JPS6256551A - 線膨張係数の低いＡｌ合金材 - Google Patents
線膨張係数の低いＡｌ合金材Info
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- JPS6256551A JPS6256551A JP19646185A JP19646185A JPS6256551A JP S6256551 A JPS6256551 A JP S6256551A JP 19646185 A JP19646185 A JP 19646185A JP 19646185 A JP19646185 A JP 19646185A JP S6256551 A JPS6256551 A JP S6256551A
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- linear expansion
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、低線膨張係数の鋼糸材料や鋳鉄系材料と組合
せて用いるのに好適な線膨張係数の低いＡ２合金材に関
する。
せて用いるのに好適な線膨張係数の低いＡ２合金材に関
する。
（従来の技術）
良好なエンジンの運転を保持するために、シリンダブロ
ックの温度低下を企図して、鋳鉄製シリンダブロックの
ピストンｔｕ勤面にアルミ合金製のシリンダライナを装
着したものが用いられており、かかるシリンダ構造を有
するエンジンでは、実際にシリンダブロック壁面の温度
が２０〜３０℃低下することが報告されている。
ックの温度低下を企図して、鋳鉄製シリンダブロックの
ピストンｔｕ勤面にアルミ合金製のシリンダライナを装
着したものが用いられており、かかるシリンダ構造を有
するエンジンでは、実際にシリンダブロック壁面の温度
が２０〜３０℃低下することが報告されている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、シリンダライナとシリンダブロック本体
との材質の線膨張係数の相違に基づき、。
との材質の線膨張係数の相違に基づき、。
エンジンの運転中にシリンダブロック本体に大きな引張
応力が発生し、その大きさが著しい場合には、両者の境
界に空隙が生じたりして、エンジンの運転性能に重大な
悪影響を及ぼすことになる。
応力が発生し、その大きさが著しい場合には、両者の境
界に空隙が生じたりして、エンジンの運転性能に重大な
悪影響を及ぼすことになる。
このように、アルミ合金材料を鋼糸材料や鋳鉄系材料と
組合して熱負荷のかかる複合部材の要素として用いると
、線膨張係数の差違に基づいて、界面に高い熱応力が発
生し、空隙やすべりを招来する場合もあり、複合部材と
しての機能を著しく損う場合が生じる。
組合して熱負荷のかかる複合部材の要素として用いると
、線膨張係数の差違に基づいて、界面に高い熱応力が発
生し、空隙やすべりを招来する場合もあり、複合部材と
しての機能を著しく損う場合が生じる。
ちなみに、鋳鉄の線膨張係数は０〜１００℃で１０〜１
１ ｘ １０−’／ °ｃであり、アルミニウムは２０
〜１００Ｃで２３．９Ｘ１０−’／’Ｃであり、シリン
ダ部材として用いられているＪ Ｉ Ｓ −Ｈ４１４０
規定の２２１８鍛造用耐熱Ａβ合金では２５〜１００℃
で１９．６８ ｘ ］、０＝／ ’ｃとなっており、ア
ルミニウムは鋳鉄の２．２８倍１．ＪＩ ５２２１８材
では１．８７倍の線膨張係数を有している。
１ ｘ １０−’／ °ｃであり、アルミニウムは２０
〜１００Ｃで２３．９Ｘ１０−’／’Ｃであり、シリン
ダ部材として用いられているＪ Ｉ Ｓ −Ｈ４１４０
規定の２２１８鍛造用耐熱Ａβ合金では２５〜１００℃
で１９．６８ ｘ ］、０＝／ ’ｃとなっており、ア
ルミニウムは鋳鉄の２．２８倍１．ＪＩ ５２２１８材
では１．８７倍の線膨張係数を有している。
