JPS62218526A

JPS62218526A - 弾性率に優れたアルミニウム合金押出材の製造方法

Info

Publication number: JPS62218526A
Application number: JP6190486A
Authority: JP
Inventors: Ichizo Tsukuda; 市三佃
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1987-09-25
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPH0672271B2

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】産業上の利用分野この発明は、車輌その他の構造用材料、自動車部品、機
械部品等に使用されるアルミニウム合金押出材、特に弾
性率に優れたアルミニウム合金押出材に関する。

なお、この明細書において「％」はいずれも重量基準で
示すものである。またアルミニウム合金またはアルミニ
ウム基合金の用語は、必ずしもアルミニウムが合金成分
中の過半量以上を占める場合のみに限らず、単にそれが
主要成分として含有される合金を含む意味において用い
られる。

従来の技術と問題点アルミニウム合金は、軽量でしかも適度の強度を有して
いることから、各種構造用材料として多く使用されてい
る。しかしながら、概して弾性率が小さいことから、材
料のたわみ瓜との関係で薄肉化の要請に充分に対応し得
なかった。

このため、従来技術としてアルミニウムマトリックス中
に弾性率の高い異種材料、たとえばボロン、炭素、ＳＩ
Ｃ等の高弾性繊維を分散させた複合材が提供されている
が、繊維材料が高価であること、複合材自体の製造法か
複雑であること等により、結果的に高力アルミニウム合
金に較べて顕著に高価なものとなり、ひいてはコスト面
から用途が制限される難点かあった。

一方、アルミニウム合金は、これに弾性率の高い金属間
化合物を分散させることによって弾性率を向上しうるこ
とは良く知られているところである。しかしながら、弾
性率の高い金属間化合物は高融点金属からなり、アルミ
ニウム合金として考えた場合溶解温度が高くなることか
から、従来の連続鋳造法では製造が困難である。

また金型鋳造法では、金属間化合物が粗大化して機械的
性質が劣化するため、実際」二高弾性金属間化合物を分
散させて弾性率を充分に向上したアルミニウム合金の工
業的生産は困難であるのが実情である。

この発明は、上記の困難性を克服して、高弾性な金属間
化合物を均一かつ微細に分散し、弾性率に優れたものと
なしうるアルミニウム合金の簡易な製造方法を提供する
ことを目的とする。

問題点を解決する為の手段本発明者は、上記の目的において種々実験と研究の結果
、アルミニウムまたはその合金マトリックス中に含有し
て高弾性な金属間化合物をつくる弾性率向」二元素を多
量に含む溶融アルミニウム合金を、高圧下に凝固せしめ
る場合には凝固割れを生じることなく、シかも粗大な晶
出物を生成することなく押出加工に適した欠陥のないビ
レットを作製しうろことを見出し、この発明を完成する
に至った。

而して、この発明の要旨とするところは、弾性率向上元
素の１種また２種以上を１〜８０％の範囲に含有したア
ルミニウム基合金を溶解し、その溶湯を加圧凝固用金型
に注湯して所定の高圧下に加圧凝固せしめることにより
ビレットに作製したのち、該ビレットを押出し加工する
ことを特徴とする弾性率に優れたアルミニウム合金押出
製造方法である。

上記の弾性率向上元素は、Ｓｉ　、Ｃｕ、Ｎｔ　。

Ｂｅ、、Ｆｅ５Ｔｉ　、ＶＳＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ　
−Ｍｏ　１Ｈ１％　Ｔａ　５Ｗ１Ｎｄを包含する。

これらの許容含有量の範囲は、個々に次の範囲に制限さ
れる。即ち、Ｓｉ　：４〜７０％、Ｃｕ：５〜７０％、Ｎ１　：２〜
７０％、Ｂｅ　：２〜７０％、Ｆｅ　：２〜７０％、Ｔ
１　：２〜７０％、Ｖ　：１〜５０％、Ｍｎ　：２〜７
０％、Ｃｒ：１〜７０％、Ｚｒ：２〜８０％、Ｎｂ　：
１〜５０％、Ｍａｉｌ〜５０％、Ｈｆ：１〜７０％、Ｔ
ａ：２〜７０％、Ｗ　：１〜５０％、Ｎｄ：１〜７０％
、の範囲である。従って、それらの１種または２種以上
の含有量の総量としても、１〜８０％の範囲に制限され
る。上記各成分の含有量が下限値未満である場合には、
合金の弾性率の向上効果に不十分なものとなり、」二限
値をこえると、弾性率は向上するが押出し加工が困難な
ものとなる。

弾性率向」二元素を含むアルミニウム基合金は、既知の
各種の系のアルミニウム合金、特に高強度のものとして
知られる例えばＡｌ−−Ｃｕ系、Ａｌ−−Ｓｉ系、Ａｌ
−−Ｍｇ−３ｉ系、Ａｌ−−Ｚｎ−Ｍｇ系合金をベース
として、弾性率向上元素の含有量を規定範囲に調整した
ものである。

