JPH01316442A - 熱間加工性アルミニウム基合金 - 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】 本発明は、アルミニウム基合金の熱間加工法に関し、よ
り詳細には、鍛造、圧延などによって、微細構造中に超
微細硬質分散遷移金属金属間化合物相（この金属間化合
物分散相はマトリックスの融点未満でアルミニウムマト
リックスに可溶化できないような特性を有する）を有す
るアルミニウム基合金を熱間加工する方法に関する。

発明の背景 粉末冶金法によって分散硬化アルミニウム基合金を製造
することは既知であり、より詳細には、このような合金
の製造において機械的合金化として既知の方法を使用す
ることが既知である。一般に、分散質を含有する機械的
合金化（または他の方法で成形）アルミニウム粉末は、
真空中では熱間圧縮し、圧密し、押出によって成形して
いる。

課題は、棒素材が固体アルミニウムマトリックスに不溶
性の有意量の分散遷移金属金属間化合物相を含有する時
に押出によって与えられる分散硬化アルミニウム棒素材
から有用な成形品を製造する際に存在する。

通常、押出または他の方法で成形された棒素材から有用
な成形品を与えようとする安価な一般に応用可能な冶金
的解決法は、鍛造、圧延などによる熱間加工法である。

このような方法においては、押出と異なり、金属は、１
よりも多い方向に自由に膨張する。一般に、高温では金
属がより弱く且つ良好な延性を有するので、このような
鍛造、圧延などは、熱間で実施する。高温においては、
沈殿強化相は溶解し；マトリックスは１つの相から別の
相に変化し、例えば、フェライトからオーステナイトに
変化しニ一般に引張伸びによって示されるような加工性
は、高められる。例外は、不溶性金属間化合物分散質を
含有する機械的合金化分散硬化アルミニウムの場合に存
在する。

Ａ　１３　Ｔ　を分散剤（ｄｌｓｐｅｒｓａｎｔ）を含
有する機械的合金化アルミニウム基合金においては、試
験温度が上がると、分散硬化アルミニウム合金の強度は
減少するが、引張試験での伸びによって測定されるよう
な延性も減少することが観察された。

２（または多）相合金の延性は、硬質相の容量分率に関
して技術上置も普通に論じられている。

以前の理論的研究並びに実験的研究は、所定の温度、特
に室温においては、合金の延性（引張試験時の破断時伸
びによって証明されるような）は、硬質相の容量分率が
増大するにつれて激減することを実証している。以前の
実験的研究から、延性および硬質相容量分率に関係する
単純な関係が明らかにされている： この式中、ｋは実験定数で・あり（その値はマトリック
ス合金の特性に依存する）、ｆは硬質相の容量分率であ
る。前記関係は、Ａｌ−３ｉＣ複合体を含めて各種の２
相合金または多相合金の場合に室温で大体真実を保持す
ることが示されている。

発見 本発明者等は、機械的合金化によって製造され且つアル
ミニウムマトリックスの固相線未満で本買上不溶性であ
るアルミニウムー遷移金属金属間化合物（例えば、Ａ１
３Ｔ・ｉ）から作られる分散硬質相を含有するアルミニ
ウム合金においては、すべての温度での引張伸びがすく
なくとも金属間化合物的５〜３５、を利には１５〜３０
容量％の範囲にわたって機械的合金化アルミニウム合金
で従来予想されたものを超えることを発見した。−層予
想外なことに、本発明者等は、約３７０℃を超える温度
、例えば、約４２７℃以上であるがマトリックスの固相
線温度未満において、機械的合金化によって製造され且
つ分散Ａ　ｌ　４Ｃ３およびＡ　Ｉ　２０３と一緒にア
ルミニウムマトリックス中にＡ　１３　Ｔ　ｔ　５〜３
５容量％を含有する合金は、５％を超える引張伸びを有
し且つそれゆえ熱間加工を受けることができることを発
見した。

対照的に、チタンを自行する機械的合金化アルミニウム
基合金に関して出願人の以前の同僚によってなされ且つ
刊行されたテクニカルレポートＡＦＭＬ−ＴＲ−７９−
４２１０としてライト・エーロナイチイカルφラボラト
リーズに報告された研究は、それぞれＡ　１３　’Ｔ　
を分散剤４．１３および１０容量％を含有する合金の場
合に引張り伸び３４３℃で２．５％および１〜３％に温
度とともに減少することを示した。その時点で入手１■
能な機械的合金化アルミニウム合金系の知識に基づいて
は、３４３℃よりも高い温度での変則的に高い伸びの発
生は、当業者に完全に未知であった。

更に、本発明者等は、本発明の加工合金が良好な強度、
延性および安定な微細構造を保持することを発見した。

発明の目的 本発明の目的は、機械的合金化によって調製された分散
硬化アルミニウム合金の熱間加工法〔硬化相は約５〜３
５容量９６の量で存在し且つマトリックスの固相線温度
未満の温度でアルミナ質マトリックスに本質上不溶性の
アルミニウム遷移金属金属間化合物（有利にはチタン、
バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、鉄、コバルト、ニ
ッケル、タンタル、マンガン、クロムおよびハフニウム
の群からの遷移金属を包含）からなる〕を提洪すること
にある。この目的は、熱間加工合金製品も包含する。

