JPH0849033A - フレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料 - Google Patents
フレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料Info
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- JPH0849033A JPH0849033A JP7126892A JP12689295A JPH0849033A JP H0849033 A JPH0849033 A JP H0849033A JP 7126892 A JP7126892 A JP 7126892A JP 12689295 A JP12689295 A JP 12689295A JP H0849033 A JPH0849033 A JP H0849033A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】Ａｌ合金基複合材料における疲労強度、フレッ
ティング疲労強度のさらる向上を図る。 【構成】重量比で、少なくともＳｉを１３％以上及び希
土類元素の１種以上を０．５〜４．０％含有するＡｌ合
金粉末に、硬質補強材としてのセラミックス粒子を０．
５〜４．０％添加した混合物を熱間加工してなるＡｌ合
金基複合材料である。希土類元素によりＡｌ合金基材組
織を微細化するとともに、硬質補強材によりフレッティ
ング摩耗を抑えることができ、これによりＡｌ合金基複
合材料における疲労強度、フレッティング疲労強度のさ
らなる向上を図ることが可能となる。また、希土類元素
及びセラミックス粒子の適当量の添加により高温塑性加
工性も向上する。アスペクト比が５以下の形状の硬質補
強材を用いれば、超塑性の発現による高温塑性加工性の
さらなる向上を図ることができる。
ティング疲労強度のさらる向上を図る。 【構成】重量比で、少なくともＳｉを１３％以上及び希
土類元素の１種以上を０．５〜４．０％含有するＡｌ合
金粉末に、硬質補強材としてのセラミックス粒子を０．
５〜４．０％添加した混合物を熱間加工してなるＡｌ合
金基複合材料である。希土類元素によりＡｌ合金基材組
織を微細化するとともに、硬質補強材によりフレッティ
ング摩耗を抑えることができ、これによりＡｌ合金基複
合材料における疲労強度、フレッティング疲労強度のさ
らなる向上を図ることが可能となる。また、希土類元素
及びセラミックス粒子の適当量の添加により高温塑性加
工性も向上する。アスペクト比が５以下の形状の硬質補
強材を用いれば、超塑性の発現による高温塑性加工性の
さらなる向上を図ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフレッティング疲労強度
に優れたＡｌ合金基複合材料に関する。
に優れたＡｌ合金基複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車や航空機などのエンジン材
料として、軽量化等の要請に応えるため、アルミニウム
（Ａｌ）合金が用いられている。例えば、ピストンやコ
ンロッドなどの内燃機関用部品に適用される耐熱性に優
れたＡｌ合金として、ＡｌーＳｉーＦｅ系の急冷凝固Ａ
ｌ合金粉末を熱間加工した急冷凝固Ａｌ合金が知られて
いる。
料として、軽量化等の要請に応えるため、アルミニウム
（Ａｌ）合金が用いられている。例えば、ピストンやコ
ンロッドなどの内燃機関用部品に適用される耐熱性に優
れたＡｌ合金として、ＡｌーＳｉーＦｅ系の急冷凝固Ａ
ｌ合金粉末を熱間加工した急冷凝固Ａｌ合金が知られて
いる。
【０００３】ここで、内燃機関用コンロッドの大端部に
は、コンロッド軸受を介してクランクシャフトのクラン
クピンが装着される。そして、コンロッドの大端部に嵌
着されるコンロッド軸受の裏金とコンロッドとの間にお
いては、エンジンの高出力・高回転化に伴いフレッティ
ング疲労に対してより厳しい条件となってきている。こ
のため、コンロッド用材料のフレッティング疲労強度向
上が望まれている。なお、フレッティング疲労とは、金
属同士が押し付けられた状態で繰り返し荷重が加わる場
合に、両者間に微少な相対すべりが発生し、このときの
接触応力による応力集中や、発生した摩耗粉が堆積して
部分的に盛り上がり強い片当たり状態となることによる
応力集中などにより疲労破壊に至る現象である。
は、コンロッド軸受を介してクランクシャフトのクラン
クピンが装着される。そして、コンロッドの大端部に嵌
着されるコンロッド軸受の裏金とコンロッドとの間にお
いては、エンジンの高出力・高回転化に伴いフレッティ
ング疲労に対してより厳しい条件となってきている。こ
のため、コンロッド用材料のフレッティング疲労強度向
上が望まれている。なお、フレッティング疲労とは、金
属同士が押し付けられた状態で繰り返し荷重が加わる場
合に、両者間に微少な相対すべりが発生し、このときの
接触応力による応力集中や、発生した摩耗粉が堆積して
部分的に盛り上がり強い片当たり状態となることによる
応力集中などにより疲労破壊に至る現象である。
【０００４】しかし、Ａｌ合金は鉄系合金と比較してフ
レッティング疲労強度が低いため、Ａｌ合金よりなるコ
ンロッドのフレッティング疲労強度は、コンロッドとし
てのフレッティング疲労強度の通常の耐久限度に比べて
大幅に低く、鉄系合金と比較してもその低下度合いが大
きい。このため、Ａｌ合金よりなるコンロッドは、鉄系
合金よりなるコンロッドと比較して、耐久性に問題があ
る。
レッティング疲労強度が低いため、Ａｌ合金よりなるコ
ンロッドのフレッティング疲労強度は、コンロッドとし
てのフレッティング疲労強度の通常の耐久限度に比べて
大幅に低く、鉄系合金と比較してもその低下度合いが大
きい。このため、Ａｌ合金よりなるコンロッドは、鉄系
合金よりなるコンロッドと比較して、耐久性に問題があ
る。
【０００５】そこで、Ａｌ合金のフレッティング疲労強
度を向上させる手段としては、本質的には合金組成によ
り疲労強度を向上させることが有効と考えられるが、そ
の他にＳｉＣウィスカーやＳｉＣ粒子を複合させること
により、フレッティング疲労強度を向上させたＡｌ合金
基複合材料の例などが知られている。例えば、日本金属
学会誌、第５７巻、第１１号（１９９３年）の１２６８
〜１２７４頁には、Ａｌ合金粉末にＳｉＣ粉末を重量比
で２０％混合させた混合粉末をＨＩＰで固化成形し、熱
間押出加工後、Ｔ６処理して得たＡｌ合金基複合材料が
開示されている。
度を向上させる手段としては、本質的には合金組成によ
り疲労強度を向上させることが有効と考えられるが、そ
の他にＳｉＣウィスカーやＳｉＣ粒子を複合させること
により、フレッティング疲労強度を向上させたＡｌ合金
基複合材料の例などが知られている。例えば、日本金属
学会誌、第５７巻、第１１号（１９９３年）の１２６８
〜１２７４頁には、Ａｌ合金粉末にＳｉＣ粉末を重量比
で２０％混合させた混合粉末をＨＩＰで固化成形し、熱
間押出加工後、Ｔ６処理して得たＡｌ合金基複合材料が
開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＡ
ｌ合金基複合材料によっても、疲労強度やフレッティン
グ疲労強度が十分ではなく、さらなる向上が望まれる。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、Ａｌ合
金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲労強
度のさらなる向上を図ることを解決すべき技術課題とす
るものである。
ｌ合金基複合材料によっても、疲労強度やフレッティン
グ疲労強度が十分ではなく、さらなる向上が望まれる。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、Ａｌ合
金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲労強
