JPS5950149A - 繊維強化金属複合材料 - Google Patents
繊維強化金属複合材料Info
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- JPS5950149A JPS5950149A JP57161397A JP16139782A JPS5950149A JP S5950149 A JPS5950149 A JP S5950149A JP 57161397 A JP57161397 A JP 57161397A JP 16139782 A JP16139782 A JP 16139782A JP S5950149 A JPS5950149 A JP S5950149A
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- fibers
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明(ま、繊維強化金属複合材料に係り、更に詳細に
は7フルミナ繊維、炭素繊維、及びそれらの混合物より
イf8群J:す)パ択された繊維を強化繊維としアルミ
ニウム合金をマ[・リツクス金属とする繊卸強化金属複
合材利に係る。
は7フルミナ繊維、炭素繊維、及びそれらの混合物より
イf8群J:す)パ択された繊維を強化繊維としアルミ
ニウム合金をマ[・リツクス金属とする繊卸強化金属複
合材利に係る。
白り」中、航空)大などの各種構成要素(、未軽量化の
要請からノフルミニウム合金にて構成されることが多い
。しかし一般にアルミニウム合金(、未鉄鋼材料の如き
他の月利に比して強度の如き斗幾械的竹?′(の点で劣
っており、従って強度が優れていることを要求される重
要部品に対しアルミニウム合金を適用J″ることには限
度がある。そのためこれらの技術分野に於ては、アルミ
ニウム合金の如き軽金属をアルミナ繊維や炭素繊維の如
き強化繊維に゛C強化して11i帷強化金属複合月利と
し、その機械的+!14質を改善する試みが広く行なわ
れてd3す、従来J、りかかる繊訂f強化金属複合材斜
及びその製造方法が種々提案され−Cいる。
要請からノフルミニウム合金にて構成されることが多い
。しかし一般にアルミニウム合金(、未鉄鋼材料の如き
他の月利に比して強度の如き斗幾械的竹?′(の点で劣
っており、従って強度が優れていることを要求される重
要部品に対しアルミニウム合金を適用J″ることには限
度がある。そのためこれらの技術分野に於ては、アルミ
ニウム合金の如き軽金属をアルミナ繊維や炭素繊維の如
き強化繊維に゛C強化して11i帷強化金属複合月利と
し、その機械的+!14質を改善する試みが広く行なわ
れてd3す、従来J、りかかる繊訂f強化金属複合材斜
及びその製造方法が種々提案され−Cいる。
これまで各社より提案されている主な繊紺強化金属複合
月利の製造方法及びそのアルミニウム合金は以下の如く
である。
月利の製造方法及びそのアルミニウム合金は以下の如く
である。
(1)高圧鋳造法
鋳型内に強化繊維を充填しIc衝、該鋳型内に溶融マ(
ヘリックス金属を導入し、該鋳型に1■合するブランシ
ト要素にJ:っで溶融マトリックス金属を鋳型内にて加
圧しつつ凝固さける。この高圧νIi告法は比較的複雑
な形状を有づる部材を低二lス1〜にて能率良く製造す
ることができるという44j徴を右している。
ヘリックス金属を導入し、該鋳型に1■合するブランシ
ト要素にJ:っで溶融マトリックス金属を鋳型内にて加
圧しつつ凝固さける。この高圧νIi告法は比較的複雑
な形状を有づる部材を低二lス1〜にて能率良く製造す
ることができるという44j徴を右している。
尚この高圧鋳造法に於ては、本願出願人と同一の−jl
願にかかる特願昭55−10704’O号に記載され−
Cいる如<、Vj造に先立って強化繊維を71へリック
ス金属の融点以上の温度に加熱することにより、強化繊
tMとマトリックス金属との密着性を向」−させること
ができ、また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる
特■1昭56−32289弓に記載されている如く、上
述の如き強化繊維の加熱に加えて、強化繊維を一端のみ
間口づるケース内にその閉じられた端部に空気室が形成
されるJ、う充填し−C鋳造覆ることにより、強化繊維
と7トリツクス金属との密着性を更に一層改善させるこ
とができることが知られている。
願にかかる特願昭55−10704’O号に記載され−
Cいる如<、Vj造に先立って強化繊維を71へリック
ス金属の融点以上の温度に加熱することにより、強化繊
tMとマトリックス金属との密着性を向」−させること
ができ、また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる
特■1昭56−32289弓に記載されている如く、上
述の如き強化繊維の加熱に加えて、強化繊維を一端のみ
間口づるケース内にその閉じられた端部に空気室が形成
されるJ、う充填し−C鋳造覆ることにより、強化繊維
と7トリツクス金属との密着性を更に一層改善させるこ
とができることが知られている。
この高圧vi造法に於て一般に使用されているアルミニ
ウム合金はJIS現格ACε3△(12,’0%SI、
0.8%Cu、1.2%M(] 、22.5%N1残部
AI)、JIS現格AC8B (9,5%Si 、3.
0%Cu、1.0%M(1,1,’0%Ni 、残部△
l)、JIS規格AC4G(7,’0%5ryo、3%
M(1,残部A’l)などである。
ウム合金はJIS現格ACε3△(12,’0%SI、
0.8%Cu、1.2%M(] 、22.5%N1残部
AI)、JIS現格AC8B (9,5%Si 、3.
