder metallurgy from room temperature to hot forging temperature. As a result, a limited range of Al-Fe-Mg alloys, alloys containing a relatively small amount of transition metal elements and refractory metal elements, etc., have excellent high-temperature strength up to about 200 ° C, and have a hot forging temperature. At about 400 ° C. or higher, it was found that the moldability was good.

この発明は、上述の知見に基づいてなされたものであ
って、 Fe:5.0wt.%〜12.0wt.%, Mg:0.5wt.%〜4.0wt.%, および、 Ti,V,Cr,ZrおよびMoからなる群から選んだ少なくとも
1つの元素、 :0.1wt.%〜2.0wt.%, 残部:アルミニウムおよび不可避的不純物、 からなるアルミニウム合金の急冷凝固粉末を、粉末冶金
法により成形固化してなることに特徴を有するものであ
り、 さらに、 Fe:5.0wt.%〜12.0wt.%, Mg:0.5wt.%〜4.0wt.%, および Ti,V,Cr,ZrおよびMoからなる群から選んだ少なくとも
1つの元素、 :0.1wt.%〜2.0wt.%, および、 Mn,CoおよびNiからなる群から選んだ少なくとも1つ
の元素を、前記Feとの合計量で、 :5.1wt.%〜12.0wt.%, 残部:アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金の急冷凝固粉末を、粉末冶金法により成形
固化してなることに特徴を有するものである。
The present invention has been made on the basis of the above findings, and includes Fe: 5.0 wt.% To 12.0 wt.%, Mg: 0.5 wt.% To 4.0 wt.%, And Ti, V, Cr, Zr. And at least one element selected from the group consisting of Mo and Mo: from 0.1 wt.% To 2.0 wt.%, With the balance being aluminum and unavoidable impurities. And Fe: 5.0 wt.% To 12.0 wt.%, Mg: 0.5 wt.% To 4.0 wt.%, And from the group consisting of Ti, V, Cr, Zr and Mo. At least one element selected from the group consisting of: 0.1 wt.% To 2.0 wt.%, And at least one element selected from the group consisting of Mn, Co and Ni; 〜12.0wt.%, Balance: A rapidly solidified powder of aluminum alloy consisting of aluminum and unavoidable impurities, formed and solidified by powder metallurgy And it has a feature.

次に、この発明において、化学成分組成範囲を、上述
のように限定した理由について以下に述べる。
Next, in the present invention, the reason why the chemical component composition range is limited as described above will be described below.

鉄(Fe): 鉄は最も廉価な遷移金属元素であり、急冷凝固・粉末
冶金法によりアルミニウム中に過飽和固溶また微細に分
散析出させると、強度が著しく向上する。
Iron (Fe): Iron is the most inexpensive transition metal element. Its strength is remarkably improved when it is supersaturated in aluminum or finely dispersed and precipitated in aluminum by rapid solidification and powder metallurgy.

また、鉄は熱拡散が遅いのでAl/Fe合金は高温強度に
も優れている。
Also, since iron has a slow thermal diffusion, Al / Fe alloys are also excellent in high-temperature strength.

この為、高温強度が要求されるコンロッド用の急冷凝
固・粉末冶金の主成分として適している。
Therefore, it is suitable as a main component of rapid solidification / powder metallurgy for connecting rods requiring high-temperature strength.

しかしながら、Feの含有量が5.0wt.%未満では所望の
室温から約200℃までの強度が十分得られない。一方、F
eの含有量が12.0wt.%を超えても、強度向上効果がほと
んど見られないだけでなく、かえって室温付近での延性
および熱間鍛造性が著しく低下する。
However, if the Fe content is less than 5.0 wt.%, The desired strength from room temperature to about 200 ° C. cannot be sufficiently obtained. Meanwhile, F
If the content of e exceeds 12.0 wt.%, not only the strength improving effect is hardly observed, but also the ductility and hot forgeability around room temperature are significantly reduced.

従って、Feの含有量は5.0wt.%〜12.0wt.%の範囲に
限定すべきである。
Therefore, the content of Fe should be limited to the range of 5.0 wt.% To 12.0 wt.%.

マグネシウム(Mg): 急冷凝固・粉末冶金法によるAl/Fe系合金にMgを添加
すると、室温から約200℃までの強度が増大する。
Magnesium (Mg): When Mg is added to an Al / Fe alloy by rapid solidification and powder metallurgy, the strength from room temperature to about 200 ° C increases.

