JPH0625782A - 高延性アルミニウム焼結合金とその製造法及びその用途 - Google Patents

高延性アルミニウム焼結合金とその製造法及びその用途

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JPH0625782A
JPH0625782A JP3079643A JP7964391A JPH0625782A JP H0625782 A JPH0625782 A JP H0625782A JP 3079643 A JP3079643 A JP 3079643A JP 7964391 A JP7964391 A JP 7964391A JP H0625782 A JPH0625782 A JP H0625782A
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康夫 上妻
Yusaku Nakagawa
雄策 中川
Mitsuo Chikazaki
充夫 近崎
Tadashi Iizuka
董 飯塚
Koichi Inaba
恒一 稲場
Keiichi Nakamura
敬一 中村
Masanori Mitsube
昌紀 三辺
Takeshi Kagaya
剛 加賀谷
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は高強度,高延性のAl−Si系
焼結合金とその製造法及び用途を提供するにある。 【構成】本発明は、Si1〜45%、IIIa族元素0.1
〜20%、IVa族及びVa族元素の少なくとも1種0.
01 〜5%、残部が実質的にAlからなる焼結合金に
ある。更にCu0.01〜5%,Mg0.01〜5%,F
e2.0%以下、Mn1.5%以下及びCo1.5% 以下
の1種以上を含むことができ、真空中での焼結により酸
素量が0.15% 以下となる。本発明はピストン等の自
動車部品、スクロール圧縮機に使用される。 【効果】本発明によれば、150℃で約40kg/mm2
上の引張強さ,伸び率1.5%以上のAl−Si系焼結
合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な高強度,耐摩耗
性Al焼結合金に係り、特に相手材の耐損摩耗性及び塑
性加工性向上あるいは被削加工性などに優れたアルミニ
ウム−シリコン系焼結合金とその製造法及びその合金を
用いた各種用途に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から耐摩耗性のAl合金としては溶
解鋳造法により、JIS規格のAC8AやA390が製造さ
れている。しかし、溶解鋳造法では高Si含有量のAl
−Si系合金の製造はむずかしい。すなわち共晶以上の
Si量になると粗大な初晶Siが晶出し、強度が低下す
ると共に塑性加工性に難点があり、また硬くて粗大な初
晶Siにより相手材を損耗する欠点があった。特に小型
軽量化及び高性能化が望まれている現在、この低強度,
塑性加工性,切削加工性及び耐摩耗性の改善が必要であ
った。
【0003】そこで近年では粉末冶金法によりAl−S
i−Fe系,Al−Si−Mn系,Al−Si−Ni系
焼結合金が開発されている。これら合金粉末の製造法は
所定の合金組成を溶解し、ガスアトマイズ法等により急
冷凝固粉末を作製し、粉末を成形した後焼結又は熱間塑
性加工して合金を製造する。急冷凝固粉末は初晶Siが
微細化され且つ均一に分散されるため、従来の溶解鋳造
法に比べ高強度の高Si材が得られる。
【0004】しかし、急冷凝固粉末焼結法により製造し
た特開昭64−56806 号,特開昭63−183148号の焼結合金
では、高い強度が得られるが、靭性は極めて低く、シャ
ルピー衝撃値で0.2〜0.98kg−m/cm2 程度であ
る。また特開昭60−131944号は急冷凝固Al合金粉末と
炭素粉末を0.5 〜10容積%添加したものであり、高
強度が得られない。
【0005】次に特開昭55−97447 号は特開昭60−1319
44号と同様、固体潤滑成分である黒鉛,硫化物,弗化物
を添加するため高強度は期待できない。
【0006】更に、特開昭63−183148号公報,特開平1
−159345号公報,特開平2−61023 号公報,特開平2−61
024号公報,特開平2−70036号公報にはSi5〜40%
にCu,Mg,Mn,Fe,W,Ni,Cr,Co,C
e,Ti,Zr,V,Mo等を含む合金粉を成形した
後、熱間塑性加工によって合金を製造することが開示さ
れているが、十分な強度と靭性を得ることができない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来のAl
−Si−Fe系,Al−Si−Mn系,Al−Si−N
i系焼結合金は高い強度を有するものの、その靭性は低
い。またAl焼結合金に固体潤滑剤を添加した場合も強
度、靭性が極めて低い。したがって、繰返し衝撃力の加
わる部材及び高負荷摺動摩耗部材としては使用範囲に限
界があるという問題があった。
【0008】本発明の目的は、高強度で且つ高靭性を有
するAl焼結合金とその製造法及びその合金を用いた各
種用途を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量で、Si
1〜45%,IIIa族元素0.1〜20%,IVa族元素及
びVa族元素の少なくとも1種0.01 〜5%、及び残
部が実質的にAlからなることを特徴とする高延性Al
焼結合金にある。
【0010】本発明は、上述の合金にCu0.1〜5%
及びMg0.1〜5%含むことができ、更に、Fe2.0
%以下,Mn1.5%以下,Co1.5 %以下の少なく
とも1種を含むことができる。
【0011】更に、本発明は、重量で、IIIa族元素0.
