JP3485961B2 - High strength aluminum base alloy - Google Patents

High strength aluminum base alloy

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JP3485961B2
JP3485961B2 JP07775194A JP7775194A JP3485961B2 JP 3485961 B2 JP3485961 B2 JP 3485961B2 JP 07775194 A JP07775194 A JP 07775194A JP 7775194 A JP7775194 A JP 7775194A JP 3485961 B2 JP3485961 B2 JP 3485961B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強度などの機械的特性
に優れたアルミニウム基合金に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum base alloy excellent in mechanical properties such as strength.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば、特開平1−275732
号公報に開示されているように液体急冷法等の急冷凝固
手段により高強度・高耐熱性を有するアルミニウム基合
金が製造されている。急冷凝固手段によって得られる前
記公報のアルミニウム基合金の組織は非晶質または微結
晶質であり、微結晶質は、アルミニウムマトリクスから
なる金属固溶体、微結晶質のアルミニウムマトリクス相
および安定もしくは準安定な金属間化合物相で構成され
た複合体からなるものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, JP-A-1-275732.
As disclosed in the publication, an aluminum-based alloy having high strength and high heat resistance is manufactured by a rapid solidification method such as a liquid rapid cooling method. The structure of the aluminum-based alloy of the above publication obtained by the rapid solidification means is amorphous or microcrystalline, and the microcrystalline is a metal solid solution consisting of an aluminum matrix, a microcrystalline aluminum matrix phase and a stable or metastable It is composed of a complex composed of an intermetallic compound phase.

【0003】前記特開平1−275732号公報に開示
されているアルミニウム基合金は、高強度、高耐熱性、
高耐食性を示す優れた合金であり、高強度材料としては
加工性にも優れているが、300℃以上の高温度領域で
は、急冷凝固材としての優れた特性が低下し、耐熱性特
に耐熱強度の点で改善の余地を残している。また、上記
公報の合金は比較的比重が高い元素を添加するため、比
強度が比較的大きくならず、高比強度の点においても改
善の余地を残している。また、上記公報の合金は金属間
化合物の体積率が高いため延性が乏しく、特に伸びの点
にも改善の余地を残している。
The aluminum-based alloy disclosed in JP-A-1-275732 has high strength, high heat resistance,
It is an excellent alloy that exhibits high corrosion resistance and is excellent in workability as a high-strength material, but in the high temperature range of 300 ° C or higher, its excellent properties as a rapidly solidified material deteriorate and heat resistance, especially heat resistance strength. There is room for improvement in terms of. Moreover, since the alloy of the above publication adds an element having a relatively high specific gravity, the specific strength does not become relatively large, and there is room for improvement in terms of high specific strength. Further, the alloy of the above publication has a low ductility because of a high volume ratio of the intermetallic compound, and there is room for improvement particularly in the point of elongation.

【0004】一方、Al−M(M=Mn,Cr,V,M
o)−RE(Y,La,Ce等)系アルミニウム合金に
おいて正20面体準結晶(I相)が形成され、その比強
度はAl基非晶質合金より約1.3倍以上高くなること
が報告されている。しかしながら、強度、比強度、延
性、耐熱性などの特性を実用材料として十分なレベルに
なるようにさらに向上することが期待されている。
On the other hand, Al-M (M = Mn, Cr, V, M
o) -RE (Y, La, Ce, etc.)-based aluminum alloys form icosahedral quasicrystals (I phase), and their specific strength is about 1.3 times or more higher than that of Al-based amorphous alloys. It has been reported. However, it is expected that the properties such as strength, specific strength, ductility, and heat resistance will be further improved to a level sufficient for practical materials.

【0006】さらに、特公平4−59380号公報によ
ると、Albal Fea Xb (X=Zn,Co,Cr,M
o,Zr,Y,Si及び/又はCe,a=7〜15wt
%,b=1.5〜10wt%)からなる組成を有し、少
なくとも70%がミクロ共晶組織をもつ、高温強度が高
いアルミニウム合金が公知である。このミクロ共晶組織
は、Al及び遷移金属元素を含む固溶体相の実質的に均
一な細胞状網目構造からなるものである。この合金は通
常のアルミニウム合金に比較すると優れた高温強度を有
しているが、押出材の室温における伸びが10%未満で
ある。なお、通常の溶製Al合金インゴットを押出した
押出材は室温における伸びが容易に10%を超えるの
で、上記特公平4−59380号公報の材料は延性の点
でまだ改善の余地がある。
Further, according to Japanese Patent Publication No. 4-59380, Albal Fea Xb (X = Zn, Co, Cr, M
o, Zr, Y, Si and / or Ce, a = 7 to 15 wt
%, B = 1.5 to 10 wt%), and at least 70% has a microeutectic structure, and high temperature strength aluminum alloys are known. This microeutectic structure is composed of a substantially uniform cellular network structure of a solid solution phase containing Al and a transition metal element. This alloy has excellent high-temperature strength as compared with ordinary aluminum alloys, but the elongation at room temperature of the extruded material is less than 10%. Since the extruded material obtained by extruding a usual molten Al alloy ingot easily exceeds 10% at room temperature, the material of Japanese Patent Publication No. 4-59380 has room for improvement in ductility.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、ア
ルミニウムからなるマトリクス中に、少なくとも準結晶
を微細に分散した組織のアルミニウム基合金において、
強度及び比強度に優れ、さらに望ましくは、延性、耐熱
性、室温強度および高温強度ならびに硬度に優れ、比強
度が高いアルミニウム基合金を提供することを目的とす
るものである。
Therefore, the present invention provides an aluminum-based alloy having a structure in which at least quasicrystals are finely dispersed in a matrix made of aluminum.
It is an object of the present invention to provide an aluminum-based alloy excellent in strength and specific strength, and more preferably in ductility, heat resistance, room temperature strength and high temperature strength and hardness, and high in specific strength.

