JPH08232034A - Superplastic aluminum alloy material and its production - Google Patents
Superplastic aluminum alloy material and its productionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超塑性を有するアルミ
ニウム合金材料およびその製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum alloy material having superplasticity and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】Ａｌ−Ｓｉ系合金は、耐摩耗性、低熱膨
張性の特徴を有しており、コンプレッサ部品やエンジン
部品、電気製品部品などの摺動部材として多く使用され
ている。Ａｌ−Ｓｉ系合金は鋳造材として用いられてい
るが、最近では鋳造材の強度や加工性などの欠点を改善
した急冷凝固合金が開発され、実用に供されている。2. Description of the Related Art Al--Si alloys have the characteristics of wear resistance and low thermal expansion and are often used as sliding members for compressor parts, engine parts, electric product parts and the like. Al-Si alloys have been used as casting materials, but recently, rapidly solidified alloys with improved defects such as strength and workability of casting materials have been developed and put into practical use.
【０００３】しかし、この急冷凝固によるＡｌ−Ｓｉ系
合金は、他の急冷凝固アルミニウム合金系と比べて加工
性が乏しい。このため、この急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ系合金
を用いた部品の生産に当たっては、熱間押出によって製
造された素材を熱間加工し、さらに機械加工を加えて必
要な形状および寸法精度を確保する必要があるという問
題を有している。さらに、部品形状によっては熱間加工
すら容易ではなく、素材から機械加工のみで所定の形状
に仕上げるといった極めて経済性に劣る方法を採らざる
を得ない場合があった。しかしながら、近年、部品の軽
量化の要求や性能向上の要求から、部品の形状はますま
す複雑となってきており、上記合金の適用が難しくなっ
てきている。複雑形状部品を作製する方法としては、超
塑性現象の利用が知られているが、Ａｌ−Ｓｉ系合金に
おいては、比較的高い歪速度で超塑性を発現させるため
の材料学的知見はまだ明らかにされていないのが現状で
ある。However, this rapidly solidified Al--Si alloy has poor workability as compared with other rapidly solidified aluminum alloys. Therefore, in the production of parts using this rapidly solidified Al-Si alloy, it is necessary to hot work the raw material produced by hot extrusion and then machine it to ensure the required shape and dimensional accuracy. Have the problem that there is. Further, depending on the shape of the part, even hot working is not easy, and there is a case where it is necessary to adopt a method which is extremely economically inferior, such as finishing the material into a predetermined shape only by machining. However, in recent years, the shape of parts has become more and more complicated due to the demands for weight reduction and performance improvement of parts, and it has become difficult to apply the above alloys. Utilization of superplasticity phenomenon is known as a method for producing a complex shaped part, but in Al-Si alloys, material knowledge for expressing superplasticity at a relatively high strain rate is still clear. The current situation is that it is not set.
【０００４】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。Therefore, the inventors of the present invention have earnestly studied to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result of various systematic experiments, the present invention has been accomplished.
【０００５】[0005]
（発明の目的）本発明の目的は、比較的高速で行われる
加工に適する耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性ア
ルミニウム合金材料を提供するにある。また、本発明の
他の目的は、比較的高速で行われる加工に適する耐摩耗
性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニウム合金材料
の製造方法を提供するにある。(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide an Al--Si superplastic aluminum alloy material having excellent wear resistance, which is suitable for processing performed at a relatively high speed. Another object of the present invention is to provide a method for producing an Al-Si-based superplastic aluminum alloy material having excellent wear resistance, which is suitable for processing performed at a relatively high speed.
【０００６】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系
合金において超塑性が発現するために必要な金属組織学
的要因、具体的にはマトリックスの結晶粒の大きさと形
状、また、組織中に分散する単体Ｓｉと化合物の大き
さ、さらには、これらの要因の相互関係にあることに着
目した。そして、超塑性の発現のためには、アルミニウ
ム合金マトリックスの結晶粒の大きさと形状が重要であ
ることに加え、組織中に分散する単体Ｓｉおよび化合物
の平均粒径とアルミニウム合金マトリックスの平均結晶
粒径の比が重要であることを見いだし、本発明を成すに
至った。The present inventors have focused on the following points with respect to the above-mentioned problems of the prior art. That is, the metallographical factors necessary for the superplasticity to develop in the Al-Si alloy, specifically, the size and shape of the crystal grains of the matrix, and the sizes of elemental Si and compounds dispersed in the structure. Furthermore, we paid attention to the mutual relationship of these factors. In addition, in order to develop superplasticity, the size and shape of the crystal grains of the aluminum alloy matrix are important, and the average grain size of elemental Si and compounds dispersed in the structure and the average crystal grain of the aluminum alloy matrix are also important. The inventors have found that the diameter ratio is important, and have completed the present invention.
【０００７】また、本発明者らは、希土類元素を急冷凝
固Ａｌ−Ｓｉ系合金に添加することにより、微細なＡｌ
2 Ｓｉ2 ＲＥ（ＲＥ：希土類元素を表す）化合物が生じ
ること、およびＳｉの粗大化を抑制することを見いだ
し、本発明を成すに至った。The present inventors have also added a rare earth element to a rapidly solidified Al--Si alloy to form a fine Al alloy.
The inventors have found that a 2 Si 2 RE (RE: represents a rare earth element) compound is generated and that it suppresses coarsening of Si, and has completed the present invention.
【０００８】[0008]
（第１発明の構成）本発明の超塑性アルミニウム合金材
料は、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材料であって、
アルミニウム合金マトリックスの平均結晶粒径が0.１〜
４μｍで、該アルミニウム合金マトリックス結晶粒の平
均アスペクト比が１.5以下であり、かつ、前記アルミニ
ウム合金マトリックスに分散するＳｉまたは／および化
合物のそれぞれの平均粒径が前記アルミニウム合金マト
リックス平均結晶粒径の１.5倍以下であることを特徴と
する。(Structure of First Invention) A superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si alloy material having superplasticity,
The average grain size of the aluminum alloy matrix is 0.1-
4 μm, the average aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains is 1.5 or less, and the average grain size of each of Si and / or compounds dispersed in the aluminum alloy matrix is the average grain size of the aluminum alloy matrix. Is less than 1.5 times.
【０００９】（第２発明の構成）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料は、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材
料であって、該超塑性アルミニウム合金材料のＳｉ含有
量が５〜４０重量％であり、かつ希土類元素の一種以上
を0.３〜６重量％含有してなることを特徴とする。(Structure of the Second Invention) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al--Si alloy material having superplasticity, and the Si content of the superplastic aluminum alloy material is 5 to 40% by weight. And containing 0.3 to 6% by weight of one or more rare earth elements.
【００１０】（第３発明の構成）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料の製造方法は、原料を冷却速度１０2 ℃
／秒以上の条件下で急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ系合金の急
冷凝固粉末を準備する原料粉末準備工程と、該原料粉末
準備工程において得られた原料粉末を所定の形状に成形
しプリフォームを得るプリフォーム形成工程と、該プリ
フォーム形成工程において得られたプリフォームを、４
００℃〜４８０℃の温度範囲内で熱間押出を行う熱間押
出工程と、該熱間押出工程において得られた熱間押出体
を、３００℃〜４５０℃の温度範囲内で加工する熱間加
工工程と、からなることを特徴とする。(Structure of Third Invention) In the method for manufacturing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, the raw material is cooled at a cooling rate of 10 2 ° C.
/ Sec or more, the raw material powder preparation step of rapidly solidifying and preparing a rapidly solidified powder of Al-Si alloy, and the raw material powder obtained in the raw material powder preparation step is molded into a predetermined shape to form a preform. 4 of the preform forming step to be obtained and the preform obtained in the preform forming step.
A hot extrusion step of performing hot extrusion in the temperature range of 00 ° C to 480 ° C, and a hot extrusion process of the hot extruded body obtained in the hot extrusion step in the temperature range of 300 ° C to 450 ° C. And a processing step.
【００１１】[0011]
【作用】本発明の超塑性アルミニウム合金材料およびそ
の製造方法により、超塑性に優れたアルミニウム合金材
料が何故得られるのかのメカニズムについては、未だ必
ずしも明らかではないが、次のように考えられる。The mechanism why an aluminum alloy material having excellent superplasticity is obtained by the superplastic aluminum alloy material and the method for producing the same according to the present invention is not clear yet, but it is considered as follows.
【００１２】（第１発明の作用）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料は、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材
料からなる。このＡｌ−Ｓｉ系合金は、組織中に分散す
る単体Ｓｉのために、耐摩耗性に優れている。また、Ｓ
ｉの添加により、純アルミニウムあるいは他のアルミニ
ウム合金と比べて熱膨張が小さいという性質を有してい
る。(Operation of First Invention) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is made of an Al--Si alloy material having superplasticity. This Al-Si alloy has excellent wear resistance because it is a simple substance of Si dispersed in the structure. Also, S
The addition of i has a property that the thermal expansion is smaller than that of pure aluminum or other aluminum alloys.
【００１３】また、本発明の超塑性Ａｌ−Ｓｉ系合金材
料は、アルミニウム合金マトリックスの平均結晶粒径が
０.1〜４μｍである。この範囲内とすることにより、４
５０℃以上の温度で応力を加えると、結晶粒同士の粒界
すべりが生じ、超塑性が発現する。なお、アルミニウム
合金マトリックスの平均結晶粒径が４μｍを超えると、
超塑性を発現しないか、または発現したとしても歪速度
が１０-2／秒より低くなり、熱間加工に長い時間を要す
る。また、前記平均結晶粒径が０.1μｍ未満の場合に
は、超塑性の発現する歪速度が１０2 ／秒より高くな
り、爆発成形などの極めて経済性に劣る加工法が必要と
なる。In the superplastic Al-Si alloy material of the present invention, the aluminum alloy matrix has an average crystal grain size of 0.1 to 4 μm. Within this range, 4
When stress is applied at a temperature of 50 ° C. or higher, a grain boundary slip between crystal grains occurs and superplasticity is developed. When the average crystal grain size of the aluminum alloy matrix exceeds 4 μm,
If superplasticity is not expressed or even if it is expressed, the strain rate becomes lower than 10 -2 / sec, and a long time is required for hot working. Further, when the average crystal grain size is less than 0.1 μm, the strain rate at which superplasticity develops becomes higher than 10 2 / sec, and a processing method such as explosion molding which is extremely inferior in economic efficiency is required.
【００１４】また、本発明の超塑性Ａｌ−Ｓｉ系合金材
料は、アルミニウム合金マトリックス結晶粒のアスペク
ト比が１.5以下である。この範囲内とすることにより、
４５０℃以上の温度で応力を加えると、結晶粒同士の粒
界すべりが生じ、超塑性が発現する。なお、アルミニウ
ム合金マトリックス結晶粒のアスペクト比が１.5を超え
ると、結晶粒形状の異方性が大きくなり、超塑性の変形
機構である結晶粒界すべりを妨げてしまう。In the superplastic Al-Si alloy material of the present invention, the aluminum alloy matrix crystal grains have an aspect ratio of 1.5 or less. By setting it within this range,
When stress is applied at a temperature of 450 ° C. or higher, a grain boundary slip between crystal grains occurs and superplasticity is developed. If the aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains exceeds 1.5, the anisotropy of the crystal grain shape becomes large, which hinders the crystal grain boundary slip, which is a superplastic deformation mechanism.
【００１５】また、本発明の超塑性Ａｌ−Ｓｉ系合金合
金材料は、該合金材料に分散するＳｉまたは／および化
合物のそれぞれの平均粒径が、前記アルミニウム合金マ
トリックスの平均結晶粒径の１.5倍以下である。この範
囲内とすることにより、アルミニウム合金マトリックス
結晶粒とＳｉまたは／および化合物との間においても粒
界すべりが生じ、超塑性が発現する。なお、Ａｌ−Ｓｉ
系合金においては、合金マトリックス中に、単体Ｓｉ、
ＡｌとＳｉと他の元素からなる化合物、Ａｌと他の元素
からなる化合物などの一種以上が、合金組成に応じて生
じる。これら単体Ｓｉや化合物のそれぞれの平均粒径
が、マトリックスの平均粒径の１.5倍を超えると、マト
リックスと単体Ｓｉまたは／および化合物の間での粒界
すべりが妨げられ、超塑性が発現しなくなる。In the superplastic Al-Si alloy alloy material of the present invention, the average grain size of each of Si and / or compounds dispersed in the alloy material is 1. 5 times or less. Within this range, grain boundary slip occurs between the aluminum alloy matrix crystal grains and Si or / and the compound, and superplasticity is exhibited. Al-Si
In system alloys, simple Si,
One or more compounds such as a compound containing Al, Si and another element, a compound containing Al and another element are produced depending on the alloy composition. If the average grain size of each of these simple Si and compounds exceeds 1.5 times the average grain size of the matrix, the grain boundary slip between the matrix and the simple Si or / and the compound is prevented, and superplasticity is developed. Will not do.
【００１６】以上より、本発明のアルミニウム合金材料
は、超塑性に優れており、比較的高速で行われる加工に
適した耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニ
ウム合金材料となっているものと考えられる。As described above, the aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si superplastic aluminum alloy material having excellent superplasticity and excellent wear resistance suitable for machining performed at a relatively high speed. It is believed that
【００１７】（第２発明の作用）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料は、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材
料であって、該超塑性アルミニウム合金材料のＳｉ含有
量が５〜４０重量％である。これより、組織中に分散す
る単体Ｓｉのために、耐摩耗性に優れている。また、Ｓ
ｉの添加により、純アルミニウムあるいは他のアルミニ
ウム合金と比べて熱膨張が小さいという性質を有してい
る。また、希土類元素の一種以上を0.３〜６重量％含有
してなる。これより、希土類元素を含む化合物が生じ、
この化合物が熱間押出または／および熱間加工の際に生
じたマトリックスの再結晶粒の粗大化を抑制し、マトリ
ックスの結晶粒が細かくなり、超塑性の発現する歪速度
を高くすることができる。また、この希土類元素は、Ｓ
ｉの粗大化を抑制し、高歪速度においても大きな破断伸
びが得られるものと考えられる。この本発明の超塑性Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金材料は、４５０℃以上の温度で応力を加
えると、結晶粒同士の粒界すべりが生じ、超塑性が発現
する。(Operation of Second Invention) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si alloy material having superplasticity, and the Si content of the superplastic aluminum alloy material is 5 to 40% by weight. Is. As a result, the wear resistance is excellent because of the simple substance Si dispersed in the structure. Also, S
The addition of i has a property that the thermal expansion is smaller than that of pure aluminum or other aluminum alloys. Further, it contains 0.3 to 6% by weight of one or more rare earth elements. From this, a compound containing a rare earth element is generated,
This compound suppresses coarsening of recrystallized grains of the matrix generated during hot extrusion and / or hot working, the crystal grains of the matrix become finer, and the strain rate at which superplasticity develops can be increased. . Also, this rare earth element is S
It is considered that the coarsening of i is suppressed and a large elongation at break can be obtained even at a high strain rate. This superplasticity A of the present invention
When stress is applied to the 1-Si alloy material at a temperature of 450 ° C. or higher, grain boundary slip between crystal grains occurs, and superplasticity is exhibited.
