JP2020037730A - Aluminum alloy and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金及びその製造方法、より詳細には、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属とを、それぞれ一定量含むアルミニウム合金及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy and a method for producing the same, more specifically, at least one selected from a group consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn). And at least one metal selected from the group b consisting of iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and tungsten (W). The present invention relates to an aluminum alloy containing aluminum and a method for producing the same.
部材、装置、さらには車両等の軽量化を図るために、従来の鉄系部材を、Ａｌ系合金、Ｍｇ系合金等の軽金属部材に代替するための研究が行われている。この傾向は、単なるケースやハウジングに留まらず、耐摩耗性や摺動性が要求される機能部材にまで及んでおり、例えば、自動車用部材でいえば、内燃機関（レシプロエンジン）のシリンダライナー等が挙げられる。 In order to reduce the weight of members, devices, and vehicles, research has been conducted to replace conventional iron-based members with light metal members such as Al-based alloys and Mg-based alloys. This tendency extends not only to simple cases and housings but also to functional members that require wear resistance and slidability. For example, in the case of automotive members, cylinder liners of internal combustion engines (reciprocating engines) Is mentioned.
例えば、特許文献１には、全体を１００％としたときに、鉄（Ｆｅ）：３〜６％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．６６〜１．５％、チタン（Ｔｉ）：０．６〜１％、Ｔｉに対するＺｒの質量比（Ｚｒ／Ｔｉ）：１．１〜１．５、残部：アルミニウム（Ａｌ）と不可避不純物及び／又は改質元素となる合金組成を有することを特徴とする耐熱高強度アルミニウム合金が記載されている。さらに、特許文献１には、当該耐熱高強度アルミニウム合金は、アトマイズ粉末又は薄片の急冷凝固合金を原料として熱間塑性加工により製造され、アルミニウム母相（Ａｌ母相）と、高温強度を担うＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物（第一化合物相）及び第一化合物相の粗大化を抑制し得るＬ１２型構造のＡｌ−（Ｚｒ、Ｔｉ）系金属間化合物（第二化合物相）とからなる組織を有し、高温強度に優れることが記載されている。 For example, in Patent Document 1, iron (Fe): 3 to 6%, zirconium (Zr): 0.66 to 1.5%, titanium (Ti): 0.6 to 1%, mass ratio of Zr to Ti (Zr / Ti): 1.1 to 1.5, balance: aluminum (Al) and an alloy composition that is an unavoidable impurity and / or a modifying element High strength aluminum alloys are described. Further, Patent Document 1 discloses that the heat-resistant high-strength aluminum alloy is manufactured by hot plastic working using a rapidly solidified alloy of atomized powder or flakes as a raw material, and has an aluminum matrix (Al matrix) and an aluminum matrix having high-temperature strength. -Fe based intermetallic compound (first compound phase) and Al- (Zr, Ti) of L1 2 -type structure capable of suppressing the coarsening of the first compound phase intermetallic compound (the second compound phase) and consisting of tissue And that it has excellent high-temperature strength.
特許文献２には、主金属元素と添加元素とを含み、添加元素の原子半径ａの主金属元素の原子半径ｂに対する比率１００（ａ−ｂ）／ｂが−３０％ないし＋３０％である合金からなる金属成形体であって、原料金属粉末を積層工法により積層して製造されたことを特徴とする金属成形体が記載されている。さらに、特許文献２には、当該金属成形体は、積層工法によって急冷凝固し、主金属元素に添加元素を添加することにより製造され、固溶強化、分散強化（析出強化）によって強化された強度を有することが記載されている。 Patent Document 2 discloses an alloy containing a main metal element and an additional element, wherein the ratio 100 (ab) / b of the atomic radius a of the additional element to the atomic radius b of the main metal element is -30% to + 30%. , Wherein the metal molded body is manufactured by laminating raw metal powders by a laminating method. Further, Patent Document 2 discloses that the metal molded body is rapidly solidified by a lamination method, manufactured by adding an additional element to a main metal element, and strengthened by solid solution strengthening and dispersion strengthening (precipitation strengthening). Is described.
しかしながら、従来の金属を急冷凝固させる方法では、金属組成によって熱処理における強度の変化の仕方が異なるにもかかわらず、金属組成ごとの熱処理の最適条件は特定されていない。 However, in the conventional method of rapidly solidifying a metal, the optimum condition of the heat treatment for each metal composition is not specified, although the method of changing the strength in the heat treatment differs depending on the metal composition.
例えば、特許文献１では、高強度を発現する組織の状態と、その組織を得るための、急冷凝固のメカニズム並びに熱間加工等によって加えられる熱エネルギー及び／又は塑性加工等によって加えられる歪みエネルギーとの相関が定量化されていない。特に、強度を担保するための第一化合物の粒子径や、熱間加工での加熱時間については言及されていない。 For example, in Patent Literature 1, a state of a tissue exhibiting high strength, a mechanism of rapid solidification for obtaining the structure, thermal energy applied by hot working and / or strain energy applied by plastic working and the like are disclosed. Is not quantified. In particular, there is no mention of the particle size of the first compound for securing the strength or the heating time in hot working.
特許文献２では、常温において高強度を発現するために、原子半径及びＡｌ母相への固溶量に基づいて合金中の元素が選択されているが、Ａｌ母相中において拡散係数が大きい元素が選択されると、高温環境下において析出物が粗大化し、強度が著しく低下する場合がある。また、強度に寄与する粒子径が１ｎｍ〜１０００ｎｍの微細な粒子を析出させるための熱処理条件として、熱処理時間が言及されておらず、記載されている１００℃〜２２０℃でも、仮に十分に長い時間熱処理を施した場合、拡散により析出した粒子が粗大化し、強度が低下する可能性がある。 In Patent Literature 2, the elements in the alloy are selected based on the atomic radius and the amount of solid solution in the Al matrix in order to exhibit high strength at room temperature, but the elements having a large diffusion coefficient in the Al matrix If is selected, the precipitates may be coarsened in a high-temperature environment and the strength may be significantly reduced. Further, as heat treatment conditions for precipitating fine particles having a particle diameter contributing to strength of 1 nm to 1000 nm, heat treatment time is not mentioned, and even at 100 ° C. to 220 ° C. described, a sufficiently long time is assumed. When heat treatment is performed, particles precipitated by diffusion may be coarsened and the strength may be reduced.
したがって、本発明は、常温及び高温において高強度であるアルミニウム合金及びその製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an aluminum alloy having high strength at ordinary temperature and high temperature, and a method for producing the same.
アルミニウム金属に他元素（合金元素）を添加し、急冷凝固させることにより製造されるアルミニウム合金では、合金元素がＡｌ母相中に過飽和固溶し、Ａｌ母相が強化されている（固溶強化）。さらに、このようなアルミニウム合金を熱処理することによって、合金元素は、Ａｌ母相中に単体粒子又は化合物粒子として微細に析出し、アルミニウム合金の強度はさらに高くなる（析出強化）。 In an aluminum alloy manufactured by adding another element (alloy element) to aluminum metal and rapidly solidifying the alloy, the alloy element is supersaturated in the Al matrix and the Al matrix is strengthened (solid solution strengthening). ). Further, by heat-treating such an aluminum alloy, alloy elements are finely precipitated as single particles or compound particles in the Al matrix, and the strength of the aluminum alloy is further increased (precipitation strengthening).
ここで、十分な強度を得るためには、急冷凝固に起因する強化メカニズムに応じた合金元素の適切な選択と、熱処理の適切な管理とが重要である。 Here, in order to obtain sufficient strength, it is important to appropriately select an alloy element according to a strengthening mechanism caused by rapid solidification and to appropriately manage heat treatment.