従来、溶解鋳造法によるアルミニウム合金においても
Mgの添加は強度向上に有効であることが知られていた。
これは、MgがAl中に固溶して塑性変形に必要な格子転位
の運動に対し抵抗となること、すなわち固溶硬化による
ものと理解されている。急冷凝固・粉末冶金法によるAl
/Fe系合金においても約200℃までのMgの強度向上効果
は、同じく固溶硬化によるものと考えられる。
Conventionally, even for aluminum alloys by melt casting
It has been known that the addition of Mg is effective for improving the strength.
This is understood to be due to the fact that Mg forms a solid solution in Al and resists the movement of lattice dislocation required for plastic deformation, that is, solid solution hardening. Al by rapid solidification and powder metallurgy
It is considered that the effect of increasing the strength of Mg up to about 200 ° C. in the case of / Fe-based alloys is also due to solid solution hardening.

一方、約200℃以上ではAl−Fe−Mg系合金はAl−Fe系
合金に比べて強度低下が大きく、従って高温での成形性
は向上することが判明した。
On the other hand, at about 200 ° C. or higher, it was found that the strength of the Al—Fe—Mg alloy was greatly reduced as compared with the Al—Fe alloy, and that the formability at high temperatures was improved.

Al−Fe合金は基本的に分散強化型の合金である。すな
わち急冷凝固・粉末冶金法によりAlマトリックスのなか
に微細なAl−Fe金属間化合物が分散し、運動転位の障害
となって強化される。
Al-Fe alloys are basically dispersion strengthened alloys. That is, the fine Al-Fe intermetallic compound is dispersed in the Al matrix by the rapid solidification / powder metallurgy method, and the fine Al-Fe intermetallic compound is hindered by kinetic dislocation and strengthened.

しかし、このような分散強化型合金に固溶硬化が加味
された場合、室温から一定温度までは前記両強化機構が
加算されるが、一定温度以上では相殺硬化が生ずるよう
である。
However, when solid solution hardening is added to such a dispersion strengthened alloy, the above two strengthening mechanisms are added from room temperature to a certain temperature, but offset hardening seems to occur at a certain temperature or more.

実際Al−Fe−Mg系合金は、これと同量のFeおよびその
他少量の遷移金属元素を含むAl−Fe系合金と比べて、室
温では強度が向上するが、一定温度以上ではむしろ強度
が低下し、延性は向上することが判明した。
In fact, the strength of Al-Fe-Mg-based alloys at room temperature is higher than that of Al-Fe-based alloys containing the same amount of Fe and other small amounts of transition metal elements, but rather decreases at a certain temperature or higher. It was found that the ductility was improved.

また、Mg含有量が多くなるほど強度低下が著しくなる
温度が低温側に移行することもわかった。
It was also found that as the Mg content increased, the temperature at which the strength was significantly reduced shifted to the lower temperature side.

これらの知見を利用して、コンロッドの使用温度内で
高強度を示し、コンロッドを製造する際の熱間鍛造温度
では高い成形性を示すように、適当な組成範囲のAl−Fe
−Mg系合金を選択することができる。
Utilizing these findings, Al-Fe in an appropriate composition range to show high strength within the operating temperature of the connecting rod and to show high formability at the hot forging temperature when manufacturing the connecting rod.
-Mg based alloy can be selected.

すなわち、Mgの含有量が0.5wt.%未満では室温から約
200℃までの温度範囲で所望の強度向上が得られず、さ
らに、よる高温での成形性の向上にも効果がない。一
方、Mgの含有量が4.0wt.%を超えると、200℃付近でも
強度低下が大きくなって所望の強度が得られず、また、
Al−Fe−Mg金属間化合物およびAl−Fe−その他遷移金属
−Mg金属間化合物の形成、粗大化による室温延性の低下
も顕著となる。
That is, if the Mg content is less than 0.5 wt.
In the temperature range up to 200 ° C., the desired improvement in strength cannot be obtained, and further, there is no effect in improving the moldability at a high temperature. On the other hand, if the Mg content exceeds 4.0 wt.%, The strength decreases greatly even at around 200 ° C., and the desired strength cannot be obtained.
The formation and coarsening of Al-Fe-Mg intermetallic compound and Al-Fe-other transition metal-Mg intermetallic compound also significantly reduce the room-temperature ductility.

従って、Al−Fe−その他遷移金属系合金に対するMgの
含有量は0.5wt.%〜4.0wt.%の範囲に限定すべきであ
る。
Therefore, the content of Mg relative to the Al-Fe-other transition metal alloy should be limited to the range of 0.5 wt.% To 4.0 wt.%.

チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジ
ルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo): これらの遷移金属元素は、アルミニウムと包晶系をな
し、鉄等アルミニウムと伴晶系をなす元素に比べ比較的
少量の添加で強度向上効果が大きい。しかしいずれも希
少元素であって高価であり、且つ、合金の融点を著しく
高温にする作用があるため、アルミニウムとの二元合金
として実用に供するには生産性および経済性に問題があ
る。
Titanium (Ti), Vanadium (V), Chromium (Cr), Zirconium (Zr), Molybdenum (Mo): These transition metal elements are peritectic with aluminum, and are eutectic with aluminum such as iron The effect of improving strength is greater with the addition of a relatively small amount. However, each of them is a rare element, is expensive, and has an effect of raising the melting point of the alloy to a remarkably high temperature. Therefore, there is a problem in productivity and economy in putting it into practical use as a binary alloy with aluminum.

