JPS5910985B2 - 減衰能が大きいＡｌ−Ｚｎ基吸振合金およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種の交通機関、大型機械の振動および騒音に
よる公害、各種精密機器、電子機器の振動による性能劣
化または生活環境に存在する種々な振動や騒音の害を防
止するのに最適な振動減衰能の大きいＡｌ−Ｚｎ基吸振
合金に関するものである。

一般に減衰能力を比較するために用いる減衰能Ｑ−１は
振動の１サイクル中に失われる振動エネルギーΔＥおよ
び全振動エネルギーＥと次式のような関係にある。

つまりＱ−１の値が大きいほど短時間で振幅が小さくな
って減衰効果が大きいことになる。

従来知られている吸振合金としては、ジエンタロイなど
のＦｅ基合金やＭｎ−Ｃｕ系合金、Ａｔ−Ｃｕ−Ｎｉ系
合金およびＮ ｉ − Ｔ ｉ系合金などがある。

ジエンタロイなどのＦｅの基吸振合金およびＭｎ−Ｃｕ
系合金は犬ぎい振幅の振動では減衰能は大きいが、小さ
い振幅の振動に対しては減衰能は非常に小さい。

さらに比重が８ｇ／ｃｆｆｌ前後で大きく、機器の軽量
化を条件とする場合には不適当である。

またＡｔ−Ｃｕ−Ｎｉ系およびＮｉ一Ｔｉ系吸振合金は
冷間加工がかなり困難であるという欠点を有する。

本発明は従来の吸振合金に比較して軽量で減衰能の大き
い吸振合金を得るために、比重が２．７９／ｃｆｆｌで
非常に小さいＡｔを基としてこれに重量比で３０〜９５
係のＺｎ、残部Ａ，ｌ主成分とし、０．１ 〜３０％の
Ｓｎ， Ｐ ｂ ． Ｓｂ ． ０．１〜２０％のＣｅ
．Ｃｕ．Ｔａ，Ｎｂ．Ｎｉ ｅｃＯｓ Ｆｅ ＊Ｓ ｉ
０２ ． Ａ／，２ ０３ ，ＭｇＯ， ０．１’／
ｙｌ ５’／ｏ（７）Ｚｒ ， Ｓ ｉ ，Ｔ ｉｓ
Ｃ ａ ｓ Ｃ ｒ ＊ Ｍ ｏ ＊ Ｗ ＊ ０．
１ 〜１ ０ ％のＢ，Ｌｉ，Ｔｅ．Ｍｇのうち一種ま
たは二種以上の全量０．１〜３０％の畠賊分？加えてな
るＡ，／，−Ｚｎ基合金を２５０℃以上合金の融点以下
の温度で加熱してから２００℃／秒〜１℃／秒の速度で
急冷するか１’Ｃ／秒〜０．０００２８℃／秒の速度で
徐冷することによって大きな減衰能を発揮すると同時に
高い延性と強度をもつ吸振合金を提供するものである。

次に本発明合金の製造方法について説明する。

まず上記の組成範囲の合金を空気中もしくは不活性ガス
中または真空中において通常の溶解炉によって溶解した
後十分に撹拌して均一な溶湯とし、砂型や金型などに鋳
込んで一塊を造る。

なお、溶解する際には空気の遮断剤としてＭ ｇ Ｃ／
，２ ，硼砂、Ｃａ’Ｆ２１ＫＣＺなどの全量０．５％
以下のフラツクスな用い、脱酸剤としてＢｅなどの全量
０． ５ ％以下を添加してもよい。

次にこの鋳塊に次のごとき熱処理、加工？施す。

均質化処理のためなるべく高温においてすなわちその合
金の融点以下２５０℃以上の温度で１分間以上５００時
間以下（好ましくは３０分以上１００時間以下）加熱す
る。

用途によっては鋳造のまま用いてもよいが、通常は常温
ならびに高温において、鍛造、圧延、押出、スエーシン
グあるいは引き抜きなどによって成形し、最後にその合
金の融点以下２５０℃以上の温度で５分間以上５００時
間以下加熱してから常温マで急冷するか徐冷する。

