JPS59116352A - 構造用高強度熱的安定アルミニウム基合金材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明ｄ：高温でのｄＮ構造用適当なアルミニウム基合
金に関する。

従来技術 周知のアルミニウム台金は１００℃−１５０℃以上のｔ
品度で例えば航空宇宙７７？　？での構造用の用途には
満足するものでない。高温での使用には非常に高価なチ
タン合金を一般的に使用している。

三元又は四元の添加がなされだＡｔ　−８％Ｆｅ合金に
間してかなりの作業が行なわれた。そのような合金は臀
末（又は急速に凝固した微粒の出発月料）から作らねば
ならず、且つその凝固は４５０℃−５００℃のオーダの
温度でのみ充分に達成される。

しかし麿から約３００℃以上の高温でその合金は急激な
特性悪化を６し、実用性がなくなる。

クロムとジルコニウムが４重甲チ含まれるＡ／／Ｃｒ／
Ｚ　ｒ三元合金について種々の桿案なされている。

発明の目的 良好な強度、温度特性を有し、粉末産物によって容易に
製造され、且つ通常の製造技術を用いてこれまで可能で
あった以上に容易に凝固される改良された構造用アルミ
ニウム基合金を提供することが本発明の目的である。

発明の構成 本発明の１つの特徴によれば下記（イ）、←）（イ）Ｃ
ｒ１．５ないし７．ｏ剪ｇｔ４ＺｒＯ，５ないし２．５
重に係 Ｍｎ　０．２５ないし４０重ｆ’：％ Ａｔ残部但し不可避的不純物含有、旧つ（ロ）　ＣｒＯ
，５ないし３，０重ｉ％ＺｒＯ，５ないし２．５重量％ Ｍｎ　０．１ないし２．０Ｊｌｔ％ を添加成分として含有する７０００シリ一ズＡｔ合金； から選択される成分を有１′る構造用アルミニウム基合
金が提供される。

前記（イ）の範囲で Ｃｒ３．０ないし５．５重ｔ％ Ｚｒ１．０ないし２．０重量％ Ｍｎ０．８＆いし２．０重邪係 且つ（ロ）の範囲で ＣｒＯ，８ないし１．５重世％ Ｚｒ　（１８ないし１，２重量％ 訃、４ｎ０．４ないし０８重＃チ を添加成分として含むＡｔ合金７０７５であるのが好ま
しい合金のホ１工囲である。

本発明の他の特徴によればＡｔ／Ｃｒ／Ｚ　ｒ／Ｍｎ及
びＡｔ／Ｚ　ｎ／Ｍｇ／Ｃｕ／Ｃｒ／Ｚ　ｒ／Ｍｎから
選択さ）するアルミニウム基合金から半！ｌｌ’４品を
製造する方法において、 該溶融アルミニウム基合金を、少なくとも１０’℃秒−
１の冷却速度で１つ大部分の合金添加物が粒子を凝固す
る固溶体中で保持される比較的軟力・い粒子（５０−１
５０眩／謔りを製造するに十分に早く凝固させ、 ３００℃−５００℃の温度に凝固粒子を加熱することに
よって時効硬化させる ことを含むアルミニウム基合金から半ｐ＋４品を製造す
る方法を袂供する。

前記冷却速度が１０　と１０℃秒　の間でよく、２×１
０　℃秒　よシ大きいことが好ましい。

上記合金中のジルコニウムは、ジルコニウムと同析・に
作用するある割合のハフニウムを通常含んでいることが
理解されよう。この中でジルコニウムと云われるところ
ではジルコニウムとハフニウムの組合せを含むものと理
解する必要がある。

本発明の上記及び他の特徴は、ｈｔ／　８　Ｖ　量％　
Ｆ　ｅと比較した第２表の合金ＡとＢに対して高温での
保持時間（分）の対数函数として引張り強ｆ！（の保持
％　（ＰＳＴ）を示すグラフである添付図面に基づ〈実
施例によって説明する。