度のさらなる向上を図ることを解決すべき技術課題とす
るものである。
【０００７】
（１）上記課題を解決する請求項１記載のフレッティン
グ疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料は、重量比で、
少なくともＳｉを１３％以上及び希土類元素の１種以上
を０．５〜４．０％含有するＡｌ合金粉末と、硬質補強
材とを含む混合物を熱間加工してなることを特徴とする
ものである。
グ疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料は、重量比で、
少なくともＳｉを１３％以上及び希土類元素の１種以上
を０．５〜４．０％含有するＡｌ合金粉末と、硬質補強
材とを含む混合物を熱間加工してなることを特徴とする
ものである。
【０００８】なお、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕのランタノイドを挙げる
ことができ、複数種の添加も可能であることからコスト
面を考慮すれば比較的安価なミッシュメタルを用いるこ
とが好ましい。好適な態様において、上記硬質補強材
は、平均粒径：１〜５μｍのセラミックス粒子であり、
重量比で、Ａｌ合金基複合材料全体に０．５〜４．０％
含まれる。
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕのランタノイドを挙げる
ことができ、複数種の添加も可能であることからコスト
面を考慮すれば比較的安価なミッシュメタルを用いるこ
とが好ましい。好適な態様において、上記硬質補強材
は、平均粒径：１〜５μｍのセラミックス粒子であり、
重量比で、Ａｌ合金基複合材料全体に０．５〜４．０％
含まれる。
【０００９】なお、セラミックス粒子の種類としては特
に限定されないが、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、
ＺｒＯ2 などを適宜用いることができる。また、セラミ
ックス粒子の代わりに、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ
3 −Ｂ2Ｏ3 などのウィスカを硬質補強材として使用す
ることも可能である。 （２）上記課題を解決する請求項３記載のフレッティン
グ疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料は、重量比で、
少なくともＳｉを１３％以上及び希土類元素の１種以上
を０．５〜４．０％含有するＡｌ合金粉末と、アスペク
ト比が５以下の形状の硬質補強材とを含む混合物を熱間
加工してなることを特徴とするものである。
に限定されないが、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、
ＺｒＯ2 などを適宜用いることができる。また、セラミ
ックス粒子の代わりに、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ
3 −Ｂ2Ｏ3 などのウィスカを硬質補強材として使用す
ることも可能である。 （２）上記課題を解決する請求項３記載のフレッティン
グ疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料は、重量比で、
少なくともＳｉを１３％以上及び希土類元素の１種以上
を０．５〜４．０％含有するＡｌ合金粉末と、アスペク
ト比が５以下の形状の硬質補強材とを含む混合物を熱間
加工してなることを特徴とするものである。
【００１０】好適な態様において、上記硬質補強材は、
重量比で、Ａｌ合金基複合材料全体に０．５〜４．０％
含まれる。
重量比で、Ａｌ合金基複合材料全体に０．５〜４．０％
含まれる。
【００１１】
（１）請求項１記載のＡｌ合金基複合材料は、Ａｌ合金
粉末中に含まれた希土類元素の作用により、Ａｌ合金基
材組織を微細化することができ、これにより疲労強度の
向上を図ることが可能となる。また、Ａｌ合金基複合材
料中に分散される硬質補強材の作用により、フレッティ
ング摩耗を抑え、摩耗粉堆積によるフレッティング疲労
強度の低下を抑制する。そして、Ａｌ合金基複合材料中
に分散される硬質補強材のブリッジ効果により、Ａｌ合
金基材と相手材との直接接触面圧が下がり、相対すべり
発生におけるＡｌ合金基材と相手材との凝着を抑制して
フレッティング摩耗、ひいては摩耗粉堆積を抑えること
ができ、これによりフレッティング疲労強度の向上を図
ることが可能となる。
粉末中に含まれた希土類元素の作用により、Ａｌ合金基
材組織を微細化することができ、これにより疲労強度の
向上を図ることが可能となる。また、Ａｌ合金基複合材
料中に分散される硬質補強材の作用により、フレッティ
ング摩耗を抑え、摩耗粉堆積によるフレッティング疲労
強度の低下を抑制する。そして、Ａｌ合金基複合材料中
に分散される硬質補強材のブリッジ効果により、Ａｌ合
金基材と相手材との直接接触面圧が下がり、相対すべり
発生におけるＡｌ合金基材と相手材との凝着を抑制して
フレッティング摩耗、ひいては摩耗粉堆積を抑えること
ができ、これによりフレッティング疲労強度の向上を図
ることが可能となる。
【００１２】さらに希土類元素は、上記作用の他に、熱
的に安定な化合物を形成して耐熱性を向上させるととも
に、熱間加工時の熱履歴によって起こるβ相などの晶出
物の粗大化を抑制して高温における塑性加工性を向上さ
せるという作用も奏する。Ａｌ合金粉末中の希土類元素
の添加量を、０．５〜４．０重量％と限定した理由は、
添加量が０．５重量％未満では前述の効果が十分でな
く、一方添加量が４．０重量％を越えると高温塑性加工
性が低下するからである。特に、限界据込率７０％以上
の高温塑性加工性を確保するためには、希土類元素の添
加量を１．０〜３．０重量％とすることが好ましい。
的に安定な化合物を形成して耐熱性を向上させるととも
に、熱間加工時の熱履歴によって起こるβ相などの晶出
物の粗大化を抑制して高温における塑性加工性を向上さ
せるという作用も奏する。Ａｌ合金粉末中の希土類元素
の添加量を、０．５〜４．０重量％と限定した理由は、
添加量が０．５重量％未満では前述の効果が十分でな
く、一方添加量が４．０重量％を越えると高温塑性加工
性が低下するからである。特に、限界据込率７０％以上
の高温塑性加工性を確保するためには、希土類元素の添
加量を１．０〜３．０重量％とすることが好ましい。
【００１３】硬質補強材として、平均粒径：１〜５μｍ
のセラミックス粒子を用い、その添加量を、重量比で、
Ａｌ合金基複合材料全体の０．５〜４．０重量％とした
場合は、上記硬質補強材による作用をより確実に発揮さ
せることが可能となる。セラミックス粒子の平均粒径が
１μｍ未満では、セラミック粒子同士が凝集しやすく疲
労強度を低下させる。一方、セラミックス粒子の平均粒
径が５μｍを越えると、被削性が低下する。またセラミ
ックス粒子の添加量が０．５重量％未満では前述の硬質
補強材としての効果が十分でなく、一方４重量％を越え
ると高温塑性加工性が低下する。ただし、優れたフレッ
ティング疲労強度と限界据込率７０％以上の高温塑性加
工性を同時に確保するためには、セラミック粒子の添加
量が１〜２．５重量％であることが特に好ましい。
のセラミックス粒子を用い、その添加量を、重量比で、
Ａｌ合金基複合材料全体の０．５〜４．０重量％とした
場合は、上記硬質補強材による作用をより確実に発揮さ
せることが可能となる。セラミックス粒子の平均粒径が
１μｍ未満では、セラミック粒子同士が凝集しやすく疲
労強度を低下させる。一方、セラミックス粒子の平均粒
径が５μｍを越えると、被削性が低下する。またセラミ
ックス粒子の添加量が０．５重量％未満では前述の硬質
補強材としての効果が十分でなく、一方４重量％を越え
ると高温塑性加工性が低下する。ただし、優れたフレッ
ティング疲労強度と限界据込率７０％以上の高温塑性加
工性を同時に確保するためには、セラミック粒子の添加
