JP3291551B2 - 強度および耐摩耗性に優れた焼結アルミニウム合金 - Google Patents
強度および耐摩耗性に優れた焼結アルミニウム合金Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、乗用車用オ
イルポンプのギヤ、並びに乗用車エンジンのカムスプロ
ケットなど軽量で強度および耐摩耗性を必要とする各種
機械部品を製造するための焼結アルミニウム合金に関す
るものである。
イルポンプのギヤ、並びに乗用車エンジンのカムスプロ
ケットなど軽量で強度および耐摩耗性を必要とする各種
機械部品を製造するための焼結アルミニウム合金に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、軽量で、強度及び耐摩耗性が要
求される機械部品の製造には、特公平1−20215号
公報で示される様なSi:8〜30wt%含有のアルミニ
ウム合金が用いられている。しかしながらこの合金は、
公報に記載されている通り、通常の粉末冶金法では製造
が困難なため、300℃〜液相生成温度以下に加熱、も
しくは焼結した後、前記温度範囲で鍛造、あるいは押し
出しの強加工を施し、Siを粗大化させずに密度比95
%以上に緻密化することで目的とする合金を得ている
が、上記、熱間での鍛造あるいは押し出しなどの工程が
必要なため、コストが高くなる等の欠点があった。
求される機械部品の製造には、特公平1−20215号
公報で示される様なSi:8〜30wt%含有のアルミニ
ウム合金が用いられている。しかしながらこの合金は、
公報に記載されている通り、通常の粉末冶金法では製造
が困難なため、300℃〜液相生成温度以下に加熱、も
しくは焼結した後、前記温度範囲で鍛造、あるいは押し
出しの強加工を施し、Siを粗大化させずに密度比95
%以上に緻密化することで目的とする合金を得ている
が、上記、熱間での鍛造あるいは押し出しなどの工程が
必要なため、コストが高くなる等の欠点があった。
【0003】そこで、焼結工程だけで強度の優れた焼結
アルミニウム合金を得る方法も提案されている(特開平
4−365832号公報参照)。
アルミニウム合金を得る方法も提案されている(特開平
4−365832号公報参照)。
【0004】この方法により焼結アルミニウム合金を製
造するには、原料粉末として、Si:16〜30重量%
未満を含有し、残りが実質的にAlからなる初晶Si晶
出のAl−Si系合金粉末を用意し、さらに純Al粉
末、Cu粉末およびMg粉末を用意し、これら原料粉末
を添加混合し、得られた混合粉末を成形圧力:2.5to
n /cm2 以上にて圧粉体に成形し、この圧粉体を520
〜570℃にて焼結することにより得られる。
造するには、原料粉末として、Si:16〜30重量%
未満を含有し、残りが実質的にAlからなる初晶Si晶
出のAl−Si系合金粉末を用意し、さらに純Al粉
末、Cu粉末およびMg粉末を用意し、これら原料粉末
を添加混合し、得られた混合粉末を成形圧力:2.5to
n /cm2 以上にて圧粉体に成形し、この圧粉体を520
〜570℃にて焼結することにより得られる。
【0005】このようにして得られた焼結アルミニウム
合金は、Si:2〜16重量%、Cu:2.0〜4.5
重量%、Mg:0.2〜1.5重量%を含有し、残りが
実質的にAlからなる成分組成を有し、初晶Siが均一
分散している組織を有し、少ないSi含有量であっても
初晶Siの均一分散により耐摩耗性を良好に維持するこ
とができるものである。
合金は、Si:2〜16重量%、Cu:2.0〜4.5
重量%、Mg:0.2〜1.5重量%を含有し、残りが
実質的にAlからなる成分組成を有し、初晶Siが均一
分散している組織を有し、少ないSi含有量であっても
初晶Siの均一分散により耐摩耗性を良好に維持するこ
とができるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、回転駆
動装置の性能の向上に伴って、そこに使用される部品も
苛酷な条件下で使用されるようになり、かかる苛酷な条
件下での使用に耐え得ることが要求されているが、上記
従来の初晶Siが均一分散した組織を有する焼結アルミ