上記の鋳塊を高温で均質化処理するのは溶湯凝固の際の
鋳塊各部の温度差や固液両相の比重差などに基すいて起
る不均一な鋳塊の成分を均一にするためである。

そして最後に成形した合金をその融点以下２５０℃以上
の温度で１分間以上５００時間以下加熱するのは熱処理
温度が２５０℃以下あるいは熱処理時間が１分間以下で
あると加工歪？の除去が充分でないからである。

またこの最終熱処理は合金のα相の基地中に共折β相な
どの第二相を適度に存在させるための必須な条件である
。

すなわち合金のα相の基地中に共析β相などの第二相が
適度に存在すると振動応力が加わったときにそれらの境
界面で粘性的運動が引き起こされ、そのために振動エネ
ルギーが消費されて非常に大きい減衰能が得られるから
である。

減衰能の大きさはα相とβ相の結晶粒界の面積に比例し
、一般に冷却速度が速いほど結晶粒が微細になり、粒界
の面積が多くなる。

次に本発明の実施例について説明する。

第１表および第２表に示す組成の金属の全量１００グを
アルミナ坩堝中で表面にＡｒガスを通じながら高周波誘
導電気炉により溶解し、鉄型に鋳込んで直径ｌＯＷの鋳
塊を得た。

次にこれを３５０℃で５時間加熱した後、その温度で直
径５７７１７７１まで鍛造し、ついで同じ温度で中間焼
鈍後冷間スエージングおよび引き抜きによって直径１．
１ｍの九腺にした。

これから長さ１５０調の線を切りとって、これな最終的
に３００℃で１時間加熱後、１７０℃／秒の速度で急冷
して試料とした。

減衰能Ｑ−１の測定は逆吊り捩り振子法により振動数約
ＩＨＺ、最大歪み振幅γｍ＝１〜４００Ｘ１０−６で行
なった。

減衰能Ｑ−１の最大歪み振幅γｍ＝１０Ｘｌｏ−６にお
ける測定値は純Ａｔの値とともに第１表および第２表に
示す通りである。

つぎに第１図ならびに第２図にはＡｔ−７０％Ｚｎ合金
の減衰能ｃ，− １に及ぼすＳｎｔＰｂ−ｓｂならびに
Ｃｅ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｎｂ ｅＮｉ添加の効果な示す。

さらに第３図ならびに第４図にはＡｔ−７０％Ｚｎ合金
の減衰能Ｑ−１に及ぼすＣ ｏ ｓＦｅ ．Ｓ ｉ０２
，Ａ７２０３．ＭｇＯならびにＺｒｓＳｉ．Ｔｉ．Ｃａ
．Ｃｒ，Ｍｏ＊Ｗ添加の効果を、第５図にはＢ ，Ｌ
ｉ− Ｔ ｅ ＊ Ｍ ｇ添加の効果な示す。

熱処理した純Ａｔは第１表に見るように減衰能Ｑ−１が
２ Ｘ １ ０−３で本発明の目的とする吸振材料とし
ては不適当であるが、Ａｔに３０〜９５係のＺｎと他の
元素の一種または二種以上を全量で０． １ ％以上３
０係以下な添加すると第１表および第２表、ならびに第
１図〜第５図に示したように減衰能Ｑ−１が非常に大き
い値となり、一般の金属の減衰能Ｑ７’＝ Ｉ Ｘ １
０−３程度の値に比較しても非常に大きい。

第６図には３００℃で１時間加熱後１７０℃／秒の速度
で急冷した本発明合金の試料Ａ７および試料Ａ４１と１
０００℃で１時間加熱後徐冷したジエンタロイ（ Ｆ
ｅ − ２ １Ｍｏ − ０．５％Ｔｉ−１５％Ｃｒ）
および８００℃で２時間加熱後急冷し４００℃で４時間
保持した７０係Ｍｎ−Ｃｕ合金の２０℃（常温）におけ
るＱ−１のγｍによる変化が対比して示してある。