1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
種0.01〜5%,酸素0.15%以下、残部が実質的に
Alからなることを特徴とする高延性Al焼結合金にあ
る。この合金を基本として、Si1〜45%含むことが
でき、更にこれにMg5%以下,Cu10%以下,Fe
20%以下,Mn10%以下,Co8%以下,W5%以
下,Mo5%以下含むことができる。酸素量はより少な
い方が延性を向上させるが、強度の点からは5ppm 以上
含有する方がよい。強度,延性ともに高い50〜500
ppm がよい。本発明の重量で、Siの含有量が過共晶量
から45%以下で、全Si粒のうち粒径1μm以下の個
数が50〜80%,粒径1μmを越え2.5μm 以下の
個数が15〜35%,粒径2.5μm を越え5μm以下
の個数が5〜20%,粒径5μmを越える個数が5%以
下、残部のAlを有することを特徴とする高延性Al焼
結合金にある。この合金を基本とし、IIIa族元素0.1
〜20%,IVa族及びVa族元素の少なくとも1種を
0.01 〜2%含むことができ、更にMg5%以下,C
u10%以下,Fe20%以下,Mn10%以下,Co
8%以下,W5%以下,Mo5%以下の少なくとも1つ
を含むことができる。
【0012】本発明は、重量で、Si1〜45%,III
a族元素0.1〜20%、及び残部のAlを有する合金
粉の成形体を酸素分圧2×10-3mmHg以下の非酸化性
雰囲気中にて焼結することを特徴とする高延性Al焼結
合金の製造法にある。この製法を基本とし、特に10-2
mmHg以下の高真空下で焼結を行うのが好ましい。本発
明の焼結法は前述の合金に対していずれも適用でき、酸
素量の極めて少ない焼結体を得ることができる。
【0013】本発明は、重量で、Si1〜45%,III
a族元素0.1〜20%、及び残部のAlを有する合金
粉の成形体を10-2mmHg以下の真空下350℃以上の
高温で真空脱ガス処理を施し、次いで非酸化性雰囲気中
での焼結又は/及び熱間塑性加工を施すことを特徴とす
る高延性Al焼結合金の製造法にある。この製法を基本
として前述の真空焼結を組合せて行うことができ、更に
各種合金の製造にも適用できる。
【0014】本発明は、重量で、Si1〜45%,III
a族元素0.1〜20%、Cu0.1〜5%,Mg0.1
〜5%,残部のAlを有する合金粉の成形体を真空下で
焼結を行った後、高温塑性加工を施し、次いで溶体化処
理及び時効処理を施すことを特徴とする高延性Al焼結
合金の製造法にある。
【0015】本発明は、上述の合金組成に対して焼結し
たままでもよいし、その後熱間塑性加工されたまま、更
にこの加工後に溶体化処理及び時効処理が施された各段
階で使用することができ、Si粒と金属間化合物粒子が
形成される。Si粒は亜共晶では共晶Si粒であり、過
共晶では初晶Si粒と共晶Si粒とが形成される。
【0016】本発明は、重量で、Si1〜45%,III
a族元素0.1〜20%、IVa族元素及びVa族元素の
少なくとも1種0.01 〜2%、及び残部のAlを有す
るAl合金粉において、Si粒子の周囲に前記IIIa IV
a,Va族元素が濃化した菊花模様組織及びネット状組
織を有することを特徴とするAl合金粉にある。この合
金粉を基本とし、IVa族及びVa族元素に対するIIIa
族元素の含有量をそれより多くすることが必要である。
この組成を基本とし、これに前述のCu,Mg,Fe,
Mn,Co,W,Moを同様の含有量で含むことができ
る。
【0017】本発明のAl焼結合金は特に焼結後熱間加
工が施され、溶体化処理及び時効処理が施されてシリン
ダーブロック,シリンダライナー,ピストン,ロッカー
アーム,コンロッド,バルブリテーナ,シリンダーヘッ
ド,バケット,シフトフォーク,ブレーキドラム,バル
ブスプール,ブレーキマスターシリンダーの自動車部
品、圧縮機用ベーン,ロータ,オルダムリング,VTR
テープ案内シリンダー等に適用される。
【0018】特に、本発明は固定スクロール及び旋回ス
クロールとを備えた圧縮機において、前記固定スクロー
ル及び旋回スクロールの少なくとも一方又は両方が、重
量でSi1〜45%,IIIa 族元素0.1 〜20%,IV
a族元素及びVa族元素の少なくとも1種0.01 〜5
%、及び残部のAlを有する焼結合金からなることを特
徴とする圧縮機にある。また、旋回スクロールをAl合
金とし、固定スクロールを鋳鉄とすることができ、Al
合金化によって急速起動ができる。このスクロールは台