【0008】上記課題を解決するため本発明は、一般
式:Albal Qa Mb Xc (但し、Q:V,Mo,Wか
ら選ばれる一種もしくは二種以上の元素、M:Fe,C
o,Ni,Cuから選ばれる一種もしくは二種以上の元
素、X:Y(イットリウム)を含む一種または二種以上
の希土類元素またはミッシュメタル(Mm)であり、
a,b,cは原子%で1≦a≦7,0.5≦b≦5,
0.5≦c≦2)で示される組成を有し、組織中に体積
比率で20〜70%の準結晶を含むことを特徴とする高
強度アルミニウム基合金を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a general formula: Albal Qa Mb Xc (provided that Q: one or more elements selected from V, Mo and W, M: Fe, C
one or more elements selected from o, Ni, Cu, one or more rare earth elements containing X: Y (yttrium), or a misch metal (Mm),
a, b, c are atomic% and 1 ≦ a ≦ 7, 0.5 ≦ b ≦ 5
0.5 ≦ c ≦ 2 ) and has a volume in the tissue.
Provided is a high-strength aluminum-based alloy characterized by containing 20 to 70% of quasicrystals.

【0009】Q元素はV,Mo,Wから選ばれる一種も
しくは二種以上の元素であり、これらの元素は準結晶の
生成に不可欠な元素であり、さらに後述するM元素と組
み合わせることにより、準結晶の生成が容易になるとと
もに、合金組織の熱的安定性が向上できる効果がある。
The Q element is one or more elements selected from V, Mo and W, and these elements are indispensable for the formation of quasicrystals. It has the effects of facilitating the generation of crystals and improving the thermal stability of the alloy structure.

【0010】M元素はFe,Co,Ni,Cuから選ば
れる一種もしくは二種以上の元素であり、これらの元素
は上述のQ元素と組み合わせることにより、準結晶の生
成が容易になるとともにQ元素と同様に熱的安定性が向
上する。また、M元素は主元素であるAlに対して拡散
能が小さい元素であり、Alマトリクスを強化する効果
があるとともに、主元素のAlまたはその他の元素と種
々の金属間化合物を形成し、合金の強度の向上および耐
熱性に貢献する。
The M element is one or more elements selected from Fe, Co, Ni and Cu. By combining these elements with the above-mentioned Q element, quasicrystals can be easily generated and the Q element can be produced. Thermal stability is improved as well. In addition, the M element is an element having a small diffusivity with respect to Al which is the main element, has an effect of strengthening the Al matrix, and forms various intermetallic compounds with Al which is the main element or other elements to form an alloy. Contributes to improved strength and heat resistance.

【0011】また、X元素はY(イットリウム)を含む
一種または二種以上の希土類元素またはミッシュメタル
(Mm)であり、これらの元素は準結晶が生成するQ−
M組成域を添加Q,M遷移金属の低溶質濃度の拡大する
のに有効であるとともに、溶湯などの高温状態からの冷
却により相が微細化される効果を向上させる。なお、微
細化効果により強度とともに延性が向上する。X元素と
しては特に軽希土類であるCe,Laが比強度を高める
上で好ましい。希土類元素量はc=0.5〜2at%,
特に1〜1.5at%が好ましい。
The X element is one or more kinds of rare earth elements containing Y (yttrium) or misch metal (Mm), and these elements are Q-generated by a quasicrystal.
It is effective in expanding the low solute concentration of the added Q and M transition metals in the M composition region, and improves the effect of refining the phase by cooling from a high temperature state such as a molten metal. In addition, due to the refinement effect, the ductility is improved together with the strength. As the X element, Ce and La, which are light rare earths, are particularly preferable for increasing the specific strength. The amount of rare earth element is c = 0.5 to 2 at%,
In particular, 1 to 1.5 at% is preferable.

