JPH08157996A - High strength aluminum alloy excellent in heat resistance - Google Patents
High strength aluminum alloy excellent in heat resistanceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、耐熱性に優れた高強
度アルミニウム合金に関し、特に高温雰囲気において用
いられるエンジンやコンプレッサ−等の部品の材料に適
するアルミニウム合金に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-strength aluminum alloy having excellent heat resistance, and particularly to an aluminum alloy suitable as a material for parts such as engines and compressors used in a high temperature atmosphere.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、コンロッド等のエンジン部品、コ
ンプレッサ−等の部品には、鉄系の材料が使用されてい
たが、それら材料の軽量化は、高出力、燃料効率の向
上、低騒音化および低振動への寄与が大きいことから、
最近それら部品の軽量化に対する要望が強くなってい
る。これらの部品を軽量化するために、軽量で且つ高強
度のアルミニウム合金が有望視されており、その使用が
検討されている。2. Description of the Related Art Conventionally, iron-based materials have been used in engine parts such as connecting rods and parts such as compressors. However, the weight reduction of these materials leads to high output, improved fuel efficiency, and low noise. And a large contribution to low vibration,
Recently, there has been a strong demand for reducing the weight of these parts. In order to reduce the weight of these parts, a lightweight and high-strength aluminum alloy is considered promising and its use is being studied.
【０００３】ところで、これらの部材は、常温から２０
０℃までの比較的広い温度範囲で使用されることが多
く、常温及び高温における強度が高いことが必要とされ
る。従来の高強度アルミニウム合金には、７０７５合金
等のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金がある。しかし、これらの
アルミニウム合金は高温で長時間保持されると、強度が
著しく低下するという欠点がある。一方、従来の耐熱ア
ルミニウム合金には、２６１８合金および２２１９合金
等がある。しかし、これらの材料の高温強度も未だ不十
分である。By the way, these components are kept at room temperature to 20 ° C.
It is often used in a relatively wide temperature range up to 0 ° C, and high strength at room temperature and high temperature is required. Conventional high-strength aluminum alloys include Al-Zn-Mg-based alloys such as 7075 alloy. However, these aluminum alloys have a drawback that their strength remarkably decreases when they are held at high temperature for a long time. On the other hand, conventional heat-resistant aluminum alloys include 2618 alloy and 2219 alloy. However, the high temperature strength of these materials is still insufficient.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は、
高温で長時間保持すると強度が低下し、高温強度が未だ
十分ではないという問題を有している。従って、本発明
の目的は、上述した問題点を解決し、常温から２００℃
までの広い温度範囲において、従来の耐熱アルミニウム
合金よりも優れた高温強度を有する耐熱アルミニウム合
金を提供することにある。However, the prior art is
When it is kept at a high temperature for a long time, the strength is lowered and there is a problem that the high temperature strength is still insufficient. Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to reduce the temperature from room temperature to 200 ° C.
To provide a heat-resistant aluminum alloy having a high temperature strength superior to that of a conventional heat-resistant aluminum alloy in a wide temperature range.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明による耐熱性に優
れた高強度アルミニウム合金は、Ｃｕ：５．０〜７．０
wt.% 、Ｍｇ：０．２〜０．６ wt.% 、Ｍｎ：０．１５
〜０．６ wt.% 、Ｚｒ：０．０５〜０．２５ wt.% 、
Ｖ：０．１５超〜０．２５ wt.% 、Ｓｉ：０．２５ wt.
% 以下、Ｆｅ：０．４０ wt.% 以下、および、Ｔｉ：
０．０１〜０．０５wt.% を含有し、残部がアルミニウ
ム（Ａｌ）および不可避的不純物からなることに特徴を
有するものである。The high-strength aluminum alloy excellent in heat resistance according to the present invention is Cu: 5.0 to 7.0.
wt.%, Mg: 0.2 to 0.6 wt.%, Mn: 0.15
~ 0.6 wt.%, Zr: 0.05-0.25 wt.%,
V: over 0.15 to 0.25 wt.%, Si: 0.25 wt.
% Or less, Fe: 0.40 wt.% Or less, and Ti:
It is characterized by containing 0.01 to 0.05 wt.% And the balance being aluminum (Al) and inevitable impurities.