0%Cu、1.0%M(1,1,’0%Ni 、残部△
l)、JIS規格AC4G(7,’0%5ryo、3%
M(1,残部A’l)などである。
(2) F 1bar Material l n
c、のh法炭素繊維の表面にr; 、Bを化学魚拓し、
次いでこれを溶融アルミニウム合金中に通して各炭素繊
維のA7−ンの間に溶融アルミニウム合金を含浸さUた
プリプレグを作成する。次いでこのプリプレグを所定の
枚数重ね合わせて焼結する。この方法には、」一連の高
圧鋳造法に比して繊組強化金属複合材料の生産]ス1−
が高く、強化繊維の体積率を高くりることかできず、更
には円筒形などの複雑な形状の部材を製造することが困
t「であるなどの欠点がある。
c、のh法炭素繊維の表面にr; 、Bを化学魚拓し、
次いでこれを溶融アルミニウム合金中に通して各炭素繊
維のA7−ンの間に溶融アルミニウム合金を含浸さUた
プリプレグを作成する。次いでこのプリプレグを所定の
枚数重ね合わせて焼結する。この方法には、」一連の高
圧鋳造法に比して繊組強化金属複合材料の生産]ス1−
が高く、強化繊維の体積率を高くりることかできず、更
には円筒形などの複雑な形状の部材を製造することが困
t「であるなどの欠点がある。
またこの方法に於−(一般に使用されCいるj′ルミニ
ウム合金はAΔ規格A2’01 (/1.7%Cu。
ウム合金はAΔ規格A2’01 (/1.7%Cu。
0、1%Si 、0.3%M(+、’0.6%Δg、残
部Δ1)、△Δ規格A356(’0.2%OL1.7゜
0%Si 、0.3%Mg、残部A1)、ΔA現格A6
’061 (0,25%Cl、’0.6%s: 、1゜
0%M(+、’0.2%Or、残部A I ) ’、r
とであり、何れも一般vI造用アルミニウム合金及び展
伸用ノ′ルミニウム合金である。
部Δ1)、△Δ規格A356(’0.2%OL1.7゜
0%Si 、0.3%Mg、残部A1)、ΔA現格A6
’061 (0,25%Cl、’0.6%s: 、1゜
0%M(+、’0.2%Or、残部A I ) ’、r
とであり、何れも一般vI造用アルミニウム合金及び展
伸用ノ′ルミニウム合金である。
(3) UZ月二ベス]」ン株式会社の方法炭素繊紺の
表面に△1を物理蒸着により付着させてプリプレグを作
成し、これを数枚積み重ねてボッ1−ブレスづ゛る。こ
の方法にも、前)ホの高圧鋳造法に比して繊維強化金属
複合材料の生産コストが高く、強化繊維の体積率を高く
づることが困難(゛あり、更には複雑な形状の部材を製
造することが困難であるなどの欠点がある。
表面に△1を物理蒸着により付着させてプリプレグを作
成し、これを数枚積み重ねてボッ1−ブレスづ゛る。こ
の方法にも、前)ホの高圧鋳造法に比して繊維強化金属
複合材料の生産コストが高く、強化繊維の体積率を高く
づることが困難(゛あり、更には複雑な形状の部材を製
造することが困難であるなどの欠点がある。
このジノ法に於て一般に使用されているアルミニウム合
金(31Δ△規格Δ5056(’0.30%3i。
金(31Δ△規格Δ5056(’0.30%3i。
0.40%Fe、’0.10%Cu 、0.05〜’0
゜20%Mn、4.b〜5.6%M(+、’O,’05
〜0.20%Or、’0.10%Zn、残部△1)であ
る。この)アルミニウム合金が使用される理由は、13
<索繊射1どの濡れ性に優れて83す、また拡散接合+
!1が良!Ifであるからであるといわれている。
゜20%Mn、4.b〜5.6%M(+、’O,’05
〜0.20%Or、’0.10%Zn、残部△1)であ
る。この)アルミニウム合金が使用される理由は、13
<索繊射1どの濡れ性に優れて83す、また拡散接合+
!1が良!Ifであるからであるといわれている。
(/l)デコボンンIの方法
アルミニウム合金を両端が間口した筒状のスデンレス鋼
製のケース内に収め、その一端を溶融アルミニウム合金
中に浸漬し、他端よりケース内を減圧Jることにより、
アルミノ−繊維間にアルミ−ラム合金を充填さ1!る。
製のケース内に収め、その一端を溶融アルミニウム合金
中に浸漬し、他端よりケース内を減圧Jることにより、
アルミノ−繊維間にアルミ−ラム合金を充填さ1!る。
この方法には、ケースの再使用が困911であり、アル
ミナ繊組との濡れ1ノ1を向上させるべくアルミニウム
合金に高価な18.1を添加することが必要であり、従
って繊組強化金属複合材料の生産コス(−が高いとい゛
)欠点がある。
ミナ繊組との濡れ1ノ1を向上させるべくアルミニウム
合金に高価な18.1を添加することが必要であり、従
って繊組強化金属複合材料の生産コス(−が高いとい゛
)欠点がある。
この方法に於て一般に使用されているアルミニウム合金
は2〜3%11、残部△1なる組成を右覆るアルミニウ
ム合金であり、1−1含有吊が一1嘗ホの値以上である
場合にはアルミナ繊紺か劣化し、J、た上)ホの値以下
である場合にはツノルミニウム合金がアルミナ繊維間に
充分には浸透しないなど、複合材料’!!j 造時に於
()るアルミニウム合金のl−i含有量の管理が困テI
fなものである。
は2〜3%11、残部△1なる組成を右覆るアルミニウ
ム合金であり、1−1含有吊が一1嘗ホの値以上である
場合にはアルミナ繊紺か劣化し、J、た上)ホの値以下
である場合にはツノルミニウム合金がアルミナ繊維間に
充分には浸透しないなど、複合材料’!!j 造時に於
()るアルミニウム合金のl−i含有量の管理が困テI
fなものである。
(5)以上の製造方法の他にわ)未冶金法などの方法が
知られており、これらの方法に於て(よ一般に△Δ規格
