JP2856251B2 - 低熱膨張係数を有する高強度耐摩耗性Ａｌ−Ｓｉ系合金鍛造部材およびその製造法 - Google Patents
低熱膨張係数を有する高強度耐摩耗性Ａｌ−Ｓｉ系合金鍛造部材およびその製造法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、鉄の熱膨脹係数（12×10-6/deg）と同等
の低い熱膨脹係数（13〜12×10-6/deg）並びに高強度を
有し、かつ耐摩耗性にもすぐれ、特にこれらの特性が要
求される各種のエンジン部品やコンプレッサ部品などと
して適用されるAl−Si系合金鍛造部材およびその製造法
に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、上記の各種部品の製造には、低熱膨脹係数およ
び耐摩耗性が要求されることから、これらの特性を具え
た、Si:31〜50重量％（以下、％は重量％を示す）を含
有し、さらに所要の合金成分を含有したAl−Si系合金が
用いられている。 これらの従来Al−Si系合金部材は、通常、原料粉末と
して、Si粉末と、所定の組成を有するAl合金粉末を用
い、これらを所定の割合に配合し、混合し、圧粉体に成
形した後、約300〜500℃の温度で熱間押出し加工し、押
出し加工後、直ちに急冷の溶体化処理を施すことによっ
て製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 近年、機関の高性能化および軽量化に対する要求が強
まりつつあり、これに伴ってこれらの構造部材に対する
高強度化が強く望まれている。 しかし、従来のAl−Si系合金押出部材は耐摩耗性が十
分でなく、さらにこれらAl−Si系合金押出部材はFe系合
金部材と組合せて使用されるため、鉄の熱膨脹係数に近
いことが必要であるにもかかわらず、従来のAl−Si系合
金押出部材は鉄の熱膨脹係数に十分に近いものとはなっ
ていないのが現状であった。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の熱膨脹係数が低く、かつすぐれた耐摩耗性を有するS
i:40〜50％含有のAl−Si系合金に着目し、これのもつす
ぐれた特性を損なうことなく、高強度化をはかるべく研
究を行なった結果、原料粉末として、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
る急冷凝固Al−Si系合金粉末を用い、これより圧粉体を
成形し、この圧粉体を、前記Al−Si系合金粉末の融点直
下、望ましくは450〜520℃の範囲内の温度で一次及び二
次の熱間鍛造を施し、二次の熱間鍛造後急冷して、高密
度化と初晶Siの微細化、並びに形状付与を行ない、引続
いて析出強化熱処理を施すことによって製造されたAl−
Si系合金鍛造部材は、素地中に、平均粒径:2〜4.9μｍ
の初晶Siと、同0.1μｍ以下の析出金属間化合物が均一
に分散した組織をもつようになり、この一次および二次
の熱間鍛造により微細化した初晶Siと、析出強化熱処理
により析出した一段と微細な金属間化合物によって、低
熱膨脹係数およびすぐれた耐摩耗性を具備した状態で、
高強度を有するようになるという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並び
に素地中に、平均粒径:2〜4.9μｍの初晶Siと、同0.1μ
ｍ以下の析出金属間化合物が均一に分散した組織を有す
る低熱膨脹係数を有する高強度耐摩耗性Al−Si系合金鍛
造部材、および、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
る急冷凝固Al−Si系合金粉末より成形した圧粉体に、こ
のAl−Si系合金粉末の融点直下、望ましくは450〜520℃
の範囲内の温度で一次および二次の熱間鍛造を施し、急
冷して高密度化と初晶Siの微細化、並びに形状付与を行
ない、引続いて析出強化熱処理を施すことによって、低
熱膨脹係数を有する高強度耐摩耗性Al−Si系合金鍛造部
材を製造する方法、 に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の鍛造部材および原料粉末の組成を
上記の通りに限定した理由を説明する。 （ａ） Si Si成分には、熱膨脹係数を低め、かつ耐摩耗性を向上
させる作用があるが、その含有量が40％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その含有量が50％を越
えると熱間鍛造が困難となることから、その含有量を40
〜50％と定めた。 （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Si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:1％
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:1〜５％、Mg:0.5〜５％と定めた。 なお、上記のように、この発明の鍛造部材において
は、初晶Siの平均粒径を２〜4.9μｍ、金属間化合物を
0.1μｍ以下とする必要があるのであって、この範囲を
外れると所望の低熱膨脹係数および耐摩耗性を確保する
ことができなくなる。上記初晶Siの平均粒径は一次およ
び二次の熱間鍛造によって調整することができ、また、
