JPH07258770A

JPH07258770A - アルミニウム合金とその製造方法

Info

Publication number: JPH07258770A
Application number: JP7416594A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Amano; 英彦天野; Nobuaki Suzuki; 延明鈴木
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、金属間化合物粒子が均一・
微細に分散しており、強度が高く、軽量でかつ耐熱性を
有する大型素材を製造できるとともに、応用範囲が広く
なり、コスト低減が可能なアルミニウム合金とその製造
方法を提供することにある。【構成】本発明の製造方法では、強化粒子となる金属
間化合物の構成元素のうち、少なくとも１種類以上の元
素を全体の１〜４０重量％とし、残りを不可避不純物を
含むＡｌとした組成物を溶解し、この溶解した溶湯を回
転するロールにより急冷して薄帯を得るとともに、薄帯
を圧縮してブロック状に固め、その後、このブロックを
熱間圧延してアルミニウム合金素材を製造している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量かつ耐熱性を有す
る大型素材のアルミニウム合金とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来におけるアルミニウム合金素材の製
造方法としては、例えば次のようなものがある。すなわ
ち、一つは、メカニカルアロイングによってＡｌマトリ
ックス中にＡｌ₃ＦｅやＡｌ₃Ｔｉ，Ｍｇ₂Ｓｉ等を複
合化させ、得られたメカニカルアロイングイン粉末から
ビレット成形を経て熱間押出しによりアルミニウム合金
素材を製造する方法である。また、他の一つは、急冷凝
固法により、融点付近の高い溶解度を利用して過飽和に
Ｓｉ又はＭｎ，Ｆｅ等を固溶させ、もって急冷凝固粉末
を得た後、上記と同工程で押出してアルミニウム合金素
材を製造する方法等である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した熱
間押出し法や急冷凝固法では、一般に押出比を１０〜２
５と大きく設定する必要があるので、得られるアルミニ
ウム合金素材は小径の丸材，管材，角材であり、大径の
素材を得ることが難しかった。また、大型素材を得よう
とすると、必然的に大出力の油圧システムが必要となる
ので、設備コストが大幅に高くなるという欠点を有して
いた。さらに、小型の素材しか製造できないため、車両
用サスペンション、ブレーキディスク等の大型素材に応
用できず、エンジン部品のような小物部品の製造のみに
適用できるにすぎなかった。

【０００４】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、金属間化合物粒子が均一・
微細に分散しており、強度が高く、軽量でかつ耐熱性を
有する大型素材を製造できるとともに、応用範囲が広く
なり、コスト低減が可能なアルミニウム合金とその製造
方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、強化粒子とな
る金属間化合物の構成元素のうち、少なくとも１種類以
上の元素を全体の１〜４０重量％とし、残りを不可避不
純物を含むＡｌとした組成物を溶解し、この溶解した溶
湯を回転するロールにより急冷して薄帯を得るととも
に、該薄帯を圧縮してブロック状に固め、その後、該ブ
ロックを熱間圧延してアルミニウム合金素材を製造して
おり、また、本発明は、この製造方法によって製造され
るアルミニウム合金である。

【０００６】本発明では、強化粒子となる金属間化合物
の構成元素のうち、少なくとも１種類以上の元素を全体
の１〜４０重量％とし、残りを不可避不純物を含むＡｌ
とした組成物を溶解している。この溶解操作中に、例え
ばＭｇとＳｉであれば、Ｍｇ₂Ｓｉのような金属間化合
物が生成する。このような生成を促進させるためには、
目標とする金属間化合物に合わせて、その構成元素の化
学量論的関係を満足するように、原料中に配合すれば良
い。Ｍｇ₂Ｓｉの場合であれば、Ｍｇ：Ｓｉ＝２：１
（モル比）となるように配合する。生成する金属間化合
物とそのもたらす属性については、概ね以下のようなこ
とがいえる。（１）軽量高強度化の追求が目的のとき：Ｍｇ₂Ｓ
ｉ，Ａｌ₃Ｔｉ，ＴｉＡｌ等（２）高温強度向上の追求が目的のとき：Ａｌ₃Ｖ，
Ｎｉ₃Ａｌ，Ａｌ₃Ｎｉ，Ａｌ₃Ｆｅ，ＦｅＡｌ，Ａｌ
₃Ｚｒ，Ａｌ₃Ｍｎ，Ａｌ₃Ｔｉ等（３）高強度・低コストの追求が目的のとき：Ｍｇ₂
Ｓｉ，ＣｕＡｌ₃等以上のものが金属間化合物として挙げられる。