高強度の熱的に安定な析出硬化アルミニウム合金の従来
のインゴット冶金による開発は、時効析１［１物の和犬
化により１５０℃以上の温度で急皓々強度劣了しによっ
てルしく限定される。例えばスプラット焼入れ、微ｒロ
１粉末噴霧スプレー鋳造及び蒸羞の急速凝固技術を用い
ながら高強度と熱的安定性を治するアルミニウム合金を
開発するために種釉の試験が行なわれている。こ）ｔら
の合金は８−１０重量％の遷移元素（例えばＦｅ　、Ｍ
ｎ　、Ｎｉ、Ｍｏ　）を一部′的に含有するもので該光
移元累は溶湯中で可溶性であり、固体中ではひどい不溶
性である。急激な商圏によって得られる高冷却速度によ
って固ｎａｇ体中の元素を維持させ合金物に対して高強
朋と熱的安定性ｆｆニーｑえる。このようにするのに基
本的に］］１勤゛なことは旨い特性レベルケ得るのに要
する高凝Ｌ″・１逆度（〉１０５℃秒−１）及び低合金
化温度（典型的に〈３００℃）である。

（７亜沿％以下の）クロムの高いレベルが固溶体中で保
持され、凝ｆｉ’ｊｉ物に熱的安定性を与えることがわ
かった。更に、高い１／ペルのクロムラ含む合虻け、Ａ
ｔ　８　ＴＥ　’４％Ｆｅに基づく°゛イｊｌ−来″急
激な凝固合金よυ容易にシートに凝固し押出された。

しかしながら比較的高いレベルの例えば鉄のよう々第２
の遷移元素は十分な強度を要求された。急速凝固アルミ
ニウムへのジルコニウムの添加が該旧料に時効硬化反応
を与えることも周知であった。

脚々の成分の合金がスプラット焼入れ技術（冷去１１速
度１０　−１０℃秒　）と３０　ｎ　℃−５（１０℃の
篩囲の温度を使用する１００時間以下の時効時で決めら
れる種々の硬さとによって急速に凝固せしめられた。

０．２５−２．０重ｐ係Ｍｎ添加の影響は三元合金の熱
的安定性を伸ばすことがわかった。選択された合金の典
型的な時効硬化を、Ａｔ　８重量係Ｆｅに基する熱的に
安定な非時効の急速凝固合金に刻して公開さ力、たデー
タと比較して第１表に示す。

第１表の内容でゾーンαけ全ての溶融添加物が固溶体（
冷却速度〜１０　℃秒　）中で保持される旧制として規
定されゾーンβは析出相（冷却速度〜１０５℃秒−１）
の微細分散を含む利刺として規定される。合金系のある
時効硬化反応は明白である。更にゆるやかにＶ固された
微細粒（ゾーンβ）Ｕ」、より狗、運な月月（ゾーンα
）に比較してわずかに劣る１１１１件のみ示し、この特
性は四元Ｍｎ含有合金に！持に明白である。Ａｔ８重量
・％Ｆｅ系での比較は本発明の合金系の熱的安定性を増
長させゾーンβ特性での著しい改良は１０３℃秒−１と
低い冷却速度は急激に凝固した微細粒の製造に用いられ
得る。

上記の加工は２つの合金成分の定粁ヲ可能にした。

合金Ａ　　　高強度熱的安定合金 Ｃｒ　　　　　　　５．２５ Ｚｒ　　　　　　　１．７５ Ｍｎ　　　　　　　１．７５ 合金　Ｂ　　　中間強度熱的安定合金 Ｃｒ　　　　　　　３．７ Ｚｒ　　　　　　　１．２ Ｍｎ　　　　　　　１．０ 合金の量を２つの異なった技術を使用して作った。