そこで、本発明者らは、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、常温及び高温での安定した強化を得るために、アルミニウム合金を、（ｉ）アルミニウムと、一定量の固溶強化を得るためのＡｌ母相への固溶限が大きい元素と、一定量の析出強化を得るためのＡｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい元素とを混合して、合金溶湯を調製し、（ｉｉ）得られた合金溶湯を急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金を調製し、その後、合金組成に基づいて、場合により、（ｉｉｉ）得られた熱処理用アルミニウム合金を、ホロモン・ジャッフェ・パラメーター（Ｈｏｌｌｏｍｏｎ−Ｊａｆｆｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）（以下、「ＨＰ」ともいう）が一定の範囲になるような条件下で熱処理をして製造したところ、得られたアルミニウム合金の常温及び高温における強度が向上することを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have studied various means for solving the above-mentioned problems. As a result, in order to obtain stable strengthening at room temperature and high temperature, the aluminum alloy was mixed with (i) aluminum and a certain amount of solid solution. An element having a large solid solubility limit in the Al matrix to obtain strengthening and an element having a small solid solubility limit and a small diffusion coefficient in the Al matrix to obtain a certain amount of precipitation strengthening are mixed to form an alloy melt. And (ii) quenching and solidifying the obtained alloy melt to prepare an aluminum alloy for heat treatment or an aluminum alloy. Thereafter, based on the alloy composition, (iii) optionally forming the obtained aluminum alloy for heat treatment. Manufactured by heat treatment under conditions such that the Hollomon-Jaffe parameter (hereinafter also referred to as “HP”) is within a certain range. Found that the strength at normal temperature and high temperature of the obtained aluminum alloy is improved, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを含む熱処理用アルミニウム合金であって、
ａ金属の含有量が、金属として、熱処理用アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の含有量が、金属として、熱処理用アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
常温でのビッカース硬さが、１５０ＨＶ以上である
熱処理用アルミニウム合金。
（２）アルミニウム合金を製造する方法であって、
（ｉ）アルミニウム（Ａｌ）と、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを混合して、合金溶湯を調製するステップであって、
ａ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であるステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を、１,０００Ｋ／秒以上の冷却速度で急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金を調製するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで調製した熱処理用アルミニウム合金を熱処理してアルミニウム合金を製造するステップであって、
以下の式
ＨＰ＝Ｔ×（２０＋ｌｏｇｔ）
［式中、ＨＰは、ホロモン・ジャッフェ・パラメーターであり、Ｔは、熱処理温度（単位：Ｋ）であり、ｔは、熱処理時間（単位：時間）である］
により表されるＨＰが、７８００〜１４０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理を行うステップと、
を含む方法。
（３）（ｉ）のステップにおいて、ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多く（ａ金属＞ｂ金属）、（ｉｉｉ）のステップにおいて、ＨＰが、７８００〜９５００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理を行う、（２）に記載の方法。
（４）（ｉ）のステップにおいて、ｂ金属の添加量が、ａ金属の添加量よりも多く（ａ金属＜ｂ金属）、（ｉｉｉ）のステップにおいて、ＨＰが、９５００〜１４０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理を行う、（２）に記載の方法。
（５）（ｉｉ）のステップで製造した熱処理用アルミニウム合金の常温でのビッカース硬さが、１５０ＨＶ超である、（２）〜（４）のいずれか１つに記載の方法。
（６）アルミニウム合金を製造する方法であって、
（ｉ）アルミニウムと、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを混合して、合金溶湯を調製するステップであって、
ａ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多い（ａ金属＞ｂ金属）ステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を、１,０００Ｋ／秒以上の冷却速度で急冷凝固して、アルミニウム合金を製造するステップと、
を含む方法。
（７）（ｉｉ）のステップで製造したアルミニウム合金の常温でのビッカース硬さが、１６０ＨＶ以上である、（６）に記載の方法。
（８）（ｉｉ）のステップにおいて、冷却速度が、１００,０００Ｋ／秒以上である、（２）〜（７）のいずれか１つに記載の方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) at least one metal (a metal) selected from the group a consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn), and iron (Fe); An aluminum alloy for heat treatment containing at least one metal (b metal) selected from the group b consisting of nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and tungsten (W). ,
a content of the metal is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy for heat treatment;
b The content of the metal is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy for heat treatment;
An aluminum alloy for heat treatment having a Vickers hardness at room temperature of 150 HV or more.
(2) A method for producing an aluminum alloy,
(I) aluminum (Al) and at least one metal (a metal) selected from a group consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn); , Iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo) and tungsten (W) by mixing with at least one metal (b metal) selected from the group b. A step of preparing a molten alloy,
a The amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as a metal;
(b) a step in which the amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as the metal;
(Ii) rapidly solidifying the molten alloy prepared in step (i) at a cooling rate of 1,000 K / sec or more to prepare an aluminum alloy for heat treatment;
(Iii) heat treating the aluminum alloy for heat treatment prepared in the step (ii) to produce an aluminum alloy,
The following formula HP = T × (20 + logt)
[Wherein HP is the holomone-Jaffe parameter, T is the heat treatment temperature (unit: K), and t is the heat treatment time (unit: hours)]
Performing a heat treatment at a heat treatment temperature T and a heat treatment time t satisfying HP of 7800 to 14000,
A method that includes
(3) In step (i), the amount of metal a added is greater than the amount of metal b added (metal a> metal b), and in step (iii), the heat treatment temperature at which HP satisfies 7800-9500 The method according to (2), wherein the heat treatment is performed at T and the heat treatment time t.
(4) In step (i), the amount of metal b added is larger than the amount of metal a (metal a <metal b), and in step (iii), the heat treatment temperature at which HP satisfies 9500 to 14000 is satisfied. The method according to (2), wherein the heat treatment is performed at T and the heat treatment time t.
(5) The method according to any one of (2) to (4), wherein the Vickers hardness at room temperature of the aluminum alloy for heat treatment produced in the step (ii) is more than 150 HV.
(6) A method for producing an aluminum alloy,
(I) aluminum, one or more metals (a metal) selected from the group a consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti), and manganese (Mn); Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and at least one metal selected from the group b consisting of tungsten (W) (metal b) to form an alloy Preparing a molten metal,
a The amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as a metal;
b The amount of the metal added is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy;
a step in which the addition amount of the a metal is larger than the addition amount of the b metal (a metal> b metal);
(Ii) rapidly solidifying the molten alloy prepared in step (i) at a cooling rate of 1,000 K / sec or more to produce an aluminum alloy;
A method that includes
(7) The method according to (6), wherein the aluminum alloy produced in step (ii) has a Vickers hardness at room temperature of 160 HV or more.
(8) The method according to any one of (2) to (7), wherein in the step (ii), the cooling rate is 100,000 K / sec or more.
本発明により、常温及び高温において高強度であるアルミニウム合金及びその製造方法が提供される。 According to the present invention, an aluminum alloy having high strength at normal temperature and high temperature and a method for producing the same are provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本発明のアルミニウム合金及びその製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者がおこない得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The aluminum alloy of the present invention and the method for producing the same are not limited to the following embodiments, and may be modified or modified by a person skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Can be implemented.
本発明のアルミニウム合金は、Ａｌ母相への固溶限が大きい、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）を含む。 The aluminum alloy of the present invention has a large solubility limit in an Al matrix and is selected from the group a consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn). Contains one or more metals (metal a).
ａ金属の含有量は、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上、好ましくは５質量％〜３０質量％、より好ましくは１０質量％〜３０質量％である。 The content of the metal a is 1% by mass or more, preferably 5% by mass to 30% by mass, and more preferably 10% by mass to 30% by mass based on the total mass of the aluminum alloy.
ａ金属中のＭｇの含有量は、ａ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常１質量％〜１０質量％、より好ましくは５質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｍｇの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Mg in the a-metal is not limited as long as the content of the a-metal is included in the above range, but is usually 1% by mass to 10% by mass, more preferably, as a metal based on the total mass of the aluminum alloy. It is 5% by mass to 10% by mass.
Here, the content of Mg can be measured by ICP emission spectroscopy.
ａ金属中のＣｕの含有量は、ａ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０１質量％〜１質量％、より好ましくは０．１質量％〜１質量％である。
ここで、Ｃｕの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Cu in the a-metal is not limited as long as the content of the a-metal is included in the above range, but is usually 0.01% to 1% by mass, based on the total mass of the aluminum alloy, as the metal. Preferably it is 0.1 mass%-1 mass%.
Here, the content of Cu can be measured by ICP emission spectroscopy.
ａ金属中のＳｉの含有量は、ａ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１５質量％、より好ましくは４質量％〜１２質量％である。
ここで、Ｓｉの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Si in the a-metal is not limited as long as the content of the a-metal is included in the above range. As the metal, based on the total weight of the aluminum alloy, usually 0.1% by mass to 15% by mass, Preferably it is 4 mass%-12 mass%.
Here, the content of Si can be measured by ICP emission spectroscopy.
ａ金属中のＴｉの含有量は、ａ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０５質量％〜１質量％、より好ましくは０．１質量％〜１質量％である。
ここで、Ｔｉの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Ti in the a-metal is not limited as long as the content of the a-metal is included in the above range, but as a metal, it is usually 0.05% by mass to 1% by mass based on the total mass of the aluminum alloy. Preferably it is 0.1 mass%-1 mass%.
Here, the content of Ti can be measured by ICP emission spectroscopy.
ａ金属中のＭｎの含有量は、ａ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０１質量％〜１質量％、より好ましくは０．１質量％〜１質量％である。
ここで、Ｍｎの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Mn in the a-metal is not limited as long as the content of the a-metal is included in the above range. Preferably it is 0.1 mass%-1 mass%.