しかしAl−Fe合金にこれらの元素を少量添加したAl−
Fe−X(X:Ti,V,Ci,Zr,Mo)合金は、たとえAl−Fe二元
合金におけるFe含有量より、Al−Fe−X三元以上の合金
におけるFe+X量が少なくとも、むしろ室温・高温強度
が増大することが知られている。従って、種々の急冷凝
固・粉末冶金法によるAl−Fe−X合金が提案されてい
る。但し、これらの多元合金においてもXの含有量が多
くなるほど強度は向上するが、延性、熱間鍛造での成形
性が低下し、また原料費の高騰、融点の上昇による合金
製造、粉末製造時の問題が生ずる。
However, Al-Fe alloys with small amounts of these elements added to Al-Fe alloys
Fe—X (X: Ti, V, Ci, Zr, Mo) alloys have a Fe + X content in an Al—Fe—X ternary or higher alloy that is at least room temperature rather than the Fe content in an Al—Fe binary alloy. -It is known that high-temperature strength increases. Therefore, various Al-Fe-X alloys by rapid solidification and powder metallurgy have been proposed. However, even in these multi-element alloys, the strength increases as the X content increases, but the ductility, the formability in hot forging decrease, and the raw material costs rise, the alloy production due to the rise in melting point, and the powder production. Problem arises.

本発明においても、これらのX(X:Ti,V,Cr,Zr,Mo)
の添加はコンロッドに使用するための約200℃までの強
度を得るのに必須の添加元素であり、また、これらの元
素を含有しない場合、後述する粉末の固化、成形工程で
の熱・加工履歴による合金の強度低下が大きくなり過ぎ
て実用に供せなくなる問題も生ずる。
Also in the present invention, these X (X: Ti, V, Cr, Zr, Mo)
Is an essential element for obtaining strength up to about 200 ° C for use in connecting rods. If these elements are not contained, the solidification of powder described later and the heat and processing history in the molding process In addition, there is also a problem that the strength of the alloy is greatly reduced due to the above, and the alloy cannot be put to practical use.

一方、本発明は適量のMgを必須元素として含有する。
そして、Mgは約200℃までの強度向上に効果があるの
で、これらの元素X(X:Ti,V,Cr,Zr,Mo)の中の少なく
とも1つの総含有量を生産性や経済性の問題が過大とな
らない範囲に抑えることが可能である。
On the other hand, the present invention contains an appropriate amount of Mg as an essential element.
Since Mg is effective in improving the strength up to about 200 ° C., the total content of at least one of these elements X (X: Ti, V, Cr, Zr, Mo) is determined based on productivity and economic efficiency. It is possible to keep the problem within a range that does not become excessive.

しかしながら、Xの総含有量が0.1wt.%未満では強度
向上効果が不十分であり、また、熱・加工履歴によるコ
ンロッド部材強度の低下が大き過ぎる。一方、Xの総含
有量が2.0wt.%を超えると、室温付近での延性の低下、
熱間加工性の低下、原料費の高騰および合金粉末製造時
の困難さの増大等が生じるので好ましくない。
However, if the total content of X is less than 0.1 wt.%, The effect of improving the strength is insufficient, and the reduction in the strength of the connecting rod member due to the heat and processing history is too large. On the other hand, if the total content of X exceeds 2.0 wt.%, The ductility decreases near room temperature,
It is not preferable because the hot workability is reduced, the raw material cost is increased, and the difficulty in producing the alloy powder is increased.

従って、Al−5.0wt.%〜12.0wt.%Fe−0.5wt.%〜4.0
wt.%Mg合金に対するTi,V,Cr,Zr,Moの含有量は総量で0.
1wt.%〜2.0wt.%の範囲に限定すべきである。
Therefore, Al-5.0 wt.%-12.0 wt.% Fe-0.5 wt.%-4.0
The total content of Ti, V, Cr, Zr, and Mo in the wt.% Mg alloy is 0.
It should be limited to the range 1 wt.% To 2.0 wt.%.

マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni): これらの遷移金属元素はFeと同じくアルミニウムと共
晶系をなし、Al−Fe合金に含有させた場合、前述の包晶
系をなす元素群ほど強度向上効果は大きくない。
Manganese (Mn), Cobalt (Co), Nickel (Ni): These transition metal elements, like Fe, form a eutectic system with aluminum, and when contained in an Al-Fe alloy, form the peritectic system described above. The strength improvement effect is not as great as the group.

