JPH01312052A - 高モジュラスa1合金 - Google Patents

高モジュラスa1合金

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JPH01312052A
JPH01312052A JP1107122A JP10712289A JPH01312052A JP H01312052 A JPH01312052 A JP H01312052A JP 1107122 A JP1107122 A JP 1107122A JP 10712289 A JP10712289 A JP 10712289A JP H01312052 A JPH01312052 A JP H01312052A
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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】 本発明は、アルミニウム基合金に関し、より詳細には、
高い室温強度および高温強度、約9゜GPaを超える弾
性率および良好な延性を有するアルミニウム基合金に関
する。
発明の背景および目的 航空機および他の構造物中において、強い(引張強さお
よび降伏強さに関して)とともに剛性である軽金属、即
ち、密度約3 g / cnI未満を有するもののニー
ズがしばしばある。炭化ケイ素を有する軽金属(アルミ
ニウム)複合体は、約9゜GPaを超え且つ140GP
a程度でさえあるモジュラスを有することができること
が既知である。
これらのアルミニウムー炭化ケイ素または炭化ホウ素複
合体は有用であるが、高温では特に強くはなく且つより
高いモジュラスにおいては比較的脆性である。
本発明の目的は、高い弾性率と強度との組み合わせを有
するアルミニウム基合金を提供することにあり、より詳
細には、高い室温強度および高温強度および高いモジュ
ラスと結合された合理的な引張伸びを有するアルミニウ
ム基合金を提供することにある。
発明の詳細な説明 本発明は、重量%でチタン約10〜20または25%、
炭素的1〜4%および機械的合金化装入物に慎重に(d
el jberately)加えられた安定な酸化物中
に存在する酸素以外の酸素0,2〜2%を含有する機械
的合金化アルミニウム基合金を意図する。本発明の機械
的合金化アルミニウム基合金は、少なくとも約90GP
aの弾性率を有し且つ= 3− 後述のように合計で約10重皿%までの少量の他の元素
を含有できる。より詳細には、本発明の合金は、原子対
原子基準でチタンの代わりに約5重量%までの量のバナ
ジウム、ジルコニウムなどの遷移元素を含有できる。こ
のように、事実上、バナジウムは等しい重量基準で5重
量%までチタンと置き換えることができ且つジルコニウ
ムはジルコニウム2重量部対チタン1重量部の基準でチ
タン2.5%と置き換えることができる。定義の目的で
、元素チタン、バナジウムおよびジルコニウムの合計重
量%は、 %Ti+%V+2%Zr=定義の範囲 であるように関係づけられるであろう。その最も広い意
味における「定義の範囲」は、10〜25%、好ましく
は10〜20%、より狭くは10〜16%、−層狭くは
10〜14%であるか、この説明で記載のようなチタン
単独またはチタン、バナジウムおよびジルコニウムの2
以上に適用できる他の範囲である。
前記のように、他の元素、即ち、補助元素は、本発明の
機械的合金化アルミニウム基合金で存在できる。リチウ
ムは約3%までの量で存在でき且つ銅、ニッケル、セリ
ウムおよびエルビウムは約5%までの合計量で存在でき
る。他の元素、例えば、ケイ素、ベリリウム、鉄、クロ
ム、コバルト、ニオブ、イツトリウム、タンタルおよび
タングステンは、約10%までの合計量で存在できる。
約1%までの少量のホウ素は、本発明の合金で有利に存
在できる。当業者は、チタンおよびチタンの代わりに使
用する元素以外の元素の配合が一般に延性を低下させな
がら合金の硬さを増大する傾向があるであろうことを認
識するであろう。従って、範囲の高端、チタン15%よ
りも大、例えば、チタン15〜20重量%においては、
合金中の補助元素が、例えば、合計2重量%まで最小限
にされ、且つ15重量%未満においては、もしあっても