Here, the Mn content can be measured by ICP emission spectroscopy.
本発明のアルミニウム合金において、Ａｌ母相への固溶限が大きいａ金属が前記範囲の含有量で存在することによって、アルミニウム合金は、優れた固溶強化を有することができる。なお、本発明のアルミニウム合金において、ａ金属が粒径１μｍ以下の金属単体又は金属間化合物の微細な粒子として存在しても、アルミニウム合金の強化は損なわれない。 In the aluminum alloy of the present invention, the presence of the a metal having a large solid solubility limit in the Al matrix at the content in the above range allows the aluminum alloy to have excellent solid solution strengthening. In the aluminum alloy of the present invention, even if the metal a exists as a simple metal having a particle size of 1 μm or less or as fine particles of an intermetallic compound, the strengthening of the aluminum alloy is not impaired.
本発明のアルミニウム合金は、Ａｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）を含む。 The aluminum alloy of the present invention has a low solubility limit and a low diffusion coefficient in an Al matrix, and has iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo) and tungsten (W). At least one metal selected from the group b (metal b).
ｂ金属の含有量は、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上、好ましくは５質量％〜３０質量％、より好ましくは１０質量％〜３０質量％である。 The content of the metal b is 1% by mass or more, preferably 5% by mass to 30% by mass, and more preferably 10% by mass to 30% by mass based on the total mass of the aluminum alloy.
ｂ金属中のＦｅの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは１質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｆｅの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Fe in the metal b is not limited as long as the content of the metal b is included in the above range. However, as a metal, the content is usually 0.1% by mass to 10% by mass based on the total mass of the aluminum alloy. Preferably it is 1 mass%-10 mass%.
Here, the Fe content can be measured by ICP emission spectroscopy.
ｂ金属中のＮｉの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは１質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｎｉの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Ni in the metal b is not limited as long as the content of the metal b is included in the above range. Preferably it is 1 mass%-10 mass%.
Here, the Ni content can be measured by ICP emission spectroscopy.
ｂ金属中のＺｒの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０１質量％〜５質量％、より好ましくは０．１質量％〜５質量％である。
ここで、Ｚｒの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Zr in the metal b is not limited as long as the content of the metal b is included in the above range. However, as a metal, it is usually 0.01% by mass to 5% by mass, based on the total mass of the aluminum alloy. Preferably it is 0.1 mass%-5 mass%.
Here, the Zr content can be measured by ICP emission spectroscopy.
ｂ金属中のＣｏの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは０．５質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｃｏの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Co in the b-metal is not limited as long as the content of the b-metal is included in the above range. As the metal, based on the total mass of the aluminum alloy, usually 0.1% by mass to 10% by mass, Preferably it is 0.5% by mass to 10% by mass.
Here, the content of Co can be measured by ICP emission spectroscopy.
ｂ金属中のＭｏの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは０．５質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｍｏの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of Mo in the b-metal is not limited as long as the content of the b-metal is included in the above range. As the metal, based on the total mass of the aluminum alloy, usually 0.1% by mass to 10% by mass, Preferably it is 0.5% by mass to 10% by mass.
Here, the content of Mo can be measured by ICP emission spectroscopy.
ｂ金属中のＷの含有量は、ｂ金属の含有量が前記範囲に含まれる限り限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．１質量％〜１０質量％、より好ましくは０．５質量％〜１０質量％である。
ここで、Ｗの含有量は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
The content of W in the b-metal is not limited as long as the content of the b-metal is included in the above range, but as a metal, it is usually 0.1% by mass to 10% by mass based on the total mass of the aluminum alloy. Preferably it is 0.5% by mass to 10% by mass.
Here, the W content can be measured by ICP emission spectroscopy.
Ａｌ母相中に析出した粒子は、熱によってオストワルド成長する。オストワルド成長のしやすさは、Ｉ．Ｍ．Ｌｉｆｓｈｉｔｚ及びＶ．Ｖ．Ｓｌｙｏｚｏｖ：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄｓ、１９（１９６１）、３５、並びにＣ．Ｗａｇｎｅｒ：Ｚ．Ｅｌｅｋｔｒｏｃｈｅｍ．、６５（１９６１）、５８１により、各合金元素の固溶限と拡散係数の積に比例することが知られている。本発明のアルミニウム合金において、Ａｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さいｂ金属の含有量が前記範囲で存在することによって、本発明のアルミニウム合金は、Ａｌ母相中に析出した粒子の熱によるオストワルド成長が抑制された、優れた析出強化を有することができる。なお、本発明のアルミニウム合金において、ｂ金属が固溶状態で存在しても、アルミニウム合金の強化は損なわれない。 The particles precipitated in the Al matrix grow by Ostwald by heat. The ease of Ostwald growth is described in M. Lifeshitz and V.W. V. Slyozov: J. Phys. Chem. Solids, 19 (1961), 35, and C.I. Wagner: Z. Elektrochem. , 65 (1961), 581, it is known that it is proportional to the product of the solid solubility limit and the diffusion coefficient of each alloy element. In the aluminum alloy of the present invention, the aluminum alloy of the present invention has a solid solubility limit to the Al matrix and a low diffusion coefficient, and the content of the b-metal is in the above range. It can have excellent precipitation strengthening in which Ostwald growth by heat is suppressed. In the aluminum alloy of the present invention, the strengthening of the aluminum alloy is not impaired even if the metal b exists in a solid solution state.
本発明のアルミニウム合金では、ａ金属とｂ金属を合わせた含有量は、アルミニウム合金の全質量に基づいて、２質量％以上、好ましくは６質量％〜５０質量％、より好ましくは１５質量％〜５０質量％である。 In the aluminum alloy of the present invention, the combined content of the metal a and the metal b is 2% by mass or more, preferably 6% by mass to 50% by mass, more preferably 15% by mass based on the total mass of the aluminum alloy. 50% by mass.
本発明のアルミニウム合金は、さらに、その他の改質合金元素、例えば亜鉛（Ｚｎ）、リチウム（Ｌｉ）、銀（Ａｇ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、インジウム（Ｉｎ）、バナジウム（Ｖ）、プラセオジム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、クロム（Ｃｒ）、ヒ素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、イットリウム（Ｙ）、ニオブ（Ｎｂ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、水銀（Ｈｇ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びトリウム（Ｔｈ）からなるｃ群から選択される一種以上の金属（ｃ金属）を適宜含んでもよい。 The aluminum alloy of the present invention further includes other modifying alloy elements such as zinc (Zn), lithium (Li), silver (Ag), gallium (Ga), germanium (Ge), scandium (Sc), and strontium (Sr). ), Indium (In), vanadium (V), praseodymium (Pr), samarium (Sm), tantalum (Ta), gold (Au), beryllium (Be), chromium (Cr), arsenic (As), selenium (Se) ), Yttrium (Y), niobium (Nb), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), cadmium (Cd), tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), cerium (Ce) ), Neodymium (Nd), promethium (Pm), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), lutetium (Lu), hafnium (Hf), rhenium (Re), iridium (Ir), platinum (Pt), mercury (Hg), bismuth (Bi), and thorium (Th). One or more metals selected from the group c (metal c) may be appropriately included.
ｃ金属の含有量は、限定されないが、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０１質量％〜１質量％、より好ましくは０．１質量％〜１質量％である。なお、ｃ金属の含有量は、当該技術分野において公知の方法により測定することができ、合金元素により異なるが、例えばＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。 Although the content of the metal c is not limited, it is usually 0.01% by mass to 1% by mass, more preferably 0.1% by mass to 1% by mass, as the metal, based on the total mass of the aluminum alloy. Note that the content of the metal c can be measured by a method known in the art, and varies depending on the alloying element, but can be measured by, for example, ICP emission spectroscopy.
本発明のアルミニウム合金におけるａ金属、ｂ金属、及びｃ金属以外の残部は、アルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなる。 In the aluminum alloy of the present invention, the remainder other than the metal a, metal b, and metal c consists of aluminum (Al) and unavoidable impurities.
ここで、不可避的不純物としては、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）が挙げられる。リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）の含有量は、限定されないが、アルミニウム合金の全質量に基づいて、通常０．０１質量％以下である。なお、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）の含有量は、当該技術分野において公知の方法により測定することができ、測定する元素により異なるが、例えばＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。 Here, the inevitable impurities include phosphorus (P) and sulfur (S). The content of phosphorus (P) and sulfur (S) is not limited, but is usually 0.01% by mass or less based on the total mass of the aluminum alloy. Note that the contents of phosphorus (P) and sulfur (S) can be measured by a method known in the art and can be measured by, for example, ICP emission spectroscopy, although it differs depending on the element to be measured.
