JPH02104641A - アルミニウム粉末合金の熱処理方法 - 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、アルミニウム系合金の粉末成形体の熱処理方
法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、高
温での強度に優れなＡｌ−８１系会金の粉末成形体の応
力腐食割れ感受性を抑える熱処理方法に関するものであ
る。本発明の熱処理方法は、強度向上のために施す時効
処理に於て、応力腐食割れ感受性を高くせず強度値を保
証できるものである。

（従来の技術） ＡＱ−Ｓｉ系合金は、高強度、高剛性を有し、優れた耐
摩耗性を示すことから、鉄合金を代替し、航空宇宙・自
動車部品等の軽量化、高負荷化の要求を満足できる材料
として、盛んに研究されている。

本発明者等は下記特許出願においてＡｌ２−８ｉ系急冷
扮末、およびこの粉末を成形した耐摩耗性および高温強
度にすぐれた成形体を提案した：特開昭５９−１３０４
０号（＄１１５７−１１９９０１引：特開昭５９−１３
０４１号（Ｂｌ［ｌ５７−１１９９０２号）；特開昭５
９−５９２１４　号（特！ｉ昭５７−１６７５７７号）
：特開昭５９−５９８５６号（特願昭５７−１６７５７
８号）。

ＡＱ−Ｓｉ系溶解合金を構造材として利用する場合、そ
の池のアルミニウム合金と同様に、Ｔ６処理に代表され
る熱処理にて、強度の向上を図らなければならない。こ
の熱処理は、強度が向上すればするほど、逆に、応力腐
食割れ感受性を高めるため、部品としての信顆性が著し
く損なわれることとなる。したがって、従来よりＡＱ合
金を腐食環境で使用される構造材に適用するにあたって
は、組成の改良や熱処理方法のｆ＆道化の努力がなされ
てきた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者等は、ＡＱ−Ｓｉ系合金の粉末成形体を構造材
として適用するための研究を行ない、Ｔ６処理では高強
度が得られるが、応力腐食割れ感受性が高められ、高い
応力が加わった状態で塩分を含む水や凍結防止剤などの
腐食性媒体にさらされる部品としての信顆性が損なわれ
ることことを見出した。したがって、ＡＱ−Ｓｉ系合金
の粉末成形体をこのような部品に使用するには応力腐食
割れ（以下、ＳＣＣという）を抑えて、さらにその強度
の向上を図る対策が求められている。

したがって、本発明は、高強度耐摩耗性、１−Ｓｉ系合
金の粉末成形体の耐ＳＣＣ感受性を抑えつつ、強度の向
上が図れる熱処理方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために、本発明者らは、時効条
件を検討した結果、第１は過時効状態まで時効し、強度
は若干低下するもののＳＣＣ感受性を落とす方法、第２
は、時効を二段に分は低温と高温の二段時効により、最
高強度を維持しっつＳＣＣ感受性を抑制する方法を見出
した。

本発明の第１は、（１）Ｓｉ：１０〜３０ｗｔ％、Ｃｕ
　：　０．５〜５．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．３〜３．５ｗ
ｔ％、およびＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉを単独もしくは組合わせ
で、０．５〜１０．０ｗｔ％を含み、残部Ａｌおよび不
可避不純物からなるＡＱ−Ｓｉ系の合金の粉末成形体を
、４６０〜５１０’Ｃで１〜４時間加熱後水冷し、２１
０〜２４０℃で０．５〜４．０時間時効を施す方法であ
り、その第２は、（２）上記組成のＡＱ−Ｓｉ系合金の
粉末成形体を、４６０〜５１０℃で１〜４時間加熱後水
冷し、室温から２００℃までの温度で時効しく但し、時
効後の軟化が始まる前に時効を中止し）、次に２１０〜
２４０°Ｃで０．５〜４．０時間時効する２段時効を行
なう方法である。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

本発明の熱処理が適用できる合金は、ＡＱ−Ｓｉ系の合
金の粉末成形体であり、その組成は、Ｓ　ｉ　：　Ｉ　
Ｃ）−３０ｗｔ％、Ｃｕ　：　０．５〜５．０ｗｔ％、
Ｍｇ　：　０．３〜３．５ｗｔ％、Ｆｅ。