座に螺旋状の歯部が設けられる。特に、このスクロール
は150℃での引張強さが40〜60kg/mm2 、伸び率
1.5 〜10%、20〜300℃での平均熱膨張係数が
14〜22×10-6 /℃が好ましく、より15〜17×
10-6/℃が好ましい。これら部品への適用も焼結後熱
間塑性加工が施され、溶体化処理及び時効処理が施され
たものが用いられる。
【0019】
【作用】本発明者等は、従来のAl−Si−Fe系,A
l−Si−Mn系,Al−Si−Ni系の急冷凝固粉末
焼結合金について強度の低下は粒子表面の酸化皮膜の残
存により粒子間の結合力が弱いことに起因することが判
った。
【0020】そこで本発明は粒子間の結合力を強化する
成分として、IIIa 族元素、特に、希土類元素のCeと
IVa族及びVa族元素の少なくとも1つの特にZrとの
組合せが強度及び靭性の改善に最も有効であることを見
い出し本発明を達成したものである。
【0021】本発明の高強度,耐摩耗性Al−Si系焼
結合金において、Siは耐摩耗性を向上させるが、1重
量%未満まではこの効果が十分でなく高強度も得られな
い。また45重量%以上では耐摩耗性は優れるが、成形
性及び塑性加工性が著しく低下する。
【0022】本発明合金は含有するSi量別に強度及び
耐摩耗性の要求に応じていくつかの段階に分けることが
できる。各Si量は次の段階に分けられ、強度と耐摩耗
性の要求に応じて使用される。(1)1〜6%,(2)6%
を越え12%以下,(3)12%を越え18%以下,(4)
18%を越え30%以下,(5)30%を越え45%以
下。
【0023】本発明の焼結合金は、これらのSi量をベ
ースに後述するCu,Mg,Fe,Mn,Co,W,M
oを含有することが出来る。
【0024】IIIa 族元素は強度向上に有効であるが、
0.1 〜20重量%範囲外では強度の向上効果が不充分
である。また、Siとの合計は65重量%以下が好まし
く、65重量%を越えると合金の塑性加工性が著しく低
下する。特に、0.5 〜10%が好ましく、より1〜5
%が好ましい。
【0025】IIIa 族元素は、Sc,Y,ランタニド族
(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,
Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)及びアク
チニド族(Ac,Th,Pa,U,Np,Pu,Am,
Cm,Bk,Cf,Es,Fm,Md,No)からな
り、これらの少なくとも1種の元素が使用できる。これ
らの元素のうち特に、希土類元素が好ましく、これらの
元素は溶湯からの凝固における大半のSi粒を粒径1μ
m以下のきわめて小さい状態で形成させる作用を有す
る。希土類元素のうち合金としてミッシュメタル(約5
0%Laと約50%Ceとの合金)を使用するのが特に
好ましい。
【0026】尚、IIIa 族に代る元素としてP,アルカ
リ金属(Li,Na,K,Rb,Cs,Fr)が同程度
の含有量で有効と思われる。
【0027】IVa族元素(Ti,Zr,Hf)及びVa
族元素(V,Nb,Ta)はIIIa族元素との組合せに
よってSiを含むAl合金の溶湯からの凝固に際してS
i粒を微細に形成させるために0.01% 以上含有させ
るものである。しかし、5%を越えてもそれ以上の効果
は見られず、延性を下げるので5%以下とする。特に、
0.1 〜3%が好ましく、より0.5 〜2%が好まし
い。IVa族元素の方が好ましく、特に、Zrが好まし
い。
【0028】IIIa 族元素とIVa族及びVa族との組合
せはSiを含有するAl合金の溶湯からの凝固に際して
Si粒を微細に形成させるとともに、焼結過程でもSi
粒の成長を抑制する効果が見られ、Si粒の分布として
個数割合で粒径1μm以下のものを50〜80%、粒径
1〜2.5μmのものを15〜30%,2.5〜5μmの
ものを5〜20%,5μm〜10μmのものを5%以下
にすることができる。そして、これらの元素は合金粉と
してSi粒の囲りにこれらの元素が濃化して形成される
と思われる菊花模様組織として形成され、それが凝固,
焼結時でのSi粒の成長を抑制するとともにSi粒のへ
き開破壊をなくして延性を高めている原因と思われる。
【0029】Si粒として粒径1μm以下のものは特に
60〜80%、粒径1〜2.5μmのものが22〜30
%,2.5 〜5μmのものが7〜15%,5〜10μm
のものが2%以下が好ましい。Si粒をより微細にする
ことにより高い延性が得られ、成形性も向上する。ま