本発明のアルミニウム合金の常温でのビッカース硬さ（常温ビッカース硬さ）は、限定されないが、通常１５０ＨＶ以上、好ましくは１５０ＨＶ超、より好ましくは１５５ＨＶ以上、さらにより好ましくは１６０ＨＶ以上、特に好ましくは２５０ＨＶ以上である。 The Vickers hardness of the aluminum alloy of the present invention at room temperature (room temperature Vickers hardness) is not limited, but is usually 150 HV or more, preferably more than 150 HV, more preferably 155 HV or more, still more preferably 160 HV or more, and particularly preferably 250 HV. That is all.
本発明のアルミニウム合金の１００℃でのビッカース硬さは、限定されないが、通常１４０ＨＶ以上、好ましくは２００ＨＶ以上である。 The Vickers hardness at 100 ° C. of the aluminum alloy of the present invention is not limited, but is usually 140 HV or more, preferably 200 HV or more.
本発明のアルミニウム合金の３００℃でのビッカース硬さは、限定されないが、通常６０ＨＶ以上、好ましくは１００ＨＶ以上である。 The Vickers hardness at 300 ° C. of the aluminum alloy of the present invention is not limited, but is usually 60 HV or more, preferably 100 HV or more.
ここで、本発明のアルミニウム合金のビッカース硬さは、ビッカース硬さ試験により測定することができる。 Here, the Vickers hardness of the aluminum alloy of the present invention can be measured by a Vickers hardness test.
本発明のアルミニウム合金における析出微細粒子の粒径は、強度向上に寄与する１μｍ以下であり、その値は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の視野における画像解析にて測定することができる。 The particle size of the precipitated fine particles in the aluminum alloy of the present invention is 1 μm or less which contributes to the improvement in strength, and the value can be measured by image analysis in a visual field of a transmission electron microscope (TEM).
本発明のアルミニウム合金は、合金元素、すなわち、ａ金属及びｂ金属の含有量を、（１）Ａｌ母相中への固溶量、及び（２）Ａｌ母相中での拡散係数、に基づいて定めているため、常温環境下だけでなく、高温環境下でも、固溶強化及び／又は析出強化によって、十分に安定した強度を有する。 The aluminum alloy of the present invention determines the content of alloying elements, that is, the contents of the a metal and the b metal, based on (1) the amount of solid solution in the Al matrix, and (2) the diffusion coefficient in the Al matrix. Therefore, not only in a normal temperature environment but also in a high temperature environment, it has sufficiently stable strength by solid solution strengthening and / or precipitation strengthening.
本発明のアルミニウム合金は、熱処理されていないアルミニウム合金、熱処理に用いるためのアルミニウム合金（熱処理用アルミニウム合金）、熱処理されているアルミニウム合金（熱処理アルミニウム合金）を含む。本発明のアルミニウム合金は、熱処理用アルミニウム合金が好ましい。 The aluminum alloy of the present invention includes an aluminum alloy that has not been heat-treated, an aluminum alloy to be used for heat treatment (an aluminum alloy for heat treatment), and an aluminum alloy that has been heat-treated (heat-treated aluminum alloy). The aluminum alloy of the present invention is preferably an aluminum alloy for heat treatment.
本発明のアルミニウム合金が熱処理用アルミニウム合金である場合、熱処理用アルミニウム合金に施す熱処理の条件は限定されず、当該技術分野において公知の熱処理の条件を使用することができる。本発明の熱処理用アルミニウム合金は、例えば、以下に示す本発明のアルミニウム合金の製造方法における熱処理の条件を使用することが好ましい。 When the aluminum alloy of the present invention is an aluminum alloy for heat treatment, the conditions for heat treatment applied to the aluminum alloy for heat treatment are not limited, and heat treatment conditions known in the art can be used. For the aluminum alloy for heat treatment of the present invention, for example, it is preferable to use the conditions of heat treatment in the method for producing an aluminum alloy of the present invention described below.
本発明のアルミニウム合金の製造方法は、（ｉ）アルミニウムと、一定量の固溶強化を得るためのＡｌ母相への固溶限が大きい元素と、一定量の析出強化を得るためのＡｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい元素とを混合して、合金溶湯を調製するステップと、（ｉｉ）得られた合金溶湯を急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金を調製するステップと、合金組成に基づいて、場合により、（ｉｉｉ）得られた熱処理用アルミニウム合金を、ホロモン・ジャッフェ・パラメーターが一定の範囲になるような条件下で熱処理をするステップと、を含む。 The method for producing an aluminum alloy according to the present invention comprises: (i) aluminum, an element having a large solid solubility limit in an Al matrix to obtain a certain amount of solid solution strengthening, and an aluminum matrix to obtain a certain amount of precipitation strengthening. Preparing an alloy melt by mixing an element having a low solid solubility limit and a low diffusion coefficient into a phase; and (ii) rapidly cooling and solidifying the obtained alloy melt to prepare an aluminum alloy or aluminum alloy for heat treatment. And optionally, (iii) heat-treating the resulting heat-treating aluminum alloy under conditions such that the holomone-Jaffe parameter is in a certain range, based on the alloy composition.
以下に（ｉ）〜（ｉｉｉ）の各ステップについて説明する。
（ｉ）アルミニウムと、一定量の固溶強化を得るためのＡｌ母相への固溶限が大きい元素と、一定量の析出強化を得るためのＡｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい元素とを混合して、合金溶湯を調製するステップ
Hereinafter, each of the steps (i) to (iii) will be described.
(I) Aluminum, an element having a large solid solubility limit in the Al matrix for obtaining a certain amount of solid solution strengthening, and a solid solubility limit and a diffusion coefficient in the Al matrix for obtaining a certain amount of precipitation strengthening. Step of preparing a molten alloy by mixing with small elements
本発明の（ｉ）のステップでは、アルミニウムと、固溶強化を得るためのＡｌ母相への固溶限が大きい元素である、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、析出強化を得るためのＡｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい元素である、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを混合して、合金溶湯を調製する。 In the step (i) of the present invention, magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), and titanium, which are aluminum and elements that have a large solubility limit in the Al matrix for obtaining solid solution strengthening, are used. At least one metal (a metal) selected from the group a consisting of (Ti) and manganese (Mn); and iron, which is an element having a low solid solubility limit and a low diffusion coefficient in an Al matrix for obtaining precipitation strengthening. (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and at least one metal (b metal) selected from the group b consisting of tungsten (W), Prepare an alloy melt.
ここで、アルミニウムは、アルミニウム溶湯であってもよく、アルミニウム溶湯は、アルミニウム金属を、溶解炉、例えばアーク溶解炉において、液相の生じる温度、通常６８０℃〜１２００℃、好ましくは１０００℃〜１２００℃に加熱することにより調製することができる。 Here, the aluminum may be a molten aluminum, and the molten aluminum is formed by melting aluminum metal in a melting furnace, for example, an arc melting furnace, at a temperature at which a liquid phase is generated, usually 680 ° C to 1200 ° C, preferably 1000 ° C to 1200 ° C. It can be prepared by heating to ° C.
ａ金属の添加量は、前記した本発明のアルミニウム合金におけるａ金属の含有量と同じにすることができ（すなわち、ａ金属の添加量は、最終的に得られるアルミニウム合金のａ金属の含有量と等しくなる）、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上、好ましくは５質量％〜３０質量％、より好ましくは１０質量％〜３０質量％である。 The addition amount of the a metal can be the same as the content of the a metal in the above-described aluminum alloy of the present invention (that is, the addition amount of the a metal is the content of the a metal in the finally obtained aluminum alloy). ), As a metal, is 1% by mass or more, preferably 5% by mass to 30% by mass, more preferably 10% by mass to 30% by mass based on the total mass of the aluminum alloy.
添加されるａ金属の原料は、当該技術分野で公知の原料を使用することができる。例えば、Ｍｇとしては純Ｍｇ金属、Ｃｕとしては純Ｃｕ金属、Ｓｉとしては純Ｓｉ金属、Ｔｉとしては純Ｔｉ金属、Ｍｎとしては純Ｍｎ金属を、ａ金属の原料として前記ａ金属の添加量になるように調整して添加することができる。なお、基本的に融点の高い金属は、他の添加元素との母合金で添加することができ、融点の低い金属は、純金属で添加することができる。 As the raw material of the added a metal, a raw material known in the art can be used. For example, pure Mg metal as Mg, pure Cu metal as Cu, pure Si metal as Si, pure Ti metal as Ti, pure Mn metal as Mn, It can be adjusted so as to be added. Basically, a metal having a high melting point can be added as a mother alloy with another additive element, and a metal having a low melting point can be added as a pure metal.
