JPS60131945A - 耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金 - Google Patents
耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金Info
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- JPS60131945A JPS60131945A JP23942983A JP23942983A JPS60131945A JP S60131945 A JPS60131945 A JP S60131945A JP 23942983 A JP23942983 A JP 23942983A JP 23942983 A JP23942983 A JP 23942983A JP S60131945 A JPS60131945 A JP S60131945A
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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】
本発明は、耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金に関
する。
する。
従来、エンジン部品の軽量化を達成するために、種々の
アルミニウム合金の開発および改良がなされており、そ
の主なポイントは、高温強度、ヤング率および耐摩耗性
の向上にある。これらの諸性質を改善するに当り従来よ
り鋳造法が採用されているが、鋳造法による性能向上に
は限界のあることが明らかとなり、近年添加元素の選択
において大きな自由度を有する粉末冶金法による改善法
が注目されている。この改善法においては高温強度改善
のためにＦｅ、Ｃｒ、、Ｎｉ等の遷移元素の添加、ヤン
グ率改善のためにＳｉＣの添加およびＡ＃−Ｌｉ系合金
の開発、耐摩耗性改善のためにＳｉＣ，５ｆ３Ｎ ４
、 Ａ ｌ ｔ Ｏｓ等の硬質無機質粒子の添加が検討
されている。
アルミニウム合金の開発および改良がなされており、そ
の主なポイントは、高温強度、ヤング率および耐摩耗性
の向上にある。これらの諸性質を改善するに当り従来よ
り鋳造法が採用されているが、鋳造法による性能向上に
は限界のあることが明らかとなり、近年添加元素の選択
において大きな自由度を有する粉末冶金法による改善法
が注目されている。この改善法においては高温強度改善
のためにＦｅ、Ｃｒ、、Ｎｉ等の遷移元素の添加、ヤン
グ率改善のためにＳｉＣの添加およびＡ＃−Ｌｉ系合金
の開発、耐摩耗性改善のためにＳｉＣ，５ｆ３Ｎ ４
、 Ａ ｌ ｔ Ｏｓ等の硬質無機質粒子の添加が検討
されている。
しかしながら、これまでの各種研究においては合金自体
の特性を改善するための手法が多く、熱間鍛造等の二次
加工性までは何等考慮されていない。
の特性を改善するための手法が多く、熱間鍛造等の二次
加工性までは何等考慮されていない。
またエンジン部品としてのピストンにおいては、燃焼の
熱効率を上げるためにピストンの断熱性を向上させる研
究が種々なされており、例えば、（ａ）ピストンをセラ
ミック化する、（ｂ） ピストン頂部にセラミック板、
ステンレス板等の断熱板を鋳包む、またはねし止め、接
着等の手法により結合する、（ｃ）ピストン頂部に断熱
性皮膜を貼付する等の手法が提案されているが、前記（
ａ）においてはピストンが高価となる上に加工性も悪く
、前記（ｂ）おいては断熱板の結合強度が弱く、前記（
ｃ）においては皮膜の剥離といった問題がある。
熱効率を上げるためにピストンの断熱性を向上させる研
究が種々なされており、例えば、（ａ）ピストンをセラ
ミック化する、（ｂ） ピストン頂部にセラミック板、
ステンレス板等の断熱板を鋳包む、またはねし止め、接
着等の手法により結合する、（ｃ）ピストン頂部に断熱
性皮膜を貼付する等の手法が提案されているが、前記（
ａ）においてはピストンが高価となる上に加工性も悪く
、前記（ｂ）おいては断熱板の結合強度が弱く、前記（
ｃ）においては皮膜の剥離といった問題がある。
本発明は上記に鑑み、優れた高温強度、ヤング率、耐摩
耗性及び二次加工性を有し、また優秀な断熱性を有する
前記アルミニウム合金を提供することを目的とし、添加
元素として３ｉ、Ｃｕ、ＭｇおよびＦ’ｅを、それぞれ
