JPS63219546A

JPS63219546A - 粉末冶金用Ａｌ合金

Info

Publication number: JPS63219546A
Application number: JP5495087A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Inoue; 秀敏井上; Katsuyuki Yoshikawa; 吉川　克之; Shigenori Kusumoto; 栄典楠本; Toshihisa Suemitsu; 末光　利久; Tsukasa Shiomi; 塩見　司; Shojiro Oya; 大家　正二郎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-13
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH07113135B2

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］本発明は弾性率が高く且つ熱膨張係数が小さく、しかも
塑性加工性に優れたＡｌ合金に関するものであって特に
精密機械やコンピュータ等の構成素材として最適のもの
である。

［従来の技術］近年の産業機器等に関しては軽量化の要請が強く、軽量
金属の代表ともいえるＡｌ合金が利用されている。特に
高濃度のＳＬを含有するＡｌ合金は強度及び耐食性等の
点で優れていることから精密機械やコンピュータ等の構
成素材におけるベース金属として使用され、更に各機器
の用途に必要とされる性能を向上させる目的で各種の金
属等を添加・配合する試みがなされている。例えばＳｉ
含有Ａｌ合金にＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ等を添加
配合して耐食性、耐摩耗性、常温強度等の向上をはかる
という試みが知られている（特開昭５９−１３０４１号
、同６０−２０８４４３号等）。

この様なＡｌ合金を精密機械やコンビエータ等の可動部
品として使用すると、軽量化によってこれら可動部品の
慣性が低減され可動部の停止精度を向上させることが可
能である。しかしながら機器が大規模なものになると、
単に軽比重というだけでは軽量化が不十分であり、より
一層の軽量化を達成する為には部材の断面積をできるだ
け小さくすることが必要となり、その結果外力の影響に
対して極めて敏感になる。この為素材自身の弾性率が小
さいときには歪が発生し易く機器の精度が低下するおそ
れがある。また温度変化が大きい環境で使用される場合
或は温度変化の影響を特に受は易い部位に使用される部
材に関しては、機器の精度を維持する為に熱膨張係数が
小さいものであることが必要である。

［発明が解決しようとする問題点］ところで本発明者等が特開昭５９−１３０４１号公報記
載の発明及び特開昭６０−２０８４４３号公報記載の発
明に関してトレース実験を行なったところ、これらの合
金は従来のＡｌ合金に比べて弾性率の向上及び熱膨張係
数の抑制等の詩作用がみられたが、これらの効果は、Ｆ
ｅ、Ｍｎ。

Ｎｉの添加量が総和として６％を超える場合に限られる
ことがわかった。しかし上記効果が得られる反面におい
て延性が著しく低下し且つ熱間加工性が損なわれるので
鍛造成形が困難となることもわかった。そこで本発明者
等はＡｌ合金の弾性を向上させると共に熱膨張率を抑制
しても他に不都合が発生しない様な新たな方策を追及し
た結果本発明を完成するに至ったものである。

本発明はＳｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ等の金属を配合すること
により弾性率が高く熱膨張率の小さいＡｌ合金を提供す
ることを目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］本発明のＡｌ合金は４つの発明からなるものであり、第
１発明の要旨はＳｉ　：　１０〜２５％を含むと共にＺｒ、Ｖ、及びＭｏよりなる群から選択さ
れるｔ　ｔｉ以上の合金元素をそれらの総和が０．２〜
２％となる様に含み、残部がＡｌ及び不可避不純物より
なる点にある。そして第２〜４の発明は、（１）Ｓｉの
他にＣｕ　：　２．５〜４．５％及びＭ　ｇ　：　０．
５〜１，５％を必須成分として含有するという条件及び
（２）Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉよりなる群から選択され
る１種以上の合金元素をそれらの総和で０．５〜５％と
なる範囲で含む、という２つの条件の一方又は両方を付
加的に満足することを要旨とするものである。

［作用］要するに本発明はＡｌマトリックスに対してＳｔを高濃
度に配合すると共に、Ｚｒ、Ｖ、Ｍ。

等を添加することによって弾性を向上させ且つ熱膨張率
を抑制したものであって、必要に応じてＣｕ、Ｍｇを添
加することにより常温強度の向上をはかり、或はまたＣ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉを添加することにより良好な耐熱
性、耐摩耗性の保持をはかったものである。

以下に本発明における各合金成分の添加量の数値範囲限
定理由について説明する。

Ｓｉ：１０〜２５％ＳｉはＡｌと化合物を作らす初晶或は共晶の形で含まれ
るが、添加量が２５％を超えると初晶の粒子が粗大化し
強度が低下し熱間加工性が低下するおそれがある。一方
添加量が１０％未満ではＺｒ、Ｖ、Ｍｏを添加しても弾
性率の向上、線膨張係数抑制の両効果がいずれも不十分
となる。