量が１〜２．５重量％であることが特に好ましい。
【００１４】なお、セラミック粒子に代えてＳｉ
3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 などのウィスカ
を硬質補強材として使用することも可能であるが、この
場合フレッティングが問題となる面に対してウィスカの
配向が直角方向となることが好ましく、またセラミック
粒子に比べて被削性や塑性加工性が劣るため、その添加
量は０．５〜２重量％とすることが好ましい。
3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 などのウィスカ
を硬質補強材として使用することも可能であるが、この
場合フレッティングが問題となる面に対してウィスカの
配向が直角方向となることが好ましく、またセラミック
粒子に比べて被削性や塑性加工性が劣るため、その添加
量は０．５〜２重量％とすることが好ましい。
【００１５】次に、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉは、
Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱
膨張係数に近づける働きがある。すなわち、Ａｌ合金基
複合材料を例えば内燃機関用部品に適用する場合、鋼材
部品と組み合わせて用いられることが多く、Ａｌ合金基
複合材料の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱膨張係数
（１２×１０-6／℃）に近づける方が好ましい。ここ
で、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０×１０-6／
℃を越えると、Ａｌ合金基複合材料を内燃機関用部品に
適用することが困難となる。したがって、Ａｌ合金粉末
中に含まれるＳｉの添加量を１３重量％以上として、Ａ
ｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０×１０ -6／℃以下
となるようにした。
Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱
膨張係数に近づける働きがある。すなわち、Ａｌ合金基
複合材料を例えば内燃機関用部品に適用する場合、鋼材
部品と組み合わせて用いられることが多く、Ａｌ合金基
複合材料の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱膨張係数
（１２×１０-6／℃）に近づける方が好ましい。ここ
で、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０×１０-6／
℃を越えると、Ａｌ合金基複合材料を内燃機関用部品に
適用することが困難となる。したがって、Ａｌ合金粉末
中に含まれるＳｉの添加量を１３重量％以上として、Ａ
ｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０×１０ -6／℃以下
となるようにした。
【００１６】また、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉは、
上記作用の他に、Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、
Ｆｅとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）を形成したりしてＡｌ中
に均一分散されることにより、疲労強度や剛性を向上さ
せるという作用、効果も奏する。これらの効果は、添加
量１５重量％以上で特に顕著となり、一方２５重量％を
越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は、１５〜２５重量％とする
ことが特に好ましい。 （２）請求項３記載のＡｌ合金基複合材料は、Ａｌ合金
粉末中に含まれた希土類元素の作用により、Ａｌ合金基
材組織を微細化することができ、これにより疲労強度の
向上を図ることが可能となる。
上記作用の他に、Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、
Ｆｅとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）を形成したりしてＡｌ中
に均一分散されることにより、疲労強度や剛性を向上さ
せるという作用、効果も奏する。これらの効果は、添加
量１５重量％以上で特に顕著となり、一方２５重量％を
越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は、１５〜２５重量％とする
ことが特に好ましい。 （２）請求項３記載のＡｌ合金基複合材料は、Ａｌ合金
粉末中に含まれた希土類元素の作用により、Ａｌ合金基
材組織を微細化することができ、これにより疲労強度の
向上を図ることが可能となる。
【００１７】また、Ａｌ合金基複合材料中に分散される
硬質補強材の作用により、フレッティング摩耗を抑え、
摩耗粉堆積によるフレッティング疲労強度の低下を抑制
する。そして、Ａｌ合金基複合材料中に分散される硬質
補強材のブリッジ効果により、Ａｌ合金基材と相手材と
の直接接触面圧が下がり、相対すべり発生におけるＡｌ
合金基材と相手材との凝着を抑制してフレッティング摩
耗、ひいては摩耗粉堆積を抑えることができ、これによ
りフレッティング疲労強度の向上を図ることが可能とな
る。
硬質補強材の作用により、フレッティング摩耗を抑え、
摩耗粉堆積によるフレッティング疲労強度の低下を抑制
する。そして、Ａｌ合金基複合材料中に分散される硬質
補強材のブリッジ効果により、Ａｌ合金基材と相手材と
の直接接触面圧が下がり、相対すべり発生におけるＡｌ
合金基材と相手材との凝着を抑制してフレッティング摩
耗、ひいては摩耗粉堆積を抑えることができ、これによ
りフレッティング疲労強度の向上を図ることが可能とな
る。
【００１８】さらに希土類元素は、上記作用の他に、熱
的に安定な化合物を形成して耐熱性を向上させるという
作用も奏する。さらに、熱間加工時の熱履歴によって起
こるマトリックスの再結晶粒の粗大化及びＳｉ相やβ相
などの化合物相の粗大化を抑制する。このため、マトリ
ックスの結晶粒が細かくなり、比較的高い歪速度で超塑
性が発現する。
的に安定な化合物を形成して耐熱性を向上させるという
作用も奏する。さらに、熱間加工時の熱履歴によって起
こるマトリックスの再結晶粒の粗大化及びＳｉ相やβ相
などの化合物相の粗大化を抑制する。このため、マトリ
ックスの結晶粒が細かくなり、比較的高い歪速度で超塑
性が発現する。
【００１９】Ａｌ合金粉末中の希土類元素の添加量を
０．５〜４．０重量％と限定した理由は、添加量が０．
５重量％未満では前述の効果が十分でなく、一方添加量
が４．０重量％を越えると高温塑性加工性が低下するか
らである。特に、限界据込率７０％以上の高温塑性加工
性を確保するためには、希土類元素の添加量を１．０〜
３．０重量％とすることが好ましい。
０．５〜４．０重量％と限定した理由は、添加量が０．
５重量％未満では前述の効果が十分でなく、一方添加量
が４．０重量％を越えると高温塑性加工性が低下するか
らである。特に、限界据込率７０％以上の高温塑性加工
性を確保するためには、希土類元素の添加量を１．０〜
３．０重量％とすることが好ましい。
【００２０】また、Ａｌ合金基複合材料中に分散される
硬質補強材の形状は、アスペクト比が５以下であること
が必要である。アスペクト比が５を越えると、硬質補強
材の形状異方性が粒界すべりを妨げ、超塑性変形を阻害
する。したがって、Ａｌ合金基複合材料中に分散される
硬質補強材は、セラミックス粒子を用いることが好まし
い。セラミックスウイスカを用いてもよいが、その場合
には複合材料中のセラミックスウイスカをアスペクト比
が５以下となるように破砕されるように、熱間押出比を