補助元素の許容可能な量が前記合計最大量に徐々に増大
するようにチタンおよびチタンの代わりに使用する元素
の定義の範囲の参照によって他の元素の配合を限定する
ことが有利である。同様の状況は、慎重に加えられる酸
化物物質、例えば、アルミナ、イツトリアまたはイツト
リウム含有酸化物、例えば、イツトリウム−アルミニウ
ムーガーネットなどおよび炭素に関して存在する。合計
で、1モ意の酸化物物質は、約296までの合計量て存
在でき、最大はチタン含量が少なく且つ補助元素が低濃
度または不在である時に、のみ存在する。同様に、定義
の範囲が約15%未満である時以外は、炭素は、最大約
2%に維持すべきである。
前記のように、アルミニウムおよび前記範囲内の前記元
素および化合物からなる本発明の合金は、米国特許第3
.740,210号明細書、第4.600,556号明
細書、第 4.624,705号明細書、第 4.643,780号明細書、第 4.668,470号明細書、第 4.627,959号明細書、第 4.668,282号明細書、第 4.668,470号明細書および第 4.557,893号明細書に既述のように元素状成分
または金属間化合物成分(例えば、A ’13 T l
)を機械的に合金化することによって調製する。成分を
機械的に合金化して本発明の合金を調製する際に、加工
助剤、例えば、ステアリン酸またはステアリン酸と黒鉛
との混合物が、使用される。粒状アルミニウムおよびチ
タンをステアリン酸と一緒に(追加の元素の有無)摩砕
する結果は、プロセス制御剤中の炭素および酸素の量と
本質上化学量論量的に等価の量の酸化物および炭化物の
生成である。本発明の合金においては、これらの酸化物
および炭化物は、主としてA 1203および炭化アル
ミニウム(チタンによる変性の有無)である。比較的少
しの炭化チタンしか合金中に存在しない。
機械的合金化完了後、即ち、粉末成分が複合粒子の繰返
破壊および再破壊によって十分に混合し且つ飽和硬さを
達成するか実質上達成した後、篩分けて微粉を排除した
摩砕粒子は、容器に入れ、減圧下で、例えば、500℃
で2〜12時間脱ガスし、真空中で印加圧力下で圧粉し
、次いで、押出す。実用的範囲として、押出比は約5対
1から約50対1であることができ且つ押出温度は約り
50℃〜約600℃であることかできる。
本発明の高モジユラスアルミニウム基合金の組成(重量
%)を表1に示す。
表1 命衾換 1工 9− 見−竺−人±− 115,01,80,90−一  残部E2  11.
8 1.9 0.70 −一  残部E3  12.5
 1.5 0.80 −一  残部E4  10.0 
1.6 0.75 −一  残部E5  9.8  j
、5B  0.62 2.2  残部Eこれらの例証の
合金は、チタン約10〜16%、炭素約1.3〜2%、
酸素的0,5〜1.2%、バナジウム約2,5%までの
範囲であり、残部か本質上アルミニウムであることが確
認される。前記のような表1に記載の合金を調製した後
、合金を微細構造に関して調べた。基本的には、微細構
造は、微粒アルミナ質(aluminous)マトリッ
クスを通して非常に均一に分布された超微細(通常、大
きさが0.2μm未満)粒として存在する大容量分率の
A・13 Ti金属間化合物相を示す。炭素は、本質上
、非常に微細に分けられたA l 4 C3またはチタ
ンをドープした変性物として存在し且つ酸素は、粒界酸
化アルミニウムとして存在する。
合金No、2〜5の室温および高温機械的特性を表2に
示す。
表2 合金 試験温度 0.2%YS  UTS   伸びN
o、 、  (℃)   (MPa)  (MPa) 
 (%)2   24  427.7 49B、3 7
.5149  353.5 374.5 3.6315
  2L7.0 228.2 3.8427  123
.2 134.4 5.43   24  371.7
 448.0 10.0149   N、A、   N
、A、   N、A。
315   N、A、   N、A、   N、A。
427   N、A、   N、A、   N、A。
4   24  464゜8 487.2  7.11
49  3B2.6 393.4  4.7315  
203.0 207.9  4.8427  107.