【００１８】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ含有量が５〜４０重量％である。この含有量が５重
量％未満の場合、十分な耐摩耗性が得られにくいという
問題がある。また、前記含有量が４０重量％を超える場
合、合金材料が急激に脆化するという問題がある。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
The Si content is 5 to 40% by weight. If the content is less than 5% by weight, there is a problem that it is difficult to obtain sufficient wear resistance. Further, when the content exceeds 40% by weight, there is a problem that the alloy material is rapidly embrittled.
【００１９】また、本発明の超塑性アルミニウム合金材
料は、希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕなど）の一種以上：0.３〜６重量％であ
る。この含有量が0.３未満の場合、希土類元素を含む化
合物が少なくなり、マトリックスの結晶粒を細かくする
効果が得られにくいという問題がある。また、前記含有
量が６重量％を超える場合、希土類元素を含む化合物が
粗大化したり、体積率が大きくなりすぎて粒界すべりを
妨げるという問題がある。Further, the superplastic aluminum alloy material of the present invention is made of rare earth elements (Y, La, Ce, Pr, Nd, P).
m, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
m, Yb, Lu, etc.): 0.3 to 6% by weight. If this content is less than 0.3, there is a problem that the compound containing a rare earth element becomes small and it is difficult to obtain the effect of making the crystal grains of the matrix fine. Further, if the content exceeds 6% by weight, there is a problem that the compound containing a rare earth element becomes coarse or the volume ratio becomes too large to prevent the grain boundary slip.
【００２０】以上より、本発明のアルミニウム合金材料
は、超塑性に優れており、比較的高速で行われる加工に
適した耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニ
ウム合金材料となっているものと考えられる。From the above, the aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si superplastic aluminum alloy material having excellent superplasticity and excellent wear resistance suitable for machining performed at a relatively high speed. It is believed that
【００２１】（第３発明の作用）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料の製造方法は、先ず、原料粉末準備工程
において、原料を冷却速度１０2 ℃／秒以上の条件下で
急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ系合金の急冷凝固粉末を準備す
る。これにより、超塑性を発現する合金材料の原料を得
ることができる。(Operation of Third Invention) In the method for producing a superplastic aluminum alloy material according to the present invention, first, in the raw material powder preparation step, the raw material is rapidly solidified under the condition of a cooling rate of 10 2 ° C./sec or more to obtain Al. -Prepare a rapidly solidified powder of Si-based alloy. Thereby, the raw material of the alloy material which expresses superplasticity can be obtained.
【００２２】ここで、急冷凝固粉末の作製条件は、冷却
速度が１０2 ℃／秒以上である。これにより、Ｓｉなど
の添加元素が強制固溶され、後工程において微細に析出
させることができ、あるいは、凝固の段階で晶出すると
しても微細に晶出させることが可能となる。なお、前記
冷却速度が１０2 ℃／秒未満の場合、単体Ｓｉまたは／
および化合物が粗大に晶出し、これらは後工程において
細かくすることが困難である。Here, the conditions for producing the rapidly solidified powder are that the cooling rate is 10 2 ° C / sec or more. As a result, the additive element such as Si is forcibly solid-dissolved and can be finely precipitated in the subsequent step, or finely crystallized even if it is crystallized at the solidification stage. When the cooling rate is less than 10 2 ° C / sec, simple Si or /
And the compound coarsely crystallizes, and it is difficult to make them fine in the subsequent step.
【００２３】次に、プリフォーム形成工程において、前
記原料粉末準備工程において得られた原料粉末を所定の
形状に成形しプリフォームを得る。Next, in the preform forming step, the raw material powder obtained in the raw material powder preparing step is molded into a predetermined shape to obtain a preform.
【００２４】次に、熱間押出工程において、前記プリフ
ォーム形成工程において得られたプリフォームを、４０
０℃〜４８０℃の温度範囲内で熱間押出を行う。これに
より、組織中のＳｉおよび／または化合物が著しく粗大
化することなく粉末同士が結合し、空隙や割れなどの欠
陥が生じないものを得ることができる。なお、前記温度
が４００℃未満の場合、脱ガスが不十分となり、ガス成
分が材料中に多量に含まれたり、粉末間の十分な結合が
得られないという問題を生じる。また、押出の荷重が著
しく高くなる。前記加工温度が４８０℃を超えると、単
体Ｓｉまたは／および化合物が粗大化する。Next, in the hot extrusion step, the preform obtained in the preform forming step is
Hot extrusion is performed within a temperature range of 0 ° C to 480 ° C. As a result, it is possible to obtain a powder in which Si and / or compounds in the structure are not significantly coarsened and the powder particles are bonded to each other and defects such as voids and cracks do not occur. When the temperature is lower than 400 ° C., degassing becomes insufficient, which causes a problem that a large amount of gas component is contained in the material and sufficient bonding between powders cannot be obtained. Further, the load of extrusion becomes extremely high. If the processing temperature exceeds 480 ° C., simple Si and / or compounds coarsen.
【００２５】次に、熱間加工工程において、前記熱間押
出工程において得られた熱間押出体を、３００℃〜４５
０℃の温度範囲内で加工する。これにより、組織中のＳ
ｉまたは／および化合物が著しく粗大化することなく、
マトリックスの再結晶が生じ、超塑性を発現するのに適
した結晶粒径、および形状を有するアルミニウム合金材
料を得ることができる。なお、前記加工温度が３００℃
未満の場合、加工中に被加工物に割れが生じる。また、
前記加工温度が４５０℃を超えると、不必要に単体Ｓｉ
または／および化合物が粗大化する。Next, in the hot working step, the hot extruded body obtained in the hot extruding step is heated to 300 ° C. to 45 ° C.
Process within a temperature range of 0 ° C. As a result, S in the organization
without significant coarsening of i or / and the compound,
Recrystallization of the matrix occurs, and an aluminum alloy material having a crystal grain size and shape suitable for exhibiting superplasticity can be obtained. The processing temperature is 300 ° C.
If less than, cracks occur in the workpiece during processing. Also,
If the processing temperature exceeds 450 ° C., unnecessary Si
Or / and the compound becomes coarse.
【００２６】以上より、本発明の製造方法により、超塑
性に優れ、比較的高速で行われる加工に適する耐摩耗性
に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニウム合金材料を
容易に製造することができるものと考えられる。As described above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture an Al--Si superplastic aluminum alloy material having excellent superplasticity and excellent wear resistance suitable for processing performed at a relatively high speed. It is considered possible.
【００２７】[0027]
（第１発明の効果）本発明の超塑性アルミニウム合金材
料は、超塑性に優れ、比較的高速で行われる加工に適す
る耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニウム
合金材料である。(Effect of the first invention) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si based superplastic aluminum alloy material having excellent superplasticity and excellent wear resistance suitable for processing performed at a relatively high speed.
【００２８】（第２発明の効果）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料は、超塑性に優れ、比較的高速で行われ
る加工に適する耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の超塑性
アルミニウム合金材料である。(Effect of the Second Invention) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si superplastic aluminum alloy material having excellent superplasticity and wear resistance suitable for processing performed at a relatively high speed. Is.
【００２９】（第３発明の効果）本発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料の製造方法により、超塑性に優れ、比較
的高速で行われる加工に適する耐摩耗性に優れたＡｌ−
Ｓｉ系の超塑性アルミニウム合金材料を容易に製造する
ことができる。(Effect of the third invention) By the method for producing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, Al- which is excellent in superplasticity and is excellent in wear resistance suitable for processing performed at a relatively high speed.
A Si-based superplastic aluminum alloy material can be easily manufactured.
【００３０】[0030]
【００３１】先ず、本発明の第１発明および第２発明の
超塑性アルミニウム合金材料、第３発明の超塑性アルミ
ニウム合金材料の製造方法について、さらに具体的にし
た発明や限定した発明などの発明（その他の発明）につ
いて、以下に説明する。First, the inventions such as more specific inventions and limited inventions of the superplastic aluminum alloy material of the first and second inventions of the present invention and the method of manufacturing the superplastic aluminum alloy material of the third invention ( Other inventions) will be described below.
【００３２】〔その他の発明の説明〕[Description of Other Inventions]
【００３３】[[第１の超塑性アルミニウム合金材料]] （マトリックス）本発明の超塑性アルミニウム合金材料
のマトリックスは、アルミニウムを主成分とするアルミ
ニウム合金からなる。このアルミニウム合金は、本発明
の目的を損なわない範囲で、必要に応じ他の元素を含有
していてもよい。[[First Superplastic Aluminum Alloy Material]] (Matrix) The matrix of the superplastic aluminum alloy material of the present invention comprises an aluminum alloy containing aluminum as a main component. This aluminum alloy may contain other elements, if necessary, within a range that does not impair the object of the present invention.
【００３４】本発明のマトリックスは、該マトリックス
の平均結晶粒径が0.１〜４μｍである。本発明では、該
平均結晶粒径は、0.２〜２μｍであることが好ましい。
該範囲内の場合、超塑性の発現する歪速度が１０-2／秒
〜１０1 ／秒の範囲内となり、比較的高い加工速度にお
いても熱間加工性が著しく向上する。The matrix of the present invention has an average crystal grain size of 0.1 to 4 μm. In the present invention, the average crystal grain size is preferably 0.2 to 2 μm.
Within this range, the strain rate at which superplasticity develops is in the range of 10 -2 / sec to 10 1 / sec, and the hot workability is remarkably improved even at a relatively high working rate.
【００３５】本発明のマトリックスは、該マトリックス
結晶粒の平均アスペクト比が１.5以下である。本発明で
は、該平均アスペクト比が、１.2以下であることが好ま
しい。該範囲内の場合、超塑性による加工性がさらに向
上する。The matrix of the present invention has an average aspect ratio of the crystal grains of the matrix of 1.5 or less. In the present invention, the average aspect ratio is preferably 1.2 or less. Within this range, workability due to superplasticity is further improved.
【００３６】（分散材）本発明の超塑性アルミニウム合
金材料は、前記アルミニウム合金マトリックス中に、Ｓ
ｉまたは／および化合物が分散している。この分散材の
平均粒径は、前記アルミニウム合金マトリックス平均結
晶粒径の１.5倍以下である。なお、該平均粒径がマトリ
ックスの平均結晶粒径の１.0倍以下であることが好まし
い。これにより、超塑性により加工性がさらに向上す
る。(Dispersion Material) The superplastic aluminum alloy material of the present invention contains S in the aluminum alloy matrix.
i or / and compounds are dispersed. The average grain size of this dispersant is 1.5 times or less the average grain size of the aluminum alloy matrix. The average grain size is preferably 1.0 times or less of the average crystal grain size of the matrix. Thereby, workability is further improved by superplasticity.
【００３７】本発明において、前記分散材としては、単
体Ｓｉと化合物がある。化合物としては、ＡｌとＳｉと
他の元素からなる化合物、Ａｌと他の元素からなる化合
物、Ｓｉと他の元素からなる化合物、および、複数の他
の元素からなる化合物が挙げられる。これら分散材は、
マトリックスとは結晶構造が異なっている。In the present invention, the dispersant includes elemental Si and a compound. Examples of the compound include a compound composed of Al and Si and another element, a compound composed of Al and another element, a compound composed of Si and another element, and a compound composed of a plurality of other elements. These dispersants are
The crystal structure is different from that of the matrix.
【００３８】また、分散材は、アスペクト比が小さいほ
どマトリックスとの境界で粒界すべりが生じやすく、好
ましい。粒度分布幅は、狭いほど粒界すべりを妨げる粗
大な分散材が少なくなるとともに、変形が材料全体によ
り均一となり、好ましい。また、分散材は、材料全体に
より均一に分散している方が、材料全体に均一に変形す
るため好ましい。The smaller the aspect ratio of the dispersant is, the more easily grain boundary slip occurs at the boundary with the matrix, which is preferable. The narrower the particle size distribution width is, the smaller the amount of coarse dispersant that hinders the grain boundary sliding and the more uniform the deformation throughout the material, which is preferable. Further, it is preferable that the dispersant is more uniformly dispersed throughout the material because it is uniformly deformed throughout the material.
【００３９】（超塑性アルミニウム合金材料）本発明の
超塑性アルミニウム合金材料は、上記アルミニウム合金
マトリックス中に前記分散材が分散した超塑性を有する
Ａｌ−Ｓｉ系合金材料であって、アルミニウム合金マト
リックスの平均結晶粒径が0.１〜４μｍで、該アルミニ
ウム合金マトリックス結晶粒の平均アスペクト比が１.5
以下であり、かつ、前記アルミニウム合金マトリックス
に分散するＳｉまたは／および化合物のそれぞれの平均
粒径が前記アルミニウム合金マトリックス平均結晶粒径
の１.5倍以下である。(Superplastic Aluminum Alloy Material) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is a superplastic Al-Si alloy material in which the dispersant is dispersed in the aluminum alloy matrix, The average crystal grain size is 0.1 to 4 μm, and the average aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains is 1.5.
And the average grain size of each of Si and / or compounds dispersed in the aluminum alloy matrix is not more than 1.5 times the average grain size of the aluminum alloy matrix.