本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、従来の鍛
造用耐熱アルミニウム合金程度の強度を有し、かつ線膨
張係数の低いアルミニウム合金材料を提供することを目
的とする。
造用耐熱アルミニウム合金程度の強度を有し、かつ線膨
張係数の低いアルミニウム合金材料を提供することを目
的とする。
（問題点を解決するための手段）
叙上の目的を達成するために講じられた本発明の低線膨
張係数を有するｉ合金材料の特徴とするところは、化学
組成が重量％で、 Ｓｉ ： １７〜２７％、 Ｍｇ：２〜１０％および残
部実質的に＾βからなる１１’合金急冷凝固粉末の押出
材もしくは鍛造材であって、ＡＩｌ基地中にＳｉおよび
Ｍｇが過飽和に固溶されたＡＮ固溶体に主として細粒状
の共晶Ｓｉが均一に分散してなる点にある。
張係数を有するｉ合金材料の特徴とするところは、化学
組成が重量％で、 Ｓｉ ： １７〜２７％、 Ｍｇ：２〜１０％および残
部実質的に＾βからなる１１’合金急冷凝固粉末の押出
材もしくは鍛造材であって、ＡＩｌ基地中にＳｉおよび
Ｍｇが過飽和に固溶されたＡＮ固溶体に主として細粒状
の共晶Ｓｉが均一に分散してなる点にある。
（実施例）
本発明の６１合金材の原材料としては特定のＡ１合金溶
湯を空気アトマイズ法や水アトマイズ法等により急冷凝
固して得られたものを用い、その組成は、重量％で、 Ｓｉ ： １７〜２７％、 門ｇ：２〜１０％残部実質
的にＡβからなる。まず、上記組成限定理由について説
明する。
湯を空気アトマイズ法や水アトマイズ法等により急冷凝
固して得られたものを用い、その組成は、重量％で、 Ｓｉ ： １７〜２７％、 門ｇ：２〜１０％残部実質
的にＡβからなる。まず、上記組成限定理由について説
明する。
Ｓｉは合金の膨張率を低下させると共に、耐摩耗性を付
与するために積極的に添加する。１７％未満ではかかる
効果が少なく、一方２７％を越えると、後述のように急
冷凝固しても粗大でもろい初晶Ｓｉの晶出を抑えること
ができず、靭性劣化の原因となり、また極部摩耗の原因
ともなり好ましくなし〉。
与するために積極的に添加する。１７％未満ではかかる
効果が少なく、一方２７％を越えると、後述のように急
冷凝固しても粗大でもろい初晶Ｓｉの晶出を抑えること
ができず、靭性劣化の原因となり、また極部摩耗の原因
ともなり好ましくなし〉。
Ｍｇは基地を著しく固溶体硬化させ、基地の強化および
転位の阻止による線膨張係数の低下を図るために添加さ
れる。２％未満ではかかる効果が過少であり、一方１０
％を越えると高温強度が劣化する。尚、本発明に係る＾
β合金／８湯は、Ａｆｆ −５ｉと八β−Ｍｇの２種の
合金の再熔解により溶製されるが、＾β−？１ｇ合金の
融点（例えば、Ａｌ−４．７％Ｍｇ合金で６３５℃）は
、低いので、生産性に優れ、コスト面でも有利になる。
転位の阻止による線膨張係数の低下を図るために添加さ
れる。２％未満ではかかる効果が過少であり、一方１０
％を越えると高温強度が劣化する。尚、本発明に係る＾
β合金／８湯は、Ａｆｆ −５ｉと八β−Ｍｇの２種の
合金の再熔解により溶製されるが、＾β−？１ｇ合金の
融点（例えば、Ａｌ−４．７％Ｍｇ合金で６３５℃）は
、低いので、生産性に優れ、コスト面でも有利になる。
前記組成の／８湯を空気アトマイズ法等により急冷凝固
したものは、靭性や強度劣化の原因となる初晶Ｓｉの粗
大晶出がほとんど見られず、へｌ基地中にＳｉおよびＭ
ｇを過飽和に含みＭｇによって固溶体硬化されたＡ ｅ
−５１−Ｍｇの固溶体中に微細なＳｉが晶出したもの
となり、機械的性質が良好で線膨張率の低いＡ４合金粉
末が得られる。
したものは、靭性や強度劣化の原因となる初晶Ｓｉの粗
大晶出がほとんど見られず、へｌ基地中にＳｉおよびＭ
ｇを過飽和に含みＭｇによって固溶体硬化されたＡ ｅ