ａ金属として添加されるＭｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＭｎの添加量は、前記した本発明のアルミニウム合金における各金属の含有量と同じにすることができる（すなわち、ａ金属として添加される各金属の添加量は、最終的に得られるアルミニウム合金のａ金属としての各金属の含有量と等しくなる）。 The addition amount of Mg, Cu, Si, Ti, and Mn added as the a metal can be the same as the content of each metal in the aluminum alloy of the present invention described above (that is, added as the a metal). The amount of each metal added is equal to the content of each metal as metal a in the finally obtained aluminum alloy).
ｂ金属の添加量は、前記した本発明のアルミニウム合金におけるｂ金属の含有量と同じにすることができ（すなわち、ｂ金属の添加量は、最終的に得られるアルミニウム合金のｂ金属の含有量と等しくなる）、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上、好ましくは５質量％〜３０質量％、より好ましくは１０質量％〜３０質量％である。 The addition amount of the b metal can be the same as the content of the b metal in the aluminum alloy of the present invention described above (that is, the addition amount of the b metal depends on the content of the b metal in the finally obtained aluminum alloy). ), As a metal, is 1% by mass or more, preferably 5% by mass to 30% by mass, more preferably 10% by mass to 30% by mass based on the total mass of the aluminum alloy.
添加されるｂ金属の原料は、当該技術分野で公知の原料を使用することができる。例えば、Ｆｅとしては純Ｆｅ金属、Ｎｉとしては純Ｎｉ金属、Ｚｒとしては純Ｚｒ金属、Ｃｏとしては純Ｃｏ金属、Ｍｏとしては純Ｍｏ金属、Ｗとしては純Ｗ金属を、ｂ金属の原料として前記ｂ金属の添加量になるように調整して添加することができる。なお、基本的に融点の高い金属は、他の添加元素との母合金で添加することができ、融点の低い金属は、純金属で添加することができる。 As a raw material of the added b metal, a raw material known in the art can be used. For example, Fe is a pure Fe metal, Ni is a pure Ni metal, Zr is a pure Zr metal, Co is a pure Co metal, Mo is a pure Mo metal, W is a pure W metal, and W is a raw material of the b metal. The amount of the metal b can be adjusted and added. Basically, a metal having a high melting point can be added as a mother alloy with another additive element, and a metal having a low melting point can be added as a pure metal.
ｂ金属として添加されるＦｅ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、及びＷの添加量は、前記した本発明のアルミニウム合金における各金属の含有量と同じにすることができる（すなわち、ｂ金属として添加される各金属の添加量は、最終的に得られるアルミニウム合金のｂ金属としての各金属の含有量と等しくなる）。 The amounts of Fe, Ni, Zr, Co, Mo, and W added as the b-metal can be the same as the contents of each metal in the aluminum alloy of the present invention described above (that is, added as the b-metal). The amount of each metal to be added is equal to the content of each metal as metal b in the finally obtained aluminum alloy.)
なお、本発明の（ｉ）のステップでは、前記した本発明のアルミニウム合金におけるｃ金属を添加してもよい。 In the step (i) of the present invention, the metal c in the aluminum alloy of the present invention may be added.
本発明の（ｉ）のステップにおいて、アルミニウム、ａ金属、ｂ金属、場合によりｃ金属の添加順序、添加方法、添加温度、添加時間、混合方法等は、限定されない。本発明の（ｉ）のステップでは、合金溶湯は、各金属が均一になるように調製される。 In the step (i) of the present invention, the addition order, addition method, addition temperature, addition time, addition method, and the like of aluminum, a metal, b metal, and in some cases, c metal are not limited. In the step (i) of the present invention, the molten alloy is prepared so that each metal is uniform.
例えば、本発明の（ｉ）のステップでは、アルミニウムを６８０℃に加熱して調製したアルミニウム溶湯に、ａ金属、ｂ金属、場合によりｃ金属を添加し、その後、溶湯温度を合金系が溶融する温度、例えば１０００℃まで上昇させて合金溶湯を調製する。本発明の（ｉ）のステップの他の実施形態では、アルミニウム、ａ金属、ｂ金属、場合によりｃ金属を混合し、その後、合金系が溶融する温度、例えば１０００℃まで加熱することにより、合金溶湯を調製する。 For example, in step (i) of the present invention, metal a, metal b, and optionally metal c are added to a molten aluminum prepared by heating aluminum to 680 ° C., and then the alloy system is melted at a temperature of the molten metal. The temperature is raised to, for example, 1000 ° C. to prepare a molten alloy. In another embodiment of step (i) of the present invention, the aluminum, a metal, b metal, and optionally c metal are mixed and then heated to a temperature at which the alloy system melts, eg, 1000 ° C. Prepare the melt.
本発明の（ｉ）のステップにおいて、ａ金属及びｂ金属の添加量は、（１）Ａｌ母相中への固溶量、及び（２）Ａｌ母相中での拡散係数、に基づいて適切に定められているため、最終的に得られるアルミニウム合金は、常温環境下だけでなく、高温環境下でも、固溶強化及び／又は析出強化によって、十分に安定した強度を有する。 In the step (i) of the present invention, the addition amounts of the a metal and the b metal are appropriately determined based on (1) the amount of solid solution in the Al matrix and (2) the diffusion coefficient in the Al matrix. Therefore, the finally obtained aluminum alloy has sufficiently stable strength not only in a normal temperature environment but also in a high temperature environment by solid solution strengthening and / or precipitation strengthening.
（ｉｉ）得られた合金溶湯を急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金を調製するステップ (Ii) rapidly cooling and solidifying the obtained molten alloy to prepare an aluminum alloy or an aluminum alloy for heat treatment;
本発明の（ｉｉ）のステップでは、（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を、１,０００Ｋ／秒以上の冷却速度で急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金を調製する。 In the step (ii) of the present invention, the molten alloy prepared in the step (i) is rapidly solidified at a cooling rate of 1,000 K / sec or more to prepare an aluminum alloy or an aluminum alloy for heat treatment.
ここで、合金溶湯の温度は、合金溶湯が液状である限り限定されないが、通常６８０℃〜１２００℃、好ましくは１０００℃〜１２００℃である。 Here, the temperature of the molten alloy is not limited as long as the molten alloy is liquid, but is usually 680 ° C to 1200 ° C, preferably 1000 ° C to 1200 ° C.
（ｉ）のステップで調製した合金溶湯の冷却速度は、１００,０００（１０５）Ｋ／秒以上が好ましい。なお、冷却速度の上限は、限定されるものではなく、大きい方が好ましい。 The cooling rate of the molten alloy prepared in step (i) is preferably 100,000 (10 5 ) K / sec or more. Note that the upper limit of the cooling rate is not limited, and a larger one is preferable.
本発明の（ｉｉ）のステップにおいて、（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を急冷凝固させる方法としては、当該技術分野で公知の方法を使用することができ、例えば、粉末積層造形法、バルク材へのレーザー照射等が挙げられる。粉末積層造形法では、１０５Ｋ／秒以上の冷却速度を実現することができる。 In the step (ii) of the present invention, as a method of rapidly solidifying the molten alloy prepared in the step (i), a method known in the art can be used. Laser irradiation on the material. In the powder additive manufacturing method, a cooling rate of 10 5 K / sec or more can be realized.
本発明の（ｉｉ）のステップにおいて、合金溶湯を前記範囲の冷却速度で急冷凝固させることによって、得られる熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金は、Ａｌ母相中に、合金元素が強制的に過飽和固溶された状態になって固溶強化を得ることができ、常温及び高温において高強度が得られる。また、合金溶湯の冷却速度が大きくなるほど、Ａｌ母相中への合金元素の固溶量が大きくなるため、冷却速度を大きくすることで、さらなる固溶強化、加えて、以下に説明する本発明の（ｉｉｉ）のステップにおけるさらなる析出強化を図ることができる。なお、本発明の（ｉｉ）のステップ及び／又は以下に説明する（ｉｉｉ）のステップにおいて、Ａｌ母相中に、ａ金属が粒径１μｍ以下の金属単体又は金属間化合物の微細粒子として析出しても、最終的に得られるアルミニウム合金の強化は損なわれない。 In the step (ii) of the present invention, the aluminum alloy for heat treatment or the aluminum alloy obtained by rapidly solidifying the molten alloy at the cooling rate in the above-mentioned range, the alloy element is forcibly supersaturated in the Al matrix. It can be in a molten state to obtain solid solution strengthening, and high strength can be obtained at room temperature and high temperature. In addition, since the solid solution amount of the alloy element in the Al matrix increases as the cooling rate of the molten alloy increases, the cooling rate is increased to further strengthen the solid solution, and the present invention described below Further precipitation strengthening in step (iii) can be achieved. In the step (ii) of the present invention and / or the step (iii) described below, the metal a precipitates in the Al matrix as fine particles of a single metal or an intermetallic compound having a particle size of 1 μm or less. However, the strengthening of the finally obtained aluminum alloy is not impaired.
