NO173453B

NO173453B - HEAT-RESISTANT ALUMINUM ALLOY WITH HIGH STRENGTH, AND USE OF THE ALLOY FOR THE MANUFACTURE OF FORGED ARTICLES

Info

Publication number: NO173453B
Application number: NO88884987A
Authority: NO
Inventors: Tsuyoshi Masumoto; Akihisa Inoue; Katsumasa Odera; Masahiro Oguchi
Original assignee: Yoshida Kogyo Kk; Tsuyoshi Masumoto
Priority date: 1988-11-09
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1993-09-06
Also published as: NO884987L; NO884987D0; NO173453C

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører aluminiumlegeringer The present invention relates to aluminum alloys

som har en ønsket kombinasjon av egenskaper bestående av høy hardhet, høy styrke, høy slitefasthet og overlegen varmemotstand, samt anvendelse av legeringene for fremstilling av smidde gjenstander fra slike aluminiumlegeringer ved ekstrudering, pressing eller varmsmiing. which has a desired combination of properties consisting of high hardness, high strength, high wear resistance and superior heat resistance, as well as use of the alloys for the production of forged objects from such aluminum alloys by extrusion, pressing or hot forging.

Som konvensjonelle aluminiumlegeringer har det vært As conventional aluminum alloys have been

kjent forskjellige typer av aluminiumbaserte legeringer så known different types of aluminum-based alloys so

som Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Si, Al-Zn-Mg legeringer etc. Disse aluminiumlegeringene har vært utstrakt anvendt for en rekke forskjellige formål, så som konstruksjonsmaterialer i such as Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Si, Al-Zn-Mg alloys etc. These aluminum alloys have been widely used for a number of different purposes, such as construction materials in

fly, biler, skip o.l.; konstruksjonsmaterialer anvendt i planes, cars, ships etc.; construction materials used in

ytre deler av bygninger, vindusrammer, tak, etc.; materialer external parts of buildings, window frames, roofs, etc.; materials

for marint utstyr og for kjernekraftreaktorer, etc., overensstemmende med deres egenskaper. for marine equipment and for nuclear power reactors, etc., consistent with their characteristics.

Vanligvis har de hittil kjente aluminiumlegeringene hatt Generally, the previously known aluminum alloys have had

en lav hardhet og lav varmeresistens. I senere år har man forsøkt å oppnå en fin struktur ved rask størkning av aluminiumlegeringer og derved forbedring av de mekaniske egenskapene, så som styrke, og kjemiske egenskaper, så som korrosjonsmotstand, for de resulterende aluminium- a low hardness and low heat resistance. In recent years, efforts have been made to achieve a fine structure by rapid solidification of aluminum alloys and thereby improve the mechanical properties, such as strength, and chemical properties, such as corrosion resistance, of the resulting aluminium-

legeringene. Men ingen av de raskt størknende aluminiumlegeringene som hittil har vært kjent, har hatt tilfreds-stillende egenskaper, spesielt med hensyn til styrke og varmeresistens. the alloys. But none of the rapidly solidifying aluminum alloys that have been known to date have had satisfactory properties, especially with regard to strength and heat resistance.

Med hensyn til det foregående er det et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe nye aluminiumlegeringer som har en god kombinasjon av egenskaper, så som stor hard- With regard to the foregoing, it is an object of the present invention to provide new aluminum alloys which have a good combination of properties, such as great hard-

het, høy styrke og overlegen korrosjonsmotstand. heat, high strength and superior corrosion resistance.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe nye aluminiumlegeringer med høy styrke og varmeresistens, og som med hell kan underkastes operasjoner så Another object of the present invention is to provide new aluminum alloys with high strength and heat resistance, and which can be successfully subjected to operations such

som ekstrudering, pressing, varmsmiing eller en høy grad av bøyning p.g.a. sin gode bearbeidbarhet. such as extrusion, pressing, hot forging or a high degree of bending due to its good workability.

Ytterligere et formål med oppfinnelsen er å tilveie- A further object of the invention is to provide

bringe legeringer av den foran angitte type som kan anvendes bring alloys of the above-mentioned type that can be used

for å fremstille smidde gjenstander ved ekstrudering, to produce forged objects by extrusion,

pressing eller varmsmiing uten å ødelegge legeringenes egenskaper. pressing or hot forging without destroying the properties of the alloys.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes aluminiumlegeringer med høy styrke, idet legeringene er kjennetegnet ved en sammensetning representert ved den generelle formelen: According to the present invention, high-strength aluminum alloys are provided, the alloys being characterized by a composition represented by the general formula:

hvor M er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Cu, Ni og Co; Q er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Mn, Cr, Mo, W, Ti og Zr; X er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Nb, Ta, Hf og Y, og a, b, c og e er atomprosenter som faller innenfor følgende områder: 45 < a < 90, 5 < b < 40, 0 < c < 12 og 0,5 < e < 20, idet nevnte aluminiumlegering inneholder minst 50 volum-prosent av en amorf fase. wherein M is at least one metallic element selected from the group consisting of Cu, Ni and Co; Q is at least one metallic element selected from the group consisting of Mn, Cr, Mo, W, Ti and Zr; X is at least one metallic element selected from the group consisting of Nb, Ta, Hf and Y, and a, b, c and e are atomic percentages falling within the following ranges: 45 < a < 90, 5 < b < 40, 0 < c < 12 and 0.5 < e < 20, said aluminum alloy containing at least 50 volume percent of an amorphous phase.

Det tilveiebringes også varmeresistente aluminiumlegeringer som er kjennetegnet ved en sammensetning representert ved den generelle formelen: Also provided are heat-resistant aluminum alloys characterized by a composition represented by the general formula:

hvor M er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Cu, Ni og Co; X er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Nb, Ta, Hf og Y, og a, b og d er atomprosenter som faller innenfor følgende områder: 45 < a < 90, 5 < b < 40 og 0,5 < d < 20, wherein M is at least one metallic element selected from the group consisting of Cu, Ni and Co; X is at least one metallic element selected from the group consisting of Nb, Ta, Hf and Y, and a, b and d are atomic percentages falling within the following ranges: 45 < a < 90, 5 < b < 40 and 0.5 < d < 20,

idet nevnte aluminiumlegering inneholder minst 50 volum-prosent av en amorf fase. said aluminum alloy containing at least 50 percent by volume of an amorphous phase.

Aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse er svært nyttige som materialer med høy hardhet og høy styrke, høy elektrisk motstand, slitemotstand og som loddemateriale. The aluminum alloys according to the present invention are very useful as materials with high hardness and high strength, high electrical resistance, wear resistance and as brazing material.

Da aluminiumlegeringene som er spesifisert ovenfor utviser superplastisitet i nærheten av sin krystallisasjons-temperatur, kan de dessuten lett bearbeides i bulk ved ekstrudering, pressing eller varmsmiing ved temperaturer innenfor området for krystallisasjonstemperaturen ± 100°C. De således oppnådde smidde gjenstandene kan anvendes som materialer med høy styrke og høy varmemotstand i mange prak-tiske anvendelser, p.g.a. sin høye hardhet og høye strekk-fasthet. Den foreliggende oppfinnelse omfatter også anvendelse av legeringene for fremstilling av slike smidde gjenstander ved ekstrudering, pressing eller varmsmiing. Furthermore, since the aluminum alloys specified above exhibit superplasticity near their crystallization temperature, they can be easily processed in bulk by extrusion, pressing or hot forging at temperatures within the range of the crystallization temperature ± 100°C. The forged objects thus obtained can be used as materials with high strength and high heat resistance in many practical applications, due to its high hardness and high tensile strength. The present invention also includes the use of the alloys for the production of such forged objects by extrusion, pressing or hot forging.

Figur 1 er en skjematisk skisse av et enkeltvalse-smelteapparat som anvendes til fremstilling av bånd fra legeringene ifølge foreliggende oppfinnelse ved en rask størkneprosess; Figure 1 is a schematic sketch of a single-roll melting apparatus used for the production of strips from the alloys according to the present invention by a rapid solidification process;

figur 2 er et diagram som viser forholdet mellom Vickers hardhet (Hv) og innholdet av elementet X (X = Ta, Hf, Nb eller Y) for de raskt størknende båndene av Al85.xNi10Cu5Xx legeringene ifølge foreliggende oppfinnelse; og figure 2 is a diagram showing the relationship between the Vickers hardness (Hv) and the content of the element X (X = Ta, Hf, Nb or Y) for the rapidly solidifying bands of the Al85.xNi10Cu5Xx alloys according to the present invention; and

figur 3 er et diagram som viser forholdet mellom krystalliseringstemperaturen (Tx) og innholdet av elementet X (X = Ta, Hf, Nb eller Y) for de raskt størknende båndene av Al85_xNi10Cu5Xx legeringene ifølge foreliggende oppfinnelse. figure 3 is a diagram showing the relationship between the crystallization temperature (Tx) and the content of the element X (X = Ta, Hf, Nb or Y) for the rapidly solidifying bands of the Al85_xNi10Cu5Xx alloys according to the present invention.

Aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse kan oppnås ved rask størkning av en smelte av legeringen, som har den sammensetning som er spesifisert ovenfor, ved hjelp av en væske-bråkjølingsteknikk. Væske-bråkjølingsteknikken er en fremgangsmåte for rask avkjøling av smeltet legering, og spesielt nevnes enkeltvalse-smeltespinningsteknikken, dobbeltvalse-smeltespinningsteknikken og smeltespinningsteknikken i roterende vann som effektive eksempler på en slik teknikk. I disse teknikkene kan det oppnås avkjølings-hastigheter på ca. 10<*> til 10<6> K pr. sekund. For å fremstille båndmaterialer ved hjelp av enkeltvalse-smeltespinningsteknikken eller dobbeltvalsesmeltespinningsteknikken blir smeltet legering sprøytet ut fra en dyseåpning på en valse av f.eks. kopper eller stål, med en diameter på ca. 30 - 1000 mm, som roterer med konstant hastighet på ca. 300 - 10000 omdr. pr. min. Ved disse teknikkene kan det lett oppnås forskjellige båndmaterialer med en bredde på ca. 0 - 3 00 mm og en tykkelse på ca. 5 - 500 jxm. Alternativt, for å fremstille trådmaterialer ved smeltespinningsteknikken i roterende vann, blir en stråle av smeltet legering, under anvendelse av påtrykk av argongass, ledet gjennom en dyse inn i et lag av flytende kjølemiddel med en tykkelse på ca. 1 - 10 cm som er dannet av sentrifugalkraften i en trommel som roterer med en hastighet på ca. 50 - 500 omdr. pr. min. På denne måten kan fine trådmaterialer lett oppnås. Ved denne teknikken er vinkelen mellom strålen av smeltet legering fra dysen og overflaten av det flytende kjølemidlet fortrinnsvis i området mellom ca. 60° og 90°, og forholdet mellom hastigheten av den utsprøytede smeltede legeringen og hastigheten av det flytende kjølemidlet er fortrinnsvis i området mellom ca. 0,7 og 0,9. The aluminum alloys according to the present invention can be obtained by rapid solidification of a melt of the alloy, which has the composition specified above, by means of a liquid quenching technique. The liquid quenching technique is a method for rapid cooling of molten alloy, and in particular the single-roll melt-spinning technique, the double-roll melt-spinning technique and the rotary-water melt-spinning technique are mentioned as effective examples of such a technique. In these techniques, cooling rates of approx. 10<*> to 10<6> K per second. To produce strip materials using the single-roll melt-spinning technique or the double-roll melt-spinning technique, molten alloy is sprayed from a nozzle opening onto a roll of e.g. copper or steel, with a diameter of approx. 30 - 1000 mm, which rotates at a constant speed of approx. 300 - 10,000 rpm my. With these techniques, different tape materials can be easily obtained with a width of approx. 0 - 300 mm and a thickness of approx. 5 - 500 jxm. Alternatively, to produce wire materials by the rotary water melt spinning technique, a jet of molten alloy, using argon gas pressure, is directed through a nozzle into a layer of liquid coolant with a thickness of about 1 - 10 cm which is formed by the centrifugal force in a drum that rotates at a speed of approx. 50 - 500 revolutions per my. In this way, fine thread materials can be easily obtained. In this technique, the angle between the jet of molten alloy from the nozzle and the surface of the liquid coolant is preferably in the range between approx. 60° and 90°, and the ratio between the velocity of the sprayed molten alloy and the velocity of the liquid coolant is preferably in the range between approx. 0.7 and 0.9.

I tillegg til fremgangsmåten ovenfor kan legeringen ifølge foreliggende oppfinnelse også oppnås i form av en tynn film ved en påsprøytningsmetode. Dessuten kan man oppnå et raskt størknende pulver av legeringssammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse ved forskjellige atomiserende prosesser, f.eks. en fremgangsmåte for høytrykksgass-atomisering eller utsprøyting. In addition to the above method, the alloy according to the present invention can also be obtained in the form of a thin film by a spraying method. Moreover, a rapidly solidifying powder of alloy composition according to the present invention can be obtained by various atomizing processes, e.g. a method of high-pressure gas atomization or spraying.

Hvorvidt de raskt størknende legeringene som oppnås ovenfor er amorfe eller ikke, kan kontrolleres ved å under-søke tilstedeværelsen av det karakteristiske halomønsteret for en amorf struktur ved å anvende en vanlig røntgenstråle-diffraksjonsmetode. Den amorfe strukturen blir omdannet til en krystallinsk struktur ved oppvarming til en bestemt temperatur (kalt "krystalliseringstemperaturen") eller høyere temperaturer. Whether or not the rapidly solidifying alloys obtained above are amorphous can be checked by examining the presence of the characteristic halo pattern of an amorphous structure using a conventional X-ray diffraction method. The amorphous structure is converted into a crystalline structure by heating to a certain temperature (called the "crystallization temperature") or higher temperatures.

I aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse, representert ved den generelle formelen (I), er a begrenset til området 45 til 90 atom % og b er begrenset til området 5 til 40 atom %. Årsaken til disse begrensningene er at når a og b avviker fra disse områdene, er det vanskelig å utvikle en amorf region i de resulterende legeringene, og de tilsiktede legeringene med minst 50 volum % amorferegioner kan ikke oppnås ved industrielle avkjølingsmetoder som anvender den ovenfor nevnte bråkjølingen med væske. Årsaken til at c og e er begrenset til et område på henholdsvis ikke mer enn 12 atom % og et område på 0,5 til 2 0 atom %, er at minst ett metallisk element Q valgt fra gruppen bestående av Mn, Cr, Mo, W, Ti og Zr og minst ett metallisk element X valgt fra gruppen bestående av Nb, Ta, Hf og Y i spesiell grad for-bedrer hardhets- og varmemotstandsegenskapene for legeringene i kombinasjon av disse. In the aluminum alloys according to the present invention, represented by the general formula (I), a is limited to the range of 45 to 90 atomic % and b is limited to the range of 5 to 40 atomic %. The reason for these limitations is that when a and b deviate from these ranges, it is difficult to develop an amorphous region in the resulting alloys, and the intended alloys with at least 50% by volume amorphous regions cannot be obtained by industrial cooling methods using the above-mentioned quenching with liquid. The reason that c and e are limited to a range of not more than 12 atomic % and a range of 0.5 to 20 atomic %, respectively, is that at least one metallic element Q selected from the group consisting of Mn, Cr, Mo, W, Ti and Zr and at least one metallic element X selected from the group consisting of Nb, Ta, Hf and Y particularly improve the hardness and heat resistance properties of the alloys in combination thereof.

I aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse, representert ved den generelle formelen (II), er a begrenset til området 45 til 90 atom % og b er begrenset til området 5 til 40 atom %. Grunnen til denne begrensningen er at når a og b avviker fra de respektive områdene, er det vanskelig å danne en amorf region i de resulterende legeringene, og de tilsiktede legeringene som har minst 50 volum % amorf region kan ikke oppnås ved industrielle avkjølingsmetoder som anvender den ovenfor nevnte bråkjølingen med væske. Årsaken til at d er begrenset til området 0,5 til 20 atom % er at, når elementene som representeres ved X (dvs. Nb, Ta, Hf og Y) blir tilsatt enkeltvis eller i kombinasjon av to eller flere derav i det spesifiserte området, kan det oppnås betydelig forbedret hardhet og varmeresistens. Når d er høyere enn 20 atom % er det umulig å oppnå legeringer som har minst 50 i volum % av amorf fase. In the aluminum alloys according to the present invention, represented by the general formula (II), a is limited to the range of 45 to 90 atomic % and b is limited to the range of 5 to 40 atomic %. The reason for this limitation is that when a and b deviate from the respective ranges, it is difficult to form an amorphous region in the resulting alloys, and the intended alloys having at least 50% by volume amorphous region cannot be obtained by industrial cooling methods using the above mentioned the quenching with liquid. The reason d is limited to the range 0.5 to 20 atom % is that, when the elements represented by X (ie Nb, Ta, Hf and Y) are added individually or in combination of two or more thereof in the specified range , significantly improved hardness and heat resistance can be achieved. When d is higher than 20 atomic %, it is impossible to obtain alloys that have at least 50% by volume of amorphous phase.

Grunnen til at den øvre grensen for c og e er henholdsvis 12 atom % og 2 0 atom %, er at en tilsetning av Q og X som overskrider de respektive øvre grensene, gjør det umulig å oppnå legeringer som inneholder minst 50 volum % amorfe regioner. The reason that the upper limits for c and e are 12 at% and 20 at%, respectively, is that an addition of Q and X exceeding the respective upper limits makes it impossible to obtain alloys containing at least 50% by volume of amorphous regions .

Siden aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse utviser superplastisitet i nærheten av sin krystalliseringstemperatur (krystalliseringstemperaturen 100°C) , kan de dessuten lett underkastes ekstrudering, pressing og varmsmiing. Aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse som er oppnådd i form av bånd, tråd, folie eller pulver kan derfor med hell fremstilles i bulk ved hjelp av ekstrudering, pressing eller varmsmiing i Since the aluminum alloys according to the present invention exhibit superplasticity near their crystallization temperature (crystallization temperature 100°C), they can also be easily subjected to extrusion, pressing and hot forging. The aluminum alloys according to the present invention which are obtained in the form of strip, wire, foil or powder can therefore be successfully produced in bulk by means of extrusion, pressing or hot forging in

temperaturområdet for krystall iser ingstemperaturen ± 100°C. the temperature range for crystallization is the ing temperature ± 100°C.

Siden aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse Since the aluminum alloys according to the present invention

har en høy grad av seighet, kan noen av dem dessuten bøyes 180° uten brudd. have a high degree of toughness, some of them can also be bent 180° without breaking.

Som beskrevet ovenfor har aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse de foregående to typene av sammen-setninger, nemlig aluminiumbasert sammensetning med til- As described above, the aluminum alloys according to the present invention have the previous two types of compositions, namely aluminum-based composition with

setning av elementet M (ett eller flere elementer av Cu, Ni, statement of the element M (one or more elements of Cu, Ni,

Co og Fe) og elementet X (ett eller flere elementer av Nb, Co and Fe) and the element X (one or more elements of Nb,

Ta, Hf og Y) og aluminiumbasert sammensetning med tilsetning Ta, Hf and Y) and aluminium-based composition with addition

av elementet M, elementet X og elementet Q (ett eller flere elementer av Mn, Cr, Mo, W, Ti og Zr) . I legeringene har elementet M en effekt som går ut på å forbedre evnen til å of the element M, the element X and the element Q (one or more elements of Mn, Cr, Mo, W, Ti and Zr). In the alloys, the element M has an effect which is to improve the ability to

danne en amorf struktur. Elementene Q og X fører til ikke bare betydelige forbedringer i hardheten og styrken uten å ødelegge evnen til å danne en amorf struktur, men øker også krystalliseringstemperaturen betydelig, og resulterer derved i en signifikant forbedret varmemotstand. form an amorphous structure. The elements Q and X lead to not only significant improvements in hardness and strength without destroying the ability to form an amorphous structure, but also significantly increase the crystallization temperature, thereby resulting in a significantly improved heat resistance.

De fordelaktige egenskapene med aluminiumlegeringene The beneficial properties of the aluminum alloys

ifølge foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives med referanse til de følgende eksemplene. according to the present invention will now be described with reference to the following examples.

Eksempel 1 Example 1

Smeltet legering 3 med en forutbestemt legeringssammen- Molten alloy 3 with a predetermined alloy composition

setning ble fremstilt ved høyfrekvens smelting, og ble fylt i et kvartsrør 1 med en liten åpning 5 med en diameter på 0,5 mm i enden, som vist i figur 1. Etter oppvarming og smelting av legering 3, ble kvartsrøret 1 plassert rett over en koppervalse 2, 20 cm i diameter. Deretter ble den smeltede legeringen 3 som var i kvartsrøret 1, sprøytet ut fra den lille åpningen 5 i kvartsrøret 1 under anvendelse av et argongasstrykk på 0,7 kg/cm<2>, og brakt i kontakt med overflaten av valsen 2 som roterte raskt ved en hastighet på 5.000 omdr. pr. min. Den smeltede legeringen 3 blir raskt størknet, og et legeringsbånd 4 ble oppnådd. set was produced by high-frequency melting, and was filled into a quartz tube 1 with a small opening 5 with a diameter of 0.5 mm at the end, as shown in Figure 1. After heating and melting alloy 3, the quartz tube 1 was placed directly above a copper roller 2.20 cm in diameter. Then, the molten alloy 3 which was in the quartz tube 1 was sprayed out from the small opening 5 of the quartz tube 1 using an argon gas pressure of 0.7 kg/cm<2>, and brought into contact with the surface of the roller 2 which was rotating rapidly at a speed of 5,000 rpm my. The molten alloy 3 is rapidly solidified, and an alloy band 4 was obtained.

Ifølge fremstillingsbetingelsene som beskrevet ovenfor According to the manufacturing conditions as described above

ble det oppnådd 51 forskjellige slags legeringer med sammen- 51 different kinds of alloys with combined

setninger gitt i tabell 1 i form av et 1 mm bredt og 20 jum mykt bånd, og legeringene ble underkastet røntgenstråle-diffraksjonsanalyse. I alle legeringene ble det bekreftet halomønstre karakteristiske for amorft metall. statements given in Table 1 in the form of a 1 mm wide and 20 µm soft band, and the alloys were subjected to X-ray diffraction analysis. Halo patterns characteristic of amorphous metal were confirmed in all the alloys.

Videre ble hardhet (Hv), elektrisk motstand (p) og krystalliseringstemperatur (Tx) målt for hver forsøksprøve av legeringsbåndene, og det ble oppnådd de resultatene som er vist i tabell 1. Hardheten (Hv) er vist ved verdier (DPN) som er målt med en Vickers mikrohardhetstester under en last på 25 g. Den elektriske motstanden (p) viser verdier (M^.cm) som er målt ved en konvensjonell teknikk med fire prøver. Krystalliseringstemperaturen (Tx) er temperaturen (K) ved begynnelsen av den første eksoterme toppen på kurven fra differensialskanningkalorimeteret som ble utført for hver testprøve ved en oppvarmingshastighet på 40 K/min. I kolonnen for "struktur" representerer bokstavene "a" og "c" henholdsvis en amorf struktur og en krystallinsk struktur, og subskripter til bokstaven "c" viser volum% av "c". Furthermore, hardness (Hv), electrical resistance (p) and crystallization temperature (Tx) were measured for each test sample of the alloy bands, and the results shown in Table 1 were obtained. The hardness (Hv) is shown by values (DPN) which are measured with a Vickers microhardness tester under a load of 25 g. The electrical resistance (p) shows values (M^.cm) measured by a conventional four-sample technique. The crystallization temperature (Tx) is the temperature (K) at the onset of the first exothermic peak on the differential scanning calorimeter curve performed for each test sample at a heating rate of 40 K/min. In the "structure" column, the letters "a" and "c" represent an amorphous structure and a crystalline structure, respectively, and subscripts to the letter "c" indicate the volume% of "c".

Som vist i tabell 1 har aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse en ekstremt høy hardhet av størrel-sesorden ca. 450 til 1.050 DPN, sammenlignet med en hardhet av størrelsesorden 50 til 100 DPN for vanlige alumunium-baserte legeringer. Dessuten, med hensyn til elektrisk motstand, har vanlige aluminiumlegeringer en resistivitet av størrelsesorden 100 til 300 /ifi.cm, mens de amorfe aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse har en høy resistivitet på minst ca. 400 /xn.cm. En ytterligere over-raskende effekt er at de aluminiumbaserte legeringene ifølge foreliggende oppfinnelse har svært høye krystalliserings-temperaturer Tx på minst 600 K og viser en sterkt forbedret varmemotstand. As shown in table 1, the aluminum alloys according to the present invention have an extremely high hardness of the order of magnitude approx. 450 to 1,050 DPN, compared to a hardness of the order of 50 to 100 DPN for common aluminum-based alloys. Also, with regard to electrical resistance, ordinary aluminum alloys have a resistivity of the order of 100 to 300 /ifi.cm, while the amorphous aluminum alloys according to the present invention have a high resistivity of at least approx. 400 /xn.cm. A further surprising effect is that the aluminum-based alloys according to the present invention have very high crystallization temperatures Tx of at least 600 K and show a greatly improved heat resistance.

Legering nr. 12 som er gitt i tabell 1 ble ytterligere undersøkt med hensyn på styrken ved bruk av en strekk-teste-maskin av Instron-typen. Strekkfastheten var ca. 95 kg/mm<2> og flytegrensen var ca. 80 kg/mm<2>. Disse verdiene er 2,1 ganger den maksimale strekkf astheten (ca. 4 5 kg/mm<2>) og den maksimale flytegrensen (ca. 40 kg/mm<2>) for vanlige aldringsherdede Al-Si-Fe aluminiumlegeringer. Alloy No. 12 given in Table 1 was further tested for strength using an Instron type tensile testing machine. The tensile strength was approx. 95 kg/mm<2> and the yield strength was approx. 80 kg/mm<2>. These values are 2.1 times the maximum tensile strength (about 4 5 kg/mm<2>) and the maximum yield strength (about 40 kg/mm<2>) of ordinary age-hardened Al-Si-Fe aluminum alloys.

Eksempel 2 Example 2

Forlegeringene Al70Fe20Hf10 og Al70Ni20Hf 10 ble begge smeltet i en vakuum høyfrekvens smelteovn og ble omdannet til amorft pulver ved høytrykksgassatomisering. Det således oppnådde pulveret fra hver legering ble sintret ved en temperatur på 100 til 550°C i 30 minutter under et trykk på 940 MPA, for å gi et sylindrisk materiale med en diameter på 5 mm og en høyde på 5 mm. Hvert sylindrisk materiale ble varmpresset ved en temperatur på 400°C nær krystalliseringstemperaturen for hver legering i 30 minutter. De resulterende varmpressede sintrede legemene hadde en tetthet på ca. 95% av den teoretiske tettheten, en hardhet på ca. 850 DPN og en elektrisk resistivitet på 500 nn. cm. Slitemotstanden for de varmpressede legemene var dessuten ca. 100 ganger så høy som tilsvarende for vanlige aluminiumlegeringer. The prealloys Al70Fe20Hf10 and Al70Ni20Hf10 were both melted in a vacuum high-frequency melting furnace and were converted to amorphous powder by high-pressure gas atomization. The thus obtained powder from each alloy was sintered at a temperature of 100 to 550°C for 30 minutes under a pressure of 940 MPA to give a cylindrical material with a diameter of 5 mm and a height of 5 mm. Each cylindrical material was hot-pressed at a temperature of 400°C near the crystallization temperature of each alloy for 30 minutes. The resulting hot pressed sintered bodies had a density of approx. 95% of the theoretical density, a hardness of approx. 850 DPN and an electrical resistivity of 500 nn. cm. The wear resistance of the hot-pressed bodies was also approx. 100 times as high as the equivalent for ordinary aluminum alloys.

Eksempel 3 Example 3

Legeringsbånd, 3 mm brede og 25 jxm tykke, ble laget av Al85-xNi10Cu5xx legeringer innenfor sammensetningsområdet for foreliggende oppfinnelse ved den samme raske størknepro-sessen som beskrevet i eksempel 1. Hardhet og krystalli-serings-temperatur ble målt for hvert prøvestykke av de raskt størknede båndene. Som elementet X i Al85-xNi10Cu5Xx legeringene ble valgt Ta, Hf, Nb eller Y. Resultatene av målingene er sammensatt med innholdet av elementet X i figurene 2 og 3. Alloy strips, 3 mm wide and 25 µm thick, were made from Al85-xNi10Cu5xx alloys within the composition range of the present invention by the same rapid solidification process as described in Example 1. Hardness and crystallization temperature were measured for each sample of the rapid solidified the bonds. Ta, Hf, Nb or Y were chosen as the element X in the Al85-xNi10Cu5Xx alloys. The results of the measurements are compiled with the content of the element X in Figures 2 and 3.

