JP2787703B2 - 極低熱膨張係数を有するA▲l▼―Si系合金粉末鍛造部材 - Google Patents
極低熱膨張係数を有するA▲l▼―Si系合金粉末鍛造部材Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐摩耗性および強度にすぐれ、しかも鉄
系材料の熱膨張係数とほぼ同程度の極めて低い熱膨張係
数を有し、エンジンやコンプレッサー等の各種機関の構
造部材として使用するのに適した極低熱膨張係数を有す
るAl−Si系合金粉末鍛造部材に関するものである。
系材料の熱膨張係数とほぼ同程度の極めて低い熱膨張係
数を有し、エンジンやコンプレッサー等の各種機関の構
造部材として使用するのに適した極低熱膨張係数を有す
るAl−Si系合金粉末鍛造部材に関するものである。
従来、各種機関の構造部材には、耐摩耗性、強度、お
よび低熱膨張係数を備えたAl−Si系合金粉末鍛造押出部
材が用いられてきた。
よび低熱膨張係数を備えたAl−Si系合金粉末鍛造押出部
材が用いられてきた。
その代表的なものは、特開昭59−162242号公報記載
の、重量%で(以下、%は重量%を示す) Si:12〜35%、Cu:10%以下、 Mg:3%以下、 を含有し、さらに、 Si3N4,TiN等の窒化物、Al2O3等の酸化物、SiC,TiC等
の炭化物、TiSi2,MoSi2等の金属間化合物、硼化物等の
セラミックス、フェロモリブテン、フェロタングステン
等の合金からなる硬質粒子:3〜25%を含有し、残りがAl
および不可避不純物からなる組成、並びに 微細な初晶Siと平均粒径:3〜60μmの上記硬質粒子が
素地中に均一に分散した組織を有するAl−Si系合金で構
成した低熱膨張係数を有するAl−Si系合金粉末押出部材
が知られている。
の、重量%で(以下、%は重量%を示す) Si:12〜35%、Cu:10%以下、 Mg:3%以下、 を含有し、さらに、 Si3N4,TiN等の窒化物、Al2O3等の酸化物、SiC,TiC等
の炭化物、TiSi2,MoSi2等の金属間化合物、硼化物等の
セラミックス、フェロモリブテン、フェロタングステン
等の合金からなる硬質粒子:3〜25%を含有し、残りがAl
および不可避不純物からなる組成、並びに 微細な初晶Siと平均粒径:3〜60μmの上記硬質粒子が
素地中に均一に分散した組織を有するAl−Si系合金で構
成した低熱膨張係数を有するAl−Si系合金粉末押出部材
が知られている。
上記Al−Si系合金粉末押出部材は、例えばロータリー
コンプレッサーのベーン材として用いられており、ロー
タリーコンプレッサーの運転中は上記ベーン材は鋳鉄製
ローターに設けられている平行間隔溝内を高速で摺接往
復運動することも知られている。
コンプレッサーのベーン材として用いられており、ロー
タリーコンプレッサーの運転中は上記ベーン材は鋳鉄製
ローターに設けられている平行間隔溝内を高速で摺接往
復運動することも知られている。
ところが、近年、各種機関の高性能化にともない、厳
しい運転条件が要求されるようになり、上記ロータリー
コンプレッサーも同じように厳しい運転条件を強いられ
ることがある。
しい運転条件が要求されるようになり、上記ロータリー
コンプレッサーも同じように厳しい運転条件を強いられ
ることがある。
このような過酷な条件での運転は、上記Al−Si系合金
粉末押出部材からなるベーン材を酷使することになり、
ベーン材の摩擦により高熱が発生するが、鋳鉄製ロータ
ーとベーン材との熱膨張係数の差が大きいと、Al−Si系
合金粉末押出部材からなるベーン材の方が熱膨張が大き
いため、上記ベーン材が上記鋳鉄製ローターに設けられ
ている平行間隔溝の側壁を押圧し、そのため上記ベーン
材の往復運動抵抗が増大し、ロータリーコンプレッサー
の性能の低下をもたらすという問題点が生じてきた。
粉末押出部材からなるベーン材を酷使することになり、
ベーン材の摩擦により高熱が発生するが、鋳鉄製ロータ
ーとベーン材との熱膨張係数の差が大きいと、Al−Si系
合金粉末押出部材からなるベーン材の方が熱膨張が大き
いため、上記ベーン材が上記鋳鉄製ローターに設けられ
ている平行間隔溝の側壁を押圧し、そのため上記ベーン
材の往復運動抵抗が増大し、ロータリーコンプレッサー
の性能の低下をもたらすという問題点が生じてきた。
ちなみに、上記特開昭59−162242号公報記載のAl−Si
系合金粉末押出部材の熱膨張係数は15〜16×10-6/℃で
あり、鋳鉄の熱膨張係数は12×10-6℃であるから、熱膨
張係数に差があり、上記特開昭59−162242号公報記載の
Al−Si系合金粉末押出部材で作製されたベーン材は、過
酷な運転条件で使用するロータリーコンプレッサーのベ
ーン材として適当でないことがわかる。
系合金粉末押出部材の熱膨張係数は15〜16×10-6/℃で
あり、鋳鉄の熱膨張係数は12×10-6℃であるから、熱膨