【００４０】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ含有量が５〜４０重量％であることが好ましい。こ
のＳｉは、材料の耐摩耗性を向上させるとともに、熱膨
張を小さくする元素である。なお、前記含有量が４０重
量％を超えると、合金材料が急激に脆化する。また、該
Ｓｉ含有量が５重量％未満の場合は、十分な耐摩耗性が
得られない。なお、該Ｓｉ含有量が５重量％以上の場
合、十分な耐摩耗性が得られる。さらに、該Ｓｉ含有量
が１２重量％以上の場合は、耐摩耗性に優れるとともに
低熱膨張の特徴が得られるので、より好適である。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
The Si content is preferably 5 to 40% by weight. This Si is an element that improves the wear resistance of the material and reduces the thermal expansion. When the content exceeds 40% by weight, the alloy material becomes brittle. Further, if the Si content is less than 5% by weight, sufficient abrasion resistance cannot be obtained. When the Si content is 5% by weight or more, sufficient wear resistance can be obtained. Further, when the Si content is 12% by weight or more, the wear resistance is excellent and the characteristics of low thermal expansion are obtained, which is more preferable.
【００４１】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
７重量％以下のＦｅを含有することが好ましい。このＦ
ｅは、アルミニウムとの化合物、またはＡｌとＳｉとの
間で微細な化合物を作り、熱間加工時のマトリックス結
晶粒の粗大化を抑制する元素である。なお、前記該含有
量が７重量％を超えると、Ｆｅを含む化合物が粗大化し
たり体積率が大きくなりすぎて粒界すべりを妨げる虞が
ある。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferable to contain 7 wt% or less of Fe. This F
e is an element that forms a compound with aluminum or a fine compound between Al and Si to suppress coarsening of matrix crystal grains during hot working. If the content exceeds 7% by weight, the Fe-containing compound may be coarsened or the volume ratio may be too large to prevent the grain boundary slip.
【００４２】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
ＣｕまたはＭｇの一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金
であることが好ましい。ＣｕおよびＭｇは、固溶体強化
によって材料の強度を高める元素である。しかも、Ｃｕ
やＭｇは、超塑性の特性を損なうこと無く所定の特性を
向上させることができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
An Al-Si based alloy containing one or more of Cu or Mg is preferable. Cu and Mg are elements that enhance the strength of the material by solid solution strengthening. Moreover, Cu
And Mg can improve predetermined characteristics without impairing superplastic characteristics.
【００４３】Ｃｕ（銅）の好適含有量は、５重量％以下
であることが好ましい。このＣｕは、固溶体強化によっ
て材料の強度を高める元素である。該含有量が５重量％
を超える場合には、粗大な化合物が生じて粒界すべりを
妨げる虞がある。なお、該Ｃｕ含有量は、３〜５重量％
であることが好ましい。該範囲内の場合、必要な形状に
成形後、熱処理を施すと析出強化によりさらに材料の強
度を高めることができる。The preferable content of Cu (copper) is preferably 5% by weight or less. This Cu is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. The content is 5% by weight
If it exceeds, there is a possibility that a coarse compound is generated to prevent the grain boundary slip. The Cu content is 3 to 5% by weight.
It is preferred that Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００４４】Ｍｇ（マグネシウム）の好適含有量は、
１.5重量％以下であることが好ましい。このＭｇは、固
溶体強化によって材料の強度を高める元素である。該含
有量が１.5重量％を超える場合には、粗大な化合物が生
じて粒界すべりを妨げる虞がある。なお、該Ｍｇ含有量
は、０.2〜１.5重量％であることが好ましい。該範囲内
の場合、必要な形状に成形後、熱処理を施すと析出強化
によりさらに材料の強度を高めることができる。The preferred content of Mg (magnesium) is
It is preferably 1.5% by weight or less. This Mg is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. If the content exceeds 1.5% by weight, a coarse compound may be formed to prevent the grain boundary slip. The Mg content is preferably 0.2 to 1.5% by weight. Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００４５】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ（珪素）：１２〜４０重量％、Ｆｅ（鉄）：７重量
％以下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であることが好まし
い。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が低く、か
つ、４５０℃以上の温度範囲内、１０-2〜１０1 ／秒の
歪速度範囲内で超塑性が発現する有用な材料とすること
ができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferable that the Al-Si based alloy contains Si (silicon): 12 to 40 wt% and Fe (iron): 7 wt% or less. Therefore, a useful material having excellent wear resistance, a low coefficient of thermal expansion, and superplasticity within a temperature range of 450 ° C or higher and a strain rate range of 10 -2 to 10 1 / sec. You can
【００４６】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ：１２〜４０重量％、Ｆｅ：７重量％以下、および
Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％以下の一種
以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であることが好まし
い。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が低く室温
付近の温度で強度が高い、かつ、４５０℃以上の温度範
囲内、１０-2〜１０1 ／秒の歪速度範囲内で超塑性が発
現する有用な材料とすることができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferable that the Al-Si based alloy contains Si: 12 to 40% by weight, Fe: 7% by weight or less, and Cu: 5% by weight or less or Mg: 1.5% by weight or less. As a result, it has excellent wear resistance, a low coefficient of thermal expansion, high strength at temperatures near room temperature, and superplasticity within the temperature range of 450 ° C or higher and the strain rate range of 10 -2 to 10 1 / sec. It can be a useful material to be expressed.
【００４７】なお、この合金材料は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ、Ｍｇ以外に、本発明の目的を損なわない範囲で、他
の特性の向上のために必要に応じて他の添加剤を適宜添
加することができる。例えば、上記Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕお
よびＭｇ以外の元素として、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ
（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ
（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウ
ム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｂ
（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）な
どが挙げられる。これらの元素は、アルミニウムとの化
合物、またはＡｌとＳｉとの間で微細な化合物を作り、
熱間加工時のマトリックス結晶粒の粗大化を抑制するこ
とができる。This alloy material is made of Si, Fe, C.
In addition to u and Mg, other additives can be appropriately added as needed to improve other properties, as long as the object of the present invention is not impaired. For example, as elements other than Si, Fe, Cu and Mg, Mn (manganese), Ni
(Nickel), Cr (Chromium), Ti (Titanium), Zr
(Zirconium), Hf (hafnium), V (vanadium), Mo (molybdenum), Co (cobalt), Nb
(Niobium), Ta (tantalum), W (tungsten), etc. may be mentioned. These elements form a compound with aluminum or a fine compound between Al and Si,
It is possible to suppress coarsening of matrix crystal grains during hot working.
【００４８】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
組織が均質であることが好ましい。例えば、平均結晶粒
径より著しく大きな結晶粒径の結晶粒が含まれていた
り、平均粒径より著しく大きな粒径のＳｉまたは／およ
び化合物が含まれていたりすることは好ましくない。ま
た、Ｓｉまたは／および化合物の局所的な密度の偏り
（むら）がないものであることが好ましい。さらに、結
晶粒径の局所的な分布の偏りが無い均一なものであるこ
とが好ましい。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferred that the tissue is homogenous. For example, it is not preferable that crystal grains having a crystal grain size significantly larger than the average crystal grain size are included, or that Si or / and a compound having a grain size significantly larger than the average grain size is contained. Further, it is preferable that there is no local uneven density (unevenness) of Si or / and the compound. Furthermore, it is preferable that the crystal grain size is uniform with no local distribution bias.
【００４９】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
加熱温度が４５０℃以上において、マトリックスの結晶
粒同士，あるいはマトリックスの結晶粒と単体Ｓｉまた
は化合物の間で粒界すべりが生じ、超塑性が発現する。
単軸引張においては温度４５０℃以上、歪速度１０-2／
秒〜１０1 ／秒の比較的高い歪速度で２００％以上の破
断伸びが得られる。また、超塑性が発現しない場合に比
べて変形抵抗が低くなり、熱間加工装置の容量が小さく
てもよいという利点を有する。さらに、複雑形状の金型
で熱間加工を加えても欠肉が生じにくくなるといった利
点があり、熱間加工性を著しく改善することができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
When the heating temperature is 450 ° C. or higher, grain boundary slip occurs between the crystal grains of the matrix, or between the crystal grains of the matrix and a simple substance Si or compound, and superplasticity is exhibited.
In uniaxial tension, temperature is 450 ℃ or more, strain rate is 10 -2 /
A breaking elongation of 200% or more can be obtained at a relatively high strain rate of 10 to 10 1 / sec. Further, there is an advantage that the deformation resistance is lower than that in the case where superplasticity is not exhibited, and the capacity of the hot working apparatus may be small. Further, there is an advantage that even if hot working is applied to a die having a complicated shape, it is unlikely that the wall thickness will be generated, and the hot workability can be remarkably improved.
【００５０】このように、本発明の超塑性アルミニウム
合金材料は、比較的高い歪速度で超塑性が発現する耐摩
耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金であり、
このため、例えば、複雑形状のものを一回の熱間鍛造
で、表面に割れ欠陥を生じること無く得ることができ
る。As described above, the superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si type aluminum alloy which exhibits superplasticity at a relatively high strain rate and is excellent in wear resistance.
Therefore, for example, a complicated shape can be obtained by hot forging once without causing cracking defects on the surface.
【００５１】なお、本発明の超塑性アルミニウム合金
は、内燃機関、コンプレッサなどの機械部品のような複
雑形状のものを一回の熱間鍛造で成形することができ
る。また、複数の部品を超塑性接合により、固相拡散接
合することができる。The superplastic aluminum alloy of the present invention can be formed into a complicated shape such as a mechanical part such as an internal combustion engine or a compressor by hot forging once. Further, a plurality of components can be solid-phase diffusion bonded by superplastic bonding.
【００５２】[[第２の超塑性アルミニウム合金材料]] （希土類元素）本発明の超塑性アルミニウム合金材料に
おいて、希土類元素としては、イットリウムまたはラン
タン系列元素の一種以上であることが好ましい。これ
は、ランタン系列元素は、前記本発明の効果をより奏し
やすく、また製造上ミッシュメタル等の混合物の形で供
給し易く安価で取扱いも簡単だからである。また、この
希土類元素は、その一種以上を0.３〜６重量％を含有す
ることが好ましい。この場合、希土類元素を含む微細な
化合物を生じるので好適である。 （マトリックス）本発明の超塑性アルミニウム合金材料
のマトリックスは、アルミニウムを主成分とするアルミ
ニウム合金からなる。このアルミニウム合金は、本発明
の目的を損なわない範囲で、必要に応じ他の元素を含有
していてもよい。[Second Superplastic Aluminum Alloy Material] (Rare Earth Element) In the superplastic aluminum alloy material of the present invention, the rare earth element is preferably one or more of yttrium or lanthanum series elements. This is because the lanthanum series element is more likely to exhibit the effects of the present invention, and is easily supplied in the form of a mixture of misch metal or the like for manufacturing, is inexpensive, and is easy to handle. Further, it is preferable that one or more of the rare earth elements are contained in an amount of 0.3 to 6% by weight. In this case, a fine compound containing a rare earth element is produced, which is preferable. (Matrix) The matrix of the superplastic aluminum alloy material of the present invention is made of an aluminum alloy containing aluminum as a main component. This aluminum alloy may contain other elements, if necessary, within a range that does not impair the object of the present invention.
【００５３】本発明のマトリックスは、平均結晶粒径が
０.1〜４μｍであることが好ましい。この範囲内とする
ことにより、４５０℃以上の温度で応力を加えると、結
晶粒同士の粒界すべりが生じ、超塑性が発現する。な
お、アルミニウム合金マトリックスの平均結晶粒径が４
μｍを超えると、超塑性を発現しないか、または発現し
たとしても歪速度が１０-2／秒より低くなり、熱間加工
に長い時間を要する。また、前記平均結晶粒径が０.1μ
ｍ未満の場合には、超塑性の発現する歪速度が１０2 ／
秒より高くなり、爆発成形などの極めて経済性に劣る加
工法が必要となる。さらに、前記平均結晶粒径は、0.２
〜２μｍであることがより好ましい。該範囲内の場合、
超塑性の発現する歪速度が１０-1／秒〜１０2 ／秒の範
囲内となり、比較的高い加工速度においても熱間加工性
が著しく向上する。The matrix of the present invention preferably has an average crystal grain size of 0.1 to 4 μm. Within this range, when stress is applied at a temperature of 450 ° C. or higher, grain boundary slip between crystal grains occurs and superplasticity is exhibited. The average crystal grain size of the aluminum alloy matrix is 4
If it exceeds μm, the superplasticity is not developed, or even if it is developed, the strain rate becomes lower than 10 −2 / sec, and a long time is required for hot working. Further, the average crystal grain size is 0.1 μm.
If it is less than m, the strain rate at which superplasticity develops is 10 2 /
More than a second, a processing method such as explosion molding which is extremely inferior in economic efficiency is required. Further, the average crystal grain size is 0.2
More preferably, it is ˜2 μm. Within the range,
The strain rate at which superplasticity appears is in the range of 10 -1 / sec to 10 2 / sec, and the hot workability is remarkably improved even at a relatively high working speed.
【００５４】また、本発明のマトリックスは、アルミニ
ウム合金マトリックス結晶粒のアスペクト比が１.5以下
であることが好ましい。この範囲内とすることにより、
４５０℃以上の温度で応力を加えると、結晶粒同士の粒
界すべりが生じ、超塑性が発現する。なお、アルミニウ
ム合金マトリックス結晶粒のアスペクト比が１.5を超え
ると、結晶粒形状の異方性が大きくなり、超塑性の変形
機構である結晶粒界すべりを妨げてしまう。さらに、本
発明では、前記平均アスペクト比が、１.2以下であるこ
とが好ましい。該範囲内の場合、超塑性による加工性が
さらに向上する。In the matrix of the present invention, it is preferable that the aluminum alloy matrix crystal grains have an aspect ratio of 1.5 or less. By setting it within this range,
When stress is applied at a temperature of 450 ° C. or higher, a grain boundary slip between crystal grains occurs and superplasticity is developed. If the aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains exceeds 1.5, the anisotropy of the crystal grain shape becomes large, which hinders the crystal grain boundary slip, which is a superplastic deformation mechanism. Further, in the present invention, the average aspect ratio is preferably 1.2 or less. Within this range, workability due to superplasticity is further improved.
