JPH0823051B2 - 超塑性発現炭化チタン粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法 - Google Patents

超塑性発現炭化チタン粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法

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JPH0823051B2
JPH0823051B2 JP4450793A JP4450793A JPH0823051B2 JP H0823051 B2 JPH0823051 B2 JP H0823051B2 JP 4450793 A JP4450793 A JP 4450793A JP 4450793 A JP4450793 A JP 4450793A JP H0823051 B2 JPH0823051 B2 JP H0823051B2
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恒道 今井
馬渕  守
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭化チタン粒子を強化材
として含むアルミニウム合金で、しかも、超塑性変形の
特徴を生ずる複合金属材料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスウイスカ又は粒子強化アル
ミニウム複合材料は比弾性率が従来の金属材料の約2
倍、比強度はチタン合金に匹敵する程高く、また、耐熱
性や耐摩耗性、熱的寸法安定性、熱伝導性に優れてお
り、ピストン等の中高温機械部品ばかりでなく航空宇宙
分野での構造物への応用が図られている。また、半導体
等の電子機器のパッケージへの応用も期待されている。
【0003】近年、セラミックスウイスカや粒子強化ア
ルミニウム複合材料に約0.1毎秒の高歪速度で超塑性
が発現することが見い出されてきた。そして、この高速
超塑性現象を利用した効率的なニィヤーネットシェイプ
成形により、航空宇宙分野等において、複雑な形状で表
面積が広く、しかも、立体的な構造物を高効率生産でき
る技術の確立が可能になってきた。
【0004】しかし、従来開発された超塑性セラミック
スウイスカまたは粒子強化アルミニウム複合材料で用い
られていた強化材料は炭化ケイ素SiCや窒化ケイ素S
34セラミックスウイスカ又は粒子及び窒化アルミニ
ウムAlN粒子に限られている。製造方法はこれらのS
iCやSi34とアルミニウム合金粉末とを混合後加圧
焼結し、更に、加工熱処理(溶体化処理ー時効処理ー温
間圧延加工ー再結晶処理)によりマトリックスの結晶粒
を微細化し超塑性が発現されている。例えば、炭化け
い素ウイスカ強化2124アルミニウム複合材料は、鍛
造後圧延加工により板形状にされ、約0.2毎秒で約3
50%の超塑性伸びを生じている。炭化けい素粒子強
化7064アルミニウム複合材料がと同じ方法で製造
され、約0.0001毎秒の歪速度で約500%の超塑
性伸びを生じている。又、発明者らは微細なアルミニウ
ム合金粉末と窒化けい素ウイスカや粒子及び窒化アルミ
ニム粒子の強化材料を混合し、粉末冶金法により窒化け
い素ウイスカおよび粒子強化アルミニウム合金複合材料
及び窒化アルミニウム粒子強化アルミニム合金複合材料
を造った。窒化けい素ウイスカ強化2124、606
1、7064アルミニウム複合材料に対し、押し出しの
み、鍛造後熱間押出し加工、または、押し出し加工後圧
延加工を行い、約0.1毎秒に歪速度で250以上%か
ら600%の全伸びを達成した。そして、窒化アルミ
ニウム粒子AlN強化アルミニウム合金複合材料に対し
熱間押し出し加工と熱間圧延加工を行い、0.03から
1.0毎秒の高歪速度で約300%以上の全伸びを生じ
