JPH04120237A - アルミニウム基制振材料とその製造方法 - 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〕 本発明は優れた振動減衰性を有し、自動車部品、音響機
器、鉄道車輌部品、精密機器等、振動を嫌う構造部材と
して用いられるアルミニウム基制振材料とその製造方法
に関するものである。

［従来の技術〕 一般に物体を振動させると、ある周波数（ｆｒ）で振幅
が大きくなる（第１図）。この周波数を共振周波数とい
う。共振周波数での振幅をＡｏとすると、このエネルギ
ーに対し１／２となるのは振幅がＡｏ　／Ｊ　２　（ｄ
Ｂ表示では一５ｄＢ）となる周波数である。この周波数
幅（半値幅、３ｄＢ値幅）をΔｆとすると、損失係数η
は次式で表される。

η＝Δｆ　／　ｆ　ｒ この損失係数ηの値が大きい材料はど振動減衰性に優れ
、外力が除去された場合には振動が急速に減衰する。通
常の金属材料の損失係数ηは０．００１以下である。

従来、自動車部品、音響機器、精密機器、鉄道車輌部品
などの振動を嫌う構造部材の金属材料、所謂制振材料と
しては、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｍｎ　　Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系
、Ｎｉ−Ｔｉ系などの合金が知られている。またＭｇ　
、Ｍｇ−Ｚｒ系の鋳造材や一部のＡｌ金合金Ａ　ｌ　−
Ｆｅ系）も制振材料として知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｍｎ−Ｃｕ系、Ｚｎ　−Ａｌ系、Ｎｉ−
Ｔｉ系合金は損失係数は大きいが、比重が大きく、構造
部材の軽量化を図る場合の障害となる。ＭｇやＭｇ−Ｚ
ｒ系合金鋳造材は比重は小さいが、冷間加工性が著しく
悪く部品への成形が困難である。Ａｌ２−Ｆｅ系合金は
比重が小さく冷間加工性も良いが、強度、耐摩耗性が劣
り、構造部材として適さない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかる状況に鑑み比重が小さく、冷間加工が可
能でかつ強度、耐摩耗性に優れたアルミニウム基制振材
料とその製造方法を開発したものであり、請求項１の発
明は、アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２Ｓｉ１ｔ
％含有し、残部Ａｆと不可避的不純物とからなることを
特徴とするアルミニウム基制振材料であり、請求項２の
発明は、アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２５ｗｔ
％含存し、さらにＳ　ｉ　２．０ｗｔ％以下、Ｆｅ　１
．５ｗｔ％以下、Ｃｕ　５ｉｍｔ％以下、Ｍｎ　２．０
ｗｔ％以下、Ｍｇ７ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｗｔ％以下
、Ｚｎ７ｗｔ％以下、Ｔｉ　１．Ｏｗｔ％以下、Ｎｉ　
４ｗｔ％以下、Ｐｂ　２ｗｔ％以下、Ｂｉ　２ｗｔ％以
下、Ｓｎ　３ｅｉｔ％以下、Ｚｒ　１ｗｔ％以下、Ｃｏ
１ｗｔ％以下、Ｂ１ｗｔ％以下、希土類元素１ｗｔ％以
下のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａ２と不
可避的不純物とからなることを特徴とするアルミニウム
基制振材料である。

ここにおいて、アルミナは粒子状にて添加し、炭化ケイ
素は粒子状またはウィスカーの形で添加することが望ま
しい。

また請求項５の発明は、アルミナまたは炭化ケイ素を１
．０〜２５ｗ　ｔ％金含有、残部Ａｌと不可避的不純物
とからなる鋳塊に３０％以上の減面率で塑性加工を施す
ことを特徴とするアルミニラ基制振材料の製造方法であ
り、請求項６の発明は、アルミナまたは炭化ケイ素を１
．０〜２５ｗｔ％含有し、さらに５ｉ２Ｑｒｔ％以下、
Ｆｅ１．５ｗｔ％以下、Ｃｕ　６ｗｔ％以下、Ｍｎ　２
．０ｗｔ％以下、Ｍｇ７ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｉｖｔ
％以下、Ｚｎ　７ｗｔ％以下、Ｔｉ　１．０ｗｔ％以下
、Ｎｉ　４ｗｔ％以下、Ｐｂ　２ｗｔ％以下、Ｂｉ　２
ｗｔ％以下、Ｓｎ　３ｗｔ％以下、Ｚｒ　１ｉｖｔ％以
下、Ｃｏ１ｗｔ％以下、Ｂｌｌｙｔ％以下、希土類元素
１ｗｔ％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残
部Ａｆｆｉと不可避不純物とからなる鋳塊に３０％以上
の減面率で塑性加工を施すことを特徴とするアルミニウ
ム基制振材料の製造方法である。