ニウム合金では十分に満足できる機械的特性(特に、強
度および耐摩耗性)を有する部品を製造することはでき
なかった。
動装置の性能の向上に伴って、そこに使用される部品も
苛酷な条件下で使用されるようになり、かかる苛酷な条
件下での使用に耐え得ることが要求されているが、上記
従来の初晶Siが均一分散した組織を有する焼結アルミ
ニウム合金では十分に満足できる機械的特性(特に、強
度および耐摩耗性)を有する部品を製造することはでき
なかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
従来よりも一層強度および耐摩耗性に優れたSi含有焼
結アルミニウム合金を得るべく研究を行った結果、 (a)Si結晶粒をSi:2.5〜12重量%含有の高
Siアルミニウム合金素地中に集合晶出させて高Siグ
ループ硬質相を形成し、この高Siグループ硬質相がS
i:0.05〜2.0重量%含有の低Siアルミニウム
合金素地中に分散している組織を有する焼結アルミニウ
ム合金は、従来の焼結アルミニウム合金よりも強度およ
び耐摩耗性が向上する、 (b)上記低Siアルミニウム合金素地中に高Siグル
ープ硬質相が分散を有する組織を有する強度および耐摩
耗性に優れた焼結アルミニウム合金を得るには、高グル
ープ硬質相形成用の原料粉末としてSi:13〜60重
量%含有する冷却速度:105 ℃/秒以上で製造された
アモルファスAl合金粉末を用い、低Siアルミニウム
合金素地を得るにはAl−Siアトマイズ粉末を用いる
ことにより得られる、などの研究結果を得たのである。
従来よりも一層強度および耐摩耗性に優れたSi含有焼
結アルミニウム合金を得るべく研究を行った結果、 (a)Si結晶粒をSi:2.5〜12重量%含有の高
Siアルミニウム合金素地中に集合晶出させて高Siグ
ループ硬質相を形成し、この高Siグループ硬質相がS
i:0.05〜2.0重量%含有の低Siアルミニウム
合金素地中に分散している組織を有する焼結アルミニウ
ム合金は、従来の焼結アルミニウム合金よりも強度およ
び耐摩耗性が向上する、 (b)上記低Siアルミニウム合金素地中に高Siグル
ープ硬質相が分散を有する組織を有する強度および耐摩
耗性に優れた焼結アルミニウム合金を得るには、高グル
ープ硬質相形成用の原料粉末としてSi:13〜60重
量%含有する冷却速度:105 ℃/秒以上で製造された
アモルファスAl合金粉末を用い、低Siアルミニウム
合金素地を得るにはAl−Siアトマイズ粉末を用いる
ことにより得られる、などの研究結果を得たのである。
【0009】この発明は、かかる研究結果に基づいてな
されたものであって、平均粒径:1.5〜15μmの範
囲内にあるSi結晶粒が、Si:2.5〜12重量%含
有の高Siアルミニウム合金礁状素地中に、群島状に密
に集合して平均寸法:23〜150μmの範囲内にある
大きさの高Siグループ硬質相を形成し、この高Siグ
ループ硬質相がSi:0.05〜2.0重量%含有の低
Siアルミニウム合金素地中に3〜50面積%の割合で
分散している組織を有するAl−高Si系アモルファス
粉末とAl−Siアトマイズ粉末を含む混合粉末を焼結
することにより得られた強度および耐摩耗性に優れた焼
結アルミニウム合金、に特徴を有するものである。
されたものであって、平均粒径:1.5〜15μmの範
囲内にあるSi結晶粒が、Si:2.5〜12重量%含
有の高Siアルミニウム合金礁状素地中に、群島状に密
に集合して平均寸法:23〜150μmの範囲内にある
大きさの高Siグループ硬質相を形成し、この高Siグ
ループ硬質相がSi:0.05〜2.0重量%含有の低
Siアルミニウム合金素地中に3〜50面積%の割合で
分散している組織を有するAl−高Si系アモルファス
粉末とAl−Siアトマイズ粉末を含む混合粉末を焼結
することにより得られた強度および耐摩耗性に優れた焼
結アルミニウム合金、に特徴を有するものである。
【0010】図1は、この発明の焼結アルミニウム合金
の組織写真を模写した組織の説明図である。
の組織写真を模写した組織の説明図である。
【0011】図1において1は、Si結晶粒である。こ
のSi結晶粒1は、平均粒径が1.5μmより小さいと
耐摩耗性に寄与する効果が少なくなるので好ましくな