十分に高くするか、あるいは熱間押出後に十分な加工比
の熱間加工を加える必要がある。
硬質補強材の形状は、アスペクト比が５以下であること
が必要である。アスペクト比が５を越えると、硬質補強
材の形状異方性が粒界すべりを妨げ、超塑性変形を阻害
する。したがって、Ａｌ合金基複合材料中に分散される
硬質補強材は、セラミックス粒子を用いることが好まし
い。セラミックスウイスカを用いてもよいが、その場合
には複合材料中のセラミックスウイスカをアスペクト比
が５以下となるように破砕されるように、熱間押出比を
十分に高くするか、あるいは熱間押出後に十分な加工比
の熱間加工を加える必要がある。
【００２１】また、Ａｌ合金基複合材料中に分散される
硬質補強材は、平均粒径：５μｍ以下のセラミックス粒
子を用い、その添加量を、重量比で、Ａｌ合金基複合材
料全体に０．５〜４．０重量％含まれることが好まし
い。セラミックス粒子の平均粒径が５μｍを越えると、
被削性が低下する。またセラミックス粒子の添加量が
０．５重量％未満では前述の硬質補強材としての効果が
十分でなく、一方４重量％を越えると超塑性変形を阻害
するおそれがある。ただし、優れたフレッティング疲労
強度と超塑性を同時に確保するためには、セラミック粒
子の添加量が１〜２．５重量％であることが特に好まし
い。
硬質補強材は、平均粒径：５μｍ以下のセラミックス粒
子を用い、その添加量を、重量比で、Ａｌ合金基複合材
料全体に０．５〜４．０重量％含まれることが好まし
い。セラミックス粒子の平均粒径が５μｍを越えると、
被削性が低下する。またセラミックス粒子の添加量が
０．５重量％未満では前述の硬質補強材としての効果が
十分でなく、一方４重量％を越えると超塑性変形を阻害
するおそれがある。ただし、優れたフレッティング疲労
強度と超塑性を同時に確保するためには、セラミック粒
子の添加量が１〜２．５重量％であることが特に好まし
い。
【００２２】また、セラミックス粒子同士が凝集するこ
となく、複合材料中に均一に分散していることが好まし
い。セラミックス粒子同士が凝集していると、疲労強度
と超塑性を低下させるからである。次に、Ａｌ合金粉末
中に含まれるＳｉは、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数
を低下させて鋼材の熱膨張係数に近づける働きがある。
すなわち、Ａｌ合金基複合材料を例えば内燃機関用部品
に適用する場合、鋼材部品と組み合わせて用いられるこ
とが多く、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数を低下させ
て鋼材の熱膨張係数（１２×１０-6／℃）に近づける方
が好ましい。ここで、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数
が２０×１０-6／℃を越えると、Ａｌ合金基複合材料を
内燃機関用部品に適用することが困難となる。したがっ
て、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉの添加量を１３重量
％以上として、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０
×１０ -6／℃以下となるようにした。
となく、複合材料中に均一に分散していることが好まし
い。セラミックス粒子同士が凝集していると、疲労強度
と超塑性を低下させるからである。次に、Ａｌ合金粉末
中に含まれるＳｉは、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数
を低下させて鋼材の熱膨張係数に近づける働きがある。
すなわち、Ａｌ合金基複合材料を例えば内燃機関用部品
に適用する場合、鋼材部品と組み合わせて用いられるこ
とが多く、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数を低下させ
て鋼材の熱膨張係数（１２×１０-6／℃）に近づける方
が好ましい。ここで、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数
が２０×１０-6／℃を越えると、Ａｌ合金基複合材料を
内燃機関用部品に適用することが困難となる。したがっ
て、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉの添加量を１３重量
％以上として、Ａｌ合金基複合材料の熱膨張係数が２０
×１０ -6／℃以下となるようにした。
【００２３】また、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉは、
上記作用の他に、Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、
Ｆｅとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）を形成したりしてＡｌ中
に均一分散されることにより、疲労強度や剛性を向上さ
せるという作用、効果も奏する。これらの効果は、添加
量１５重量％以上で特に顕著となり、一方２５重量％を
越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は、１５〜２５重量％とする
ことが特に好ましい。
上記作用の他に、Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、
Ｆｅとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）を形成したりしてＡｌ中
に均一分散されることにより、疲労強度や剛性を向上さ
せるという作用、効果も奏する。これらの効果は、添加
量１５重量％以上で特に顕著となり、一方２５重量％を
越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は、１５〜２５重量％とする
ことが特に好ましい。
【００２４】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （好適な実施態様１）本発明の請求項１記載のＡｌ合金
基複合材料に用いるＡｌ合金粉末として、重量比で、 Ｓｉ ： １５〜２５ ％ Ｆｅ ： ３〜９ ％ Ｃｕ ： １〜６ ％ Ｍｇ ：０．１〜１．５％ Ｍｎ、Ｚｒの１種又は２種： ≦２．０％ を含有し、さらに希土類元素の１種以上を０．５〜４．
０重量％含有するＡｌ合金粉末を特に好ましい実施態様
として挙げることができる。上記組成を有するＡｌ合金
粉末を用いることにより、フレッティング疲労強度のさ
らなる向上を図ることができる。なお、各成分の添加量
の限定理由は、以下のとおりである。
る。 （好適な実施態様１）本発明の請求項１記載のＡｌ合金
基複合材料に用いるＡｌ合金粉末として、重量比で、 Ｓｉ ： １５〜２５ ％ Ｆｅ ： ３〜９ ％ Ｃｕ ： １〜６ ％ Ｍｇ ：０．１〜１．５％ Ｍｎ、Ｚｒの１種又は２種： ≦２．０％ を含有し、さらに希土類元素の１種以上を０．５〜４．
０重量％含有するＡｌ合金粉末を特に好ましい実施態様
として挙げることができる。上記組成を有するＡｌ合金
粉末を用いることにより、フレッティング疲労強度のさ
らなる向上を図ることができる。なお、各成分の添加量
の限定理由は、以下のとおりである。
【００２５】Ｓｉの添加量の限定理由は前述したとおり
である。Ｆｅは、Ａｌ及びＳｉとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦ
ｅ）を形成して均一に分散されることにより、疲労強度
や剛性を向させるとともに、熱膨張係数を小さくする。
Ｆｅの添加量が３重量％未満ではこれらの効果が十分で
なく、一方９重量％を越えると高温塑性加工性が低下す
る。したがって、Ａｌ合金粉末中のＦｅの添加量は３〜
９重量％とすることが好ましい。
である。Ｆｅは、Ａｌ及びＳｉとβ相（Ａｌ5 ＳｉＦ
ｅ）を形成して均一に分散されることにより、疲労強度