従来のＡｌ合金の線膨張係数は大略２０Ｘ１０−’／℃
程度であるが、線膨張係数をこの値以下に抑制する為に
はＳｔの添加量は１０％以上であることが必要である。

Ｚ　ｒ、　Ｖ、　Ｍｏ　：０．２〜２％これらの元素は
少量添加により弾性率を大幅に向上させしかも熱膨張係
数を低下させる効果がある。これらの元素の添加効果を
得るには単独若しくは２種以上を複合して０．２％以上
添加する必要があるが、２％を超えて添加すると溶解時
の液相線温度が１２００℃以上となる為、Ａｌの気化や
成分金属の酸化を招くおそれがある。

Ｃｕ　：　２．５〜４．５％Ｍ　ｇ　：　０．５〜１．５％これらの金属は常温強度の向上に有効であり時効硬化性
の向上にも寄与する。この様な添加効果を得るにはＣｕ
　：　２．５％以上、Ｍｇ：０．５％以上の添加が必要
であるが、Ｃｕの添加量が４．５％を超え且つＭｇの添
加量が１．５％を超えると合金製造工程における急冷後
の熱間固化・成形の際或は熱処理の際に粗大な平衡相が
析出し延性の著しい低下を招くおそれがある。

Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｔ　；０．５〜５％これらの金属
はいずれも１００℃以上の温度域で耐熱性を向上させる
効果があり耐摩耗性を向上させる効果もあるが、これら
の添加効果を得る為には単一元素の添加であっても或は
又複合的添加であってもいずれの場合も０゜５％以上の
添加量が必要であり、一方５％を超えると延性の低下を
招き、熱間加工性が著しく低下するおそれがある。

尚本発明に係る合金の製造方法について説明すると、例
えば急冷凝固した合金成分の粉末を粉末冶金法により固
化成形する手段を用いたときにはマトリックス中に各合
金元素を微細分散させることが可能となり、従って熱間
加工の可能な合金を製造することができる。この場合急
冷凝固工程における冷却速度は１００℃／ｓｅｃ以上、
好ましくはｔｏｏｏ℃／ｓｅｃ以上が必要でガスアトマ
イズ法等の適用が可能である。もっとも本発明はその製
造方法によって限定されるものではない。

以下本発明の実施例について述べるが本発明はもとより
下記実施例に限定されるものではなく、前・後記の趣旨
に徴して適宜設計変更することは本発明の技術的範囲に
含まれる。

［実施例］第１表に示す各種組成の合金を溶解し、次いでＮ２ガス
アトマイズ法により粉末化した。製品粉末を目開き１４
９μｍの篩により分級し平均粒径４５〜５５μｍの急冷
凝固Ａｌ合金粉末を得た。

この様にして得たＡｌ合金粉末を４０００気圧下でＣＥ
Ｐ成形して、相対密度約９０％、外寸７０ＩＩｌｆｆｌ
すＸ１５０＋＋＋ｍ’の円柱状ビレットに予備圧縮成形
した。

更に該ビレットを４５０℃に加熱して押出比約２０で熱
間押出し加工して直径１５ｍＩＩ＋の丸棒とした。尚Ｃ
ｕ、Ｍｇを含有するＮｏ、７．８゜１４．２１．２２及
び２６の合金については次いで４８０″ｃｘ２ｈｒの溶
体化処理を施した後、１７０℃Ｘ１０ｈｒの時効処理（
Ｔ８処理）を行なった。その他の合金試料は時効処理に
付することなく下材のままで試験に供した。

この様にして得られた試料合金について以下の試験及び
測定を行なった。

（イ）常温及び高温引張試験：平行部６１１Ｉｌす、標点間圧ｌ！１ｍ３０ＩＩＩｌｌ
のテストピースを用いて、室温及び２００℃の下で引張
試験を行なった。室温試験においては引張速度を０．１
ｍｍ／ｗｉｎとし縦弾性係数を求めた後、引張速度を２
　ｍｍ／ｗｉｎに変えて引張強度と伸びを求めた。結果
を第２表左欄に示す。

（ロ）線膨張係数の測定直径５１１１ｍす、長さ１５ＩｎＩ１１の各合金試料に
対して、常温から１００℃までの平均線膨張係数の測定
を行なった。まず常温下で温度測定をすると共に試料長
さの測定を行なった後、試料を１００℃の真空雰囲気中
に３時間保持することによって、常温から１００℃まで
の昇温により生じた試料長さの変位をレーザ光を用いた
光干渉法によって測定し、これらの測定結果から線膨張
係数を測定した。結果を第２表右欄に示す。

