JPH01147038A - 粉末冶金用耐熱Ａｌ合金 - 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】 ＩＬＭ−二匹五皿次１ 本発明は、高温で強度低下が少なく、熱間加工性の良好
なる粉末冶金用耐熱へ１含金に係り、特に内燃機関の連
接棒の如く高温に加熱される構造用部材にＣｒ適に使用
される耐熱Ａｊ１合金に関するものである。

およびその＋１ 耐熱性の優れたＡｇ合金として、Ｓ、Ｌを１８〜２５１
ｍ％も含むピストン用合金（通称、アルシル）が知られ
ている。この高ＳＬ合有Ａ、Ｇ合金は鋳造用合金であっ
て、鋳造法によれば、粗大な初品Ｓ＝が晶出して必要な
強度が１５られないため、改良処理（例、溶湯中にＮａ
を添加する）を行なって初晶Ｓλの微細化を計っている
。しかしながら、その微細化効渠には限界があり、また
溶解法によって得たＡｇ合金は温度１５０℃以上で急速
に軟化するという弱点があるところから、高ＳＬ含右過
共晶１合金粉末をアトマイジング法で製造することによ
り初晶Ｓλの粒径を数μｍ程度に抑え、その圧粉成形体
を熱間押出し加工して高強度のへ９合金焼結材を得る方
法が提案されている。例えば、この方法によって得たΔ
ｇ−８Ｆｅ系合金焼結材は耐熱性良好であり、温度３０
０℃で約３０ｋｏｆ／ｍｍ２に達する引張り強度を有し
ている。

ＬＩ　　　を　°するための−　および；本発明は斯か
る技術的背景の下に創案されたものであり、その目的は
粉末冶金法によりｌ！　−８Ｆｅ系合金よりも更に優れ
た耐熱性を有する１合金を提供することである。

この目的は、Ｏｒを７〜２０ｆｆｌｆｆｉ％、Ｃｏ、Ｎ
＝。

Ｍｎ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｔ＝、Ｍｏ、Ｌａ。

Ｎｂ、Ｙ、Ｈｆからなる群より選ばれた少なくとも一種
の合金元素を計１０重量％未満含有し、残部が不可避不
純物とＡ［であることを特徴とする粉末冶金用耐熱ＡＮ
合金を提供することによって達成される。

粉末冶金法において、ＡｔＪ中に固溶限界を越えてＣｒ
、　Ｚｒ、　Ｆｅ、Ｍｎ等の合金元ｉをｔ％加Ｌ、ＡＮ
−Ｃｒ系、Ａｌ−Ｚｒ系、Ｃｒ−Ｚｒ系等の金属間化合
物を微細に分散品出１分散析出させると、マトリックス
中へのＣｒ、Ｚｒ等の固溶による強化および金属間化合
物粒子の晶出、析出により強化を計ることが可能である
。しかるに、析出した金属間化合物粒子は常温で安定で
あるものの、温度上昇とともに、マトリックス中に固溶
し、金属間化合物粒子の析出による硬化効果は次第に失
ねれる。その際、マトリックス中への金属間化合物粒子
の固溶速度は主としてＡｌ中での合金元素の拡散係数（
ｃｍ２７秒）に依存する。すなわち、Ａｌ合金焼結材の
耐熱性を向上させるためには、拡散係数が小さく、かつ
固溶限界の小さな金属間化合物形成元素を添加する必要
がある。拡散係数の小さい合金元素の代表例はＣｒ（Ａ
ｌ中での拡散係数＝　１０”　〜１０−１０−１ｆ　７
秒）であり、Ｃｒの添加によってへｇ合金の耐熱性が向
上する。この他、へρ中で・金属間化合物を形成し、拡
散係数、固溶限界の小さな元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚ
ｒ、Ｔｔ、Ｇｏ、Ｎ；−、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｎｂ
。

Ｙ，Ｈｆ等を揚げることができ、これ等の一種または二
種以上を添加することによりＡｌ合金の耐熱性を向上さ
せることができる。

なお、留意すべきは、前記金属間化合物が粗大化すると
Ａｊ合金焼結材の機械的性質が損われるため、溶融状態
からの冷却速度を十分大きくして粉末を製造すべき点で
ある。要求される冷却条件は冷却速度１０２〜ｂ 度によって晶出または析出する金属間化合物粒子の大き
さを１０μｍ以下に抑えることができる。

ＡＩＪ中に添加する合金元素の添加理由は以下の通りで
ある。

■Ｃｒ　（７〜２０重量％）・・・Ｃｒは必須添加成分
であり、常温強度および高温強度の向上、クリープ特性
の改善を計るために添加される。ただし、７重Ｍ％未満
では常温および高温（３００℃）での強度が低く（引張
り強度＜３０ｋｇｆ／ｍｍ２）　、　２０％ｆＪ％を越
えると展延性が低下し、熱間加工が難しくなる。

■Ｆｅ、　Ｍｎ等−Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔ＝。

Ｇｏ、Ｎ；−、Ｖ、Ｃｅ、Ｍｏ、ｌ−ａ、Ｎｂ、Ｙ。

Ｈｆは常温強度、高温強度の向上に寄与する。ただし、
過剰の添加は展延性を阻害し、熱間加工を困難にする。

これ等合金元素の総添加量は１０重量％未満にすべきで
あり、この範囲を越えると展延性が損われる。

次に、本発明組成のＡｌ１合金粉末を用いた焼結材の製
造方法例について説明する。

■粉末の製造・・・本発明組成のＡｌ合金粉末（粒径１
０５μｍ未満）を、Ｈｅガスを用いたアトマイズ法、遠
心噴霧法等により冷却速度１０２〜ｂ／秒なる条件を満
たすように製造する。