−５１−Ｍｇの固溶体中に微細なＳｉが晶出したもの
となり、機械的性質が良好で線膨張率の低いＡ４合金粉
末が得られる。
尚、上記の粉末合金の組織を得るには、１０２℃／秒以
上の冷却速度で急冷凝固させる必要がある。
上の冷却速度で急冷凝固させる必要がある。
これ未満の速度では、初晶Ｓｉの多量の晶出が起り、機
械的性質の劣化を招来する。もっとも、工業的生産面か
ら現実には上限が定まり、１０Ｇ℃／秒が限度であろう
。
械的性質の劣化を招来する。もっとも、工業的生産面か
ら現実には上限が定まり、１０Ｇ℃／秒が限度であろう
。
かかるＡｌ合金急冷凝固粉末は、多量の粉末を一体化す
べく押出し加工に供される。すなわち、粉末は押出し加
工により強度のせん所作用を受け、粉末の外表面に形成
されている数人程度の不活性、安定なＡＱ＊ｏ１被膜を
分断破壊すると共に、基地中の共晶Ｓｉおよび一部品出
した初晶Ｓｉをも更に細粒状に分断して、これらを高強
度のへ２固溶体中に均一に分散ならしめ、高強度の促進
と基地の拡散接合による一体化を同時に行うのである。
べく押出し加工に供される。すなわち、粉末は押出し加
工により強度のせん所作用を受け、粉末の外表面に形成
されている数人程度の不活性、安定なＡＱ＊ｏ１被膜を
分断破壊すると共に、基地中の共晶Ｓｉおよび一部品出
した初晶Ｓｉをも更に細粒状に分断して、これらを高強
度のへ２固溶体中に均一に分散ならしめ、高強度の促進
と基地の拡散接合による一体化を同時に行うのである。
押出し加工方法としては、へ２合金粉末を冷間静水圧加
圧（ＣＩ Ｐ）により等方向圧縮した後、圧縮材を封缶
脱ガス処理をして長時間の熱間静水圧加圧（ＨＩ Ｐ）
により加圧焼結し、該焼結材を押出す方法、およびへ１
合金粉末に真空ホットプレスや冷間−軸圧縮を行い、圧
縮材を押出す方法がある。
圧（ＣＩ Ｐ）により等方向圧縮した後、圧縮材を封缶
脱ガス処理をして長時間の熱間静水圧加圧（ＨＩ Ｐ）
により加圧焼結し、該焼結材を押出す方法、およびへ１
合金粉末に真空ホットプレスや冷間−軸圧縮を行い、圧
縮材を押出す方法がある。
押出しに際して、Ａｌ合金粉末表面のＡ、Ｑ２０を被膜
やＡｌｌ固体体中共晶Ｓｉおよび一部品出した初晶Ｓｉ
の分断、分散を十分行うために、押出比は５〜２０とす
るのがよく、また押出荷重の軽減および基地の拡散接合
のために、押出温度は２５０〜・４５０℃とするのがよ
い。
やＡｌｌ固体体中共晶Ｓｉおよび一部品出した初晶Ｓｉ
の分断、分散を十分行うために、押出比は５〜２０とす
るのがよく、また押出荷重の軽減および基地の拡散接合
のために、押出温度は２５０〜・４５０℃とするのがよ
い。
本発明の合金材は、押出し加工のほかε１９造加］−に
より押出し加工時と同等の作用がなされ、所期の合金組
織を得ることができる、この際、鍛造温度は２６０−５
１０’Ｃとするのがよい。
より押出し加工時と同等の作用がなされ、所期の合金組
織を得ることができる、この際、鍛造温度は２６０−５
１０’Ｃとするのがよい。
以上のようにして得られた押出材もしくは鍛造材は、適
宜、鍛造加工１．切削加工等により目的とする製品形状
に加工される。本発明の合金材は、耐熱性、耐摩耗性、
および強度に優れ、かつ熱膨張率が小さいので、これら
の緒特性が要求される高精度部品に通用できる。例えば
、ピストン、ピストンリング、シリンダライナ、ピスト
ンピン、コンロッド、ＶＴＲ用シリンダ、オイルポンプ
ブツシュ等の用途に好適である。尚、シリンダライナ等
、製品形状が円筒状のものに対しては、押出し段階で円
筒状に押出せばよい。
宜、鍛造加工１．切削加工等により目的とする製品形状
に加工される。本発明の合金材は、耐熱性、耐摩耗性、
および強度に優れ、かつ熱膨張率が小さいので、これら
の緒特性が要求される高精度部品に通用できる。例えば
、ピストン、ピストンリング、シリンダライナ、ピスト
ンピン、コンロッド、ＶＴＲ用シリンダ、オイルポンプ