【００５５】（分散材）本発明の超塑性アルミニウム合
金材料は、前記アルミニウム合金マトリックス中に、Ｓ
ｉおよび希土類元素を含む化合物が分散している。この
分散材の平均粒径は、前記アルミニウム合金マトリック
スの平均結晶粒径の１.5倍以下であることが好ましい。
この範囲内とすることにより、アルミニウム合金マトリ
ックス結晶粒とＳｉまたは／および化合物との間におい
ても粒界すべりが生じ、超塑性が発現する。なお、Ａｌ
−Ｓｉ系合金においては、合金マトリックス中に、単体
Ｓｉ、ＡｌとＳｉと希土類元素の少なくとも二種以上の
化合物の一種以上、ＡｌとＳｉと希土類元素とその他の
元素の少なくとも二種以上の化合物の一種以上が、合金
組成に応じて生じる（但し、希土類元素の化合物が少な
くとも存在することが好ましい）。これら単体Ｓｉや化
合物のそれぞれの平均粒径が、マトリックスの平均粒径
の１.5倍を超えると、マトリックスと単体Ｓｉまたは／
および化合物の間での粒界すべりが妨げられ、超塑性が
発現しなくなる。なお、前記平均粒径がマトリックスの
平均結晶粒径の１.0倍以下であることがより好ましい。
これにより、超塑性により加工性がさらに向上する。(Dispersion Material) The superplastic aluminum alloy material of the present invention contains S in the aluminum alloy matrix.
A compound containing i and a rare earth element is dispersed. The average particle size of this dispersant is preferably not more than 1.5 times the average crystal particle size of the aluminum alloy matrix.
Within this range, grain boundary slip occurs between the aluminum alloy matrix crystal grains and Si or / and the compound, and superplasticity is exhibited. In addition, Al
-In the Si-based alloy, in the alloy matrix, one or more of simple substance Si, at least two kinds of compounds of Al and Si and rare earth elements, and at least two kinds of compounds of Al and Si, rare earth elements and other elements are included. One or more types are generated depending on the alloy composition (however, it is preferable that at least a compound of a rare earth element is present). If the average particle size of each of these simple Si and compounds exceeds 1.5 times the average particle size of the matrix, the matrix and the simple Si or /
Also, the grain boundary slip between the compounds is hindered, and superplasticity is not developed. The average grain size is more preferably 1.0 times or less the average crystal grain size of the matrix.
Thereby, workability is further improved by superplasticity.
【００５６】本発明において、前記分散材としては、単
体Ｓｉと希土類元素を含む化合物がある。化合物として
は、ＡｌとＳｉと希土類元素の少なくとも二種以上の化
合物の一種以上、ＡｌとＳｉと希土類元素とその他の元
素の少なくとも二種以上の化合物の一種以上、および、
複数の他の元素からなる化合物が挙げられる。但し、希
土類元素の化合物が少なくとも存在することが好まし
い。これら分散材は、マトリックスとは結晶構造が異な
っている。In the present invention, the dispersant may be a compound containing elemental Si and a rare earth element. As the compound, one or more compounds of at least two or more of Al, Si and rare earth elements, one or more compounds of at least two or more of Al, Si, rare earth elements and other elements, and
Examples include compounds composed of a plurality of other elements. However, it is preferable that at least a compound of a rare earth element is present. These dispersants have a different crystal structure from the matrix.
【００５７】また、分散材は、アスペクト比が小さいほ
どマトリックスとの境界で粒界すべりが生じやすく、好
ましい。粒度分布幅は、狭いほど粒界すべりを妨げる粗
大な分散材が少なくなるとともに、変形が材料全体によ
り均一となり、好ましい。また、分散材は、材料全体に
より均一に分散している方が、材料全体に均一に変形す
るため好ましい。The smaller the aspect ratio of the dispersant is, the more easily grain boundary slip occurs at the boundary with the matrix, which is preferable. The narrower the particle size distribution width is, the smaller the amount of coarse dispersant that hinders the grain boundary sliding and the more uniform the deformation throughout the material, which is preferable. Further, it is preferable that the dispersant is more uniformly dispersed throughout the material because it is uniformly deformed throughout the material.
【００５８】（超塑性アルミニウム合金材料）本発明の
超塑性アルミニウム合金材料は、上記アルミニウム合金
マトリックス中に前記分散材が分散した超塑性を有する
Ａｌ−Ｓｉ系合金材料であって、該超塑性アルミニウム
合金材料のＳｉ含有量が５〜４０重量％であり、かつ希
土類元素の一種以上を0.３〜６重量％含有してなること
が好ましい。(Superplastic Aluminum Alloy Material) The superplastic aluminum alloy material of the present invention is a superplastic Al--Si alloy material in which the dispersant is dispersed in the aluminum alloy matrix. It is preferable that the Si content of the alloy material is 5 to 40% by weight and that one or more rare earth elements are contained in an amount of 0.3 to 6% by weight.
【００５９】また、本発明の超塑性アルミニウム合金材
料は、上記アルミニウム合金マトリックス中に前記分散
材が分散した超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材料であ
って、該超塑性アルミニウム合金材料のＳｉ含有量が５
〜４０重量％であり、かつ希土類元素の一種以上を0.３
〜６重量％含有してなり、アルミニウム合金マトリック
スの平均結晶粒径が0.１〜４μｍで、該アルミニウム合
金マトリックス結晶粒の平均アスペクト比が１.5以下で
あり、かつ、前記アルミニウム合金マトリックスに分散
するＳｉまたは／および化合物のそれぞれの平均粒径が
前記アルミニウム合金マトリックス平均結晶粒径の１.5
倍以下であることが好ましい。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is a superplastic Al-Si alloy material in which the dispersant is dispersed in the aluminum alloy matrix, and the superplastic aluminum alloy material contains Si. Quantity 5
-40% by weight and 0.3 or more of one or more rare earth elements
.About.6% by weight, the average crystal grain size of the aluminum alloy matrix is 0.1 to 4 .mu.m, the average aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains is 1.5 or less, and the aluminum alloy matrix contains The average grain size of each of the dispersed Si and / or compounds is 1.5 of the average grain size of the aluminum alloy matrix.
It is preferably not more than double.
【００６０】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ含有量が５〜４０重量％であることが好ましい。こ
のＳｉは、材料の耐摩耗性を向上させるとともに、熱膨
張を小さくする元素である。なお、前記含有量が４０重
量％を超えると、合金材料が急激に脆化する。また、該
含有量が１２重量％未満の場合は、十分な低熱膨張の特
徴が得られない虞がある。なお、Ｓｉ含有量が１２〜２
５重量％である場合は、耐摩耗性に優れ、低熱膨張で、
しかも室温での靱性を有するので好ましい。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
The Si content is preferably 5 to 40% by weight. This Si is an element that improves the wear resistance of the material and reduces the thermal expansion. When the content exceeds 40% by weight, the alloy material becomes brittle. If the content is less than 12% by weight, sufficient low thermal expansion characteristics may not be obtained. The Si content is 12 to 2
When it is 5% by weight, it has excellent wear resistance, low thermal expansion,
Moreover, it is preferable because it has toughness at room temperature.
【００６１】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
ＦｅまたはＮｉの一種以上を７重量％以下含有すること
が好ましい。これらは、アルミニウムとの化合物、また
はＡｌとＳｉとの間で微細な化合物を作り、熱間加工時
のマトリックス結晶粒の粗大化を抑制する元素である。
なお、前記該含有量が７重量％を超えると、Ｆｅまたは
Ｎｉの一種以上を含む化合物が粗大化したり体積率が大
きくなりすぎて粒界すべりを妨げる虞がある。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferable to contain 7% by weight or less of one or more of Fe or Ni. These are elements that form a compound with aluminum or a fine compound between Al and Si to suppress coarsening of matrix crystal grains during hot working.
If the content exceeds 7% by weight, the compound containing at least one of Fe and Ni may be coarsened or the volume ratio may be too large to prevent the grain boundary sliding.
【００６２】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
ＣｕまたはＭｇの一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金
であることが好ましい。ＣｕおよびＭｇは、固溶体強化
によって材料の強度を高める元素である。しかも、Ｃｕ
やＭｇは、超塑性の特性を損なうこと無く所定の特性を
向上させることができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
An Al-Si based alloy containing one or more of Cu or Mg is preferable. Cu and Mg are elements that enhance the strength of the material by solid solution strengthening. Moreover, Cu
And Mg can improve predetermined characteristics without impairing superplastic characteristics.
【００６３】Ｃｕ（銅）の好適含有量は、５重量％以下
であることが好ましい。このＣｕは、固溶体強化によっ
て材料の強度を高める元素である。該含有量が５重量％
を超える場合には、粗大な化合物が生じて粒界すべりを
妨げる虞がある。なお、該Ｃｕ含有量は、３〜５重量％
であることが好ましい。該範囲内の場合、必要な形状に
成形後、熱処理を施すと析出強化によりさらに材料の強
度を高めることができる。The preferable content of Cu (copper) is preferably 5% by weight or less. This Cu is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. The content is 5% by weight
If it exceeds, there is a possibility that a coarse compound is generated to prevent the grain boundary slip. The Cu content is 3 to 5% by weight.
It is preferred that Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００６４】Ｍｇ（マグネシウム）の好適含有量は、
１.5重量％以下であることが好ましい。このＭｇは、固
溶体強化によって材料の強度を高める元素である。該含
有量が１.5重量％を超える場合には、粗大な化合物が生
じて粒界すべりを妨げる虞がある。なお、該Ｍｇ含有量
は、０.2〜１.5重量％であることが好ましい。該範囲内
の場合、必要な形状に成形後、熱処理を施すと析出強化
によりさらに材料の強度を高めることができる。The preferable content of Mg (magnesium) is
It is preferably 1.5% by weight or less. This Mg is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. If the content exceeds 1.5% by weight, a coarse compound may be formed to prevent the grain boundary slip. The Mg content is preferably 0.2 to 1.5% by weight. Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００６５】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ（珪素）：１２〜４０重量％、希土類元素：0.３〜
６重量％、Ｆｅ（鉄）またはＮｉ（ニッケル）の一種以
上：７重量％以下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であるこ
とが好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数
が低く、かつ、４５０℃以上の温度範囲内、１０-1〜１
０2 ／秒の歪速度範囲内で超塑性が発現する有用な材料
とすることができる。なお、この場合、Ｓｉ含有量を１
２〜２５重量％とすることにより、加えて室温での靱性
を有する耐摩耗性に優れた低熱膨張性のＡｌ−Ｓｉ系超
塑性アルミニウム合金材料とすることができ、より好適
である。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
Si (silicon): 12 to 40% by weight, rare earth element: 0.3 to
It is preferable that the Al-Si alloy contains 6% by weight, one or more of Fe (iron) or Ni (nickel): 7% by weight or less. As a result, it is excellent in wear resistance, has a low coefficient of thermal expansion, and is in the temperature range of 450 ° C. or higher, 10 −1 to 1
It can be a useful material that exhibits superplasticity in the strain rate range of 0 2 / sec. In this case, the Si content is 1
When the content is 2 to 25% by weight, it is possible to obtain a low thermal expansion Al-Si superplastic aluminum alloy material having toughness at room temperature and excellent in wear resistance, which is more preferable.
【００６６】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
Ｓｉ：１２〜４０重量％、希土類元素：0.３〜６重量
％、ＦｅまたはＮｉ（ニッケル）の一種以上：７重量％
以下、およびＣｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量
％以下の一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であるこ
とが好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数
が低く室温付近の温度で強度が高い、かつ、４５０℃以
上の温度範囲内、１０-1〜１０2 ／秒の歪速度範囲内で
超塑性が発現する有用な材料とすることができる。な
お、この場合、Ｓｉ含有量を１２〜２５重量％とするこ
とにより、加えて室温での靱性を有する耐摩耗性に優れ
た低熱膨張性のＡｌ−Ｓｉ系超塑性アルミニウム合金材
料とすることができ、より好適である。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
Si: 12 to 40% by weight, rare earth element: 0.3 to 6% by weight, one or more of Fe or Ni (nickel): 7% by weight
It is preferable that the Al-Si based alloy contains one or more of the following, and Cu: 5 wt% or less or Mg: 1.5 wt% or less. As a result, it has excellent wear resistance, a low coefficient of thermal expansion, high strength at temperatures near room temperature, and superplasticity within a temperature range of 450 ° C or higher and a strain rate range of 10 -1 to 10 2 / sec. It can be a useful material to be expressed. In this case, by setting the Si content to 12 to 25% by weight, a low thermal expansion Al-Si-based superplastic aluminum alloy material having excellent toughness at room temperature and excellent wear resistance can be obtained. It is possible and more preferable.
【００６７】なお、この合金材料は、Ｓｉ、希土類元
素、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ以外に、本発明の目的を損
なわない範囲で、他の特性の向上のために必要に応じて
他の添加剤を適宜添加することができる。例えば、上記
Ｓｉ、希土類元素、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｕおよびＭｇ以外の
元素として、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ
（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウ
ム）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｏ
（コバルト）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ
（タングステン）などが挙げられる。これらの元素は、
アルミニウムとの化合物、またはＡｌとＳｉとの間で微
細な化合物を作り、熱間加工時のマトリックス結晶粒の
粗大化を抑制することができる。In addition to Si, rare earth elements, Fe, Ni, Cu, and Mg, this alloy material may be added with other additives as necessary to improve other characteristics as long as the object of the present invention is not impaired. Agents can be added as appropriate. For example, as elements other than the above Si, rare earth elements, Fe, Ni, Cu and Mg, Mn (manganese), Cr (chromium), Ti
(Titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), V (vanadium), Mo (molybdenum), Co
(Cobalt), Nb (Niobium), Ta (Tantalum), W
(Tungsten) and the like. These elements are
By forming a compound with aluminum or a fine compound with Al and Si, it is possible to suppress coarsening of matrix crystal grains during hot working.