A6’061、ΔA規格△202/1など一般の展伸用
アルミニウム合金が使用されている。
知られており、これらの方法に於て(よ一般に△Δ規格
A6’061、ΔA規格△202/1など一般の展伸用
アルミニウム合金が使用されている。
以上の如〈従来より秒々の峨紺強化金属複合材料の製造
方法が提案されているが、これらのうち高1−「鋳造法
は繊維強化金属複合材料の製造コスト、製造能率、形状
の実現性などの点に於て他の何れのTtA造ツノd、に
も優るものである。また上述の各方法に於て使用されて
いるアルミニウム合金は確固たる1.1を山もなく在来
の一般的なりj造出アルミニウム合金又は展伸用アルミ
ニウム合金より選定されたしので゛ある。更に強化繊維
としてはアルミナ繊頼、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケ
イ素繊維などの種々の強化繊維が試みられているが、こ
れらのうらアルミニウムは強度、高温特性などの点に於
て優れ−CJ5す、炭素繊維は強度、剛性などの点に於
て優れた繊維である。
方法が提案されているが、これらのうち高1−「鋳造法
は繊維強化金属複合材料の製造コスト、製造能率、形状
の実現性などの点に於て他の何れのTtA造ツノd、に
も優るものである。また上述の各方法に於て使用されて
いるアルミニウム合金は確固たる1.1を山もなく在来
の一般的なりj造出アルミニウム合金又は展伸用アルミ
ニウム合金より選定されたしので゛ある。更に強化繊維
としてはアルミナ繊頼、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケ
イ素繊維などの種々の強化繊維が試みられているが、こ
れらのうらアルミニウムは強度、高温特性などの点に於
て優れ−CJ5す、炭素繊維は強度、剛性などの点に於
て優れた繊維である。
本願発明者等は、上述の如く種々の優れた特徴を右Jる
高圧vj端迄法より、アルミナ繊維、炭素l t(l、
及びそれらの混合物を強化繊維としアルミニウム合金を
マトリックス金属とづ′るm維強化金属複合考1′81
を製)告づる場合に於ζ、アルミニウム合金の組成とし
て如何なるものが最適であるhXについ−C種々の実験
的研究を行なった結果、M9の含有■が成る特定の範囲
にあり、Cu、3iの如き不純物元素の含有量が成る賄
以不に抑制されている゛ことが好ましいことを見出した
。
高圧vj端迄法より、アルミナ繊維、炭素l t(l、
及びそれらの混合物を強化繊維としアルミニウム合金を
マトリックス金属とづ′るm維強化金属複合考1′81
を製)告づる場合に於ζ、アルミニウム合金の組成とし
て如何なるものが最適であるhXについ−C種々の実験
的研究を行なった結果、M9の含有■が成る特定の範囲
にあり、Cu、3iの如き不純物元素の含有量が成る賄
以不に抑制されている゛ことが好ましいことを見出した
。
本発明は、本願発明者等が行なった種々の実験的研究の
結果得られた知見に塁き、アルミナ繊維、炭素繊維、及
びそれらの混合物を強化繊維としノ′ルミニウム合金を
マトリックス金属とする繊維強化金属複合材11であつ
−C1曲げ強さ、引張り強さ、疲労強度の如き機械的性
質に優れた繊維強化金属複合材料を提供することを目的
としている。
結果得られた知見に塁き、アルミナ繊維、炭素繊維、及
びそれらの混合物を強化繊維としノ′ルミニウム合金を
マトリックス金属とする繊維強化金属複合材11であつ
−C1曲げ強さ、引張り強さ、疲労強度の如き機械的性
質に優れた繊維強化金属複合材料を提供することを目的
としている。
かかる目的は、本発明によれば、アルミナ繊維、炭素繊
維、及びそれらの混合物よりなる群より選択された繊維
を強化繊維とし、0.5%以上4゜5%未満のMgと、
それぞれ0.2%以下のCLI及び’liと、それぞれ
0.5%以下の3i、7:II、FO,及びMnと、残
部としてのA1とよりなるアルミニウム合金をマトリッ
クス金属とするIi It強化金属複合材料ににって達
成される。
維、及びそれらの混合物よりなる群より選択された繊維
を強化繊維とし、0.5%以上4゜5%未満のMgと、
それぞれ0.2%以下のCLI及び’liと、それぞれ
0.5%以下の3i、7:II、FO,及びMnと、残
部としてのA1とよりなるアルミニウム合金をマトリッ
クス金属とするIi It強化金属複合材料ににって達
成される。
本発明による繊維強化金属複合材料は、そのマトリック
ス金属としてのアルミニウム合金がO05%以ト4.5
%未満、好ましくは0.7%以−に4.5%未満、更に
好ましくは1.0%以−1/1゜0%以下のM(lを含
有していることを主要な特徴としてJ3す、従来の繊維
強化金属複合材料に比して曲げ強さ、引張り強さ、疲労
強度の如き機械的1j1、T(に優れており、従って自
動車や航空機等の比強度に優れていることを要求される
部材の構成材料どして適したものである。
ス金属としてのアルミニウム合金がO05%以ト4.5
%未満、好ましくは0.7%以−に4.5%未満、更に
好ましくは1.0%以−1/1゜0%以下のM(lを含
有していることを主要な特徴としてJ3す、従来の繊維
強化金属複合材料に比して曲げ強さ、引張り強さ、疲労
強度の如き機械的1j1、T(に優れており、従って自
動車や航空機等の比強度に優れていることを要求される
部材の構成材料どして適したものである。
本発明による繊維強化金属複合材料が曲げ強さ、引張り
強さなどの強度に優れている理由としては以下の理由が