ここで減面率とは圧延、押出等の塑性加工において素材
の断面積を３０、製品の断面積をＳとした場合次式で示
される数字である。

５゜ 〔作用］ 制振材料はその振動減衰メカニズムにより、転位型、複
合相型、強磁性型、双晶型に分類されるが、本発明の制
振材料は複合相型と転位型との要素を合せ持つ材料であ
る。

Ａｌにアルミナや炭化ケイ素を添加し、これらの材料に
振動を加えるとアルミナや炭化ケイ素粒子とマトリック
スとの界面における粘性流動による振動エネルギーの吸
収により材料に与えられた振動を極めて速やかに減衰さ
せる効果、すなわち複合相型の制振効果が与えられる。

また、Ａｌにアルミナや炭化ケイ素を添加した材料に冷
間で塑性加工を加え振動を与えると、塑性加工により導
入された転位のアルミナや炭化ケイ素粒子による一時的
な固着、離脱繰り返しによる振動エネルギーの吸収、い
わゆる転位型の制振効果が前述の複合相型効果と合わせ
た形で得られる。

マトリックスとしてアルミニウムでも上記の効果が得ら
れるが、アルミニウム合金でも同様の効果が得られ、各
種の構造部品として使用される場合にはアルミニウム合
金マトリックスにアルミナや炭化ケイ素を添加したほう
が強度、耐摩耗性、耐熱性の点等で有利となる。

以下に添加する非金属元素や金属元素の添加量の限定理
由について説明する。

アルミナ粒子は１．０〜２５ｗｔ％とする。１．０ｗｔ
％未満では制振効果が不十分で２５ｗｔ％を超えると￥
性加工性が悪化する。炭化ケイ素は粒子またはウィスカ
ー（針状結晶）で１．０〜２５ｗｔ％とする。１．０ｗ
ｔ％未満では制振効果が不十分で２Ｓｉ１ｔ％を超える
と塑性加工性が悪化する。

マトリックスとしてはアルミニウムまたは下記の金属元
素の１種または２種以上を含有するアルミニウム合金と
する（以下ｗｔ％を％と略す）。

Ｓｉ２０％以下　Ｆｅ１．５％以下　Ｃｕ　６％以下Ｍ
ｎ２．０％以下　Ｍｇ　７％以下　Ｃｒ　０．５％以下
Ｚｎ　７％以下　Ｔｉ　１．０％以下　Ｎｉ　　４％以
下Ｐｂ　２％以下　Ｂｉ　２％以下　Ｓｎ　３％以下Ｚ
ｒ　１％以下　Ｃｏ　１％以下　Ｂ　１％以下希土類元
素１％以下 Ｓｉ　、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎは強度や耐摩耗
性向上を目的に添加されるが上記の重量比率を超えて添
加すると塑性加工性や耐食性の低下が著しくなる。Ｃｒ
、Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｂ、希土類元素は主として結晶粒微細
化や耐応力腐食割れ性改善の目的で添加されるが、上記
添加量を超えるとその効果が飽和し塑性加工性の低下を
招く。Ｎｉ、Ｃｏは主に耐熱性向上の目的で添加される
が上記添加量を超えると塑性加工性の低下となる。ｐｂ
、Ｂｉ　、Ｓｎは切削加工性改善目的で添加されるが上
記添加量を超えると効果が飽和し、耐食性の低下を招く
。

以上のような組成の材料は溶解した後鋳造した状態、例
えば鋳物でも他のアルミニウム合金に比べて優れた制振
効果を持つが、前述の転位型効果を持たせることにより
さらに制振効果は増大する。

すなわち、減面率３０％以上の塑性加工を加えることに
よって、転位密度が増大し相乗効果が発揮される。減面
率３０％未満ではこの効果が不十分である。塑性加工と
しては熱間加工または冷間加工あるいは熱間加工後冷間
加工を施せばよく、例えば圧延、押出、鍛造、引抜等い
ずれの手段で行っても良いが、減面率３０％以上とする
必要がある。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により更に詳細に説明する。

実施例１ 第１表に示す組成のアルミニウム基材料を溶解後外径１
４５ｍ、長さ２００腫の円筒状鋳塊とした。

この材料に４５０°Ｃで１２時間の均質化処理を施した
後、この鋳塊から厚さ２ｍ、中１０ｍ、長さ２００閣の
試験片を必要本数だけ切り出し、Ｎα１．’４．１０１
２以外の材料は４６０°Ｃで１時間で保持後水中焼入れ
を行った。　Ｎ［Ｌｌ、　　４．１０．１２は均質化処
理のままとした。その後各試験片を１５０°Ｃで１２時
間の人工時効を行った後で損失係数、引張強さ、耐摩耗
性、硬さの測定を行った。

損失係数は試験片の片側端部を掴み発振器で強制的にラ
ンダム振動を与え、振動を検出する片持振動法で求めた
。すなわち、入力振動と検出振動とを２チヤンネル高速
フーリエ変換器により周波数領域での入出力振幅比を求
め、最大の振幅比を示す共振周波数ｆｒおよび最大振幅
比より３ｄＢ低下する周波数幅Δｆを測定し損失係数η
を次式により求めた。