【００６８】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
組織が均質であることが好ましい。例えば、平均結晶粒
径より著しく大きな結晶粒径の結晶粒が含まれていた
り、平均粒径より著しく大きな粒径のＳｉまたは／およ
びその他の化合物が含まれていたりすることは好ましく
ない。また、Ｓｉまたは／およびその他の化合物の局所
的な密度の偏り（むら）がないものであることが好まし
い。さらに、結晶粒径の局所的な分布の偏りが無い均一
なものであることが好ましい。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
It is preferred that the tissue is homogenous. For example, it is not preferable that a crystal grain having a crystal grain size significantly larger than the average crystal grain size is included, or Si or / and another compound having a grain size significantly larger than the average grain size is included. Further, it is preferable that there is no local uneven density (unevenness) of Si or / and other compounds. Furthermore, it is preferable that the crystal grain size is uniform with no local distribution bias.
【００６９】本発明の超塑性アルミニウム合金材料は、
加熱温度が４５０℃以上において、マトリックスの結晶
粒同士，あるいはマトリックスの結晶粒と単体Ｓｉまた
は化合物の間で粒界すべりが生じ、超塑性が発現する。
単軸引張においては温度４５０℃以上、歪速度１０-1／
秒〜１０2 ／秒の高い歪速度で２００％以上の破断伸び
が得られる。また、超塑性が発現しない場合に比べて変
形抵抗が低くなり、熱間加工装置の容量が小さくてもよ
いという利点を有する。さらに、複雑形状の金型で熱間
加工を加えても欠肉が生じにくくなるといった利点があ
り、熱間加工性を著しく改善することができる。The superplastic aluminum alloy material of the present invention is
When the heating temperature is 450 ° C. or higher, grain boundary slip occurs between the crystal grains of the matrix, or between the crystal grains of the matrix and a simple substance Si or compound, and superplasticity is exhibited.
In uniaxial tension, temperature is 450 ℃ or more, strain rate is 10 -1 /
Elongation at break of 200% or more can be obtained at a high strain rate of 10 to 10 2 / sec. Further, there is an advantage that the deformation resistance is lower than that in the case where superplasticity is not exhibited, and the capacity of the hot working apparatus may be small. Further, there is an advantage that even if hot working is applied to a die having a complicated shape, it is unlikely that the wall thickness will be generated, and the hot workability can be significantly improved.
【００７０】このように、本発明の超塑性アルミニウム
合金材料は、高い歪速度で超塑性が発現する耐摩耗性に
優れたＡｌ−Ｓｉ系のアルミニウム合金であり、このた
め、例えば、複雑形状のものを一回の熱間鍛造で、表面
に割れ欠陥を生じること無く得ることができる。As described above, the superplastic aluminum alloy material of the present invention is an Al-Si type aluminum alloy which exhibits superplasticity at a high strain rate and is excellent in wear resistance. The product can be obtained by hot forging once without causing cracking defects on the surface.
【００７１】なお、本発明の超塑性アルミニウム合金
は、内燃機関、コンプレッサなどの機械部品のような複
雑形状のものを一回の熱間鍛造で成形することができ
る。また、複数の部品を超塑性接合により、固相拡散接
合することができる。The superplastic aluminum alloy of the present invention can be formed into a complicated shape such as a mechanical component such as an internal combustion engine or a compressor by hot forging once. Further, a plurality of components can be solid-phase diffusion bonded by superplastic bonding.
【００７２】[[超塑性アルミニウム合金材料の製造方
法]] （原料粉末準備工程）本発明の超塑性アルミニウム合金
材料の製造方法は、先ず、原料粉末準備工程において、
原料を冷却速度１０2 ℃／秒以上の条件下で急冷凝固し
てＡｌ−Ｓｉ系合金の急冷凝固粉末を準備する。この原
料粉末準備工程において、急冷凝固粉末の作製方法は、
所定の条件で実施ができ、目的のものを得ることができ
る方法であればどのような方法であってもよく、公知の
方法を適用することができる。[[Manufacturing Method of Superplastic Aluminum Alloy Material]] (Raw Material Powder Preparing Step) In the superplastic aluminum alloy material manufacturing method of the present invention, first, in the raw material powder preparing step,
The raw material is rapidly solidified under the condition of a cooling rate of 10 2 ° C / sec or more to prepare a rapidly solidified powder of an Al-Si alloy. In this raw material powder preparation step, the method for producing the rapidly solidified powder is
Any method can be used as long as it can be carried out under predetermined conditions and can obtain the desired product, and known methods can be applied.
【００７３】なお、本発明では、該冷却速度が１０4 ℃
／秒以上であることが好ましい。この場合、Ｓｉなどの
添加元素がより多く強制固溶され、凝固の段階で晶出す
るＳｉまたは／および化合物をより微細にできるので好
ましい。In the present invention, the cooling rate is 10 4 ° C.
/ Sec or more is preferable. In this case, more additive elements such as Si are forcibly solid-dissolved, and Si or / and compounds crystallized in the solidification stage can be made finer, which is preferable.
【００７４】この原料粉末準備工程において準備する原
料粉末は、Ｓｉ含有量が５〜４０重量％のＡｌ−Ｓｉ系
合金であることが好ましい。このＳｉは、材料の耐摩耗
性を向上させるとともに、熱膨張を小さくする元素であ
る。なお、前記含有量が４０重量％を超えると、合金材
料が急激に脆化する。また、該含有量が１２重量％以上
４０重量％以下の場合は、低熱膨張で耐摩耗性に優れた
Ａｌ−Ｓｉ系の超塑性アルミニウム合金材料が得られる
ので好ましい。さらに、Ｓｉ含有量が１２重量％以上２
５重量％以下の場合には、加えて室温靱性を有する超塑
性アルミニウム合金材料が得られる。The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is preferably an Al-Si alloy having a Si content of 5 to 40% by weight. This Si is an element that improves the wear resistance of the material and reduces the thermal expansion. When the content exceeds 40% by weight, the alloy material becomes brittle. Further, when the content is 12% by weight or more and 40% by weight or less, an Al-Si superplastic aluminum alloy material having low thermal expansion and excellent wear resistance is obtained, which is preferable. Further, the Si content is 12% by weight or more 2
When the content is 5% by weight or less, a superplastic aluminum alloy material having room temperature toughness is additionally obtained.
【００７５】この原料粉末準備工程において準備する原
料粉末は、７重量％以下のＦｅを含有するＡｌ−Ｓｉ系
合金であることが好ましい。このＦｅは、アルミニウム
との化合物、またはＡｌとＳｉとの間で微細な化合物を
作り、熱間加工時のマトリックス結晶粒の粗大化を抑制
する元素である。なお、前記該含有量が７重量％を超え
ると、Ｆｅを含む化合物が粗大化したり体積率が大きく
なりすぎて粒界すべりを妨げる虞がある。The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is preferably an Al-Si alloy containing 7% by weight or less of Fe. This Fe is an element that forms a compound with aluminum or a fine compound between Al and Si to suppress coarsening of matrix crystal grains during hot working. If the content exceeds 7% by weight, the Fe-containing compound may be coarsened or the volume ratio may be too large to prevent the grain boundary slip.
【００７６】この原料粉末準備工程において準備する原
料粉末は、ＣｕまたはＭｇの一種以上を含有するＡｌ−
Ｓｉ系合金であることが好ましい。ＣｕおよびＭｇは、
固溶体強化によって材料の強度を高める元素である。し
かも、ＣｕやＭｇは、超塑性の特性を損なうこと無く所
定の特性を向上させることができる。The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is Al-containing one or more of Cu or Mg.
It is preferably a Si-based alloy. Cu and Mg are
It is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. Moreover, Cu and Mg can improve the predetermined characteristics without impairing the superplastic characteristics.
【００７７】Ｃｕ（銅）の好適含有量は、５重量％以下
であることが好ましい。このＣｕは、固溶体強化によっ
て材料の強度を高める元素である。該含有量が５重量％
を超える場合には、粗大な化合物が生じて粒界すべりを
妨げる虞がある。なお、該Ｃｕ含有量は、３〜５重量％
であることが好ましい。該範囲内の場合、必要な形状に
成形後、熱処理を施すと析出強化によりさらに材料の強
度を高めることができる。The preferable content of Cu (copper) is preferably 5% by weight or less. This Cu is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. The content is 5% by weight
If it exceeds, there is a possibility that a coarse compound is generated to prevent the grain boundary slip. The Cu content is 3 to 5% by weight.
It is preferred that Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００７８】Ｍｇ（マグネシウム）の好適含有量は、
１.5重量％以下であることが好ましい。このＭｇは、固
溶体強化によって材料の強度を高める元素である。該含
有量が１.5重量％を超える場合には、粗大な化合物が生
じて粒界すべりを妨げる虞がある。なお、該Ｍｇ含有量
は、０.2〜１.5重量％であることが好ましい。該範囲内
の場合、必要な形状に成形後、熱処理を施すと析出強化
によりさらに材料の強度を高めることができる。The preferred content of Mg (magnesium) is
It is preferably 1.5% by weight or less. This Mg is an element that enhances the strength of the material by solid solution strengthening. If the content exceeds 1.5% by weight, a coarse compound may be formed to prevent the grain boundary slip. The Mg content is preferably 0.2 to 1.5% by weight. Within this range, the material can be further strengthened by precipitation strengthening by subjecting it to heat treatment after forming it into the required shape.
【００７９】この原料粉末準備工程において準備する原
料粉末は、Ｓｉ（珪素）：１２〜４０重量％、Ｆｅ
（鉄）：７重量％以下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であ
ることが好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張
係数が低く、かつ、４５０℃以上の温度範囲内、１０-2
〜１０1 ／秒の歪速度範囲内で超塑性が発現する有用な
材料とすることができる。The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is Si (silicon): 12 to 40% by weight, Fe
(Iron): It is preferably an Al-Si alloy containing 7% by weight or less. Due to this, it has excellent wear resistance, a low coefficient of thermal expansion, and within the temperature range of 450 ° C or higher, 10 -2
It can be a useful material that exhibits superplasticity within a strain rate range of -10 1 / sec.
【００８０】この原料粉末準備工程において準備する原
料粉末は、Ｓｉ：１２〜４０重量％、Ｆｅ：７重量％以
下、およびＣｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％
以下の一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であること
が好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、熱膨張係数が
低く室温付近の温度で強度が高い、かつ、４５０℃以上
の温度範囲内、１０-2〜１０1 ／秒の歪速度範囲内で超
塑性が発現する有用な材料とすることができる。The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is Si: 12 to 40% by weight, Fe: 7% by weight or less, and Cu: 5% by weight or less, or Mg: 1.5% by weight.
It is preferably an Al-Si alloy containing one or more of the following. As a result, it has excellent wear resistance, a low coefficient of thermal expansion, high strength at temperatures near room temperature, and superplasticity within the temperature range of 450 ° C or higher and the strain rate range of 10 -2 to 10 1 / sec. It can be a useful material to be expressed.
【００８１】なお、この原料粉末準備工程において準備
する原料粉末は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ以外に、本発
明の目的を損なわない範囲で、他の特性の向上のために
必要に応じて他の添加剤を適宜添加することができる。
例えば、上記Ｓｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＭｇ以外の元素と
して、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（ク
ロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ
（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデ
ン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タン
タル）、Ｗ（タングステン）などが挙げられる。これら
の元素は、アルミニウムとの化合物、またはＡｌとＳｉ
との間で微細な化合物を作り、熱間加工時のマトリック
ス結晶粒の粗大化を抑制することができる。The raw material powder prepared in this raw material powder preparing step is not limited to Si, Fe, Cu, and Mg, and may be any other material as necessary for improving other characteristics as long as the object of the present invention is not impaired. The additive can be added as appropriate.
For example, Mn (manganese), Ni (nickel), Cr (chromium), Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf may be used as the element other than Si, Fe, Cu and Mg.
(Hafnium), V (vanadium), Mo (molybdenum), Co (cobalt), Nb (niobium), Ta (tantalum), W (tungsten), and the like. These elements are compounds of aluminum or Al and Si.
A fine compound can be formed between and to prevent the coarsening of matrix crystal grains during hot working.
【００８２】（原料粉末準備工程における他の好適な原
料粉末）この原料粉末準備工程において準備する原料粉
末は、希土類元素の一種以上：0.３〜６重量％、Ｓｉ：
５〜４０重量％を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であること
が好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、かつ４５０℃
以上の温度範囲内、１０-1〜１０2 ／秒の歪速度範囲内
で超塑性が発現する有用な材料とすることができる。ま
た、この原料粉末準備工程において準備する原料粉末
は、希土類元素の一種以上：0.３〜６重量％、Ｓｉ：５
〜４０重量％、ＦｅまたはＮｉの一種以上：７重量％以
下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であることが好ましい。
これより、耐摩耗性に優れ、室温付近の温度で強度が高
く、かつ４５０℃以上の温度範囲内、１０-1〜１０2 ／
秒の歪速度範囲内で超塑性が発現する有用な材料とする
ことができる。また、この原料粉末準備工程において準
備する原料粉末は、希土類元素の一種以上：0.３〜６重
量％、Ｓｉ：５〜４０重量％、Ｃｕ：５重量％以下また
はＭｇ：１.5重量％以下の少なくとも一種以上を含有す
るＡｌ−Ｓｉ系合金であることが好ましい。これより、
耐摩耗性に優れ、室温付近の温度で強度が高く、かつ４
５０℃以上の温度範囲内、１０-1〜１０2 ／秒の歪速度
範囲内で超塑性が発現する有用な材料とすることができ
る。また、この原料粉末準備工程において準備する原料
粉末は、希土類元素の一種以上：0.３〜６重量％、Ｓ
ｉ：５〜４０重量％、ＦｅまたはＮｉの一種以上：７重
量％以下、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％
以下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金
であることが好ましい。これより、耐摩耗性に優れ、室
温付近の温度で強度が高く、かつ４５０℃以上の温度範
囲内、１０-1〜１０2 ／秒の歪速度範囲内で超塑性が発
現する有用な材料とすることができる。なお、上記のそ
れぞれにおいて、Ｓｉ含有量を１２重量％〜４０重量％
とすることが好ましい。これより、さらに低熱膨張で耐
摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系の有用な超塑性アルミニウ
ム合金材料とすることができる。さらに、Ｓｉ含有量が
１２重量％〜２５重量％の場合には、加えて室温での靱
性を有するより有用な材料とすることができる。(Other suitable raw material powders in the raw material powder preparation step) The raw material powders prepared in the raw material powder preparation step include one or more rare earth elements: 0.3 to 6% by weight, Si:
It is preferably an Al-Si alloy containing 5 to 40% by weight. From this, it has excellent wear resistance and 450 ° C.