しかし、急冷凝固・粉末冶金法によるAl−Fe合金とAl
−Fe−Y(Y:Mn,Co,Ni)合金とでは、前者のFeと後者の
Fe+Yとが等量の場合、後者のAl−Fe−Y合金の方が強
度および延性において上回ることが多い。
However, Al-Fe alloy and Al by rapid solidification and powder metallurgy
-Fe-Y (Y: Mn, Co, Ni) alloys, the former Fe and the latter
When the amount of Fe + Y is the same, the latter Al-Fe-Y alloy is often superior in strength and ductility.

本発明のAl−Fe−Mg−X合金で鉄の一部をYで置換し
た場合も、同様の効果が得られる。一方、Fe+Mn+Co+
Niの総含有量が過多になると、やはり室温付近での延性
の低下、および、熱間鍛造性等の成形性が低下する。
Similar effects can be obtained when a part of iron is replaced with Y in the Al-Fe-Mg-X alloy of the present invention. On the other hand, Fe + Mn + Co +
If the total content of Ni is excessive, ductility near room temperature and formability such as hot forgeability also deteriorate.

従って、Fe+Mn+Co+Niの含有量は合計量で5.1wt.%
〜12.0wt.%の範囲内に限定すべきである。
Therefore, the content of Fe + Mn + Co + Ni is 5.1 wt.% In total.
It should be limited to the range of ~ 12.0 wt.%.

但し、NiおよびCoは比較的高価であるので、その含有
量はFeに比して十分少なく抑えることが好ましい。
However, since Ni and Co are relatively expensive, it is preferable to suppress the content thereof sufficiently lower than that of Fe.

本発明の合金の組成に関する構成は以上の通りである
が、本構成の細部における変更は当業者によって容易に
なし得よう。
Although the configuration relating to the composition of the alloy of the present invention is as described above, changes in the details of the configuration can be easily made by those skilled in the art.

例えば、CuおよびSiは固溶硬化および分散強化の双方
に寄与して急冷凝固・粉末冶金法によるAl−Fe−Mg−X
合金およびAl−Fe−Mg−X−Y合金の強度を向上させる
可能性を有する。
For example, Cu and Si contribute to both solid solution hardening and dispersion strengthening and Al-Fe-Mg-X by rapid solidification and powder metallurgy.
It has the potential to improve the strength of the alloy and the Al-Fe-Mg-XY alloy.

従って、これらの元素の少量添加も、本発明の室温か
ら約200℃までの強度と延性、および、熱間鍛造性等を
阻害しない限りにおいて有効である。
Therefore, the addition of small amounts of these elements is effective as long as the strength and ductility from room temperature to about 200 ° C. of the present invention and the hot forgeability are not impaired.

次に、本発明のアルミニウム合金部材をアルミニウム
合金から成形固化する方法、即ち、急冷凝固粉末の製法
および粉末冶金法による粉末固化方法について述べる。
Next, a method for molding and solidifying the aluminum alloy member of the present invention from an aluminum alloy, that is, a method for producing a rapidly solidified powder and a method for solidifying the powder by powder metallurgy will be described.

前述したように、本発明のアルミニウム合金部材は、
アルミニウム合金の急冷凝固粉末を粉末冶金法によって
成形固化してなるものである。
As described above, the aluminum alloy member of the present invention is:
It is formed by rapidly solidifying a rapidly solidified aluminum alloy powder by powder metallurgy.

急冷凝固粉末の製法: 現在、溶解鋳造法によるアルミニウム合金であって工
業的に広く利用されているものの凝固速度は約10℃/sec
以下である。
Manufacturing method of rapidly solidified powder: Currently, aluminum alloys by the melt casting method, which are widely used industrially, have a solidification rate of about 10 ° C / sec.
It is as follows.

一方、本発明においてアルミニウム合金の凝固速度は
少なくとも102℃/sec以上、好ましくは103/sec以上を必
要とする。このためには、公知の空気アトマイズ法が、
現在のところ最も量産性および経済性にかなう急冷凝固
粉末の製法であり、本発明にも適している。この空気ア
トマイズ法によるアルミニウム合金粉末において、粗大
粉末をふるい分けすれば、約103℃/sec以上の凝固速度
が得られる。
On the other hand, in the present invention, the solidification rate of the aluminum alloy needs to be at least 10 2 ° C / sec or more, preferably 10 3 / sec or more. For this purpose, a known air atomization method is used.
At present, it is a method for producing rapidly solidified powder that is most suitable for mass production and economy, and is also suitable for the present invention. When the coarse powder is sieved in the aluminum alloy powder by the air atomization method, a solidification rate of about 10 3 ° C / sec or more can be obtained.