【0012】前記一般式において原子%でaを1〜7a
t%、bを0.5〜5at%、cを0(0は含まない)
〜5at%の範囲にそれぞれ限定したのは、その範囲内
であると従来(市販)の高強度アルミニウム合金より室
温および300℃以上の高温下においても強度が高いた
めである。特に好ましいのは3≦(a+b+c)≦7の
範囲である。
In the above general formula, a is 1 to 7a in atomic%.
t%, b 0.5 to 5 at%, c 0 (0 is not included)
The reason for limiting each to 5 at% is that the strength is higher than that of a conventional (commercially available) high-strength aluminum alloy even at room temperature and a high temperature of 300 ° C. or higher within the range. Particularly preferred is the range of 3 ≦ (a + b + c) ≦ 7.

【0013】また、上記準結晶は20面体準結晶相(ic
osahedral,I 相)もしくは正十角形準結晶(decagonal,
D相)またはこれらの近似結晶相のいずれかである。近
似結晶は、20面体相(I相)および正十角形(D相)
のクラスタを有し、そのクラスタが規則的配列をなした
結晶である。
The above quasicrystal is an icosahedral quasicrystal phase (ic
osahedral, I phase) or regular decagonal quasicrystal (decagonal,
D phase) or these approximate crystal phases. Approximate crystals are icosahedral phase (I phase) and regular decagon (D phase)
Is a crystal having a regular array.

【0014】さらにその組織は準結晶の他に非晶質、ア
ルミニウム結晶、アルミニウム結晶の過飽和固溶体のい
ずれかからなる相とからなり、後者はその複合体(混
相)であってもよい。さらに場合によってはこれらの組
織中にアルミニウムとその他の元素とが生成する種々の
金属間化合物および/またはその他の元素同志が生成す
る金属間化合物が含まれていてもよい。特に金属間化合
物が存在することにより、マトリクスの強化および結晶
粒の制御をするのに有効である。また本発明において合
金の組織は非晶質相、アルミニウム相、アルミニウムの
過飽和固溶体相に微細な準結晶粒子が均一に分散してい
る。
Further, its structure is composed of a phase made of any of amorphous, aluminum crystal, and supersaturated solid solution of aluminum crystal in addition to quasicrystal, and the latter may be a complex (mixed phase) thereof. Further, in some cases, these structures may contain various intermetallic compounds produced by aluminum and other elements and / or intermetallic compounds produced by other elements. In particular, the presence of the intermetallic compound is effective in strengthening the matrix and controlling the crystal grains. Further, in the present invention, the structure of the alloy is such that fine quasicrystalline particles are uniformly dispersed in the amorphous phase, the aluminum phase, and the supersaturated solid solution phase of aluminum.

【0015】上記において合金組織中に含まれる準結晶
は体積率で20〜70%である。20%未満である場
合、強度、比強度及び耐熱性の向上が不十分であり、一
方70%を越えた場合、合金の脆化により材料の加工が
十分に行えなくなる可能性が生じるためである。さらに
合金組織中に含まれる準結晶は体積率で50〜70%で
あることが好ましい。
In the above, the quasicrystal contained in the alloy structure is 20 to 70% by volume . When it is less than 20%, the strength, specific strength and heat resistance are insufficiently improved, while when it exceeds 70%, the material may not be sufficiently processed due to embrittlement of the alloy. . Further, it is preferable that the quasicrystal contained in the alloy structure has a volume ratio of 50 to 70% .

【0016】また、本発明のアルミニウム基合金は、上
記組成を有する合金の溶湯を単ロール法、双ロール法、
回転液中紡糸法、各種アトマイズ法、スプレー法などの
液体急冷法、スパッタリング法、メカニカルアロイング
法、メカニカルグライディング法などによりリボン、粉
末等として直接得ることができる。これらの方法の場合
合金組成によって多少異なるが、102〜104K/se
c程度の冷却速度により所定の準結晶を形成することが
できる。上記した急冷凝固材を圧粉、接着、ろう付けな
どの方法により所定の寸法と厚みを持たせた部品に使用
することができる。さらに粉末を押出して所定の寸法を
持たせることによっても各種部品に使用することができ
る。
In the aluminum-based alloy of the present invention, the molten metal of the alloy having the above composition is formed by the single roll method, the twin roll method,
It can be directly obtained as a ribbon, a powder, etc. by a spinning liquid spinning method, various atomizing methods, a liquid quenching method such as a spray method, a sputtering method, a mechanical alloying method, a mechanical gliding method and the like. In the case of these methods, it is 10 2 to 10 4 K / se although it depends on the alloy composition.
A predetermined quasicrystal can be formed at a cooling rate of about c. The rapidly solidified material described above can be used for parts having predetermined dimensions and thickness by a method such as powder compaction, adhesion, brazing and the like. Further, it can be used for various parts by extruding powder to have a predetermined size.