張係数に差があり、上記特開昭59−162242号公報記載の
Al−Si系合金粉末押出部材で作製されたベーン材は、過
酷な運転条件で使用するロータリーコンプレッサーのベ
ーン材として適当でないことがわかる。
そこで、本発明者等は、上記特開昭59−162242号公報
記載のAl−Si系合金粉末押出部材に着目し、これよりも
一層の鋳鉄に近い熱膨張係数を有する部材を種々の形状
付与が可能な粉末鍛造加工を用いてAl−Si系合金粉末鍛
造部材を製造すべく研究を行った結果、 Si含有量を、従来の特開昭59−162242号公報記載のAl
−Si系合金粉末押出部材よりも多いSi:35を越え〜45%
含有の部材とし、かつ素地に分散する各種硬質粒子をAl
2O3に特定した上でFeを合金成分として含有させると、
このFe成分の作用によってAl2O3粒子の素地に対する密
着性が向上し、熱膨張係数が鋳鉄のそれに極めて近似
し、またAl2O3が素地に良く密着することにより摩擦時
のAl2O3の素地からの脱落が防止されて耐摩耗性が向上
し、さらにZrの含有によりAl−Si系合金粉末鍛造部材の
素地の強度および耐熱性を向上せしめることができると
いう知見を得たのである。
記載のAl−Si系合金粉末押出部材に着目し、これよりも
一層の鋳鉄に近い熱膨張係数を有する部材を種々の形状
付与が可能な粉末鍛造加工を用いてAl−Si系合金粉末鍛
造部材を製造すべく研究を行った結果、 Si含有量を、従来の特開昭59−162242号公報記載のAl
−Si系合金粉末押出部材よりも多いSi:35を越え〜45%
含有の部材とし、かつ素地に分散する各種硬質粒子をAl
2O3に特定した上でFeを合金成分として含有させると、
このFe成分の作用によってAl2O3粒子の素地に対する密
着性が向上し、熱膨張係数が鋳鉄のそれに極めて近似
し、またAl2O3が素地に良く密着することにより摩擦時
のAl2O3の素地からの脱落が防止されて耐摩耗性が向上
し、さらにZrの含有によりAl−Si系合金粉末鍛造部材の
素地の強度および耐熱性を向上せしめることができると
いう知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたもので
あって、 Si:35を越え〜45%、Cu:0.5〜5%、 Mg:0.5〜5%、 Al2O3:5〜20%、 Fe:0.1〜1%未満、 を含有し、さらに必要に応じて、 Zr:0.1〜2%、 を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成、
並びに 平均粒径:2〜15μmに調整した初晶Siと平均粒径:5〜
20μmのAl2O3が素地中に均一に分散した組織、 を有するAl−Si系合金で構成した極低熱膨張係数を有す
るAl−Si系合金粉末鍛造部材に特徴を有するものであ
る。
あって、 Si:35を越え〜45%、Cu:0.5〜5%、 Mg:0.5〜5%、 Al2O3:5〜20%、 Fe:0.1〜1%未満、 を含有し、さらに必要に応じて、 Zr:0.1〜2%、 を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成、
並びに 平均粒径:2〜15μmに調整した初晶Siと平均粒径:5〜
20μmのAl2O3が素地中に均一に分散した組織、 を有するAl−Si系合金で構成した極低熱膨張係数を有す
るAl−Si系合金粉末鍛造部材に特徴を有するものであ
る。
この発明のAl−Si系合金粉末鍛造部材の熱膨張係数は
12〜13×10-6/℃の範囲内にあり、鋳鉄の熱膨張係数(1
2×10-6/℃)と極めて近似した極低熱膨張係数を有す
る。
12〜13×10-6/℃の範囲内にあり、鋳鉄の熱膨張係数(1
2×10-6/℃)と極めて近似した極低熱膨張係数を有す
る。
つぎに、この発明の極低熱膨張係数を有するAl−Si系
合金粉末鍛造部材の組成および組織を上記の如く限定し
た理由を説明する。
合金粉末鍛造部材の組成および組織を上記の如く限定し
た理由を説明する。
[I] 成分組成の限定理由 (a) Si Si成分には、熱膨張係数を低め、かつ初晶Siを析出さ
せることにより耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が35%以下では熱膨張係数を鉄系部材の熱膨張
係数に極めて近似させるに十分な効果が得られず、一
方、その含有量が45%を越えると脆化が著しく、熱間鍛
造が困難になることから、その含有量を35を越え〜45%
に定めた。
せることにより耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が35%以下では熱膨張係数を鉄系部材の熱膨張
係数に極めて近似させるに十分な効果が得られず、一
方、その含有量が45%を越えると脆化が著しく、熱間鍛
造が困難になることから、その含有量を35を越え〜45%