く、一方、15μmより大きいと材料の強度が低下し、
かつ切削性が低下するので好ましくない。したがって、
Si結晶粒の平均粒径:1.5〜15μmの範囲内に定
めた。
のSi結晶粒1は、平均粒径が1.5μmより小さいと
耐摩耗性に寄与する効果が少なくなるので好ましくな
く、一方、15μmより大きいと材料の強度が低下し、
かつ切削性が低下するので好ましくない。したがって、
Si結晶粒の平均粒径:1.5〜15μmの範囲内に定
めた。
【0012】上記Si結晶粒1は、Si:2.5〜12
重量%含有の高Siアルミニウム合金礁状素地3中に群
島状に密に集合して図1に示されるような高Siグルー
プ硬質相2を形成し、この高Siグループ硬質相2がS
i:0.05〜2重量%含有の低Siアルミニウム合金
素地4中に分散している。
重量%含有の高Siアルミニウム合金礁状素地3中に群
島状に密に集合して図1に示されるような高Siグルー
プ硬質相2を形成し、この高Siグループ硬質相2がS
i:0.05〜2重量%含有の低Siアルミニウム合金
素地4中に分散している。
【0013】上記高Siグループ硬質相2を構成する高
Siアルミニウム合金礁状素地3は、平均寸法が23〜
150μmの範囲内にあり、この高Siアルミニウム合
金礁状素地3中にSi結晶粒1が10〜70面積%の割
合で過密に集合し形成されている。この範囲に限定した
理由は、高Siアルミニウム合金礁状素地3が平均寸法
で150μmを越えると十分な強度が得られず、一方、
23μm未満では十分な耐摩耗性が得られないことによ
るものであり、またSi結晶粒1が10面積%未満では
耐摩耗性に及ぼす効果が十分でなく、一方、70面積%
を越えて過密に集合せしめると相手攻撃性が顕著になる
と共に切削性も劣るようになるので好ましくないことに
よるものである。
Siアルミニウム合金礁状素地3は、平均寸法が23〜
150μmの範囲内にあり、この高Siアルミニウム合
金礁状素地3中にSi結晶粒1が10〜70面積%の割
合で過密に集合し形成されている。この範囲に限定した
理由は、高Siアルミニウム合金礁状素地3が平均寸法
で150μmを越えると十分な強度が得られず、一方、
23μm未満では十分な耐摩耗性が得られないことによ
るものであり、またSi結晶粒1が10面積%未満では
耐摩耗性に及ぼす効果が十分でなく、一方、70面積%
を越えて過密に集合せしめると相手攻撃性が顕著になる
と共に切削性も劣るようになるので好ましくないことに
よるものである。
【0014】上述の平均寸法が23〜150μmの範囲
内にある高Siアルミニウム合金礁状素地3中に平均粒
径:1.5〜15μmのSi結晶粒が10〜70面積%
の割合で群島状に密に集合してなる高Siグループ硬質
相2は、素地4に3〜50面積%の割合で分散している
ことが好ましい。その理由は、3面積%未満では耐摩耗
性に及ぼす効果が少なくなり、一方、50面積%を越え
ると材料の強度が格段に低下するので好ましくないこと
によるものである。
内にある高Siアルミニウム合金礁状素地3中に平均粒
径:1.5〜15μmのSi結晶粒が10〜70面積%
の割合で群島状に密に集合してなる高Siグループ硬質
相2は、素地4に3〜50面積%の割合で分散している
ことが好ましい。その理由は、3面積%未満では耐摩耗
性に及ぼす効果が少なくなり、一方、50面積%を越え
ると材料の強度が格段に低下するので好ましくないこと
によるものである。
【0015】上述のような高Siグループ硬質相が分散
した組織を有し、強度および耐摩耗性に優れた合金を得
るには、グループ硬質相形成用の原料粉末としてSi:
13〜60重量%含有する、冷却速度:105 ℃/秒以
上で製造されたアモルファスAl合金粉末を用いること
により得ることができるが、それは以下の理由による。
した組織を有し、強度および耐摩耗性に優れた合金を得
るには、グループ硬質相形成用の原料粉末としてSi:
13〜60重量%含有する、冷却速度:105 ℃/秒以
上で製造されたアモルファスAl合金粉末を用いること
により得ることができるが、それは以下の理由による。
【0016】アトマイズして得られた硬質相形成用Al
合金粉末中のSi成分は、焼結時の加熱により硬質なS