ブツシュ等の用途に好適である。尚、シリンダライナ等
、製品形状が円筒状のものに対しては、押出し段階で円
筒状に押出せばよい。
次に具体的実施例について説明する。
（１）重量％で、Ｓｉ ２２．０％、）Ｉｇ ４．７％
残部実質的にＡ７！のＡβ合金を／ｇ製し、空気アトマ
イズ法により１０３〜１０’℃／秒の冷却速度で急冷凝
固粉末を製造した。
残部実質的にＡ７！のＡβ合金を／ｇ製し、空気アトマ
イズ法により１０３〜１０’℃／秒の冷却速度で急冷凝
固粉末を製造した。
（２）得られた粉末を分級し、４４μｉ以下のものをゴ
ム容器に詰めて、３０００に＋ｒｆ ／−で１分間加圧
しφ１４０ ｍの棒材を得た。これを、厚さ３１ｍの、
Ｊ Ｉ ３５０５２材の缶体に挿入し、１０−”〜１Ｑ
−３Ｔ。
ム容器に詰めて、３０００に＋ｒｆ ／−で１分間加圧
しφ１４０ ｍの棒材を得た。これを、厚さ３１ｍの、
Ｊ Ｉ ３５０５２材の缶体に挿入し、１０−”〜１Ｑ
−３Ｔ。
ｒｒの圧力の下で脱ガスを十分行い、電子ビーム溶接で
封缶を行って゛、ＨＩＰ処理を施した。Ｉ（ＩＰ処理は
、３５０ ’Ｃ１１Ｃ１１５Ｏ０／ｃＪでＩＩ（ｒ行わ
れた。得られた焼結材を、３５０℃で約３０分量子分加
熱した後、押出比１０．６、押出速度２５１ｍ／分でφ
４３＋ｍに押出した。
封缶を行って゛、ＨＩＰ処理を施した。Ｉ（ＩＰ処理は
、３５０ ’Ｃ１１Ｃ１１５Ｏ０／ｃＪでＩＩ（ｒ行わ
れた。得られた焼結材を、３５０℃で約３０分量子分加
熱した後、押出比１０．６、押出速度２５１ｍ／分でφ
４３＋ｍに押出した。
（３）該押出材より、φ１０ ｘ ２５ Ｒの試験片を
押出し方向に沿って採取し、下記の調査に供した。尚、
比較のため、Ｊ Ｉ ３２２１Ｂ材についても同様の調
査を行った。Ｊ Ｉ ５２２１８材は、Ｃｕ ４．１％
、Ｍｇ １．４％、Ｎｉ ２．１％残部実質的に八！の
組成を有し、Ｔ６１処理（５１０℃溶体化処理後、熱湯
焼入れし、その後１７０℃Ｘ １０Ｈｒ時効処理）を行
ったものである。
押出し方向に沿って採取し、下記の調査に供した。尚、
比較のため、Ｊ Ｉ ３２２１Ｂ材についても同様の調
査を行った。Ｊ Ｉ ５２２１８材は、Ｃｕ ４．１％
、Ｍｇ １．４％、Ｎｉ ２．１％残部実質的に八！の
組成を有し、Ｔ６１処理（５１０℃溶体化処理後、熱湯
焼入れし、その後１７０℃Ｘ １０Ｈｒ時効処理）を行
ったものである。
（４）機械的性質を調べた結果を第１表に示す。
次 葉
第 １ 表
第１表より、本発明材は、２２１８材に比べて、伸びが
やや劣るものの、その他の性質は良好であることが確認
され、強度面等を考えた場合２２１８材に十分代替えで
きることが判った。
やや劣るものの、その他の性質は良好であることが確認
され、強度面等を考えた場合２２１８材に十分代替えで
きることが判った。
（５）線膨張係数を調べた結果を第２表に示す。
次 葉
第 ２ 表
第２表より、内熱機関等で特に問題となる３゜０℃以下
の温度範囲で線膨張係数が２２１８材に対して約１８〜
２２％低下しているのが確かめられた。
の温度範囲で線膨張係数が２２１８材に対して約１８〜
２２％低下しているのが確かめられた。
また、５００℃以下でも線膨張係数は約２０％低下して
いる。
いる。
（６） 金属組織の観察結果を第１図および第３図に
示す。第１図は本発明材の金属組織写真（３０００倍）
であり、第３図は２２１８材の同写真（３０００倍）で
ある。尚、参考のため、本発明に係るＡＡ合金急冷凝固
粉末の金属組織写真（３０００倍）を第２図に示す。
示す。第１図は本発明材の金属組織写真（３０００倍）
であり、第３図は２２１８材の同写真（３０００倍）で
ある。尚、参考のため、本発明に係るＡＡ合金急冷凝固
粉末の金属組織写真（３０００倍）を第２図に示す。
第１図より、本発明材は、基地中に約０．３μｍの多量
の細粒状の共晶Ｓｉが微細かつ均一に分散しており、ま