た、破断面においてもSiの破壊面が少なく、デンプル
な破面が得られる。
【0030】Al合金粉のSi粒の囲りの菊花模様は上
述の元素とSi量との組合せによって得られ、IIIa 族
元素量がIVa族及びVa族元素量より多くすること、IV
a族及びVa族量をSi量の0.20 以下とすること等
によって得られる。
【0031】本発明の焼結合金は前述のIIIa 族元素と
IVa族及びVa族元素との組合せと、真空下又は酸素分
圧として2×10-3mmHg以下の非酸化性雰囲気中での
350℃以上での脱ガス又は/及び焼結によって合金中の
酸素量のきわめて少ない0.15%以下にするものである。
それによって高い延性が得られる。酸素量として0.15%
以下とすることができる。特に、0.10%以下、より
0.05%以下とすることがよい。
【0032】上記アルミニウム粉末合金は空気及び窒素
あるいはアルゴンガスアトマイズ法により製造する。こ
れは過飽和に添加される合金成分の場合、鋳造法ではS
i粒子が粗大化し、強度及び耐摩耗性に悪影響を及ぼ
す。したがって、Si粒子を細く分散するにはアトマイ
ズ法が適正な製造方法である。かかるアルミニウム粉末
合金を冷間静水圧法(CIP)により圧縮成形されたビ
レットを真空,窒素あるいは、アルゴン等の不活性ガス
中で好ましくは460〜500℃で固相焼結し緻密化を
図る。しかし、固相焼結しても内部に空孔が残存し内部
欠陥を有するため、さらに好ましくは250〜450℃
で4.5ton/cm2以上、特に5〜9ton/cm2 で熱間型圧
縮により再圧縮して緻密化する。このような製造工程で
得られた焼結合金は過飽和に固溶された準安定な析出物
から安定な析出物あるいは金属間化合物となり、再圧縮
の加熱温度より低い温度の熱履歴を受けても析出物が再
固溶あるいは析出物の析出がないため歪変形も生じにく
くなる。しかし、さらに高強度を得るためには焼結合金
を好ましくは400〜520℃で加熱後水冷する溶体化
処理を行い、100〜200℃特に、150〜200℃
の時効硬化処理によって高強度化が図られる。特に、時
効処理はCu及びMgを含有する合金において行うのが
好ましい。
【0033】本発明の合金粉は特に50℃/秒以上の冷
却速度で凝固させたものがよい。粉末の粒径は350メ
ッシュ以下、特に粒径30μm以下とするのがよい。
【0034】焼結前の成形加工は2.5ton/cm2以上が
好まくしく、特に3〜5ton/cm2 が好ましい。
【0035】CuとMgは時効処理により金属間化合物
を析出しマトリックスの強度を向上させるための時効硬
化性元素として各0.1% 以上添加するものである。逆
に各々5%を越えると靭性を低めるので、5%以下とす
べきである。従って、Cuが0.1 〜5重量%及びMg
が0.1 〜5重量%の範囲が最もマトリックスの硬度を
上げ、強度が向上する。特に、Cu2〜5%、Mg0.
1 〜1%が好ましい。合金中の酸素量を0.15% 以
下にするものについてはCu10%まで含有させること
ができる。
【0036】更に、本発明は強度及び耐熱性を向上させ
るためにCu及びMgを含有する合金に対しては2.0
%以下のFe、1.5%以下のMn、1.5% 以下のC
oから選ばれた少なくとも1種または2種以上を含有す
ることができる。これらの元素はAlと金属間化合物を
生成して、合金強度及び耐熱性を向上させる。但し、こ
れらの各元素は0.01% 以上が好ましく、逆に各々の
量を越えると合金強度が低下し脆くなる。
【0037】他に、本発明の合金は酸素量が0.15%
以下のとき、Fe20%以下、Mn10%以下、Co8
%以下、W5%以下、Mo5%以下含有することがで
き、これらの元素は合計でも20%以下とするのが好ま
しい。特にFe5〜13%,Mn2〜5%,Co0.5
〜3%、W1〜3%,Mo1〜3%とするのが好まし
い。
【0038】本発明は、台座に螺旋状の歯部を備えた圧
縮機用スクロールにおいて、前記歯部は前記台座に対し
てほぼ直角に形成され、前記台座のつけ根部の曲率及び
歯部端部角部の曲率が0.1〜0.5mmであり、好ましく
は室温の伸び率が1%以上であることを特徴とする。特
に、伸び率が2%以上の過共晶SiのAl焼結合金を用
いることにより、歯部の肉厚を1〜5mmとすることがで
き、スクロール外径1mmに対して0.015〜0.05mm
の厚さとすることができる。特に、1mmの外径に対して
0.02〜0.04mmの肉厚とするのがよい。歯部の高さ
はスクロール外径1mm当り0.1〜0.3mmとし、特に0.
