JPH0470383B2 - - Google Patents

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JPH0470383B2
JPH0470383B2 JP62263657A JP26365787A JPH0470383B2 JP H0470383 B2 JPH0470383 B2 JP H0470383B2 JP 62263657 A JP62263657 A JP 62263657A JP 26365787 A JP26365787 A JP 26365787A JP H0470383 B2 JPH0470383 B2 JP H0470383B2
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Japan
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notch
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fatigue strength
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JP62263657A
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Shigenori Yamauchi
Kazuhisa Shibue
Yoshimasa Ookubo
Kanji Saito
Yoshihiko Nishimura
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、高温強度及び切欠疲労強度にすぐれ
たアルミニウム合金に関し、特に内燃機関のコネ
クテイングロツド(コンロツド)、その他バルブ
リフタ、バルブスプリングリテーナー、ロツカー
アーム等の動弁部分、シンクロナイザーリング等
に適したアルミニウム合金である。 [従来の技術] 自動車やオートバイなどの省エネルギー対策と
してその軽量化の要望が高い。特に内燃機関の部
品なかんづくコンロツドを軽量化すれば、エンジ
ンの性能が大幅に向上するため、このコンロツド
を中心に他の部品とともにアルミニウム化したい
という要望が高い。 ところで、コンロツドは常温から200℃で用い
られる。このため、コンロツド用材料には常温〜
200℃における引張強度(高温強度)、切欠疲労強
度が必要とされ、また縦弾性係数が高いこと、線
膨張係数が低いことも重要である。これらの要求
特性のうち、重視されるのは切欠疲労特性であ
る。 [発明が解決しようとする問題点] 上記従来の高温特性にすぐれたアルミニウム合
金とされている合金[例えばAl−2.3%Cu−1.6%
Mg−1.1%Fe−1.0%Ni−0.15%Si系合金
(2618)]であつても、その高温強度、疲労強度、
切欠疲労強度は150℃以上においては未だ十分で
はない。このためコンロツド等にはアルミニウム
合金は使われず、専ら鉄鋼材料が使われている。 しかし、前述のように、一方ではコンロツドを
中心に軽量化すれば、エンジンの性能が大幅に向
上するため、コンロツド等のアルミニウム合金化
の要望が高い。 そこで本出願人はさきにその改善策としてAl
−(6〜15)%Fe−(0.5〜5)%V、(0.5〜5)
%Mo−(0.3〜5)%Zr系合金であり、化合物粒
子の平均直径が1μm以下、平均粒子間距離が1μm
以下に調整することにより、高温強度にすぐれた
材料を提案した。(特願昭61−78189号、特願昭62
−238346号公報、62.10.19公開) 本発明の目的は、さらにこれを改良して、200
℃における引張強度(σB)として30Kgf/mm2
上、同伸びとして7%以上が得られ、しかも切欠
係数α=3.1、繰返し応力11Kgf/mm2における繰
返し数(寿命)2.5×106回以上が得られるような
高温強度と切欠疲労強度とにすぐれたアルミニウ
ム合金を提供しようとするものである。 [問題点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
究した結果、材料中にAl−Fe系、Al−Fe−Si系
化合物を微細に分散させることにより、高温強度
と切欠疲労強度にすぐれたアルミニウム合金が得
られることを見出し、本発明を完成した。すなわ
ち、本発明の要旨は、重量基準でFe:5%を越
え12%以下、Si:4〜10%未満、Cu:1〜6%,
Mg:0.3〜3%を含有し、さらにV:0.5〜5%,
Mo:0.5〜5%,Zr:0.4〜4%の1種又は2種