この他にも、種々の急冷凝固粉末、薄片およびリボン
の製法が知られており、この中には105℃/sec以上の凝
固速度が得られる方法もある。
In addition, various methods for producing rapidly solidified powders, flakes and ribbons are known, and among them, there is a method capable of obtaining a solidification rate of 10 5 ° C / sec or more.

しかし後述するように、アルミニウム合金粉末の固化
には熱間成形が不可欠であり、このときに急冷凝固組織
の熱分解が生ずる。従って、必ずしも前述のような高い
凝固速度の利点を行かせず、かえって量産性および経済
性の問題が残ることが多い。
However, as described later, hot compaction is indispensable for solidifying the aluminum alloy powder, and at this time, thermal decomposition of the rapidly solidified structure occurs. Therefore, the advantage of the high solidification rate as described above is not always achieved, and the problems of mass productivity and economic efficiency often remain.

粉末冶金法による粉末固化方法: 急冷凝固によって得られた粉末、薄片またはリボンを
粉砕した粉末を固化するには、少なくとも一度は熱間成
形を行なう必要がある。アルミニウム合金粉末の表面は
薄い強固な酸化皮膜で覆われており、通常の焼結法によ
っては固化できない。
Powder solidification method by powder metallurgy method: In order to solidify powder obtained by rapid solidification, powder obtained by crushing flakes or ribbons, it is necessary to perform hot forming at least once. The surface of the aluminum alloy powder is covered with a thin strong oxide film, and cannot be solidified by a normal sintering method.

また信頼性の高い強度部材としては空隙の無い、相対
密度が100%の固化を行なう必要がある。さらに、酸化
皮膜を破壊して粉末間の金属結合を得るには、熱間での
一定量以上の塑性変形を与える必要がある。
Further, as a highly reliable strength member, it is necessary to perform solidification with no voids and a relative density of 100%. Further, in order to break the oxide film and obtain a metal bond between the powders, it is necessary to give a certain amount or more of plastic deformation during heating.

これらの条件を満足するアルミニウム合金粉末の固化
成形工程として、圧縮成形によるビレットの成形、脱ガ
ス、熱間押出および熱間鍛造を記述の順序で順次行なう
のが最も一般的である。
As a solidification molding process of an aluminum alloy powder satisfying these conditions, it is most common to sequentially perform a billet molding by compression molding, degassing, hot extrusion and hot forging in the order described.

コンロッド用のアルミニウム合金部材への成形加工法
として熱間押出を省き、予備成形体の圧縮成形、熱間鍛
造からなる短縮工程で、強度および信頼性共に十分なも
のが得られれば、生産性および経済性の両面において有
利である。しかし、現状では熱間押出工程を省いたもの
は、同工程を含むものと同等の特性を得るには至ってい
ない。
If hot extrusion is omitted as a method of forming into an aluminum alloy member for connecting rods, compression molding of the preformed body, a shortening process consisting of hot forging, if sufficient strength and reliability are obtained, productivity and This is advantageous in both economical aspects. However, at the present time, those excluding the hot extrusion step have not yet achieved the same properties as those including the hot extrusion step.

これらの固化、成形および鍛造工程における熱および
加工履歴はコンロッドの特性に影響を与える。最も重要
な点は、合金中の分散強化粒子の粗大化による強度低下
を最小限とすることである。
The heat and working history of these solidification, forming and forging processes affects the properties of the connecting rod. Most importantly, the reduction in strength due to coarsening of the dispersion strengthened particles in the alloy is minimized.

本発明においては、これらの熱間工程の温度を500℃
以下とすること、好ましくは460℃以下とすることによ
り所望の特性が保持される。
In the present invention, the temperature of these hot steps is set to 500 ° C.
By keeping the temperature at or below, preferably at 460 ° C. or lower, desired characteristics are maintained.

〔発明の実施例〕(Example of the invention)

次に、この発明を実施例により説明する。 Next, the present invention will be described with reference to examples.

第1表に示す本発明の範囲内の成分組成を有する合金
No.1〜No.10、および、本発明の範囲外の成分組成を有
する比較合金No.1〜No.9を各々溶製した。これらの合金
の各々を再溶解し、空気アトマイズ法により急例凝固粉
末とした。アトマイズ条件の設定、および、アトマイズ
粉末のふるい分けより、−100メッシュ(ふるいの目開
き149μm以下)、平均粒径45μmの粉末を得た。これ
らの粉末の各々の粉末断面の合金組織を解析した結果、
これらの粉末の凝固速度は103〜104℃/sec程度であっ
た。
Alloys having a component composition within the scope of the present invention shown in Table 1
No. 1 to No. 10 and comparative alloys No. 1 to No. 9 having component compositions outside the range of the present invention were produced, respectively. Each of these alloys was redissolved and made into a rapidly solidified powder by an air atomizing method. By setting the atomizing conditions and sieving the atomized powder, a powder having a mesh size of -100 mesh (a sieve opening of 149 μm or less) and an average particle size of 45 μm was obtained. As a result of analyzing the alloy structure of the cross section of each of these powders,
The solidification rate of these powder was 10 3 ~10 4 ℃ / sec approximately.

