JPH0261024A

JPH0261024A - 耐熱、耐摩耗材アルミニウム合金材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0261024A
Application number: JP21159088A
Authority: JP
Inventors: Hidemiki Matsumoto; 松本　英幹; Minoru Hayashi; 稔林; Yoshisuke Asada; 浅田　喜介; Shigenori Asami; 浅見　重則
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1988-08-27
Filing date: 1988-08-27
Publication date: 1990-03-01

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）本発明は耐熱性と耐摩耗性に優れるアルミニウム合金材
およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術）内燃機関のシリンダーブロック、シリンダーライナー、
ピストン、ロッカーアームおよびコンプレッサーのベー
ン、ＶＴＲ用シリンダー等では摺動部において耐摩耗性
、耐熱性、低熱膨張率などの特性が特に必要とされてい
る。

一方、これらの部材の材料をアルミニウム合金とできれ
ば、軽量化に伴なう多くの利点が得られることは明白で
ある。耐摩耗性の良好なアルミニウム合金としては、Ａ
ｌ−５ｉ系合金のＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ８Ａ等の鋳
物用合金や、ＡＤＣｌ、ＡＤＣ３、ＡＤＣｌ０．ＡＤＣ
ｌ　２等のダイカスト合金（以上、合金記号はＪＩＳ規
格による。）がある。またＳｉ以外の第三元素（例えば
Ｃｕ、Ｍｇ等）を添加したＡ３９０　（ＡＭｃｏａ規格
）等の合金か知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、これらの従来のアルミニウム合金材は、
上記の内燃機関におけるシリンダーブロック、シリンダ
ーライナーなどの部材とするにはまだ満足できるもので
はなかった。

すなわち、前記従来のアルミニウム合金は鋳造用合金で
あって、耐摩耗性についてはある程度満足したものが得
られているが、耐熱性、加工性の良好なものは得られて
いない、そこで特に重要とされる耐熱性および耐摩耗性
をともに改善するために、多量のＳｉやＦｅ、Ｎｉ等を
添加することが試みられたが、鋳造時に添加元素の偏析
や初晶の粗大化等が発生してしまい、本来の強度、伸び
、靭性等の特性をかえって著しく低下させる結果となっ
てしまった。

したがって、本発明は強度、伸びおよび靭性等を改善し
た耐熱、耐摩耗性アルミニウム合金材を提供することを
目的とする。

また本発明は、強度、伸びおよび靭性等を改善した耐熱
、耐摩耗性アルミニウム合金材の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を行った
結果、特定の高ケイ素アルミニウム合金組成の溶湯を急
冷凝固させたものを圧縮成形加工することにより上記目
的を達成しうることを見出しこの知見に基づき本発明を
完成するにいたった。

すなわち本発明は、　（１）Ｓｉ５〜３５重量％（以下
単に％と記す）　、　Ｃｒ　０．７〜８％、Ｚｒ０．：
１〜８％を含み、かつＣｏ０．１〜５％、Ｗ０．１〜５
％、Ｍｏ０．１〜５％のうち１種または２種以上を含み
、Ｓｉを除いた添加元素の総量が２５％を越えない量で
あり残部かＡｌと不可避的不純物を有してなり、初晶Ｓ
ｉ粒子の平均粒径が２０ｇｍ以下てあり、金属間化合物
の平均サイズが２μｍ以下であることを特徴とする耐熱
、耐摩耗性アルミニウム合金材及び（２）Ｓｉ５〜３５
％、Ｃｒ０６７〜８％、Ｚｒ０１３〜８％を含み、かつ
Ｃｏ００１〜５％、Ｗ０．１〜５％、Ｍｏ０．１〜５％
のうち１種または２種以上を含み、かつＭｎ（１，３〜
８％、Ｎｉ０．５〜１５％、Ｖ　０．３〜１０％、Ｃｅ
０．５〜５％。