15〜0.25mmとするのがよい。
【0039】
【実施例】
実施例1
【0040】
【表1】
【0041】表1は実施例及びその比較例の化学組成
(重量%)を示したものである。粉末は空気を用いてガ
スアトマイズ法により金属溶湯を急速冷却して、夫々の
合金粉末を製造した。粉末粒径は350メッシュ以下の
粉末を用いた。本発明材のNo.1〜18及び比較材の
No. 19〜23の製造法は各組成範囲の粉末を冷間
静水圧加圧法(CIP)を用い3.6ton/cm2 の圧力で
成形し、焼結温度は480℃とし、焼結時間は120分
で行った。焼結した後、350℃において7ton/cm2
再生圧形後、溶体化処理は490℃で30分間保持後水
冷した。その後160℃で20時間の時効処理を行った
ものである。焼結は10-3mmHgの真空中で行った。
【0042】
【表2】
【0043】表2は得られた焼結合金を夫々引張試験
用、曲げ試験用(厚さ5mm,幅20mm,長さ40mm)及
び衝撃試験用のテストピースに加工し、引張試験、3点
支持曲げ試験及び5kgシャルピー衝撃試験を実施した。
結果から明らかなように本発明のAl−Si−Ce系焼
結合金は比較材に比べて同等またはそれ以上の引張強さ
を有し、特に衝撃値は25%Siのもので比較すると
0.39kg−m/cm2に対して0.82kg−m/cm2以上で
あり、曲げ強さは72kg/mm2 に対して90kg/mm2
上である。
【0044】また、得られた焼結合金を用いて耐焼付き
限界面を求めた。摩擦条件は相手材として片状黒鉛鋳鉄
(FC25)を用い、雰囲気を冷凍機油(潤滑油と冷媒
の混合油)中で行った。この結果から知られるように本
発明材のNo. 2,5,8,11,14,16及び17
と比較材のNo.19,20,21及び22の25%S
i量のもので比較した場合、本発明材の焼付き限界面圧
は218kg/cm2 以上で、比較材のものよりいずれも高
い。
【0045】図1〜図4は表1に示す本発明材No.1
6 についてその製造法と特性について示したものであ
る。粉末は前述と同じものである。図1は成形→焼結
(480℃×120分)→再圧成形(350℃,7ton
/cm2)→熱処理(490℃×30分水冷→160℃×2
0時間時効)の製造工程において成形工程を1〜5ton
/cm2 に変化させた場合の曲げ強さ及び密度を調べたも
のである。成形圧力2ton/cm2 以下ではその後の製造
工程において曲げ強さ及び密度が高くならない。また、
3.5ton/cm2 以上とすることにより曲げ強さ及び密度
は最も高くなり、それ以上の成形圧力とするのがよい。
【0046】図2は成形(3.6ton/cm2)→焼結→再
圧成形(350℃,7ton/cm2)→熱処理(490℃×
30分水冷→160℃×20時間時効)の製造工程にお
いて焼結温度を350℃〜525℃に変化させた場合の
曲げ強さ及び密度を調べたものである。400℃以下で
は強度,密度が低くく信頼性に乏しいので、それ以上の
焼結温度がよい。また525℃以上では強度及び密度が
わずかに低下する。
【0047】図3は成形(3.6ton/cm2)→焼結(48
0℃×120分)→再圧成形→熱処理(490℃×30
分水冷→160℃×20時間時効)の製造工程において
再圧成形圧力を4〜8ton/cm2に変化させた場合の曲げ
強さ及び密度を調べたものである。再圧成形圧力5ton
/cm2以下では曲げ強さ及び密度が低いので、それ以上
とするのがよい。また7ton/cm2以上では大きな向上は
ないが、曲げ強さ及び密度はほぼ一定の安定した強度が
得られるので、それ以上がよい。
【0048】図4は成形(3.6ton/cm2)→焼結(48
0℃×120分)→再圧成形(7ton/cm2)→熱処理
(490℃×30分水冷→160℃×20時間時効)の
製造工程において再圧成形温度を200〜400℃に変
化させた場合の曲げ強さと密度を調べたものである。再
圧成形温度200℃から350℃まで曲げ強さ及び密度
が直線的に増加する。特に、350℃以上で曲げ強さ及
び密度は一定となり、安定した特性が得られるので、3
50℃以上での再圧温度とするのがよい。
【0049】実施例2
【0050】
【表3】
【0051】表3に示す合金粉末を実施例1と同様にガ
スアトマイズ法によって製造した。これらの合金粉末の
Si粒はほぼ実施例1と同様であった。この合金粉末を
用いて実施例1の表2に得たものと同じ条件で合金を製
造した。Al合金粉の粒度分布は粒径45μm以下が5
0%以上で、それより大きく150μmのものが45%
以下で、残り5%以下が200μmまでのものである。
粒径50,60,60,100及び150μmの各粒径
のものはいずれも5〜12%である。
【0052】
【表4】
【0053】表4はNo.27の合金のSi粒の粒度分布
を示すものである。表に示すSi粒の粒度はSi粒とし
て全体で200個計測し、その大きさと個数との関係を
調べたものである。粒径1μm以下が60%あり、2.