i結晶として成長・粗大化するため15μm以下の粒径
にコントロールできず、且つ、1.5〜15μmのSi
結晶が群島状に密に集合して成るグループ硬質相を形成
せず粗大なSi結晶として分散するようになり、材料の
強度や切削性を低下させる原因となる。しかし、アモル
ファス粉末は焼結時に簡単にSi結晶が群島状に集合
し、またSi結晶粒径をより制御しやすいためである。
合金粉末中のSi成分は、焼結時の加熱により硬質なS
i結晶として成長・粗大化するため15μm以下の粒径
にコントロールできず、且つ、1.5〜15μmのSi
結晶が群島状に密に集合して成るグループ硬質相を形成
せず粗大なSi結晶として分散するようになり、材料の
強度や切削性を低下させる原因となる。しかし、アモル
ファス粉末は焼結時に簡単にSi結晶が群島状に集合
し、またSi結晶粒径をより制御しやすいためである。
【0017】さらに、この発明の焼結アルミニウム合金
の用に素地4に少量のSiを含有させることにより素地
4を固溶強化し、さらに他の元素と化合物(例えばMg
2 Si等)を形成させて分散強化させることができる。
の用に素地4に少量のSiを含有させることにより素地
4を固溶強化し、さらに他の元素と化合物(例えばMg
2 Si等)を形成させて分散強化させることができる。
【0018】
【実施例】原料粉末として、いずれもアトマイズ法によ
り製造された粒度−100メッシュの純Al粉末、Al
−50重量%Zn粉末、Al−5重量%Mg粉末、Al
−30重量%Cu粉末、Al−10重量%Fe粉末、A
l−8重量%Si粉末、およびグループ硬質相形成用の
表1に示される平均粒径と組成を有する単ロール急冷凝
固法により105 ℃/秒以上の冷却速度で製造されたア
モルファスリボンを粉砕して得たアモルファスAl−高
Si系粉末を用意した。
り製造された粒度−100メッシュの純Al粉末、Al
−50重量%Zn粉末、Al−5重量%Mg粉末、Al
−30重量%Cu粉末、Al−10重量%Fe粉末、A
l−8重量%Si粉末、およびグループ硬質相形成用の
表1に示される平均粒径と組成を有する単ロール急冷凝
固法により105 ℃/秒以上の冷却速度で製造されたア
モルファスリボンを粉砕して得たアモルファスAl−高
Si系粉末を用意した。
【0019】これら原料粉末を表2に示される割合で配
合し混合したのち、加圧力:4ton/cm2 で成形体を作
製し、得られた成形体を表3の条件で焼結し、5.5to
n /cm2 の加圧力で矯正(再圧縮)を施し、溶体化処理
および時効処理することにより本発明焼結アルミニウム
合金(以下、本発明合金という)1〜6を作製した。
合し混合したのち、加圧力:4ton/cm2 で成形体を作
製し、得られた成形体を表3の条件で焼結し、5.5to
n /cm2 の加圧力で矯正(再圧縮)を施し、溶体化処理
および時効処理することにより本発明焼結アルミニウム
合金(以下、本発明合金という)1〜6を作製した。
【0020】得られた本発明合金1〜6の組織を金属顕
微鏡で観察し、その組織のSi結晶粒の平均粒径、Si
結晶粒が高Siアルミニウム合金礁状素地中に群島状に
密に集合して出来た高Siグループ硬質相におけるSi
結晶粒の集合密度および高Siグループ硬質相の平均寸
法、並びに高Siグループ硬質相が低Siアルミニウム
合金素地中に分散している割合を測定し、それらの測定
値を表4に示した。さらに高Siグループ硬質相が分散
している低Siアルミニウム合金素地のSi含有量およ
び高Siグループ硬質相を構成する高Siアルミニウム
合金礁状素地のSi含有量についてもX線回析により測
定し、それらの測定結果についても表4に示した。
微鏡で観察し、その組織のSi結晶粒の平均粒径、Si
結晶粒が高Siアルミニウム合金礁状素地中に群島状に
密に集合して出来た高Siグループ硬質相におけるSi
結晶粒の集合密度および高Siグループ硬質相の平均寸
法、並びに高Siグループ硬質相が低Siアルミニウム
合金素地中に分散している割合を測定し、それらの測定
値を表4に示した。さらに高Siグループ硬質相が分散
している低Siアルミニウム合金素地のSi含有量およ
び高Siグループ硬質相を構成する高Siアルミニウム
合金礁状素地のSi含有量についてもX線回析により測
