JP2849920B2

JP2849920B2 - 高強度高靭性アルミニウム合金の製造方法

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Publication number: JP2849920B2
Application number: JP9702589A
Authority: JP
Inventors: 健増本; 迪夫菊地; 明久井上; 弘幸堀村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH02274834A

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は高強度高靭性アルミニウム合金の製造方法に
関する。

（２）従来の技術従来、この種合金として、機械的特性等を改善する目
的で、組織を微細化した急冷凝固アルミニウム合金が知
られている。

（３）発明が解決しようとする課題しかしながら前記従来合金は、高硬度ではあるが低靭
性であるため、適用範囲が狭く、汎用性に欠けるという
問題がある。

本発明は前記に鑑み、比較的硬度が高く、且つ優れた
靭性を有すると共に、汎用性のあるアルミニウム合金を
得ることのできる前記製造方法を提供することを目的と
する。

B.発明の構成（１）課題を解決するための手段本発明に係る高強度高靭性アルミニウム合金の製造方
法は、化学式:Al_aFe_bY_cで表わされ、a,b,cがそれぞれ原
子％で、90＜ａ＜94、３＜ｂ＜７、１＜ｃ＜６であり、
且つ非晶質相と過飽和固溶体とが混在した金属組織を有
するアルミニウム合金素材に、350〜400℃にて熱処理を
施すことにより、前記金属組織を、各相の大きさが0.4
μｍ以下である、金属間化合物を含む複相組織に変換す
ることを特徴とする。

（２）作用前記製造方法によれば、前記のように特定された組成
および金属組織を備えることによって、比較的高硬度
で、且つ高靭性であり、また高い引張強さを有するアル
ミニウム合金を容易に得ることができる。またアルミニ
ウム合金素材は高靭性であるから熱間成形性が良好であ
り、したがって合金製造と同時に成形を行うことも可能
である。たゞし各化学成分の配合割合が前記範囲を逸脱
すると、アルミニウム合金が高硬度で、且つ脆弱になる
か、または高靭性ではあるが低硬度になる。

（３）実施例アルミニウム合金の製造に当っては次のような方法が
採用された。

即ち、アーク溶解によりAl−Fe−Ｙ系母合金を溶製
し、次いでAr雰囲気中での単ロール法（直径250mmの銅
製ローラ、回転数4000rpm）により一次組織を持つリボ
ン状アルミニウム合金素材（以下、１次合金と称す）を
製造し、その後１次合金に真空下で熱処理を施して二次
組織を持つリボン状アルミニウム合金（以下、２次合金
と称す）を得る。

表Ｉは各種１次,2次合金の組成および各種物性を示
す。

表Ｉにおいて、２次合金（１）〜（11）が実施例によ
るアルミニウム合金であり、他の２次合金（12）〜（2
7）が比較例によるアルミニウム合金である。

各１次,2次合金（１）〜（27）のビッカース硬さはマ
イクロビッカース硬度計を用いて測定された。

また密着曲げ試験は、第１図に示すようにリボン状の
２次合金Ａを、それの両端部Aa,Abを把持して折曲げ、
中央部分が破断したときの、その中央部分外周面に生じ
る円弧Acの直径ｌを測定することにより行われた。この
密着曲げ試験の測定値は、破断ひずみ（εｆ）として表
わされ、２次合金Ａの厚さをｔとしたとき破断ひずみ
（εｔ）は、εｆ＝t/（ｌ−ｔ）となる。

密着曲げ可能状態は、２次合金Ａが破断せずにその両
端部Aa,Abが密着した状態であって、このときの破断歪
（εｆ）は、εｆ＝t/（2t−ｔ）＝１である。表Ｉにお
いて、「○」は密着曲げが可能であることを示し、また
「×」は密着曲げが不可能であることを示す。

第２図は、１次合金（１）〜（27）におけるFeおよび
Ｙの配合割合とビッカース硬さとの関係を示す。図中、
点（１）〜（27）は１次合金（１）〜（27）に対応し、
また各点（１）〜（27）近傍の数値はビッカース硬さ
（Hv）を示す。

表Ｉおよび第２図に示すように、１次合金（１）〜
（11）は、Al_aYe_bF_cにおいて、a,b,cがそれぞれ原子％
で、90＜ａ＜94、３＜ｂ＜７、１＜ｃ＜６の条件を満足
しており、また非晶質相と過飽和固溶体とが混在した金
属組織を有する。これら１次合金（１）〜（11）は、ビ
ッカース硬さ（Hv）が250≦Hv≦400であって高硬度であ
るが高靭性であるため、熱間成形性が良好となり、また
引張強さも向上している。

１次合金（12），（13），（15）〜（24）は、非晶質
相と過飽和固溶体とが混在した金属組織を有する。この
場合、１次合金（12），（13）はFeおよびＹの配合割合
が小さいので引張強さが低く、一方、１次合金（15）〜
（24）は高硬度であり、且つ脆弱である。

また１次合金（14）は過飽和固溶体であって、高靭性
ではあるがFeおよびＹの配合割合が小さいので引張強さ
が低い。

さらに１次合金（25）〜（27）は非晶質相であって、
高靭性ではあるが低硬度である。

第３図は、２次合金（１）〜（27）におけるFeおよび
Ｙの配合割合とビッカース硬さとの関係を示す。図中、
点（１）〜（27）は２次合金（１）〜（27）に対応し、
また各（１）〜（27）近傍の数値はビッカース硬さ（H
v）を示す。

