JPH05156399A - 靭性にすぐれたＡｌ−Ｓｉ系合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 靭性に優れたＡｌ−Ｓｉ系合金を提供する。 【構成】 重量％で、 Ｓｉ：１２〜３０％、 ＦｅおよびＮｉのうち１種または２種：１〜１０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃｕ：１〜５％、 Ｍｇ：０．３〜２％、 のうちの１種または２種、を含有し、残りがＡｌと不可
避不純物からなる組成を有し、初晶Ｓｉが分散している
共晶Ａｌ−Ｓｉ素地中に、さらに熱間鍛造により変形し
たＡｌ固溶体粒が分散してなる組織を有することを特徴
とするＡｌ−Ｓｉ系合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、従来よりも一層靭性
にすぐれたＡｌ−Ｓｉ系合金に関するものであり、各種
歯車、コンプレッサーベーン、コンロッド、ピストンな
どの軽量で耐摩耗性を必要とする部品の材料として好適
な合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ａｌ−Ｓｉ系合金が各種機械部
品の材料として使用されていることは広く知られてお
り、例えば特公平２−９０９９号広報には、 Ｓｉ：８〜３０重量％ を含有し、さらに必要に応じて、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｆ
ｅ，Ｍｎのうち少なくとも１種以上：０．１〜１０重量
％を含有し、残りがＡｌからなる急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系
合金粉末を圧粉体とし、これを熱間鍛造することにより
Ａｌ−Ｓｉ系合金を製造することが記載されている。

【０００３】このようにして製造された従来のＡｌ−Ｓ
ｉ系合金の顕微鏡観察による組織の写生図が図２に示さ
れている。図２において、２は初晶Ｓｉ、３は共晶Ａｌ
−Ｓｉであり、共晶Ａｌ−Ｓｉ３の素地中に初晶Ｓｉ２
が分散していることがわかる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の各種機械
装置の高性能化および省力化はめざましく、これに伴な
い、これら機械装置の構造部材である上記の部材の使用
条件も苛酷さを増す傾向にあるが、上記の従来Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金は、低熱膨張係数および高強度、さらにすぐれ
た耐摩耗性を有するものの、十分な靭性を具備するもの
でないために、これらの苛酷な使用条件には満足に対応
することができないのが現状である。

【０００５】上記従来のＡｌ−Ｓｉ系合金が十分な靭性
を具備しない理由として、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉
末は硬いために熱間鍛造しても十分に変形せず緻密化が
困難であること、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末の表面
に析出している初晶Ｓｉは本来接合性に乏しい組織であ
るために、他の急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末との接合
強度を低下させていることなどが考えられる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来Ａｌ−Ｓｉ系合金に
靭性を付与すべく研究を行なった結果、急冷凝固Ａｌ−
Ｓｉ系合金粉末に、所定割合の純Ａｌ粉末を混合し、こ
の混合粉末の圧粉体に熱間鍛造加工を施してＡｌ−Ｓｉ
系合金を製造すると、この結果得られたＡｌ−Ｓｉ系合
金は、初晶Ｓｉが分散している共晶Ａｌ−Ｓｉ素地中
に、さらに熱間鍛造により変形したＡｌ固溶体粒が分散
した組織を有し、その合金の物理的特性は低熱膨張係
数、高強度および耐摩耗性を保持した上で、すぐれた靭
性を具備しているという知見を得たのである。

【０００７】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、重量％で（以下、成分組成に関する
％は重量％を示す）、 Ｓｉ：１２〜３０％、 ＦｅおよびＮｉのうちの１種または２種：１〜１０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃｕ：１〜５％、 Ｍｇ：０．３〜２％、 のうち１種または２種、を含有し、残りがＡｌと不可避
不純物からなる組成を有し、初晶Ｓｉが分散している共
晶Ａｌ−Ｓｉ素地中に、さらに熱間鍛造により変形した
Ａｌ固溶体粒が分散してなる組織を有するＡｌ−Ｓｉ系
合金に特徴を有するものである。

【０００８】この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金は下記のよう
にして製造される。

【０００９】まず、原料粉末として、平均粒径：２０〜
７０μｍを有しかつ Ｓｉ：１２〜３０％、 ＦｅおよびＮｉのうちの１種または２種：１〜１０％、 を含有し、さらに、 Ｃｕ：１〜５％、 Ｍｇ：０．３〜２％、 のうちの１種または２種、を含有し、残りがＡｌと不可
避不純物からなる組成を有する急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合
金粉末、および平均粒径：５〜４０μｍの純Ａｌ粉末を
用意する。