従って、ベース合金中にもともと所定量の８１、Ｃｕ等
の弾性率向上元素を含む場合には、その含有量を含めて
新たな弾性率向」二元素の添加量を設定し、総量におい
て上記規定範囲となるように調整するものである。

次に、製造工程について説明する。上記のような比較的
高率に弾性率向上元素を含むアルミニウム基合金は、従
来の常法として行われているような連続鋳造法では、著
しい鋳造割れの発生のために製造が困難であるが、この
発明はこの問題点を加圧凝固法の採用によって克服して
いる。即ち、上記アルミニウム合金を溶解し、その溶湯
を加圧凝固用金型内に注湯して加圧凝固せしめることに
より、欠陥のない結晶粒の微細なビレットの作製を行う
ものである。加圧凝固用金型は、これに押出機のコンテ
ナを利用するものとしてもよい。即ち、アルミニウム合
金溶湯を直接該コンテナに注入し、ステムで加圧しつつ
凝固させるものとしても良い。もちろん、この場合、上
記コンテナの前面は盲ダイスを付設して塞ぎ、加圧凝固
中の溶湯の吹き出しを防ぐものとすることが必要である
。

また、上記の注湯に際しては、前記金型を予め３００〜
３５０℃程度に加熱しておくものとすることが望ましい
。これによりビレットに一層微細な組織を得ることを可
能にする。即ち、３００℃程度未満であると、注湯後前
記アルミニウムの凝固がすぐに開始してしまい、加圧凝
固による効果が充分に達成され難い。一方３５０℃をこ
える高温に加熱しておくと、冷却速度が遅くなり、晶出
物が成長して上記微細化効果を充分に達成し難いものと
なる傾向がみられる。

注湯後、すぐさま前記金型内の溶湯を加圧ピストンによ
り加圧し、凝固を進行せしめることによってビレットを
作製する。即ち、加圧凝固法によってビレットを作製す
る。この際の加圧力は５０Ｋｙｆ／ａ！以上であれば加
圧凝固の効果を得ることができるが、好ましくは５００
〜１００１００Ｏ／ａｄ程度とするのが良い。このよう
に、所定の加圧状態下においてアルミニウム合金を凝固
させることにより、鋳造割れを生じさせることなく、か
つ晶出物の小さなビレットを作製しうる。従って、従来
の鋳造法によってビレットを作製する場合、組織の均一
化と微細化をはかるために必要とした爾後の加熱均質化
処理を省略することが可能となり、そのための熱エネル
ギー及び処理時間の節約を達成しうる。

上記加圧力の大小は、ビレットの品質にさして大きな影
響を与えるものではない。しかしながら、５０Ｋｙｆ／
ｃｉ未満では、加圧凝固法による−　９　＝鋳造割れ防止及び結晶粒の微細化効果に不充分であり、
反面例えば１５００Ｋｇｆ／ｒｉをこえるような高圧を
付加しても、それに要するエネルギーの増大に見合う効
果の比例的向上を見ることができないためむしろ無益で
ある。なお、加圧凝固により、晶出物の微細化をはかり
うる理由は、加圧により金型と溶湯の間及び溶湯内の空
隙が消滅し、冷却速度が増大することが１つの要因にな
っているものと推測される。

上記の加圧凝固法により作製したビレットは、次にこれ
を押出加工して所期する弾性率に優れたアルミニウム合
金材とする。ここに、ビレットは一旦冷却された同相状
態のものを用いても良いが、好ましくは前記加圧凝固の
進行により、ビレットの温度が押出加工に適する温度、
例えば液相温度の約１／２程度にまで低下し半溶融状態
となった時点で加圧凝固工程を終了し、すぐさまそのま
ま押出機のコンテナに装填して押出しを開始するものと
なすことが推奨される。

このような手順を採用することにより、押出加工に際し
てのビレットの加熱工程を省くことが可能となり、その
加熱に要するエネルギー及び時間を節約し、合金押出材
の製造能率の向上及び製造コストの低減の利益を享受し
うる。

この発明によって製造されるアルミニウム合金は、一般
的に熱処理型のものであり、上記によって得られた押出
材は更に所定の熱処理を施して実用に供されるものであ
ることはいうまでもない。ここに熱処理条件は常法に従
えば良く、一般的に溶体化処理条件として温度、４５０
〜５５０℃、時間１〜３時間程度であり、その後の人工
時効処理条件として温度１１０〜２００℃、時間７〜２
４時間程度である。