これらの粉末の各々を400℃で真空脱ガスした後に熱
間プレスし、直径150mmのビレットを成形した。そし
て、これらのビレットの各々を420℃に加熱して熱間押
出を行ない、押出比11で直径45mmの押出丸棒に調製し、
本発明の合金部材の供試体(以下本発明の供試体と称
す)No.1〜No.10、および、比較用合金部材の供試体
(以下比較用供試体と称す)No.1〜No.9とした。
After vacuum degassing each of these powders at 400 ° C., they were hot pressed to form billets having a diameter of 150 mm. Then, each of these billets was heated to 420 ° C. and hot-extruded to prepare an extruded round bar having an extrusion ratio of 11 and a diameter of 45 mm.
Specimens of alloy members of the present invention (hereinafter referred to as specimens of the present invention) No. 1 to No. 10, and specimens of alloy members for comparison (hereinafter referred to as comparative specimens) No. 1 to No. It was set to 9.

これらの押出丸棒の供試体の各々より引張試験片を採
取し、室温および200℃での引張性質を測定し併せて第
1表に示した。
Tensile test specimens were taken from each of these extruded round bar specimens, and the tensile properties at room temperature and 200 ° C. were measured and are shown in Table 1.

また、押出丸棒の供試体の各々を高さ80mmの円柱試片
にカットし、450℃に加熱保持し、油圧プレスにセット
し、300℃に加熱し、次いで黒鉛系潤滑剤を塗布した上
下一対の平盤金型により、これらの円柱試片の据込み圧
縮を行ない、割れの発生する限界据込み率を求めて熱間
鍛造性を評価し、その結果を第1表に併せて示した。
In addition, each of the extruded round bar specimens was cut into a cylindrical specimen having a height of 80 mm, heated and held at 450 ° C., set in a hydraulic press, heated to 300 ° C., and then coated with graphite-based lubricant. These cylindrical specimens were subjected to upsetting and compression using a pair of flat molds, and the hot forging property was evaluated by obtaining the critical upsetting ratio at which cracks occur. The results are also shown in Table 1. .

第1表に示すように、Mgを含有しない比較用供試体N
o.1は室温および200℃で所望の強度を有しない。Mgを含
有せずまたは含有量が本発明の範囲に満たず過少な比較
用供試体No.2およびNo.3は限界据込率が低い。このよう
に、Mgを含有しないか、または、少量しか含有しない合
金部材は、強度が不足するか、または、強度向上のため
に遷移金属元素の含有量を増すと熱間鍛造性が低下する
結果を示した。
As shown in Table 1, the comparative specimen N containing no Mg
o.1 does not have the desired strength at room temperature and 200 ° C. Comparative specimens No. 2 and No. 3 containing no Mg or having a content less than the range of the present invention and having a low content have a low marginal upsetting ratio. Thus, alloy members that do not contain Mg or contain only a small amount have insufficient strength, or the hot forgeability decreases as the content of transition metal elements is increased to improve strength. showed that.

アルミニウム包晶系をなす元素を含有しないか、また
は、Feの含有量が本発明の範囲に満たず過少な比較用供
試体No.4およいNo.5は、約200℃での強度が不十分であ
った。
A comparative sample No. 4 or No. 5 containing no aluminum peritectic element or having an Fe content less than the range of the present invention and having an insufficient amount has a strength at about 200 ° C. Was enough.

Feの含有量またはFeと同様にアルミニウムと共晶系を
なす元素とFeとの合計の含有量が本発明の範囲を超えて
過多である比較用供試体No.6およびNo.7は、室温伸びが
低く、さらに、熱間鍛造性も劣っていた。
Comparative specimens No. 6 and No. 7, in which the content of Fe or the total content of Fe and an element forming a eutectic system with aluminum similarly to Fe are excessive beyond the scope of the present invention, are room temperature. The elongation was low and the hot forgeability was poor.

アルミニウムと包晶系をなす元素の含有量が本発明の
範囲を超えて過多な比較用供試体No.8は、熱間鍛造性が
劣っていた。
The comparative sample No. 8 in which the content of the element forming the peritectic system with aluminum exceeded the range of the present invention was too poor in hot forgeability.