【０００６】[0006]
【作用】以下、この発明のアルミニウム合金の化学成分
組成を上述した範囲内に限定した理由について述べる。The reason why the chemical composition of the aluminum alloy of the present invention is limited to the above range will be described below.
【０００７】(1) Ｃｕ：Ｃｕは、析出効果により常温及
び高温強度を向上させるために必要不可欠な元素であ
る。Ｃｕはアルミニウム合金中において、ＣｕＡｌ2 と
して析出することによりＡｌ合金の強度を向上させる。
しかしながら、Ｃｕ含有量が、５ wt.% 未満では、上記
効果が小さく十分な強度のＡｌ合金が得られない。一
方、Ｃｕ含有量が７ wt.% を超えると、鋳造時に巨大な
ＣｕＡｌ2 化合物が晶出するようになるため、押出性及
び鍛造性等の加工性が低下する。従って、Ｃｕ含有量を
５．０〜７．０ wt.% の範囲内に限定すべきである。(1) Cu: Cu is an indispensable element for improving the normal temperature and high temperature strength by the precipitation effect. Cu improves the strength of the Al alloy by precipitating as CuAl 2 in the aluminum alloy.
However, if the Cu content is less than 5 wt.%, The above effect is small and an Al alloy having sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if the Cu content exceeds 7 wt.%, A huge CuAl 2 compound comes to crystallize during casting, resulting in deterioration of workability such as extrudability and forgeability. Therefore, the Cu content should be limited to the range of 5.0 to 7.0 wt.%.
【０００８】(2) Ｍｇ：Ｍｇは、Ａｌ合金のマトリック
スを固溶強化し、ＣｕＡｌ2 の析出を促進してＡｌ合金
を硬化させるために有効な元素である。しかしながら、
その含有量が０．２ wt.% 未満では、上記効果が小さ
く、十分な強度が得られない。一方、Ｍｇ含有量が０．
６ wt.% を超えると、融点が低下するので、溶体化処理
温度を低くしなければならないため、逆にＣｕＡｌ2 析
出による強度向上効果を低減させてしまう。従って、Ｍ
ｇ含有量を０．２〜０．６ wt.% の範囲内に限定すべき
である。(2) Mg: Mg is an element effective for solid-solution strengthening the matrix of the Al alloy and promoting the precipitation of CuAl 2 to harden the Al alloy. However,
If the content is less than 0.2 wt.%, The above effect is small and sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, the Mg content is 0.
If it exceeds 6 wt.%, The melting point is lowered, so the solution treatment temperature must be lowered, and conversely the strength improving effect due to CuAl 2 precipitation is reduced. Therefore, M
The g content should be limited to the range of 0.2-0.6 wt.%.
【０００９】(3) Ｍｎ：Ｍｎは、Ａｌ合金を固溶強化す
ると共に、その組織を繊維組織化して強度を向上させる
効果がある。しかしながら、その含有量が０．１５ wt.
% 未満では、上記効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が
０．６ wt.% を超えると、巨大な晶出物が発生して塑性
加工時に割れが生じ易くなり、また、材料破壊の起点と
なるため、逆に、Ａｌ合金の強度は低下する。従って、
Ｍｎ含有量を、０．１５〜０．６ wt.% の範囲内に限定
すべきである。(3) Mn: Mn has the effects of solid-solution strengthening the Al alloy and making its structure a fiber structure to improve the strength. However, its content is 0.15 wt.
If it is less than%, the above effect is small. On the other hand, when the Mn content exceeds 0.6 wt.%, Huge crystallized substances are generated, cracks are likely to occur during plastic working, and this becomes the starting point of material destruction. Strength is reduced. Therefore,
The Mn content should be limited to the range of 0.15-0.6 wt.%.
【００１０】(4) Ｚｒ及びＶ：Ｚｒ及びＶは、Ａｌ合金
の組織を繊維組織化して強度を向上させる効果がある。
また、Ａｌ3 （Ｚｒ，Ｖ）金属間化合物は、マトリック
スとの整合性を有し、共通の滑り面を有することから、
高温下においても粗大化しにくいため、高温強度の低下
を抑制する働きをする。しかしながら、Ｚｒ含有量が、
０．０５ wt.%未満、または、Ｖ含有量が０．１５ wt.%
以下では、上記効果が小さく、十分な強度のＡｌ合金
が得られない。一方、Ｚｒ含有量又はＶ含有量の何れか
一方が０．２５ wt.% を超えると、巨大な晶出物が発生
し、これが加工性を低下させる原因となるので、Ａｌ合
金の強度が低下する。従って、Ｚｒ含有量を０．０５〜
０．２５ wt.% の範囲内に、そして、Ｖ含有量を０．１
５超〜０．２５ wt.% の範囲内に限定すべきである。(4) Zr and V: Zr and V have an effect of improving the strength by forming the Al alloy structure into a fiber structure.