考えられる。
強さなどの強度に優れている理由としては以下の理由が
考えられる。
■アルミナ繊維及び炭素繊維の表面にはO及び/又はO
H基がついており、酸化物形成傾向の強いMgがこれら
のO及びOl−I Wと反応してアルミナ繊維及び炭素
繊維の表面を還元させ、これにより溶用(アルミニウム
合金との濡れ性が向上し、その結果アルミナ繊維及び炭
素繊維どアルミニウム合金との密着性が向上づる。
H基がついており、酸化物形成傾向の強いMgがこれら
のO及びOl−I Wと反応してアルミナ繊維及び炭素
繊維の表面を還元させ、これにより溶用(アルミニウム
合金との濡れ性が向上し、その結果アルミナ繊維及び炭
素繊維どアルミニウム合金との密着性が向上づる。
■MCIににす?8融アルミニウム合金の表面エネルギ
が低下uしめられ、その流動性が良好どなることにJ、
す、???融アルミニウム合金がアルミノ繊舵又は炭素
繊維の間に良好に浸透づる。
が低下uしめられ、その流動性が良好どなることにJ、
す、???融アルミニウム合金がアルミノ繊舵又は炭素
繊維の間に良好に浸透づる。
■3i、Cuに比してアルミナ繊維又は炭素繊維の周囲
に析出Jるβ相は少なく、従ってノフルミノー繊維又は
炭素繊維の周囲に析出したβ相に起因する応力集中が少
ない。
に析出Jるβ相は少なく、従ってノフルミノー繊維又は
炭素繊維の周囲に析出したβ相に起因する応力集中が少
ない。
また本発明による繊維強化金属複合材料が疲労強度に優
れている理由としては、上述の如き理由に加えて、マト
リックス金属どしてのアルミニウム合金の延性が良好で
あることが考えられる。即らMgの添加■が4.5%稈
度以十である場合には、開用の3i又はQuを添加する
場合に比して延性の低下は小さく、これにJ:リアルミ
ナ槻に−11又は炭素繊維とマトリックス金属どしての
アルミニウム合金どの熱膨張の差が有効に吸収される、
。
れている理由としては、上述の如き理由に加えて、マト
リックス金属どしてのアルミニウム合金の延性が良好で
あることが考えられる。即らMgの添加■が4.5%稈
度以十である場合には、開用の3i又はQuを添加する
場合に比して延性の低下は小さく、これにJ:リアルミ
ナ槻に−11又は炭素繊維とマトリックス金属どしての
アルミニウム合金どの熱膨張の差が有効に吸収される、
。
本発明の一つの訂■な特徴によれば、アルミニウム合金
に一般に含まれている不純物であって、アルミナ繊維、
炭素繊維、及びこれらの混合物を強化繊維としアルミニ
ウム合金を71〜リツクス金属とする繊維強化金属複合
材料の曲げ強さや引張り強さの如き機械的性質を低下さ
せる不純物は、Cu及び−「Iについてはそれぞれ0.
2%以下に、3i、711、FO,Mnについてはそれ
ぞれ0゜5%以下に制限されている。
に一般に含まれている不純物であって、アルミナ繊維、
炭素繊維、及びこれらの混合物を強化繊維としアルミニ
ウム合金を71〜リツクス金属とする繊維強化金属複合
材料の曲げ強さや引張り強さの如き機械的性質を低下さ
せる不純物は、Cu及び−「Iについてはそれぞれ0.
2%以下に、3i、711、FO,Mnについてはそれ
ぞれ0゜5%以下に制限されている。
本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、アルミナ繊維
又は炭素繊維とアルミニウム合金との濡れ性に優れてい
ることに加えて、71へリックス金属とし′Cのアルミ
ニウム合金は比較的低い融点を有し、また溶融状態に於
ける流動性に優れているので、本発明による繊維強化金
属複合ヰΔ料は比較的複雑な形状の部材を能率良く低コ
ス1〜にて製造し4gる高圧鋳造法により製造されるに
適したものである。
又は炭素繊維とアルミニウム合金との濡れ性に優れてい
ることに加えて、71へリックス金属とし′Cのアルミ
ニウム合金は比較的低い融点を有し、また溶融状態に於
ける流動性に優れているので、本発明による繊維強化金
属複合ヰΔ料は比較的複雑な形状の部材を能率良く低コ
ス1〜にて製造し4gる高圧鋳造法により製造されるに
適したものである。
本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、71−リ
ックス金属としてのアルミニウム合金は0゜004%程
度の130を含有していてよく、このことににり重要な
合金添加元素であるM(+の酸化消耗が抑制される。
ックス金属としてのアルミニウム合金は0゜004%程
度の130を含有していてよく、このことににり重要な
合金添加元素であるM(+の酸化消耗が抑制される。
尚木明細p)に於て、特に断らない限り、全てのパーセ
ンテージは中頃パーセンテージであり、パ〜゛′の表現
を含む1以上」、「以下」の表現に於てはイの値自体も
当該範囲に含まれるものと′1Jる。
ンテージは中頃パーセンテージであり、パ〜゛′の表現
を含む1以上」、「以下」の表現に於てはイの値自体も
当該範囲に含まれるものと′1Jる。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明1゛る。
詳細に説明1゛る。
実施例1(アルミナ繊維強化アルミニウム合金)アルミ
ナ繊維を強化41!帷とづる繊維強化金属複合材料に於
てマトリックス金属とじてのアルミニウム合金として如
何なる組成のものが適切であるかの検討を行なうべく、
アルミナ繊維(デュポン社製[二Pファイバ、繊維径2
0μ)を強化繊組とし、下記の表1に示された種々の組
成のアルミニウム合金をマトリックス金属とJる84!