Ｔｉ０．１〜５％のうち１種または２種以上を含み、Ｓ
ｉを除いた添加元素の総量が２５χを越えない量であり
残部がＡｌと不可避的不純物を有してなり、初晶Ｓｉ粒
子の平均粒径が２０ｐｍ以下であり、金属間化合物の平
均サイズか２ｐｍ以下であることを特徴とする耐熱、耐
摩耗性アルミニウム合金材を提供するとともに、　（３
）Ｓｉ５〜３５％、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ０．３〜８
％を含み、かつｃｏ　０．１〜５　％、　Ｗ０．１〜５
　　％、　ＭＯ０，１〜５％のうち１種または２種以上
を含み、Ｓｉを除いた添加元素の総量が２５％を越えな
い量であり残部がＡｌｌと不可避的不純物を有してなる
Ａｌ合金溶湯を、急冷凝固法により凝固させて粉末状、
リボン状薄帯、フレーク状または線状物を形成し、これ
を圧縮成形加工することを特徴とする耐熱、耐摩耗性ア
ルミニウム合金材の製造方法及び（４）Ｓｉ５〜３５％
、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ０．３〜８％を含み、かつＣ
ｏ０．１〜５％、Ｗ　０．１〜５％、Ｍｏ０．１〜５％
のうち１種または２種以上を含み、かつＭｎ００３〜８
％、Ｎｉ　　０．５〜１５％、Ｖ０．３〜１０％、Ｃｅ
０．５〜５％、Ｔｉ　００１〜５％のうち１種または２
種以上を含み、Ｓｉを除いた添加元素の総量が２５％を
越えない量であり残部がＡｌと不可避的不純物を有して
なるＡｌ合金溶湯を、急冷凝固法により凝固させて粉末
状、リボン状薄帯、フレーク状または線状物を形成し、
これを圧縮成形加工することを特徴とする耐熱、耐摩耗
性アルミニウム合金材の製造方法を提供するものである
。

本発明のアルミニウム合金材において各成分範囲を限定
した理由は以下の通りである。

Ｓｉ含有量は５〜３５％とする。すなわち、Ｓｉは急冷
凝固中に初晶または共晶Ｓｉ粒子として微細に分散し、
耐摩耗性を向上させる作用があり、初晶Ｓｉ粒子の大き
さおよび量は合金の凝固速度、Ｓｉ含有量に依存し、凝
固速度が大きいほど初晶Ｓｉ粒子は小さくなるが、Ｓｉ
含有量が多くなるにつれて粗大となる。したがってＳｉ
の含有量は３５％を限界とする。Ｓｉ含有量が３５％を
越えると初晶Ｓｉが粗大となり、強度、靭性、機械加工
性が劣化する。また５％未満では、耐摩耗性の改善効果
が小さすぎて、耐摩耗性材料として利用できない。

Ｃｒ含有量は０．７〜８％とし、Ｚｒ含有量は０．３〜
８％とする。すなわち、ＣｒおよびＺｒは急冷凝固時に
その大部分がＡＭ中に固溶し、成形加工中の加熱によっ
てそれぞれ微細な金属間化合物として析出し、室温およ
び高温強度を高める作用をする。また成形加工温度が低
く、加熱時間が短かい場合には、この析出が十分に進行
していない場合があり、その際には成形加工後３００〜
５００°Ｃで所定の時間時効析出処理を行うことによっ
て室温強度および高温強度をさらに高めることができる
。この作用はＣｒ含有量が０．７％、Ｚｒ含有量が０．
３％より少ない場合は十分ではなく、他方含有量が８％
、Ｚｒ含有量が８％を越えてもその作用の度合が向上し
ないばかりでなくコストの上昇をもたらす。

Ｃ０．Ｗ、Ｍｏの含有量は、それぞれＣＯ０．１〜５％
、Ｗ０．１〜５％のうち１種または２種以上とする。す
なわち、Ｃ０．Ｗ、Ｍｏは、微細に分散した熱的に安定
な金属間化合物を形成し、高温強度を高める作用をする
。それぞれの含有量が下限よりも少ないとその作用が十
分ではなく、他方上限を越えてもその作用は向上しない
ばかりてなくコストの上昇をもたらす。

なお、本発明の請求項２及び４ではＭｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃ
ｅ、Ｔｉの何れか１種または２種以上を含むものとする
。

Ｍｎ含有量は０．３〜８％とする。すなわち、ＭｎはＣ
ｒ、Ｚｒ同様急冷凝固時にその大部分がＡｌ中に固溶し
、成形加工中および加工後の加熱によって微細な金属間
化合物として析出し、室温および高温強度を高める作用
をする。この作用はＭｎ含有量が０．３％よりも少ない
場合は十分ではなく、他方Ｍｎ含有量が８％を越えても
その作用が向上しないばかりかコストの上昇をまねく。

Ｎｉ、Ｖ、Ｃｅ、ＴｉはＣ０．Ｗ、Ｍｏ同様それぞれ微
細に分散した熱的に安定な金属間化合物を形成し、高温
強度を高める作用をする。Ｎｉ、Ｖ、Ｃｅ、Ｔｉはそれ
ぞれＮｉ０．５〜１５％、Ｖ０．３〜１０％、Ｃｅ０．
５〜５％、Ｔｉ０．１〜５％の範囲で含有され、含有量
が下限よりも少ないとその作用が十分てなく、他方上限
を越えてもその作用は向上しないばかりかコストの上昇
をもたらす。