5μm 以下で87.5% ときわめて微細なSi粒とな
っている。
【0054】No.24〜27の合金の酸素量を調べた結
果、0.05〜0.1%であり、IIIa 族元素とIVaの
族、Va族元素との組合わせ及び真空焼結との組合わせ
によりきわめて酸素量の少ないものが得られた。
【0055】
【表5】
【0056】表5に得られた合金の室温、150℃引張
強さ,伸び率,曲げ強さ及び室温〜200℃における熱
膨張係数を示す。本発明の合金の引張強さは室温で47
kg/mm2 以上、150℃で40kg/mm2 以上であり、伸
び率が各々0.4〜0.5%,2.0〜3.0%で、従来の
ものよりいずれも高いものであった。
【0057】図5はNo.26のアトマイズ粉の断面の8
50倍の顕微鏡写真をトレースしたものである。図に示
すように本発明のアトマイズ粉はSi粒のまわりにC
u,Mg,Fe,Ce及びZrが濃化した菊花模様(斜
線部)の組織が形成される。CeとZrとの含有により
Si粒がきわめて微細に形成され、更に焼結及び高温で
の再圧成形においてもSi粒が微細に保たれる。粉末に
おける全Si粒のうち粒径が2.5μm 以下のものが8
0%以上であり、他粒径5μm以下のものが95%以上
で、粒径10μm以下である。個々のSi粒が集まって
形成され、大きな粒子として見えるものもあるが、個々
のSi粒は上述のように10μm以下である。比較的大
きな粒子は初晶Siであり、細かい粒子と細長い粒子状
のものと線状のものは共晶Siである。これらの共晶S
iの囲りにも部分的にCu,Mg,Fe,Ce及びZr
が濃化した組織が細長い粒状に形成されている。共晶S
iとこの濃化した組織はネット状に形成されている。細
長い粒子状の合金濃化部は斜線で示した。
【0058】図6はNo.26の真空焼結後、再圧成形
し、次いで熱処理を施したものの1200倍の顕微鏡写真を
トレースしたものである。粒子として見られるものはS
i粒であり、時効処理によってAl,Si,Cu,M
g,Fe,Ce及びZrの2種又は3種以上との金属間
化合物が形成されるが、光学組織では見られない。Si
粒の分布は前述のNo.27とほぼ同等であるが、Si粒
がやや大きめに形成されている。また、真空焼結したま
まの組織は金属間化合物がない点を除いてSi粒の分布
と大きさがこの図6とほとんど変らないものであった。
【0059】実施例3 実施例2のNo.24のZrに代えて同じ含有量のTi,
Hf,Nbの1種と、Ceに代えて同じ含有量のY,S
mの1種をTi,Hf,Nbの各々に含有させた合金粉
を前述と同様に製造し、実施例2と同じ条件で焼結及び
再圧成形後溶体化処理及び時効処理を施した。
【0060】これらの合金について150℃での引張試
験を行った。その結果、引張強さは37〜43kg/m
m2 、伸び率は1.5〜3.0%であった。
【0061】また、合金粉の顕微鏡組織を観察した結
果、前述と同様にSi粒の囲りに菊花模様が形成され、
これらの元素の合金相が形成されていると思われる。S
i粒は粒径2.5μm 以下のものが個数で全体の80%
以上で、最大でも10μm以下であった。
【0062】得られた最終製品においても、Si粒の分
布は前述と同程度であった。
【0063】アクチニド元素についても希土元素と同様
の作用を有する。
【0064】実施例4 図7は密閉型スクロール圧縮機の部分断面圧縮機の斜視
図である。この圧縮機は主に旋回スクロール1,固定ス
クロール2,吸入管3,吐出室4,吐出通路5,中間圧
室6,旋回軸受7,主軸受8,モータ室9,モータ1
0,チャンバ11,冷凍機油12,フレーム13,吐出
管14,クランク軸15によって構成される。この圧縮
機は家庭用又は業務用に用いられ、家庭用では80〜1
30mmφ、業務用では200〜300mmφのスクロール
が用いられる。
【0065】図8に示す旋回スクロール1及び固定スク
ロール2を実施例2のNo.27の合金によって製造し
た。16,19は台座、17,18は歯部である。ま
ず、焼結を同様に行い、この焼結部材を350℃で金型
で成形を行った。歯の高さは15mmとし、厚さを2.7m
m とした。旋回スクロールの直径を約80mmとし、歯部
はテーパのないほぼストレートなものとした。歯のつけ
根部の曲率を0.5mm とした。次いで同様に溶体化処理
(490℃×30分水冷)及び時効処理(160℃×2
0時間)を行った後、機械加工によって仕上げた。固定
スクロールは旋回スクロールより若干大きく、互いに回
転でわずかのギャップで接触して摺動する。固定スクロ
ールにおいても歯部のつけ根の曲率を0.5mm とした。
ギャップは10〜20μmとなった。歯部の肉厚は外径
1mm当り0.034mm 有し、歯部の高さ1mm当り0.1
8mm である。歯部の高さはスクロール外径1mm当り0.
