JPH08176702A - 形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金製部材 - Google Patents

形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金製部材

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JPH08176702A
JPH08176702A JP32462894A JP32462894A JPH08176702A JP H08176702 A JPH08176702 A JP H08176702A JP 32462894 A JP32462894 A JP 32462894A JP 32462894 A JP32462894 A JP 32462894A JP H08176702 A JPH08176702 A JP H08176702A
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JP
Japan
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aluminum alloy
shape memory
alloy
aluminum
arbor
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JP32462894A
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Hironori Kii
博徳 紀
Dei Aamusutorongu Uiriamu
D. アームストロング ウィリアム
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 合金繊維強化Al合金の芯金を、Al又はA
l合金で鋳ぐるみ時や、その後の熱処理時に発生する応
力を低減し、剥離や割れを防止して疲労強度の優れたA
l合金製部材、及び、前記Al合金製のスクロール型コ
ンプレッサー部品を提供しようとするものである。 【構成】 NiTi形状記憶合金繊維で強化したAl合
金、好ましくは6061アルミニウム合金よりなる芯金
を、Al又はAl合金、好ましくは6061アルミニウ
ム合金で鋳ぐるんだことを特徴とする形状記憶合金繊維
強化Al合金製部材及びスクロール型コンプレッサー部
品である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い疲労強度を必要と
する高強度アルミニウム合金製部材、及び、該合金製の
スクロール型コンプレッサー部品に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム又はアルミニウム合金製ス
クロール型コンプレッサー部品の疲労強度を向上させる
ために、SiCウィスカー強化アルミニウム合金をアル
ミニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるむことは、特願
昭61─114745号に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図8は、上記の高強度
アルミニウム部品の1例である。SiCウィスカー強化
アルミニウム合金製の芯金01を、アルミニウム又はア
ルミニウム合金02で鋳ぐるんだ状態を示したものであ
る。このような高強度アルミニウム部品は、両者の材料
の熱膨張係数が大きく異なること、及び、SiCウィス
カー強化アルミニウム合金の破壊靱性が低いことなどか
ら、鋳ぐる時や熱処理時において接合境界層03に剥離
や割れを生ずることがある。
【0004】そこで、本発明は、上記の欠点を解消し、
合金繊維で強化したアルミニウム合金の芯金を、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるみ時や、その後の
熱処理時に発生する応力を低減し、剥離や割れを防止し
て疲労強度の優れたアルミニウム合金製部材、及び、前
記アルミニウム合金製のスクロール型コンプレッサー部
品を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1) NiTi
形状記憶合金繊維で強化したアルミニウム合金よりなる
芯金を、アルミニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるん
だことを特徴とする形状記憶合金繊維強化アルミニウム
合金製部材、(2) NiTi形状記憶合金繊維で強化した
6061アルミニウム合金よりなる芯金を、アルミニウ
ム又は6061アルミニウム合金で鋳ぐるんだことを特
徴とする形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金製部
材、及び、(3) 上記(1) 又は(2) 記載の形状記憶合金繊
維強化アルミニウム合金よりなる芯金を少なくとも応力
集中部に配置してアルミニウム又はアルミニウム合金で
鋳ぐるんだことを特徴とするスクロール型コンプレッサ
ー部品である。
【0006】
【作用】本発明者等は、アルミニウム又はアルミニウム
合金で鋳ぐるんだ複合材料の割れについて種々検討し
た。複合材料中の強化材料とマトリックス材料との境界
や、複合材料とその周囲のアルミニウム母材との境界な
どは、鋳ぐるみ工程やその後の溶体化処理における、高
温状態からの冷却によって熱応力が発生する。その熱応
力の大きさは両者の熱膨張係数の差に支配される。
【0007】因みに、本発明に適した6061アルミニ
ウム合金の熱膨張係数は、23.4×10-6/℃である
のに対し、従来の強化アルミニウム合金に使用するSi
Cウィスカーの熱膨張係数は4.5×10-6/℃とおよ
そ1桁相違するが、本発明で使用するNiTi形状記憶
合金繊維の熱膨張係数は11.0×10-6/℃と、Si
Cウィスカーと比較して2倍以上の大きさを有し、60
61アルミニウム合金により近い値を有しているため、
鋳ぐるみ工程や溶体化処理における発生応力を小さくす
ることができ、その結果、剥離や割れの発生を防止する
ことができるようになった。なお、上記6061アルミ
ニウム合金の代わりにAC8Aアルミニウム合金鋳物を
使用することもできる。
【0008】本発明で使用するNiTi形状記憶合金組
成は、形状記憶特性を発揮させるために、Ni含有量が
49〜51重量%の範囲が好ましい。
【0009】また、本発明に適した6061アルミニウ
ム合金組成は、Si:0.40〜0.80重量%、F
e:0.7重量%以下、Cu:0.15〜0.40重量
%、Mn:0.15重量%以下、Mg:0.8〜1.2
重量%、Cr:0.04〜0.35重量%、Zn:0.