同様に第６図には第５図と同じ合金の５０℃におけるＱ
−１のγｍによる変化が示してある。

これらの図で明らかなように本発明合金のＱ−１は小さ
なγｍから大きなγｍまで減衰能Ｑ−１が大きく、本発
明合金はあらゆる大きさの振動および騒音を軽減できる
大きな吸振性？持つことな示している。

また本発明合金の減衰能Ｑ−１は測定温度の上昇ととも
に大きくなる特徴を有する。

これはＡｔ−Ｃ ｕ − Ｎ ｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金
およびＭｎ−Ｃｕ合金の減衰能が３０〜８０℃の温度で
急激に小さくなるのに比較して実用上非常に有利である
。

その一例として第８図には第６図と同じ合金についてＱ
−１の測定温度による変化が示してある。

ここで本発明合金のＱ−１はγｍｌＯＸ１０−６のとき
の値、ジエンタロイおよびＭ ｎ − Ｃ ｕ合金は最
高値を示している。

Ｑ−１カ褐度の上昇とともに大きくなるのは合金内の粘
性的運動力親度の上昇とともに活発になる結果によるも
のである。

さらに本発明合金の比重ρは一般の金属のρ一８ ｇ／
ｃａに比べてかなり小さく、延性すなわち伸びＥｌは一
般の金属に比較してかなり大きい。

またその引張強度σｔは熱処理したＡｔのσｔ＝８ｋｇ
／ｒｒｒＡよりかなり大きい。

例えば試料屋７についてはＥｔ＝４ １％，ρ＝ ５．
１ ｇ／ｃｔＲ ．σｔ＝１５ｋｇ／ｒｒａｆｔ ．
試料羨１９はＥｔ＝３ ４ ％ ， ρ＝５．０ ｇ／
ｃｒｙ ． ａ ｔ ＝ １ ６ｋｇ／ｒａＡ ，試料
扁２４はＥ／ｌ，＝１８％ ， ｐ＝４．４ｇ／ａｗｌ
． ａｔ ＝１ ６ｋｇ／ｒｒａｆｔである。

最後に本発明合金の組成を限定した理由について述べる
。

まず三元ならびに多元合金においてＡ，／ＪＣＺｎおよ
び他の添加元素Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｃｅ，Ｃ ｕ ＊
Ｔ ａ ９ Ｎ ｂ ｓ Ｎ ｉｔ Ｃ ｏ ＊ Ｆ
ｅ ，Ｓ ｉＯ ２ −Ａ，ｆｆｚ０３．ＭｇＯ，Ｚｒ
．Ｓｉ，Ｔｉ，Ｃａ．Ｃｒ．Ｍｏ，Ｗ，Ｂ，Ｌｉ，Ｔｅ
，Ｍｇはいずれも減衰能Ｑ−１の向上に寄与するばかり
でなく、Ｓｎ，Ｐｂｋ除いて合金を強化するＺｎを重量
比で３０〜９５％と限定したのは濃度が下限に満たない
ときにはα相に対するβ相の混合割合が少なく粒界面積
が少なくなるので本発明の目的とする十分な減衰能が得
られないし、上限？越えるときには比重が太き＜（７ｇ
／ｃｙｆｌ以下が望ましい）なりすぎる。

またＳｎ ，Ｐｂ ，Ｓｂを０．１〜３０％，Ｃ ｅ
＊ Ｃ ｕ ｅ Ｔ ａ ＋ Ｎ ｂ ，Ｎ ｉｓ Ｃ
ｏ ｅ Ｆ ｅ ＊Ｓｉ ０２ ，Ａｔ２０３．Ｍｇ
Ｏな０．１〜２０係，Ｚｒ ，ｓｉ．Ｔｉ．Ｃａ．Ｃｒ
ｅＭｏ．Ｗを０．１〜１ ５ ％ ＊ Ｌ ｉｅ Ｔ
ｅ ｓ Ｍ ｇ ｓ Ｂを０．１ 〜１０％のうち一種
または二種以上の全量を０．１〜３０％と限定したのは
濃度が下限に満たないときには結晶粒界における粘性的
運動に対して副成分元素の添加の効果が少ないので、十
分な減衰能が得られないし、上記の上限３０係を越える
ときには加工が全くできなくなり、Ｐｂ，Ｓｎでは十分
な強度が得られなくなるからである。