た約２μｍの初晶Ｓｉの分断片が均一に分布している様
子が観察される。また、Ｍｇの析出物は見当らず、Ｍｇ
は基地中に過飽和に固溶していることが推察される。第
２図は押出し加工前の急冷凝固粉末の組織を示すが、綱
目状の共晶Ｓｉが広範囲に晶出しており、約５μ鶴の粗
粒状の初晶Ｓ＋が島状に一部品出している様子が観察さ
れる。またＭｇの析出物は見られない。
の細粒状の共晶Ｓｉが微細かつ均一に分散しており、ま
た約２μｍの初晶Ｓｉの分断片が均一に分布している様
子が観察される。また、Ｍｇの析出物は見当らず、Ｍｇ
は基地中に過飽和に固溶していることが推察される。第
２図は押出し加工前の急冷凝固粉末の組織を示すが、綱
目状の共晶Ｓｉが広範囲に晶出しており、約５μ鶴の粗
粒状の初晶Ｓ＋が島状に一部品出している様子が観察さ
れる。またＭｇの析出物は見られない。
尚、粉末の表面にはＡ Ｑ＊ Ｏｉの被膜が形成されて
いるが数人であるため、視認不能である。第１図におい
ても、同様にＡＱｔ島被膜の分断片の視認はできなかっ
た。
いるが数人であるため、視認不能である。第１図におい
ても、同様にＡＱｔ島被膜の分断片の視認はできなかっ
た。
一方、第３図より、２２１８材は、平均３μｍ程度の白
色のＮｉ−Ｃｕ金属間化合物と平均５μｍ程度の黒色の
Ｍｇ−Ｓｉ化合物が基地中に析出している様子が観察さ
れる。
色のＮｉ−Ｃｕ金属間化合物と平均５μｍ程度の黒色の
Ｍｇ−Ｓｉ化合物が基地中に析出している様子が観察さ
れる。
本発明材は、第１°図より明らかな通り、Ｓｉ粒子が基
地中に微岬かつ均一に分散しており、機械的性質が優れ
ている理由がミクロ組織からも裏付けられた。
地中に微岬かつ均一に分散しており、機械的性質が優れ
ている理由がミクロ組織からも裏付けられた。
（発明の効果）
以上説明した通り、本発明の合金材は、Ｓｉを１５〜２
５％含有しているので、？Ｉｇの添加とあいまって、従
来の鍛造用ＡＮ合金に対して線膨張係数が３００℃以下
において２０％程度低下する。また、本来機械的性質を
劣化させない多量の共晶ＳｉをＡ７！固溶体中に細粒状
に均一分散させたものであるから、機械的性質をまった
く劣化させずに、良好な耐摩耗性を付与することができ
る。また、１１ｇを２〜１０％含有しているので、基地
はＭｇを過飽和に固溶して固溶体硬化が図られ、強度向
上および転位の阻止による線膨張係数の低下に資するも
のとなる。
５％含有しているので、？Ｉｇの添加とあいまって、従
来の鍛造用ＡＮ合金に対して線膨張係数が３００℃以下
において２０％程度低下する。また、本来機械的性質を
劣化させない多量の共晶ＳｉをＡ７！固溶体中に細粒状
に均一分散させたものであるから、機械的性質をまった
く劣化させずに、良好な耐摩耗性を付与することができ
る。また、１１ｇを２〜１０％含有しているので、基地
はＭｇを過飽和に固溶して固溶体硬化が図られ、強度向
上および転位の阻止による線膨張係数の低下に資するも
のとなる。
このように本発明の合金材は、機械的性質を損なうこと
なく優れた耐摩耗性を具備したものであり、更に線膨張
係数も低く押さえることができ、これらの緒特性が共に
要求される部材の素材として、利用価値は著大である。
なく優れた耐摩耗性を具備したものであり、更に線膨張
係数も低く押さえることができ、これらの緒特性が共に
要求される部材の素材として、利用価値は著大である。
第１図は本発明のＢ合金材の金属組織写真、第２図は本
発明の合金材の原料であるＡｌ舎合金急冷凝固粉末金属
組織写真、第３図はＪ Ｉ ３２２１８材の金属組織写
真である。 １図 箸２図 第３ 図
発明の合金材の原料であるＡｌ舎合金急冷凝固粉末金属
組織写真、第３図はＪ Ｉ ３２２１８材の金属組織写
真である。 １図 箸２図 第３ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、化学組成が重量％で、 Ｓｉ：１７〜２７％、Ｍｇ：２〜１０％ および残部実質的にＡｌからなるＡｌ合金急冷凝固粉末