１０％≦Ｓｔ≦３０％、Ｃｕ≦７．５％、Ｍｇ≦３．５
％、５％＜Ｆｅ５３３％の割合に含有し、これら添加元
素を過飽和に固溶させことを特徴とする。
耗性及び二次加工性を有し、また優秀な断熱性を有する
前記アルミニウム合金を提供することを目的とし、添加
元素として３ｉ、Ｃｕ、ＭｇおよびＦ’ｅを、それぞれ
１０％≦Ｓｔ≦３０％、Ｃｕ≦７．５％、Ｍｇ≦３．５
％、５％＜Ｆｅ５３３％の割合に含有し、これら添加元
素を過飽和に固溶させことを特徴とする。
Ｆ、ｅは高温強度、断熱性およびヤング率を向上させる
上に必要な元素であるが、５％以下では高温強度が得ら
れるものの断熱性において難点があり、３３％を上回る
と比重が大きくなってアルミニウム合金の特性である軽
量化が損なわれ、また熱間鍛造における成形性が悪化す
る。ヤング率はＦｅの添加量に比例して向上するが、前
記比重を考慮してＦｅの添加量は前記上限値に制限され
る。
上に必要な元素であるが、５％以下では高温強度が得ら
れるものの断熱性において難点があり、３３％を上回る
と比重が大きくなってアルミニウム合金の特性である軽
量化が損なわれ、また熱間鍛造における成形性が悪化す
る。ヤング率はＦｅの添加量に比例して向上するが、前
記比重を考慮してＦｅの添加量は前記上限値に制限され
る。
ＳｉはＦｅ単独添加による耐摩耗性の不足を補い、また
ヤング率の向上を図る上に有効であるが、１０％を下回
ると耐摩耗性を改善することができず、３０％を上回る
と熱間押出加工時、得られる素材にクラックを生じ、良
質な素材を得ることができなくなる。ヤング率は、Ｆｅ
同様にＳｉの添加量に比例して向上するが、前記熱間押
出加工を考慮してＳｉの添加量は前記上限値に制限され
る。
ヤング率の向上を図る上に有効であるが、１０％を下回
ると耐摩耗性を改善することができず、３０％を上回る
と熱間押出加工時、得られる素材にクラックを生じ、良
質な素材を得ることができなくなる。ヤング率は、Ｆｅ
同様にＳｉの添加量に比例して向上するが、前記熱間押
出加工を考慮してＳｉの添加量は前記上限値に制限され
る。
Ｃｕ、ＭｇはＦｅ、Ｓｔ添加による焼結性の悪化を補う
ために添加されるものであるが、Ｃｕが７．５％を、ま
たＭｇが３．５％をそれぞれ上回ると、高温強度が阻害
される。
ために添加されるものであるが、Ｃｕが７．５％を、ま
たＭｇが３．５％をそれぞれ上回ると、高温強度が阻害
される。
前記添加元素Ｓｔ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｆｅを過飽和に固溶さ
せるには、それら添加元素を含有するアルミニウム合金
溶湯に、その溶湯を冷却速度ＩＯ３〜１０ ”Ｃ／ｓｅ
ｃにて急冷凝固させる粉末化処理を施すものである。こ
のように各種添加元素を過飽和に固溶させることにより
、得られた合金粉末を用いて所定の部材を製造するに当
り、その製造工程の１つである熱間押出加工時において
、前記各種添加元素を高温で安定な金属間化合物として
組織中に均一、且つ微細に析出させて部材の高温強度を
向上させることができ、また加工性も極めて良好にし得
るものである。
せるには、それら添加元素を含有するアルミニウム合金
溶湯に、その溶湯を冷却速度ＩＯ３〜１０ ”Ｃ／ｓｅ
ｃにて急冷凝固させる粉末化処理を施すものである。こ
のように各種添加元素を過飽和に固溶させることにより
、得られた合金粉末を用いて所定の部材を製造するに当
り、その製造工程の１つである熱間押出加工時において
、前記各種添加元素を高温で安定な金属間化合物として
組織中に均一、且つ微細に析出させて部材の高温強度を
向上させることができ、また加工性も極めて良好にし得
るものである。
以下、本発明の実施例について説明する。
表（１）は本発明に係るアルミニウム合金Ｃ〜Ｅ、比較
材としてのアルミニウム合金Ａ、Ｂおよび鋳物用アルミ
ニウム合金ＪＩＳ ＡＣ８Ｃ材の組成を示す。
材としてのアルミニウム合金Ａ、Ｂおよび鋳物用アルミ
ニウム合金ＪＩＳ ＡＣ８Ｃ材の組成を示す。
表 （Ｉ）
前記合金Ａ−Ｅによりエンジン用ピストンを製造する場
合には、それらの溶湯に冷却速度１０．３〜ｂ を適用して５種類の合金粉末を製造する。この場合、合
金粉末の粒度分布が４８メツシユ以上の粒径の大きなも
のを含むものであると、後工程の熱間押出加工後得られ
た素材の強度に悪影響を及ぼすので４８メツシユを下ま
わる方が良い。
合には、それらの溶湯に冷却速度１０．３〜ｂ を適用して５種類の合金粉末を製造する。この場合、合