に定めた。
(b) CuおよびMg これらの成分には、いずれも熱処理時に素地中に微細
なMg2SiやCu2Alなどの金属間化合物として析出し、熱間
鍛造により初晶が微細化されることと合まって、強度を
著しく向上させる作用があるが、その含有量がCu:0.5%
未満およびMg:0.5%未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方、Cu:5%およびMg:5%を越えて含有させて
もより一層の向上効果は現われず、経済性を考慮してそ
の含有量をCu:0.5〜5%、Mg:0.5〜5%に定めた。
なMg2SiやCu2Alなどの金属間化合物として析出し、熱間
鍛造により初晶が微細化されることと合まって、強度を
著しく向上させる作用があるが、その含有量がCu:0.5%
未満およびMg:0.5%未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方、Cu:5%およびMg:5%を越えて含有させて
もより一層の向上効果は現われず、経済性を考慮してそ
の含有量をCu:0.5〜5%、Mg:0.5〜5%に定めた。
(c) Al2O3 いろいろな硬質粒子のうちでもAl2O3は特にFeを含有
したAl−Si系合金粉末鍛造部材の素地との密着性がすぐ
れるため、摩耗時にAl2O3の分散した素地からのAl2O3の
脱落が防止され、そのため耐摩耗性を向上せしめる作用
があるが、その含有量が5%未満では十分な耐摩耗性向
上効果が得られず、一方、20%を越えて含有すると脆化
が著しく、鍛造することが難しくなるので好ましくな
い。
したAl−Si系合金粉末鍛造部材の素地との密着性がすぐ
れるため、摩耗時にAl2O3の分散した素地からのAl2O3の
脱落が防止され、そのため耐摩耗性を向上せしめる作用
があるが、その含有量が5%未満では十分な耐摩耗性向
上効果が得られず、一方、20%を越えて含有すると脆化
が著しく、鍛造することが難しくなるので好ましくな
い。
したがって、Al2O3の含有量は5〜20%に定めた。
(d) Fe Fe成分には、Al−Si系合金からなる素地中のAl2O3粉
末の密着性を向上せしめる作用を有するが、その含有量
が0.1%未満では所望の効果が得られず、一方、1%以
上添加してもAl2O3粉末の素地に対する密着性の一層の
向上は認められず、かえってAl−Si系合金粉末鍛造部材
の脆化をもたらす。したがって、Feの含有量を0.1〜1
%未満に定めた。
末の密着性を向上せしめる作用を有するが、その含有量
が0.1%未満では所望の効果が得られず、一方、1%以
上添加してもAl2O3粉末の素地に対する密着性の一層の
向上は認められず、かえってAl−Si系合金粉末鍛造部材
の脆化をもたらす。したがって、Feの含有量を0.1〜1
%未満に定めた。
(e) Zr Zr成分には、初晶Siを微細化し、素地の強度と耐熱性
を向上させる作用があるが、0.1%未満では所望の効果
が得られず、一方、2%を越えて含有するとAl−Si系鍛
造部材の研削性が悪化することから、その含有量を0.1
〜2%に定めた。
を向上させる作用があるが、0.1%未満では所望の効果
が得られず、一方、2%を越えて含有するとAl−Si系鍛
造部材の研削性が悪化することから、その含有量を0.1
〜2%に定めた。
[II] 組織の限定理由 (f) Al2O3粒子の平均粒径 Al−Si系鍛造部材の素地中にAl2O3粒子を均一に分散
させる必要があるが、上記Al2O3粒子の平均粒径が5μ
m未満では素地中への均一分散が困難になり、素地から
の脱落をまねくので好ましくなく、一方、20μmを越え
ると、研削性が悪化するので好ましくない。したがっ
て、上記素地中に分散させるAl2O3粒子の平均粒径は5
〜20μmと定めた。
させる必要があるが、上記Al2O3粒子の平均粒径が5μ
m未満では素地中への均一分散が困難になり、素地から
の脱落をまねくので好ましくなく、一方、20μmを越え
ると、研削性が悪化するので好ましくない。したがっ
て、上記素地中に分散させるAl2O3粒子の平均粒径は5
〜20μmと定めた。
(g) 初晶Siの平均粒径 初晶Siは、その平均粒径が2μm未満では、所望の低
熱膨張係数および耐摩耗性を確保することができず、一
方、その平均粒径が15μmを越えると、強度、靭性およ
び加工性が低下する。したがって初晶Siの平均粒径は2
〜15μmの範囲内におさめた。この初晶Siの平均粒径
は、粉末製造時の凝固速度、熱間鍛造における温度、加
工率および回数などによって自由に調節することができ
る。さらに熱間鍛造後の急冷の溶体化処理したのち、析
出強化熱処理を施すことにより平均粒径:0.1μm以下の
金属化合物も必然的に形成される。
熱膨張係数および耐摩耗性を確保することができず、一
方、その平均粒径が15μmを越えると、強度、靭性およ
