JP2711296B2 - 耐熱性アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、粉末冶金用低密度アルミニウム合金に関
し、より詳しくは、常温から200℃に至る温度範囲にお
いて、優れた機械的特性（引張り強度、疲労強度、延
性、靭性など）を発揮する低密度耐熱性粉末冶金用アル
ミニウム合金に関する。

従来技術とその問題点 近年、アトマイズ法、スプラット クエンチング法、
リボン キャスト法などの急冷凝固法の急速な発展によ
り、高強度耐熱性アルミニウム粉末（Al−PM）合金の耐
用温度は、300〜350℃程度にまで改善されている。この
耐熱性改善のためには、Alに対する溶解性および分散性
の低い合金元素が大量に使用されている。Fe、Cr、Zr、
Ti、Ｖ、Mo、Ｗ、Mn、Niなどを代表例とするこれらの合
金元素は、溶湯からの急速凝固により、Alマトリックス
中に過飽和に溶解し、引続く熱的および機械的処理によ
って、Alマトリックス中に所望の状態で析出する。かく
して得られたAl−PM合金中では、微細な均一に分散した
粒子（通常0.1〜0.5μｍ程度）が形成されており、これ
が転位障害となって、Al−PM合金の微細構造を安定化さ
せ、Al−PM合金の特性を改善する。Al−8Fe−2Mo、Al−
8Fe−4Crなどの合金が、350℃までの温度域で優れた熱
安定性と強度を備えていることは、よく知られている。
しかしながら、高強度耐熱性Al−PM合金の多くは、硬く
且つ脆い金属間化合物相を大量に含むので、成形性およ
び延性に劣っている。これらの欠点のために、公知の高
強度耐熱性Al−PM合金は、高度の成形性と延性とが最も
必要とされる中間温度域（150〜250℃）での使用が不可
能であった。したがって、上記の如き高強度耐熱性Al−
PM合金の使用分野は、未だ限られている。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて鋭
意研究を重ねた結果、Fe及び／又はCrとZrの含有量を適
度に抑え且つ特定量のMgを配合したAl合金が、Al−PM合
金として極めて優れた性能を発揮することを見出した。
すなわち、本発明は、下記に示す組成を有するAl合金を
提供するものである： （ｉ）Mg0.5〜５重量％、 （ii）Zr0.2〜３重量％、 （iii）Feおよび／またはCr0.5〜５重量％、および （iv）残余が実質的にAlからなり、 不純物として含まれるSiが１重量％未満であることを特
徴とする耐熱性粉末冶金用アルミニウム合金。

（ｉ）Mg0.5〜５重量％、 （ii）Zr0.2〜３重量％、 （iii）Feおよび／またはCr0.5〜５重量％、および （iv）残余が実質的にAlからなり、 不純物として含まれるSiが１重量％未満およびCuが0.4
重量％未満であることを特徴とする耐熱性粉末冶金用ア
ルミニウム合金。

以下、本発明粉末冶金用アルミニウム合金の各添加成
分について説明する。これらの各添加成分は、一般の合
金における添加成分と同様に、相互に関連しつつ合金全
体の物性に影響するものであり、それぞれの限定理由を
個別に論ずることは、必ずしも妥当であるとはいえない
が、一応の限定理由を示せば、以下の通りである。

I.Mg 0.5〜５％の範囲内のMgは、Al合金に固溶体硬化を与
えるのみならず、加工硬化率を高め、合金密度を低下さ
せる。Mgの量が、0.5重量％（以下単に％とする）未満
の場合には、添加による効果が十分に発揮されず、一方
５％を上回る場合には、Al合金が応力腐蝕を生じやすく
なる。さらに、Mgが５％を上回る場合には、Mgが他の添
加元素と反応して粗大な二次相粒子を形成し、疲労抵抗
を阻害することがある。Mgが0.5〜５％の範囲内にある
本発明合金は、Mgを含まない対応する組成のAl合金に比
して、室温と200℃との間でより高い強度を示し、且つ
熱間鍛造温度のような高温下での延性にも優れている。
Mgの含有量は、１〜３％とすることがより好ましい。

II.Si Siの含量は、出来るだけ少ないことが好ましく、実用
上の観点からは、１％以下、より好ましくは0.5％以下
とする。Siの量が１％を上回る場合には、AlFeSi、初晶
Si、Mg₂Siなどの種々の粒子が形成されて、Al合金の延
性及び疲労強度を低下させる。