25重量%以下、Ti:0.15重量%以下、不可避的
不純物及び及び残部Alからなる。
【0010】SiCウィスカーとNiTi形状記憶合金
繊維とは、材料強度的にも大きな相違があり、SiCウ
ィスカーが弾性材料であるのに対し、NiTi形状記憶
合金繊維は塑性変形を生ずる材料である。この強化材料
の基本特性の相違は、複合材料の破断延性にも大きな影
響を与える。因みに、SiCウィスカー強化アルミニウ
ム合金の破断伸びが3〜4%程度であるのに対し、Ni
Ti形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金の破断伸び
は10〜40%程度であり、良好な特性を有している。
さらに、破壊に直接関係する破断靱性値についても、N
iTi形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金の値は、
SiCウィスカー強化アルミニウム合金の3〜4倍の値
を示し、破断に対する抵抗力の大きいことが分かる。
【0011】形状記憶合金繊維強化合金については、本
発明者等が先に特願平5─68366号明細書において
提案した。本発明にかかるNiTi形状記憶合金繊維強
化アルミニウム合金芯金は、5〜70体積%、好ましく
は15〜70体積%、より好ましくは25〜70体積%
の範囲で形状記憶合金繊維を、アルミニウム合金母材中
に一方向に配向させたものである。繊維の含有率が50
体積%程度のときに、疲労強度は6割程度まで向上す
る。上記芯金の母材は、上記の6061アルミニウム合
金、AC8Aアルミニウム合金等が適している。
【0012】NiTi形状記憶合金繊維強化アルミニウ
ム合金よりなる芯金は、アルミニウム又はアルミニウム
合金で鋳ぐるむことにより、発生応力の低減、強度や加
工性の向上が可能となり、鋳ぐるむ時や熱処理時におけ
る剥離や割れの発生を防ぎ、部材の疲労強度を向上させ
ることができる。このような部材としては、応力集中部
など疲労強度を必要とするスクロールコンプレッサー部
品、特に、ラップ先端付根等の応力集中部を有する部品
の製造に適している。ここで使用する鋳ぐるみ用のアル
ミニウム合金は、熱応力等の特性が同じ、上記の芯金用
アルミニウム合金を使用することが好ましい。
【0013】図7は、芯金の鋳ぐるむ手順を示したもの
である。NiTi形状記憶合金繊維強化アルミニウム合
金よりなる芯金11を鋳型13に固定し、鋳ぐるみ用の
アルミニウム又はアルミニウム合金12、例えば、60
61アルミニウム合金を鋳型13に注入し、鋳型から取
り出した成形体14の表面を加工してコーナー部16を
備えた製品15を完成する。
【0014】
【実施例】
(実施例1)本発明の実施例を図1、2により説明す
る。図1はスクロール型コンプレッサー部品の平面図で
あり、図2は図1のa−a断面図である。一般に、この
種のコンプレッサー部品は繰り返し曲げ荷重を受け、ラ
ップ21の先端22では使用時の発生応力が高いため、
応力低減の目的でラップ高さを制限する必要がある。ラ
ップ高さを高くするためには、ラップ先端付根23の応
力の疲労強度向上が必要になる。そこで、本発明では、
図1及び2のように、ラップ先端22においてNiTi
形状記憶合金繊維強化6061アルミニウム合金の芯金
11を、6061アルミニウム合金等で鋳ぐるむことに
より疲労強度の向上を図った。
【0015】NiTi形状記憶合金繊維強化6061ア
ルミニウム合金の芯金11の形状と部材への配置の仕方
は、種々のタイプのものを使用できる。図3は、ストレ
ート丸棒31の先端を鋳ぐるんだ例である。ラップ先端
の応力集中部Aに発生する亀裂は応力の高いA,B断面
の方向に進展する傾向があが、上記の芯金31を挿入す
ることにより、その進展を阻止することが可能となる。
【0016】図3の例は、鋳ぐるみ製造が容易である
が、スクロール底面方向(AC断面)に亀裂が進展する
可能性がないとは言えない。そこで、図4では、段付形
状を有するNiTi形状記憶合金繊維強化6061アル
ミニウム合金の芯金32を、6061アルミニウム合金
等で鋳ぐるんだ。この場合は繊維の配向方向をラップ先
端付根Aの形状に合わせて曲げており、強度向上効果を
有利に作用させている。応力集中部Aに発生した亀裂