19mmである。
【0066】本発明の焼結合金を用いることにより高温
における成形性がきわめて良好で、スクロールの歯部に
おいてその中心部での盛り上がりが良く、歯部全体にわ
たって成形できた。Si粒の粒度分布は前述と同様であ
った。また、本発明合金を用いることによりその延性が
高いので歯部の立ち上り部分の曲率を小さくとっても問
題なく、その結果効率の高い圧縮が得られることがわか
った。金属間化合物は顕微鏡では明確に区別はできなか
った。特に、ルームエアコンにおいてはインバータ使用
により急速起動ができ、3分以内で温風が出るようにす
ることができる。
【0067】実施例5 図9はカーエアコン用スクロール圧縮機の断面図であ
る。この圧縮機は主に旋回スクロール1,固定スクロー
ル2,吐出し弁23,吐出し口24,軸受ボール25,
自転防止部材26,吸い込み口27,チップシール2
8,リング29,従動クラッチ30,電磁クラッチ3
1,バランスウェイト32によって構成される。
【0068】図10に示す旋回スクロール1及び固定ス
クロール2を実施例2のNo.の合金によって構成した。
製造条件は実施例4と同様である。スクロールの歯の高
さは15mm,厚さは2.7mm 、歯の付根部分の曲線を
0.5mm とし、ストレートな歯とした。
【0069】本発明合金を用いることにより金型による
成形性が高く、スクロール全体にわたって金型どおりの
製品が得られた。Si粒の粒度分布及び金属間化合物は
前述と同様であった。
【0070】実際に運転を行った結果、効率の高い圧縮
が得られることがわかった。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、高強度、且つ高温延性
に優れたAl−Si系焼結合金を提供することができ
る。したがって、従来のAl−Si−Fe系焼結合金で
は得られなかった衝撃、高負荷が加わるような部材への
適用が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】成形圧力と曲げ強さ及び密度の関係を示す線
図。
【図2】焼結温度と曲げ強さ及び密度の関係を示す線
図。
【図3】再圧成形圧力と曲げ強さ及び密度の関係を示す
線図。
【図4】再圧温度と曲げ強さ及び密度の関係を示す線
図。
【図5】Al合金粉の組織を示す図。
【図6】Al焼結合金の組織を示す図。
【図7】密閉型スクロール圧縮機の一部断面斜視図。
【図8】密閉型スクロール圧縮機用スクロールの断面
図。
【図9】カーエアコン用スクロール圧縮機の断面図であ
る。
【図10】カーエアコン用スクロール圧縮機用スクロー
ルの断面図。
【符号の説明】
1…旋回スクロール、2…固定スクロール、16,19
…台座、17,18…歯部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近崎 充夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 飯塚 董 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 稲場 恒一 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 中村 敬一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 三辺 昌紀 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内 (72)発明者 加賀谷 剛 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01 〜5%、及び残部が実質的にAlからなるこ
    とを特徴とする高延性Al焼結合金。
  2. 【請求項2】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01 〜5%,Cu0.1 〜5%,Mg0.1 〜5
    %、及び残部が実質的にAlからなることを特徴とする
    高延性Al焼結合金。
  3. 【請求項3】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01 〜5%,Fe2.0%以下,Mn1.5%以
    下,Co1.5 %以下の少なくとも1種、及び残部が実
    質的にAlからなることを特徴とする高延性Al焼結合
    金。
  4. 【請求項4】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01 〜5%,Cu0.1 〜5%,Mg0.1 〜5
    %,Fe2.0 %以下,Mn1.5%以下及びCo1.5
    %以下の少なくとも1種、及び残部が実質的にAlから
    なることを特徴とする高延性Al焼結合金。
  5. 【請求項5】重量で、IIIa族元素0.1〜20%,IVa
    族元素及びVa族元素の少なくとも1種0.01〜5
    %,酸素0.15%以下、残部が実質的にAlからなる
    ことを特徴とする高延性Al焼結合金。
  6. 【請求項6】重量で、IIIa族元素0.1〜20%,IVa
    族元素及びVa族元素の少なくとも1種0.01〜5
    %,Si1〜45%,酸素0.15 %以下,Mg0〜5
    %,Cu0〜10%,Fe0〜20%,Mn0〜10%,
    Co0〜8%,W0〜5%,Mo0〜5%、及び残部が
    実質的にAlからなることを特徴とする高延性Al焼結
    合金。
  7. 【請求項7】重量で、IIIa族元素0.1〜20%,IVa
    族元素及びVa族元素の少なくとも1種0.01〜5%,
    Si1〜45%,酸素0.15 %以下,Mg0〜5%,
    Cu0〜10%,Fe0〜20%,Mn0〜10%,C
    o0〜8%,W0〜5%,Mo0〜5%、及び残部が実
    質的にAlであり、焼結されたままであることを特徴と
    する高延性Al焼結体。
  8. 【請求項8】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01〜5%,Mg0〜5%,Cu0〜10%,F
    e0〜20%,Mn0〜10%,Co0〜8%,W0〜
    5%,Mo0〜5%、及び残部が実質的にAlからな
    り、焼結後熱間塑性加工が施されていることを特徴とす
    る高延性Al加工部材。
  9. 【請求項9】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素0.
    1〜20%,IVa族元素及びVa族元素の少なくとも1
    種0.01〜5%,Mg0〜5%,Cu0〜10%,F
    e0〜10%,Mn0〜10%,Co0〜8%,W0〜
    5%,Mo0〜5%、及び残部が実質的にAlからな
    り、焼結後熱間加工が施され、粒径10μm以下のSi
    粒及び金属間化合物粒子を有することを特徴とする高延
    性Al合金部材。
  10. 【請求項10】重量で、Siの含有量が過共晶から45
    %以下で、全Si粒のうち粒径1μm以下の個数が50
    〜80%,粒径1μmを越え2.5μm 以下の個数が1
    5〜35%,粒径2.5μm を越え5μm以下の個数が
    5〜20%,粒径5μmを越える個数が5%以下,III
    a族元素0.1〜20%,IVa族元素及びVa族元素0.