び加工性が低下する。したがって初晶Siの平均粒径は2
〜15μmの範囲内におさめた。この初晶Siの平均粒径
は、粉末製造時の凝固速度、熱間鍛造における温度、加
工率および回数などによって自由に調節することができ
る。さらに熱間鍛造後の急冷の溶体化処理したのち、析
出強化熱処理を施すことにより平均粒径:0.1μm以下の
金属化合物も必然的に形成される。
通常のつるぼ炉を用い、各種のAl合金溶湯を調製し、
これを空気アトマイズ方により102〜104℃/secの冷却速
度で急冷凝固し、平均粒径:45μmの粒度をもったAl−S
i系合金粉末を作製し用意した。
これを空気アトマイズ方により102〜104℃/secの冷却速
度で急冷凝固し、平均粒径:45μmの粒度をもったAl−S
i系合金粉末を作製し用意した。
さらに、通常の純度を有し、第1表に示した平均粒径
を有するAl2O3粉末を用意した。
を有するAl2O3粉末を用意した。
上記Al−Si系合金粉末およびAl2O3粉末を配合し混合
し、得られた混合粉末を5ton/cm2で圧力で10mm×23mm×
55mmの寸法をもった圧粉体を成形し、ついで、これらの
圧粉体に対して、大気中、前記Al−Si系合金粉末の融点
直下の温度である500〜520℃に15分間加熱保持したの
ち、8ton/cm2の荷重で一次熱間鍛造を施し、鍛造体の高
密度化と初晶Siの微細化をはかると共に、その寸法を11
mm×16mm×57mmとし、引続いて再び大気中、温度:500℃
に15分間保持後、同じく8ton/cm2の荷重にて二次熱間鍛
造を行って、14mm×12mm×60mmの寸法に形状付与した
後、直ちに水冷の溶体化処理を施し、最終的に温度:170
℃に6時間保持の析出強化熱処理を行うことによって第
1表に示される成分組成を有する本発明鍛造部材および
比較鍛造部材を作製した。さらに従来鍛造部材も用意し
た。
し、得られた混合粉末を5ton/cm2で圧力で10mm×23mm×
55mmの寸法をもった圧粉体を成形し、ついで、これらの
圧粉体に対して、大気中、前記Al−Si系合金粉末の融点
直下の温度である500〜520℃に15分間加熱保持したの
ち、8ton/cm2の荷重で一次熱間鍛造を施し、鍛造体の高
密度化と初晶Siの微細化をはかると共に、その寸法を11
mm×16mm×57mmとし、引続いて再び大気中、温度:500℃
に15分間保持後、同じく8ton/cm2の荷重にて二次熱間鍛
造を行って、14mm×12mm×60mmの寸法に形状付与した
後、直ちに水冷の溶体化処理を施し、最終的に温度:170
℃に6時間保持の析出強化熱処理を行うことによって第
1表に示される成分組成を有する本発明鍛造部材および
比較鍛造部材を作製した。さらに従来鍛造部材も用意し
た。
これら鍛造部材について、金属顕微鏡により初晶Siを
測定するとともに、熱膨張係数を測定し、さらに引張試
験、摩耗試験および焼付荷重の測定を行った。
測定するとともに、熱膨張係数を測定し、さらに引張試
験、摩耗試験および焼付荷重の測定を行った。
熱膨張係数の測定には、直径:5mm×長さ:15mmの試片
を用い、20〜150℃間の値を測定した。
を用い、20〜150℃間の値を測定した。
引張試験には、平行部における寸法が直径:5mm×長
さ:20mmの試片を用いた摩耗試験は、大越式試験機を用
い、相手部材:FC25、摺動速度:3.8m/sec摺動距離100m、
最終荷重:2kg、無潤滑の条件で非摩耗量を測定した。
さ:20mmの試片を用いた摩耗試験は、大越式試験機を用
い、相手部材:FC25、摺動速度:3.8m/sec摺動距離100m、
最終荷重:2kg、無潤滑の条件で非摩耗量を測定した。
これら測定結果は、いずれも第1表に示した。
〔発明の効果〕 第1表に示される結果から、本発明鍛造部材は従来鍛
造部材に較べて熱膨張係数が極めて低く、さらに、比摩
耗量、引張強さおよび伸びのいずれもすぐれた値を示
し、さらにこの発明の条件から外れた値(第1表におい
て※印を付して示した値)を有する比較鍛造部材は、上
記測定値のうち少なくとも1つは悪い値を示すことがわ
かる。
造部材に較べて熱膨張係数が極めて低く、さらに、比摩
耗量、引張強さおよび伸びのいずれもすぐれた値を示
し、さらにこの発明の条件から外れた値(第1表におい
て※印を付して示した値)を有する比較鍛造部材は、上
記測定値のうち少なくとも1つは悪い値を示すことがわ
かる。
したがって、この発明のAl−Si系合金粉末鍛造部材を
各種機関の構造部材、例えばロータリーコンプレッサ
ー、エンジン等の構造部材と摺接する構造部材に適用す
ると、摩耗および熱膨張係数の差による間隙が生ずるこ
となく十分な高性能化をもたらし、工業上有用な効果を
もたらすものである。
各種機関の構造部材、例えばロータリーコンプレッサ
ー、エンジン等の構造部材と摺接する構造部材に適用す
ると、摩耗および熱膨張係数の差による間隙が生ずるこ