は、AB断面、AC断面の何れの方向にもその進展を阻
止することができる。
【0017】図5の例では、ラップ先端の応力集中部A
近傍のみに、NiTi形状記憶合金繊維強化6061ア
ルミニウム合金の芯金33を挿入した例である。疲労亀
裂の発生は、引張応力が作用するコーナー部Aに限定さ
れるので、図5のような使用方法でも十分な効果を奏す
る。
【0018】以上の例では、スクロールラップ先端の加
工精度を、6061アルミニウム合金のみで製造された
ものと同等にするために、NiTi形状記憶合金繊維強
化6061アルミニウム合金の芯金の表面には、606
1アルミニウム合金層を残している。しかし、NiTi
形状記憶合金繊維強化6061アルミニウム合金は機械
加工が可能であるので、図6に示すようにNiTi形状
記憶合金繊維強化6061アルミニウム合金の芯金34
を表面に露出させた状態で挿入することも可能であり、
強度向上効果が有効に発揮される。
【0019】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、NiTi形状記憶合金繊維強化アルミニウム合
金、特に、6061アルミニウム合金芯金を、6061
アルミニウム合金で鋳ぐるむことにより、鋳ぐるむ時や
熱処理時に発生する応力を低減し、かつ、静的強度や加
工性の優れた高強度アルミニウム部材、特に、スクロー
ル型コンプレッサー部品の提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のスクロール型コンプレッサー部品の構
成図である。
【図2】図1のa−a断面図である。
【図3】実施例のNiTi形状記憶合金繊維強化アルミ
ニウム合金よりなる丸棒状の芯金を挿入した例の説明図
である。
【図4】実施例にかかる、段付形状のNiTi形状記憶
合金繊維強化アルミニウム合金を挿入した例の説明図で
ある。
【図5】実施例のラップ先端部の応力集中部のみにNi
Ti形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金を挿入した
例の説明図である。
【図6】実施例のラップ先端部にNiTi形状記憶合金
繊維強化アルミニウム合金を露出させた例の説明図であ
る。
【図7】NiTi形状記憶合金繊維強化アルミニウム合
金よりなる芯金をアルミニウム又は6061アルミニウ
ム合金等で鋳ぐるむ手順を示した説明図である。
【図8】従来のSiCウィスカー強化アルミニウム合金
性芯金をアルミニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるん
だ部材の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22K 1:00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NiTi形状記憶合金繊維で強化したア
    ルミニウム合金よりなる芯金を、アルミニウム又はアル
    ミニウム合金で鋳ぐるんだことを特徴とする形状記憶合
    金繊維強化アルミニウム合金製部材。
  2. 【請求項2】 NiTi形状記憶合金繊維で強化した6
    061アルミニウム合金よりなる芯金を、アルミニウム
    又は6061アルミニウム合金で鋳ぐるんだことを特徴
    とする形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金製部材。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の形状記憶合金繊維
    強化アルミニウム合金よりなる芯金を、少なくとも応力
    集中部に配置して鋳ぐるんだことを特徴とするスクロー
    ル型コンプレッサー部品。
JP32462894A 1994-12-27 1994-12-27 形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金製部材 Withdrawn JPH08176702A (ja)

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