帷強化金属複合月利を高圧鋳造法により製造し、それぞ
れの繊訂f強化金属複合月料につい−(曲げ強さ及び疲
労強度の評価を行なった。
ナ繊維を強化41!帷とづる繊維強化金属複合材料に於
てマトリックス金属とじてのアルミニウム合金として如
何なる組成のものが適切であるかの検討を行なうべく、
アルミナ繊維(デュポン社製[二Pファイバ、繊維径2
0μ)を強化繊組とし、下記の表1に示された種々の組
成のアルミニウム合金をマトリックス金属とJる84!
帷強化金属複合月利を高圧鋳造法により製造し、それぞ
れの繊訂f強化金属複合月料につい−(曲げ強さ及び疲
労強度の評価を行なった。
まず第1図及び第2図に示されている如く、長さ1’0
0mmのアルミナ繊維1を一方向に配向し、これを体積
率が55%となるよう成形した。次いでかくして成形さ
れたアルミナ繊維1を、一端のみ間口し長さ13’Om
m、高さ1(3nln+、幅36mmの四角筒状のステ
ンしノス鋼LIIS規格S U S 、:304)製の
ケース2内に、その閉じられた端部に長さ約3’Omm
の空気室3が形成されるよう充填した。
0mmのアルミナ繊維1を一方向に配向し、これを体積
率が55%となるよう成形した。次いでかくして成形さ
れたアルミナ繊維1を、一端のみ間口し長さ13’Om
m、高さ1(3nln+、幅36mmの四角筒状のステ
ンしノス鋼LIIS規格S U S 、:304)製の
ケース2内に、その閉じられた端部に長さ約3’Omm
の空気室3が形成されるよう充填した。
更にケース2内に充填されたアルミナ繊維1をケースご
と80 ’O℃に加熱し、第3図に示されている如く、
これを250 ’Cの鋳型4内に台5を用いて浮かした
状態にて配置し、該鋳型内にアルミニウム合金の溶湯6
(湯温−融点−1−14,’O℃)を累早く注渇し、約
200 ’Cのプランジ↑・要素7により1 ’O’O
’Okg/ cyn’の圧力にて加圧した。ぞしてこの
加圧状態をアルミニウム合金の溶湯が完全に凝固するま
で保持した。
と80 ’O℃に加熱し、第3図に示されている如く、
これを250 ’Cの鋳型4内に台5を用いて浮かした
状態にて配置し、該鋳型内にアルミニウム合金の溶湯6
(湯温−融点−1−14,’O℃)を累早く注渇し、約
200 ’Cのプランジ↑・要素7により1 ’O’O
’Okg/ cyn’の圧力にて加圧した。ぞしてこの
加圧状態をアルミニウム合金の溶湯が完全に凝固するま
で保持した。
かくして鋳型4内の溶湯が完全に凝固した後、その凝固
体を鋳型より取出し、ケース2の周りにあるアルミニウ
ム合金を切削により除去しCケース2を取出し、更←ニ
ケースよりアルミナ繊維1とアルミニウム合金とよりな
る複合材料を取出した。
体を鋳型より取出し、ケース2の周りにあるアルミニウ
ム合金を切削により除去しCケース2を取出し、更←ニ
ケースよりアルミナ繊維1とアルミニウム合金とよりな
る複合材料を取出した。
以上の如く製造された各複合材料にす、アルミナ繊維の
配向方向に沿って長さ10’Omm、高さ2mm、幅1
’Qmmの曲げ試験片を切出し、それぞれの曲げ試験j
1について支点間距離4’Qmmに−C楳帷配向O°方
向の三点曲げ試験を行なった。また各複合材料よりアル
ミノ−繊維の配向方向に対し垂直に長さ36mm、高さ
2mm、幅1’Omn+の曲げ試験片を切出し、支点間
距11t30mmにて繊維配向90°方向の三点曲げ試
験を行なった。尚これらの曲げ試験に於ては、破断時に
於(プる表面応力M/、7(M−破断時に於ける曲げモ
ーメント、Z−曲げ試験片の断面係数)を複合材料の曲
げ強さとして測定した。この曲げ試験の結果を下記の表
2及び第4図に示1゜置去2に於て試験片No、は表1
の合金No、に対応しており、曲げ強さの平均値は4〜
6回の曲げ試験の結果の平均(Iaである。
配向方向に沿って長さ10’Omm、高さ2mm、幅1
’Qmmの曲げ試験片を切出し、それぞれの曲げ試験j
1について支点間距離4’Qmmに−C楳帷配向O°方
向の三点曲げ試験を行なった。また各複合材料よりアル
ミノ−繊維の配向方向に対し垂直に長さ36mm、高さ
2mm、幅1’Omn+の曲げ試験片を切出し、支点間
距11t30mmにて繊維配向90°方向の三点曲げ試
験を行なった。尚これらの曲げ試験に於ては、破断時に
於(プる表面応力M/、7(M−破断時に於ける曲げモ
ーメント、Z−曲げ試験片の断面係数)を複合材料の曲
げ強さとして測定した。この曲げ試験の結果を下記の表
2及び第4図に示1゜置去2に於て試験片No、は表1
の合金No、に対応しており、曲げ強さの平均値は4〜
6回の曲げ試験の結果の平均(Iaである。
この表2及び第4図より、繊維配向O°力方向曲げ強さ
に関しては、Al−Cu系アルミニウム合金をマトリッ
クス金属とする複合材料については、CLI含有量の増
大と共に曲げ強さがほぼ線形的に低下し、また△1−3
i系アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材
