JPS6267131A - 耐応力腐食割れ性に優れたa1合金 - Google Patents

耐応力腐食割れ性に優れたa1合金

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JPS6267131A
JPS6267131A JP20846085A JP20846085A JPS6267131A JP S6267131 A JPS6267131 A JP S6267131A JP 20846085 A JP20846085 A JP 20846085A JP 20846085 A JP20846085 A JP 20846085A JP S6267131 A JPS6267131 A JP S6267131A
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alloy
corrosion cracking
stress corrosion
fibers
diameter
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Kenichiro Ouchi
大内 権一郎
Hiroyuki Morimoto
森本 啓之
Toshiyuki Minamide
南出 俊幸
Masahiro Tsukuda
筑田 昌宏
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用分野) 本発明は耐応力腐食割れ性に優れたAl合金に関する。
(発明の背景) Al合金の中でも JISまたはAA規格の2000番
に属するA l−Cu合金および70008に属するA
I−Zn−Mg(−Cu)等の熱処理型高力Al合金と
、5000番に属しMgを3.5z以上含有する非熱処
理壁高Ng含有AI合金においては、ハロゲンもしくは
水素原fが存在するような腐食環境下において、引張応
力が働いている場合にはAl合金の耐力よりも低い応力
レベルでも応力と腐食の相W作用により、亀裂が生じ、
その亀裂が進展することにより破壊が起る、いわゆる応
力腐食割れを発生する。ここで応力腐食割れを避ける、
あるいは起り難くするための実用にの研究は数多く行わ
れており、成分、製造方法および熱処理条件等の適正化
を図りつつ、これらを単独あるいは組合わせて少しでも
応力腐食割れ感受性を弱める努力が続けられている。
例えば成分的には1MnJ:r、Zr、V等の遷移元素
の添加により、再結晶を抑制し、熱間加圧との組合せに
より繊維組織としやすいことで耐応力腐食割れ性を改善
することができる。そのため、実用合金にはこれらの元
素が少なくとも一種以1加されているものが多い。
一方、製造条件の面からは、主として鋳塊の均熱から溶
体化処理前までの熱間加工、中間焼鈍および冷間加圧に
対してそれぞれ適切な条件を組合わせることにより、l
−と17で遷移元素の晶析出物挙動をコントロールする
ことによりAl合金を繊維組織にして耐応力腐食割れ性
を改りしている。また熱処理条件としては、多少強度的
には犠牲になるものの、徐冷焼入れや過時効処理(T7
処理)によって、あるいは加1−熱処理(TXT処理)
等により耐応力腐食割れ性の改りを図っているのが現状
である。
しかし現状ではこれらの耐応力腐食割れに関する研究開
発にもかかわらず応力腐食割れは生じている。
このため、これらの材ネ4を使用するにあたっては、使
用環境および負萄応カレベルを考慮する必要がある。現
実には使用環境を変えることは困難であるため、応力腐
食割れの発生要因である応力を低レベルにして使用して
いる。使用応力を低レベルにするためには外力系!lが
一定である場合には板厚を厚くすることでしか対応でき
ない、そのため使用Al合金材ネ4が沢111必要であ
るという不経済が生じている。−力、Al合金材ネ4に
は外部応力以外にも、材ネ4製造時、および加C組番で
時に生じる残留応力があるため、Al合金の板厚を厚く
して外部応力の応力レベルをドげても残留応力に起因し
た応力腐食割れが生じることがあり、現状のAl合金で
は完全に応力腐食割れを防げないという問題点がある。
(発明の目的) 本発明の目的は耐応力腐食割れ性に優れたAl合金を提
供するにある。
(発明の概要) 本発明は、直径が0.5〜5終m、長さが1.5〜30
0μmでアスペクト比(繊維の長さ/ +&径) 10
〜300である無機質の短繊維を合計で体積分率3〜4
0%の割合で配合したことを特徴とする耐応力腐食割れ