Ｍｎ、Ｎｉを単独もしくは組合わせで、０，５〜１０．
０ｗｔ％の範囲で含有するものであるやこれらの成分の
含有量範囲は材料特性に起因して制約されている。Ｓｉ
は、硬質粒子形成による耐摩耗性を発揮させるために１
０ｗｔ％以上は必要であり、３０ｗｔ％を越えると靭性
の低下を招いて利用できる部品がなくなる。Ｃｕ及びＭ
ｇは時効硬化元素であり、熱処理によって強度を向上さ
せるために、最低限それぞれ０．５ｗｔ％および０．３
％含有させる必要がある。ＣｕおよびＭｇがそれぞれ５
．０ｗｔ％および３．５ｗｔ％を超えるとその効果は飽
和する。Ｆｅ、ＭｎおよびＮｉは、高温強度の向上の目
的のために添加される元素で、最低０．５ｗｔ％（組合
せ添加の場合は合計量）必要であり、一方１０．０ｗｔ
％を超えると靭性の低下を招き使用できる部品が著しく
制約される。Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅは単独添加の場合よりも
組合せの方がＳＣＣ感受性が低下する。したがって、本
発明の熱処理を、Ｍｎ等を組合せ添加したＡｐ−Ｓｉ系
合金の粉末成形体に適用すると熱処理の効果が一層高め
られる。

続いて、熱処理について説明する。

第１発明において、過時効処理は、２１０〜２４０℃で
０．５〜４．０時間行なう。この過時効処理は、通常の
Ｔ６処理条１シ（４９０℃×６８ｒ溶体化後、温水（８
０℃）焼入れ）より高温側で時効するもので、この人工
時効により析出してくる強化相の粗大化を図るように過
時効を行なう。過時効温度が２１０℃未満では通常のＴ
６条件になり、ＳＣＣ感受性を抑えることが不可能であ
るため、２１０℃以上の温度とする。また過時効温度が
２４０℃より高いと強度の低下が著しく、熱処理の効果
が消失してしまうから、２４０℃以下の温度とする。過
時効時間についても同様であり、０．５時間未満ではＳ
ＣＣ感受性が高く、４時間を超えると強度が低下してし
まうことになるため、０．５〜４時間の範囲とする。

次に、二段時効を特徴とする第２発明の場合は、１段目
の時効処理では室温から２００℃の温度で時効硬化を生
じるように行ない、軟化が生じる前に処理を中止する。

−段目の時効を室温で行なう場合は、４日以上自然時効
することにより、この要件が満たされる。また、１５０
℃〜２００℃で一段目の時効を行なう場合は０．５〜４
．０時間の人工時効により上記要件が満たされる。さら
に、室温で２日自然時効後１５０〜２００℃で０．２時
間人工時効する方法によっても上記要件が満たされる。

室温から１５０℃までの温度で人工時効する場合は４゜
Ｏ〜９６．０時間処理することにより上記要件が満たさ
れる。

第１段の時効処理後、第１発明の過時効条件で時効する
。この方法は、前段の自然時効もしくは人工時効により
、材料の強度をできるだけ高め、その後、過時効により
ＳＣＣ感受性を落とす方法である。この方法によれば、
ＳＣＣ感受性を低くするとともに、最高値に近い強度を
維持できる。この方法は、−段目の時効析出物を低温の
時効で微細にするところに特徴があり１強度と耐ＳＣＣ
性の両者を満足させるための最適な方法といえる。この
１段目の時効条件で室温とは、通常の気候で、０〜４０
℃を指す。室温で最高強度に達するのに最低４日以上必
要であり、室温で４日以上処理しても軟化は起こらない
。１５０〜２００℃での人工時効条件も同様に、その範
囲内で強度を最高値にすることができる。

１段目の時効が終了した後直ちに昇温して、あるいは−
旦室温まで冷却した後に２段目の時効を行なう。この温
度、時間およびこれらの限定理由は第１発明で述べたと
おりである。

第１および第２発明の時効処理の前段として必要な溶体
化処理は、４６０℃〜５１０℃で１〜４時間の加熱後水
冷をすることにより行なう。溶体化処理は、Ｃｕ、Ｍｇ
などの時効硬化元素を十分にマトリックスに溶かし込み
、水冷によってその状態を凍結することを意図する。そ
のためには、４６０℃以上の温度での加熱が必要である
。

加熱温度が５１０℃を超えると固溶効果は飽和し、むし
ろＢ１１５ｔｅｒの発生の危険があるから、この温度以
下に抑えるべきである。加熱時間は、固溶効果を達成す
るために１時間以上必要であり、一方４時間を超えると
効果が飽和してしまう。よって、加熱温度および時間は
、上記の範囲に限定した。また、加熱後の水冷は５０℃
以下の水にすばやく投込むことにより行なう。