以上で合計8%以下含有することを特徴とする高
温強度および切欠疲労強度にすぐれたアルミニウ
ム合金である。 [作用] 本発明合金の組成の限定理由は下記のとおりで
ある。 Fe:Feは溶解・凝固時AlないしSiと結合し、
Al3Fe,Al6Fe,Al−Fe系準安定相あるいはAl−
Si−Fe系化合物として分散し、高温強度および
切欠疲労強度を高める。また、弾性係数を高め、
線膨張係数を下げる効果もある。その量が5%以
下では高温強度および切欠疲労強度を高める効果
が小さく、又、12%を越えると延性が不足し、ま
た熱間鍛造が困難となる。 Si:SiはSi粒子として存在するとともにFeと共
存してAl−Si−Fe系化合物として分散し、切欠
疲労強度を高める。また、弾性係数を高め、線膨
張係数を下げる。その量が4%未満ではAl−Si
−Fe系化合物の量が不足して切欠疲労強度が低
くなり、また、線膨張係数が大きくなる。10%以
上ではAl−Si−Fe系化合物が粗大になるので、
押出等の強加工によつてこの化合物を破砕・分散
する必要が生じてくる。また、鍛造性も劣つてく
る。 Cu:Cuはマトリツクスに固溶して固溶強化と
して作用するとともに、Ngと共存し時効硬化性
を付与する。時効硬化により高温強度および切欠
疲労強度が向上する。その量が下限未満では効果
が十分でなく、上限を越えると押出・鍛造等の熱
間加工性を害し、耐食性を低下させる。 Mg:Mgはマトリツクスに固溶して固溶強化
Cuと共存し、時効硬化性を付与する。時効硬化
により、高温強度および切欠疲労強度が向上す
る。その量が下限未満では効果が十分でなく、上
限を越えると効果が飽和する。 V,Mo:Feと共存してAl−Fe−V,Al−Fe
−MoあるいはAl−Fe−V−Mo系の化合物とし
て分散し、高温強度および切欠疲労強度を向上さ
せる。その量が下限未満では効果が十分でなく、
上限を越えると効果が飽和し、延性が不足すると
ともに、コストが上昇する。 Zr:Al−Zr系の化合物を形成し、高温強度お
よび切欠疲労強度を向上させる。また、Al−Fe,
Al−Fe−V,Al−Fe−MoあるいはAl−Fe−V
−Mo系化合物の粗大化を抑制する。その量が下
限未満では効果が十分でなく、上限を越えると効
果が飽和し、コストが上昇する。 V+Mo+Zr:8%を越えると効果が飽和する
ばかりでなく、鍛造等の熱間加工性を害する。 かかる本発明の合金は各種の製造方法によつて
製造することが可能であるが、本発明では以下の
方法で製造することが望ましい。 すなわち、まず前述の合金組成のアルミニウム
合金を溶解し、溶湯を急冷凝固する。この際の冷
却速度は速いほど化合物粒子が微細になつて、切
欠疲労強度が向上する。通常は100℃/秒以上の
冷却速度で製造される。具体的な方法としては、
アトマイズ法、単ロール法、双ロール法、噴霧ロ
ール法などが用いられる。 このようにして得た粉末、フレークまたはリボ
ンを冷間圧縮し、脱ガス−熱間押出、脱ガス−ホ
ツトプレス−熱間押出、脱ガス−ホツトプレス等
によつて成形し、その後熱間鍛造によつてコンロ
ツド、ロツカーアーム、シンクロナイザーリング
等の形状を付与し、最後に熱処理を行なう。 脱ガスは粉末表面に吸着している水素、水分お
よび粉末粒子間の空気などを抜くためにおこな
い、300〜520℃で行う。300℃未満では水分の除
去が十分に行われず、強度低下、フクレや孔の原
因となる。520℃を越えると化合物粒子が成長・
粗大化し、切欠疲労強度の低下を招く。脱ガス時
の雰囲気は真空が最も望ましいが、N2ガス、Ar
ガスあるいは空気でもよい。 ホツトプレス、熱間押出はビレツトを300〜500
℃に加熱して行う。300℃未満では材料の変形抵
抗が大きいため加工が困難であり、500℃を越え
ると割れが生じる。 なお、本合金組成では粉末製造時にAl−Si−
Fe系化合物が粗大に成長しないので、押出等の
強加工によつて破砕・分散する必要はない。すな
わち、押出工程を省略して、ホツトプレス後、直
ちに熱間鍛造に供することもできる。 熱間鍛造は400〜500℃で行う。400℃未満ある
いは500℃を越えると鍛造割れが生じやすい。 熱処理は高温強度および切欠疲労強度を高める
ために必要である。溶体化処理→焼もどしによつ
て行われる。溶体化処理とはCuおよびMgの固溶
成分をマトリクスに固溶させた後、急冷する処理
で、通常450〜520℃に一定時間保持して水中へ焼
入れすることによつて行う。ただし、焼入れ歪や
残留応力を緩和するために温水焼入れや比較的高
温での過時効焼もどしも行われる。焼もどしは、
溶体化処理後、Al−Cu系化合物あるいはAl−Cu
