JPS6326188B2

JPS6326188B2 -

Info

Publication number: JPS6326188B2
Application number: JP59223696A
Authority: JP
Inventors: Haruo Shiina
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-10-24
Filing date: 1984-10-24
Publication date: 1988-05-28
Also published as: JPS61104043A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、耐熱性、熱間鍛造性および耐応力腐
蝕割れ特性に優れたアルミニウム合金製成形品に
係り、特に内燃機関用部品であるピストン、連接
棒として好適に提供され得る軽量なるアルミニウ
ム合金製成形品に関するものである。従来技術近時、内燃機関用部品材料として、運動部品の
軽量化を計るべく、軽合金材料、特にアルミニウ
ム合金が広く使用されている。就中、粉末冶金法
により、大きな自由度をもつて各種合金元素を添
加して耐熱性、強度、ヤング率の向上を企図した
アルミニウム合金製機関構成部品は、機関性能の
向上に大きく貢献している。本出願人が、特願昭59−166979号において提案
した材料も、耐熱性、耐摩耗性、断熱性およびヤ
ング率の向上を計つた粉末冶金用アルミニウム合
金である。発明が解決しようとする問題点しかるに、４≦Fe≦33重量％の範囲の鉄を含
む該アルミニウム合金につき、その後種々検討を
加えた結果、特にFe≧６重量％の範囲で鍛造用
素材（予備成形品）の熱間鍛造性、および最終成
形品の耐応力腐蝕割れ特性を改善する必要のある
ことが判明した。すなわち、前記鍛造用素材（Fe≧６重量％）
は、これを高速熱間鍛造加工（加工速度＝75mm／
sec）で成形すると、割れ等の欠陥が生じ易く、
この不具合を解消するには、加工速度の低減化、
金型温度の高温化等の鍛造方案上の諸対策を講じ
なけれけばならず、量産性が損なわれ部品製造費
が高価になる。また、連接棒におけるピン・ボス部（小端部）、
あるいはベアリング・キヤツプ締結部（大端部）
の様に常時応力が作用する箇所に応力腐蝕割れ
（JIS応力腐蝕割れ試験による）を生ずるおそれが
あり、近年における機関の高速化に伴なつて機関
構成部品の耐久性低下要因となる。問題点を解決するための手段および作用本発明の目的は、高速熱間鍛造によつて鍛造用
素材の加工を行うことが可能で、鍛造成形品とし
て応力腐蝕割れが生じ難い耐熱高強度アルミニウ
ム合金粉末焼成品を提供する点にある。本発明による耐熱高強度アルミニウム合金粉末
焼成品は、10≦Si≦30重量％、４≦Fe≦33重
量％、1.5≦Mn≦2.5重量％、残部Al、Cu（不可避
不純物）＜0.1重量％、Mg（不可避不純物）＜0.1重
量％なる組成のアルミニウム合金粉末、または
10≦Si≦30重量％、４≦Fe≦33重量％、1.5≦Mn
≦2.5重量％、Co、Liのうち少なくとも一種（0.5
≦Co≦3.0重量％、1.0≦Li≦5.0重量％）、残部
Al、Cu（不可避不純物）＜0.1重量％、Mg（不可避
不純物）＜0.1重量％なる組成のアルミニウム合金
粉末で形成される。アルミニウム中に鉄（Fe）を添加すると、
FeAl₃なる針状晶の化合物を生じ、展延性と耐蝕
性が阻害されることは良く知られており、本発明
で使用するアルミニウム合金では、高鉄含有量範
囲においてマンガン（Mn）を添加することによ
り、前記針状晶の発生を抑えて高速熱間鍛造加工
性を改善し、かつ燒結性の向上をもたらすものの
耐応力腐蝕割れ特性に対し悪影響を及ぼすことが
確認された銅（Cu）およびマグネシウム（Mg）
の含有量を不純物程度（0.10重量％未満に抑える
ことによつて、該応力腐蝕割れ特性を改善するこ
ととした。本発明で使用するアルミニウム合金にあつて
は、珪素（Si）、鉄（Fe）、マンガン（Mn）、コ
バルト（Co）、リチウム（Li）が次の理由で添加
される。 (a) Si：珪素は、鉄単独添加による耐摩耗性の不
足を補い、またヤング率を向上させる上に有効
である。但し、10重量％を下回ると耐摩耗性を
改善することができず、30重量％を上回ると成
形性が悪化し構造部材にクラツクが発生し易
い。ヤング率は、鉄と同様に珪素添加量の増加
に応じて向上するが、成形性を考慮して前記上
限値に制限される。 (b) Fe：鉄は高温強度、断熱性およびヤング率
を向上させるために必要である。但し、４重量
％を下回ると低温強度はある程度確保できるも
のの高温強度が不足し、33重量％を上回ると密
度が増して軽量化が損なわれ、その上、熱間押