や剛性を向させるとともに、熱膨張係数を小さくする。
Ｆｅの添加量が３重量％未満ではこれらの効果が十分で
なく、一方９重量％を越えると高温塑性加工性が低下す
る。したがって、Ａｌ合金粉末中のＦｅの添加量は３〜
９重量％とすることが好ましい。
【００２６】Ｃｕは、Ｍｇとともに時効硬化により疲労
強度を向上させる。Ｃｕの添加量が１重量％未満ではこ
の効果が十分でなく、一方６重量％を越えると高温塑性
加工性が低下する。したがって、Ａｌ合金粉末中のＣｕ
の添加量は１〜６重量％とすることが好ましい。Ｍｇ
は、Ｃｕとともに時効硬化により疲労強度を向上させ
る。Ｍｇの添加量が０．１重量％未満ではこの効果が十
分でなく、一方１．５重量％を越えると高温塑性加工性
が低下する。したがって、Ａｌ合金粉末中のＭｇの添加
量は０．１〜１．５重量％とすることが好ましい。
強度を向上させる。Ｃｕの添加量が１重量％未満ではこ
の効果が十分でなく、一方６重量％を越えると高温塑性
加工性が低下する。したがって、Ａｌ合金粉末中のＣｕ
の添加量は１〜６重量％とすることが好ましい。Ｍｇ
は、Ｃｕとともに時効硬化により疲労強度を向上させ
る。Ｍｇの添加量が０．１重量％未満ではこの効果が十
分でなく、一方１．５重量％を越えると高温塑性加工性
が低下する。したがって、Ａｌ合金粉末中のＭｇの添加
量は０．１〜１．５重量％とすることが好ましい。
【００２７】Ｍｎ及びＺｒは、希土類元素同様、再結晶
組織を微細にすることにより、疲労強度及び高温塑性加
工性を向上させる。ただし、Ｍｎ及びＺｒによるこれら
の効果は希土類元素に比べて小さく、希土類元素を十分
添加する場合にはＭｎ又はＺｒを添加しなくても差し支
えない。また、Ｍｎ及びＺｒの合計添加量が２．０重量
％を越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、
Ａｌ合金粉末中のＭｎ及びＺｒの添加量は、１種又は２
種の合計で２．０重量％以下とすることが好ましい。
組織を微細にすることにより、疲労強度及び高温塑性加
工性を向上させる。ただし、Ｍｎ及びＺｒによるこれら
の効果は希土類元素に比べて小さく、希土類元素を十分
添加する場合にはＭｎ又はＺｒを添加しなくても差し支
えない。また、Ｍｎ及びＺｒの合計添加量が２．０重量
％を越えると高温塑性加工性が低下する。したがって、
Ａｌ合金粉末中のＭｎ及びＺｒの添加量は、１種又は２
種の合計で２．０重量％以下とすることが好ましい。
【００２８】さらに、本発明の請求項１記載のＡｌ合金
基複合材料においては、疲労強度に影響しない程度のエ
ッチング処理を施すことによりαーＡｌ相に油溜め用の
微細な溝穴を形成したり、セラミック粒子をＡｌ合金基
材から若干突出させたりすることにより、相手材とＡｌ
合金基材との凝着抑制効果を高めて、フレッティング疲
労強度を一層向上させることができる。
基複合材料においては、疲労強度に影響しない程度のエ
ッチング処理を施すことによりαーＡｌ相に油溜め用の
微細な溝穴を形成したり、セラミック粒子をＡｌ合金基
材から若干突出させたりすることにより、相手材とＡｌ
合金基材との凝着抑制効果を高めて、フレッティング疲
労強度を一層向上させることができる。
【００２９】本発明の請求項１記載のＡｌ合金基複合材
料は、コンロッド、バルブスプリングリテーナ、カムキ
ャップなどの内燃機関用部品のほか、特にフレッティン
グ疲労強度を要求される部品に適用することができる。
また粉末鍛造法などの製造方法を用いて、コンロッド大
端穴部などフレッティング疲労強度が要求される部位に
限定して本発明の請求項１記載のＡｌ合金基複合材料を
適用することも可能である。
料は、コンロッド、バルブスプリングリテーナ、カムキ
ャップなどの内燃機関用部品のほか、特にフレッティン
グ疲労強度を要求される部品に適用することができる。
また粉末鍛造法などの製造方法を用いて、コンロッド大
端穴部などフレッティング疲労強度が要求される部位に
限定して本発明の請求項１記載のＡｌ合金基複合材料を
適用することも可能である。
【００３０】（好適な実施態様２）本発明の請求項３記
載のＡｌ合金基複合材料に用いるＡｌ合金粉末として、
重量比で、 Ｓｉ ： １３〜２０ ％ Ｆｅ ： ≦６ ％ Ｃｕ ： １〜６ ％ Ｍｇ ：０．１〜１．５％ Ｍｎ、Ｚｒの１種又は２種： ≦１．０％ を含有し、さらに希土類元素の１種以上を１．０〜３．
０重量％含有するＡｌ合金粉末を特に好ましい実施態様
として挙げることができる。上記組成を有するＡｌ合金
粉末を用いることにより、超塑性の発現により高温塑性
加工性のさらなる向上を図ることができる。なお、各成
分の添加量の限定理由は、以下のとおりである。
載のＡｌ合金基複合材料に用いるＡｌ合金粉末として、
重量比で、 Ｓｉ ： １３〜２０ ％ Ｆｅ ： ≦６ ％ Ｃｕ ： １〜６ ％ Ｍｇ ：０．１〜１．５％ Ｍｎ、Ｚｒの１種又は２種： ≦１．０％ を含有し、さらに希土類元素の１種以上を１．０〜３．
０重量％含有するＡｌ合金粉末を特に好ましい実施態様
として挙げることができる。上記組成を有するＡｌ合金
粉末を用いることにより、超塑性の発現により高温塑性
加工性のさらなる向上を図ることができる。なお、各成
分の添加量の限定理由は、以下のとおりである。
【００３１】Ｓｉは、前述のようにＡｌ合金基複合材料
の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱膨張係数に近づける
働きがある。また、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉは、
Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、Ｆｅとβ相（Ａｌ
5 ＳｉＦｅ）などを形成したりしてＡｌ中に均一分散さ
れることにより、疲労強度や剛性を向上させるという作
用、効果を奏する。一方、２０重量％を越えると、Ｓｉ
相及びβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）の体積率が大きくなり、
超塑性変形を阻害するおそれがある。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は１３〜２０重量％とするこ
とが好ましい。
の熱膨張係数を低下させて鋼材の熱膨張係数に近づける
働きがある。また、Ａｌ合金粉末中に含まれるＳｉは、
Ａｌ中に固溶したり、あるいはＡｌ、Ｆｅとβ相（Ａｌ
5 ＳｉＦｅ）などを形成したりしてＡｌ中に均一分散さ
れることにより、疲労強度や剛性を向上させるという作
用、効果を奏する。一方、２０重量％を越えると、Ｓｉ
相及びβ相（Ａｌ5 ＳｉＦｅ）の体積率が大きくなり、
超塑性変形を阻害するおそれがある。したがって、Ａｌ
合金粉末中のＳｉの添加量は１３〜２０重量％とするこ
とが好ましい。
【００３２】Ｆｅは、Ａｌ及びＳｉとβ相（Ａｌ5 Ｓｉ
Ｆｅ）を形成して均一に分散されることにより、疲労強
度や剛性を向させるとともに、熱膨張係数を小さくす
る。Ｆｅの添加量が６重量％を越えるとβ相（Ａｌ5 Ｓ
ｉＦｅ）などの体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害
するおそれがある。したがって、Ａｌ合金粉末中のＦｅ
の添加量は６重量％以下とすることが好ましい。
Ｆｅ）を形成して均一に分散されることにより、疲労強
度や剛性を向させるとともに、熱膨張係数を小さくす
る。Ｆｅの添加量が６重量％を越えるとβ相（Ａｌ5 Ｓ
ｉＦｅ）などの体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害
するおそれがある。したがって、Ａｌ合金粉末中のＦｅ
の添加量は６重量％以下とすることが好ましい。
【００３３】Ｃｕは、Ｍｇとともに時効硬化により疲労
強度を向上させる。Ｃｕの添加量が１重量％未満ではこ
の効果が十分でなく、一方６重量％を越えるとＣｕを含