Al85Ni10Cu5 legeringen hadde en struktur som i hovedsak var krystallinsk. Som det fremgår av resultatene vist i figurene 2 og 3, blir disse verdiene, selv om hardheten og krystalliseringstemperaturen er bare henholdsvis ca. 460 DPN og ca. 410 K, markert økt ved tilsetning av Ta, Hf, Nb eller Y til legeringen, og derved kan det oppnås høy hardhet og varmemotstand. Spesielt har Ta og Hf en utpreget virkning på disse egenskapene. The Al85Ni10Cu5 alloy had a structure that was essentially crystalline. As can be seen from the results shown in Figures 2 and 3, these values, although the hardness and the crystallization temperature are only approx. 460 DPN and approx. 410 K, markedly increased by the addition of Ta, Hf, Nb or Y to the alloy, whereby high hardness and heat resistance can be achieved. In particular, Ta and Hf have a pronounced effect on these properties.

Eksempel 4 Example 4

Leger ingsbånd av Al70Cu20Zr8Hf2, Al'75Cu20 Hf5, Al75Ni20Ta5 legeringer ifølge oppfinnelsen ble alle plassert på A1203 og oppvarmet ved 650°C i vakuumovn for å undersøke fuktbarheten med A1203. Alle legeringene smeltet og viste god fuktbarhet. Ved bruk av legeringene ovenfor ble en Al203-folie bundet til en aluminiumfolie. De to foliene kunne bli sterkt bundet til hverandre, og det er blitt funnet at legeringene ifølge foreliggende oppfinnelse også er brukbare som loddemateri-aler. Alloying strips of Al70Cu20Zr8Hf2, Al'75Cu20 Hf5, Al75Ni20Ta5 alloys according to the invention were all placed on A1203 and heated at 650°C in a vacuum furnace to investigate wettability with A1203. All the alloys melted and showed good wettability. Using the above alloys, an Al 2 O 3 foil was bonded to an aluminum foil. The two foils could be strongly bonded to each other, and it has been found that the alloys according to the present invention are also usable as soldering materials.

Som beskrevet ovenfor er aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse svært nyttige som materiale med høy hardhet, høy styrke, høy elektrisk motstand, som slite-resistent materiale og som loddemateriale. Dessuten kan aluminiumlegeringene lett underkastes ekstrudering, pressing og varmsmiing p.g.a. sin utmerkede bearbeidbarhet, og derved resultere i bulk-materialer med høy fasthet og høy varmemotstand, og som er svært nyttige til en rekke forskjellige anvendelser. As described above, the aluminum alloys according to the present invention are very useful as a material with high hardness, high strength, high electrical resistance, as a wear-resistant material and as a brazing material. In addition, the aluminum alloys can easily be subjected to extrusion, pressing and hot forging due to its excellent processability, thereby resulting in bulk materials with high strength and high heat resistance, and which are very useful for a variety of applications.

Claims

1. High-strength heat-resistant aluminum alloy, characterized in that it has a composition represented by the general formula; where M is at least one metallic element selected from the group consisting of Cu, Ni and Co; Q is at least one metallic element selected from the group consisting of Mn, Cr, Mo, W, Ti and Zr; X is at least one metallic element selected from the group consisting of Nb, Ta, Hf and Y, and a, b, c and e are atomic percentages that fall within the following ranges: 45 < a < 90, 5 < b < 40, 0 < c < 12 and 0.5 < e < 20, said aluminum alloy containing at least 50 volume percent of an amorphous phase.

2. High-strength heat-resistant aluminum alloy, characterized in that it has a composition represented by the general formula; AlaMbXd where M is at least one metallic element selected from the group consisting of Cu, Ni and Co; X is at least one metallic element selected from the group consisting of Nb, Ta, Hf and Y, and a, b and d are atomic percentages falling within the following ranges: 45 < a < 90, 5 < b < 40 and 0.5 < d < 20, said aluminum alloy containing at least 50 percent by volume of an amorphous phase.

3. Use of heat-resistant aluminum alloy with high strength, as specified in claim 1, for the production of forged objects by extrusion, pressing or hot forging at temperatures within the range of the crystallization temperature of said aluminum alloy ± 100°C.

4. Use of heat-resistant aluminum alloy with high strength, as specified in claim 2, for the production of forged objects by extrusion, pressing or hot forging at temperatures within the range of the crystallization temperature of said aluminum alloy ± 100°C.