料については、3i含有量が0〜約2%の範囲に於ては
3i含有吊の増大と共に曲げ強さが比較的@激に低下し
、3i含有吊約2%以上に於ては3i含有損が増大して
も曲げ強さは殆ど変化しないことが解る。これに対しA
I−Mg系アルミニウム合金をマトリックス金属と覆る
複合材料については、MCI含有量がO〜約2.5%の
範囲に於てはMg含有量の増大と共に曲げ強さが増大し
、Mg含有量が約25%以上の範囲に於てはMg含有量
の増大と共に曲げ強さが低下し、M(+含有量が約5%
の場合に曲げ強さはマトリックス金属としてのアルミニ
ウム合金がMgを含有していない場合と実質的に同一の
値になることが解る。
に関しては、Al−Cu系アルミニウム合金をマトリッ
クス金属とする複合材料については、CLI含有量の増
大と共に曲げ強さがほぼ線形的に低下し、また△1−3
i系アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材
料については、3i含有量が0〜約2%の範囲に於ては
3i含有吊の増大と共に曲げ強さが比較的@激に低下し
、3i含有吊約2%以上に於ては3i含有損が増大して
も曲げ強さは殆ど変化しないことが解る。これに対しA
I−Mg系アルミニウム合金をマトリックス金属と覆る
複合材料については、MCI含有量がO〜約2.5%の
範囲に於てはMg含有量の増大と共に曲げ強さが増大し
、Mg含有量が約25%以上の範囲に於てはMg含有量
の増大と共に曲げ強さが低下し、M(+含有量が約5%
の場合に曲げ強さはマトリックス金属としてのアルミニ
ウム合金がMgを含有していない場合と実質的に同一の
値になることが解る。
ま1=繊帷配向90°方向の曲げ強さに関しては、Al
−Mg系アルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料については、MCI含有量が0〜約3%の範囲に
於ては、M(+含有量の増大と共に曲げ強さは急激に上
昇し、MU@:Mfilが約3%以上の範囲に於ては、
MO含含有の増大と共に曲げ強さが漸次低下覆ることが
解る。
−Mg系アルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料については、MCI含有量が0〜約3%の範囲に
於ては、M(+含有量の増大と共に曲げ強さは急激に上
昇し、MU@:Mfilが約3%以上の範囲に於ては、
MO含含有の増大と共に曲げ強さが漸次低下覆ることが
解る。
この曲げ試験の結果より、複合材料よりなる部材に於て
は強化繊維はその部材の長手方向に沿って配向されるこ
とを考慮すれば、マトリックス金属としてのアルミニウ
ム合金のMg含有量は0゜5%以上4.5%未満、好ま
しくは0.7%以上4.5%未満、更に好ましくは1.
0%以上4゜0%以下であることが望ましく、またCu
及びSi含含有は極力抑えられることが望ましいことが
解る。
は強化繊維はその部材の長手方向に沿って配向されるこ
とを考慮すれば、マトリックス金属としてのアルミニウ
ム合金のMg含有量は0゜5%以上4.5%未満、好ま
しくは0.7%以上4.5%未満、更に好ましくは1.
0%以上4゜0%以下であることが望ましく、またCu
及びSi含含有は極力抑えられることが望ましいことが
解る。
また上述の如く製造された各複合材料より長さIFOm
m、平行部長さ25nv、チトツタ部直径12mm、平
行部直径8mmの回転曲げ試験片を作成し、それぞれの
回転曲げ試験片をクラウゼ型回転曲げ疲労試験機にセッ
トし、曲げ荷重を一定にして試鋏片を回転させるいわゆ
る回転曲げによる疲労試験を行ない、107回の繰返し
荷重に耐える疲労強度(k(+/ mmQ )を測定し
た。この回転曲げ疲労試験の結果を」ニ掲の表2に示す
。この回転曲げ疲労試験の結果より、実質的な量のMg
を含有するアルミニウム合金をマトリックス金属とブる
複合月利は、他の回れのアルミニウム合金をマトリック
ス金属とする複合月利よりも疲労強度に優れていること
が解る。
m、平行部長さ25nv、チトツタ部直径12mm、平
行部直径8mmの回転曲げ試験片を作成し、それぞれの
回転曲げ試験片をクラウゼ型回転曲げ疲労試験機にセッ
トし、曲げ荷重を一定にして試鋏片を回転させるいわゆ
る回転曲げによる疲労試験を行ない、107回の繰返し
荷重に耐える疲労強度(k(+/ mmQ )を測定し
た。この回転曲げ疲労試験の結果を」ニ掲の表2に示す
。この回転曲げ疲労試験の結果より、実質的な量のMg
を含有するアルミニウム合金をマトリックス金属とブる
複合月利は、他の回れのアルミニウム合金をマトリック
ス金属とする複合月利よりも疲労強度に優れていること
が解る。
また上掲の表2及び図面には示されていないが、上)ホ
の各複合材料と同様の要領にて製造されたアルミニウム
合金(JIS規格ΔC8A)をマトリックス金属とする
複合材料の繊維配向O°の方向の引張り強さは56〜5
9 kg/ mm2であるのに対し、Mg含有量が0.