ることを見い出した。
【0005】従来はSiCとSi34で強化されたアル
ミニム合金複合材料の超塑性に関する研究開発は活発に
行われてきた。しかし、発明者がAlN粒子強化アルミ
ニウム合金複合材料に超塑性発現を見い出した以外、一
般のセラミックス粒子強化アルミニウム合金複合材料に
超塑性が発現する可能性については実験的に示した報告
はほとんど見られず、それらに対する超塑性加工の適用
は考えられなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム基複合材
料の強化材としては炭化けい素SiCや窒化けい素Si
34ウイスカや粒子、窒化アルミニウムAlN粒子、以
外にも炭化チタンTiC粒子、アルミナ粒子、ボライド
TiB2粒子等が用いられている。この内、TiC粒子
はSiCに劣らない程極めて硬く、高温においても安定
であり、又、電気絶縁性が高く、TiC粒子強化複合材
料は比弾性率が高く又、高温強度に優れているといわれ
ており、SiCやSi34ウイスカや粒子強化複合材料
に劣らない高強度複合材料が製造できると期待される。
しかし、TiC粒子はアルミニウム溶湯と反応し、脆い
Al34ができ易く、超塑性は簡単には発現しないよう
に考えられていた。
【0007】これらの複合材料に超塑性を発現させるに
は 超塑性発現温度において、強化材料とアルミニウム
マトリックスとの界面上で滑り変形が起こらないとこの
界面で亀裂が生じ、大きな伸びを発生できないことにな
る。従って、マトリックスの結晶粒が微細であり、且つ
この界面での滑り変形が可能になる界面を形成すること
が超塑性発現には重要である。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、上
記問題点を解決すべく、炭化チタン粒子を強化材として
含むアルミニウム複合材料を製造するプロセスにおいて
TiC粒子とアルミニウムマトリックスとの界面に脆い
Al43が生じないようにアルミニウム合金が固相状態
で加圧焼結する。又、押し出し後圧延加工の超塑性発現
プロセスではできるだけ加工時間を短くなるように行
い、界面に反応生成物が生じないようにした。TiC粒
子でも界面に脆いAl43が形成されなければ、炭化け
い素ウイスカや粒子と同じ炭化物であるので界面に滑り
変形を可能にする固相温度が低いアルミニウム固溶体を
形成できる化学的条件を備えていると考えられる。又、
押し出し加工と圧延加工を組合せた加工熱処理法はマグ
ネシウムMgの濃度が高いアルミニウム固溶体の薄い相
を複合材料の界面に形成させる力学的条件を与えると考
えられる。そして、炭化チタン粒子はアルミニウムマト
リックスとはAl43等の反応生成物が生ずることが知
られているが、アルミニウムが固相状態の場合には、
又、半溶融状態のアルミニウムとの接触時間が短けれ
ば、クリーンな界面をつくることができる。
【0009】超塑性発現温度においてこの固溶体の固相
温度は地の母相のそれより低いのでマトリックスが固相
または半溶融状態でも容易に液相になり、この液相界面
でマトリックスと強化粒子とは容易にすべり変形が生じ
る。又、TiC粒子が高い温度において結晶粒の粗大化
を抑制し、マトリックスの結晶粒が微細化する。この二
つの効果により、この複合材料に高速度で超塑性が発現
する。尚、超塑性発現温度は、TiC粒子とアルミニウ
ムマトリックスとの界面で液相が生ずる固相線より高い
が、高歪速度で超塑性が発現するので、界面での液相状
態のアルミニウム固溶体とTiC粒子との接触時間は短
く、界面に反応生成物の発生は抑制できると考えられ
る。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。
【0011】実施例1 平均粒子径が45μm以下の粗いTiC粒子と2124
アルミニウム合金粉末をTiC粒子の体積含有率が0.