（イ）スプラット焼入れ一必要な成分の溶融合金の希薄
流は微細な小滴に噴霧されたアルゴンである。これらの
小滴は回転する除却基板に当り利刺薄膜を作る。微細粒
の冷却速度は１０　℃秒　と１０８℃秒−１との間に変
化することが出来るが一般的に１０　℃秒　ないし１０
　℃秒　である。

個々の薄膜（フレーク）はゾーンαとゾーンβとそれぞ
れ溶融含有量チに依存する５０−７０１３０−５０％の
割合で含む。

（ロ）従来の粉末噴籾−必要成分の溶融金属が微細粒子
に噴霧化されたエアである。粉末サイズの範囲が作られ
、典型的な２×１０　℃秒　の冷却速度（ゾーンαで優
位に）で７５μｍ及びそれ未満の粒子及び典型的な１０
　℃秒　の冷却速度（ゾーンβで優位）で１２５−４２
０μｍのサイズ帥、囲の粒子を含む薄片にされる。この
材料は何らの変更もない標準的な粉末製造によって作ら
れた。

２つの合金の大部分の月相を、従来の技術２３５０℃の
加工温度を用いてシートと押出しにした。第２表はピー
ク硬化条件での材料の引張シ特件を詳糾）に示し且つ該
図は高温にした後、引張強１隻の保持を示す。全て図示
されノヒ結果は成分、冷却速１−６及び製造ルートと無
関係である。

引張り特性データは期待されたように高い引張り強度が
高い・モーセントゾーンαを含む月料かも得られること
を示す。これは２×１０　℃秒　の冷却速度あるいはそ
れ以上に対応しそれはＡｔＳチＦｐ基合金の強度と同じ
強度を作るのに必要な速度より小さ々価である。更に又
、ｆ！イＪゾーンβ（冷７ｅｌｌ仙川１０７℃秒−１）
を含む月利が注目の引張特性と、遷移元素の多弔添力吐
含む他の合金系に見られない％徴を有する。合金Ａの引
張り特性は、〈３００℃の温度での製造を要する（例え
ばＡ４８重玉ｊ、　％　Ｆｅ　）他の合金系でイ４られ
る（４＋！；性と好ましく、ｌ＋−較される。その図は
（冷却速度と無関係な）訴し１粒子の２！ν的安定件が
Ａ、／−８係Ｆｅ基合金でがなり改良されることを示す
。Ａノ：−Ｃｒ−Ｚｒ−Ｍ’ｎ系の仙の峙ｉ割Ｊ１ル′
！造条注の注：￥５：深い制御によって、後続だ１処ｉ
７１巧）必“ガ性全回避する工程中で、該拐料を時効硬
化”Ｊ’　Ｈ’＆となることでを）る。

我々は寸たＣｒ、Ｚｒ及びＭｎ添加の７　（１００シリ
一ズ合金が高強ｎ′、熱的安定合金の主成分を構成する
。的に１．２重量％　Ｃｒ１１．０　重−ｊ％チＺｒ、
０．５重量％Ｍｎを會む７０７５タイプの合金をスプラ
ット焼入れ及び粉末噴霧化によって製造した。標準７０
７５工稈を使用する醗固月料の引張り特性は従来加工し
た７０７５合金シート又は押出しより２５チ高く旧つ熱
的安定性は温度範囲１５０℃−４（＋　（１℃で、１０
０ｈで〜１００％増加した。

従って本発明は急激な絣固技術を使用して比較的転かい
粒子を１・、′１造する合金ヲ枦供するもので、アルミ
ニウムとその合金の従来の熱間加工温度（３５０℃−５
００℃）で容易に凝固し高温（３００−５０（１℃）で
の時効に高強度と熱的安定性を開発する。更に又低凝固
速度（１０℃秒と１１（い）は適当な予備ｒ固粒イ劉り
造において用いられる。