また本発明において、Ｓｉを除いた含有元素の総量は２
５％を越えない量とする。すなわちＳｉを除いた含有元
素の総量が２５％を越えてもその作用の向上がないばか
りでなく、コストの上昇をもたらす。

以上の各元素の残部はＡｌと不可避的不純物とからなり
、その不可避的不純物としてＢｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｃａ等が
０．５〜５００ｐｐｍの範囲てあれば、本発明の合金材
特性に影響をあたえるものではない。

さらに本発明においては、初晶Ｓｉ粒子の平均粒径な２
０ｇｍ以下としており、これは、初晶Ｓｉ粒子の平均粒
径が２０ルｍより大きくなると強度、靭性、機械加工性
が劣化するからである。

また本発明では、金属間化合物の平均サイズを２ｐｍ以
下としている。これは金属間化合物の平均サイズが２μ
ｍより大きくなると、高温強度すなわち耐熱性が劣化す
るからである。

次に本発明のＡｌ合金材は、前記組成のＡｌ合金溶湯を
急冷凝固法により凝固させて粉末状、リボン状薄帯、フ
レーク状または細線状物を形成したものを圧縮成形加工
して製造したものである。

Ａｌ合金溶湯の冷却速度は、大きいほど初晶Ｓｉおよび
金属間化合物は微細となり、通常ｌＯ２°Ｃ／　ｓ　ｅ
　ｃ以上の冷却速度であれば初晶Ｓｉ粒子の平均粒径が
２０ＪＬｍ以下で、金属間化合物の平均サイズを２μｍ
以下とすることができる。１０２’Ｃ／ｓｅａ以上の冷
却速度が得られる急冷凝固法には例えばアトマイズ法１
回転円板法、ドラムスプラット法、急冷ロール法等があ
り本発明ではいずれの方法を用いてもよい。

急冷凝固して得られた粉末状、リボン状薄帯、フレーク
状または細線状物をこのまま、または必要に応じて細片
化し、冷間予ａｔ形→アルミニウム缶封入→加熱真空脱
ガス→熱間プレス成形→外削、脱臼→押出の工程て圧縮
成形加工する。この際、脱ガスの良好さ、加工性の良さ
から見ると加熱真空脱ガス、熱間プレスおよび押出時の
温度は高いほど良いが、高温すぎると金属間化合物か粗
大化し、耐熱性が低下するので４００℃以下とするのが
望ましい。

なお、本発明においては上記製造工程によらなくても一
般のアルミニウム粉末冶金法ならいずれの方法を用いて
もよい。

（実施例）次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

第１表に掲げるＮ０．１〜Ｎ０．１７の合金溶湯から、
Ａｒガスアトマイズ法によって平均粒径７０ＩＬｍの粉
末を製造した。アトマイズにおける冷却速度は１０３〜
ｂ次いで得られた各合金粉末を用いてそれぞれ冷間予備成
形（真密度の８０％まで圧縮、直径１００ｍｍ、長さ２
００ｍｍ）→アルミニウム缶封入→高温真空脱ガス（３
００°Ｃにて）→熱間プレス成形（真密度まで）→外削
・脱臼の工程により、直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの
ビレットな作製し、これを３５０℃にて押出し、直径３
０ｍｍの押出棒とした。また第１表のＮ０．１８〜Ｎ０
．２０の合金については冷却速度２０℃／ｓｅｃの金型
鋳造を行い切削加工して直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
の押出ビレットを作製し、これを３５０°Ｃで押出し、
直径３０ｍｍの押出棒とした。

次に合金Ｎ０．　１−Ｎ０．　１７については４００°
Ｃの温度でピーク強度となる時間（１〜３）時間析出処
理を行った。

これら押出材の組織観察、室温および２５０°Ｃ（保持
時間１００ｈｒ）ての引張試験、大越式摩耗試験機によ
る摩耗試験（乾式、摩耗速度２．９１ｍ／ｓｅｃ、摩耗
距離２００ｍ）を行って、初晶Ｓｉ粒子の平均粒径、Ｆ
ｅを含む金属間化合物の平均サイズ、室温および高温強
度、比摩耗量を測定した。その結果を第２表に示す。

なお、初晶Ｓｉ粒子の平均粒径は次のようにして求めた
。すなわち、各押出組織を光学顕微鏡を用いて観察し、
その組織写真から初晶Ｓｉの大きさを画像解析装置を用
いて測定する。多数（１０００個以上）の初晶について
測定を行い、その大きさを平均して初晶Ｓｉの平均サイ
ズとする。

また、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズは次のよう
にして求めた。すなわち、各押出材組織を透過型電子顕
微鏡を用いて観察し、その組織写真から化合物の大きさ
を画像解析を用いて測定する。多数（１０００個以上）
の化合物について測定を行い、その大きさを平均して化
合物の平均サイズとする。