−Mg系化合物を微細に析出させて、材料を時効
硬化させる処理で、通常100〜200℃で5〜24hr保
持することによつて行われる。析出は、室温にお
いてもある程度進行するので、室温で自然時効さ
せてもよい。 [実施例] 第1表の組成を有する合金を溶解し、エアアト
マイズによつて急冷凝固粉末を得た。このときの
冷却速度は102〜104℃/sであつた。得られた粉
末を149μm以下に分級し、冷間金型圧縮により、
直径63mm、長さ120mmの圧縮物を作成した。この
ときの密度は理論密度の65〜73%であつた。この
圧縮物をアルミニウム缶に入れ、真空(真空度
10-1〜10-2Torr)に引きながら450℃に加熱して
脱ガスした。この後アルミニウム缶を封じ、金型
中で圧縮(ホツトプレス)し、100%密度のビレ
ツトを得た。冷却後、切削によりアルミニウム缶
を除去した。その後430℃に加熱し、間接押出に
より直径18mmの押出棒を得た(押出比15)。この
後480℃で1時間の溶体化処理、水冷、175℃で8
時間の焼もどしを行つた。
【表】
【表】 以上のようにして得られた材料について常温お
よび200℃における引張試験(200℃の場合は保持
時間100時間)を行い、常温において形状係数α
=3.1の切欠を持つ小野式疲労試験片を用いて応
力振幅11Kgf/mm2により疲労試験を行つた。(小
野式回転曲げ試験) これらの結果を第2表に示すように、本発明合
金のNo.1〜11は、常温引張強さが51.7〜60.6Kg
f/mm2,200℃での引張強さが32.1〜36.9Kgf/
mm2、切欠係数α=3.1の試験片で応力11Kgf/mm2
における繰り返し数が2.7×106〜1.5×107以上の
性能が得られ、良好である。 これに対して、比較例のNo.12〜15は、V,
Mo,Zrが含有しないため、200℃での引張強さ
が28.9〜31.4Kgf/mm2と低く、切欠係数α=3.1の
試験片で応力11Kgf/mm2における繰り返し数が
2.1×106〜2.8×106以上の性能が得られたが、No.
1〜4に比し切欠疲労寿命が短い。 No.16はFe含有量が3.9%と少ないため、常温及
び200℃における引張強さが、それぞれ45.1Kg
f/mm2及び22.1Kgf/mm2と低く、また、切り欠き
係数α=3.1の試験片で応力11Kgf/mm2における
繰り返し数が2.0×105と切欠疲労寿命は短い。 No.17は、Fe含有量が13.1%と多いため、常温引
張における伸びが0%となり、延性が乏しいもの
である。 No.18は、Si含有量が2.8%と少ないため、常温
及び200℃における引張強さが、それぞれ46.4Kg
f/mm2及び26.0Kgf/mm2と低く、また、切欠係数
α=3.1の試験片で応力11Kgf/mm2における繰り
返し数が7.2×105と切欠疲労寿命は短い。 No.19は、Cu含有量が0.3%と少ないため、常温
における引張強さが48.7Kgf/mm2と低く、また、
切欠係数α=3.1の試験片で応力11Kgf/mm2にお
ける繰り返し数が5.3×104と切欠疲労寿命は短
い。 No.20は、V+Mo+Zr含有量が19.1%と多いた
め、常温引張における伸びが0%となり、延性が
乏しいものである。 No.21は、Mg含有量が0.2%と少ないため、切欠
係数α=3.1の試験片で応力11Kgf/mm2における
繰り返し数が7.7×105と切欠疲労寿命は短い。
【表】 [発明の効果] 本発明によれば、高温引張強度、切欠疲労強度
の高い合金が得られる。そして、コンロツド等に
適用して軽量化し、内燃機関の出力増加、高効率
化を可能にする。その他ロツカーアーム、バルブ
リフタ、バルブスプリングテーナー、シンクロナ
イザーリング等にも適用して軽量かを可能にす
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量基準で、Fe:5%を越え〜12%以下、
    Si:4〜10%未満、Cu:1〜6%,Mg:0.3〜3
    %を含有し、さらにV:0.5〜5%,Mo:0.5〜
    5%,Zr:0.4〜4%の1種または2種以上で合
    計8%以下を含有し、残部Al及び不可避的不純
    物からなる組成を有することを特徴とする高温強
    度および疲労強度にすぐれたアルミニウム合金。
JP26365787A 1987-10-21 1987-10-21 引張および疲労強度にすぐれたアルミニウム合金 Granted JPH01108338A (ja)

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