む化合物相の体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害す
るおそれがある。したがって、Ａｌ合金粉末中のＣｕの
添加量は１〜６重量％とすることが好ましい。Ｍｇは、
Ｃｕとともに時効硬化により疲労強度を向上させる。Ｍ
ｇの添加量が０．１重量％未満ではこの効果が十分でな
く、一方１．５重量％を越えるとＭｇを含む化合物相の
体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害するおそれがあ
る。したがって、Ａｌ合金粉末中のＭｇの添加量は０．
１〜１．５重量％とすることが好ましい。
強度を向上させる。Ｃｕの添加量が１重量％未満ではこ
の効果が十分でなく、一方６重量％を越えるとＣｕを含
む化合物相の体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害す
るおそれがある。したがって、Ａｌ合金粉末中のＣｕの
添加量は１〜６重量％とすることが好ましい。Ｍｇは、
Ｃｕとともに時効硬化により疲労強度を向上させる。Ｍ
ｇの添加量が０．１重量％未満ではこの効果が十分でな
く、一方１．５重量％を越えるとＭｇを含む化合物相の
体積率が大きくなり、超塑性変形を阻害するおそれがあ
る。したがって、Ａｌ合金粉末中のＭｇの添加量は０．
１〜１．５重量％とすることが好ましい。
【００３４】Ｍｎ及びＺｒは、希土類元素同様、再結晶
組織を微細にすることにより、疲労強度を向上させる。
ただし、Ｍｎ及びＺｒによるこれらの効果は希土類元素
に比べて小さく、希土類元素を十分添加する場合にはＭ
ｎ又はＺｒを添加しなくても差し支えない。また、Ｍｎ
及びＺｒの合計添加量が１．０重量％を越えると、Ｍｎ
あるいはＺｒを含む化合物相の体積率が大きくなり、超
塑性変形を阻害するおそれがある。したがって、Ａｌ合
金粉末中のＭｎ及びＺｒの添加量は、１種又は２種の合
計で１．０重量％以下とすることが好ましい。
組織を微細にすることにより、疲労強度を向上させる。
ただし、Ｍｎ及びＺｒによるこれらの効果は希土類元素
に比べて小さく、希土類元素を十分添加する場合にはＭ
ｎ又はＺｒを添加しなくても差し支えない。また、Ｍｎ
及びＺｒの合計添加量が１．０重量％を越えると、Ｍｎ
あるいはＺｒを含む化合物相の体積率が大きくなり、超
塑性変形を阻害するおそれがある。したがって、Ａｌ合
金粉末中のＭｎ及びＺｒの添加量は、１種又は２種の合
計で１．０重量％以下とすることが好ましい。
【００３５】本発明の請求項３記載のＡｌ合金基複合材
料は、内燃機関用部品のほか、特にフレッティング疲労
強度及び高温塑性加工性が要求される複雑形状部品に適
用することができる。 （実施例１）本実施例１は、請求項１記載及び請求項２
記載のＡｌ合金複合材料を具体化したものである。
料は、内燃機関用部品のほか、特にフレッティング疲労
強度及び高温塑性加工性が要求される複雑形状部品に適
用することができる。 （実施例１）本実施例１は、請求項１記載及び請求項２
記載のＡｌ合金複合材料を具体化したものである。
【００３６】通常の空気アトマイズ法により製造し、１
００メッシュ以下に分級した急冷凝固Ａｌ合金粉末と平
均粒径５μｍのセラミック粒子とを混合して、混合粉末
を得た。この混合粉末を、金型を用いて２９４ＭＰａの
圧力で成形してプリフォームを得た。このプリフォーム
を窒素雰囲気中４５０℃で１時間加熱して脱ガス処理を
行った後、４５０℃で押出比１２の粉末熱間押出を行
い、表１に示す本発明材Ｎｏ．１〜７、及び比較材Ｎ
ｏ．１〜３を得た。
００メッシュ以下に分級した急冷凝固Ａｌ合金粉末と平
均粒径５μｍのセラミック粒子とを混合して、混合粉末
を得た。この混合粉末を、金型を用いて２９４ＭＰａの
圧力で成形してプリフォームを得た。このプリフォーム
を窒素雰囲気中４５０℃で１時間加熱して脱ガス処理を
行った後、４５０℃で押出比１２の粉末熱間押出を行
い、表１に示す本発明材Ｎｏ．１〜７、及び比較材Ｎ
ｏ．１〜３を得た。
【００３７】
【表１】 ＊Ｍｍ（ミッシュメタル）：５５％Ｃｅ−２５％Ｌａ−１５％Ｎｄ−５％Ｓｍ （フレッティング疲労試験評価） 上記本発明材Ｎｏ．１〜３，７、及び比較材Ｎｏ．１に
Ｔ６処理を施した後、フレッティング試験片１に加工し
た。なお、Ｔ６処理は、４８０℃×１ｈｒ保持後、水焼
き入れし、さらに１８０℃×５ｈｒ保持後、空冷するこ
とにより行った。そして、このフレッティング試験片１
を、図４、図５に示すように、フレッティング試験機に
セットし、荷重リング２に取り付けた締付けボルト３を
締め付けて相手材４をフレッティング試験片１に２０Ｍ
Ｐａの圧力で押し付け、相対すべり量検出器５で相対す
べり量を検出しつつ、１５０℃の恒温漕中でフレッティ
ング試験片１に応力比Ｒ＝０．１の繰り返し引張荷重を
与えて、両者間に微小な相対すべりを発生させる方法
で、フレッティング試験を実施した。なお、相手材４に
は、Ｓ２５Ｃ（ＪＩＳ）を用いた。この結果を図１に示
す。
Ｔ６処理を施した後、フレッティング試験片１に加工し
た。なお、Ｔ６処理は、４８０℃×１ｈｒ保持後、水焼
き入れし、さらに１８０℃×５ｈｒ保持後、空冷するこ
とにより行った。そして、このフレッティング試験片１
を、図４、図５に示すように、フレッティング試験機に
セットし、荷重リング２に取り付けた締付けボルト３を
締め付けて相手材４をフレッティング試験片１に２０Ｍ
Ｐａの圧力で押し付け、相対すべり量検出器５で相対す
べり量を検出しつつ、１５０℃の恒温漕中でフレッティ
ング試験片１に応力比Ｒ＝０．１の繰り返し引張荷重を
与えて、両者間に微小な相対すべりを発生させる方法
で、フレッティング試験を実施した。なお、相手材４に
は、Ｓ２５Ｃ（ＪＩＳ）を用いた。この結果を図１に示
す。
【００３８】（高温拘束据込試験評価）上記本発明材Ｎ
ｏ．１〜７、及び比較材Ｎｏ．１〜３を、図６の断面図
に示すように、直径φ１１ｍｍ、高さ１６．５ｍｍの円
柱状で、その上面中央に最大直径φ２ｍｍ、頂角１２０
°の円錐状凹部６ａが設けられ、外周側面の表面粗さが
Ｒｚ：６μｍである据込試験片６に加工した。この据込
試験片６を、図７に示すように、メカニカルプレスの上
下一対の溝付ブラテン７ａ、７ｂ間にセットした。そし
て、ガイドシリンダ８に案内させつつ上ブラテン７ａを
下方に移動し、両ブラテン７ａ、７ｂ間で据込試験片６
を４５０℃で圧縮する高温拘束据込試験を実施した。こ
の結果を図２及び図３に示す。
ｏ．１〜７、及び比較材Ｎｏ．１〜３を、図６の断面図
に示すように、直径φ１１ｍｍ、高さ１６．５ｍｍの円
柱状で、その上面中央に最大直径φ２ｍｍ、頂角１２０
°の円錐状凹部６ａが設けられ、外周側面の表面粗さが
Ｒｚ：６μｍである据込試験片６に加工した。この据込
試験片６を、図７に示すように、メカニカルプレスの上
下一対の溝付ブラテン７ａ、７ｂ間にセットした。そし
て、ガイドシリンダ８に案内させつつ上ブラテン７ａを
下方に移動し、両ブラテン７ａ、７ｂ間で据込試験片６
を４５０℃で圧縮する高温拘束据込試験を実施した。こ
の結果を図２及び図３に示す。
【００３９】なお、図２は本発明材Ｎｏ．１〜３，７、
及び比較材Ｎｏ．１の試験結果で、セラミックス粒子添
加量と限界据込率との関係を示し、図３は本発明材Ｎ
ｏ．２，４〜６、及び比較材Ｎｏ．２，３の試験結果
で、希土類元素添加量と限界据込率との関係を示す。ま
た、限界据込率（％）は、下記式により求めた。 限界据込率（％）＝｛（ｈO −ｈC ）／ｈO ｝×１００ （ｈO ：試験片の元の高さ、ｈC ：割れ発生時の試験片
の高さ） 図１の結果から、セラミックス粒子を含まない比較材Ｎ
ｏ．１はフレッティング疲労強度が低いのに対して、セ
ラミックス粒子を含む本発明材Ｎｏ．１〜３，７は、フ
レッティング疲労強度が高いことがわかる。
及び比較材Ｎｏ．１の試験結果で、セラミックス粒子添
加量と限界据込率との関係を示し、図３は本発明材Ｎ
ｏ．２，４〜６、及び比較材Ｎｏ．２，３の試験結果
で、希土類元素添加量と限界据込率との関係を示す。ま