イλソ子をｉ白抜ローリングミルに直接かけることによ
って凝固させ連続工程でシートｉ製造してもよいことが
理解されよう。粒子は凝固の後、押出しされる。圧延又
は押出し工程の）１す９品は、Ｔ７６テン・モーで７０
７５合金と等しいかそれ以上の室温強度を有する。例え
ば上記のＡｔ／Ｚ　ｒ／Ｃｕ／Ｍｎ合金は７０７５Ｔ７
６特性を有し３５０℃以下に使用される。上記Ａｔ／Ｚ
ｎ／Ｍｇ／　Ｃｕ／Ｃｒ／Ｚｒ／Ｍｎ合金は７０７５Ｔ
６より大きな２０チ強度を有する。

合金の７０００シリーズはアルミニウム協会で登録され
た国際的な合金の名称である。多くの附随的な成分は、
該基合金に対して半製品及び製品の肪性を有害的に力え
ずに添加されてもよいことも理解されよう。そのような
附随的な成分は、例えば、アルミニウム中の不純物とし
て通常見出される以上の量の鉄のような遷移元素を含む
。これは本発明によって必要とされる急速な凝固が粗い
金属間化合物の形成を抑える。

Ｖ、下余自

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る合金の高強度熱的安定外を説明するだ
めのグラフである。 特許出願人 アルカン　インターナショナルリミティド特許出願代理
人 弁理士　青　木　　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　内　１）幸　男 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 手続補正書（方式） 昭和５９年１　月１７日 特許庁長官　若　杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　　第１６０５６５号２、発明の名
称 構造用アルミニウム基合金 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　アルカン　インターナシ日ナル　リミテイド４
、代理人 （外　４名） ５、補正命令の日付 ６、補正の対象 図　　　面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 浄書図面　　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記（イ）、（ロ） （イ）　Ｃｒ１．５ないし７．０重量％ＺｒＯ，５ない
   し２，５重Ｐ％ Ｍｎ００２５ないし４．０重量％ Ａｔ残部但し不可避的不純物含有、且つ（ロ）　ＣｒＯ
   ，５ないし３．０重量％Ｚｒ０．５ないし２．５重量％ Ｍｎ０．１ないし２０却↓０％ を添加成分として含有する７０００シリ一ズＡｔ合金； から選択される成分を有する構造用アルミニウム基合金
   。 ２　前記（イ）の範囲で Ｃｒ３．（ｌないし５５重叩チ Ｚｒ１．０ないし２．０重は“チ Ｍｎ０．８ないし２．０重１％ 且つ（ロ）の範囲で ＣｒＯ，８ないし１．５重量％ Ｚｒ０．８ないし１．２重量％ Ｍｎ０．４ないし０．８重量％ を添加成分として含むＡｔ合金７０７５であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の構造用アルミニウ
   ム基合金。 ３、　　Ａｔ／Ｃｒ／Ｚｒ／Ｍｎ及びＡＩＩＺ　ｎ／Ｍ
   ｇ／Ｃｕ／Ｃｒ／Ｚ　ｒ／Ｍｎから選択されるアルミニ
   ウム基合金から半製品全製造する方法において； 該溶融アルミニウム基合金を、少なくとも１０３℃秒−
   １の冷却速度で月つ大部分の合金添加物が粒子を凝固す
   る固溶体中で保持される比転的軟かい粒子（５０−１５
   ０ｋｇ／ｍｍ”）を製造するに十分に早く凝固させ、 ３００℃−５００℃の温度に凝固粉イを加熱することに
   よって時効硬化させる ことを含むこと’に特徴とする構造用アルレムニウム基
   合金から半製品全製造する方法。 ４、前記冷却速度が２Ｘ１（＋’℃秒−１よυ大きいこ
   とを特徴とする特許請求の節囲第３項記載の方法。 ５、前記粒子の凝固が十分に時効硬化された製品を生ず
   る条件下で実施されることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項又は第３項１ｉｔ２載の方法。