【0017】また、本発明のアルミニウム基合金は、上
記製造方法により少なくとも部分的に固溶体組織をもつ
急冷凝固材を得、これを熱処理するか、あるいは、少な
くとも部分的に固溶体組織をもつ急冷凝固材、例えばリ
ボン、粉末等を集成し、これを圧粉、押出しなどの熱加
工により準結晶を固溶体から析出することができる。こ
の際の温度は360〜600℃が好ましい。この急冷凝
固により初晶で準結晶が晶出することが強度向上の面で
好ましい。
The aluminum-based alloy of the present invention is obtained by the above-mentioned manufacturing method to obtain a rapidly solidified material having a solid solution structure at least partially, and heat-treating the material, or a rapidly solidified material having a solid solution structure at least partially. For example, a quasicrystal can be precipitated from a solid solution by assembling ribbons, powders, etc. and subjecting them to thermal processing such as compaction and extrusion. The temperature at this time is preferably 360 to 600 ° C. It is preferable that quasicrystals are crystallized as primary crystals by this rapid solidification in terms of strength improvement.

【0018】準結晶および場合により存在する種々の金
属間化合物の平均粒子の大きさは10〜1000nmで
あることが好ましい。平均粒子の大きさが10nm未満
の場合、合金の強度に寄与しにくく、必要以上に組織中
に存在させると、合金の脆化を招く危険が生じるためで
あり、1000nmを越えた場合、粒子が大きくなりす
ぎて、強度の維持ができなくなるとともに強化要素とし
て働きがなくなる可能性が大きくなるためである。ま
た、準結晶および金属間化合物の平均粒子間距離は10
〜500nmであることが好ましい。平均粒子間距離が
10nm未満の場合、得られた合金は強度、硬度は高い
が延性の点で不十分となり、500nmを越える場合強
度が急激に低下し、高強度の合金が得られなくなる可能
性が生じるためである。従って、上記一般式に示される
組成とすることにより、ヤング率、高温、室温強度、延
性、疲労強度などをより向上させることができる。
The average particle size of the quasicrystals and the various intermetallic compounds optionally present is preferably from 10 to 1000 nm. This is because when the average particle size is less than 10 nm, it is difficult to contribute to the strength of the alloy, and when it is present in the structure more than necessary, there is a risk of embrittlement of the alloy. This is because if it becomes too large, it becomes impossible to maintain the strength, and there is a high possibility that it will not function as a reinforcing element. The average interparticle distance between the quasicrystal and the intermetallic compound is 10
It is preferably ˜500 nm. When the average inter-particle distance is less than 10 nm, the obtained alloy has high strength and hardness but is insufficient in ductility, and when it exceeds 500 nm, the strength is sharply reduced, and high strength alloy may not be obtained. Is caused. Therefore, with the composition represented by the above general formula, Young's modulus, high temperature, room temperature strength, ductility, fatigue strength and the like can be further improved.

【0019】本発明のアルミニウム基合金は適当な製造
条件、特に冷却速度及び熱処理条件、を選ぶことによ
り、合金組織(準結晶の割合及びその他の相の種類);
準結晶などの各相の粒径、分散状態などを制御すること
ができ、種々の用途特性(例えば強度、硬度、延性又は
耐熱性等)に適した材料を得ることができる。また前記
のように準結晶または種々の金属間化合物の平均粒子の
大きさを10−1000nmの範囲に制御し、平均粒子
間距離を10〜500nmの範囲に制御することによ
り、優れた超塑性加工材としての性質も付与できる。な
お、本発明の合金において急冷して初晶で準結晶が晶出
することが強度の向上に好ましい。
The aluminum-based alloy of the present invention has an alloy structure (proportion of quasicrystals and other types of phases) by selecting appropriate manufacturing conditions, particularly cooling rate and heat treatment conditions;
It is possible to control the particle size of each phase such as a quasicrystal, the dispersion state, and the like, and it is possible to obtain a material suitable for various application properties (for example, strength, hardness, ductility, heat resistance, etc.). Further, as described above, by controlling the average particle size of the quasicrystal or various intermetallic compounds in the range of 10 to 1000 nm and controlling the average interparticle distance in the range of 10 to 500 nm, excellent superplastic working is achieved. The property as a material can also be given. In the alloy of the present invention, it is preferable for quenching to crystallize a quasicrystal as a primary crystal to improve strength.

【0020】[0020]

【作用】(1)強度・比強度について:従来最高強度を
もつと言われている非晶質アルミ合金はAl85Ni5
15(引張強度ρf =1140MPa)と同等程度の強度
を本発明では非常に少ない溶質元素量で達成することが
できる。さらに、本発明においては従来の準結晶質アル
ミ合金と比較しても同等程度の強度をより少ない溶質元
素量で達成することができる。 (2)延性について:本発明合金は強度が著しく高いに
も拘らず延性が非常に優れており、最良の特性では従来
の溶製インゴットを加工したものを凌駕する。 (2)耐熱性について:本発明の材料は、熱間加工を行
う際に加熱による特性の変化が少ない、室温と高温下に
おける強度の差が少ないなどの利点をもつ。
[Operation] (1) Strength / specific strength: Amorphous aluminum alloy which is said to have the highest strength in the past is Al 85 Ni 5 Y
In the present invention, a strength equivalent to 15 (tensile strength ρ f = 1140 MPa) can be achieved with a very small amount of solute element. Further, in the present invention, the same degree of strength can be achieved with a smaller amount of solute element as compared with the conventional quasicrystalline aluminum alloy. (2) Ductility: The alloy of the present invention has extremely excellent ductility despite its extremely high strength, and has the best properties in comparison with those obtained by processing a conventional ingot. (2) Heat resistance: The material of the present invention has advantages such as little change in characteristics due to heating during hot working and little difference in strength between room temperature and high temperature.