定し、それらの測定結果についても表4に示した。
【0021】さらに比較のために、通常の初晶Siが析
出しているSi:20重量%を含有し、残りがAlおよ
び不可避不純物からなる粒度−100メッシュのアトマ
イズ粉末および、いずれも−100メッシュの粒度のC
u粉末、Mg粉末、純Al粉末を用意し、このアトマイ
ズ粉末を表2に示される割合で配合し、混合したのち加
圧力:4ton /cm2 で成形し、表3に示される条件で焼
結、溶体化処理および時効処理することにより従来焼結
アルミニウム合金(以下、従来合金という)を作製し
た。
出しているSi:20重量%を含有し、残りがAlおよ
び不可避不純物からなる粒度−100メッシュのアトマ
イズ粉末および、いずれも−100メッシュの粒度のC
u粉末、Mg粉末、純Al粉末を用意し、このアトマイ
ズ粉末を表2に示される割合で配合し、混合したのち加
圧力:4ton /cm2 で成形し、表3に示される条件で焼
結、溶体化処理および時効処理することにより従来焼結
アルミニウム合金(以下、従来合金という)を作製し
た。
【0022】得られた本発明合金1〜6および従来合金
を用い、たて:10mm、横:10mm、厚さ:40mmの寸
法を有するブロックを作製し、このブロックを回転する
鋳鉄(FC250)製の外径:40mm、内径:30mm、
幅:15mmの寸法を有するリングに一定荷重で押し付け
るブロックオンリング型の摩耗試験を行なった。
を用い、たて:10mm、横:10mm、厚さ:40mmの寸
法を有するブロックを作製し、このブロックを回転する
鋳鉄(FC250)製の外径:40mm、内径:30mm、
幅:15mmの寸法を有するリングに一定荷重で押し付け
るブロックオンリング型の摩耗試験を行なった。
【0023】試験条件は下記の通りである。
【0024】 荷重:30kgf 、 摺動速度:5m/秒、 摺動距離:1500m、 潤滑:エンジンオイル滴下(ガソリンエンジン用)、 かかる条件のブロックオンリング型摩耗試験を行ったの
ち、ブロックの体積摩耗量を測定し、その結果を表4に
示した。
ち、ブロックの体積摩耗量を測定し、その結果を表4に
示した。
【0025】さらに、本発明合金1〜6および従来合金
を用いてJIS規格JISZ2550に基づく引張り試
験片を作製し、この試験片を用いて引張り強さを測定
し、これらの測定値を表4に示した。
を用いてJIS規格JISZ2550に基づく引張り試
験片を作製し、この試験片を用いて引張り強さを測定
し、これらの測定値を表4に示した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】
【0030】
【発明の効果】表1〜表4に示される結果から、平均粒
径:1.5〜15μmの範囲内にあるSi結晶粒が、S
i:2.5〜12重量%の高Siアルミニウム合金礁状
素地中に群島状に密に集合して平均寸法:23〜150
μmの大きさの高Siグループ硬質相を形成し、この高
Siグループ硬質相がSi:0.05〜2.0重量%の
低Siアルミニウム合金素地中に3〜50面積%の割合
で分散している組織を有する本発明合金1〜6は、従来
合金と比較して、引張り強さおよび耐摩耗性に優れてい
ることがわかる。
径:1.5〜15μmの範囲内にあるSi結晶粒が、S
i:2.5〜12重量%の高Siアルミニウム合金礁状
素地中に群島状に密に集合して平均寸法:23〜150
μmの大きさの高Siグループ硬質相を形成し、この高
Siグループ硬質相がSi:0.05〜2.0重量%の
低Siアルミニウム合金素地中に3〜50面積%の割合
で分散している組織を有する本発明合金1〜6は、従来
合金と比較して、引張り強さおよび耐摩耗性に優れてい
ることがわかる。
【0031】上述のように、この発明の焼結アルミニウ
ム合金を用いて機械部品等を製造すると、従来よりも機
械的強度の優れた機械部品を製造することができ、苛酷
な使用に耐えることができるので、駆動装置等の性能向
上に大いに貢献しうるものである。
ム合金を用いて機械部品等を製造すると、従来よりも機
械的強度の優れた機械部品を製造することができ、苛酷
な使用に耐えることができるので、駆動装置等の性能向
上に大いに貢献しうるものである。