Mgの含有量が本発明の範囲を超えて過多な比較用供試
体No.9は、室温伸びが著しく小さかった。
Comparative sample No. 9 having an excessively high Mg content beyond the scope of the present invention exhibited a significantly low room temperature elongation.

このように、本発明の合金組成範囲を外れた合金部材
は、室温強度、室温伸び、20066での強度および熱間鍛
造性の内、少なくとも一つの特性が低下し、コンロッド
用として不適当である。さらに加えて、Feの含有過多の
もの、アルミニウムと包晶系をなく元素の含有過多のも
のは、いずれも溶解が困難であったり、地金が高価なこ
とによってもコンロッド用合金部材としての実用性に欠
ける。
As described above, the alloy member out of the alloy composition range of the present invention is unsuitable for connecting rods because at least one property among room temperature strength, room temperature elongation, strength at 20066, and hot forgeability is deteriorated. . In addition, those containing too much Fe and those containing too many elements without aluminum and peritectic system are practically used as alloy members for connecting rods, either because they are difficult to dissolve or because the base metal is expensive. Lack of sex.

これに対して、本発明の供試体No.1〜No.10は、いず
れも室温引張強さが47kgf/mm2以上、200℃での引張強さ
が32kgf/mm2以上であり、コンロッドに適する強度を有
していた。
On the other hand, the specimens No. 1 to No. 10 of the present invention all had a room temperature tensile strength of 47 kgf / mm 2 or more, a tensile strength at 200 ° C. of 32 kgf / mm 2 or more, and It had suitable strength.

なお、従来の溶解鋳造法による合金中最も高温強度に
優れる合金の一つである5083合金の押出材の200℃での
引張強さは約24kgf/mm2であるから、本発明はこれより
も約30〜50%増の高温強度を示すと言える。
Incidentally, since the tensile strength at 200 ° C. of the extruded material which is one 5083 alloy excellent in most high-temperature strength alloys by conventional melting and casting method alloy is about 24kgf / mm 2, the present invention than it It can be said to exhibit a high temperature strength of about 30-50% increase.

また、従来法による熱処理型合金である2218合金は、
200℃で短時間保持された場合には約33kgf/mm2の引張強
さを示すが、長時間(例えば1000時間)保持されると引
長強さの低下が大きく、約18kgf/mm2となる。一方、本
発明の急例凝固・粉末冶金法による合金部材は、少なく
とも300℃以下では長時間加熱による強度低下を生じな
い。
In addition, 2218 alloy, which is a heat treatment type alloy by the conventional method,
When held briefly at 200 ° C. is showing a tensile strength of about 33 kgf / mm 2, a long time (for example, 1000 hours) and held引長strength decrease is large, about 18 kgf / mm 2 Become. On the other hand, the alloy member formed by the rapid solidification / powder metallurgy method of the present invention does not cause a decrease in strength due to long-time heating at a temperature of at least 300 ° C.

本発明の供試体No.1〜No.10の450℃での限界据込み率
は、いずれも75%以上であり、実用上十分な熱間鍛造性
を有している。
The critical upsetting ratios at 450 ° C. of the test specimens No. 1 to No. 10 of the present invention are all 75% or more, and have practically sufficient hot forgeability.