出し加工、熱間鍛造加工等において成形性が悪
化する。またヤング率は鉄の添加量の増加に応
じて向上するが、前記密度を考慮して、鉄の添
加量は前記上限値に制限される。 (c) Mn：アトマイズ粉末製造においては、アル
ミニウム合金粉末の冷却速度が最も大きくなる
ように設定する必要があるが、量産性を考慮し
た場合10³〜10⁵℃／secが限度である。この冷
却速度の範囲において、Fe≦６重量％では、
Al−Fe−Si系金属間化合物が熱間押出加工工
程で充分に分断されると共にその化合物の折出
状態も塊状であることから、ある程度の高速熱
間鍛造加工が可能であり、Fe＞６重量％では
前記金属間化合物の折出形態が針状となり、熱
間変形抵抗が増大するため高速熱間鍛造加工が
不可能となる。マンガンは、前記金属間化合物の折出形態を
コントロールするために有効である。すなわ
ち、マンガンを前記特定量添加することによつ
て、針状のAl₃Fe相およびβ−Al₅FeSi相に代
えて、塊状のAl₆（Fe、Mn）相およびα−AL
（Fe、Mn）₃Si相を優先的に折出させ、これに
より高速熱間鍛造加工性を良好にし、構造部材
の強度を向上させることができる。但し、1.5重量％を下回ると前記効果が得ら
れず、2.5重量％を上回ると鉄含有量の増加に
伴う成形性の悪化を招いて熱間変形抵抗が増大
し、高速熱間鍛造加工が困難となる。 (d) Co：コバルトは鍛造加工性を改善するため
に鉄含有量を減少させた場合の高温強度改善に
有効であり、伸び特性を損することなく引張強
さ、耐力、疲労強度を向上させることができ、
耐応力腐蝕割れ特性と鍛造加工性を悪化させる
ことなく高温強度を向上させることが可能であ
る。但し、0.5重量％を下回ると効果が少なく、
3.0重量％を上回ると改善効果が添加量の増加
ほどに顕著ではなくなり、特にコバルトは高価
であることから、3.0重量％に制限される。 (e) Li：リチウムは、鉄添加による合金の密度の
上昇を抑えるために用いられ、その抑制効果は
リチウムの添加量の増加に応じて向上する。ま
たリチウムはヤング率を向上させて高い剛性を
付与する効果をも有する。但し、1.0重量％を
下回ると密度の上昇抑制効果が少なく、5.0重
量％を上回るとリチウムが活性であることから
製造工程が複雑となるといつた問題がある。なお、耐応力腐蝕割れ特性を特に改善する必
要がある構造部材にあつては、アルミニウム合
金中の不可避不純物としての銅（Cu）、マグネ
シウム（Mg）を、共に0.1重量％未満に抑える
ことが望ましい。また、本発明によるアルミニウム合金の好まし
い組成は下記の通りである。 15≦Si≦18重量％、４≦Fe≦８重量％、1.5
＜Mn≦2.5重量％：この範囲のマンガン（Mn）は、鉄（Fe）の
増加に伴う成形性の悪化を改善し、かつ部材強
度を向上させることができる。 15≦Si≦18重量％、４≦Fe≦６重量％、1.5
＜Mn≦2.5重量％、２≦Li≦４重量％：この組成範囲の合金は、密度上昇が抑制さ
れ、強度、成形性に優れている。 15≦Si≦18重量％、４≦Fe≦６重量％1.5＜
Mn≦2.5重量％、２≦Li≦４重量％１≦Co≦２重量％：この組成範囲の合金は、密度上昇が抑制され
るとともに強度、特に高温強度が改善され、伸
び特性および成形性に優れている。試験例第一段階：表１に示した組成の各Al合金粉末
を用いて、冷間静水圧プレス成形法（C.I.P.法）
または金型圧縮成形法により、密度比75％、直径
225mm、長さ300mmの押出し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、ゴム性チ
ユーブ内に合金粉末を入れ、1.5〜3.0t／cm²程度の
静水圧下で成形を行い、金型圧縮成形において
は、金型内に合金粉末を入れて、常温大気中で、
1.5〜3.0t／cm²程度の圧力下で成形を行う。第二段階：各押出し加工用素材を、炉内温度
350℃の均熱炉に設置して10時間保持し、次いで、
各押出し加工用素材に熱間押出し加工を施して鍛
造用素材を製造する。この場合の押出し方法は、直接押出し（前方押
出し）、間接押出し（後方押出し）のいずれでも
よいが、押出し比は５以上を必要とする。押出し
比が５以下では、強度のばらつきが大きくなるの
で好ましくない。押出し加工用素材の温度は、
300〜400℃に設定される。300℃を下回ると素材
の変形抵抗が大きくなり押出し加工性が悪化し、
400℃を上回ると組織の粗大化が起り、高強度品
が得られない。押出し加工後においては、鍛造用
素材を空冷または水冷により所定の冷却速度で冷
却する。第三段階：その後、各鍛造用素材を460〜470℃
に加熱して、加工速度75mm／sec（ジユラルミンの
鍛造加工とほぼ同一加工速度）のクランクプレス
を用いて高速熱間鍛造加工を施した。

