JPH01100233A - 耐熱性アルミニウム合金及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車エンジン部品や航空機部品などに用い
る耐熱性のアルミニウム合金及びその製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

耐熱性アルミニウム合金としては、従来から一般に２２
１８．２２１９．２６１８等の合金が知られている。し
かし、最近の技術進歩に対応して、更゛に高い耐熱性が
要求されるようになっている。

そこで、高耐熱性のアルミニウム合金を得るために、最
近ではＵＳＰ３，４６２，２４８、ＵＳＰ４，３４７．
０７６及びＵＳＰ４，３７９，７１９等に開示されると
と（、従来アルミニウム合金の特性を劣化させるとして
嫌われていた鉄などの遷移金属を多量に添加して、高温
強度を改善する試みが行われている。

この種のアルミニウム合金は鉄などの遷移金属を多量に
含むため、当然のことながら該当する組成の合金粉末を
溶湯アトマイズ法によシ製造し、この合金粉末を粉末冶
金法に従って固化成形させる方法によって製造される。

実際、この種のアルミニウム合金はＡｄｖａｎｃｅｄｉ
ｎ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”の内の”　
Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐ／ＭＡｌｕｍｉｎｕｍ　Ａ１１ｏ
ｙｓ”、　Ｐ２１３〜２１４　、１９８１　ＡＳＭＭａ
ｔｅｒｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｓｅｍ１ｎｏｒ、　
　ＡＭＥＲ４ＣＡＮＳＯＣＩＥＴＹ　ＦＯＲＭＥＴＡＬ
Ｓ発行、に報告されているように耐熱性が改善され、３
００Ｃでの引張強度が３０　ｋｐ／−のものまで発表さ
れている。

しかしながら、これらのアルミニウム合金は粉末冶金（
Ｐ／Ｍ）合金に宿命的に存在すると云われるように靭性
及び疲労強度が低く、且つこの事実は９ＪＯＵＲＮＡＬ
ＯＦ　ＭＥ’ＴＡＬＳ″Ｍａｙ　１９８７　、　Ｐ３１
〜３２及びＦｉｇ、９に示された疲労亀裂伝播速度が他
のアルミニウム合金に比べて著しく早いという試験結果
からも確認されている。この靭性及び疲労強度は耐熱性
が高くなるにつれて低下する傾向にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、かかる従来の事情に鑑み、優れた耐熱性と同
時に満足しうる靭性及び疲労強度を有する耐熱性アルミ
ニウム合金を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明の耐熱性アルミニウム合金は、鉄５〜１０重量％
、バナジウム０．５〜５重量％、ジルコニウム及びクロ
ムの少なくとも１種を１元素当り０．５〜３重世％含み
、鉄、ノ々ナノウム、ジルコニウム及びクロムの合計が
６〜１６重量％であシ、残部が実質的にアルミニウムで
あつ、て、３００Ｃにおける引張強度が２５ｋｐ／−以
上であり、。且つ破壊靭性が１０ＭＰａ、／”ＦＦ７以
上であることを特徴としている。

かかる耐熱性アルミニウム合金は、５〜１０重量％の鉄
と、０．５〜５重量％の・々ナゾウムと、１元素当ｉ）
０．５〜３重量％のジルコニウム及びクロムの少なくと
も１種と、残部のアルミニウムとからなり、鉄、ノ々ナ
ノウム、−）ルコニウム及びクロムの合計が６〜１６重
量％であるアルミニウム合金粉末を溶湯アトマイズ法に
より製造し、このアルミニウム合金粉末を４００〜５８
０Ｃの温度にて固化成形する方法によって製造すること
ができる。

ここで溶湯アトマイズ法とは、所定の合金組成の金属溶
湯を噴霧して急速に凝固させる全ての方法を含み、例え
ばエアーアトマイズ法、ガスアトマイズ法、遠心アトマ
イズ法１回転ロールアトマイズ法などがある。

又、アルミニウム合金粉末を粉末冶金法に従って固化成
形する方法としては、押出、鍛造、ホットプレス法、Ｈ
ＩＰ法などがある。

〔作用〕

従来の耐熱性アルミニウム合金が靭性や疲労強度に劣る
原因は、上記のＪＯＵＲＮＡＬＯＦ　ＭＥＴＡＬＳ”Ｍ
ａｙ　１９８７　、　Ｐ３１にも述べられているように
、合金粉末を塑性加工する際に粉末どうしが充分強固に
結合せず、マイクロポア等の微細欠陥が合金内部に存在
するためである。これは、合金粉末の塑性変形能が低い
ために塑性加工時に充分な金属の流れが達成されないこ
と、及び耐熱性改善の目的で添加する鉄などの元素がア
ルミニウム中における拡散係数が小さい等の要因による
ものと考えられる。

本発明は、上記２つの要因のうち、合金粉末の塑性変形
能を改善することを検討した結果、優れた耐熱性の向上
と靭性及び疲労強度を同時に達成しうる最適な合金組成
を決定したものである。

添加元素のうち、鉄はマトリックス中に分散され、マト
リックスの強度を向上させるＡＰ！３Ｆｅ化合物を形成
する。この化合物は耐熱性が高いため合金の高温強度を
改善する効果がある。ジルコニウム及びクロムは主に結
晶粒界に析出して高温での結晶粒の粗大化及び分散物の
粗大化を妨げる。又、Ａｌ１　（Ｆｅ　、　Ｚｒ　）、
Ａ（！３　（Ｆｅ　、　Ｃｒ　）、Ａｌ１（Ｆｅ、Ｃｒ
、Ｚｒ）などの化合物を生成してマトリックスを強化し
、合金の耐熱性を更に向上させる。更に、ノナジウムは
分散物を微細化する効果があシ、これによシ合金全体の
塑性流動性を改善する。その結果、微細欠陥の発生を抑
制でき、合金の靭性及び疲労強度の劣化を防止するもの
である。

これら添加元素の含有量は前記の通シであシ、いずれか
の含有量が所定の範囲よシ少ない場合には、合金の耐熱
性、靭性などの改善効果が充分に得られない。又、所定
の範囲をこえると耐熱性の改善効果は大きくなるが、塑
性加工が難しくなるうえ、靭性及び伸びが著しく低下し
て製品として用いることが出来なくなる。

尚、溶湯アトマイズ法によシ製造したアルミニウム合金
粉末は、鋳造材に比較して微細均一で偏析も少ない。し
かし、凝固時の冷却速度が１０２ｔｌｌ’／冠未満の場
合には、Ｆｅ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ等の添加元素が偏析し、
微細均一な組織でなくなるため、塑性加工による固化成
形が困難となる。又、固化成形が可能であっても、伸び
や靭性の低下を招くので好ましくない。

かかるアルミニウム合金粉末を熱間塑性加工して固化成
形するための温度は、４０００未満では粉末の変形抵抗
が高く充分な強度をもつ合金が得られず、５８０Ｃをこ
えると、析出物や結晶粒の粗大化が生じ、充分な高温強
度が得られない。

〔実施例〕

エアーアトマイズ法によシ、下記第１表に示す１００メ
ツシユ以下のＡ４合金粉末を製造し、同じ（第１表に示
す加工法及び温度にて熱間塑性加工を行ってＡ２合金を
製造した。尚、押出の場合は、押出比１３で直径２１０
に押出した。

第１表 （註）表中の＊印は比較例を表わす。

得られた各Ａ２合金について、３００Ｃでの引張強度、
破壊靭性及び回転曲げ疲労試験による疲労強度を測定し
、結果を第２表に示した。尚、引張強度は、３００Ｃに
て１００時間保持した後、３００Ｃにて測定した。

第２表 （註）表中の＊印は比較例を表わす。

本発明方法の実施例による試料はいずれも３００Ｃにお
ける引張強度が２５にシー以上であシ、且つ破壊靭性が
１０ＭＰａｆ品−以上と共に従来例を示す比較例（試料
１０〜１２）より遥かに優れておシ、疲労強度も良好で
あることが分かる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、耐熱性と同時に靭性及び疲労強度にも
優れ、特に従来のアルミニウム合金には例のない３００
Ｃにおける引張強度が２５ｋｆ／−以上で、且つ破壊靭
性が１０ＭＰａｆ茄−以上という優れた特性を有する耐
熱性アルミニウム合金を提供することができる。

従って、この耐熱性アルミニウム合金は、自動車エンジ
ン部品や航空機部品などの従来Ｆｅ系合金やＮｉ系合金
を用いていた分野に利用することにより、軽量化及び高
効率化などに大きな効果を発揮することができる。

特許出願人　住友電気工業株式会社 ７・″

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄５〜１０重量％、バナジウム０．５〜５重量％
   、ジルコニウム及びクロムの少なくとも１種を１元素当
   り０．５〜３重量％含み、鉄、バナジウム、ジルコニウ
   ム及びクロムの合計が６〜１６重量％であり、残部が実
   質的にアルミニウムであつて、３００℃における引張強
   度が２５ｋｇ／ｍｍ＾２以上であり、且つ破壊靭性が１
   ０ＭＰａ√ｍ以上であることを特徴とする耐熱性アルミ
   ニウム合金。
2. （２）５〜１０重量％の鉄と、０．５〜５重量％のバナ
   ジウムと、１元素当り０．５〜３重量％のジルコニウム
   及びクロムの少なくとも１種と、残部のアルミニウムと
   からなり、鉄、バナジウム、ジルコニウム及びクロムの
   合計が６〜１６重量％であるアルミニウム合金粉末を溶
   湯アトマイズ法により製造し、このアルミニウム合金粉
   末を４００〜５８０℃の温度にて固化成形することを特
   徴とする耐熱性アルミニウム合金の製造方法
3. （３）アルミニウム合金粉末の凝固時の冷却速度が１０
   ＾２℃／ｓｅｃ以上であることを特徴とする、特許請求
   の範囲（２）項記載の耐熱性アルミニウム合金の製造方
   法。