8 118.3 13.15   24  532.7
 590.8  3.6427  123.9 132
.3  8.9N、A、入手不能 表2は、本発明の合金が通常の溶融および鋳造テクノロ
ジーによって調製されたアルミニウム合金の一般的ラン
と比較して高温で強いことを示す。
本発明の合金の場合にS、5pinner等、「AMe
thod of Determining Mecha
nical Re5onanceFrequencie
s and for Calculating Ela
sticModulus from the Preq
uenciesJ 、A S T MProc、No、
61.p1221−1232.1961の方法によって
測定された室温での弾性率を表3に示す。
表3 合金No、       弾性率、GPal     
    112.4 1★       115.8 2        102.7 3        102.0 4         95.2 5        103.6 ★482℃の温度に60時間露出後に試験表3は、本発
明の合金によって示される高い室温弾性率を示し且つま
た合金1に関しては弾性率が高温への露出によって劣化
されないことを示す。
機械的特性の追加の試験は、合金2の場合には、427
℃において0.2%降伏強さが121MPaであり、最
終引張強さが132MPaであり且つ伸びが5.4%で
あることを示す。機械的合金化アルミニウム合金での実
験室研究は、約427℃の温度でのこの性状の機械的特
性が合金を圧延、鍛造などの熱間加工製法に受けること
を可能にさせ、それによって固体不溶性金属間化合物相
を含有する硬質アルミニウム合金の実用性を有意に増大
するを最近示した。
法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに例示
し且つ説明したが、当業者は、特許請求の範囲によって
カバーされる本発明の形態で変更を施すことができるこ
と、および本発明の成る特徴が他の特徴の対応の使用な
しに時々有利に使用できることを理解するであろう。
出願人代理人  佐  藤  −雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、チタン、バナジウムおよびジルコニウムからなる群
    からの少なくとも1種の元素(前記バナジウムは、存在
    するならば、約5重量%までの量であり、前記ジルコニ
    ウムは、存在するならば、約5重量%までの量であり、
    チタン、バナジウムおよびジルコニウムの重量%は次式 %Ti+%V+2%Zr=10〜25% の関係に合致する)、酸素約0.1〜2%、炭素約1〜
    4%を含有し、残部は主としてアルミニウムであること
    を特徴とする機械的合金化高モジュラスアルミニウム基
    合金。 2、前記群からの元素がチタンであり且つ前記合金がチ
    タンアルミナイトの分散体を含有する、請求項1に記載
    の高モジュラスアルミニウム基合金。 3、補助元素として、リチウム約3%まで、銅とニッケ
    ルとセリウムとエルビウムとの合計約5%まで、ホウ素
    約1%まで、ケイ素とベリリウムと鉄とクロムとコバル
    トとニオブとイットリウムとタンタルとタングステンと
    の合計約10%までを含有し、但し、すべての補助元素
    の合計は10%を超えない、請求項1に記載の高モジュ
    ラスアルミニウム基合金。 4、前記補助元素が合計約2%までの量で存在し且つ炭
    素は%Ti+%V+2%Zr>15%である時には2%
    未満であり、且つ前記補助元素は%Ti+%V+2%Z
    r<15%である時には徐々に増大する合計量で存在し
    且つ10%に接近する、請求項3に記載の高モジュラス
    アルミニウム基合金。 5、請求項1に記載の酸素含量によって指摘される酸化
    物を超える酸化物物質2%までを含有する、請求項1に
    記載の高モジュラスアルミニウム基合金。 6、前記酸化物物質が、アルミナおよびイットリウム含
    有酸化物の群から選ばれる、請求項5に記載の高モジュ
    ラスアルミニウム基合金。 7、チタン約10%〜16%、炭素約1.3〜2%、酸
    素約0.5〜1.2%、バナジウム約2.5%までを含
    有し、残部が本質上アルミニウムである、請求項2に記
    載の高モジュラスアルミニウム基合金。
JP1107122A 1988-05-06 1989-04-26 高モジュラスa1合金 Granted JPH01312052A (ja)

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