JP2726929B2 - 粉末冶金用アルミニウム合金粉末及びアルミニウム合金材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、常温から約200℃にいたる広い温度範囲に
おいて、優れた強度と延性とを兼ね備えた耐熱性のアル
ミニウム合金材料及びそのための粉末冶金用アルミニウ
ム合金粉末に関する。 従来技術とその問題点 常温から200℃程度の高温域においても優れた強度を
発揮するアルミニウム合金（以下Al合金とする）は、自
動車産業をはじめとする種々の産業分野での大巾な用途
が見込まれているので、米国、日本、ヨーロツパ諸国を
中心として開発が行なわれている。 しかしながら、従来から行なわれているI/M法では、
偏析や粗大晶出物の形成等の合金性能阻害要因との関係
から、添加元素の種類及び量は種々の制約があり、満足
すべき性能を備えたAl合金は、得られていない。 近年、アトマイズ法、単ロール法等による急冷凝固法
の発展により、新しいAl合金が次々に開発されており、
耐熱合金としてはAl−7Fe−2Cr−1.5Zr、Al−8Fe−2M
o、Al−8Fe−4Ce、Al−12Fe−2V等がよく知られてい
る。これらの合金は、200〜300℃における強度には優れ
ているが、Fe等の主添加元素を７〜12％も添加する為、
アトマイズ法等の急冷凝固法によつても粗大晶出物の形
成を防止し得ず、従つて、常温のみならず、 200〜300℃においても延性に極めて乏しく、構造材とし
ての用途が限定されている。 また、これらのアトマイズ法による粉体及び単ロール
法によるリボン状材料は、押出し、圧延等により固化さ
れた後、鍛造によつて最終製品に仕上げることが望まし
いが、延性に乏しいので、鍛造成形は事実上不可能であ
り、この点でも用途が大巾に限定されている。 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、（ｉ）Mg、（ii）Cu及び／又は
Ni及び（iii）特定量のFe、Mn、Cr、Zr、Moの少なくと
も１種を含み、かつSiの含有量を一定以下としたAl合金
が、常温から約200℃にいたる広い温度域で、高い強度
を示し、熱間押出し及び鍛造の加工温度である400〜500
℃の温度域では、変形抵抗が大きく、大きな延性を示す
ことを見出した。即ち、本発明は、下記に示す組成を有
する粉末冶金用アルミニウム合金粉末及びアルミニウム
合金材料を提供するものである： （ｉ）Mg 3〜15重量％、 （ii）Si 0.4重量％以下、 （iii）Cu及び／又はNi 1〜10重量％、 （iv）（ａ）Fe 0.5〜５重量％ （ｂ）Mn 0.5〜５重量％ （ｃ）Cr 0.5〜５重量％ （ｄ）Zr 0.2〜３重量％ （ｅ）Mo 0.2〜３重量％ （ｆ）V 0.2〜３重量％ からなる群から選ばれた少くとも１種 １〜15重量％（合計量）並びに （ｖ）残余が実質的にA1からなる ことを特徴とする粉末冶金用アルミニウム合金粉末並び
に当該アルミニウム合金粉末を粉末冶金法により製造し
てなる耐熱性アルミニウム合金材料。 以下本発明Al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、相互に関連しつつAl合金の物性に
影響するものであり、それぞれの限定理由を個別に論ず
るは必ずしも妥当とはいえないが、一定の限定理由を示
す。 （イ）Mg及びSi Mgを添加すると、Al合金の常温乃至200℃近傍までの
強度を著るしく高める。300℃以上の温度域では、Mgの
存在により、Al合金の強度を低下させるとともに、延性
を改善するので、Al合金の熱間加工性（押出し加工性、
鍛造加工性）が高まり、実用的に極めて有利となる。Mg
の量が３重量％未満の場合には、添加による効果の改善
はあまり認められず、一方、15重量％を上回る場合に
は、より一層の強度の向上は認められないのみならず、
常温での延性が却つて著るしく低下する。また、15重量
％を上回るMgを含有するAl合金粉末は、取扱上危険が大
きい。Mg量は、３〜６重量％程度とすることがより好ま
しい。 Siは、Mgとの化合物であるMg₂Siを形成し、これが熱
間加工時の延性を低下させるとともに、その量が増大す
ると破壊靱性をも低下させる。従って、Si濃度は、熱間
加工温度の上限である500℃でのMg₂Siの固容量1.2重量
％に相当する0.4重量％以下にする。 （ロ）Cu及び／又はNi Cu及びNiの少なくとも１種１〜10重量％を添加したAl
合金に適当な熱処理を加えると、Al合金の常温強度を著
しく高めることができ、この効果は、200℃近傍まで持