金粉末の粒度分布が４８メツシユ以上の粒径の大きなも
のを含むものであると、後工程の熱間押出加工後得られ
た素材の強度に悪影響を及ぼすので４８メツシユを下ま
わる方が良い。
次いで、各合金粉末を用いて冷間静水圧プレス成形法（
Ｃ，１，Ｐ、法）または型押しプレス法により直径２２
５１、長さ３００鶴の押出加工用素材を成形する。
Ｃ，１，Ｐ、法）または型押しプレス法により直径２２
５１、長さ３００鶴の押出加工用素材を成形する。
冷間静水圧プレス成形法においては、ゴム製チューブ内
に合金粉末を入れ、１．５〜３．Ｏｔ／−程度の静水圧
下で成形が行われる。型押プレス法においては、金型中
に合金粉末を入れて常温大気中で、１．５〜３．０ｔ／
ｃｄ程度の圧力下で成形が行われる。
に合金粉末を入れ、１．５〜３．Ｏｔ／−程度の静水圧
下で成形が行われる。型押プレス法においては、金型中
に合金粉末を入れて常温大気中で、１．５〜３．０ｔ／
ｃｄ程度の圧力下で成形が行われる。
各押出加工用素材を炉内温度３７０℃の均熱炉に設置し
て１０時間保持し、次いで各押出加工用素材に押出加工
を施して合金Ａ〜Ｅよりなる直径７０ｍ＋＋の丸棒状鍛
造用素材を製造する。
て１０時間保持し、次いで各押出加工用素材に押出加工
を施して合金Ａ〜Ｅよりなる直径７０ｍ＋＋の丸棒状鍛
造用素材を製造する。
この場合の押出方式は、直接押出しく前方押出し）また
は間接押出しく後方押出し）何れでもよいが、押出比は
５以上を必要とする。押出比が５以下では強度のばらつ
きが太き（なるので好ましくない。押出加工用素材の温
度は通常３３０℃〜５２０℃に設定される。３３０℃を
下回ると素材の変形抵抗が大きくなり押出加工性が悪化
し、一方５２０℃を上回ると素材が局部的に溶解し気泡
を発生するおそれがある。押出加工後においては、鍛造
用素材は空冷または水冷により所定の冷却速度で冷却さ
れる。
は間接押出しく後方押出し）何れでもよいが、押出比は
５以上を必要とする。押出比が５以下では強度のばらつ
きが太き（なるので好ましくない。押出加工用素材の温
度は通常３３０℃〜５２０℃に設定される。３３０℃を
下回ると素材の変形抵抗が大きくなり押出加工性が悪化
し、一方５２０℃を上回ると素材が局部的に溶解し気泡
を発生するおそれがある。押出加工後においては、鍛造
用素材は空冷または水冷により所定の冷却速度で冷却さ
れる。
各素材よりテストピースを切出して、それらの各種物性
についてテストを行ったところ、第１〜第４図の結果が
得られた。
についてテストを行ったところ、第１〜第４図の結果が
得られた。
第１図はＦｅ添加量と比重の関係を示し、Ｆｅの添加量
が増加するに従い比重も増加するが、Ｆｅ添加量３３％
において比重が約４．３ｇ／ａ（となり、これ以上比重
が増加するとアルミニウム合金の軽量性が損なわれるの
で好ましくない。
が増加するに従い比重も増加するが、Ｆｅ添加量３３％
において比重が約４．３ｇ／ａ（となり、これ以上比重
が増加するとアルミニウム合金の軽量性が損なわれるの
で好ましくない。
第２図は、３００℃におけるＦｅ添加量と熱伝導率の関
係を示し、Ｆｅの添加量が増加するに従い熱伝導率が低
下して断熱性が向上することが明らかである。
係を示し、Ｆｅの添加量が増加するに従い熱伝導率が低
下して断熱性が向上することが明らかである。
第３図はＦｅ添加量とヤング率の関係を示し、Ｆｅの添
加量が増加するに従いヤング率が向上する。
加量が増加するに従いヤング率が向上する。
第４図は、３００℃におけるＦｅ添加量と引張・圧縮疲
労強度を示し、Ｆｅの添加量が増加するに従い疲労強度
が増加するが、Ｆｅ添添加量１御〜１９ 第１〜第４図より、Ｆｅの添加量が５％＜Ｆｅ５３３％
の範囲にあればピストンとして実用に供し得るものであ
る。
労強度を示し、Ｆｅの添加量が増加するに従い疲労強度
が増加するが、Ｆｅ添添加量１御〜１９ 第１〜第４図より、Ｆｅの添加量が５％＜Ｆｅ５３３％
の範囲にあればピストンとして実用に供し得るものであ
る。
次いで、本発明に係る合金Ｃ−Ｅよりなる鍛造用素材の
みを抽出し、それら素材を所定の温度に加熱した後それ
らに熱間鍛造を施してピストン素材を成形する。この場
合、Ｆｅの添加量が８％以下であるときには鍛造用素材
の温度は４００〜４７０℃で十分あるが，Ｆｅの添加量
が８％を上回ると、素材の硬度が高くなるので、素材の
加熱温度を上記温度よりも高くし、鍛造速度を遅くし、