【００１０】上記急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末は、不
活性ガスや空気などのガスアトマイズによる急冷凝固に
よって初晶Ｓｉが共晶Ａｌ−Ｓｉ素地中に析出し、共晶
Ａｌ−Ｓｉ中に均一に分散した組織を形成する。このと
き粉末の平均粒径が２０〜７０μｍ程度であれば、通常
初晶Ｓｉの最大粒径は１０μｍ以下となる。この初晶Ｓ
ｉの存在によって鍛造部材は高強度とすぐれた耐摩耗性
および低熱膨張性を具備するようになるのである。

【００１１】かかる急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末に対
して純Ａｌ粉末を５〜２０容量％配合し、混合して混合
粉末とし、この混合粉末をプレス成形して圧粉体とし、
この圧粉体を３００℃〜液相生成温度の範囲内の所定温
度で熱間鍛造すると、上記純Ａｌ粉末は、上記熱間鍛造
の圧力により急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末間に形成さ
れた間隙を埋めるように圧入され変形し、鍛造前加熱ま
たは鍛造後の熱処理により上記急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合
金粉末の添加成分が純Ａｌ粉末に拡散固溶し、変形した
Ａｌ固溶体粒となって素地中に分散した組織を生成す
る。

【００１２】上記平均粒径：２０〜７０μｍの急冷凝固
Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末に対して、上記純Ａｌ粉末の平均
粒径は５〜４０μｍとすることが好ましく、かかる平均
粒径を選択することにより隣接する急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ
系合金粉末の間隙を純Ａｌ粉末が変形しながら十分に埋
めることができる。

【００１３】上記純Ａｌ粉末は、熱間鍛造中に間隙を埋
めて緻密化を促進すると同時に上記間隙に埋め込まれた
純Ａｌ粉末は接着剤の作用をなし、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ
系合金粉末相互の接合強度低下をも阻止して従来よりも
一層靭性を向上させるものと考えられる。

【００１４】この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金組織を図面に
もとづいて具体的に説明する。

【００１５】図１は、この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金組織
の顕微鏡観察による写生図であり、図１において１はＡ
ｌ固溶体粒、２は初晶Ｓｉ、３は共晶Ａｌ−Ｓｉであ
る。

【００１６】図１および図２に見られるように、この発
明のＡｌ−Ｓｉ系合金および従来Ａｌ−Ｓｉ系合金の組
織は共に初晶Ｓｉ２が分散している共晶Ａｌ−Ｓｉ３を
素地としているが、この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金の組織
は上記素地中にさらに変形したＡｌ固溶体粒１が分散し
ていることを特徴としている。

【００１７】初晶Ｓｉ２が表面析出している急冷凝固Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金粉末を熱間鍛造すると、旧粉末界面に沿
って初晶Ｓｉ２が分散した組織となり、そのために旧粉
末界面における接合力が弱くなって靭性が低下するが、
この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金はＡｌ固溶体粒１が旧粉末
界面に一部分散しているのでそのＡｌ固溶体粒１が接着
剤の作用をなし、粒界相互の密着性が向上するために靭
性が一層改善されるものと考られる。

【００１８】この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金において、そ
の成分組成およびＡｌ固溶体粒の分散率を上記の如く限
定した理由を説明する。

【００１９】（ａ） Ｓｉ Ｓｉ成分には、熱膨張係数を低め、かつ耐摩耗性を向上
させる作用があり、したがってその含有量が１２％未満
では所望の低熱膨張係数およびすぐれた耐摩耗性を確保
することができず、一方その含有量が３０％を越えると
強度が低下するようになることから、その含有量を１２
〜３０％とした。

【００２０】（ｂ） Ｆｅ，Ｎｉ また、ＦｅおよびＮｉ成分には、ＡｌやＳｉと金属間化
合物を形成して、耐熱性、および耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が１％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方その含有量が１０％を越える
と靭性が低下するようになることから、その含有量を１
〜１０％とするのがよい。

【００２１】（ｃ） Ｃｕ，Ｍｇ さらに、ＣｕおよびＭｇ成分には、時効硬化により強度
を一段と向上させる作用があるので、必要に応じて含有
されるが、その含有量が、それぞれＣｕ：１％未満およ
びＭｇ：０．３％未満では所望の強度向上効果が得られ
ず、一方その含有量が、それぞれＣｕ：５％およびＭ
ｇ：２％を越えると靭性が低下するようになることか
ら、その含有量は、それぞれＣｕ：１〜５％、Ｍｇ：
０．３〜２％とするのがよい。

【００２２】（ｄ） Ａｌ固溶体分散率 急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末と純Ａｌ粉末の混合粉末
をプレス成形して圧粉体とし、この圧粉体を熱間鍛造す
ると、上記熱間鍛造中に急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末
の添加元素が純Ａｌ粉末中に拡散固溶し、純Ａｌ粉末は
Ａｌ固溶体粒となり（特に、Ｓｉ，ＣｕおよびＭｇは拡
散しやすい元素であるので、Ｓｉ，ＣｕおよびＭｇの拡
散固溶が著しい）、この素地中に分散しているＡｌ固溶
体粒の占める割合は５〜２０容量％とする必要がある。