    01 〜2%,Mg0〜5%,Cu0〜10%,Fe0
    〜20%,Mn0〜10%,Co0〜8%,W0〜5
    %,Mo0〜5%、及び残部が実質的にAlであること
    を特徴とする高延性Al焼結合金。
  11. 【請求項11】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、及び残部のAlを有する合金粉の成形
    体を酸素分圧2×10-3mmHg以下の非酸化性雰囲気中
    にて焼結することを特徴とする高延性Al焼結合金の製
    造法。
  12. 【請求項12】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、IVa族元素及びVa族元素0.01 〜
    2%、及び残部のAlを有する合金粉の成形体を酸素分
    圧2×10-3mmHg以下の非酸化性雰囲気中にて焼結す
    ることを特徴とする高延性Al焼結合金の製造法。
  13. 【請求項13】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、及び残部のAlを有する合金粉の成形
    体を10-2mmHg以下の真空下350℃以上の高温で真
    空脱ガス処理を施し、次いで非酸化性雰囲気中での焼結
    又は/及び熱間塑性加工を施すことを特徴とする高延性
    Al焼結合金の製造法。
  14. 【請求項14】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、IVa族元素及びVa族元素0.01 〜
    2%、及び残部のAlを有する合金粉の成形体を10-2
    mmHg以下の真空下350℃以上の高温で真空脱ガス処
    理を施し、次いで非酸化性雰囲気中での焼結又は/及び
    熱間塑性加工を施すことを特徴とする高延性Al焼結合
    金の製造法。
  15. 【請求項15】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、Cu0.1〜5%,Mg0.1 〜5%,
    残部のAlを有する合金粉の成形体を真空下で焼結を行
    った後、高温塑性加工を施し、次いで溶体化処理及び時
    効処理を施すことを特徴とする高延性Al焼結合金の製
    造法。
  16. 【請求項16】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、IVa族元素及びVa族元素の少なくと
    も1種0.01 〜2%、及び残部のAlを有するAl合
    金粉において、Si粒子の周囲に前記IIIa 族元素が濃
    化した菊花模様組織を有することを特徴とするAl合金
    粉。
  17. 【請求項17】重量で、Si1〜45%,IIIa族元素
    0.1〜20%、IVa族元素及びVa族元素の少なくと
    も1種0.01 〜2%、及び残部のAlを有するAl合
    金粉において、前記IVa族元素及びVa族元素の少なく
    とも1種の含有量に対するIIIa族元素の含有量が1を
    越えることを特徴とするAl合金粉。
  18. 【請求項18】請求項1〜15のいずれかに記載のAl
    焼結合金によってシリンダーブロック,シリンダライナ
    ー,ピストン,ロッカーアーム,コンロッド,バルブリ
    テーナ,シリンダーヘッド,バケット,シフトフォー
    ク,ブレーキドラム,バルブスプール,ブレーキマスタ
    ーシリンダーの自動車部品,圧縮機用ベーン,ロータ,
    オルダムリング,VTRテープ案内シリンダーの少なく
    とも1つが構成されていることを特徴とする部材。
  19. 【請求項19】固定スクロール及び旋回スクロールとを
    備えた圧縮機において、前記固定スクロール及び旋回ス
    クロールの少なくとも一方が、重量でSi1〜45%,I
    IIa族元素0.1 〜20%,IVa族元素及びVa族元素
    の少なくとも1種0.01 〜5%、及び残部のAlを有
    する焼結合金からなることを特徴とする圧縮機。
  20. 【請求項20】台座に螺旋状の歯部を備えた圧縮機用ス
    クロールにおいて、該スクロールは重量で、Si1〜4
    5%,IIIa 族元素0.1 〜20%,IVa族元素及びV
    a族元素の少なくとも1種0.01 〜5%、及び残部の
    Alを有する焼結合金からなることを特徴とする圧縮機
    用スクロール。
  21. 【請求項21】台座に螺旋状の歯部を備えた圧縮機用ス
    クロールにおいて、該スクロールは150℃での引張強
    さが40〜60Kg/mm2、伸び率が1.5〜10%で、2
    0〜300℃での平均熱膨張係数が16〜22×10-6
    /℃であるAl焼結合金よりなることを特徴とする圧縮
    機用スクロール。
  22. 【請求項22】台座に螺旋状の歯部を備えた圧縮機用ス
    クロールにおいて、前記歯部は前記台座に対してほぼ直
    角に形成され、前記台座のつけ根部の曲率及び歯部端部
    角部の曲率が0.1〜0.5mmである過共晶Si含有Al
    焼結合金からなることを特徴とする圧縮機用スクロー
    ル。
  23. 【請求項23】台座に螺旋状の歯部を備えた圧縮機用ス
    クロールにおいて、前記歯部は前記台座に対してほぼ直
    角に形成され、該歯部の肉厚が歯部高さ1mm当り0.1
    〜0.25mmである過共晶Si含有Al焼結合金よりなるこ
    とを特徴とする圧縮機用スクロール。
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