【0021】[0021]

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。実施例1Al94.53Co1.5Ce1で示される組
成(原子比)の母合金をアーク溶解炉で溶製し、一般的
に用いられる単ロール式液体急冷装置(メルトスピニン
グ装置)によって薄帯(厚さ:20μm、幅1.5m
m)を製造した。その際のロールは直径200mmの銅
製、回転数は4000rpm,雰囲気は10-3torr
以下のArである。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. Example 1 A mother alloy having a composition (atomic ratio) represented by Al 94.5 V 3 Co 1.5 Ce 1 was melted in an arc melting furnace, and a ribbon was formed by a commonly used single roll type liquid quenching device (melt spinning device). Thickness: 20 μm, width 1.5 m
m) was produced. The roll at that time was made of copper with a diameter of 200 mm, the rotation speed was 4000 rpm, and the atmosphere was 10 −3 torr.
The following is Ar.

【0022】製造した薄帯を電解研磨後TEM観察およ
び電子線回折を行った結果、準結晶I相とアルミニウム
結晶相とからなる混相合金であることが分かった。この
結果を示す図1は、I相は直径が約30nmで、アルミ
ニウム相(組織白色部)マトリクス中に均一に分散して
いることを示している。I相は体積率で68%であり、
合金組織中主相であることがわかった。
As a result of TEM observation and electron beam diffraction of the produced ribbon after electrolytic polishing, it was found to be a mixed phase alloy composed of a quasicrystalline I phase and an aluminum crystalline phase. FIG. 1 showing the results shows that the I phase has a diameter of about 30 nm and is uniformly dispersed in the aluminum phase (white tissue portion) matrix. Phase I has a volume ratio of 68%,
It was found to be the main phase in the alloy structure.

【0023】実施例2 Al99-a-baCobCe1で示される組成(原子比)の
母合金をアーク溶解炉で溶製し、実施例1と同様の製造
条件により薄帯(厚さ:20μm、幅1.5mm)を製
造した。製造したそれぞれの薄帯をインストロン型引張
試験機によって室温における強度を測定した。また、1
80°密着曲げを行い合金の延性を調べた。この結果を
表1に示す。
Example 2 A mother alloy having a composition (atomic ratio) represented by Al 99-ab V a Co b Ce 1 was melted in an arc melting furnace, and a ribbon (thickness) was formed under the same manufacturing conditions as in Example 1. : 20 μm, width 1.5 mm) was manufactured. The strength of each manufactured ribbon was measured at room temperature by an Instron type tensile tester. Also, 1
The ductility of the alloy was investigated by performing 80 ° contact bending. The results are shown in Table 1.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】表1によれば、本発明例1〜13の合金が
強度的に優れ、かつ優れた延性(粘さ)を有する合金で
あることが分かった。比較例1は強度は高いが、V,C
o,Ceの総量が多いために延性が低い例である。な
お、合金の組織はTEM観察および電子線回折を行った
結果、ほぼ実施例1と同様の結果が得られた。これに対
して比較例1はV量が多いために、比較例2はVが添加
されていないために強度と延性が低い例である。
According to Table 1, it was found that the alloys of Examples 1 to 13 of the present invention were alloys having excellent strength and excellent ductility (viscosity). Comparative Example 1 has high strength, but V, C
This is an example in which the ductility is low because the total amount of o and Ce is large. As a result of TEM observation and electron diffraction of the alloy structure, almost the same results as in Example 1 were obtained. On the other hand, Comparative Example 1 has a large amount of V, and Comparative Example 2 is an example having low strength and ductility because V is not added.

【0026】なお、V=2,3,4,5,7at%の5
つのレベルの添加量では、V=3〜4%において最も強
度が高くなっている(本発明例9)。CoはCo=1.
5〜2.5at%の範囲で最も強度が高くなっている
が、Vが4at%と高くなるとCo=2.5atでは強
度低下が起こっている(本発明例12)。したがって上
記の範囲のV,Co添加量では引張強度が1000MP
a以上との高強度が得られ、又希土類がCe=1at%
と低いために比強度の面でも好ましい。
Note that V = 2, 3, 4, 5, 7 at% of 5
With the addition amount of one level, the strength is highest at V = 3 to 4% (Invention Example 9). Co is Co = 1.
The strength is highest in the range of 5 to 2.5 at%, but when V is as high as 4 at%, the strength is reduced at Co = 2.5 at (Invention Example 12). Therefore, when the amount of V and Co added in the above range, the tensile strength is 1000MP.
High strength of a or more is obtained, and rare earth is Ce = 1 at%
Since it is low, it is preferable in terms of specific strength.