発明の詳細な説明 本発明は、少なくとも２方向での金属流れを１ｊＪ能に
するプロセスによって、本質上任意の固溶体硬化剤を含
有するアルミニウムのマトリックス、アルミニウム遷移
金属金属間化合物約５〜約３５容量％、炭化物相、主と
して炭化アルミニウム約１４容量％までおよび任意の酸
化物相、主とじて酸化アルニミウム約５容量％までから
なる機械的合金化アルミニウム基合金を熱間加工するに
あたり、３７０℃とアルミニウムマトリックスの固相線
温度との間の温度区間（Ｉｎｔｅｒｖａｌ）で実施する
ことを特徴とする熱間加工法を意図する。また、本発明
は、溶毀温度の約９５％（０，９５Ｔｒｎ）までの温度
の範囲にわたって強度とモジュラスと延性と安定性との
独特の組み合わせを示す得られた熱間加工合金を意図す
る。

本発明に従って熱間加工すべきアルミニウム基合金は、
プロセス制御剤としてステアリン酸を使用して米国特許
節３，７４０．２１０号明細書、第４．６６８，４７０
号明細書および第４．６８８，２８２号明細書に記載の
ような方法に一般に従って機械的合金化によって製造す
る。

前記バラグラフに記載の炭化物および酸化物の量は、一
般に機械的合金化装入物中の酸化物、例えば、アルミナ
またはイツトリアまたは炭素の故意の配合の有無で機械
的合金化で常用されているプロセス制御剤の量に由来す
る。例えば、炭化物約５容量％までおよび酸化物２容量
％までは、装入物への他の非金属添加物なしにステアリ
ン酸をプロセス制御剤として使用する時に遭遇するこれ
らの相の通常の量である。当業者は、５容ｊｌｉｉ：９
６よりも多い炭化物および２容量％よりも多い酸化物が
本発明の熱間加工合金で存在できるが、このような多量
での合金の延性の低下を予想できることを認識するであ
ろう。熱間加工アルミニウム基合金の組成を表１に示す
。

表１ １　　　Ｂａｌ　　８．０２．２００．７５　−−２　
　Ｂａｔ　　８．７２．８００．８５　−−３　　Ｂａ
ｔ　　９．７　１．５００．６０　−−４　　　　　　
Ｂａｌ　　　　　９．８　　１．５０　　０．５１　　
１．９Ｍｎ５　　Ｂａｌ　　９．７　　Ｌ、５５０．６
１　１．８Ｃｒ６　８ａｌ　　９．８　１．５Ｂ　０．
６２２．２Ｖ７　　Ｂａｌ　　１０．０１．５４０．［
ｉ６　１．７（ｉＮｉ８　　Ｂａｌ　　１０．１　１．
５１　０．６１　１．８８ｃ。

９　　Ｂａｌ　　９．７　１．５８０．５５２．１ＯＮ
ｂ１０　　Ｂａｌ　　９．９１．５３０．５５　１．９
７Ｍ。

１１　　　Ｂａｌ　　１２．３　１．５００．８５　−
−当業者は、表１に記載の組成（重−％）が下記のよう
な単純な式によってＡｌ２Ｏ３、Ａｌ４Ｃ３、Ａ　ｌ　
３　Ｔ　＞などの相の大体の容量９６に換算できること
を認識するであろう：０重量％ｘｉ、７−ＡＩ、０３容
量％ ｃｍａ％ｘ　３．　７１−Ａ　ｌ　４Ｃ３容ｉ％Ｔｉ重
量％Ｘ２　、　５　＝　Ａ　１３　Ｔ　ｌ容量５表１中
の合金は、アルミニウム遷移金属金属間化合物相約１５
〜３１容量％を含有する（詳細には、合金１〜３および
１１においては、相は１５〜３１容量％の範囲内のＡ　
１３　Ｔ　ｔである）。合金４〜１０においては、金属
間化合物相は、主としてＡ　１３　Ｔ　ｌとアルミナイ
ド（ａｌｕｓｉｎｉｄｅ）および／または他の遷移金属
の他の化合物とからなる組み合わせである。当業者は、
「金属間化合物相」が単相または１よりも多い相であっ
てもよいことを認識するであろう（特定の限定は「金属
間化合物相」なる用語の単数性によって意味されない）
。

機械的合金化後、合金１〜１１を圧密し、押出比約１５
対１を使用して約４００℃で押出した。押出したままの
合金の引張特性を表２に示す。

表２ ＭＡＡＩ−Ｔｉをベースとする合金の機械的性質１　　
　２４　　４８７．８　　３７９．４　　１４．０　　
８８．９４２７　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ
、Ａ。

２　　　２４　　４７１．１　　３７５．９　　１２．
０　　１８．０４２７　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ、Ａ、　
　　Ｎ、Ａ。