【０００７】また、本発明では、溶解した溶湯を回転す
るロールと接触させることにより急冷凝固させているた
め、微細組織の薄い片状の薄帯（リボン）が迅速かつ大
量に製造されることになる。そして、製造された薄帯を
圧縮してブロック状に固め、この固めたブロックを熱間
圧延することにより板状や棒状に加工しているため、薄
帯同士の塑性変形が起こり、これら隣合う薄帯の表面同
士が互いに接合されて一つの大型アルミニウム合金素材
が製造されることになる。しかも、製造されたアルミニ
ウム合金は、軽量でかつ耐熱性を有している。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

【０００９】図１〜図９は本発明に係るアルミニウム合
金とその製造方法の一実施例を示している。本実施例の
製造方法には、目的物のアルミニウム合金素材１の組成
比の溶湯２を収容するルツボ３と、このルツボ３の外壁
部周囲に配設されるヒータ４と、ルツボ３の吐出口３ａ
の下方に配置され溶湯２を急冷する双ロール（又は単ロ
ール）５と、充填した薄帯（リボン）６を圧縮する金型
７と、薄帯６で形成されたブロック８を入れるシース管
（又は箱）９と、ブロック８を圧延する一対の圧延ロー
ル１０とが用いられており、シース管９は展延性に富む
純Ａｌで製作されている。

【００１０】本実施例のアルミニウム合金素材１は、図
１に示す（１）〜（５）の各工程を順に経て製造され
る。

【００１１】（１）溶解まず、強化粒子となる金属間化合物の構成元素として、
Ｍｇ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ｎｂ，
Ｖ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｍｏを用意する。そして、これら構成
元素のうち、少なくとも１種類以上の元素を合計で全体
の１重量％以上ないし４０重量％とし、残りを不可避不
純物を含むＡｌとした組成物をルツボ３内に収容し、こ
れをヒータ４で加熱溶解することにより溶湯２を得る。
Ａｌに対して添加する元素は、以後金属間化合物として
強化材の働きをするため、１重量％以下ではその効用が
小さく、また４０重量％以上では素材の脆化が顕著とな
ってしまう。この溶解操作中に、添加元素が例えばＭｇ
とＳｉであれば、Ｍｇ₂Ｓｉのような金属間化合物が生
成される。Ｍｇ₂Ｓｉの場合は、化学量論的にＭｇ：Ｓ
ｉ＝２：１（モル比）となるように配合する。例えば、
上記溶湯２の組成をＡｌー２０ｗｔ％（Ｍｇー３８ｗｔ
％Ｓｉ）とする。この表記は、Ａｌ合金全量に対してＭ
ｇ₂Ｓｉが２０重量％存在し、かつＭｇ₂Ｓｉにおいて
ＭｇとＳｉの全量に対し３８重量％のＳｉが存在するこ
とを意味している。なお、上記構成元素を１種類のみを
用いた場合には、Ａｌ中の不可避不純物とこの１種類の
元素との金属間化合物が生成され、これによって本発明
の効果を達成することが可能になる。

【００１２】（２）急冷次に、図２に示す如く、溶解した溶湯２をルツボ３の吐
出口３ａから落下させて、アモルファスリボンを成形す
ると同様、当該溶湯２を低温に保持した回転中の双ロー
ル５と接触させることで、急冷凝固させる。すると、双
ロール５から薄い片状の薄帯６が迅速かつ大量に製造さ
れる。この状態の薄帯６では、既に金属間化合物を生成
しているものもあれば、化合物になりきれず過飽和に固
溶したまま元素単体で存在する場合もある。また、溶湯
２に対する冷却速度は１０³〜１０⁶゜Ｃ／ｓｅｃで十
分である。例えば、溶湯２の組成がＡｌー２０ｗｔ％
（Ｍｇー３８ｗｔ％Ｓｉ）の場合、図３は冷却速度が１
０³゜Ｃ／ｓｅｃの薄帯６の金属組織を示し、図４は冷
却速度が１０⁰゜Ｃ／ｓｅｃの薄帯６の金属組織を示す
図面に代わる写真である。これらの図から明かなよう
に、冷却速度が遅いと、粗大な初晶や金属間化合物が晶
出してしまい、好ましくない。

【００１３】（３）薄帯の圧縮そして、図５に示す如く、閉塞した金型７内に上記薄帯
６を充填配置し、プレス加工により圧縮してブロック状
に固める。すると、図６に示すような大型のブロック８
が得られる。なお、このブロック８の形状は、直方体に
限らず円柱体でもよい。