It can be a useful material that exhibits superplasticity within the above temperature range and within a strain rate range of 10 −1 to 10 2 / sec. The raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is one or more of rare earth elements: 0.3 to 6% by weight, Si: 5
It is preferable that the Al-Si based alloy contains -40 wt% and one or more of Fe or Ni: 7 wt% or less.
As a result, it has excellent wear resistance, high strength at temperatures near room temperature, and within the temperature range of 450 ° C or higher, 10 -1 to 10 2 /
It can be a useful material that exhibits superplasticity within a strain rate range of seconds. Further, the raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is one or more of rare earth elements: 0.3 to 6% by weight, Si: 5 to 40% by weight, Cu: 5% by weight or less, or Mg: 1.5% by weight. An Al-Si based alloy containing at least one of the following is preferable. Than this,
Excellent wear resistance, high strength at around room temperature, and 4
It can be a useful material that exhibits superplasticity within a temperature range of 50 ° C. or higher and a strain rate range of 10 −1 to 10 2 / sec. Further, the raw material powder prepared in this raw material powder preparation step is one or more of rare earth elements: 0.3 to 6% by weight, S
i: 5 to 40% by weight, one or more of Fe or Ni: 7% by weight or less, Cu: 5% by weight or less or Mg: 1.5% by weight
An Al-Si based alloy containing at least one of the following is preferable. As a result, a useful material having excellent wear resistance, high strength at a temperature near room temperature, and superplasticity in a temperature range of 450 ° C. or higher and a strain rate range of 10 −1 to 10 2 / sec. can do. In each of the above, the Si content is 12% by weight to 40% by weight.
It is preferable that As a result, it is possible to obtain a useful Al-Si-based superplastic aluminum alloy material having a further low thermal expansion and excellent wear resistance. Furthermore, when the Si content is 12% by weight to 25% by weight, a more useful material having a toughness at room temperature can be obtained.
【００８３】（プリフォーム形成工程）次に、プリフォ
ーム形成工程において、前記原料粉末準備工程において
得られた原料粉末を、金型成形法やＣＩＰ法、封缶法な
どにより所定の形状に成形しプリフォームを得る。これ
により、所望の形状のプリフォームを得ることができ
る。なお、成形方法は、所望のプリフォームを得ること
ができる方法であれば、どのような方法でもよい。(Preform Forming Step) Next, in the preform forming step, the raw material powder obtained in the raw material powder preparing step is molded into a predetermined shape by a die molding method, a CIP method, a canning method or the like. Get the preform. Thereby, a preform having a desired shape can be obtained. The molding method may be any method as long as a desired preform can be obtained.
【００８４】（熱間押出工程）次に、熱間押出工程にお
いて、前記プリフォーム形成工程において得られたプリ
フォームを、脱ガス処理も含めて、４００℃〜４８０℃
の温度範囲内で熱間押出を行う。なお、熱間押出方法
は、目的を達成できる方法であれば、どのような方法で
もよい。本工程において、熱間押出の温度は、４３０℃
〜４７０℃であることが好ましい。該温度範囲内とする
ことにより、Ｓｉまたは／および化合物の粗大化を抑制
するとともに、熱間押出における変形抵抗が低くなり、
熱間押出が容易にできる。(Hot Extrusion Process) Next, in the hot extrusion process, the preform obtained in the preform forming process is subjected to degassing treatment at 400 ° C. to 480 ° C.
Hot extrusion is performed within the temperature range of. The hot extrusion method may be any method as long as it can achieve the purpose. In this step, the temperature of hot extrusion is 430 ° C.
It is preferably ˜470 ° C. Within the temperature range, while suppressing the coarsening of Si or / and the compound, the deformation resistance in hot extrusion becomes low,
Hot extrusion is easy.
【００８５】また、熱間押出工程において、押出条件が
押出比５以上であることが好ましい。押出比を該範囲内
とすることにより、熱間押出において、粉末に強い剪断
応力が加わり、粉末間の結合が強固となる。押出比が５
未満では、粉末間の十分な結合が得られない虞がある。In the hot extrusion step, the extrusion condition is preferably an extrusion ratio of 5 or more. By setting the extrusion ratio within this range, a strong shear stress is applied to the powder during hot extrusion, and the bond between the powders is strengthened. Extrusion ratio is 5
If it is less than the range, there is a possibility that a sufficient bond between the powders cannot be obtained.
【００８６】（熱間加工工程）次に、熱間加工工程にお
いて、前記熱間押出工程において得られた熱間押出体
を、３００℃〜４５０℃の温度範囲内で加工する。熱間
押出によりプリフォームを固化した後、熱間加工を施す
のは、再結晶を生じさせて必要なマトリックスの結晶粒
径および形状を得るためである。なお、熱間加工方法
は、圧延法、スエージ法、鍛造法などが適用でき、目的
を達成できる方法であれば、どのような方法でもよい。(Hot Working Step) Next, in the hot working step, the hot extruded body obtained in the hot extruding step is processed within a temperature range of 300 ° C to 450 ° C. The solidification of the preform by hot extrusion followed by hot working is to cause recrystallization and obtain the required matrix grain size and shape. The hot working method may be any method as long as it can apply the rolling method, the swaging method, the forging method, etc. and can achieve the purpose.
【００８７】本工程において、熱間加工の温度は、３５
０℃〜４５０℃であることが好ましい。該温度範囲内と
することにより、Ｓｉまたは／および化合物の粗大化が
抑制され、かつ、熱間加工における変形抵抗が低くな
り、容易に熱間加工できる。In this process, the hot working temperature is 35
It is preferably 0 ° C to 450 ° C. Within the temperature range, coarsening of Si and / or compounds is suppressed, deformation resistance in hot working is lowered, and hot working can be easily performed.
【００８８】また、熱間加工工程において、加工条件が
加工度５％以上であることが好ましい。加工度を該範囲
内とすることにより、マトリックスの全体にわたり、再
結晶が得られる。加工度が５未満では、十分な再結晶が
得られない虞がある。In the hot working step, the working condition is preferably a working degree of 5% or more. By setting the workability within this range, recrystallization can be obtained over the entire matrix. If the workability is less than 5, sufficient recrystallization may not be obtained.
【００８９】なお、本発明では、前記原料粉末準備工程
と該プリフォーム形成工程を同時に行う方法を採用する
ことができる。すなわち、原料溶湯を冷却速度：１０2
℃／秒以上の条件下で急冷凝固し、Ａｌ−Ｓｉ系合金の
プリフォームを得るプリフォーム形成工程である。具体
的には、スプレーフォーミング法などにより、溶湯から
直接所望形状のプリフォームを作製することができる。In the present invention, it is possible to employ a method of simultaneously performing the raw material powder preparing step and the preform forming step. That is, the raw material melt was cooled at a rate of 10 2
This is a preform forming step in which a preform of an Al-Si alloy is obtained by rapid solidification under conditions of ° C / sec or more. Specifically, a preform having a desired shape can be produced directly from the molten metal by a spray forming method or the like.
【００９０】すなわち、他の好適な超塑性アルミニウム
合金材料の製造方法は、原料溶湯を冷却速度：１０2 ℃
／秒以上の条件下で急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ系合金のプ
リフォームを得るプリフォーム形成工程と、該プリフォ
ーム形成工程において得られたプリフォームを、４００
℃〜４８０℃の温度範囲内で熱間押出を行う熱間押出工
程と、該熱間押出工程において得られた熱間押出体を、
３００℃〜４５０℃の温度範囲内で加工する熱間加工工
程と、からなることを特徴とする。That is, another preferable method for producing a superplastic aluminum alloy material is to cool the raw material molten metal at a cooling rate of 10 2 ° C.
The preform forming step of rapidly solidifying under a condition of not less than 1 / second to obtain an Al-Si alloy preform and the preform obtained in the preform forming step are
The hot extrusion step of performing hot extrusion in the temperature range of ℃ ~ 480 ℃, and the hot extruded body obtained in the hot extrusion step,
And a hot working step of working in a temperature range of 300 ° C to 450 ° C.
【００９１】本発明の超塑性アルミニウム合金材料の製
造方法により、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金材料で
あって、前記合金材料がＳｉ：５〜４０重量％（好適に
は１２重量％〜４０重量％）、Ｆｅ：７重量％以下を含
有してなり、マトリックスの平均結晶粒径が0.１〜４μ
ｍで、マトリックスの平均アスペクト比が１.5以下であ
り、かつ、アルミニウム合金マトリックスに分散するＳ
ｉまたは／および化合物のそれぞれの平均粒径がマトリ
ックス平均結晶粒径の１.5倍以下の超塑性アルミニウム
合金材料を容易に得ることができる。According to the method for producing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, an Al--Si alloy material having superplasticity, wherein the alloy material is Si: 5 to 40% by weight (preferably 12 to 40% by weight). %), Fe: 7 wt% or less, and the average crystal grain size of the matrix is 0.1 to 4 μm.
m, the average aspect ratio of the matrix is 1.5 or less, and S is dispersed in the aluminum alloy matrix.
It is possible to easily obtain a superplastic aluminum alloy material in which the average grain size of i or / and the compound is not more than 1.5 times the average grain size of the matrix.
【００９２】また、本発明の超塑性アルミニウム合金材
料の製造方法により、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金
材料であって、前記合金材料がＳｉ：５〜４０重量％
（好適には１２重量％〜４０重量％），Ｆｅ：７重量％
以下，およびＣｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量
％以下の少なくとも一種以上を含有してなり、マトリッ
クスの平均結晶粒径が0.１〜４μｍで、マトリックスの
平均アスペクト比が１.5以下であり、かつ、前記アルミ
ニウム合金マトリックスに分散するＳｉまたは／および
化合物のそれぞれの平均粒径がマトリックス平均結晶粒
径の１.5倍以下の超塑性アルミニウム合金材料を容易に
得ることができる。Further, according to the method for producing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, an Al--Si alloy material having superplasticity, wherein the alloy material is Si: 5 to 40% by weight.
(Preferably 12% to 40% by weight), Fe: 7% by weight
And at least one of Cu: 5 wt% or less or Mg: 1.5 wt% or less, the average crystal grain size of the matrix is 0.1 to 4 μm, and the average aspect ratio of the matrix is 1. It is possible to easily obtain a superplastic aluminum alloy material having an average grain size of 5 or less and having an average grain size of Si or / and a compound dispersed in the aluminum alloy matrix of 1.5 times or less the average grain size of the matrix. .
【００９３】また、本発明の超塑性アルミニウム合金材
料の製造方法により、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金
材料であって、前記合金材料がＳｉ：５〜４０重量％
（好適には１２重量％〜４０重量％）、希土類元素の一
種以上：0.３〜６重量％を含有してなる超塑性アルミニ
ウム合金材料を容易に得ることができる。Further, according to the method for producing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, an Al--Si alloy material having superplasticity, wherein the alloy material is Si: 5 to 40% by weight.
(Preferably 12% by weight to 40% by weight), one or more rare earth elements: 0.3 to 6% by weight can be easily obtained as a superplastic aluminum alloy material.
【００９４】また、本発明の超塑性アルミニウム合金材
料の製造方法により、超塑性を有するＡｌ−Ｓｉ系合金
材料であって、前記合金材料がＳｉ：５〜４０重量％
（好適には１２重量％〜４０重量％）、希土類元素の一
種以上：0.３〜６重量％を含有してなり、マトリックス
の平均結晶粒径が0.１〜４μｍで、マトリックスの平均
アスペクト比が１.5以下であり、かつ、前記アルミニウ
ム合金マトリックスに分散するＳｉまたは／および化合
物のそれぞれの平均粒径がマトリックス平均結晶粒径の
１.5倍以下の超塑性アルミニウム合金材料を容易に得る
ことができる。According to the method for producing a superplastic aluminum alloy material of the present invention, an Al--Si alloy material having superplasticity, wherein the alloy material is Si: 5 to 40% by weight.
(Preferably 12% by weight to 40% by weight), one or more rare earth elements: 0.3 to 6% by weight, the average crystal grain size of the matrix is 0.1 to 4 μm, and the average aspect of the matrix is A superplastic aluminum alloy material having a ratio of 1.5 or less and an average grain size of each of Si and / or compounds dispersed in the aluminum alloy matrix of 1.5 times or less of the average crystal grain size of the matrix can be easily prepared. Obtainable.
【００９５】以下に、本発明の実施例を説明する。Examples of the present invention will be described below.
【００９６】（第１実施例）先ず、エアアトマイズ法に
より原料粉末を準備した。すなわち、アルミニウムと各
添加元素からなる二元系母合金を目標組成となるように
秤量した。これを、高周波溶解し、高圧空気によるエア
アトマイズを行った。このときの冷却速度は、１０3 〜
１０5 ℃／秒であった。(First Example) First, a raw material powder was prepared by an air atomizing method. That is, a binary master alloy composed of aluminum and each additive element was weighed so as to have a target composition. This was melted by high frequency and air atomized with high pressure air. The cooling rate at this time is 10 3 ~
It was 10 5 ° C / sec.
【００９７】得られた原料粉末から、２タイプ４種類の
ものを用意した。すなわち、Ａタイプの原料粉末は、−
３５０メッシュに篩い分けた合金粉末である。Ｂタイプ
の原料粉末は、１００〜３５０メッシュに篩い分けた合
金粉末である。本実施例では、Ａタイプの原料粉末１種
類（試料番号：１）と、Ｂタイプの原料粉末を３種類
（試料番号：２〜４）用意した。From the obtained raw material powders, two types and four types were prepared. That is, the A type raw material powder is −
It is an alloy powder sieved to 350 mesh. The B type raw material powder is an alloy powder sieved to 100 to 350 mesh. In this embodiment, one type of A type raw material powder (sample number: 1) and three types of B type raw material powder (sample numbers: 2 to 4) were prepared.