さらに潤滑条件を改善することが必要となる。
みを抽出し、それら素材を所定の温度に加熱した後それ
らに熱間鍛造を施してピストン素材を成形する。この場
合、Ｆｅの添加量が８％以下であるときには鍛造用素材
の温度は４００〜４７０℃で十分あるが，Ｆｅの添加量
が８％を上回ると、素材の硬度が高くなるので、素材の
加熱温度を上記温度よりも高くし、鍛造速度を遅くし、
さらに潤滑条件を改善することが必要となる。
鍛造後ピストン素材は空冷または水冷により冷却される
。
。
前記ピストン素材には、基本的には熱処理を施さないが
、特に強度の向上を狙う場合にはＴ４。
、特に強度の向上を狙う場合にはＴ４。
Ｔ５．Ｔ６処理を、また寸法安定性を狙う場合には均質
化処理をそれぞれ施す。
化処理をそれぞれ施す。
その後各ピストン素材に機械加工を施してピストンを削
成する。
成する。
上記各工程を経て得−られたピストンは、優れた高温強
度、ヤング率、耐摩耗性を有し、特に優秀な断熱性を有
するので、エンジンの燃焼室の断熱化が可能となり、エ
ンジンの出力を向上させて燃料消費率を改善することが
できる。
度、ヤング率、耐摩耗性を有し、特に優秀な断熱性を有
するので、エンジンの燃焼室の断熱化が可能となり、エ
ンジンの出力を向上させて燃料消費率を改善することが
できる。
このように本発明に係る合金を用いて得られる断熱性ピ
ストンは、前記従来ピストンに比べて単純な構造と安定
した品質を有し、製造コストも安価であり、量産性に優
れたものである。
ストンは、前記従来ピストンに比べて単純な構造と安定
した品質を有し、製造コストも安価であり、量産性に優
れたものである。
〔実施例２〕
表（ＩＩ）は本発明にかかるアルミニウム合金Ｇ。
Ｈ，Ｉおよび比較材としてのアルミニウム合金Ｆの組成
を示す。
を示す。
表 （ｎ）
前記合金Ｆ−Ｊを用いて前記実施例■と同様の手法によ
り丸棒状鍛造用素材を製造し、各素材よりテストピース
を切出してそれらについて摩耗テストを行ったところ第
５図の結果が得られた。なお、第５図中性号には前記Ａ
Ｃ８Ｃ材より鋳造体を得、それにＴ７処理を施したもの
から切出されたテストピースである。
り丸棒状鍛造用素材を製造し、各素材よりテストピース
を切出してそれらについて摩耗テストを行ったところ第
５図の結果が得られた。なお、第５図中性号には前記Ａ
Ｃ８Ｃ材より鋳造体を得、それにＴ７処理を施したもの
から切出されたテストピースである。
摩耗テストば、ＪＩＳ Ｆｅ１２よりなる回転板を１．
８ ｍ ／ｓｅｃの速度で回転させ、これに各テストピ
ースを無潤滑下で接触面積１−の条件で所定の押圧力を
以て接触させ、テスト距離を１０００ ｍとしてテスト
前後のテストピースの重量変化を測定したものである。
８ ｍ ／ｓｅｃの速度で回転させ、これに各テストピ
ースを無潤滑下で接触面積１−の条件で所定の押圧力を
以て接触させ、テスト距離を１０００ ｍとしてテスト
前後のテストピースの重量変化を測定したものである。
Ｐｖ値とは回転板の速度■とテストピースの押圧力Ｐの
積である。
積である。
第５図から明らかなように、Ｓｔの添加量が増加するに
従い摩耗減量が減少し、本発明合金Ｇ。
従い摩耗減量が減少し、本発明合金Ｇ。
Ｈ，Ｊは優れた耐摩耗性を有する。
第６図は前記テストピースのヤング率測定結果を示し、
同図から明らかなようにＳｔの添加量の増加に従いヤン
グ率が向上する。
同図から明らかなようにＳｔの添加量の増加に従いヤン
グ率が向上する。
以上のように本発明によれば、優れた高温強度、ヤング
率、耐摩耗性および二次加工性を有し、また優秀な断熱
性を有するアルミニウム合金を提供し得るものである。
率、耐摩耗性および二次加工性を有し、また優秀な断熱
性を有するアルミニウム合金を提供し得るものである。
図面は本発明に係るアルミニウム合金の各種物性を示す
もので、第１図はＦｅ添加量と比重の関係を示すグラフ
、第２図はＦｅ添加量と熱伝導率の関係を示すグラフ、
第３図はＦｅ添加量とヤング率の関係を示すグラフ、第
４図はＦｅ添加量と引張・圧縮疲労強度の関係を示すグ
ラフ、第５図はｐｖ値と摩耗減量の関係を示すグラフ、
第６図はＳｉ添加量とヤング率の関係を示すグラフであ
る。 特許出願人 本田技研工業株式会社 Ｆｅ ”４’−，１）Ｄ量（０／、） Ｆｅ牙すｎ量（Ｏん） 第４図 Ｆｅ添カロ量（’／、） 第３図 Ｆｅ添加量（’／、） 第５図
もので、第１図はＦｅ添加量と比重の関係を示すグラフ