【図1】この発明の焼結アルミニウム合金の組織を説明
するための模写説明図である。
するための模写説明図である。
1 Si結晶粒 2 高Siグループ硬質相 3 高Siアルミニウム合金礁状素地 4 低Siアルミニウム合金素地
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18 C22C 1/04
Claims (1)
- 【請求項1】 平均粒径:1.5〜15μmの範囲内に
あるSi結晶粒が、Si:2.5〜12重量%含有の高
Siアルミニウム合金礁状素地中に、群島状に密に集合
して平均寸法:23〜150μmの範囲内にある大きさ
の高Siグループ硬質相を形成し、この高Siグループ
硬質相がSi:0.05〜2.0重量%含有の低Siア
ルミニウム合金素地中に3〜50面積%の割合で分散し
ている組織を有するAl−高Si系アモルファス粉末と
Al−Siアトマイズ粉末を含む混合粉末を焼結するこ
とにより得られた強度および耐摩耗性に優れた焼結アル
ミニウム合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35441693A JP3291551B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 強度および耐摩耗性に優れた焼結アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35441693A JP3291551B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 強度および耐摩耗性に優れた焼結アルミニウム合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07197168A JPH07197168A (ja) | 1995-08-01 |
JP3291551B2 true JP3291551B2 (ja) | 2002-06-10 |
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ID=18437414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35441693A Expired - Fee Related JP3291551B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 強度および耐摩耗性に優れた焼結アルミニウム合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3291551B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3940022B2 (ja) | 2002-05-14 | 2007-07-04 | 日立粉末冶金株式会社 | 焼結アルミニウム合金の製造方法 |
JP6312189B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2018-04-18 | 住友電工焼結合金株式会社 | 摺動部材、及び摺動部材の製造方法 |
JP6108273B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-04-05 | 住友電工焼結合金株式会社 | オイルポンプ用ロータ |
CN114151531A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-08 | 亚超特新材料技术有限公司 | 一种用于链条和皮带传动装置的轻量化铝基复合材料传动圆盘 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35441693A patent/JP3291551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07197168A (ja) | 1995-08-01 |
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