性に優れたAl合金である。
Al合金中に無機質からなる短繊維の一種もしくは二種
具l−を配合した理由についてのべる。
Al合金の応力腐食割れはほとんどの場合粒界割れであ
り、これを化1!ユするためには粒界での亀裂の発生も
しくは伝播を抑制すれば良いことになる。
そこで、無機質の短繊維をAl合金マトリックス中に添
加することにより、粒界での亀裂の発生および伝播、と
りわけ伝播を阻11−することが可能であることを見出
した。
すなわち微細な無機質の短繊維をランダムな形態でAl
合金中に添加し、この短繊維が最終製品のAl合金の粒
界を横!/Jるように存在させることにより、粒界を強
化すると同時に、亀裂の発生および伝播を抑制する働き
が出るのである。とりわけ亀裂の伝播に関しては、短繊
維の表面で進展してきた亀裂を阻量卜すると同時に、応
力集中を繊維方向に分散させることにより、その後の伝
播を抑制することができる。またこのとき添加する無機
質からなる短繊維はL記の短繊維の応力腐食割れ防+1
−メカニズムから必ずしも一種類である必要はないこと
から一種もしくは二種具]−とした。ここで無機質の短
繊維としては、C,SiC,Si3N、、 At203
゜B、 B C,ZrO2などからなる短繊維がある。
添加する短繊維を限定した理由についてのべる。
直径を0.1〜5μmとしたのは、直径が0.1μmよ
り細いと製造ト短繊維を均一にマトリックス中に分散さ
せることが困難になると同時に、 AIとの反応による
繊維の劣化の影響が大きく現われることになるので好ま
しくないからである。また、 5gm以−Lに太くなる
と添加の割に比して繊維の個数が少なくなり、粒界を横
切る繊維の数が少なくなり、不安定破壊につながるよう
な亀裂の発生に対する抑制効果が小さくなる。したがっ
て、短繊維の直径としては0.1〜5μmとした。
長さを 1.5〜300gmとしたのは、短繊維の長さ
が 1.5井脂以下では繊維としての強化のメリットが
少なくなり、逆に3007zm以上では長すぎて取扱い
にくくなり、製造ト支障をきたすと同時に製造時に繊維
の切断もおきやすく、長くするメリットがなくなること
による。
アスペクト比(繊#I長さ/縁線直径)を10〜300
としたのは、アスペクト比がlOより小さいと応力伝達
が悪くなり、繊維強化のメリットが少なくなると同時に
m裂先端の応力集中を繊維方向に−和することが不+4
)能になる。また、 300以16となると繊維のから
み合いがひどくなり、繊維の添加混合に際して支障をき
たすようになることによる。
Al合金中の短繊維の体積分率を3〜40%と限定した
理由についてのべる。
短m維の添加υは体積分率で3x以ドでは粒界を横切る
繊維品が少なく、臨界ナイズ以1−の亀裂の発生および
伝播に対する抑制効果が無い、また、40%を越えると
均一の添加が困難になると同時に最耕製品としてのAl
合金の加に性が悪くなる。
また添加される繊維績が多くなるため繊維同志が接する
部位が多くなり強化に対して繊維が却って悪影響をおよ
ぼすようになるので好ましくないことによる。
ここで本発明の耐応力腐食割れ性に優れたAl合金の製
造方法についてのべる。
短繊維の添加力V、についてはいくつかの方法がある。
溶湯含浸V、は短繊維をあらかじめ圧縮成形溶湯を高圧
下で含浸させる方法で、簡便であり最も良く利用される
。圧力のかけ方はプリフォームを設置したダイス中にA
l合金溶湯を入れ、ポンチで加圧する加圧凝固法(溶湯
鍛造法)と、プリフォームとAl合金塊をカプセルに挿
入して真空下で熱間静水圧プレス()IIP)で等実画
に加圧する方法などがある。しかしこの方法では体積分
率の低い製品を作ることが難かしい、一方粉末法はAl
合金粉末と短繊維をあらかじめ均一に混合した後。
圧粉し、HOT PRESSもしくは旧Pで固化成形す
る方法である。この場合マトリックスとなるAl合金の
固相温度域で固化成形すると繊維がAl合金粉末の境界
 (界面)に存在することが多く、粒界を横切って混入
ξせることか難しいので固液2相共存温度域もしくは液
相温度域で加圧、成形することが望ましい。
固相温度域で固化成形する場合にはその後の押出・圧延
鍛造等の塑性加TによりAl合金粉末に塑性変形を午え
て繊維の分散化を図ると同時に塑性加[−法の焼鈍によ
りAl合金の再結晶を起こさせ繊維が結晶粒界を横切っ
て存在させることが効果的である。
ざらに溶湯中に短繊維を直接混入する方法もある。この
場合繊維績を大樋に混入させることは難しく、また繊維