η＝Δｆ　／　ｆ　ｒ 引張強さはＪＩＳ　Ｚ　２２４１に定める引張試験方法
により測定した。耐摩耗性は大越式試験で測定し、相対
的な比較を行い良好な順からＡ、Ｂ、Ｃの３段階でラン
ク分けした。

また硬さはビッカース硬度を測定し、９０以上をＡ、４
０以下をＣ１その中間をＢとして判定した。

第１表から明らかなように本発明材料ＮＣＬＩ〜９は損
失係数がすべて０．０１０以上あり、アルミナまたは炭
化ケイ素を含まない比較材料Ｎα１０〜１７よりも制限
性が格段に優れている。また引張強さ、耐摩耗性、硬さ
においても本発明材料は比較材料よりも優れている。

実施例２ 第２表に示す組成のアルミニウム基材料を溶解後節径１
４５＋ａｍ、長さ２００ｍｍの円筒状鋳塊とじ４５０°
Ｃで１２時間の均質化処理化を行った。この鋳塊を４３
０°Ｃに余熱し熱間押出で外径５０閣の丸棒を製造した
。Ｎα２１．２４．３０．３２の材料はそのまま外径４
０閣に冷間引抜を行った。それ以外の材料は５０閣丸棒
を４６０°Ｃで１時間の溶体死後水中焼入し、その後冷
間引抜で４０ｍまで加工した。

減面率は熱間押出で８８％、冷間引抜で３６％で最初の
鋳塊から最終４０■までの減面率は９２％となる。

４０＋ｍｎ丸棒から厚さ２閣、巾１０鵬、長さ２００Ｉ
の試験片を切り出し実施例１と同様な方法で損質係数、
引張強さ、耐摩耗性、硬さを測定した。その結果を第２
表に示す。

第２表から明らかなように塑性加工を施した本発明材料
ＮＣＬ２１〜２９は比較材料達３０〜３７よりは勿論塑
性加工を施さない、本発明材料Ｎ［１１〜９よりも更に
損失係数が高くなっており塑性加工の効果が明らかであ
る。

また引張強さ、耐摩耗性、硬さにおいても比較材料障３
０〜３７より優れている。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば損失係数が高く制振性
に優れかつ引張強度、耐摩耗性、硬さにも優れた制振材
料が得られるもので工業上顕著な効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動の共振曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２５ｗｔ％含
   有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなることを特徴
   とするアルミニウム基制振材料。 ２）アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２５ｗｔ％含
   有し、さらにＳｉ２０ｗｔ％以下、Ｆｅ１．５ｗｔ％以
   下、Ｃｕ６ｗｔ％以下、Ｍｎ２．０ｗｔ％以下、Ｍｇ７
   ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｗｔ％以下、Ｚｎ７ｗｔ％以下
   、Ｔｉ１．０ｗｔ％以下、Ｎｉ４ｗｔ％以下、Ｐｂ２ｗ
   ｔ％以下、Ｂｉ２ｗｔ％以下、Ｓｎ３ｗｔ％以下、Ｚｒ
   １ｗｔ％以下、Ｃｏ１ｗｔ％以下、Ｂ１ｗｔ％以下、希
   土類元素１ｗｔ％以下のうちの１種または２種以上を含
   有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなることを特徴
   とするアルミニウム基制振材料。 ３）アルミナが粒子状であることを特徴とする請求項１
   および請求項２記載のアルミニウム基制振材料。 ４）炭化ケイ素が粒子状またはウィスカーであることを
   特徴とする請求項１および請求項２記載のアルミニウム
   基制振材料。 ５）アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２５ｗｔ％含
   有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなる鋳塊に３０
   ％以上の減面率で塑性加工を施すことを特徴とするアル
   ミニウム基制振材料の製造方法。 ６）アルミナまたは炭化ケイ素を１．０〜２５ｗｔ％含
   有し、さらにＳｉ２０ｗｔ％以下、Ｆｅ１．５ｗｔ％以
   下、Ｃｕ６ｗｔ％以下、Ｍｎ２．０ｗｔ％以下、Ｍｇ７
   ｗｔ％以下、Ｃｒ０．５ｗｔ％以下、Ｚｎ７ｗｔ％以下
   、Ｔｉ１．０ｗｔ％以下、Ｎｉ４ｗｔ％以下、Ｐｂ２ｗ
   ｔ％以下、Ｂｉ２ｗｔ％以下、Ｓｎ３ｗｔ％以下、Ｚｒ
   １ｗｔ％以下、Ｃｏ１ｗｔ％以下、Ｂ１ｗｔ％以下、希
   土類元素１ｗｔ％以下のうちの１種または２種以上を含
   有し、残部Ａｌと不可避不純物とからなる鋳塊に３０％
   以上の減面率で塑性加工を施すことを特徴とするアルミ
   ニウム基制振材料の製造方法。