第２表の結果が示すように、本発明合金材は比摩耗量が
小さく、室温および高温で高い強度を示しており耐摩耗
性、耐熱性に優れている。

すなわち、第２表の結果を具体的に説明するとＮ０．　
１〜Ｎ０．　１５の実施例は、室温および２５０°Ｃて
の引張強さが良好な値を示しており、また比摩耗量も小
さい。

他方、Ｎ０．１６〜Ｎ０．２０の比較例において、Ｎ０
．１６は室温および２５０’Ｃての引張強さが実施例に
比較して極端に低く、また比摩耗量もかなり大きくなっ
ている。Ｎ０．１７は室温での引張強さは良好であるが
、２５０°Ｃでの引張強さが極端に低下しており、比摩
耗量もかなり大きくなっている。またＮ０．１８、Ｎ０
．１９は室温および２５０’Ｃでの引張強さが実施例に
比較して極端に低く、また比摩耗量も極端に大きくなっ
ている。

さらにＮ０．２０においては２５０°Ｃての引張強さが
極端に低下しており、比摩耗量もかなり大きくなってい
る。

（発明の効果）本発明のアルミニウム合金材は、内燃機関のシリンダー
ブロック、シリンダーライナー、ピストン、ロッカーア
ーム、およびコンプレッサーのベーン、ＶＴＲ用シリン
ダー等に好適を、改善された強度、伸び、靭性等を有し
優れた耐熱、耐摩耗性を有する。またこのアルミニウム
合金材はアルミニウム合金溶湯を急冷凝固法により凝固
させたのち、これを圧縮成形加工して製造されるから、
元素の偏析や初晶の粗大化が抑制され強度。

伸び、靭性等の特性の低下がない。また本発明の製造方
法はアルミニウム合金溶湯な急冷凝固させたものを圧縮
成形するだけであるから、量産及びコスト低下に優れた
効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　Ｓｉ５〜３５重量％、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ
０．３〜８％を含み、かつＣｏ０．１〜５％、Ｗ０．１
〜５％、Ｍｏ０．１〜５％のうち１種または２種以上を
含み、Ｓｉを除いた添加元素の総量が２５％を越えない
量（以上、％は重量％を示す。）であり残部がＡｌと不
可避的不純物を有してなり、初晶Ｓｉ粒子の平均粒径が
２０μｍ以下であり、金属間化合物の平均サイズが２μ
ｍ以下であることを特徴とする耐熱、耐摩耗性アルミニ
ウム合金材。
（２）　Ｓｉ５〜３５重量％、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ
０．３〜８％を含み、かつＣｏ０．１〜５％、Ｗ０．１
〜５％、Ｍｏ０．１〜５％のうち１種または２種以５％
のうち１種または２種以上を含み、Ｓｉを除いた添加元
素の総量が２５％を越えない量（以上、％は重量％を示
す。）であり残部がＡｌと不可避的不純物を有してなり
、初晶Ｓｉ粒子の平均粒径が２０μｍ以下であり、金属
間化合物の平均サイズが２μｍ以下であることを特徴と
する耐熱、耐摩耗性アルミニウム合金材。
（３）　Ｓｉ５〜３５重量％、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ
０．３〜８％を含み、かつＣｏ０．１〜５％、Ｗ０．１
〜５％、Ｍｏ０．１〜５％のうち１種または２種以上を
含み、Ｓｉを除いた添加元素の総量が２５％を越えない
量（以上、％は重量％を示す。）であり残部がＡｌと不
可避的不純物を有してなるＡｌ合金溶湯を、急冷凝固法
により凝固させて粉末状、リボン状薄帯、フレーク状ま
たは線状物を形成し、これを圧縮成形加工することを特
徴とする耐熱、耐摩耗性アルミニウム合金材の製造方法
。
（４）　Ｓｉ５〜３５重量％、Ｃｒ０．７〜８％、Ｚｒ
０．３〜８％を含み、かつＣｏ０．１〜５％、Ｗ０．１
〜５％、Ｍｏ０．１〜５％のうち１種または２種以上を
含み、かつＭｎ０．３〜８％、Ｎｉ０．５〜１５％、Ｖ
０．３〜１０％、Ｃｅ０．５〜５％、Ｔｉ０．１〜５％
のうち１種または２種以上を含み、Ｓｉを除いた添加元
素の総量が２５％を越えない量（以上、％は重量％を示
す。）であり残部がＡｌと不可避的不純物を有してなる
Ａｌ合金溶湯を、急冷凝固法により凝固させて粉末状、
リボン状薄帯、フレーク状または線状物を形成し、これ
を圧縮成形加工することを特徴とする耐熱、耐摩耗性ア
ルミニウム合金材の製造方法。