た、限界据込率（％）は、下記式により求めた。 限界据込率（％）＝｛（ｈO −ｈC ）／ｈO ｝×１００ （ｈO ：試験片の元の高さ、ｈC ：割れ発生時の試験片
の高さ） 図１の結果から、セラミックス粒子を含まない比較材Ｎ
ｏ．１はフレッティング疲労強度が低いのに対して、セ
ラミックス粒子を含む本発明材Ｎｏ．１〜３，７は、フ
レッティング疲労強度が高いことがわかる。
【００４０】また、図２の結果から、セラミックス粒子
の添加量が高くなるほど高温塑性加工性が低下すること
がわかる。この結果、優れたフレッティング疲労強度と
高温塑性加工性の両立を良好に図るためには、セラミッ
クス粒子の添加量を０．５〜４．０重量％とすることが
好ましく、優れたフレッティング疲労強度と限界据込率
７０％以上の高温塑性加工性を同時に確保するために
は、セラミック粒子の添加量を１〜２．５重量％とする
ことが特に好ましいことがわかる。
の添加量が高くなるほど高温塑性加工性が低下すること
がわかる。この結果、優れたフレッティング疲労強度と
高温塑性加工性の両立を良好に図るためには、セラミッ
クス粒子の添加量を０．５〜４．０重量％とすることが
好ましく、優れたフレッティング疲労強度と限界据込率
７０％以上の高温塑性加工性を同時に確保するために
は、セラミック粒子の添加量を１〜２．５重量％とする
ことが特に好ましいことがわかる。
【００４１】さらに、図３の結果から、希土類元素を含
まない比較材Ｎｏ．２に対して、少量の希土類元素を添
加した本発明材Ｎｏ．２、４〜６は高温塑性加工性が向
上しており、さらに希土類元素添加量を増やした比較材
Ｎｏ．３では逆に高温塑性加工性が低下することがわか
る。これより、希土類元素の添加量が０．５〜４．０重
量％の範囲内にあれば、高温塑性加工性に優れることが
わかる。
まない比較材Ｎｏ．２に対して、少量の希土類元素を添
加した本発明材Ｎｏ．２、４〜６は高温塑性加工性が向
上しており、さらに希土類元素添加量を増やした比較材
Ｎｏ．３では逆に高温塑性加工性が低下することがわか
る。これより、希土類元素の添加量が０．５〜４．０重
量％の範囲内にあれば、高温塑性加工性に優れることが
わかる。
【００４２】（単体疲労試験評価）上記本発明材Ｎｏ．
２、及び比較材Ｎｏ．１の粉末押出材を、４５０℃に加
熱して熱間鍛造した後、前述のＴ６処理と機械加工を施
して内燃機関用コンロッド９を製造した。そして、図８
に示すように、コンロッド９の大端部９ａに、裏金にＳ
ＰＣＣ（ＪＩＳ）を使用した軸受１０を嵌着し、１５０
℃のエンジンオイル中、引張荷重２０００ｋｇ、圧縮荷
重５０００ｋｇの繰り返し荷重を与えて単体疲労試験を
実施した。この結果を表２に示す。
２、及び比較材Ｎｏ．１の粉末押出材を、４５０℃に加
熱して熱間鍛造した後、前述のＴ６処理と機械加工を施
して内燃機関用コンロッド９を製造した。そして、図８
に示すように、コンロッド９の大端部９ａに、裏金にＳ
ＰＣＣ（ＪＩＳ）を使用した軸受１０を嵌着し、１５０
℃のエンジンオイル中、引張荷重２０００ｋｇ、圧縮荷
重５０００ｋｇの繰り返し荷重を与えて単体疲労試験を
実施した。この結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】 表２から、本発明材Ｎｏ．２は、１０7 回まで破断する
ことなくフレッティング損傷も軽微であったのに対し
て、比較材Ｎｏ．１は約２×１０5 回でコンロッド大端
穴内面と軸受背面のフレッティング損傷により疲労破壊
に至った。
ことなくフレッティング損傷も軽微であったのに対し
て、比較材Ｎｏ．１は約２×１０5 回でコンロッド大端
穴内面と軸受背面のフレッティング損傷により疲労破壊
に至った。
【００４４】（実施例２）本実施例２は、請求項３記載
及び請求項４記載のＡｌ合金複合材料を具体化したもの
である。エアアトマイズで、Ａｌ−１７Ｓｉ−２Ｍｍ−
４Ｃｕ−０．５Ｍｇ組成の合金粉末を作製した。ここ
で、Ｍｍはミッシュメタルを表す。
及び請求項４記載のＡｌ合金複合材料を具体化したもの
である。エアアトマイズで、Ａｌ−１７Ｓｉ−２Ｍｍ−
４Ｃｕ−０．５Ｍｇ組成の合金粉末を作製した。ここ
で、Ｍｍはミッシュメタルを表す。
【００４５】この合金粉末を−３５０メッシュに篩い分
け、これに平均粒径３μｍのＳｉＣ粉末（平均アスペク
ト比：１．２）を１重量％混合し、加圧力２９４ＭＰａ
でφ４８の円柱形状に圧粉し、４５０℃、１ｈｒ、窒素
雰囲気中で加熱した後、φ５０からφ１４に押し出し
た。さらに、４００℃に加熱して、スエージ加工により
φ８．５とした。
け、これに平均粒径３μｍのＳｉＣ粉末（平均アスペク
ト比：１．２）を１重量％混合し、加圧力２９４ＭＰａ
でφ４８の円柱形状に圧粉し、４５０℃、１ｈｒ、窒素
雰囲気中で加熱した後、φ５０からφ１４に押し出し
た。さらに、４００℃に加熱して、スエージ加工により
φ８．５とした。
【００４６】また比較材として、−３５０メッシュに篩
い分けた上記合金粉末に平均直径０．２μｍ、平均長さ
５０μｍのＳｉＣウイスカ（平均アスペクト比：２５
０）を１重量％混合し、以下、上記ＳｉＣ粉末複合材料
素材と同様の条件で素材を作製した。これらの素材から
機械加工した丸棒引張試験片を用い、油圧制御材料試験
機により試験温度５００℃で定速引張りを行った。これ
らの複合材料の試験温度５００℃における破断伸びと歪
速度との関係を図９に示す。
い分けた上記合金粉末に平均直径０．２μｍ、平均長さ
５０μｍのＳｉＣウイスカ（平均アスペクト比：２５
０）を１重量％混合し、以下、上記ＳｉＣ粉末複合材料
素材と同様の条件で素材を作製した。これらの素材から
機械加工した丸棒引張試験片を用い、油圧制御材料試験
機により試験温度５００℃で定速引張りを行った。これ
らの複合材料の試験温度５００℃における破断伸びと歪
速度との関係を図９に示す。
【００４７】図９から明らかなように、本発明材に係る
ＳｉＣ粉末複合材料は１０0 ／秒の歪速度において２０
０％以上の破断伸びが得られ、超塑性が発現した。これ
に対し、比較材に係るＳｉＣウイスカ複合材料には平均
長さ３μｍのＳｉＣウイスカが分散しており、この材料
の破断伸びは１５０％以下であった。
ＳｉＣ粉末複合材料は１０0 ／秒の歪速度において２０
０％以上の破断伸びが得られ、超塑性が発現した。これ
に対し、比較材に係るＳｉＣウイスカ複合材料には平均
長さ３μｍのＳｉＣウイスカが分散しており、この材料
の破断伸びは１５０％以下であった。
【００４８】
（１）以上詳述したように本発明の請求項１及び請求項
２記載のＡｌ合金基複合材料は、希土類元素によりＡｌ
合金基材組織を微細化するとともに、硬質補強材により
フレッティング摩耗を抑えることができ、これによりＡ
ｌ合金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲
労強度のさらなる向上を図ることが可能となる。
２記載のＡｌ合金基複合材料は、希土類元素によりＡｌ
合金基材組織を微細化するとともに、硬質補強材により
フレッティング摩耗を抑えることができ、これによりＡ
ｌ合金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲
労強度のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００４９】また、希土類元素の添加により高温におけ
る塑性加工性も向上するので、熱間押出や熱間鍛造など
の塑性加工により良好な製品を得ることが可能となる。 （２）以上詳述したように本発明の請求項３及び請求項
４記載のＡｌ合金基複合材料は、希土類元素によりＡｌ
合金基材組織を微細化するとともに、硬質補強材により
フレッティング摩耗を抑えることができ、これによりＡ
ｌ合金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲
労強度のさらなる向上を図ることが可能となる。
る塑性加工性も向上するので、熱間押出や熱間鍛造など