平均粒径:0.1μｍ以下の金属間化合物は、二次の熱間鍛
造後急冷の溶体化処理に続く析出強化熱処理によって調
整される。 さらに、この発明の鍛造部材は、溶解時のるつぼなど
からの混入により、不可避不純物としてFeやNiなどの成
分を含有する場合があるが、その含有量が全体で２％以
下であれば、何ら影響を及ぼすものではないので、その
含有が許容される。 〔実施例〕 つぎに、この発明の鍛造部材およびその製造法を実施
例により具体的に説明する。 通常のるつぼ炉を用い、各種のAl合金溶湯を調製し、
これを空気アトマイズ法により102〜104℃/secの冷却温
度で急冷凝固して、それぞれ第１表に示される成分組
成、並びに−100〜＋350meshの粒度をもったAl−Si系合
金粉末を成形し、この急冷凝固Al−Si系合金粉末より5t
on/cm2の圧力で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℃に60
分間加熱保持した後、8ton/cm2の荷重で一次熱間鍛造を
施して、高密度化と初晶Siの微細化をはかると共に、そ
の寸法を11mm×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
２次熱間鍛造を行なっ 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なうことによって本発明法１
〜６を実施し、実質的に上記の急冷凝固Al−Si系合金粉
末と同一の成分組成をもった本発明鍛造部材をそれぞれ
製造した。 ついで、この本発明鍛造部材について、金属顕微鏡に
より初晶Siおよび金属間化合物の平均粒径を測定すると
共に、熱膨張係数を測定し、さらに引張試験および摩耗
試験を行なった。 なお、熱膨張係数は、直径:5mm×長さ:15mmの試片を
用い、20〜150℃間の値を測定し、また引張試験には、
平行部における寸法が、直径:5mm×長さ:20mmの試片を
用い、さらに摩耗試験は、大越式試験機を用い、相手
材:FC25、最終荷重:2kg、摺動速度:3.8m/sec、摩耗距
離:100mの条件で乾式で行ない、比摩耗量を測定した。
これらの測定結果を第１表に示した。 また、第１表には、比較の目的で、従来法によって製
造されたSi:30.3％含有のAl−Si系合金押出部材の同一
条件での測定結果を示した。 〔発明の効果〕 第１表に示される結果から、本発明法１〜６によって
製造された本発明鍛造部材は、いずれも従来法によって
製造されたAl−Si系合金押出部材に比して、初晶Siの平
均粒径が細かく、したがって一段と高い強度を有し、か
つ前記従来法によって製造されたAl−Si系合金押出部材
よりも低い熱膨脹係数およびすぐれた耐摩耗性を有する
ことが明らかである。 上述のように、この発明の方法によれば、従来Al−Si
系合金押出部材よりも低い低熱膨脹係数およびすぐれた
耐摩耗性を有し、これより一段とすぐれた強度を有し、
さらに熱による寸法変化の少ないAl−Si系合金鍛造部材
を製造することができ、したがってこのAl−Si系合金鍛
造部材によれば、各種機関の高性能化および軽量化に大
いに寄与するなど工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
の低い熱膨脹係数（13〜12×10-6/deg）並びに高強度を
有し、かつ耐摩耗性にもすぐれ、特にこれらの特性が要
求される各種のエンジン部品やコンプレッサ部品などと
して適用されるAl−Si系合金鍛造部材およびその製造法
に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、上記の各種部品の製造には、低熱膨脹係数およ
び耐摩耗性が要求されることから、これらの特性を具え
た、Si:31〜50重量％（以下、％は重量％を示す）を含
有し、さらに所要の合金成分を含有したAl−Si系合金が
用いられている。 これらの従来Al−Si系合金部材は、通常、原料粉末と
して、Si粉末と、所定の組成を有するAl合金粉末を用
い、これらを所定の割合に配合し、混合し、圧粉体に成
形した後、約300〜500℃の温度で熱間押出し加工し、押
出し加工後、直ちに急冷の溶体化処理を施すことによっ
て製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 近年、機関の高性能化および軽量化に対する要求が強
まりつつあり、これに伴ってこれらの構造部材に対する
高強度化が強く望まれている。 しかし、従来のAl−Si系合金押出部材は耐摩耗性が十
分でなく、さらにこれらAl−Si系合金押出部材はFe系合
金部材と組合せて使用されるため、鉄の熱膨脹係数に近
いことが必要であるにもかかわらず、従来のAl−Si系合
金押出部材は鉄の熱膨脹係数に十分に近いものとはなっ
ていないのが現状であった。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の熱膨脹係数が低く、かつすぐれた耐摩耗性を有するS
i:40〜50％含有のAl−Si系合金に着目し、これのもつす
ぐれた特性を損なうことなく、高強度化をはかるべく研
究を行なった結果、原料粉末として、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
る急冷凝固Al−Si系合金粉末を用い、これより圧粉体を