【0027】 実施例3 Al94.531.5 Ce1 で示される組成(原子比)の
母合金をアーク溶解炉で溶製し、以下実施例1と同様の
製造条件により薄帯を製造した。製造したそれぞれの薄
帯についてビッカース微小硬度計(荷重:20g)によ
って硬度Hv (DPN)をインストロン型引張試験機に
より室温における強度σf (MPa)を測定した。この
結果を図2に示す。
Example 3 A mother alloy having a composition (atomic ratio) represented by Al 94.5 V 3 M 1.5 Ce 1 was melted in an arc melting furnace, and a ribbon was manufactured under the same manufacturing conditions as in Example 1 below. The hardness Hv (DPN) of each manufactured ribbon was measured by a Vickers micro hardness meter (load: 20 g), and the strength σf (MPa) at room temperature was measured by an Instron type tensile tester. The result is shown in FIG.

【0028】図2によれば本発明の合金が強度および硬
度に優れた特性を有する合金であることが分かる。特に
M元素の内Coは強度向上の効果が大きい。なお、合金
の組織はTEM観察および電子線回折を行った結果、ほ
ぼ実施例1と同様であった。
It can be seen from FIG. 2 that the alloy of the present invention has excellent strength and hardness. In particular, Co among M elements has a large effect of improving strength. The structure of the alloy was almost the same as in Example 1 as a result of TEM observation and electron diffraction.

【0029】 実施例4表2、3に示される組成を有す
るアルミニウム基合金粉末をガスアトマイズにより作製
した。作製したアルミニウム基合金粉末を金属製のカプ
セルに充填後、脱ガスを行い押出し用ビレットを作製し
た。このビレットを押出機によって押出比10:1で
50〜600℃の温度で押出しを行った。上記製造条件
により得られた押出し材(固化材)の室温における機械
的性質(室温における硬度、強度、伸び)および高温下
における機械的性質(300℃で1時間保持後の強度)
を調べ、この結果を表2に示す。
Example 4 Aluminum-based alloy powders having the compositions shown in Tables 2 and 3 were produced by gas atomization. After filling the produced aluminum-based alloy powder into a metal capsule, degassing was performed to produce a billet for extrusion. This billet was extruded with an extruder at an extrusion ratio of 10: 1 to 3
Extrusion was carried out at a temperature of 50 to 600 ° C. Mechanical properties at room temperature (hardness, strength, elongation) at room temperature and mechanical properties at high temperature (strength after holding at 300 ° C. for 1 hour) of the extruded material (solidified material) obtained under the above production conditions
And the results are shown in Table 2.

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】[0031]

【表3】 組 成(at%) 引張強度 伸び 引張強度 本発 室 温 室温 300℃ 明例 Al Q M X Hv σf (MPa σf (MPa ) 33 残 Mo=2.0 Ni=1.0 Mm =1.0 289 920 14.8 315 W =1.0 Cu=0.5 [Table 3] Composition (at%) Tensile strength Elongation Tensile strength Main room temperature Room temperature 300 ° C Bright example Al Q M X ( Hv ) σf (MPa ) % σf (MPa ) 33 Residual Mo = 2.0 Ni = 1.0 Mm = 1.0 289 920 14.8 315 W = 1.0 Cu = 0.5

【0032】表2,3の結果より、本発明の押出合金
は、室温における硬度及び強度に優れ、室温において1
0%を超える高い伸びを有するとともに、高温(300
℃)環境下における強度に優れた特性を有することが分
かる。また、押出材を作製するにあたっては加工性がす
ぐれ350〜600℃と非常に高い温度に加熱にされる
が、急冷凝固状態の材料と比較して加熱による特性の変
化が少ないことが分かった。
From the results shown in Tables 2 and 3, the extruded alloy of the present invention has excellent hardness and strength at room temperature,
It has high elongation of more than 0% and high temperature (300
(° C.) It is understood that it has excellent properties in strength under the environment. Further, it was found that when an extruded material is produced, it has excellent workability and is heated to a very high temperature of 350 to 600 ° C., but the change in characteristics due to heating is less than that of a material in a rapidly solidified state.