本発明合金の特徴は上述のように減衰能が大きいこと、
軽量であること、延性が大きく強度が高い上に非強磁性
であることであり、しかも湿度の上昇とともに減衰能が
大きくなることなどである。

従って本発明合金は各種の交通機関、大型機械、電子機
器の可動部、磁界で作動する部品、各種家庭用品ならび
に建築などの構造材料に応用し、振動および騒音の防止
、軽量化を計るのに非常に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図ならびに第２図は３００℃で１時間加熱後１７０
℃／秒の速度で急冷したＡｔ−７０％Ｚｎ合金の減衰能
Ｑ−１に及ぼすＳｎ．Ｐｂ．ｓｂならびにＣｅ，Ｃｕ，
Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ添加の効果を示す曲線図であり、第３
図ならびに第４図は同様なＡｌ−７０％Ｚｎ合金の減衰
能Ｑ−１に及ぼすＣ ｏ．Ｆｅ ．ＳｉＯｚ ，Ａｔ
ｚ０３，ＭｇＯならびにＺｒｔＳｉ，Ｔｉ．Ｃａ，Ｃｒ
．Ｍｏ，Ｗの添加効果を示す曲線図であり、第５図はＢ
＋ Ｌ ｉ，Ｔｅ，Ｍｇ添加の効果を示す曲線図であ
り、第６図は本発明合金の試料屋７および試料Ａ４１と
ジエンタロイおよびＭｎ−Ｃｕ合金について２０℃にお
ける減衰能と最大歪み振幅との関係を対比して示す特注
曲線図であり、第７図は第６図と同じ合金の５０℃にお
ける減衰能と最大歪み振隅との関係を示す曲線図であり
、第８図は第６図と同じ合金の減衰能と測定温度との関
係を示す特性曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にてＺｎ３０〜９５％と残部Ａ，ｌ主成分と
   し、副成分として０．１〜３０％のＳｎ，Ｐｂ，Ｓｂ
   ，０．１〜２０％のＣｅ＊Ｃｕ，Ｔａ，ＮｂｅＮｉ
   ｔｃｏ，Ｆｅ，ＳｉＯｚ ．Ａ，ｆｆｚｏａ ，Ｍｇ
   ０ ，０．１−１ ５％のＺｒ，Ｓｉ，Ｔｉ．Ｃａ．Ｃ
   ｒ ＊ Ｍ ｏ ＊ Ｗ ＊ Ｏ− １−１ ０％の
   Ｂ ＊ Ｌ ｉ＊ ．Ｔ ｅ ＊Ｍｇの何れか一種また
   は二種以上の副成分全量０．１〜３０％とからなシ、そ
   のα相基地中に共析β相を存在させ減衰能ｇ１が６×１
   ０−３以上としたことを特徴とする減衰能が大きいＡｔ
   −Ｚ ｎ基吸振合金。 ２ 重量比にてＺｎ３０〜９５係と残部Ａｔを主成分と
   し、副成分として０．１〜３０係のＳ ｎ ｔＰ ｂ
   ． Ｓｂ ， ０．１ 〜２０％のＣ ｅ ｓ Ｃ ｕ
   ｓ Ｔ ａ ｇＮｂ，Ｎｉ ，Ｃｏ，Ｆｅｅ ＳｉＯ
   ｚ ，ＡＺ２０３ｔＭｇＯ．０．１−１ ５％のＺ ｒ
   ＊ Ｓ ｉ＊ Ｔ ｉｅ Ｃ ａｓＣｒ．ＭＯ，Ｏ．
   １〜１０％のＢ，Ｌｉ，Ｔｅ，Ｍｇの何れか一種または
   二種以上の副成分全量０．１〜３０％とからなる合金に
   その合金場点以下２５０℃以上の温度で１分間以上５０
   ０時間以下加熱し、２００℃／秒〜０．０００２８℃／
   秒の速度で冷却し、減衰能Ｑ−１が６×ＩＯ−３以上と
   することな特徴とする減衰能が大きいＡ，４−Ｚｎ基吸
   振合金の製造法。