【表】

【表】斯くして得られた各鍛造成形品につき、鍛造ク
ラツク（割れ）の有無、空冷後の硬度を調べると
ともに応力腐蝕割れ試験を実施し、その結果を表
１に示した。なお、応力腐蝕割れ試験はJISH8711によりこ
れを行なつた。すなわち、各鍛造成形品から長さ
80mm、幅10mm、厚さ２mmの板状試験片を切り出
し、負荷応力σ_0.2×0.9（但し、σ_0.2は各合金ａ〜
ｆ、〜の0.2％耐力値である）として、液温
30℃、濃度3.5％の塩化ナトリウム水溶液中で28
日間放置した後、クラツク発生の有無を確認し
た。表１から明らかな様に、本発明による合金（
〜）では、鍛造加工性、硬度共に優れ、応力腐
蝕割れが出じ難い。なお、サンプルｄ、ｆを比較すると、マグネシ
ウム（Mg）および銅（Cu）量を低くすればクラ
ツクが発生せず、コバルト（Co）添加量を増せ
ば硬度が増大することが判る。また、サンプルｂ、ｅの比較によつて、マンガ
ン（Mn）を添加しない場合、鉄量が６重量％を
越えると鍛造加工性が損なわれることが判り、サ
ンプルａ、の比較によつて、鉄量が多くともマ
ンガン（Mn）を添加することによつて鍛造加工
性が改善されることが判る。さらに、サンプルについてみると、鍛造加工
性、硬度共に優れており、耐応力腐蝕割れ特性が
改善されていることが判る。発明の効果以上の説明から明らかな様に、本発明で用いる
粉末冶金用アルミニウム合金では、鉄添加による
鍛造加工性の低下をマンガン添加によつて改善
し、鍛造加工性を向上させるために鉄添加量を抑
制した場合の高温強度の低下をコバルト添加によ
つて補い、かつ銅、マグネシウム含有量を0.1重
量％未満の不可避不純物程度に留めることによつ
て耐応力腐蝕割れ特性を改善したので、高速熱間
鍛造加工を実施することができ、耐熱性、耐久性
良好なる構造用高強度アルミニウム合金粉末焼成
品を得ることが可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１ 10≦Si≦30重量％、４≦Fe≦33重量％、1.5
≦Mn≦2.5重量％なる組成範囲のSi、Fe、Mnと、
残部としてのAlとより成り、不可避不純物とし
て含まれるCu、Mgがいずれも0.1重量％未満で
あることを特徴とする耐応力腐蝕割れ特性に優れ
た耐熱高強度アルミニウム合金粉末焼成品。２焼成品が内燃機関用連接棒であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載された耐熱高
強度アルミニウム合金粉末焼成品。３ 10≦Si≦30重量％、４≦Fe≦33重量％、1.5
≦Mn≦2.5重量％なる組成範囲のSi、Fe、Mnと、
0.5≦Co≦3.0重量％、1.0≦Li≦5.0重量％なる組
成範囲のCo、Liのうち少なくとも一種と、残部
としてのAlとより成り、不可避不純物として含
まれるCu、Mgがいずれも0.1重量％未満である
ことを特徴とする耐応力腐蝕割れ特性に優れた耐
熱高強度アルミニウム合金粉末焼成品。４焼成品が内燃機関用連接棒であることを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載された耐熱高
強度アルミニウム合金粉末焼成品。