３　　　２４　　４８７．２　　４Ｂ４．８　　７．１
　　９Ｂ、０４２７　　１１２．０　　１００．８　　
８．３４　　　２４　　５７３．３　　５２０．１１！
　　　５．４　１０３．６４２７　　１０９．２　　９
９．４　　１２．４５　　　２４　　４９０．０　　４
１０．２　　５．４　１０１．５４２７　　１２３．２
　　１０９．２　　１１．６６　　　２４　　５９０．
８　　５３２．７　　３．６　１Ｇ３．６４２７　　１
３２．３　　１２３．９　　８．９７　　　２４　　７
２５．９　　７０８．３　　１．８　１０３．４４２７
　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ、Ａ。

８　　　２４　　４７８．１　　４２Ｂ、３　　８．９
　１０２．９４２７　　１２２．７　　１０５．７　　
１０．１９　　　２４　　５３０．６　　４７８．１　
　１１．９　１００．１４２７　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ
、Ａ、　　　Ｎ、Ａ。

１０　　　２４　　５３０．８　　４Ｂ９．０　　５．
４　１００．８４２７　　１２５．３　　１１９．０　
　９．２１１　　　２４　４４１．３　　３７２．８　
　１０．０　１００．０４２７　　　Ｎ、Ａ、　　　Ｎ
、Ａ、　　　Ｎ、Ａ。

（１）Ｔ−試験温度（’Ｃ） ＵＴＳ−最終引張強さ（ＭＰａ） ＭＳ−０，２％降伏強さ（ＭＰａ） ｅｆ−破断時伸び（％） Ｅ−弾性率（ＧＰａ） Ｎ、　Ａ、−人手不能 表１に示す合金のすべてを約り００℃〜約５１０℃の温
度範囲内で５０Ｘ１００ｍ■厚の棒から厚さ約１．５ｕ
＋、幅約９０〜１００ＩＩ１１のシートに成功裡に熱間
圧延した。

シート形態において、これらの合金は、表３に与えるデ
ータによって示すような安定な微細構造を示す強度と延
性とモジュラスとの優秀な組み合わせを保持した。

表３ 合金隠　ニー　ＵＴＳ　　ヱ旦　！ｆ　旦−３２４４４
１４１３１１，０９３，１ １５０８４３３０８６，２− ３１５１９６１６７４，３−一 ４２７　１１２　１０２　１２．１　−一１１　　２４
　４Ｂ５　４３０　９．０　１００．０１５０　３５０
　３２１　４．９　−一３１５　２０２　１７９　３．
２　−−４２７　１２０　１０９　１０．３　−一（１
）Ｔ−試験温度（”Ｃ） ＵＴＳ−最終引張強さ（ＭＰａ） ＭＳ−０，２％降伏強さ（ＭＰａ） ｅ（−破断時伸び（％） Ｅ−弾性率（ＧＰａ） 本明細書の目的で、アルミニウムマトリックス中の「固
溶体硬化剤」なる用語は、通常の童で固体アルミニウム
マトリックスに溶けるケイ素、銅、リチウム、マグネシ
ウム、亜鉛などの通常の元素だけではなく、低温、例え
ば、１００℃未満で不溶性生成物を生成するが熱間加工
温度でマトリックスに溶ける元素も包含する。また、本
明細書の目的では、「炭化物相」なる用語は、炭化アル
ミニウムだけではなく、炭化チタン、他の合金成分の炭
化物およびアルミニウム、チタンおよび他の炭化物の化
学変性物も包含する。「酸化物）ＩＪＪなる用語は、機
械的合金化時にステアリン酸プロセス制陣剤中の酸素と
アルミニウムとの反応によって生成される酸化アルミニ
ウムだけではなく、機械的合金化装入物を加工しながら
添加または生成できる少ユ（例えば、約５容量％まで）
の他の酸化物、例えば、イツトリア、イツトリウム−ア
ルミニウムーガーネットまたはアルミナも包含するもの
である。

法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに説明
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、少なくとも２方向での金属流れを可能にするプロセ
   スによって、任意の固溶体硬化剤を含有するアルミニウ
   ムのマトリックス、アルミニウム遷移金属金属間化合物
   相約５〜３５容量％、主として約１４容量％までの量の
   炭化アルミニウムからなる任意の炭化物相および酸化物
   相約５容量％までからなる機械的合金化アルミニウム基
   合金を熱間加工するにあたり、３７０℃とアルミニウム
   マトリックスの固相線温度との間の温度区間で実施する
   ことを特徴とする熱間加工法。 ２、加工すべき合金中の前記アルミニウム遷移金属金属
   間化合物相が、主として少なくとも約１５容量％の量の
   Ａｌ＿３Ｔｉである、請求項１に記載の熱間加工法。 ３、前記アルミニウム遷移金属金属間化合物相が、マン
   ガン、クロム、バナジウム、ニッケル、コバルト、ニオ
   ブおよびモリブデンの群から選ばれた少なくとも１種の
   金属を含有する、請求項２に記載の熱間加工法。 ４、４００℃〜５１０℃の温度範囲内で実施する、請求
   項２に記載の熱間加工法。 ５、圧延による、請求項４に記載の熱間加工法。 ６、請求項１に記載の方法によって製造される熱間加工
   品。