を均一に分散させることも難しいので体積分率の低い場
合に適している。
[実施例11 短繊維添加Al合金の製造は、第1に、第1表に示すよ
うな成分の^A7001合金を窒素ガス雰囲気中でアト
マイズして一350メツシュのAl合金粉末を得る0次
にこの粉末を第2表に示すような実施例であるアスペク
ト比60〜214の短繊維を所定綴均−混合し、その他
比較例として、アスペクト比亀、5〜1.?、 670
〜1250の短繊維を混合し圧粉した後、HIPで 1
00φX 2001のビレットを作製した。最後にこの
ビレットを通常の方法により20φに熱間押出した後、
7001合金で標準のT6処理を施した。
実験方法では、これよりC−ring形状に切出し加工
を行ない、ステンレス鋼製ボルト、ナツトで締めっける
ことにより30kg/■■2.40kg/am 2の所
定の応力を負荷した。この試験片を 100℃の38g
/jlcr03−20g/l  K2Cr2O7−3g
/uNaclのクロム酸水溶液中で応力腐食割れに対す
る促進試験を行なった。
結果を第3表に示す、3表から明らかなように本発明で
求めたアスペクト比lO〜300の繊維を含有する材料
は比較例のアスペクト比の材料と比較し応力腐食割れに
極めて大きな効果を持つことがわかる。
[実施例2] 試験材料は、市販のSiCウィスカより70φ×100
交の成形体(気孔率8oz)を作製し溶湯鍛造法により
重量%で約23%のSiCウィスカを含有するAl合金
を作製した。マトリックスとなるAl合金の成分は第4
表のNo、24〜28に示す通りでAA7001. J
IS7075、 AA71?8のAl合金である通常の
溶製法で作製したものである。SiCウィスカを含む実
施例の成分は第4表のNo、2l−No、23に示す通
りである。
作製した各種Al合金は通常の方法により20φに熱間
押出し、それぞれの成分に適した熱処理条性F″′F:
!T6処理を施した。実験方法はこれからG−ring
形状に切出し加[を行ない、ステンレス鋼製ボルト、ナ
ツトで外形を締めつけ、所定の応力を負荷した後100
℃の38g/ Q CrO−30g/ l K20r、
、07−3g/Q  Mailのクロ1、酸水溶液中で
応力腐食割れに対する促進試験を行なった。なお、比較
材としては通常の溶製法で作製したNo、24〜26の
Al合金を同様のT6処理を行ない、回−条件ドで試験
した。
結果を第5表に示す、これから明らかなようにSiCウ
ィスカを含むAl合金は試験条件下では全く応力腐食割
れを起こさず、ウィスカを含まない比較材に比べて著し
く耐応力腐食割れ性が改善されている。このことから無
機質からなる短繊維をAl合金中に添加することはAl
合金の耐応力腐食割れ性を向卜させることが分かる。
[実施例3] 試験片は、まず第6表に示すNo、35のAA7001
相当のAl合金を窒素ガス雰囲気下で7トマイズして合
金粉末を得る0次にこれとSiCウィスカを第6表に示
す1.11〜38.0重社%の割合で混合した粉末を作
製する。ここで混合はエチルアルコール中であらかじめ
超音波をかけなからウィスカのからまりを解きほぐし、
この中にAl合金粉末を均一混合する方法を採用した。
その後、乾燥させた混合粉末を圧粉し、HIPで固液2
相共存温度域まで加熱後500気圧で加圧した後冷却さ
せて70φX  1oOJ2のビレットとした。
このビレットを常法で20φに熱間押出し、^^700
1合金に対する熱処理条件でT8処理を行なった。なお
比較材としては溶製法で作製したA^7001合金を同
一条件で押出し熱処理を行なったものを供試材とした。
実験はこれらの供試材よりC−ringを作製し、実施
例1と同様にクロム酸促進液による応力腐食割れ試験を
行なった。結果を第7表に示す、 SNI:ウィスカが
添加さ・れることにより耐応力腐食割れ性が改善され、
特にloz以トのウィスカを含有する場合には試験条件
下では全く割れは発生しなかった。
No、27のように1.9にと低含有酸の場合にも応力
腐食割れに対する改善効果は見られるものの著しい効果
ではない。
[実施例4] 試験片は、まずJIS5083相当(成分は第8表のN
o、41に示す)の鋳塊より窒素ガス雰囲気中でガスア
トマイズすることにより合金粉末を得る0次にこれを実
施例2に示したのと同様な製法にて第8表に示す種々の
SiCおよびSi3N、を含有する合金を作製し、通常
の方法にて20φに熱間押出した素材によりC−rin
gを作製した。
実験方法はこの供試材に所定の応力を負荷した後、3.