〔発明の効果〕 以上詳述したように、この発明のアルミニウム合金部
材は、コンロッドの使用温度範囲内で従来の溶解鋳造法
による合金に比して著しく高い強度を有し、また、コン
ロッドに成形するための熱間鍛造における鍛造性が良好
であることから、従来の鉄鋼製コンロッドに替わる軽量
アルミニウム合金製コンロッド用合金部材として適して
いる。従って、この発明の合金部材によれば、高速運転
性能に優れ、且つ、効率の高い内燃機関の製造が可能で
あり、産業上優れた効果がもたらされる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the aluminum alloy member of the present invention has a remarkably high strength within the operating temperature range of the connecting rod as compared with the alloy obtained by the conventional melting casting method, and is formed into a connecting rod. It is suitable as an alloy member for a lightweight aluminum alloy connecting rod instead of a conventional steel connecting rod because of its good forgeability in hot forging. Therefore, according to the alloy member of the present invention, an internal combustion engine having excellent high-speed operation performance and high efficiency can be manufactured, and industrially excellent effects are brought about.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Fe:5.0wt.%〜12.0wt.%, Mg:0.5wt.%〜4.0wt.%, および、 Ti,V,Cr,ZrおよびMoからなる群から選んだ少なくとも1
つの元素、 :0.1wt.%〜2.0wt.%, 残部:アルミニウムおよび不可避的不純物、 からなるアルミニウム合金の急冷凝固粉末を、粉末冶金
法により成形固化してなることを特徴とする、高強度、
且つ、鍛造性に優れたアルミニウム合金部材。
(1) Fe: 5.0 wt.% To 12.0 wt.%, Mg: 0.5 wt.% To 4.0 wt.%, And at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Zr and Mo.
High strength, characterized by being formed by solidifying a rapidly solidified powder of an aluminum alloy comprising the following elements: 0.1 wt.% To 2.0 wt.%, Balance: aluminum and unavoidable impurities by powder metallurgy.
An aluminum alloy member with excellent forgeability.
【請求項2】Fe:5.0wt.%〜12.0wt.%, Mg:0.5wt.%〜4.0wt.%, および Ti,V,Cr,ZrおよびMoからなる群から選んだ少なくとも1
つの元素、 :0.1wt.%〜2.0wt.%, および、 Mn,CoおよびNiからなる群から選んだ少なくとも1つの
元素を、前記Feとの合計量で、 :5.1wt.%〜12.0wt.%, 残部:アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金の急冷凝固粉末を、粉末冶金法により成形
固化してなることを特徴とする、高強度、且つ、鍛造性
に優れたアルミニウム合金部材。
(2) Fe: 5.0 wt.% To 12.0 wt.%, Mg: 0.5 wt.% To 4.0 wt.%, And at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Zr and Mo.
At least one element selected from the group consisting of: 0.1 wt.% To 2.0 wt.%, And Mn, Co and Ni, in a total amount with the Fe: 5.1 wt.% To 12.0 wt. %, The balance: an aluminum alloy member having high strength and excellent forgeability, which is obtained by molding and solidifying a rapidly solidified powder of an aluminum alloy comprising aluminum and unavoidable impurities by powder metallurgy.
JP9662488A 1988-04-19 1988-04-19 Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability Expired - Lifetime JP2602893B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9662488A JP2602893B2 (en) 1988-04-19 1988-04-19 Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9662488A JP2602893B2 (en) 1988-04-19 1988-04-19 Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01268838A JPH01268838A (en) 1989-10-26
JP2602893B2 true JP2602893B2 (en) 1997-04-23

Family

ID=14169995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9662488A Expired - Lifetime JP2602893B2 (en) 1988-04-19 1988-04-19 Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2602893B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3122436B1 (en) 1999-09-09 2001-01-09 三菱重工業株式会社 Aluminum composite material, method for producing the same, and basket and cask using the same
JP4923498B2 (en) * 2005-09-28 2012-04-25 株式会社豊田中央研究所 High strength and low specific gravity aluminum alloy
JP5556723B2 (en) * 2011-03-30 2014-07-23 株式会社豊田中央研究所 Heat resistant high strength aluminum alloy and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01268838A (en) 1989-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4702885A (en) Aluminum alloy and method for producing the same
US4867806A (en) Heat-resisting high-strength Al-alloy and method for manufacturing a structural member made of the same alloy
CN110079711B (en) Heat-resistant high-pressure cast Al-Si-Ni-Cu aluminum alloy and preparation method thereof
JP2546660B2 (en) Method for producing ceramics dispersion strengthened aluminum alloy
JP3548709B2 (en) Method for producing semi-solid billet of Al alloy for transportation equipment
EP0600474A1 (en) High heat resisting and high abrasion resisting aluminum alloy
JPH0234740A (en) Heat-resistant aluminum alloy material and its manufacture
JP2602893B2 (en) Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability
JP4312037B2 (en) Heat-resistant and high-toughness aluminum alloy, method for producing the same, and engine parts
CN113897520A (en) High-strength heat-resistant cast aluminum-silicon alloy for engine piston
JPH0525575A (en) High temperature aluminum alloy
US4992117A (en) Heat resistant aluminum alloy excellent in tensile strength, ductility and fatigue strength
JPH07197164A (en) Aluminum alloy having high strength and high workability and its production
JPH07331375A (en) Heat resistant magnesium alloy for casting
JP2019183191A (en) Aluminum alloy powder and manufacturing method therefor, aluminum alloy extrusion material and manufacturing method therefor
JPH0762199B2 (en) A1-based alloy
JPH02225635A (en) Manufacture of al-si alloy member having low thermal expansion coefficient, excellent wear resistance and high toughness
JP2672834B2 (en) Aluminum alloy member with high strength and excellent forgeability
JPH06228697A (en) Rapidly solidified al alloy excellent in high temperature property
JP2752971B2 (en) High strength and heat resistant aluminum alloy member and method of manufacturing the same
JPH01294838A (en) Aluminum alloy member having excellent high strength and forgeability
JPH108162A (en) Production of aluminum alloy material excellent in high temperature strength
JPS6223952A (en) Al-fe-ni heat-resisting alloy having high toughness and its production
JP2729479B2 (en) Manufacturing method of aluminum alloy excellent in high temperature strength
JP2917999B2 (en) Method for producing high-strength aluminum alloy compact