In addition, since the Al 3 (Zr, V) intermetallic compound has compatibility with the matrix and has a common sliding surface,
Since it does not easily coarsen even at high temperatures, it works to prevent the deterioration of high temperature strength. However, if the Zr content is
Less than 0.05 wt.% Or V content of 0.15 wt.%
Below, the above effect is small and an Al alloy having sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if either the Zr content or the V content exceeds 0.25 wt.%, A huge crystallized substance is generated, which causes the workability to be deteriorated, so that the strength of the Al alloy is deteriorated. To do. Therefore, the Zr content is 0.05 to
Within the range of 0.25 wt.% And V content of 0.1
It should be limited to the range of more than 5 to 0.25 wt.%.
【００１１】(5) Ｓｉ：Ｓｉは不純物として混入する不
可避的不純物の１つであり、Ａｌ合金の強度向上に有効
なＣｕと晶出物を形成するため、ＣｕによるＡｌ合金の
強度向上効果を阻害する。Ｓｉ含有量が、０．２５ wt.
% を超えると上記弊害が顕れる。従って、Ｓｉ含有量
を、０．２５ wt.% 以下に限定すべきである。(5) Si: Si is one of the unavoidable impurities mixed in as an impurity, and forms a crystallized substance with Cu which is effective for improving the strength of the Al alloy. Inhibit. Si content is 0.25 wt.
When it exceeds%, the above-mentioned harmful effects become apparent. Therefore, the Si content should be limited to 0.25 wt.% Or less.
【００１２】(6) Ｆｅ：Ｆｅは、Ｓｉと同様、不純物と
して混入する不可避的不純物の１つであり、Ａｌ合金の
強度向上に有効なＣｕと晶出物を形成するため、Ｃｕに
よるＡｌ合金の強度向上効果を阻害する。Ｆｅ含有量
が、０．４０ wt.% を超えると上記弊害が顕れる。従っ
て、Ｆｅ含有量を、０．４０ wt.% 以下に限定すべきで
ある。(6) Fe: Fe is one of the unavoidable impurities mixed in as an impurity like Si, and forms a crystallized substance with Cu which is effective for improving the strength of the Al alloy. Hinders the strength improvement effect of. If the Fe content exceeds 0.40 wt.%, The above-mentioned harmful effects will appear. Therefore, the Fe content should be limited to 0.40 wt.% Or less.
【００１３】(7) Ｔｉ：Ｔｉは、鋳塊組織を微細化し、
Ａｌ合金の機械的性質を安定化させる効果を有する。し
かしながら、Ｔｉ含有量が０．０１ wt.% 未満では、上
記効果を十分発揮せず、また、鋳造割れが発生し易い。
一方、Ｔｉ含有量が０．０５ wt.% を超えると、Ａｌ合
金の熱間加工性が劣化する。従って、耐熱性に優れた高
強度アルミニウム合金を得るためには、Ｔｉ含有量を
０．０１〜０．０５ wt.% の範囲内に限定すべきであ
る。(7) Ti: Ti refines the ingot structure,
It has the effect of stabilizing the mechanical properties of the Al alloy. However, if the Ti content is less than 0.01 wt.%, The above effects are not sufficiently exhibited, and casting cracks are likely to occur.
On the other hand, when the Ti content exceeds 0.05 wt.%, The hot workability of the Al alloy deteriorates. Therefore, in order to obtain a high strength aluminum alloy having excellent heat resistance, the Ti content should be limited to the range of 0.01 to 0.05 wt.%.