発明の効果この発明は上述のように、組成面において特に高含有率
に弾性率向上元素を含有するアルミニウム基合金からな
るものであり、かつ製造工程において先ず高圧凝固法に
よりビレットの作製を行い、然る後押出加工を行うもの
としたことにより、上記の如く弾性率向上元素を多量に
含有するにかかわらず、ビレットの作製に鋳造割れを生
じることなく、高弾性な金属間化合物が均一かつ微細に
分散したアルミニウム合金押出材を得ることができる。

従って、該合金押出し材は、極めて優れた弾性率を有し
、薄肉化の要請にも好都合に対応しうるちのとなると共
に、製造工程が簡単であることも相俟って安価に製作提
供でき、従来の複合材では価格面から実用化が阻まれて
いた用途にも好適に使用しうるちのとなしうる。

実施例次にこの発明の実施例を比較例とともに示す。

実施例１〜４８第１表ないし第３表に示す各種化学組成の合金を液相温
度＋１００℃に溶解し、その溶湯を加熱した加圧凝固用
金型に注湯したのち、すぐさまこれを１０００Ｋｇ１０
０Ｏに加圧し、該加圧下に凝固させた。そして、およそ
液相温度の１／２程度の温度にまで冷却したとき、加圧
凝固工程を終了し、得られたビレット（直径７５ｍ、長
さ１００ｍ）をすぐさま押出機のコンテナーに装入し、
直径１２１Ｍの丸棒に押出した。上記工程において、ビ
レットは鋳造割れのない状態のものが得られ、かつその
押出しも支障なく行い得るものであった。

そこで次いで、この押出材を下記の条件で熱処理したの
ち、得られた各試料の弾性率を調べた。結果を各表の右
欄に示す。なお、弾性率は、上記試料から全長１００属
、標点間距離２０履、標点間の直径８ｔｔｒｍの試験片
を作製し、引張試験による応力−ひすみ曲線の弾性範囲
での傾きにより求めた。

（熱処理条件）（１）　Ａｎ−Ｃｕ系合金溶体化処理　４９５℃Ｘ２ｈｒ→氷冷時　　効　　１８０℃Ｘ７ｈｒ（２）　Ａｎ−Ｓｉ系合金溶体化処理　４９５℃×２ｈ「→氷冷時　　効　　１８０℃Ｘ７ｈｒ（３）　　Ａｎ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金溶体化処理　５３０℃Ｘ２ｈｒ→氷冷時　　効　　１８０℃Ｘ７ｈｒ（２）　Ａｎ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金溶体化処理　４６０℃Ｘ２ｈｒ→氷冷時　　効　　１２０℃Ｘ２４ｈｒ〔以下余白〕 −１５＝比較例１〜４下記の第４表に示す各種組成のアルミニウム合金を、従
来の常法に従って金型鋳造材に製造し、得られた試料に
つき、前記実施例の場合と同様にして弾性率を測定し、
その結果を第４表右欄に示した。

第　　４　　表以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性率向上元素の１種また２種以上を１〜８０％
の範囲に含有したアルミニウム基合金を溶解し、その溶
湯を加圧凝固用金型に注湯して所定の高圧下に加圧凝固
せしめることによりビレットに作製したのち、該ビレッ
トを押出し加工することを特徴とする弾性率に優れたア
ルミニウム合金押出材の製造方法。
（２）弾性率向上元素の種類とその各単位元素の含有量
は、Ｓｉ：４〜７０％、Ｃｕ：５〜７０％、Ｎｉ：２〜７０％、Ｂｅ：２〜７０％、Ｆｅ：２〜７０％、Ｔｉ：２〜７０％、Ｖ　：１〜５０％、Ｍｎ：２〜７０％、Ｃｒ：１〜７０％、Ｚｒ：２〜８０％、Ｎｂ：１〜５０％、Ｍｏ：１〜５０％、Ｈｆ：１〜７０％、Ｔａ：２〜７０％、Ｗ　：１〜５０％、Ｎｄ：１〜７０％、である特許請求の範囲第１項記載の弾性率に優れたアル
ミニウム合金押出材の製造方法。
（３）アルミニウム基合金は、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓ
ｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金を
ベースとして、弾性率向上元素の含有量を規定範囲に調
整したものである特許請求の範囲第２項記載の弾性率に
優れたアルミニウム合金押出材の製造方法。
（４）ビレットの作製のための加圧凝固を、５０ｋｇｆ
／ｃｍ＾２以上の加圧条件下で行うことを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１に記載の
弾性率に優れたアルミニウム合金押出材の製造方法。
（５）ビレットの作製のための加圧凝固工程を、ビレッ
トが押出加工に適する温度にまで冷却された時点で終了
し、すぐさま該ビレットを押出機のコンテナに装入して
そのまま押出加工を行うことを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第４項のいずれか１に記載の弾性率に優
れたアルミニウム合金押出材の製造方法。