の押出材もしくは鍛造材であって、Ａｌ基地中にＳｉお
よびＭｇが過飽和に固溶されたＡｌ固溶体に主として細
粒状の共晶Ｓｉが均一に分散してなることを特徴とする
線膨張係数の低いＡｌ合金材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19646185A JPS6256551A (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 線膨張係数の低いＡｌ合金材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19646185A JPS6256551A (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 線膨張係数の低いＡｌ合金材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6256551A true JPS6256551A (ja) | 1987-03-12 |
| JPS6310225B2 JPS6310225B2 (ja) | 1988-03-04 |
Family
ID=16358190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19646185A Granted JPS6256551A (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 線膨張係数の低いＡｌ合金材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6256551A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01159344A (ja) * | 1987-09-22 | 1989-06-22 | Kobe Steel Ltd | 高速，高精度移動装置の作業手段保持用部品 |
| US5176740A (en) * | 1989-12-29 | 1993-01-05 | Showa Denko K.K. | Aluminum-alloy powder, sintered aluminum-alloy, and method for producing the sintered aluminum-alloy |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0526261Y2 (ja) * | 1986-11-05 | 1993-07-02 |
-
1985
- 1985-09-04 JP JP19646185A patent/JPS6256551A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01159344A (ja) * | 1987-09-22 | 1989-06-22 | Kobe Steel Ltd | 高速，高精度移動装置の作業手段保持用部品 |
| US5176740A (en) * | 1989-12-29 | 1993-01-05 | Showa Denko K.K. | Aluminum-alloy powder, sintered aluminum-alloy, and method for producing the sintered aluminum-alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310225B2 (ja) | 1988-03-04 |
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