7%以上4.5%未満であるアルミニウム合金をマトリ
ックス金属とする複合月利のl4Ji iff配向0°
方向の引張り強さは60〜65にり/ mmflであり
、M9を実質的な■にて含有するアルミニウム合金をマ
[〜リックス金属とする複合材11は引張り強さの点て
も優れていることが認められた。
の各複合材料と同様の要領にて製造されたアルミニウム
合金(JIS規格ΔC8A)をマトリックス金属とする
複合材料の繊維配向O°の方向の引張り強さは56〜5
9 kg/ mm2であるのに対し、Mg含有量が0.
7%以上4.5%未満であるアルミニウム合金をマトリ
ックス金属とする複合月利のl4Ji iff配向0°
方向の引張り強さは60〜65にり/ mmflであり
、M9を実質的な■にて含有するアルミニウム合金をマ
[〜リックス金属とする複合材11は引張り強さの点て
も優れていることが認められた。
実施例2(炭素繊組強化アルミニ1”ム合金)炭素繊維
を強化繊維とする繊維強化金属複合材料に於てマトリッ
クス金属としてのアルミニウム合金として如何なる組成
のものが適切であるかの検討を行なうべく、上述の実施
例1の場合と同様、炭素繊維(東し株式会社製1〜レカ
M 40 、繊維径7μ)を強化繊維とし、上掲の表1
に示された種々の組成のアルミニウム合金をマトリック
ス金属と1−る繊維強化金属複合材料を高圧錆造法によ
り製造し、それぞれの複合材料について繊維配向O°力
方向曲げ試験を行なった。この曲げ試験の結果を表3及
び第5図に示す。
を強化繊維とする繊維強化金属複合材料に於てマトリッ
クス金属としてのアルミニウム合金として如何なる組成
のものが適切であるかの検討を行なうべく、上述の実施
例1の場合と同様、炭素繊維(東し株式会社製1〜レカ
M 40 、繊維径7μ)を強化繊維とし、上掲の表1
に示された種々の組成のアルミニウム合金をマトリック
ス金属と1−る繊維強化金属複合材料を高圧錆造法によ
り製造し、それぞれの複合材料について繊維配向O°力
方向曲げ試験を行なった。この曲げ試験の結果を表3及
び第5図に示す。
表 3
この表3及び第5図にす、AI−CU系ツノルミニウム
合金をマトリックス金属どリ−る複合(Δ料については
、CLI含有聞の増大と共に曲げ強さが実質的に線形的
に低十し、またΔ1−8i系アルミニウム合金をマトリ
ックス金属とりる複合月利については、Si含有量がO
〜約4%の範囲に於−(は、S1含有量の増大と共に曲
げ強さが比較的急激に低下し、3i含有吊が約4%以」
二の範囲に於ては、3i含有量が増大しても曲げ強さの
値は殆ど変化しないことが解る。これに対しAI −M
!;1系アルミニウム合金をマトリックス金属どする複
合材料については、Mg含有量が約2.3%までの範囲
に於ては、M9含有吊の増大と共に曲げ強さは比較的急
激に上昇し、Mg含有量が約2.3%以上の範囲に於て
は、Mg含有量の増大どj+、に曲げ強さが低下し、M
g含含有tが約5%の場合に曲げ強さが純アルミニウム
をマトリックス金属とする複合月利と同等の値になるこ
とが解る。
合金をマトリックス金属どリ−る複合(Δ料については
、CLI含有聞の増大と共に曲げ強さが実質的に線形的
に低十し、またΔ1−8i系アルミニウム合金をマトリ
ックス金属とりる複合月利については、Si含有量がO
〜約4%の範囲に於−(は、S1含有量の増大と共に曲
げ強さが比較的急激に低下し、3i含有吊が約4%以」
二の範囲に於ては、3i含有量が増大しても曲げ強さの
値は殆ど変化しないことが解る。これに対しAI −M
!;1系アルミニウム合金をマトリックス金属どする複
合材料については、Mg含有量が約2.3%までの範囲
に於ては、M9含有吊の増大と共に曲げ強さは比較的急
激に上昇し、Mg含有量が約2.3%以上の範囲に於て
は、Mg含有量の増大どj+、に曲げ強さが低下し、M
g含含有tが約5%の場合に曲げ強さが純アルミニウム
をマトリックス金属とする複合月利と同等の値になるこ
とが解る。
従ってこの曲げ試験の結果から、炭素繊維を強化繊維と
しアルミニウム合金をマI−リックス金屈とづ−る繊維
強化金属複合材料に於ても、アルミニウム合金のM9含
有串は0.5%以上445%未満、好J、シ<は0.7
%以u:4.5%未満、史にりrJ、しくは1.0%以
上4.0%以下であることが望ましく、Cu及び3i含
有最はできるだり抑制されることが望ましいことが解る
。
しアルミニウム合金をマI−リックス金屈とづ−る繊維
強化金属複合材料に於ても、アルミニウム合金のM9含
有串は0.5%以上445%未満、好J、シ<は0.7
%以u:4.5%未満、史にりrJ、しくは1.0%以
上4.0%以下であることが望ましく、Cu及び3i含
有最はできるだり抑制されることが望ましいことが解る
。
尚」二掲の表3及び図面には示されていないが、71−
リツクス金属がアルミニウム合金(JISIA格△C8
A)である点を除きこの実施例に於りる複合材料と同様
に製造された複合材料の繊維配向0°方向の引張り強さ
は68〜72 kg/ mm2であるのに対し、IVN
I含有量が0.7%以上4.5%未満であるアルミニウ
ム合金を71〜リツクス金属とりる複合材料の繊維配向
O°力方向引張り強さは9 ’0〜105 kg/mm
2であり、MCJを実質的な呈にて含有するアルミニウ
ム合金をマトリックス金属どJる複合材*31は引張り
強さの点に於ても優れていることが解る。
リツクス金属がアルミニウム合金(JISIA格△C8
A)である点を除きこの実施例に於りる複合材料と同様
に製造された複合材料の繊維配向0°方向の引張り強さ
は68〜72 kg/ mm2であるのに対し、IVN
I含有量が0.7%以上4.5%未満であるアルミニウ
ム合金を71〜リツクス金属とりる複合材料の繊維配向
O°力方向引張り強さは9 ’0〜105 kg/mm
2であり、MCJを実質的な呈にて含有するアルミニウ
ム合金をマトリックス金属どJる複合材*31は引張り
強さの点に於ても優れていることが解る。
まlこアルミナ繊維及び炭素繊維(体積比1:1)にて
強化されたアルミニウム合金についても上述の実施例1
及び実施例2と同様の曲げ試験を行なったところ、その
複合材料についてもアルミニウム合金のMg含有量が0
.5%以上4.5%未満、好ましくは0.7%以上4.