【００１４】上述した化学成分組成を有する本発明のＡ
ｌ合金から、従来と同様の鋳造工程によってＡｌ合金鋳
塊を調製し、更に、従来と同様の押出、鍛造及び溶体化
処理等を含む製造工程によってＡｌ合金材料を製造する
ことができ、これをＡｌ合金製品の加工に供することが
できる。A of the present invention having the above chemical composition
It is possible to prepare an Al alloy ingot from the l alloy by a casting process similar to the conventional one, and further to produce an Al alloy material by a production process including extrusion, forging, solution treatment and the like similar to the conventional one. It can be used for processing Al alloy products.
【００１５】[0015]
【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。表１に示す、本発明の範囲内の化学成分組成を有す
る本発明合金Ｎo.１〜１１、及び、本発明の範囲外の化
学成分組成を有する比較用合金Ｎo.１〜１０のＡｌ合金
の各々を通常の方法で溶製し、次いで通常の鋳造法で直
径２３０ｍｍの鋳塊を調製した。EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples. Inventive alloys No. 1 to 11 having chemical composition within the range of the present invention and Al alloys of comparative alloy No. 1 to 10 having chemical composition outside the range of the present invention shown in Table 1 Each was melted by a usual method, and then an ingot having a diameter of 230 mm was prepared by a usual casting method.
【００１６】[0016]
【表１】 [Table 1]
【００１７】次に、上記鋳塊に対して通常行われる範囲
内の均質化処理を施した。その後、各鋳塊を押出温度：
４５０℃で押出し、直径７０ｍｍの丸棒を調製した。次
に、各丸棒からＪＩＳ４号引張試験片を採取し、これ
に、Ｔ６処理（５２５℃で２時間の溶体化処理、水焼入
後、２００℃で５時間の時効処理）を施した。このよう
にして、本発明合金から調製された供試体（以下、本発
明供試体という）、および、比較用合金から調製された
供試体（以下、比較用供試体という）について、常温強
度および高温強度の試験をした。但し、高温強度試験
は、前記引張試験片を、温度１５０℃で１００時間保持
した場合、及び温度２００℃で１００時間保持した場合
について行なった。その試験結果を表２に示す。Next, the ingot was subjected to a homogenizing treatment within the range usually performed. Then extruding each ingot:
Extrusion was carried out at 450 ° C. to prepare a round bar having a diameter of 70 mm. Then, JIS No. 4 tensile test pieces were taken from each round bar, and subjected to T6 treatment (solution treatment at 525 ° C. for 2 hours, water quenching, and then aging treatment at 200 ° C. for 5 hours). As described above, the specimen prepared from the alloy of the present invention (hereinafter referred to as the specimen of the present invention) and the specimen prepared from the comparative alloy (hereinafter referred to as the comparative specimen) have room temperature strength and high temperature. The strength was tested. However, the high temperature strength test was carried out when the tensile test piece was held at a temperature of 150 ° C. for 100 hours and when it was held at a temperature of 200 ° C. for 100 hours. Table 2 shows the test results.
【００１８】[0018]
【表２】 [Table 2]
【００１９】表２から、下記事項がわかる。化学成分組
成が、１つでも本発明の範囲外である比較用供試体の高
温強度は、本発明供試体のそれと比較して、すべて劣っ
ている。即ち、高温強度について、比較用供試体と内
の、Ｎo.１および２は各々、Ｃｕ含有量が本発明の範囲
外に過多および過少であるため、Ｎo.３（従来の耐熱合
金である２２１９合金）および４は各々、Ｍｇ含有量が
本発明の範囲外に過少および過多であるため、Ｎo.５
は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲外に過多であるため、Ｎ
o.６は不純物としてのＣｒを含有しているため、Ｎo.７
は、Ｚｒ含有量が本発明の範囲外に低く且つ不純物とし
てのＮｉを含有しているため、Ｎo.８は、Ｖ含有量が本
発明の範囲外に高いため、Ｎo.９は、Ｚｒが本発明の範
囲外に高いため、そして、Ｎo.１０（従来の耐熱合金で
ある２６１８合金）は、Ｃｕ、Ｍｎ、ＺｒおよびＶの含
有量が本発明の範囲外に低く、ＭｇおよびＦｅ含有量が
本発明の範囲外に高く、そして、本発明においては不可
避的不純物であるＣｒおよびＮｉを含有しているため、
いずれも本発明供試体よりも劣っている。The following matters can be seen from Table 2. The high-temperature strength of the comparative specimens having even one chemical composition outside the scope of the present invention is inferior to that of the specimens of the present invention. That is, regarding the high temperature strength, No. 1 and No. 2 in the comparative specimen have Cu contents exceeding and below the range of the present invention, respectively. Alloys 4 and 4 have Mg contents outside and outside the range of the present invention, respectively.