成形し、この圧粉体を、前記Al−Si系合金粉末の融点直
下、望ましくは450〜520℃の範囲内の温度で一次及び二
次の熱間鍛造を施し、二次の熱間鍛造後急冷して、高密
度化と初晶Siの微細化、並びに形状付与を行ない、引続
いて析出強化熱処理を施すことによって製造されたAl−
Si系合金鍛造部材は、素地中に、平均粒径:2〜4.9μｍ
の初晶Siと、同0.1μｍ以下の析出金属間化合物が均一
に分散した組織をもつようになり、この一次および二次
の熱間鍛造により微細化した初晶Siと、析出強化熱処理
により析出した一段と微細な金属間化合物によって、低
熱膨脹係数およびすぐれた耐摩耗性を具備した状態で、
高強度を有するようになるという知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成、並び
に素地中に、平均粒径:2〜4.9μｍの初晶Siと、同0.1μ
ｍ以下の析出金属間化合物が均一に分散した組織を有す
る低熱膨脹係数を有する高強度耐摩耗性Al−Si系合金鍛
造部材、および、 Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有す
る急冷凝固Al−Si系合金粉末より成形した圧粉体に、こ
のAl−Si系合金粉末の融点直下、望ましくは450〜520℃
の範囲内の温度で一次および二次の熱間鍛造を施し、急
冷して高密度化と初晶Siの微細化、並びに形状付与を行
ない、引続いて析出強化熱処理を施すことによって、低
熱膨脹係数を有する高強度耐摩耗性Al−Si系合金鍛造部
材を製造する方法、 に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の鍛造部材および原料粉末の組成を
上記の通りに限定した理由を説明する。 （ａ） Si Si成分には、熱膨脹係数を低め、かつ耐摩耗性を向上
させる作用があるが、その含有量が40％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その含有量が50％を越
えると熱間鍛造が困難となることから、その含有量を40
〜50％と定めた。 （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Si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:1％
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:1〜５％、Mg:0.5〜５％と定めた。 なお、上記のように、この発明の鍛造部材において
は、初晶Siの平均粒径を２〜4.9μｍ、金属間化合物を
0.1μｍ以下とする必要があるのであって、この範囲を
外れると所望の低熱膨脹係数および耐摩耗性を確保する
ことができなくなる。上記初晶Siの平均粒径は一次およ
び二次の熱間鍛造によって調整することができ、また、
平均粒径:0.1μｍ以下の金属間化合物は、二次の熱間鍛
造後急冷の溶体化処理に続く析出強化熱処理によって調
整される。 さらに、この発明の鍛造部材は、溶解時のるつぼなど
からの混入により、不可避不純物としてFeやNiなどの成
分を含有する場合があるが、その含有量が全体で２％以
下であれば、何ら影響を及ぼすものではないので、その
含有が許容される。 〔実施例〕 つぎに、この発明の鍛造部材およびその製造法を実施
例により具体的に説明する。 通常のるつぼ炉を用い、各種のAl合金溶湯を調製し、
これを空気アトマイズ法により102〜104℃/secの冷却温
度で急冷凝固して、それぞれ第１表に示される成分組
成、並びに−100〜＋350meshの粒度をもったAl−Si系合
金粉末を成形し、この急冷凝固Al−Si系合金粉末より5t
on/cm2の圧力で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℃に60
分間加熱保持した後、8ton/cm2の荷重で一次熱間鍛造を
施して、高密度化と初晶Siの微細化をはかると共に、そ
の寸法を11mm×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
２次熱間鍛造を行なっ 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なうことによって本発明法１
〜６を実施し、実質的に上記の急冷凝固Al−Si系合金粉
末と同一の成分組成をもった本発明鍛造部材をそれぞれ
製造した。 ついで、この本発明鍛造部材について、金属顕微鏡に
より初晶Siおよび金属間化合物の平均粒径を測定すると
共に、熱膨張係数を測定し、さらに引張試験および摩耗
試験を行なった。 なお、熱膨張係数は、直径:5mm×長さ:15mmの試片を
用い、20〜150℃間の値を測定し、また引張試験には、
平行部における寸法が、直径:5mm×長さ:20mmの試片を
用い、さらに摩耗試験は、大越式試験機を用い、相手
材:FC25、最終荷重:2kg、摺動速度:3.8m/sec、摩耗距
離:100mの条件で乾式で行ない、比摩耗量を測定した。
これらの測定結果を第１表に示した。 また、第１表には、比較の目的で、従来法によって製
造されたSi:30.3％含有のAl−Si系合金押出部材の同一
条件での測定結果を示した。 〔発明の効果〕 第１表に示される結果から、本発明法１〜６によって
製造された本発明鍛造部材は、いずれも従来法によって