5駕NaC1の水溶液中にて供試材を陽極として40m
A/1nch 2の電流を流す陽分極法にて応力腐食割
れの促進試験を行なった。比較は、通常の溶製法で作製
したNo、21に示すJ l55G83相当合金を用い
て同一条件で行なった。
結果を第9表に示す0本実施例合金は比較例に比べて耐
応力腐食割れ性が改善されているのが明らかである。
[実施例5] 試験片は、まずJIS2024およびJIS7075相
当合金(第1θ表のNo、50およびNo、51)の鋳
塊を窒素雰囲気中でガスアトマイズして合金粉を作製す
る。
次にこの合金粉と第10表に示す10.1〜20.2%
の割合のSiCおよびSi3N4ウィスカを混合し、H
IPによる固化成形を行なった後20φに熱間押出した
実験はそれぞれの合金種に合ったT6処理を施した後C
−ringを作製し、所定応力を負荷後、3.5zの食
塩水における30日間の交互浸漬法により応力腐食割れ
の促進試験を行なった。比較材には通常の溶製法により
作製したNo、50およびNo、51を用いた。
結果を第11表に示す0本実施例においては耐応力腐食
割れ性に対する改善効果は顕著である。
(発明の効果) 本発明は以上のように構成したので、耐応力腐食割れ性
の優れたAl合金が得られる。
第3表 O印は割れ発生のないことを示す X印は割れが起きたことを示す 数字は時間(分)を示す 手糸売有1j正書 昭和60年12月11日 特許庁長官  宇 賀 道 部 殿 昭和60年特許願第2084.60号 2 発明の名称 耐応力腐食割れ性に優れたAl合金 3 補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所 兵庫紀神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号名称
  (119)  株式会社神戸製鋼所代表者  牧 
  冬 彦 4代理人 〒160 住所 東京都新宿区木Jli町12 6 補正の内容 (1)  特許請求の範囲を別紙(1)のとおり補正す
る。
(2)明細書if1頁第19(y)r(−Cu)等」を
r(−cu)合金等」と補正する。
(3)明細@第4頁第11行の「直径が0.5〜5pm
Jを「直径が0.1〜5JLm」と補正する。
(4)明細書!t19頁第1行第1行工法」を「加工後
」と有n正する。
(5)明細書第24頁第10表を別紙(2)のとおり補
正する。
男IJ  躬((1) 一特許請求の範囲 l 直径が0.1〜5μm、長さが1.5〜300gm
でアスペクト比(繊維の長さ/直径) 10〜300で
ある無機質の短繊維を合計で体積分率3〜40%の割合
で配合したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた
Al合金。
2 短繊維がウィスカーである特許請求の範囲第1項記
載の耐応力腐食割れ性に優れたAl合金。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直径が0.5〜5μm、長さが1.5〜300μm
    でアスペクト比(繊維の長さ/直径)10〜300であ
    る無機質の短繊維を合計で体積分率3〜40%の割合で
    配合したことを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れたA
    l合金。 2 短繊維がウィスカーである特許請求の範囲第1項記
    載の耐応力腐食割れ性に優れたAl合金。
JP20846085A 1985-09-19 1985-09-19 耐応力腐食割れ性に優れたa1合金 Granted JPS6267131A (ja)

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JPH0588295B2 JPH0588295B2 (ja) 1993-12-21

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008076297A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Kobe Steel Ltd アルミニウム合金材の耐応力腐食割れ性の評価方法および耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム合金材
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JP2008281301A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Fujitsu General Ltd 空気調和機の室外機

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