（ハ）変形能の測定直径１ｏ□す、高さ１５＋ａｍ’の各合金試料の端面上
に重さ約１２０ｋｇの槌を種々の高さから垂直に自由落
下させることによって試料を圧縮変形させ割れの有無を
確認し次の様にして変形能を測定した。即ち変形前の試
料高さく１５ｍｍ）から変形割れを生ずることなく最大
量変形した各合金試料の高さを引いて差を測定し、その
測定値の変形前試料高さに対する百分率を変形能とした
。結果を第２表右端欄に示す。

第２表の結果から明らかな様に本発明例であるＮ　ｏ、
　１〜１５の縦弾性係数は比較例であるＮｏ。

１６〜２６より優れ、弾性率が向上した。また従来のＡ
ｌ合金の線膨張係数は前述の様に大略２０Ｘ　１０−’
／ｌであるが、上記本発明例の線膨張率は従来例より低
めに抑制されている。更に常温伸び、変形能もすぐれ、
良好な加工性が得られた。

またＣｕ、Ｍｇを有効量配合したＮｏ、７．８及び１４
は常温強度も優れ、更にＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｎｉ等を有効量配合したＮＯ６９〜１５はいずれも２０
０℃付近の引張強度が常温強度のほぼ％にもなり耐熱性
にも優れていることがわかった。

これに対して比較例を検討すると、例えばＳｔ含有量が
ほぼ同じであるＮｏ、１６と本発明例のＮｏ、１〜４と
を比較した場合、Ｎｏ、１６はＺｒ。

■或はＭｏを含有しない為縦弾性係数が劣り、線膨張係
数も大であった。

Ｎｏ、１７はＺｒを所定量含有するけれどもＳｔ含有量
が少ない為線膨張係数の抑制効果が得られなかった。

Ｎｏ、ＩＢはＺｒを含有するけれどもＳｔの含有量が過
多である為常温伸び率が低く変形能が著しく劣化した。

Ｎｏ、１９及び２０は、Ｓｔの含有量がほぼ同等である
本発明例Ｎｏ、５．１０〜１２及び１５と比較すれば明
らかな様に、Ｚｒ或はＭｏの添加量が不十分な為、縦弾
性係数が小さく、弾性率が不十分であった。

Ｎｏ、２１はＣｕの添加量が過多である為、常温伸びが
小さく変形能が劣゛った。

Ｎｏ、２２はＳｉ、Ｚｒの含有量がＮｏ、２１とほぼ同
じであるにもかかわらずＣｕ及びＭｇの撫加量が不十分
な為常温強度が不十分であった。

Ｎｏ、２３〜２６はいずれもＳＬ含有量が本発明例のＮ
ｏ、７．９，１３．１４或は５．１０〜１２．１５と同
等であるが、Ｚｒ、Ｖ或はＭｏを含まない為縦弾性係数
が小さく弾性率が劣った。

［発明の効果］本発明は上記の様に構成されているので弾性率が高く、
熱膨張係数が小さく塑性加工性に優れたＡｌ合金が提供
されることとなった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉ：１０〜２５％（重量％の意味、以下同じ）を含むと共にＺｒ、Ｖ、及びＭｏよりなる群から選択さ
れる１種以上の合金元素をそれらの総和が０．２〜２％
となる様に含み、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなる
ことを特徴とする高弾性・低熱膨張Ａｌ合金。
（２）Ｓｉ：１０〜２５％Ｃｕ：２．５〜４．５％Ｍｇ：０．５〜１．５％を含むと共にＺｒ、Ｖ及びＭｏよりなる群から選択され
る１種以上の合金元素をそれらの総和が０．２〜２％と
なる様に含み、残部がＡｌ及び不可避不純物よりなるこ
とを特徴とする高弾性・低熱膨張Ａｌ合金。
（３）Ｓｉ：１０〜２５％を含むと共にＺｒ、Ｖ及びＭｏよりなる群から選択され
る１種以上の合金元素をそれらの総和が０．２〜２％と
なる様に含み更にＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉよりなる群
から選択される１種以上の合金元素をそれらの総和が０
．５〜５％となる様に含み、残部がＡｌ及び不可避不純
物であることを特徴とする高弾性・低熱膨張Ａｌ合金。
（４）Ｓｉ：１０〜２５％Ｃｕ：２．５〜４．５％Ｍｇ：０．５〜１．５％を含むと共にＺｒ、Ｖ、及びＭｏよりなる群から選択さ
れる１種以上の合金元素をそれらの総和が０．２〜２％
となる様に含み、更にＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＮｉよりな
る群から選択される１種以上の合金元素をそれらの総和
が０．５〜５％となる様に含み、残部がＡｌ及び不可避
不純物であることを特徴とする高弾性・低熱膨張Ａｌ合
金。