20になるように混合し、粉末冶金法で造った直径40
mmの棒状の炭化チタン粒子強化2124アルミニウム
複合材料に対し500℃で押し出し加工をで行い6mm
の線材に加工し、更に、この素材を、ステンレスの板と
管にくるみ、500℃から580℃の温度範囲で加熱
し、歪量約0.1以下になるような小さな圧下率で圧延
する。これを繰り返し約1mmの厚さにになるまで圧延
を行う。
【0012】図1にこの複合材料の変形抵抗と歪速度と
の関係を示す。引っ張り試験温度は545℃である。図
1から押し出し加工後圧延加工を加えた炭化チタン粒子
強化2124アルミニウム複合材料の変形抵抗の歪速度
感受性指数、m値は歪速度が1.0毎秒の時0.5であっ
た。m値が0.3以上あるので、この複合材料は超塑性
変形が生じていることを示している。
【0013】図2は同じ複合材料の全伸びと歪速度との
関係を示す。図2から押し出し加工後圧延加工を加えた
炭化チタン粒子強化2124アルミニウム複合材料の全
伸びは歪速度が1.0毎秒の時200%であった。実用
的に用いることができる全伸びを生じていることを示し
ている。 実施例2
【0014】平均粒子径が約1μmの微細な炭化チタン
TiCと2014アルミニウム合金粉末とを加圧焼結に
よりつくり、実施例1と同じ条件で押し出し加工した
後、818Kで圧延加工を行い、約1mmの厚さの板状
の複合材料にする。これを818Kの温度で0.01か
ら1.5S-1の歪速度で引っ張り試験を行った結果を図
3に示す。
【0015】図3はTiC粒子強化2014アルミニウ
ム合金複合材料の歪速度と全伸びとの関係を示す。全伸
びは1.3S-1の歪速度で350%を示しており、超塑
性が生じたことが分かった。 実施例3
【0016】平均粒子径が45μm以下の粗いTiC粒
子と6061アルミニウム合金粉末を用い粉末冶金法で
製造し、温度500℃・押し出し比44で押し出し加工
し、6mmの棒材にした後、温度853K(580℃)
で厚さが1mm以下になるように圧延加工を行った。こ
の板状複合材料を温度873K(600℃)で引っ張り
試験を行った時の全伸びと歪速度との関係を図4に示
す。この複合材料でも1.5毎秒で200%以上の全伸
びを生じており、TiC粒子強化アルミニウム合金複合
材料は著しい高歪速度で超塑性が発現することが実証さ
れた。
【0017】
【発明の効果】以上述べた本発明において、薄板状複合
材料を545℃ー600℃で引張試験を行い、0.3か
ら1.5S-1の著しく速い歪速度で、160%から30
0%以上の高い全伸びの超塑性が発現することが分かっ
た。従って、高比強度・高比弾性率が期待される炭化チ
タン粒子強化アルミニウム合金複合材料を高速度で超塑
性成形することにより航空宇宙分野等での大型構造物を
高効率に成形するニィヤーネットシェイプ成形技術の確
立が可能なると考えられる。
【0018】
【図面の簡単な説明】
【 図1】炭化チタン粒子強化2124アルミニウム複
合材料に対し818K(545℃)の温度で引張試験を
行った時の変形抵抗と歪速度との関係を表すグラフであ
る。
【 図2】炭化チタン粒子強化2124アルミニウム複
合材料に対し818K(545℃)の温度で引張試験を
行った時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフであ
る。
【 図3】炭化チタン粒子強化2014アルミニウム合
金複合材料に対し818K(545℃)の温度で引っ張
り試験を行った時の全伸びと歪速度との関係を表すグラ
フである。
【 図4】炭化チタン粒子強化6061アルミニウム合
金複合材料に対し600℃の温度で引っ張り試験を行っ
た時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒度45μm以下の炭化チタンT
    iC粒子と粒度45μm以下の2000系、6000
    系、5000系、7000系及び8000系アルミニウ
    ム合金粉末の少なくとも1種類以上とをTiC粒子の体
    積含有率が0.10から0.30になるように均一に混
    合し、粉末冶金法により加圧焼結させた後、温度450
    ℃から600℃の温度で、押し出し比10以上で押し出
    し加工を加えた超塑性発現TiC粒子強化アルミニウム
    合金複合材料の製造法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法で作製した超
    塑性発現TiC粒子強化アルミニウム合金複合材料を3
    00℃から580℃の温度で歪量1.0から4.0で圧
    延加工を加え、0.1mm以上の厚さの板状複合材料に
    加工した超塑性TiC粒子強化アルミニウム合金複合材
    料の製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の方法で作製した超
    塑性発現TiC粒子強化アルミニウム合金複合材料ある
    いは請求項2記載の方法で作製した超塑性発現TiC粒
    子強化アルミニウム合金複合材料を450から600℃
    の温度で、0.03から1.5毎秒以上の歪速度で引っ
    張り試験を行い、200%以上の全伸びを生ずる超塑性
    発現TiC粒子強化アルミニウム合金複合材料の加工方
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KR20210059672A (ko) * 2018-05-08 2021-05-25 마테리온 코포레이션 스트립 제품 가열 방법
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