の塑性加工により良好な製品を得ることが可能となる。 （２）以上詳述したように本発明の請求項３及び請求項
４記載のＡｌ合金基複合材料は、希土類元素によりＡｌ
合金基材組織を微細化するとともに、硬質補強材により
フレッティング摩耗を抑えることができ、これによりＡ
ｌ合金基複合材料における疲労強度、フレッティング疲
労強度のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００５０】また、希土類元素の添加により高温におけ
る塑性加工性も向上するとともに、アスペクト比が５以
下の形状の硬質補強材の作用により超塑性の発現による
高温塑性加工性のさらなる向上を図ることができるの
で、熱間押出や熱間鍛造などの塑性加工により良好な製
品を得ることが可能となる。
る塑性加工性も向上するとともに、アスペクト比が５以
下の形状の硬質補強材の作用により超塑性の発現による
高温塑性加工性のさらなる向上を図ることができるの
で、熱間押出や熱間鍛造などの塑性加工により良好な製
品を得ることが可能となる。
【図１】 セラミックス粒子の添加量とフレッティング
疲労強度との関係を示すグラフである。
疲労強度との関係を示すグラフである。
【図２】 セラミックス粒子の添加量と限界据込率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図３】 希土類元素の添加量と限界据込率との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】 フレッティング疲労試験方法を説明する一部
断面図である。
断面図である。
【図５】 フレッティング疲労試験方法を説明図であ
り、図４のＡ−Ａ線矢視図である。
り、図４のＡ−Ａ線矢視図である。
【図６】 据込試験片の断面図である。
【図７】 高温拘束据込試験方法を説明する一部断面図
である。
である。
【図８】 単体疲労試験方法を説明する斜視図である。
【図９】 歪速度と破断伸びとの関係を示すグラフであ
る。
る。
フロントページの続き (72)発明者 石原 知 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 近藤 幹夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊東 一彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比で、少なくともＳｉを１３％以上
及び希土類元素の１種以上を０．５〜４．０％含有する
Ａｌ合金粉末と、硬質補強材とを含む混合物を熱間加工
してなることを特徴とするフレッティング疲労強度に優
れたＡｌ合金基複合材料。 - 【請求項２】 上記硬質補強材は、平均粒径：１〜５μ
ｍのセラミックス粒子であり、重量比で、上記Ａｌ合金
基複合材料全体に０．５〜４．０％含まれていることを
特徴とする請求項１記載のフレッティング疲労強度に優
れたＡｌ合金基複合材料。 - 【請求項３】 重量比で、少なくともＳｉを１３％以上
及び希土類元素の１種以上を０．５〜４．０％含有する
Ａｌ合金粉末と、アスペクト比が５以下の形状の硬質補
強材とを含む混合物を熱間加工してなることを特徴とす
るフレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材
料。 - 【請求項４】 上記硬質補強材は、重量比で、上記Ａｌ
合金基複合材料全体に０．５〜４．０％含まれているこ
とを特徴とする請求項３記載のフレッティング疲労強度
に優れたＡｌ合金基複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7126892A JPH0849033A (ja) | 1994-06-01 | 1995-05-25 | フレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-120173 | 1994-06-01 | ||
| JP12017394 | 1994-06-01 | ||
| JP7126892A JPH0849033A (ja) | 1994-06-01 | 1995-05-25 | フレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0849033A true JPH0849033A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=26457794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7126892A Pending JPH0849033A (ja) | 1994-06-01 | 1995-05-25 | フレッティング疲労強度に優れたＡｌ合金基複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0849033A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008010386B4 (de) * | 2007-02-26 | 2009-12-17 | Smc Corp. | Elektromagnetventilanordnung |
| CN114836661A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-02 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| WO2022246889A1 (zh) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | 江苏大学 | 一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法 |
| CN116174733A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-05-30 | 宁波众远新材料科技有限公司 | 一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型 |
-
1995
- 1995-05-25 JP JP7126892A patent/JPH0849033A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008010386B4 (de) * | 2007-02-26 | 2009-12-17 | Smc Corp. | Elektromagnetventilanordnung |
| WO2022246889A1 (zh) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 | 江苏大学 | 一种高强韧可焊原位纳米强化稀土铝合金及其制备方法 |
| CN114836661A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-02 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN116174733A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-05-30 | 宁波众远新材料科技有限公司 | 一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型 |
| CN116174733B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-07-28 | 宁波众远新材料科技有限公司 | 一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型 |
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