【００２３】その理由は、Ａｌ固溶体粒の分散割合が５
容量％未満では所望の高靭性を確保することができず、
一方、その分散割合が２０容量％を越えると硬さが低下
するようになるほか、硬さの局部的バラツキも大きくな
るので好ましくないことによるものである。

【００２４】

【実施例】つぎに、この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金を実施
例により具体的に説明する。

【００２５】原料粉末として、表１および表２に示され
る成分組成および平均粒径を有する空気アトマイズ法に
より製造された急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末および純
Ａｌ粉末を用意し、これら原料粉末を表１および表２に
示される割合で配合し、ミキサーにて１時間混合した
後、５ton ／cm² の圧力で縦：１０．５mm×横５６mmの
平面寸法をもった所定厚さの密度比：約７５％の圧粉体
にプレス成形し、この圧粉体に大気雰囲気中、温度：４
８０℃、鍛造圧力：８ton ／cm² の条件で熱間鍛造を施
し、本発明Ａｌ−Ｓｉ系合金１〜１０、比較Ａｌ−Ｓｉ
系合金１〜２および純Ａｌ粉末の混合を行なわない従来
Ａｌ−Ｓｉ系合金をそれぞれ製造した。

【００２６】なお、比較Ａｌ−Ｓｉ系合金は、この発明
の条件から外れているものであり、この発明の条件から
外れた値に＊印を付して示した。

【００２７】上記本発明Ａｌ−Ｓｉ系合金１〜１０およ
び比較Ａｌ−Ｓｉ系合金１〜２の組織におけるＡｌ固溶
体の分散量は、表１および表２に示される純Ａｌ粉末の
配合組成とほぼ同一となっていた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】上記本発明Ａｌ−Ｓｉ系合金１〜１０、比
較Ａｌ−Ｓｉ系合金１〜２および従来Ａｌ−Ｓｉ系合金
について、理論密度比、引張強さ、伸びシャルピー衝撃
値およびロックウェル硬さ（Ｂスケール）を測定し、さ
らに熱膨張係数も測定し、それらの測定結果を表３およ
び表４に示した。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】表３および表４に示される結果から、本
発明Ａｌ−Ｓｉ系合金は、従来Ａｌ−Ｓｉ系合金と比較
して硬さがほぼ同じであるにもかかわらず、理論密度
比、熱膨張係数、引張強さ、伸びおよびシャルピー衝撃
値がすぐれているところから、機械的強度が格段にすぐ
れていることがわかる。しかし、純Ａｌ粉末の含有量が
この発明の範囲から外れている比較Ａｌ−Ｓｉ系合金１
〜２は、引張強さ、シャルピー衝撃値、硬さのうち少な
くとも１つの特性が劣るので好ましくないことがわか
る。

【００３４】上述のように、この発明のＡｌ−Ｓｉ系合
金は、従来のＡｌ−Ｓｉ系合金よりも一層すぐれた機械
的強度をもつことから、各種機械部品の高性能化に十分
に対応することができ、さらに適用できる機械部品の範
囲を広げることができるなど産業上有用な効果をもたら
すものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＡｌ−Ｓｉ系合金組織の顕微鏡観察
による写生図である。

【図２】従来のＡｌ−Ｓｉ系合金組織の顕微鏡観察によ
る写生図である。

【符号の説明】

１ Ａｌ固溶体粒、 ２ 初晶Ｓｉ、 ３ 共晶Ａｌ−Ｓｉ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 通 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｓｉ：１２〜３０％、 ＦｅおよびＮｉのうち１種または２種：１〜１０％、 を含有し、残りがＡｌと不可避不純物からなる組成を有
   し、初晶Ｓｉが分散している共晶Ａｌ−Ｓｉ素地中に、 さらに熱間鍛造により変形したＡｌ固溶体粒が分散して
   なる組織を有することを特徴とするＡｌ−Ｓｉ系合金。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｓｉ：１２〜３０％、 ＦｅおよびＮｉのうち１種または２種：１〜１０％、 を含有し、さらに、 Ｃｕ：１〜５％、 Ｍｇ：０．３〜２％、 のうち１種または２種、を含有し、残りがＡｌと不可避
   不純物からなる組成を有し、初晶Ｓｉが分散している共
   晶Ａｌ−Ｓｉ素地中に、 さらに熱間鍛造により変形したＡｌ固溶体粒が分散して
   なる組織を有することを特徴とするＡｌ−Ｓｉ系合金。
3. 【請求項３】 上記熱間鍛造により変形したＡｌ固溶体
   粒は、上記初晶Ｓｉが分散している共晶Ａｌ−Ｓｉ素地
   中に、５〜２０容量％の割合で分散していることを特徴
   とする請求項１または２記載のＡｌ−Ｓｉ系合金。