【0033】さらに上記製造条件により得られた押出し
材よりTEM観察用試験片を切り出し、合金の組織、そ
れぞれの相の粒径について観察を行った。TEM観察の
結果より準結晶は20面体相(Icosahedral,I 相)単独
または20面体相と正十角形相(decagonal,D相)との
混相であった。また、合金種によっては近似結晶相が存
在していた。また組織中の準結晶は体積率で20〜70
%であった。
Further, a test piece for TEM observation was cut out from the extruded material obtained under the above manufacturing conditions, and the structure of the alloy and the grain size of each phase were observed. As a result of TEM observation, the quasicrystal was an icosahedral phase (I phase) alone or a mixed phase of an icosahedral phase and a regular decagonal phase (D phase). Also, an approximate crystal phase was present depending on the alloy type. The quasicrystal in the structure has a volume ratio of 20 to 70.
%Met.

【0034】また合金組織はアルミニウムまたはアルミ
ニウムの過飽和固溶体相と準結晶相との混相であり、合
金種によってはこれに種々の金属間化合物相が混合して
いた。金属間化合物が析出した組成においては、合金組
織中に均一に微細に金属間化合物が分散していた。さら
に準結晶相及び金属間化合物相の平均粒径は10〜10
00nmであるとともに、平均粒子間距離は10〜50
0nmであった。本実施例において、上述の範囲で変化
した各相の粒径などは、脱ガス時の圧粉条件を含む脱ガ
ス条件および押出温度との関連が認められた。
Further, the alloy structure is a mixed phase of aluminum or a supersaturated solid solution phase of aluminum and a quasicrystalline phase, and various intermetallic compound phases are mixed with this depending on the type of alloy. In the composition in which the intermetallic compound was deposited, the intermetallic compound was uniformly and finely dispersed in the alloy structure. Furthermore, the average particle size of the quasicrystalline phase and the intermetallic compound phase is 10 to 10
The average interparticle distance is 10 to 50
It was 0 nm. In this example, the particle size of each phase varied within the above range was found to be related to the degassing conditions including the powder compacting condition during degassing and the extrusion temperature.

【0035】以上の実施例1、2および3において薄帯
製造の際のロール回転数をより大きくして冷却速度を大
きくすることにより、合金の組織中に非晶質相が混在す
るものとすることができる。また、実施例1、2および
3に示される製造条件で、まず実施例と同様な組織とし
これを加熱することにより、金属間化合物の析出した合
金とすることができる。さらに上記に製造条件を制御す
ることにより、各相の平均粒径をも制御できる。このよ
うにして得られた合金は実施例と同様に機械的特性に優
れた合金となる。
In Examples 1, 2 and 3 described above, the amorphous phase is mixed in the structure of the alloy by increasing the rotation speed of the roll and increasing the cooling rate during the production of the ribbon. be able to. Further, under the manufacturing conditions shown in Examples 1, 2 and 3, first, a structure similar to that of the example is formed, and this is heated to obtain an alloy in which an intermetallic compound is precipitated. Further, by controlling the production conditions as described above, the average particle size of each phase can also be controlled. The alloy thus obtained is an alloy excellent in mechanical properties as in the examples.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように本発明の合金は、室温およ
び高温における硬度と強度に優れ、耐熱性に優れている
とともに、希土類元素の添加量が少ないことにより、高
強度で比重が小さいことにより高比強度材料としても有
用である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the alloy of the present invention has excellent hardness and strength at room temperature and high temperature, excellent heat resistance, and high strength and small specific gravity due to the small amount of rare earth element added. Therefore, it is also useful as a high specific strength material.

【0037】また、本発明の合金は伸びが高い延性(ね
ばい)材料であるため、各種加工が容易であり、疲労破
壊が起こり難い。
Further, since the alloy of the present invention is a ductile material having a high elongation, it can be easily processed in various ways and fatigue fracture hardly occurs.

【0038】また優れた耐熱性を有することにより、加
工の際の熱的影響を受けても急冷凝固法によって作製さ
れた優れた特性ならびに熱処理または熱加工によって作
製された特性を維持することができるものである。
Further, due to having excellent heat resistance, it is possible to maintain the excellent characteristics produced by the rapid solidification method and the characteristics produced by the heat treatment or the thermal processing even if the thermal influence during the processing is exerted. It is a thing.

【0039】したがって、本発明のアルミニウム基合金
は、従来の非晶質材料、微結晶質材料、溶製押出材料な
どのいずれにも見られない特性をもっており、かつ溶質
元素量が比較的少なく低価格でありかつ加工も容易であ
るために、各種部品の軽量化を一層進展することが期待
される。
Therefore, the aluminum-based alloy of the present invention has characteristics not found in any conventional amorphous material, microcrystalline material, melt-extruded material, and the like, and the amount of solute elements is relatively small and low. Since it is inexpensive and easy to process, it is expected that the weight of various parts will be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1における合金のTEM観察(105)
および電子線回折結果により金属組織を示す写真であ
る。
FIG. 1 is a TEM observation of the alloy in Example 1 (105).
2 is a photograph showing a metallographic structure based on electron diffraction results.