上記したＡｌ−８ｉ系合金の粉末成形体に硬質粒子を添
加した材料にも、本発明法の適用は可能である。硬質粒
子としては、Ａ　Ｑ　２０３．　Ｓ　ｉ　Ｃ。

Ｓ　ｉ　３Ｎａ、　Ｓ　ｉ　０２．　Ｚ　ｒ　０２等を
単独もしくは組合わせて１５．０ｗｔ％以下添加可能で
ある。添加量がＯ，１ｗｔ％以上で耐摩耗性および強度
向上の顕著な効果が認められる。好ましい添加量は０．
５ｗｔ％以上である。硬質粒子の添加量が１５ｗｔ％を
超えると、耐摩耗性および強度向上の効果が飽和し、む
しろ靭性が低下する。特に、本発明では熱処理による強
度向上に相応して靭性が低下するため、靭性低下をもた
らす硬質粒子の１５ｗｔ％以上の添加は避けるべきであ
る。

本発明の熱処理を適用するＡＱ−Ｓｉ系合金の粉末成形
体は粉末の熱間成形品に適用することができる。熱間成
形品は密度および組織の緻密度が高く、強度が高いため
に、＃Ｉｔ造用部用部品摩耗部品などとして優れている
が、その反面ＳＣＣ感受性が高くなるという難点がある
。よって、ＳＣＣ感受性を低くすることにより部品の信
顆性を確保することができる。ここで熱間成形法は、プ
レス、圧延、押出などの各種方法である。

（実施例） 以下、本発明を実施例をあげて説明する。

第１表に示すＡｌ２−５ｔ系合金の粉末成形体をアトマ
イズにより調製した。アトマイズしたＡ１２合金粉末を
１００メツシユで分級後原料粉末とし、Ｎｏ、２．５．
７はセラミックス粒子を■型ブレンダーにて混合し原料
粉末とした。

これらの粉末を温間（２００〜３００℃）にて予備成形
して、密度比７０％のビレットとし、不活性雰囲気で４
００〜５００℃にて脱ガス後、４００〜５００°Ｃにて
熱間押出法により丸棒に成形した。これらの丸棒から試
験片を採取し、次の熱処理を施し、硬度、引張試験、Ｓ
ＣＣ試験にて評価した。

ハク　Ａ　　（ｆｉ法）　　　　Ｔ６：４９０℃　　２
ｈｒＷＱ　　１７５℃　８ｈｒ　　時効”　　　Ｂ　ｆ
過時効Ｉ　　　　Ｔ７＋４９０℃　　２ｈｒＷＱ　　２
３０℃　２ｈｒ　　時効”　　Ｃ（２１１＊Ｉ）　Ｔ７
３：４９０℃　２ｈｒＷＱ　ＲＴ　４ｄａｙ　ＩＷＩ２
３０℃　２ｈｒ　　Ｄ’ｌＡ （以下余白） 第２（ａ）、（ｂ）表に評価結果を示す。これらの表か
ら１本発明により、強度の向上をＴ６材レベルに維持し
つつ、耐ＳＣＣ性を著しく改善できることが分かる。

（発明の効果） 本発明により、耐ＳＣＣ特性を劣化させることなく、強
度の向上を熱処理により図ることができるので、Ａｌ−
Ｓｉ系合金の粉末成形体を腐食環境で使用される部品へ
の適用の拡大が期待できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ：１０〜３０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜５．０ｗ
   ｔ％、Ｍｇ：０．３〜３．５ｗｔ％、およびＦｅ、Ｍｎ
   、Ｎｉを単独もしくは組合わせで、０．５〜１０．０ｗ
   ｔ％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ
   −Ｓｉ系合金の粉末成形体を４６０〜５１０℃で１〜４
   時間加熱後水冷し、２１０〜２４０℃で０．５〜４．０
   時間時効を施すことを特徴とするアルミニウム粉末合金
   の熱処理方法 ２、Ｓｉ：１０〜３０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜５．０ｗ
   ｔ％、Ｍｇ：０．３〜３．５ｗｔ％、およびＦｅ、Ｍｎ
   、Ｎｉを単独もしくは組合わせで、０．５〜１０．０ｗ
   ｔ％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ
   −Ｓｉ系合金の粉末成形体を、４６０〜５１０℃で１〜
   ４時間加熱後水冷し、室温から２００℃までの温度で時
   効し（但し、時効後の軟化が始まる前に時効を中止し）
   、次に２１０〜２４０℃で０．５〜４．０時間時効する
   ２段時効を行なことを特徴とするアルミニウム粉末合金
   の熱処理方法。 ３、Ａｌ−Ｓｉ系合金の成形体が粉末の熱間成形品であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウ
   ム粉末合金の熱処理方法。 ４、Ａｌ−Ｓｉ系合金がさらに、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｓｉ
   Ｃ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＯ＿２およびＺｒＯ＿２の群
   からなるセラミックス粒子の１種以上を１５．０ｗｔ％
   以下含有することを特徴とする請求項１、２または３記
   載のアルミニウム粉末合金の熱処理方法。