Since the Mn content is too large outside the scope of the present invention, N
No. 7 because o.6 contains Cr as an impurity.
Has a low Zr content outside the range of the present invention and contains Ni as an impurity. Therefore, No. 8 has a high V content outside the range of the present invention. Since the content of Cu, Mn, Zr, and V is low outside the scope of the present invention, since the content of Cu, Mn, Zr, and V is low outside the scope of the present invention, the content of Cu and Mn is low. Is outside the scope of the present invention, and contains Cr and Ni which are inevitable impurities in the present invention,
Both are inferior to the test sample of the present invention.
【００２０】これに対して、本発明供試体は、すべて、
高温強度について優れており、しかも、常温強度につい
ても従来の耐熱合金である２２１９合金および２６１８
合金よりも優れており、またその他の比較用合金と比較
しても同等以上の水準にある。On the other hand, all the samples of the present invention are
2219 alloy and 2618, which are conventional heat-resistant alloys excellent in high temperature strength and also in room temperature strength
It is superior to alloys and is at or above the same level as other comparative alloys.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上述べたように、本発明のＡｌ合金に
よれば、常温強度および高温強度について、従来の耐熱
Ａｌ合金よりも優れたものが得られ、従って、エンジ
ン、コンプレッサ−等の常温から比較的高温雰囲気まで
において使用される機械類の構成部品用材料として適し
たアルミニウム合金を提供することができる、工業上有
用な効果がもたらされる。As described above, according to the Al alloy of the present invention, it is possible to obtain a room temperature strength and a high temperature strength which are superior to those of the conventional heat resistant Al alloy, and therefore, the room temperature strength of the engine, the compressor, etc. To industrially useful effects, which can provide an aluminum alloy suitable as a material for a component of machinery used in a high temperature atmosphere to a relatively high temperature atmosphere.
Claims (1)
wt.% 、 マグネシウム（Ｍｇ）：０．２〜０．６ wt.% 、 マンガン（Ｍｎ） ：０．１５〜０．６ wt.% 、 ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０５〜０．２５ wt.% 、 バナジウム（Ｖ） ：０．１５超〜０．２５ wt.% 、 シリコン（Ｓｉ） ：０．２５ wt.% 以下、 鉄（Ｆｅ） ：０．４０ wt.% 以下、および、 チタン（Ｔｉ） ：０．０１〜０．０５ wt.% を含有し、残部がアルミニウム（Ａｌ）および不可避的
不純物からなることを特徴とする、耐熱性に優れた高強
度アルミニウム合金。1. Copper (Cu): 5.0 to 7.0
wt.%, magnesium (Mg): 0.2 to 0.6 wt.%, manganese (Mn): 0.15 to 0.6 wt.%, zirconium (Zr): 0.05 to 0.25 wt. %, Vanadium (V): more than 0.15 to 0.25 wt.%, Silicon (Si): 0.25 wt.% Or less, iron (Fe): 0.40 wt.% Or less, and titanium (Ti ): A high-strength aluminum alloy having excellent heat resistance, containing 0.01 to 0.05 wt.%, And the balance being aluminum (Al) and inevitable impurities.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33061394A JPH08157996A (en) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | High strength aluminum alloy excellent in heat resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33061394A JPH08157996A (en) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | High strength aluminum alloy excellent in heat resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08157996A true JPH08157996A (en) | 1996-06-18 |
Family
ID=18234626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33061394A Pending JPH08157996A (en) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | High strength aluminum alloy excellent in heat resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08157996A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100436622C (en) * | 2006-01-09 | 2008-11-26 | 中南大学 | Hot processing tech. of aluminium base copper alloy tank board |
| JP2020066785A (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 日本軽金属株式会社 | Extrusion material for impeller and method for manufacturing the same |
-
1994
- 1994-12-07 JP JP33061394A patent/JPH08157996A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100436622C (en) * | 2006-01-09 | 2008-11-26 | 中南大学 | Hot processing tech. of aluminium base copper alloy tank board |
| JP2020066785A (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 日本軽金属株式会社 | Extrusion material for impeller and method for manufacturing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040907 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |