JPS6342344A

JPS6342344A - 高温強度特性に優れた粉末冶金用Ａｌ合金

Info

Publication number: JPS6342344A
Application number: JP18489586A
Authority: JP
Inventors: Haruo Shiina; 治男椎名
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1988-02-23

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】ＬＬＬ立■旦ユ１本発明は、高湿強度特性に優れた粉末冶金用高強度ＡＪ
金合金係り、特に内燃機関のピストン。

連接棒の如（、高湿下で使用する構造用部材に好適に使
用される粉末冶金用ＡＪ金合金関するものである。

−お　　び　　のＵ粉末冶金用、１合金には、通常の溶解法では選択し得な
い範囲で合金元素を添加することが可能であり、溶解法
では得られない高い剛性、浸れた耐熱性を有し、軽重で
機械的特性の優れた焼結品を製ｊΔすることができる。

しかるに、従来提案されている粉末冶金用Ａｌ合金は、
その焼結材の１ｕｌｌ織が微細であって大きな強度を有
するが、クリープ変形特性に問題があることが明らかに
なった。

例えば、内燃機関の連接棒はそΩ大端部でクランク・ピ
ンを抱いてボルトで締め付けられるが、この連接棒を、
耐クリープ変形特性の劣る材料で形成した場合、高湿下
で持続的に力を受ける大端部ボルト締結面部が長期間の
間にクリープ変形して、ボルトの締め付は軸力が低下す
るおそれがある。

ｌＪ　　　　　を　　゛　　　　　た　　の−一本発明
の目的は、その焼結部材の耐クリープ変形特性を改善し
た粉末冶金用Ａｌ合金を提供する点にある。

この目的は、ＳＬ、Ｆｅ、ＣＬＩ、Ｍｇ、Ｍｎを、それ
ぞれ１２．０≦Ｓｉ≦２８．０％、２．０≦Ｆｅ≦１０
．０％、０８≦Ｃ１≦５．０％、０．３＝Ｍｇ≦３．５
％。

０．５＝Ｍｎ≦５．０％なる組成範囲で含有するととも
に、更にＺｒ　、Ｈｆ　、Ｎ＝、ＴＬ、Ｖ、Ｃｒ　。

ＭＯ、Ｎｂ　、Ｔａより成る群から選ばれた少なくとも
一種の元素を０．０２〜２．０％〈以上、いずれも重量
％〉なる組成第四で含有し、残部が不可避不純物とＡＪ
！であるＡｌ合金を提供することによって達成される。

多結晶金属材料のクリープ変形には、結晶粒内および粒
界の変形の総和が関与しており、特に粒内の変形は回復
現象により進行する。この回復速度を遅くするのは、ク
リープ変形を抑制する上で有効である。

本発明者は、斯かる認識の下で神々試験を行なった結果
、Ｚｒ　、Ｈｆ　、ＮＬ、ＴＬ、ｖ、Ｃｒ　。

Ｍｏ　、Ｎｂ　、Ｔａより成る群から選ばれた少なくと
も一種の元素をＡｌ合金中に微♀に添加することにより
、回復速度を遅らせ、耐クリープ変形特性を改善し１７
ることを見出した。

また、クリープ特性を改善する対像となる高い剛性と優
れた耐熱性を有する粉末冶金用Ａｌ合金とは、１２．０
≦Ｓｉ≦２８，０％、２．０≦ＦＣ≦１０．０％。

０８≦ＣＬＪ≦５．０％、０．３＝Ｍｇ≦３．５％、０
．５≦ＭＩ′１≦５．０％（いずれも重石％）の３＝、
Ｆｅ。

Ｃｕ　、　ＩＶＩＪ　、　Ｍｎを含有するＡｌ合金であ
る。

各合金元糸の添加理由は下記の通りである。

（１）Ｓ尤について（１２，０≦Ｓカ≦２８．０重通％
）ＳＬは、耐摩耗性およびヤング率の向−トに寄与し、
熱膨張率を低く押え、熱伝導率を向上させ（ｑる。ただ
し、１２．０重量％未満では耐摩耗性が劣り、強度も不
足する。そして、２８．０重量％を上回ると、押出しま
たは鍛造加工時に成形性が悪化し、製品に割れが生じ易
い。

（２）Ｆｅにツイテ（２，０≦Ｆｅ≦１０．　Ｏｌ　ｌ
ｆｉ％）１”ｅは、高湿強度、ヤング率を向上させるた
めに必要である。ただし、２．０重量％未満では、高湿
強度の向上が期待できず、１０．０重用％を上回ると高
速熱間加工が事実上不可能である。

（３）　Ｃ１ｊについて（０，８≦Ｃｕ≦５．０重量％
〉ＣＬＩは、熱処理によるＡｌマトリックスの強化に有
効である。ただし、０．８重口％未満では添加効果がな
く、５．０重量％を上回ると、熱間加工性が低下すると
ともに、耐応力腐蝕割れ特性が悪化する。

（４１Ｍｇについて（０，３＝Ｍ（Ｊ≦３．糧１％）Ｍ
（ｌは、Ｃｕと同じく熱処理による／ｌマトリックスの
強化に有効である。ただし、０．３重量％未満では添加
効果がなく、３．５重量を上回ると、耐応力腐蝕割れ特
性が悪化し、熱間加工性が低下する。

（５）Ｍｎについて（０，５＝Ｍｎ≦５．０重市％）Ｍ
ｎは、重要成分であり、特にｌ”ｅ≧４重量％の範囲に
おいて、高湿強度の改善、熱間加工性の向上および耐応
力腐蝕割れ特性の改善に寄与する。ただし、０．５重量
％未満では添加効果がなく、５．０重量％を上回ると、
却って熱間加工性が悪化し、悪影響が生ずる。

また、前記組成のＡＪ金合金対し、Ｚｒ、Ｈｆ。

Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ　、Ｍｏ　、Ｎｂ　、　Ｔａより
成る群から選ばれた少なくとも一種の元素を添加する理
由は下記の通りである。

（６）Ｚｒ　、Ｈｆ等ニツイｒ　（０，０２≦Ｚｒ　。

Ｈｆ　、Ｎ＝、Ｔ＝、Ｖ、Ｃｒ　、Ｍｏ　、Ｎｂ　。

ＴａＳ２．０千母％）クリープ変形は、熱活性化の助けによって転位が障害物
を乗越える過程として把握され、変形による加工硬化と
回復現栄の反復により変形が進行する。それ故、クリー
プ変形を抑制するには、前記回復を遅らせるのが有効で
あり、この意味でマトリックスへの固溶による強化と、
粒子の分散析出による強化とを狙って添加元素が選択さ
れる。

従来、溶解法にあっては、０．３重量％程度を上限とし
て添加し、主として固溶強化を狙っていた微量添加元素
を、粉末冶金法により、積極的、かつ多量に添加して、
各々八ρ３　Ｚｒ　、　Ａ、ｌ１３８ｆ　。

Ａｆｌｓ　　Ｎ＝、Ａｊｓ　　ＴＬ、Ａｆｌ　３　Ｖ、
Ａ、０７　　Ｃｒ　。

Ａ（Ｊ　１２Ｍ０　、　ＡｆＪ　３　Ｎｂ　、　Ａ、Ｑ
　ｓ　Ｔａを微細に分散析出させ、回復現象の進行を遅
らせ、クリープ変形Ｑを低く抑えることを可能にした。

ただし、それ等の添加ｍが０．０２重石％未満では、添
加効果がなく、２，０重過％を上回ると、熱間加工性が
悪化するとともに、アトマイズ法により粉末を得る場合
の溶湯温度が上昇し、粉末製造上の技術的困難性が噌す
。

各合金元糸の添加理由は以上の通りであるが、耐応力腐
蝕割れ特性、熱間加工性に優れる組成として、下記の組
成範囲のＡＪＪ合金が推奨される。

１４≦Ｓｉ≦１８％、３．０≦Ｆｅ≦６．０％。

２．０≦Ｃｕ≦５．０％、０．３≦Ｍ（Ｊ≦　１．５％
。

０．５≦Ｍｎ≦２．５％。

０５≦Ｚｒ　、Ｈｆ　、Ｎ＝、Ｔ＝、Ｖ、Ｃｒ　。

Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ≦２．０％（いずれも重量％、）また、本発明のＡｊ金合金、粉末サイズ３２５メツシュ
以上のものを４５〜１０％含む粉末として提供されるの
が好ましい。ぞの理由は、３２５メツシユ以下の粉末が
４５％未満であると疲労強度が低下し、７０％を上回る
とクリープ変形特性が悪化するからである。

墓Ｊｕ１表１２表２２表３に示す組成（試料１〜１９）の各ＡＪ
合金粉末を冷却速度１０３〜１０４°Ｃ／秒にてアトマ
イズ法により製造し、各粉末を用いて冷間静水圧プレス
成形法（ＣＥＰ法）または金型圧縮成形法により、密度
比７５％の・押出し用素材を圧粉成形する。

（以下余白）表１表３（以）余白）冷間静水圧プレス成形法においては、ゴム製デユープ内
に合金粉末を入れ、１．５〜３．０℃ｏ　ｎ　／　ｃｉ
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１５〜３．
０ｔｏｎ／ｃｉ稈度の圧力下で成形を行う。

得られた各押出し用素材を、炉内温度４００℃の均熱炉
内に設置して４時間保持し、次いで、各押出し用素材に
熱間押出し加工を施して丸棒（１８゜Ｘ　４５０ｍｍ）
を製造する。

この場合、押出し方法は、直接押出しく前方押出し）　
、　ＲＵ接押出しく後方押出し）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。

前記方法で得た各組成の丸棒（試ｎ１〜１９）、および
ＨＷｉ法で得た材料（試料２０）から試験片を切出し、
それぞれについて、温度１７０℃９時間４００時間、負
荷応力１２ＫＯｆ／ｍｍ２なる条件でクリープ圧縮試験
を行なった。その結果を、クリープ縮み率（％）として
表４に示す。

表　　４く試験結束の評価〉Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎ＝、Ｔ＝、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ。

Ｎｂ、Ｔａめ少なくとも一種を添加した本発明側試料１
〜１８と比較例試料１９とを対比すれば、試料１〜１８
のクリープ縮み率が低下していることが判る。しかも、
得られたクリープ縮み率は、鋳造法による試料２０のそ
れと問答である。

免胛二盈ユ以上の説明から明らかな様に、ＳＬ、Ｆｅ。

Ｃｕ　、Ｍ（］　、Ｍｎを、それぞれ１２．０≦Ｓ＝≦
２８．０％、２．０≦ｌ”ｅ≦１０．０％、０．８≦Ｃ
ｕ≦５，０％。

０．３≦Ｍ（１≦３．５％、０．５≦Ｍｎ≦５．０％な
る組成範囲で含有するとともに、更にＺｒ　、　Ｈｆ　
。

Ｎ＝、Ｔ＝、Ｖ、Ｃｒ　、Ｍｏ　、Ｎｂ　、　　丁ａよ
り成る群から選ばれた少なくとも一種の元素を０．０２
〜２．０’／６（以上、いずれも重化％）なる組成範囲
で含有し、残部が不可避不純物とＡＩである高湿強度特
性に（優れた粉末冶金用へ１合金が提案された。

このＡｌ合金には／ｌとの間で金底閤化合物を作るＺｒ
　、Ｈｆ　、Ｎｔ、Ｔｔ、Ｖ、Ｃｒ　、Ｍｏ　。

Ｎｂ、Ｔａより成る群から選ばれた少なくとも一種の元
素が添加されており、該全屈間化合物が組織中に微細に
分散析出する為、該Ａｌ合金で形成した焼結部材に高湿
下で持続する外力を作用させても、クリープ変形が生じ
難い。

Claims

【特許請求の範囲】Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎを、それぞれ１２．０≦
Ｓｉ≦２８．０％、２．０≦Ｆｅ≦１０．０％、０．８
≦Ｃｕ≦５．０％、０．３≦Ｍｇ≦３．５％、０．５≦
Ｍｎ≦５．０％なる組成範囲で含有するとともに、更にＺｒ、Ｈｆ、Ｎ
ｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａより成る群から
選ばれた少なくとも一種の元素を０．０２〜２．０％（
以上、いずれも重量％）なる組成範囲で含有し、残部が
不可避不純物とＡｌであることを特徴とする高湿強度特
性に優れた粉末冶金用Ａｌ合金。