■圧粉成形・・・得られた粉末を、冷間静水圧プレス成
形法（ＣＩＰ法）により圧力４，０００ｋｇｆ／ｃｍ　
２として、寸法５０ｍｍφｘ　１００ｎ＋ｌの押出し加
工用素材を得る。

■熱間押出し加工（焼結）・・・圧粉体である押出し加
工用素材を、炉内温度４５０℃の均熱炉内に設置し、１
時間保持して脱ガスを行い、次いで温度４５０℃、押出
し比１４なる条件で熱間押出し加工を行う。なお、成形
品の酸化防止を考慮するならば、アルゴンガス、窒素ガ
ス等の非酸化性雰囲気中で加工を行うのが好ましい。

Ｗ履■ユ 前記製造方法に則って得た本発明例としての焼結材（△
、Ｂ、Ｃ，Ｄ：組成を表１に示す）および同様な方法で
得た比較例としての焼結材（ａ。

ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ：組成を表１に示す）について
引張試験を行い、表２の試験結果を得た。

表中、評価欄の゛可″は温度３００℃における引張り強
度が３０ｋｇｆ／ｎ＋ｍ２を越え、伸び率が１％を越え
て熱間加工性が良好であるものを示し、前記条件を満た
さないものを゛不可パとした。

表１ 表２ く試験結果の評価〉 ■本発明例（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）と比較例（ａ。

ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｏ）との対比から、本発明組成絶
間の合金は晶出物、析出物の粒径が小さく、比較例とし
て常温、２００℃、３００℃における強度が十分大きい
く３００℃では引張り強度がｆ３５ｋｇｆ／ｍｍ２を越
えている）ことが判る。また、伸び率が１％を越えてお
り、熱間加工性も良好であった。

■本発明例（Ａ、Ｂ、Ｃ）と比較例（ａ）との対比から
、Ｃｒ以外の合金元素の添加量が過剰（１０重ｆ％以上
）であると常温、２００℃、３００℃における引張り強
度が若干低下するとともに著しく脆化することが判る。

■本発明例（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ＞と比較例（ｂ。

ｃ、ｄ）との対比から、Ｃ「添加量が少ない（７重重％
未満）と伸び率は若干改善されるものの、常温、２００
℃、　　３００℃における引張り強度が低いことが判る
。

■比較例（ｂ、ｃ）と比較例（ｄ）との対比から、Ｆｅ
、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔ＝等の添加によって常温、　　２００
℃、３００℃における引張り強度が改善されることが判
る。ただし、それ等合金元素の添加は実害のない範囲で
伸び率を低下させる。

■比較例（ｂ、ｃ）と比較例（ｄ）との対比から、Ｃｒ
以外の合金元素を添加しなければ伸び率は大きいものの
、常温から高温（３００℃〉に到る温度節回での必要な
引張り強度が得られないことが判る。

■比較例（ｅ）から、晶出物、析出物の粒径が大き過ぎ
ると伸び率が著しく低く、引張り強度も小さいことが判
る。この事は、規定組成範囲の合金であっても晶出物、
析出物の粒径を小さく抑えるべきことを意味している。

■比較例（ｆ、Ｃ１）から、Ｃｒ添加量が過剰であると
著しく脆化することが判る。

隨旌凰ユ 前述の製造方法にＩＩＩＪっで得た本発明例としての焼
結材（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ト１．Ｉ。

Ｊ　）　ａ３よび同様な方法で）ｑた比較例としての焼
結材（ａ）につき、未熱処理材と熱処理材（温度３００
℃で１００時間保持したもの）との硬度（ｌＩｍＶ）を
調べ、これを表３に示した。

（以下、余白） 表３ 〈試験結果の評価〉 本発明例（Ａ−Ｊ）と比較例（ａ＞との対比から、Ｃｒ
以外の合金元素の添加によって非熱処理材および熱処理
材の硬度が向上しており、該合金元素の添加により析出
硬化効果を期待でき、高温加熱によってもその効果が然
程失われないことが判る。加熱による析出硬化効果の低
下率が特に小さい試験材（好ましいもの）はＡ、Ｈ，Ｊ
である。

１団豊蓋星 以上の説明から明らかなように、Ｃｒを７〜２０重品％
、Ｇｏ、ＮＬ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ。

Ｆｅ、Ｔ＝、ＭＯ，Ｌａ、Ｎｂ、Ｙ，Ｈｆからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種の合金元素を計１０重量％未
満含有し、残部が不可避不純物とＡｌであることを特徴
とする粉末冶金用耐熱ＡＪ）合金が提案された。

この組成範囲の合金は、常温にお（Ｊる引張り強度が十
分大きく、温度３００℃においても３０ｋＱｆ／ｍｍ２
以上の大きな引張り強度を有し、しかも展延性良好であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒを７〜２０重量％、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｚｒ
   ，Ｖ，Ｃｅ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｌａ，Ｎｂ，Ｙ，Ｈｆ
   からなる群より選ばれた少なくとも一種の合金元素を計
   １０重量％未満含有し、残部が不可避不純物とＡｌであ
   ることを特徴とする粉末冶金用耐熱Ａｌ合金。
2. （２）そのマトリツクス中に存在する金属間化合物の晶
   出粒子および析出粒子が粒径１０μｍ以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載された粉末冶金
   用耐熱Ａｌ合金。