III.Zr Al中のZrは、分散性及び溶解性が低く、凝固時及び過
飽和Al粉末合金の350〜500℃での熱処理時にマトリック
スにコヒーレントな微細な球状析出物分散相（準安定Zr
Al₃立法晶）を形成する。これらの分散相は、微小構造
を安定化させ、熱的安定性を改善し、強度を増大させ
る。Zrの含有量は、0.2〜３％、より好ましくは0.5〜2.
0％とする。Zrの量が、0.2％未満の場合には、添加によ
る効果が十分に発揮されず、一方、３％を上回る場合に
は、Al合金の溶融温度が急激に上昇し、製造が困難とな
る。

IV.Fe及び／又はCr これら元素は、粉末冶金用アルミニウム合金の強度及
び熱的安定性を改善するための基本的成分である。Fe及
び／又はCrは、他の添加元素と結合して比較的粒径の小
さい、均一に分散した金属間化合物を形成する。これら
の分散相は、転位及び粒界移動を阻止し、その結果、熱
的安定性を改善する。Fe及び／又はCrの量が、0.5〜５
％の範囲内では、高い疲労強度及び延性並びに低密度を
維持しつつ、必要な強度と熱安定性が確保される。Crの
量は、１〜３％とすることがより好ましい。

V.Cu Cuの量は、0.4％未満とする。Cuを添加する場合に
は、Al合金のマトリックスに固溶して、常温における機
械的強度を向上させるが、延性を著るしく低下させる。
また、約200℃以上の高温における強度を低下させるた
め、本発明においては、Cuの量はできるだけ低いことが
好ましい。

本発明のAl−PM合金は、常法にしたがって、各成分を
溶解し、エアアトマイズ法、単ロール法、双ロール法、
スプラット、クエンチ法などの急冷凝固法により粉末化
し、あるいは機械的な粉砕法を組み合わせて粉末化し、
必要ならばふるい分けすることにより得られる。得られ
た粉末は、やはり常法にしたがって、冷間予備成形し、
適切な温度で押出・鍛造加工により成型し、必要なら
ば、機械加工することによって所望の製品とされる。

発明の効果 本発明によれば、以下の様な効果が達成される。

（イ）従来の耐熱Al−PM合金に比して、軽量のAl−PM合
金が得られる。

（ロ）得られたAl−PM合金は、機械的性質、熱間成形加
工性及び耐疲労特性に優れている。

（ハ）得られたAl−PM合金は、常温から200℃までの温
度域において、熱的安定性に優れている。

（ニ）したがって、本発明Al−PM合金は、高温での成
形、例えば鍛造により製造され、200℃近傍の高温で使
用される機械部品（例えば自動車用エンジンのコンロッ
ドなど）の材料として有用である。

（ホ）また、本発明Al−PM合金は、その優れた性能の故
に、既存のAl−PM合金が使用できなかった種々の分野で
使用可能であり、Al−PM合金の利用分野を大きく拡大す
るものである。

実 施 例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをよ
り一層明確にする。

実施例１ 第１表に示す組成のAl−PM合金をそれぞれ調製した
後、平均凝固速度１×10³℃／秒でエアアトマイズ法に
より粉末化し、ふるい分けして100メッシュ通過粉体（1
50μｍ以下）を得た。第２表に各合金粉体の粒度分布を
示す。

上記で得られた各合金粉体をコールド アイソスタテ
ィック プレス（CIP）法により円筒型試料（直径30mm
×高さ80mm,相対密度70〜80％）に成形し、空気中400℃
で30分間予熱した後、押出し比10:1、ラム速度2.5mm/秒
で直径10mmのロッドに押出成形した。該ロッドを機械加
工して、平行部長さ40mm×直径4.4mmの試験片を製造
し、引張り試験及び疲労試験に供した。これらの試験結
果をロッドの密度ともに第３表に示す。

第１表乃至第３表に示す結果から、本発明のAl−PM合
金は、AA2618に匹敵する延性と密度を有しており、疲労
強度の点では、AA2618を大きく上回っている。

また、比較合金Ｇとの対比では、本発明Al−PM合金
は、引張り強度及び疲労強度においては同等であるが、
延性に優れ、密度も小さい。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ｉ）Mg0.5〜５重量％、 （ii）Zr0.2〜３重量％、 （iii）Feおよび／またはCr0.5〜５重量％、および （iv）残余が実質的にAlからなり、 不純物として含まれるSiが１重量％未満であることを特
   徴とする耐熱性粉末冶金用アルミニウム合金。
2. 【請求項２】（ｉ）Mg0.5〜５重量％、 （ii）Zr0.2〜３重量％、 （iii）Feおよび／またはCr0.5〜５重量％、および （iv）残余が実質的にAlからなり、 不純物として含まれるSiが１重量％未満およびCuが0.4
   重量％未満であることを特徴とする耐熱性粉末冶金用ア
   ルミニウム合金。