となく十分な高性能化をもたらし、工業上有用な効果を
もたらすものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−162242(JP,A) 特開 昭63−169340(JP,A) 特開 昭63−243246(JP,A) 特開 昭63−307240(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 21/00,32/00 C22C 1/05
Claims (2)
- 【請求項1】Si:35を越え〜45%、Cu:0.5〜5%、 Mg:0.5〜5%、 酸化アルミニウム:5〜20%、 Fe:0.1〜1%未満、 を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
(以上、重量%)、並びに 平均粒径:2〜15μmに調整した初晶Siと平均粒径:5〜20
μmの酸化アルミニウムが素地中に均一に分散した組織
を有するAl−Si系合金で構成したことを特徴とする極低
熱膨張係数を有するAl−Si系合金粉末鍛造部材。 - 【請求項2】Si:35を越え〜45%、Cu:0.5〜5%、 Mg:0.5〜5%、 酸化アルミニウム:5〜20%、 Fe:0.1〜1%未満、Zr:0.1〜2%、 を含有し、残りがAlおよび不可避不純物からなる組成
(以上、重量%)、並びに 平均粒径:2〜15μmに調整した初晶Siと平均粒径:5〜20
μmの酸化アルミニウムが素地中に均一に分散した組織
を有するAl−Si系合金で構成したことを特徴とする極低
熱膨張係数を有するAl−Si系合金粉末鍛造部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1107043A JP2787703B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 極低熱膨張係数を有するA▲l▼―Si系合金粉末鍛造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1107043A JP2787703B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 極低熱膨張係数を有するA▲l▼―Si系合金粉末鍛造部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02285043A JPH02285043A (ja) | 1990-11-22 |
JP2787703B2 true JP2787703B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=14449073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1107043A Expired - Fee Related JP2787703B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-26 | 極低熱膨張係数を有するA▲l▼―Si系合金粉末鍛造部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2787703B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2785910B2 (ja) * | 1994-08-25 | 1998-08-13 | 本田技研工業株式会社 | 耐熱・耐摩耗性アルミニウム合金、アルミニウム合金製リテーナ及びアルミニウム合金製バルブリフタ |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59162242A (ja) * | 1983-03-05 | 1984-09-13 | Riken Corp | 耐摩耗性アルミニウム・珪素押出成形体およびその製造方法 |
JP2546660B2 (ja) * | 1986-12-30 | 1996-10-23 | 昭和電工株式会社 | セラミックス分散強化型アルミニウム合金の製造方法 |
JPS63243246A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Furukawa Alum Co Ltd | 耐熱・耐摩耗性Al−Si系粉末冶金材料 |
-
1989
- 1989-04-26 JP JP1107043A patent/JP2787703B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02285043A (ja) | 1990-11-22 |
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