、第２図はＦｅ添加量と熱伝導率の関係を示すグラフ、
第３図はＦｅ添加量とヤング率の関係を示すグラフ、第
４図はＦｅ添加量と引張・圧縮疲労強度の関係を示すグ
ラフ、第５図はｐｖ値と摩耗減量の関係を示すグラフ、
第６図はＳｉ添加量とヤング率の関係を示すグラフであ
る。 特許出願人 本田技研工業株式会社 Ｆｅ ”４’−，１）Ｄ量（０／、） Ｆｅ牙すｎ量（Ｏん） 第４図 Ｆｅ添カロ量（’／、） 第３図 Ｆｅ添加量（’／、） 第５図
Claims (1)
- 添加元素として、Ｓｔ、Ｃｕ、Ｍｇ、およびｒｅを、そ
れぞれ１０％≦Ｓｔ≦３０％、Ｃｕ≦７．５％、Ｍｇ≦
３．５％、５％＜Ｆｅ５３３％の割合に含有し、これら
添加元素を過飽和に園溶してなる、耐熱性μ優れた高強
度アルミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23942983A JPS60131945A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23942983A JPS60131945A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131945A true JPS60131945A (ja) | 1985-07-13 |
Family
ID=17044639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23942983A Pending JPS60131945A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 耐熱性に優れた高強度アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131945A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60145349A (ja) * | 1984-01-07 | 1985-07-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高耐熱，耐摩耗性アルミニウム合金の製造方法 |
| JPS63255550A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-21 | Hino Motors Ltd | エンジンのピストン |
| US5057274A (en) * | 1985-06-19 | 1991-10-15 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Die cast heat treated aluminum silicon based alloys and method for producing the same |
-
1983
- 1983-12-19 JP JP23942983A patent/JPS60131945A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60145349A (ja) * | 1984-01-07 | 1985-07-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高耐熱，耐摩耗性アルミニウム合金の製造方法 |
| JPH0565568B2 (ja) * | 1984-01-07 | 1993-09-20 | Sumitomo Electric Industries | |
| US5057274A (en) * | 1985-06-19 | 1991-10-15 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Die cast heat treated aluminum silicon based alloys and method for producing the same |
| JPS63255550A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-21 | Hino Motors Ltd | エンジンのピストン |
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