製造されたAl−Si系合金押出部材に比して、初晶Siの平
均粒径が細かく、したがって一段と高い強度を有し、か
つ前記従来法によって製造されたAl−Si系合金押出部材
よりも低い熱膨脹係数およびすぐれた耐摩耗性を有する
ことが明らかである。 上述のように、この発明の方法によれば、従来Al−Si
系合金押出部材よりも低い低熱膨脹係数およびすぐれた
耐摩耗性を有し、これより一段とすぐれた強度を有し、
さらに熱による寸法変化の少ないAl−Si系合金鍛造部材
を製造することができ、したがってこのAl−Si系合金鍛
造部材によれば、各種機関の高性能化および軽量化に大
いに寄与するなど工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に、平均粒径:2〜4.9μｍの初
晶Siと、同0.1μｍ以下の析出金属間化合物が均一に分
散した組織を有することを特徴とする低熱膨脹係数を有
する高強度耐摩耗性Al−Si系合金鍛造部材。 ２．Si:40〜50％、Cu:1〜５％、 Mg:0.5〜５％、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有する急冷凝固Al−Si系合金粉末より成形し
た圧粉体を、このAl−Si系合金粉末の融点直下の温度に
加熱保持したのち一次熱間鍛造して一次熱間鍛造体を作
製し、この一次熱間鍛造体を再びAl−Si系合金粉末の融
点直下の温度に加熱保持したのち二次熱間鍛造を施し、
直ちに急冷して溶体化処理し、引き続いて析出強化熱処
理を施すことにより素地中に平均粒径:2〜4.9μｍの初
晶Siと、同0.1μｍ以下の析出金属間化合物を均一に分
散させることを特徴とする低熱膨脹係数を有する高強度
耐摩耗性Al−Si系合金鍛造部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141221A JP2856251B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 低熱膨張係数を有する高強度耐摩耗性Ａｌ−Ｓｉ系合金鍛造部材およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141221A JP2856251B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 低熱膨張係数を有する高強度耐摩耗性Ａｌ−Ｓｉ系合金鍛造部材およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63307240A JPS63307240A (ja) | 1988-12-14 |
| JP2856251B2 true JP2856251B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=15286942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62141221A Expired - Lifetime JP2856251B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | 低熱膨張係数を有する高強度耐摩耗性Ａｌ−Ｓｉ系合金鍛造部材およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856251B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2661232B2 (ja) * | 1989-01-12 | 1997-10-08 | 日産自動車株式会社 | アルミニウム系熱間鍛造品の製造方法 |
| JP2703840B2 (ja) * | 1991-07-22 | 1998-01-26 | 東洋アルミニウム 株式会社 | 高強度の過共晶Ａ１―Ｓｉ系粉末冶金合金 |
| US10385622B2 (en) * | 2014-09-18 | 2019-08-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Precipitation hardened matrix drill bit |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913041A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-23 | Showa Denko Kk | 耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形体およびその製造方法 |
| JPS61238947A (ja) * | 1985-04-16 | 1986-10-24 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Ａｌ−Ｓｉ系合金素材の製造方法 |
-
1987
- 1987-06-05 JP JP62141221A patent/JP2856251B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63307240A (ja) | 1988-12-14 |
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