【００９８】次に、プリフォームを形成した。前記原料
粉末を金型に入れ、加圧力３ｔ／cm2 でφ４８mm×高さ
２５mmの円柱形状に圧粉成形し、プリフォームを得た
（試料番号：１〜４）。Next, a preform was formed. The raw material powder was put in a mold and pressed into a cylindrical shape of φ48 mm × height 25 mm with a pressing force of 3 t / cm 2 to obtain a preform (Sample Nos. 1 to 4).
【００９９】次に、得られたプリフォームを、４５０℃
で１時間窒素雰囲気中で加熱した後、φ５０mmからφ１
４mmに押し出した（試料番号：１〜４）。その後、試料
番号３は、４８０℃で１時間大気中で加熱した。また、
試料番号４は、４８０℃で４８時間大気中で加熱した。Next, the obtained preform was heated at 450 ° C.
After heating in a nitrogen atmosphere for 1 hour at φ50 mm to φ1
Extruded to 4 mm (sample number: 1-4). Thereafter, Sample No. 3 was heated at 480 ° C. for 1 hour in the atmosphere. Also,
Sample No. 4 was heated at 480 ° C. for 48 hours in the atmosphere.
【０１００】次に、前記工程で得られた押出体を４００
℃に加熱し、スエージ加工を行い、φ８.5mmのＡｌ合金
材料を得た。Next, the extruded body obtained in the above step is 400
It was heated to ° C and swaged to obtain an Al alloy material of φ8.5 mm.
【０１０１】得られたＡｌ合金材料の性能評価試験を行
った。先ず、各試料の組織観察を行った。すなわち、各
試料の断面を鏡面研磨し、化学腐食を施して、光学顕微
鏡および走査型電子顕微鏡により観察した。次いで、走
査型電子顕微鏡観察で得られた断面組織写真図から、画
像解析装置を用いてＳｉ粒径を測定した。また、マトリ
ックスの結晶粒は透過型電子顕微鏡により観察した。そ
の結果、試料番号１〜４の何れも、透過型電子顕微鏡で
観察したマトリックスの結晶粒はほぼ等軸粒であり（平
均アスペクト比：１.0〜１.2）、該マトリックスの平均
結晶粒径は２μｍであった。また、各試料の単体Ｓｉ粒
径は、試料番号１が１.3μｍ、試料番号２が１.7μｍ、
試料番号３が１.9μｍ、試料番号４が３.5μｍであっ
た。A performance evaluation test was performed on the obtained Al alloy material. First, the structure of each sample was observed. That is, the cross section of each sample was mirror-polished, chemically corroded, and observed with an optical microscope and a scanning electron microscope. Then, the Si grain size was measured using an image analyzer from the cross-sectional structure photograph obtained by observation with a scanning electron microscope. The crystal grains of the matrix were observed with a transmission electron microscope. As a result, in all of sample numbers 1 to 4, the crystal grains of the matrix observed by the transmission electron microscope are almost equiaxed grains (average aspect ratio: 1.0 to 1.2), and the average crystal grains of the matrix are The diameter was 2 μm. The single Si particle size of each sample is 1.3 μm for sample number 1 and 1.7 μm for sample number 2,
The sample number 3 was 1.9 μm and the sample number 4 was 3.5 μm.
【０１０２】次に、引張試験を行った。各試料を機械加
工して丸棒引張試験片を作製し、油圧制御材料試験機に
より、試験温度５００℃で定速引張を行った。各試料の
単体Ｓｉ粒径と、試験温度５００℃，歪速度１０-1／秒
における破断伸びとの関係を、図１に示す。その結果、
単体Ｓｉの粒径がマトリックスの平均結晶粒径である２
μｍ以下の場合に特に大きな破断伸びが得られているこ
とが分かる。Next, a tensile test was conducted. Each sample was machined to produce a round bar tensile test piece, which was subjected to constant speed tension at a test temperature of 500 ° C. by a hydraulic control material testing machine. FIG. 1 shows the relationship between the Si particle size of each sample and the elongation at break at a test temperature of 500 ° C. and a strain rate of 10 −1 / sec. as a result,
The grain size of elemental Si is the average crystal grain size of the matrix 2
It can be seen that particularly large elongation at break is obtained when the thickness is less than μm.
【０１０３】（第２実施例）先ず、第１実施例と同様に
してＡｌ−Ｓｉ系合金原料粉末を準備した。得られた原
料粉末の組成を、表１に示す。(Second Example) First, Al-Si alloy raw material powder was prepared in the same manner as in the first example. The composition of the obtained raw material powder is shown in Table 1.
【０１０４】[0104]
【表１】 [Table 1]
【０１０５】次に、プリフォームを第１実施例と同様に
して形成し、４５０℃で１時間窒素雰囲気中で加熱した
後、φ５０mmからφ１４mmに押し出した（試料番号：５
〜７）。Next, a preform was formed in the same manner as in Example 1, heated at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and then extruded from φ50 mm to φ14 mm (sample number: 5).
~ 7).
【０１０６】次に、前記工程で得られた押出体を４００
℃に加熱し、スエージ加工を行い、φ８.5mmのＡｌ−Ｓ
ｉ合金材料を得た。Next, the extruded body obtained in the above-mentioned step is set to 400
Heated to ℃, swaged, φ8.5 mm Al-S
An i alloy material was obtained.
【０１０７】得られたＡｌ合金材料の性能評価試験を、
第１実施例と同様に行った。得られた結果を、表２に示
す。A performance evaluation test of the obtained Al alloy material was conducted.
It carried out like the 1st example. The results obtained are shown in Table 2.
【０１０８】[0108]
【表２】 [Table 2]
【０１０９】（比較例１）比較のために、表１に示す原
料粉末の組成、加工条件としたほかは、前記第１実施例
と同様にして、比較用Ａｌ−Ｓｉ系合金材料を作製し、
同様に性能評価試験を行った。なお、Ｃ５は、溶製合金
を、φ１４ mm の丸棒に機械加工し、同様の条件でφ
８.5 mm にスエージ加工した。その結果を、表２に併せ
て示す。Comparative Example 1 For comparison, an Al-Si alloy material for comparison was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of raw material powder and the processing conditions shown in Table 1 were used. ,
Similarly, a performance evaluation test was conducted. For C5, a molten alloy was machined into a φ14 mm round bar and
It was swaged to 8.5 mm. The results are also shown in Table 2.
【０１１０】（評価試験結果）表２より明らかなよう
に、本発明に係る実施例（試料番号５〜試料番号７）の
Ａｌ−Ｓｉ合金材料場合は、歪速度が１０-2／秒または
１０-1／秒において２００％以上の破断伸びが得られ、
比較的高い歪速度で超塑性が発現する低熱膨張アルミニ
ウム合金であることが分かる。これに対し、比較用Ａｌ
−Ｓｉ系合金材料の場合には、破断伸びは何れも２００
％に達しなかった。(Evaluation Test Results) As is clear from Table 2, in the case of the Al-Si alloy materials of the examples (Sample No. 5 to Sample No. 7) according to the present invention, the strain rate was 10 -2 / sec or 10 -Elongation at break of 200% or more is obtained at -1 / second
It can be seen that it is a low thermal expansion aluminum alloy that exhibits superplasticity at a relatively high strain rate. On the other hand, for comparison Al
In the case of -Si alloy material, the breaking elongation is 200
Did not reach the percentage.
【０１１１】（第３実施例）先ず、エアアトマイズ法に
より、Ａｌ−１７Ｓｉ−２Ｆｅ−４Ｃｕ−0.５Ｍｇ（試
料番号８）およびＡｌ−１７Ｓｉ−２Ｍｍ（ミッシュメ
タル）−４Ｃｕ−0.５Ｍｇ（試料番号９）組成の２種類
の原料粉末を準備した。すなわち、アルミニウムと各添
加元素からなる合金を目標組成となるように秤量した。
これを、高周波溶解し、高圧空気によるエアアトマイズ
を行った。このときの冷却速度は、１０3 〜１０5 ℃／
秒であった。次いで、得られた原料粉末を、−３５０メ
ッシュに篩い分けた。(Third Example) First, Al-17Si-2Fe-4Cu-0.5Mg (Sample No. 8) and Al-17Si-2Mm (Misch metal) -4Cu-0.5Mg (Sample) were prepared by the air atomization method. No. 9) Two kinds of raw material powders having a composition were prepared. That is, an alloy composed of aluminum and each additive element was weighed so as to have a target composition.
This was melted by high frequency and air atomized with high pressure air. The cooling rate at this time is 10 3 to 10 5 ° C /
It was seconds. Then, the obtained raw material powder was sieved to -350 mesh.
【０１１２】次に、プリフォームを形成した。前記原料
粉末を金型に入れ、加圧力３ｔ／cm2 でφ４８mm×高さ
２５mmの円柱形状に圧粉成形し、プリフォームを得た
（試料番号：８〜９）。Next, a preform was formed. The raw material powder was placed in a mold and pressed into a cylindrical shape of φ48 mm × height 25 mm with a pressing force of 3 t / cm 2 to obtain a preform (sample number: 8 to 9).
【０１１３】次に、得られたプリフォームを、４５０℃
で１時間窒素雰囲気中で加熱した後、φ５０mmからφ１
４mmに押し出した（試料番号：８〜９）。Next, the obtained preform was heated at 450 ° C.
After heating in a nitrogen atmosphere for 1 hour at φ50 mm to φ1
Extruded to 4 mm (sample number: 8-9).
【０１１４】次に、前記工程で得られた押出体を４００
℃に加熱し、スエージ加工を行い、φ８.5mmのＡｌ合金
材料を得た。Next, the extruded body obtained in the above-mentioned step is 400
It was heated to ° C and swaged to obtain an Al alloy material of φ8.5 mm.
【０１１５】得られたＡｌ合金材料の性能評価試験を、
引張試験により行った。各試料を機械加工して丸棒引張
試験片を作製し、油圧制御材料試験機により、試験温度
５００℃で定速引張を行った。各試料試験温度５００℃
における歪速度と破断伸びとの関係を、図２に示す。そ
の結果、試料番号８および試料番号９の何れのものも２
００％以上の破断伸びが得られ、超塑性に優れた材料で
あることが確認された。なお、最も大きな破断伸びが得
られる歪速度は、試料番号８のＡｌ−１７Ｓｉ−２Ｆｅ
−４Ｃｕ−0.５Ｍｇの場合には１０-1／秒付近であった
が、試料番号９のＡｌ−１７Ｓｉ−２Ｍｍ（ミッシュメ
タル）−４Ｃｕ−0.５Ｍｇの場合には１０0 ／秒付近と
試料番号８のものに比べて一桁高く、超塑性が発現する
ことが分かった。これは、ミッシュメタルを添加するこ
とによって希土類元素を含む化合物が生じ、この化合物
が熱間押出または／および熱間加工の際に生じたマトリ
ックスの再結晶粒の粗大化を抑制する効果が、Ｆｅを添
加した場合に生じるＦｅを含む化合物より大きいこと、
および希土類元素がＳｉの粗大化を抑制することによる
ものと考えられる。A performance evaluation test of the obtained Al alloy material was conducted.
The tensile test was performed. Each sample was machined to prepare a round bar tensile test piece, which was subjected to constant speed tension at a test temperature of 500 ° C. by a hydraulic control material testing machine. Each sample test temperature 500 ℃
The relationship between the strain rate and the elongation at break is shown in FIG. As a result, both sample number 8 and sample number 9 are 2
A breaking elongation of 00% or more was obtained, and it was confirmed that the material had excellent superplasticity. Note that the strain rate at which the largest breaking elongation was obtained was Al-17Si-2Fe of sample number 8.
In the case of -4Cu-0.5Mg, it was around 10 -1 / sec, but in the case of Al-17Si-2Mm (Misch metal) -4Cu-0.5Mg of sample number 9, it was around 10 0 / sec. It was found that superplasticity was exhibited, which is one digit higher than that of Sample No. 8. This is because a compound containing a rare earth element is generated by adding misch metal, and this compound has an effect of suppressing coarsening of recrystallized grains of the matrix generated during hot extrusion or / and hot working. Larger than the compound containing Fe, which occurs when the addition of
It is considered that the rare earth element suppresses the coarsening of Si.
【０１１６】（第４実施例）先ず、第３実施例と同様に
してＡｌ−Ｓｉ系合金原料粉末を準備した。得られた原
料粉末の組成を、表３に示す。(Fourth Example) First, Al-Si alloy raw material powder was prepared in the same manner as in the third example. The composition of the obtained raw material powder is shown in Table 3.
【０１１７】[0117]
【表３】 [Table 3]
【０１１８】次に、プリフォームを第３実施例と同様に
して形成し、４５０℃で１時間窒素雰囲気中で加熱した
後、φ５０mmからφ１４mmに押し出した（試料番号：１
０〜１３）。Next, a preform was formed in the same manner as in Example 3, heated at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and then extruded from φ50 mm to φ14 mm (Sample No .: 1
0-13).
【０１１９】次に、前記工程で得られた押出体を４００
℃に加熱し、スエージ加工を行い、φ８.5mmのＡｌ−Ｓ
ｉ合金材料を得た。Next, the extruded body obtained in the above-mentioned step is 400
Heated to ℃, swaged, φ8.5 mm Al-S
An i alloy material was obtained.
【０１２０】得られたＡｌ合金材料の性能評価試験を、
組織観察については前記第１実施例と同様に、引張試験
については前記第３実施例と同様に行った。なお、引張
試験は破断伸びは歪速度１０0 ／秒において行った。得
られた結果を、表４に示す。A performance evaluation test of the obtained Al alloy material was conducted.
The structure was observed in the same manner as in the first embodiment, and the tensile test was conducted in the same manner as in the third embodiment. The tensile test was conducted at a breaking elongation of 10 0 / sec. The results obtained are shown in Table 4.