続する。300℃以上の高温では、Cu及び／又はNiの添加
による強度改善の効果はあまり認められないが、延性が
改善され、Mgと同様にAl合金の熱間加工性を高めること
ができる。Cu及び／又はNiの添加量が１重量％未満の場
合には、効果の改善は余り顕著ではなく、一方、10重量
％を上回る場合には、常温における脆性が高まる。Cu量
及びNi量は、夫々２〜６重量％程度とすることがより好
ましい。 （ハ）Fe、Mn、Cr、Zr、Mo及びＶ これらの各元素は、微細にマトリクス中に分散して、
Al合金の常温強度及び耐熱性（高温強度）を改善する
が、Al合金への固溶度は低く、アトマイズ法等の急冷凝
固法によっても、Fe、Mn及びCrで５重量％、Zr、Mo及び
Ｖで３重量％が上限である。これらの元素を上限量以上
添加すると、粗大な析出物が生成して、Al合金の延性を
著るしく低下させる。また、Zr、Mo及びＶとAlとは、高
融点の合金を形成するので、それぞれの量が３重量％を
上回る場合には、合金の製造が困難となる。Fe、Mn及び
Crについては、0.5重量％未満、またZr、Mo及びＶにつ
いては、0.2重量％未満の場合には、添加の効果が十分
に達成されない。Fe、Mn及びCrの量は、夫々１〜４重量
％程度とすることがより好ましく、またZr、Mo及びＶの
量は、夫々0.7〜２重量％程度とすることが好ましい。
更に、Fe、Mn、Cr、Zr、Mo及びＶの合計量は、１〜15重
量％の範囲とする。 発明の効果 本発明の粉末冶金用Al合金材料は、常温から約200℃
という高温に至るまでの広い温度範囲で優れた強度を発
揮する。また、400〜500℃という熱間加工温度では、逆
に低い変形抵抗と大きな延性を示すので、熱間押出し及
び熱間鍛造性に優れている。従って、広い産業分野で極
めて有用である。 実施例 以下に実施例及び比較例を示し、本発明を更に説明す
る。 実施例１ 第１表に示す組成のAl合金をエア・アトマイズ法によ
り粉末化し、−100メツシユに分級した。第１表におい
て、各成分の量は、重量％を示し、残余は、実質的にAl
である。 得られたAl合金粉末を直径30mm×高さ80mmのビレットに
冷間予備成形した後、430℃において押出比10:1で押出
した。得られた押出棒から引張試験片を作製し、室温、
200℃で100時間保持後及び450℃で10分間保持後の各条
件下に引張試験を行なつた。 第２表に試験結果を示す。第１表及び第２表中試料N
o.11〜14は、本発明組成範囲外の材料による結果を比較
例として示したものである。 また、第２表において、UTSは引張強度（kg/mm²）を
示し、ELは伸び（％）を示す。 第２表に示す結果から明らかな如く、試料No.11は、2
00℃における強度が低い。 また、試料No.12は、200℃での強度には比較的優れて
いるが、450℃での伸びが小さく、鍛造性に劣ってい
る。 更に、試料No.13は、200℃での強度には極めて優れて
いるが、450℃での変形抵抗が高く、且つ伸びが７％し
かないので、鍛造成形は事実上不可能である。 試料No.14は、試料No.6とほぼ同一の組成を有してい
るが、Si濃度が高いため、450℃での伸びが劣ってい
る。 これに対し、本発明Al合金は、常温及び200℃におけ
る強度に優れ、且つ450℃の高温域においては、低い変
形抵抗と高い伸びを示しており、熱間押出し性及び熱間
鍛造性に優れた材料であることが明らかである。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．（ｉ）Mg 3〜15重量％、 （ii）Si 0.4重量％以下、 （iii）Cu及び／又はNi 1〜10重量％、 （iv）（ａ）Fe 0.5〜５重量％ （ｂ）Mn 0.5〜５重量％ （ｃ）Cr 0.5〜５重量％ （ｄ）Zr 0.2〜３重量％ （ｅ）Mo 0.2〜３重量％ （ｆ）V 0.2〜３重量％ からなる群から選ばれた少くとも１種 １〜15重量％（合計量）並びに （ｖ）残余が実質的にA1 からなることを特徴とする粉末冶金用アルミニウム合金
   粉末。 ２．（ｉ）Mg 3〜15重量％、 （ii）Si 0.4重量％以下、 （iii）Cu及び／又はNi 1〜10重量％、 （iv）（ａ）Fe 0.5〜５重量％ （ｂ）Mn 0.5〜５重量％ （ｃ）Cr 0.5〜５重量％ （ｄ）Zr 0.2〜３重量％ （ｅ）Mo 0.2〜３重量％ （ｆ）V 0.2〜３重量％ からなる群から選ばれた少くとも１種 １〜15重量％（合計量）並びに （ｖ）残余が実質的にA1 からなるアルミニウム合金粉末を粉末冶金法により成形
   してなる耐熱性アルミニウム合金材料。