特に、本発明の（ｉ）のステップにおいて、ａ金属の添加量を、ｂ金属の添加量よりも多くした場合（ａ金属＞ｂ金属）には、本発明の（ｉｉ）のステップにおいて得られた熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金は、固溶強化が特に優れており、以下に説明する（ｉｉｉ）のステップを実施しなくても、常温及び高温においてさらなる高強度を得ることができる。 In particular, in the step (i) of the present invention, when the addition amount of the metal a is larger than the addition amount of the metal b (metal a> metal b), it is obtained in the step (ii) of the present invention. The heat-treated aluminum alloy or aluminum alloy is particularly excellent in solid solution strengthening, and can achieve higher strength at room temperature and high temperature without performing the step (iii) described below.
本発明の（ｉｉ）のステップにおいて得られた熱処理用アルミニウム合金の常温でのビッカース硬さは、通常１５０ＨＶ以上、好ましくは１５０ＨＶ超である。 The Vickers hardness at room temperature of the aluminum alloy for heat treatment obtained in the step (ii) of the present invention is usually 150 HV or more, preferably more than 150 HV.
本発明の（ｉｉ）のステップにおいて得られた熱処理用アルミニウム合金の常温でのビッカース硬さが前記範囲であることは、合金元素が多量に固溶（過飽和固溶）していることを示すと考えられる。合金元素の過飽和固溶量が多いと、熱処理により合金元素からなる金属間化合物の析出が微細かつ分散した状態で得られるため、硬さが向上する。 The fact that the Vickers hardness at room temperature of the aluminum alloy for heat treatment obtained in the step (ii) of the present invention is in the above-mentioned range indicates that the alloy element is dissolved in a large amount (supersaturated solid solution). Conceivable. If the amount of supersaturated solid solution of the alloy element is large, the precipitation of the intermetallic compound composed of the alloy element is obtained in a fine and dispersed state by heat treatment, so that the hardness is improved.
本発明の（ｉｉ）のステップにおいて得られた熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金は、合金組成に基づいて、場合により、以下に説明する（ｉｉｉ）のステップを実施する。 In the aluminum alloy for heat treatment or the aluminum alloy obtained in the step (ii) of the present invention, the step (iii) described below is optionally performed based on the alloy composition.
（ｉｉｉ）得られた熱処理用アルミニウム合金を、合金組成に基づいて、ホロモン・ジャッフェ・パラメーターが一定の範囲になるような条件下で熱処理をするステップ (Iii) a step of subjecting the obtained aluminum alloy for heat treatment to a heat treatment under conditions such that the holomone-Jaffe parameter is within a certain range based on the alloy composition.
本発明の（ｉｉｉ）のステップでは、（ｉｉ）のステップで調製した熱処理用アルミニウム合金を、以下の式
ＨＰ＝Ｔ×（２０＋ｌｏｇｔ）
［式中、ＨＰは、ホロモン・ジャッフェ・パラメーターであり、Ｔは、熱処理温度（単位：Ｋ）であり、ｔは、熱処理時間（単位：時間）である］
により表されるＨＰが、７８００〜１４０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理して、アルミニウム合金を製造する。
In the step (iii) of the present invention, the aluminum alloy for heat treatment prepared in the step (ii) is subjected to the following equation: HP = T × (20 + logt)
[Wherein HP is the holomone-Jaffe parameter, T is the heat treatment temperature (unit: K), and t is the heat treatment time (unit: hours)]
Is heat-treated at a heat treatment temperature T and a heat treatment time t satisfying 7800 to 14000 to produce an aluminum alloy.
ここで、熱処理温度Ｔは、熱処理中の合金の温度を示し、±２℃以内で一定に保持される。熱処理温度Ｔは、熱処理の対象となる合金と共に熱処理され、熱電対が埋め込まれている、熱処理の対象となる合金のダミーサンプルにより測定される。 Here, the heat treatment temperature T indicates the temperature of the alloy during the heat treatment, and is kept constant within ± 2 ° C. The heat treatment temperature T is measured with a dummy sample of the alloy to be heat-treated, which is heat-treated together with the alloy to be heat-treated and has a thermocouple embedded therein.
熱処理時間ｔは、熱処理中の合金の温度が所定の熱処理温度Ｔに到達してから熱処理を実施する時間を示す。 The heat treatment time t indicates a time during which the heat treatment is performed after the temperature of the alloy during the heat treatment reaches a predetermined heat treatment temperature T.
なお、ＨＰの式中の「２０」は、熱処理を施す材料ごとに異なる定数であり、通常鉄鋼において使用される定数と同じ値である。アルミニウム合金において使用される定数は、現在の当該技術分野においてまだ特定されていないため、通常鉄鋼において使用される定数が代用される。 It should be noted that “20” in the formula for HP is a constant that varies depending on the material to be subjected to the heat treatment, and is the same value as a constant usually used in steel. Since the constants used in aluminum alloys are not yet specified in the current art, the constants normally used in steel are substituted.
本発明の（ｉｉｉ）のステップにおいて、前記ＨＰの範囲において熱処理用アルミニウム合金を熱処理することによって、（ｉｉ）のステップにおいて急冷凝固によって形成された過飽和固溶体である熱処理用アルミニウム合金は、Ａｌ母相中に、合金元素、特にｂ金属が微細な金属間化合物の粒子として析出することで析出強化を得ることができ、常温及び高温において高強度が得られる。なお、本発明の前記で説明した（ｉｉ）のステップ及び／又は（ｉｉｉ）のステップにおいて、Ａｌ母相中に、ｂ金属が固溶状態で存在しても、アルミニウム合金の強化は損なわれない。 In the step (iii) of the present invention, the aluminum alloy for heat treatment which is a supersaturated solid solution formed by rapid solidification in the step (ii) by heat-treating the aluminum alloy for heat treatment in the range of the HP described above. The precipitation strengthening can be obtained by precipitating the alloying element, particularly b metal, as fine intermetallic compound particles therein, and high strength can be obtained at room temperature and high temperature. In the above-described step (ii) and / or (iii) of the present invention, the strengthening of the aluminum alloy is not impaired even if the metal b is present in a solid solution state in the Al matrix. .
微細な粒子の十分な拡散及び析出の駆動力を得るためには、ＨＰは、７８００以上、特に９０００以上であることが好ましい。 In order to obtain a sufficient driving force for diffusion and precipitation of fine particles, HP is preferably 7800 or more, particularly preferably 9000 or more.
一方、熱処理の熱エネルギーが過剰になると、アルミニウム合金中で、合金元素又は微細な粒子を構成する元素は、粗大な第二相として析出する。この粗大な第二相は、アルミニウム合金の十分な強化を阻害する。したがって、ＨＰは、１４０００以下、特に１１０００以下であることが好ましい。 On the other hand, when the heat energy of the heat treatment becomes excessive, alloy elements or elements constituting fine particles precipitate in the aluminum alloy as a coarse second phase. This coarse second phase prevents sufficient strengthening of the aluminum alloy. Therefore, the HP is preferably 14,000 or less, particularly preferably 11,000 or less.
熱処理温度Ｔは、ＨＰが前記範囲である限り限定されないが、通常４５５Ｋ〜６７３Ｋ、好ましくは５７３Ｋ〜６７３Ｋである。
熱処理時間ｔは、ＨＰが前記範囲である限り、限定されない。
The heat treatment temperature T is not limited as long as the HP is within the above range, but is usually 455K to 673K, preferably 573K to 673K.
The heat treatment time t is not limited as long as the HP is within the above range.
特に、本発明の（ｉ）のステップにおいて、ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多い（ａ金属＞ｂ金属）場合には、前記のように（ｉｉｉ）のステップを実施しないか、又はＨＰが通常７８００〜９５００、好ましくは７８００〜９０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理する。 Particularly, in the step (i) of the present invention, when the added amount of the metal a is larger than the added amount of the metal b (a metal> b metal), the step (iii) is not performed as described above. Alternatively, the heat treatment is performed at a heat treatment temperature T and a heat treatment time t at which HP normally satisfies 7800 to 9500, preferably 7800 to 9000.
例えば、本発明の（ｉ）のステップにおいて、ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多い（ａ金属＞ｂ金属）場合、熱処理温度Ｔは、ＨＰが前記範囲である限り限定されないが、通常４５５Ｋ〜６７３Ｋ、好ましくは５７３Ｋ〜６７３Ｋである。熱処理時間ｔは、ＨＰが前記範囲である限り、限定されない。 For example, in the step (i) of the present invention, when the added amount of the a metal is larger than the added amount of the b metal (a metal> b metal), the heat treatment temperature T is not limited as long as the HP is within the above range. However, it is usually 455K to 673K, preferably 573K to 673K. The heat treatment time t is not limited as long as the HP is within the above range.
さらに、本発明の（ｉ）のステップにおいて、ｂ金属の添加量が、ａ金属の添加量よりも多い（ａ金属＜ｂ金属）場合には、ＨＰが通常９５００〜１４０００、好ましくは１００００〜１１０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理する。 Further, in the step (i) of the present invention, when the added amount of the b metal is larger than the added amount of the a metal (a metal <b metal), the HP is usually 9500 to 14000, preferably 10,000 to 11000. The heat treatment is performed at a heat treatment temperature T and a heat treatment time t that satisfy the conditions.
例えば、本発明の（ｉ）のステップにおいて、ｂ金属の添加量が、ａ金属の添加量よりも多い（ａ金属＜ｂ金属）場合、熱処理温度Ｔは、ＨＰが前記範囲である限り限定されないが、通常４５５Ｋ〜６７３Ｋ、好ましくは５７３Ｋ〜６７３Ｋである。熱処理時間ｔは、ＨＰが前記範囲である限り、限定されない。 For example, in the step (i) of the present invention, when the added amount of the b metal is larger than the added amount of the a metal (a metal <b metal), the heat treatment temperature T is not limited as long as the HP is within the above range. However, it is usually 455K to 673K, preferably 573K to 673K. The heat treatment time t is not limited as long as the HP is within the above range.
本発明の（ｉｉｉ）のステップでは、熱処理されることで得られたアルミニウム合金を冷却する。 In the step (iii) of the present invention, the aluminum alloy obtained by the heat treatment is cooled.
ここで、冷却は、当該技術分野で公知の方法により実施することができ、例えば熱処理されることで得られたアルミニウム合金を、通常８０℃以下、好ましくは５０℃以下に保持した恒温水槽中に入れることによって実施することができる。 Here, the cooling can be performed by a method known in the art. For example, an aluminum alloy obtained by heat treatment is usually kept at a temperature of 80 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower in a constant temperature water bath. Can be implemented.
本発明のアルミニウム合金の製造方法では、固溶強化を得るためのＡｌ母相への固溶限が大きい元素であるＭｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＭｎのみでなく、析出強化を得るためのＡｌ母相への固溶限及び拡散係数が小さい元素Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、及びＷを添加していることに加え、それらの合金元素を前記範囲の冷却速度で急冷凝固させることによって固溶強化し、且つ熱処理により合金元素を微細な粒子として析出させることによって析出強化しているので、得られるアルミニウム合金は、常温及び高温において、高強度を有する。 In the method for producing an aluminum alloy of the present invention, not only Mg, Cu, Si, Ti, and Mn, which are elements having a large solubility limit in the Al matrix for obtaining solid solution strengthening, but also for obtaining precipitation strengthening. In addition to the addition of elements Fe, Ni, Zr, Co, Mo, and W, which have a low solid solubility limit and a low diffusion coefficient in the Al matrix, rapidly solidify their alloying elements at a cooling rate in the above range. , And precipitation strengthening is performed by precipitating alloy elements as fine particles by heat treatment, so that the obtained aluminum alloy has high strength at room temperature and high temperature.
また、本発明のアルミニウム合金の製造方法では、急冷凝固により得られる合金元素の過飽和固溶量、並びにホロモン・ジャッフェ・パラメーターを用いて一義的に整理した熱処理条件と当該熱処理により得られるミクロ組織及び硬さとの相関を定量化しているため、強度を最大化する条件が明確であり、製造過程において析出する微細な粒子の粗大化及び強度低下が生じるような熱処理条件を排除することができる。 In the method for producing an aluminum alloy of the present invention, the amount of supersaturated solid solution of the alloy element obtained by rapid solidification, and the heat treatment conditions and the microstructure and the microstructure obtained by the heat treatment uniquely arranged using the holomone-Jaffe parameter. Since the correlation with the hardness is quantified, the condition for maximizing the strength is clear, and it is possible to eliminate heat treatment conditions that cause the coarsening of fine particles precipitated in the manufacturing process and the decrease in strength.
以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described. However, it is not intended that the present invention be limited to those shown in the embodiments.
１．サンプル調製
１−１．サンプル調製
以下の手順及び条件で、急冷凝固させたアルミニウム合金のサンプルを調製後、加工熱の影響を抑制するためにウォータージェット加工にて２ｍｍ×９．５ｍｍ×８ｍｍ、及び５ｍｍ×９．５ｍｍ×８ｍｍの寸法に切断し、熱処理の有無のそれぞれについて、組織解析及び硬さ試験を実施した。
1. Sample preparation 1-1. Sample preparation After preparing a rapidly solidified aluminum alloy sample by the following procedure and conditions, in order to suppress the influence of processing heat, 2 mm x 9.5 mm x 8 mm and 5 mm x 9.5 mm x by water jet processing. It was cut to a size of 8 mm, and a microstructure analysis and a hardness test were performed for each of the cases with and without heat treatment.
（１）アルミニウム合金のインゴット調製
・原料：いずれも９９．９５質量％以上の純金属
・溶解：大亜真空社製アーク溶解炉ＡＣＭ−ＳＯ１１
・寸法：φ４５ｍｍ×ｔ１５ｍｍを調製後、フライス加工にてφ４２ｍｍ×ｔ８ｍｍに仕上げ
(1) Ingot preparation and raw material of aluminum alloy: 99.95% by mass or more of pure metal in any case.
・ Dimensions: After preparing φ45mm × t15mm, finish to φ42mm × t8mm by milling.
（２）（１）において調製したアルミニウム合金のインゴットへのレーザー照射
・装置：ＳＬＭ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製２８０ＨＬ
・ベースプレート予熱温度：１５０℃
・レーザー条件：出力３５０Ｗ、速度１１５０ｍｍ／秒、ピッチ０．１７ｍｍ、入熱量０．３０Ｊ／ｍｍ（１．７９Ｊ／ｍｍ２）
・評価部位：レーザー照射による溶融及び凝固部
(2) Laser irradiation to the ingot of the aluminum alloy prepared in (1). Apparatus: 280HL manufactured by SLM Solutions
・ Base plate preheating temperature: 150 ℃
Laser conditions: 350 W output, 1150 mm / s speed, 0.17 mm pitch, 0.30 J / mm heat input (1.79 J / mm 2 )
・ Evaluation site: Melted and solidified part by laser irradiation
１−２．熱処理
大気炉を用いて以下の手順で実施した。各サンプルの熱処理温度と時間を表１及び２に示す。
（１）炉を所定の温度に設定し、温度を安定化した。
（２）（１）において温度が安定したら、評価用サンプル、及び熱電対を埋め込んだダミーサンプル（評価用サンプルと同形状）を投入した。
（３）（２）においてサンプルを投入したら、所定の温度まで昇温後、温度一定（±２℃以内）で所定の時間保持した。
（４）（３）において所定の時間保持した後、サンプルを取り出し、恒温槽で８０℃に保持した水で水冷した。
1-2. Heat treatment was carried out in the following procedure using an air furnace. Tables 1 and 2 show the heat treatment temperature and time for each sample.
(1) The furnace was set at a predetermined temperature and the temperature was stabilized.
(2) When the temperature was stabilized in (1), a sample for evaluation and a dummy sample (having the same shape as the sample for evaluation) in which a thermocouple was embedded were introduced.
(3) After the sample was charged in (2), the temperature was raised to a predetermined temperature and then maintained at a constant temperature (within ± 2 ° C.) for a predetermined time.
(4) After holding for a predetermined time in (3), the sample was taken out and water-cooled with water kept at 80 ° C. in a thermostat.
２．硬さ試験
以下の手順で硬さを測定した。結果を表１及び２に示す。
（１）サンプルのレーザー照射面（硬さ測定面）をエメリー紙で研磨（＃１８０→＃５００→＃１０００）した。
（２）（１）において研磨した後、ダイヤモンド粒子１μｍ及びＯＰＵで鏡面仕上げを実施した。
（３）（２）において鏡面仕上げをした後、常温硬さを、ビッカース硬度計にて、測定荷重２５ｇで、各サンプルの測定面をＮ＝３で測定後、平均値を算出した。なお、溶け込み部外の一般部の硬さの影響を受けないよう、測定部位はレーザー照射による溶融部の中心に設定した。
（４）（２）において鏡面仕上げをした後、高温硬さを、高温ビッカース硬度計にて、測定荷重５０ｇで、各サンプルの測定面をＮ＝３で測定後、平均値を算出した。なお、高温硬さは、測定温度にて５分保持した後に測定した。測定部位は、常温硬さと同様に、溶融部の中心に設定した。
2. Hardness test Hardness was measured by the following procedure. The results are shown in Tables 1 and 2.
(1) The laser irradiation surface (hardness measurement surface) of the sample was polished with emery paper (# 180 → # 500 → # 1000).