【０１２１】[0121]
【表４】 [Table 4]
【０１２２】（評価試験結果）表４より明らかなよう
に、ミッシュメタルを添加したものは何れも歪速度が１
０0 ／秒で２００％以上の破断伸びが得られていること
が分かる。なお、試料番号１２および試料番号１３は、
歪速度が１０-1／秒で２００％以上の破断伸びが得られ
ている。(Evaluation Test Results) As is clear from Table 4, the strain rate was 1 in each of the samples to which misch metal was added.
It can be seen that a breaking elongation of 200% or more is obtained at 0 0 / sec. Sample number 12 and sample number 13 are
A breaking elongation of 200% or more is obtained at a strain rate of 10 -1 / sec.
【図１】本発明の第１実施例により得られたＡｌ合金材
料の性能評価試験結果を示す図であり、各試料の単体Ｓ
ｉ粒径と、試験温度５００℃，歪速度１０-1／秒におけ
る破断伸びとの関係を示す線図である。FIG. 1 is a diagram showing a performance evaluation test result of an Al alloy material obtained according to a first embodiment of the present invention, in which a simple substance S of each sample
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between i grain size and elongation at break at a test temperature of 500 ° C. and a strain rate of 10 −1 / sec.
【図２】本発明の第３実施例により得られたＡｌ合金材
料の性能評価試験結果を示す図であり、各試料の試験温
度５００℃における破断伸びと歪速度との関係を示す線
図である。FIG. 2 is a diagram showing a performance evaluation test result of an Al alloy material obtained in a third example of the present invention, and is a diagram showing a relationship between elongation at break and strain rate at a test temperature of 500 ° C. of each sample. is there.
１・・・試料番号１ ２・・・試料番号２ ３・・・試料番号３ ４・・・試料番号４ ８・・・試料番号８ ９・・・試料番号９ 1 ... Sample number 1 2 ... Sample number 2 3 ... Sample number 3 4 ... Sample number 4 8 ... Sample number 8 9 ... Sample number 9
Claims (26)
あって、アルミニウム合金マトリックスの平均結晶粒径
が0.１〜４μｍで、該アルミニウム合金マトリックス結
晶粒の平均アスペクト比が１.5以下であり、かつ、前記
アルミニウム合金マトリックスに分散するＳｉまたは／
および化合物のそれぞれの平均粒径が前記アルミニウム
合金マトリックス平均結晶粒径の１.5倍以下であること
を特徴とする超塑性アルミニウム合金材料。1. An Al-Si alloy material having superplasticity, wherein an aluminum alloy matrix has an average crystal grain size of 0.1 to 4 μm, and the aluminum alloy matrix crystal grain has an average aspect ratio of 1.5 or less. And / or Si dispersed in the aluminum alloy matrix
A superplastic aluminum alloy material, characterized in that the average grain size of each of the compounds and compounds is 1.5 times or less the average grain size of the aluminum alloy matrix.
含有量が、５〜４０重量％であることを特徴とする請求
項１記載の超塑性アルミニウム合金材料。2. The Si of the superplastic aluminum alloy material
The superplastic aluminum alloy material according to claim 1, wherein the content is 5 to 40% by weight.
ｅ：７重量％以下を含有してなることを特徴とする請求
項２記載の超塑性アルミニウム合金材料。3. The superplastic aluminum alloy material is F
The superplastic aluminum alloy material according to claim 2, wherein e: 7 wt% or less is contained.
ｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％以下の少なく
とも一種以上を含有してなることを特徴とする請求項２
記載の超塑性アルミニウム合金材料。4. The superplastic aluminum alloy material is C
3. At least one of u: 5% by weight or less and Mg: 1.5% by weight or less is contained.
The superplastic aluminum alloy material described.
下で急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ系合金の急冷凝固粉末を準
備する原料粉末準備工程と、 該原料粉末準備工程において得られた原料粉末を所定の
形状に成形しプリフォームを得るプリフォーム形成工程
と、 該プリフォーム形成工程において得られたプリフォーム
を、４００℃〜４８０℃の温度範囲内で熱間押出を行う
熱間押出工程と、 該熱間押出工程において得られた熱間押出体を、３００
℃〜４５０℃の温度範囲内で加工する熱間加工工程と、
からなることを特徴とする超塑性アルミニウム合金材料
の製造方法。5. A raw material powder preparing step of preparing a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy by rapidly solidifying the raw material under the condition of a cooling rate of 10 2 ° C./second or more, and the raw material powder preparing step. A preform forming step of molding a raw material powder into a predetermined shape to obtain a preform, and a hot extrusion in which the preform obtained in the preform forming step is hot extruded within a temperature range of 400 ° C to 480 ° C. And a hot extruded body obtained in the hot extruding step,
A hot working step of working in a temperature range of ℃ to 450 ℃,
A method for producing a superplastic aluminum alloy material, comprising:
粉末が、Ｓｉ：５〜４０重量％を含有するＡｌ−Ｓｉ系
合金の急冷凝固粉末であることを特徴とする請求項５記
載の超塑性アルミニウム合金材料の製造方法。6. The superplastic aluminum according to claim 5, wherein the raw material powder prepared in the raw material powder preparing step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing Si: 5 to 40% by weight. Method of manufacturing alloy material.
粉末が、Ｆｅ：７重量％以下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合
金の急冷凝固粉末であることを特徴とする請求項６記載
の超塑性アルミニウム合金材料の製造方法。7. The superplastic aluminum alloy according to claim 6, wherein the raw material powder prepared in the raw material powder preparing step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing Fe: 7% by weight or less. Material manufacturing method.
粉末が、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％以
下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金の
急冷凝固粉末であることを特徴とする請求項６記載の超
塑性アルミニウム合金材料の製造方法。8. The raw material powder prepared in the raw material powder preparation step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing at least one of Cu: 5 wt% or less or Mg: 1.5 wt% or less. 7. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 6.
粉末が、希土類元素の一種以上：0.３〜６重量％を含有
するＡｌ−Ｓｉ系合金の急冷凝固粉末であることを特徴
とする請求項５記載の超塑性アルミニウム合金材料の製
造方法。9. The raw material powder prepared in the raw material powder preparing step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing one or more rare earth elements: 0.3 to 6% by weight. 5. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to 5.
粉末が、ＦｅまたはＮｉの一種以上：７重量％以下を含
有するＡｌ−Ｓｉ系合金の急冷凝固粉末であることを特
徴とする請求項９記載の超塑性アルミニウム合金材料の
製造方法。10. The raw material powder prepared in the raw material powder preparation step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing at least one of Fe and Ni: 7 wt% or less. Manufacturing method of superplastic aluminum alloy material of.
粉末が、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％以
下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金の
急冷凝固粉末であることを特徴とする請求項９記載の超
塑性アルミニウム合金材料の製造方法。11. The raw material powder prepared in the raw material powder preparation step is a rapidly solidified powder of an Al—Si alloy containing at least one of Cu: 5 wt% or less or Mg: 1.5 wt% or less. 10. The method for manufacturing a superplastic aluminum alloy material according to claim 9.
粉末が、Ｓｉ：１２〜４０重量％、Ｆｅ：７重量％以
下、および、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量
％以下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ系合
金の急冷凝固粉末であることを特徴とする請求項５記載
の超塑性アルミニウム合金材料の製造方法。12. The raw material powder prepared in the raw material powder preparation step comprises at least Si: 12 to 40% by weight, Fe: 7% by weight or less, and Cu: 5% by weight or less or Mg: 1.5% by weight or less. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 5, which is a rapidly solidified powder of an Al-Si alloy containing one or more kinds.
比５以上であることを特徴とする請求項５記載の超塑性
アルミニウム合金材料の製造方法。13. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 5, wherein the extrusion condition is an extrusion ratio of 5 or more in the hot extrusion step.
度５％以上であることを特徴とする請求項５記載の超塑
性アルミニウム合金材料の製造方法。14. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 5, wherein in the hot working step, working conditions are a working degree of 5% or more.
の条件下で急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ系合金のプリフォー
ムを得るプリフォーム形成工程と、 該プリフォーム形成工程において得られたプリフォーム
を、４００℃〜４８０℃の温度範囲内で熱間押出を行う
熱間押出工程と、 該熱間押出工程において得られた熱間押出体を、３００
℃〜４５０℃の温度範囲内で加工する熱間加工工程と、
からなることを特徴とする超塑性アルミニウム合金材料
の製造方法。15. A preform-forming step of obtaining a preform of an Al—Si alloy by rapidly solidifying a raw material molten metal under a cooling rate of 10 2 ° C./second or more; and a preform-forming step obtained in the preform-forming step. A hot extrusion step of hot extruding the preform in a temperature range of 400 ° C. to 480 ° C., and a hot extruded body obtained in the hot extrusion step are
A hot working step of working in a temperature range of ℃ to 450 ℃,
A method for producing a superplastic aluminum alloy material, comprising:
プリフォームが、Ｓｉ：５〜４０重量％を含有するＡｌ
−Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項15記載の超
塑性アルミニウム合金材料の製造方法。16. The preform formed in the preform forming step is an Al containing Si: 5 to 40% by weight.
16. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 15, which is a -Si alloy.
プリフォームが、Ｆｅ：７重量％以下を含有するＡｌ−
Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項16記載の超塑
性アルミニウム合金材料の製造方法。17. The preform formed in the preform forming step is Al-containing Fe: 7 wt% or less.
17. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 16, which is a Si-based alloy.
プリフォームが、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5
重量％以下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ
系合金であることを特徴とする請求項16記載の超塑性ア
ルミニウム合金材料の製造方法。18. The preform formed in the preform forming step is Cu: 5% by weight or less or Mg: 1.5.
Al-Si containing at least one or more by weight%
17. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 16, which is a system alloy.
プリフォームが、希土類元素の一種以上：0.３〜６重量
％を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする
請求項15記載の超塑性アルミニウム合金材料の製造方
法。19. The superform according to claim 15, wherein the preform formed in the preform forming step is an Al—Si alloy containing one or more rare earth elements: 0.3 to 6% by weight. Manufacturing method of plastic aluminum alloy material.
プリフォームが、ＦｅまたはＮｉの一種以上：７重量％
以下を含有するＡｌ−Ｓｉ系合金であることを特徴とす
る請求項19記載の超塑性アルミニウム合金材料の製造方
法。20. The preform formed in the preform forming step is one or more of Fe or Ni: 7% by weight.
20. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 19, which is an Al-Si alloy containing:
プリフォームが、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5
重量％以下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−Ｓｉ
系合金であることを特徴とする請求項19記載の超塑性ア
ルミニウム合金材料の製造方法。21. The preform formed in the preform forming step is Cu: 5 wt% or less or Mg: 1.5
Al-Si containing at least one or more by weight%
20. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 19, which is a system alloy.
プリフォームが、Ｓｉ：１２〜４０重量％、Ｆｅ：７重
量％以下、および、Ｃｕ：５重量％以下またはＭｇ：
１.5重量％以下の少なくとも一種以上を含有するＡｌ−
Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項15記載の超塑
性アルミニウム合金材料の製造方法。22. The preform formed in the preform forming step comprises Si: 12 to 40% by weight, Fe: 7% by weight or less, and Cu: 5% by weight or less, or Mg:
Al-containing at least one or more 1.5% by weight or less
16. The method for producing a superplastic aluminum alloy material according to claim 15, which is a Si-based alloy.
あって、該超塑性アルミニウム合金材料のＳｉ含有量が
５〜４０重量％であり、かつ希土類元素の一種以上を0.
３〜６重量％含有してなることを特徴とする超塑性アル
ミニウム合金材料。23. An Al-Si alloy material having superplasticity, wherein the Si content of the superplastic aluminum alloy material is 5 to 40% by weight, and one or more rare earth elements are contained in an amount of 0.
A superplastic aluminum alloy material containing 3 to 6% by weight.
ルミニウム合金マトリックスの平均結晶粒径が0.１〜４
μｍで、該アルミニウム合金マトリックス結晶粒の平均
アスペクト比が１.5以下であり、かつ、前記アルミニウ
ム合金マトリックスに分散するＳｉまたは／および化合
物のそれぞれの平均粒径が前記アルミニウム合金マトリ
ックス平均結晶粒径の１.5倍以下であることを特徴とす
る請求項23記載の超塑性アルミニウム合金材料。24. The superplastic aluminum alloy material has an aluminum alloy matrix having an average crystal grain size of 0.1 to 4
μm, the average aspect ratio of the aluminum alloy matrix crystal grains is 1.5 or less, and the average grain size of each of Si and / or compounds dispersed in the aluminum alloy matrix is the average grain size of the aluminum alloy matrix. 24. The superplastic aluminum alloy material according to claim 23, which is 1.5 times or less than the above.
ｅまたはＮｉの一種以上：７重量％以下を含有してなる
ことを特徴とする請求項23記載の超塑性アルミニウム合
金材料。25. The superplastic aluminum alloy material is F
24. The superplastic aluminum alloy material according to claim 23, containing at least one of e and Ni: 7% by weight or less.
ｕ：５重量％以下またはＭｇ：１.5重量％以下の少なく
とも一種以上を含有してなることを特徴とする請求項23
記載の超塑性アルミニウム合金材料。26. The superplastic aluminum alloy material is C
24. At least one of u: 5% by weight or less and Mg: 1.5% by weight or less is contained.
The superplastic aluminum alloy material described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10044795A JPH08232034A (en) | 1994-12-26 | 1995-03-30 | Superplastic aluminum alloy material and its production |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33782694 | 1994-12-26 | ||
| JP6-337826 | 1994-12-26 | ||
| JP10044795A JPH08232034A (en) | 1994-12-26 | 1995-03-30 | Superplastic aluminum alloy material and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232034A true JPH08232034A (en) | 1996-09-10 |
Family
ID=26441473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10044795A Pending JPH08232034A (en) | 1994-12-26 | 1995-03-30 | Superplastic aluminum alloy material and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08232034A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6962673B2 (en) | 2001-03-23 | 2005-11-08 | Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. | Heat-resistant, creep-resistant aluminum alloy and billet thereof as well as methods of preparing the same |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP10044795A patent/JPH08232034A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6962673B2 (en) | 2001-03-23 | 2005-11-08 | Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. | Heat-resistant, creep-resistant aluminum alloy and billet thereof as well as methods of preparing the same |
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