【図2】実施例3における合金の強度試験結果を示すグ
ラフである。
FIG. 2 is a graph showing the strength test results of alloys in Example 3.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉3丁目8番22号 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住 宅11−806 (72)発明者 木村 久道 宮城県亘理郡亘理町荒浜字藤平橋44 (72)発明者 笹森 賢一郎 宮城県角田市角田字田町56−1 (72)発明者 篠原 吉幸 東京都中央区八重洲1−9−9 帝国ピ ストンリング株式会社内 (72)発明者 尾上 勝彦 静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株 式会社内 (56)参考文献 特開 平6−41702(JP,A) 特開 平4−41654(JP,A) 特開 平1−127641(JP,A) 特開 平5−125474(JP,A) 特表 平3−501392(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 21/00 - 21/18,45/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ken Masumoto 3-8-22 Uesugi, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor Akihisa Inoue Kawauchi Muzenchi, Kawauchi, Sendai-shi, Miyagi 11-806 ( 72) Inventor Hisami Kimura 44 Fujihirabashi, Arahama, Watari-cho, Watari-gun, Miyagi Prefecture (72) Kenichiro Sasamori 56-1 Tamachi, Kakuda-ji, Kakuda-shi, Miyagi (72) Inventor Yoshiyuki Shinohara 1-9, Yaesu, Chuo-ku, Tokyo 9 Teikoku Piston Ring Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko Onoue 10-1 Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka Prefecture Yamaha Corporation (56) Reference JP-A-6-41702 (JP, A) JP-A-4 -41654 (JP, A) JP-A-1-127641 (JP, A) JP-A-5-125474 (JP, A) JP-A-3-501392 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl) . 7 , DB name) C22C 21/00-21 / 18,45 / 08

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一般式:Albal Qa Mb Xc (但し、
Q:V,Mo,Wから選ばれる一種もしくは二種以上の
元素、M:Fe,Co,Ni,Cuから選ばれる一種も
しくは二種以上の元素、X:Y(イットリウム)を含む
一種または二種以上の希土類元素またはミッシュメタル
(Mm)であり、a,b,cは原子%で1≦a≦7,
0.5≦b≦5,0.5≦c≦2)で示される組成を有
し、組織中に体積比率で20〜70%の準結晶を含むこ
とを特徴とする高強度アルミニウム基合金。
1. A general formula: Albal Qa Mb Xc (however,
Q: One or more elements selected from V, Mo, W, M: One or more elements selected from Fe, Co, Ni, Cu, One or two elements containing X: Y (yttrium) The above rare earth element or misch metal (Mm), where a, b and c are 1% a ≦ 7 in atomic%.
0.5 ≤ b ≤ 5, 0.5 ≤ c ≤ 2 ), and a high-strength aluminum-based alloy containing 20 to 70% by volume of quasicrystal in the structure.
【請求項2】 組成が3≦(a+b+c)≦7である請
求項1記載の高強度アルミニウム基合金。
2. The high-strength aluminum-based alloy according to claim 1, wherein the composition is 3 ≦ (a + b + c) ≦ 7.
【請求項3】 準結晶が20面体相(icosahedral,I
相)、正十角形(decagonal,D相)またはこれらの近似
結晶相のいずれかである請求項1または記載の高強度
アルミニウム基合金。
3. A quasicrystal is an icosahedral phase (icosahedral, I).
Phase), regular decagon (decagonal, D-phase) or a high strength aluminum based alloy according to claim 1 or 2, wherein any of these approximations crystalline phase.
【請求項4】 その組織が準結晶と、非晶質、アルミニ
ウム結晶、アルミニウムの過飽和固溶体のいずれかから
なる相とからなる請求項1から3までの何れか1項記載
の高強度アルミニウム基合金。
4. The high-strength aluminum-based alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein the structure thereof comprises a quasicrystal and a phase composed of any of amorphous, aluminum crystal , and a supersaturated solid solution of aluminum. .
【請求項5】 組織中に、更に、アルミニウムとその他
の元素との金属間化合物および/または該その他の元素
同志が生成する金属間化合物が含まれてなる請求項4記
載の高強度アルミニウム基合金。
5. The high-strength aluminum-based alloy according to claim 4, wherein the structure further contains an intermetallic compound of aluminum and another element and / or an intermetallic compound produced by the other elements. .
【請求項6】 急冷凝固材である請求項1から5までの
いずれか1項に記載の高強度アルミニウム基合金。
6. The high-strength aluminum-based alloy according to any one of claims 1 to 5, which is a rapidly solidified material.
【請求項7】 急冷凝固材を熱処理した請求項1から5
までのいずれか1項に記載の高強度アルミニウム基合
金。
7. The method according to claim 1, wherein the rapidly solidified material is heat treated.
The high-strength aluminum-based alloy according to any one of items 1 to 10 .
【請求項8】 急冷凝固粉末を押出した請求項1から5
までのいずれか1項に記載の高強度アルミニウム基合
金。
8. The method according to claim 1, wherein the rapidly solidified powder is extruded.
The high-strength aluminum-based alloy according to any one of items 1 to 10 .
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