5%未満、更に好ましくは1,0%以上4.0%以下で
あることが望ましいことが認められた。
強化されたアルミニウム合金についても上述の実施例1
及び実施例2と同様の曲げ試験を行なったところ、その
複合材料についてもアルミニウム合金のMg含有量が0
.5%以上4.5%未満、好ましくは0.7%以上4.
5%未満、更に好ましくは1,0%以上4.0%以下で
あることが望ましいことが認められた。
以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能である
ことは当T、者にとつ−C明らかであろう。
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能である
ことは当T、者にとつ−C明らかであろう。
第1図及び第2図はそれぞれ強化繊維がスデンレス鋼製
のケース内に充填された状態を示す斜視図及び縦断面図
、第3図は高圧鋳造法による複合材料の製造工程の鋳造
工程を示す解図、第4図はアルミナ繊維を強化繊維とし
アルミニウム合金を71−リックス金属どする複合材料
の繊維配向O。 方向及び繊維配向90°方向の曲げ強さを合金添加元素
含有量をパラメータとして示すグラフ、第5図は炭素繊
頼を強化繊維としアルミニウム合金をマトリックス金属
とづ−る複合材料の繊組配向O°方向の曲げ強さを合金
添加元素含有量をパラメータとして示ずグラフ(−゛あ
る。 1・・・アルミナ繊維、2・・・ケース、3・・・空気
室。 4・・・鋳型、5・・・台、6・・・アルミニウム合金
の溶湯。 −7・・・プランジャ要素 特 的 出 願 人 トヨタ自動車株式会着代
理 人 弁理士 明石 昌毅第1図 す 第2図 菊3図 第 4 図 100「 −1,S、j51.f−ノIn ヨiテ゛K 、−G
有f’: L wt %、[]第 5 図 合金I不加元素含イ1¥(wt%〕 25
のケース内に充填された状態を示す斜視図及び縦断面図
、第3図は高圧鋳造法による複合材料の製造工程の鋳造
工程を示す解図、第4図はアルミナ繊維を強化繊維とし
アルミニウム合金を71−リックス金属どする複合材料
の繊維配向O。 方向及び繊維配向90°方向の曲げ強さを合金添加元素
含有量をパラメータとして示すグラフ、第5図は炭素繊
頼を強化繊維としアルミニウム合金をマトリックス金属
とづ−る複合材料の繊組配向O°方向の曲げ強さを合金
添加元素含有量をパラメータとして示ずグラフ(−゛あ
る。 1・・・アルミナ繊維、2・・・ケース、3・・・空気
室。 4・・・鋳型、5・・・台、6・・・アルミニウム合金
の溶湯。 −7・・・プランジャ要素 特 的 出 願 人 トヨタ自動車株式会着代
理 人 弁理士 明石 昌毅第1図 す 第2図 菊3図 第 4 図 100「 −1,S、j51.f−ノIn ヨiテ゛K 、−G
有f’: L wt %、[]第 5 図 合金I不加元素含イ1¥(wt%〕 25
Claims (1)
- アルミナ繊組、炭素繊維、及びそれらの混合物よりなる
f!I’、 J:り選択された繊維を強化繊維とし、0
.5%以上4.5%未満のMgと、それぞれ0゜2%以
上のC1l及びTiと、それぞれ0.5%以上の3i
、/n、Fe、及びM 11と、残部としてのΔIとよ
りなるアルミニウム合金をマトリックス金属とJ8繊繊
紺化金属複合材料。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57161397A JPS5950149A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 繊維強化金属複合材料 |
US06/525,899 US4450207A (en) | 1982-09-14 | 1983-08-24 | Fiber reinforced metal type composite material with high purity aluminum alloy containing magnesium as matrix metal |
EP83108740A EP0106108B1 (en) | 1982-09-14 | 1983-09-05 | Fiber reinforced metal type composite material with magnesium-containing aluminium-based alloy as matrix metal |
DE8383108740T DE3367620D1 (en) | 1982-09-14 | 1983-09-05 | Fiber reinforced metal type composite material with magnesium-containing aluminium-based alloy as matrix metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57161397A JPS5950149A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 繊維強化金属複合材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5950149A true JPS5950149A (ja) | 1984-03-23 |
Family
ID=15734311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57161397A Pending JPS5950149A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 繊維強化金属複合材料 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4450207A (ja) |
EP (1) | EP0106108B1 (ja) |
JP (1) | JPS5950149A (ja) |
DE (1) | DE3367620D1 (ja) |
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KR20190111950A (ko) | 2017-02-09 | 2019-10-02 | 도레이 카부시키가이샤 | 프리폼 요소, 그리고 이것을 이용한 프리폼 및 그의 제조 방법 |
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