(2) After polishing in (1), mirror finishing was performed with diamond particles of 1 μm and OPU.
(3) After the mirror finish in (2), the average hardness was measured after measuring the room temperature hardness with a Vickers hardness meter at a measurement load of 25 g and the measurement surface of each sample at N = 3. The measurement site was set at the center of the laser-irradiated fused part so as not to be affected by the hardness of the general part outside the penetration part.
(4) After the mirror finishing in (2), the high-temperature hardness was measured with a high-temperature Vickers hardness meter at a measurement load of 50 g and the measurement surface of each sample at N = 3, and then the average value was calculated. The high-temperature hardness was measured after holding at the measurement temperature for 5 minutes. The measurement site was set at the center of the melted portion in the same manner as the room temperature hardness.
図１に、実施例及び比較例の、熱処理におけるホロモン・ジャッフェ・パラメーター（ＨＰ）
ＨＰ＝Ｔ×（２０＋ｌｏｇｔ）
［式中、Ｔは、熱処理温度（単位：Ｋ）であり、ｔは、熱処理時間（単位：時間）である］
と、常温ビッカース硬さとの関係を示す。また、図２に、実施例１１、２２及び３６並びに比較例８、９及び１１の、試験温度と、高温ビッカース硬さとの関係を示す。なお、ＨＰの定数はアルミニウム合金にて一般的に用いられているものがないため、鉄鋼で使用されている２０とした。
FIG. 1 shows the holomone-Jaffe parameter (HP) in the heat treatment of the example and the comparative example.
HP = T × (20 + logt)
[Where T is the heat treatment temperature (unit: K) and t is the heat treatment time (unit: time)]
And Vickers hardness at room temperature. FIG. 2 shows the relationship between the test temperature and the high-temperature Vickers hardness of Examples 11, 22, and 36 and Comparative Examples 8, 9, and 11. In addition, since the constant of HP does not have what is generally used with an aluminum alloy, it was set to 20 used for steel.
図１より、ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多い（ａ金属＞ｂ金属）熱処理用アルミニウム合金又はアルミニウム合金では、熱処理をしない状態で、又はＨＰが７８００〜９５００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理することにより、ビッカース硬さが大きくなることが分かった。さらに、図１より、ｂ金属の添加量が、ａ金属の添加量よりも多い（ａ金属＜ｂ金属）熱処理用アルミニウム合金では、ＨＰが９５００〜１４０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理することによりビッカース硬さが大きくなることが分かった。 From FIG. 1, in the aluminum alloy or aluminum alloy for heat treatment in which the addition amount of the a metal is larger than the addition amount of the b metal (a metal> b metal), the heat treatment is performed without heat treatment or the HP satisfies 7800 to 9500. It was found that the Vickers hardness was increased by performing the heat treatment at the temperature T and the heat treatment time t. Further, from FIG. 1, in the aluminum alloy for heat treatment in which the addition amount of the b metal is larger than the addition amount of the a metal (a metal <b metal), the heat treatment is performed at the heat treatment temperature T and the heat treatment time t in which the HP satisfies 9500 to 14000. As a result, it was found that Vickers hardness increased.
図２より、本発明によるアルミニウム合金では、高温ビッカース硬さが大きくなることが分かった。 FIG. 2 shows that the aluminum alloy according to the present invention has high Vickers hardness at high temperature.
３．ミクロ組織試験
熱処理後サンプル（実施例９）について、日本電子製ＴＥＭ Ｇｒａｎｄ−ＡＲＭ、加速電圧３００ｋＶ、スポットサイズ６Ｃ、カメラ長１０ｃｍ、及びＪＥＯＬ製ＥＤＸ ＪＥＤ−２３００、Ｔｈｅｒｍｏｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製アナライザーＮＳＳを用いて、Ａｌ母相中に析出した微細な粒子を観察した。結果を図３に示す。図３中の矢印は、微細な粒子を示す。
3. Microstructure Test For the sample after heat treatment (Example 9), using a JEOL TEM Grand-ARM, an acceleration voltage of 300 kV, a spot size of 6 C, a camera length of 10 cm, and an analyzer NDX EED JED-2300 and an analyzer NSS manufactured by Thermofisher Scientific, Fine particles precipitated in the Al matrix were observed. The results are shown in FIG. Arrows in FIG. 3 indicate fine particles.
図３より、実施例９では、熱処理後に、Ａｌ母相中に、１ｎｍ〜１０ｎｍ（ＴＥＭを用いた画像解析）の微細な粒子が析出していることが確認できた。 From FIG. 3, in Example 9, it was confirmed that fine particles of 1 nm to 10 nm (image analysis using a TEM) were precipitated in the Al matrix after the heat treatment.
Claims (8)
ａ金属の含有量が、金属として、熱処理用アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の含有量が、金属として、熱処理用アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
常温でのビッカース硬さが、１５０ＨＶ以上である
熱処理用アルミニウム合金。 At least one metal (a metal) selected from the group a consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn); iron (Fe); nickel (Ni) ), Zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and at least one metal selected from the group b consisting of tungsten (W) (b metal).
a content of the metal is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy for heat treatment;
b The content of the metal is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy for heat treatment;
An aluminum alloy for heat treatment having a Vickers hardness at room temperature of 150 HV or more.
（ｉ）アルミニウム（Ａｌ）と、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを混合して、合金溶湯を調製するステップであって、
ａ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であるステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を、１,０００Ｋ／秒以上の冷却速度で急冷凝固して、熱処理用アルミニウム合金を調製するステップと、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）のステップで調製した熱処理用アルミニウム合金を熱処理してアルミニウム合金を製造するステップであって、
以下の式
ＨＰ＝Ｔ×（２０＋ｌｏｇｔ）
［式中、ＨＰは、ホロモン・ジャッフェ・パラメーターであり、Ｔは、熱処理温度（単位：Ｋ）であり、ｔは、熱処理時間（単位：時間）である］
により表されるＨＰが、７８００〜１４０００を満たす熱処理温度Ｔと熱処理時間ｔで熱処理を行うステップと、
を含む方法。 A method of manufacturing an aluminum alloy,
(I) aluminum (Al) and at least one metal (a metal) selected from a group consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti) and manganese (Mn); , Iron (Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo) and tungsten (W) by mixing with at least one metal (b metal) selected from the group b. A step of preparing a molten alloy,
a The amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as a metal;
(b) a step in which the amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as the metal;
(Ii) rapidly solidifying the molten alloy prepared in step (i) at a cooling rate of 1,000 K / sec or more to prepare an aluminum alloy for heat treatment;
(Iii) heat treating the aluminum alloy for heat treatment prepared in the step (ii) to produce an aluminum alloy,
The following formula HP = T × (20 + logt)
[Wherein HP is the holomone-Jaffe parameter, T is the heat treatment temperature (unit: K), and t is the heat treatment time (unit: hours)]
Performing a heat treatment at a heat treatment temperature T and a heat treatment time t satisfying HP of 7800 to 14000,
A method that includes
（ｉ）アルミニウムと、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）及びマンガン（Ｍｎ）からなるａ群から選択される一種以上の金属（ａ金属）と、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなるｂ群から選択される一種以上の金属（ｂ金属）とを混合して、合金溶湯を調製するステップであって、
ａ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ｂ金属の添加量が、金属として、アルミニウム合金の全質量に基づいて、１質量％以上であり、
ａ金属の添加量が、ｂ金属の添加量よりも多いステップと、
（ｉｉ）（ｉ）のステップで調製した合金溶湯を、１,０００Ｋ／秒以上の冷却速度で急冷凝固して、アルミニウム合金を製造するステップと、
を含む方法。 A method of manufacturing an aluminum alloy,
(I) aluminum, one or more metals (a metal) selected from the group a consisting of magnesium (Mg), copper (Cu), silicon (Si), titanium (Ti), and manganese (Mn); Fe), nickel (Ni), zirconium (Zr), cobalt (Co), molybdenum (Mo), and at least one metal selected from the group b consisting of tungsten (W) (metal b) to form an alloy Preparing a molten metal,
a The amount of the metal added is 1% by mass or more based on the total mass of the aluminum alloy as a metal;
b The amount of the metal added is 1% by mass or more as a metal based on the total mass of the aluminum alloy;
a step in which the added amount of the a metal is larger than the added amount of the b metal;
(Ii) rapidly solidifying the molten alloy prepared in step (i) at a cooling rate of 1,000 K / sec or more to produce an aluminum alloy;
A method that includes
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