【００１４】（４）ブロックの脱ガス・真空密封上記圧縮工程において、プレス加工しただけのブロック
８内には、薄帯６と薄帯６との間にガスや水分，油分が
付着していることが多く、このまま次の熱間圧延工程に
送られると、バーニング（表面ふくれ）等のトラブルが
起きたり、亀裂の発生が起こる。その対策として、展延
性に富む純Ａｌ製のシース管９中にこのブロック８を挿
入し、図示しない真空ポンプを利用して脱ガスを行い、
最後に溶接装置１１で真空密封する。この工程は、脱ガ
ス効率を上げるため、３５０〜５００゜Ｃで行うと良
い。

【００１５】（５）ブロックの熱間圧延しかる後、図８に示す如く、このシース管９から成る純
Ａｌのスキン層で覆われたブロック８を圧延ロール１０
により熱間圧延し、これによって板状（又は棒状）に加
工する。すると、薄帯６同士の塑性変形が起こり、これ
に伴って隣合う薄帯６の表面同士が互いに接合され、云
わば粉末の熱間押出し効用と同様に、一つのアルミニウ
ム合金素材１が得られる（図９参照）。

【００１６】本実施例の製造方法においては、上記
（１）〜（５）の各工程を順に経て行われているため、
再結晶温度を飛躍的に向上させるＦｅやＮｉおよびＺ
ｒ，Ｍｎ等の高融点元素から成る金属間化合物粒子を均
一・微細に分散した大型の金属間化合物分散強化アルミ
ニウム合金素材１が一度に得られる。しかも、このアル
ミニウム合金素材１は、強度が高く、軽量でかつ耐熱性
を有する大型素材であるため、車両用サスペンションか
らブレーキディスク，車体の補強用トリム等にも応用で
きる。

【００１７】以上、本発明の一実施例につき述べたが、
本発明は既述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。

【００１８】例えば、既述の実施例においては、薄帯６
の圧縮工程とブロック８の熱間圧延工程との間にブロッ
ク８の脱ガス・真空密封工程を設けたが、当該ブロック
８内で薄帯６と薄帯６との間にガスや水分などが余り付
着しないものであれば、この工程を省略することもでき
る。

【００１９】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係るアルミニウム
合金とその製造方法は、強化粒子となる金属間化合物の
構成元素のうち、少なくとも１種類以上の元素を全体の
１〜４０重量％とし、残りを不可避不純物を含むＡｌと
した組成物を溶解し、この溶解した溶湯を回転するロー
ルにより急冷して薄帯を得るとともに、該薄帯を圧縮し
てブロック状に固め、その後、該ブロックを熱間圧延し
てアルミニウム合金素材を製造しているので、大型素材
を一度に得ることが可能となり、応用範囲が広く大物部
品も製造できるとともに、従来の粉末冶金方法と比べて
素材コストを著しく低下せしめることができる。また、
本発明の製造方法は、従来の鋳造法では不可能であった
成分組成の設定ができるので、製造されるアルミニウム
合金素材の耐熱性および強度の向上が図れる。したがっ
て、本発明の製造方法により得られたアルミニウム合金
は、軽量でかつ耐熱性を有し、適用範囲が広く優れた品
質を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る製造方法によってアル
ミニウム合金素材を得る工程を示すブロック図である。

【図２】上記製造工程において、薄帯を製造している状
態を示す概念図である。

【図３】冷却速度が１０³゜Ｃ／ｓｅｃである薄帯の金
属組織で、図面に代わる写真である。

【図４】冷却速度が１０⁰゜Ｃ／ｓｅｃである薄帯の金
属組織で、図面に代わる写真である。

【図５】上記製造工程において、金型で薄帯を圧縮する
ことによりブロックを製造している状態を示す断面図で
ある。

【図６】図５の圧縮工程で製造されたブロックを示す斜
視図である。

【図７】シース管中に挿入したブロックに対し、脱ガス
および真空密封を行っている状態を示す概念図である。

【図８】シース管で覆われたブロックを熱間圧延してい
る状態を示す断面図である。

【図９】上記製造方法により製造されたアルミニウム合
金素材を示す斜視図である。

【符号の説明】

１アルミニウム合金素材２溶湯３ルツボ４ヒータ５双ロール６薄帯７金型８ブロック１０圧延ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化粒子となる金属間化合物の構成元素
のうち、少なくとも１種類以上の元素を全体の１〜４０
重量％とし、残りを不可避不純物を含むＡｌとした組成
物を溶解し、この溶解した溶湯を回転するロールにより
急冷して薄帯を得るとともに、該薄帯を圧縮してブロッ
ク状に固め、その後、該ブロックを熱間圧延してアルミ
ニウム合金素材を製造することを特徴とするアルミニウ
ム合金の製造方法。
【請求項２】請求項１の製造方法によって製造される
アルミニウム合金。