表Ｉおよび第３図に示すように、実施例による２次合
金（１）〜（11）は、Al_aFe_bF_cにおいて、a,b,cがそれ
ぞれ原子％で、90＜ａ＜94、３＜ｂ＜７、１＜ｃ＜６の
条件を満足し、また熱処理により相分解が行なわれて、
各相の大きさが0.4μｍ以下である微細な複相組織が出
現し、その結果、ビッカース硬さ180以上と比較的硬度
であって、引張強さも向上しており、その上密着曲げ試
験結果より高靭性であることが明らかである。

比較例による２次合金（12）〜（14）、（16）〜（1
9）は高靭性ではあるが低硬度であり、また２次合金（1
5），（20）〜（27）は高硬度であって低靭性である。

第4,第５図は、１次合金に対する熱処理温度と、２次
合金の破断ひずみ（図中、線ｘ）およびビッカース硬さ
（図中、線ｙ）との関係を示す。第４図は実施例による
２次合金（８）〔Al₉₂Fe₅Y₃〕に、第５図は比較例によ
る２次合金（26）〔Al₉₀Fe₅Y₅〕にそれぞれ該当する。
熱処理条件は、各温度にて１時間加熱、その後徐冷であ
る。

第４図線ｘから明らかなように、２次合金（８）の場
合は、熱処理温度300℃にて破断ひずみが最低値となる
が、それ以上の熱処理温度域では相分解が行われて微細
な複相組織が出現するので破断ひずみが上昇し、熱処理
温度を350〜400℃の範囲に設定することによって破断ひ
ずみεｆ＝１に回復し、したがって高靭性となる。

また第４図線ｙから明らかなように、ビッカース硬さ
については熱処理温度300℃にて最高値となり、それ以
上の熱処理温度域ではビッカース硬さが低下するが、熱
処理温度350〜400℃においては200以上の値を有し、し
たがって比較的高硬度である。

一般に、アルミニウム合金を用いた粉末冶金分野で
は、300〜450℃にて素材の脱ガス処理および熱間押出し
加工等の熱間成形作業を行うので１次合金（８）の場合
は、前記熱処理温度350〜400℃を脱ガス温度および熱間
成形温度に設定することによって、２次合金（８）の製
造と同時にその高靭性を利用して低圧力下にて成形作業
を行うことが可能となり、また２次合金（８）は高強度
高靭性といった機械的特性を備えている。

第５図において、２次合金（26）の場合は、線ｘから
明らかなように一旦低下した破断ひずみはεｆ＝１には
回復せず、したがって前記２次合金（８）に比較して靭
性が低い。

第６図は１次合金（８）および２次合金（８）の金属
組織を示す透過型電子顕微鏡写真であり、同図（ａ）は
１次合金（８）に該当し、また同図（ｂ）は２次合金
（８）において熱処理条件を温度350℃、１時間に設定
した場合に、さらに同図（ｃ）は２次合金（８）におい
て熱処理条件を温度500℃、１時間に設定した場合にそ
れぞれ該当する。

第６図（ａ）から明らかなように、１次合金（８）は
非晶質相と過飽和固溶体とが混在した微細な金属組織を
有する。

また同図（ｂ）から明らかなように、２次合金（８）
においては、熱処理条件を前記のように特定することに
より相分解が行われて微細な複相組織が出現している。
この場合、高強度高靭性の面から各相の大きさは0.4μ
ｍ以下であることが望ましい。

さらに同図（ｃ）においては、熱処理温度が高いため
に成長が起って金属組織が粗大化することが明らかであ
る。これは、第４図線ｘからも分かるように２次合金
（８）の低靭性化および低硬度化を招来する。

表IIは、各種２次合金の複相組織における同定金属間
化合物と、未同定金属間化合物（unidentified compoun
d、表中、u.i.c）を示す。表IIにおいて、「○」は金属
間化合物が存在することを示す。

第７図は２次合金（８）において、熱処理温度を300
℃に設定したときの時間と破断ひずみとの関係を示す。
同図より、熱処理温度を300℃と低く設定しても、30時
間以上加熱することにより、相分解の発生による破断ひ
ずみの回復が認められる。

第８図は、Heアトマイズ法を適用して得られた粉末状
１次合金（８）における粒径とビッカース硬さとの関係
を示す。点ｚは、単ロール法により得られリボン状１次
合金（８）のビッカース硬さを示す。

この粉末状１次合金（８）の粒径が25μｍよりも小さ
い場合（即ち、粒径＜25μｍ、Hv≧250）には、粉末状
１次合金（８）の金属組織は、大部分が過飽和固溶体で
あり、前記リボン状１次合金（８）と同等であることが
確認された。

前記粉末状１次合金（８）を、400℃まで加熱した
後、熱間押出し加工を行って直径10mm、長さ180mmの丸
棒状２次合金（８）を得たところ、その２次合金（８）
の引張強さは約90kg f/mm²で、またシャルピー衝撃値は
約1.3kg−m/cm²であった。このシャルピー衝撃値は、通
常の急冷凝固アルミニウム合金の0.3〜0.5kg−m/cm²に
比べて優れている。これは前記２次合金（８）の高硬度
高靭性に起因する。

また熱間押出し加工において、押出圧は50〜80kg f/m
m²であり、通常の急冷凝固アルミニウム合金の80〜100k
g f/mm²に比べて低下している。これは前記２次合金
（８）の前記温度における高靭性化に起因する。

表IIIは、過飽和固溶体である他の２次合金の組成と
相分解温度を示す。

表IIIより明らかなように各２次合金（Ａ）〜（Ｆ）
は相分解温度が低く、したがって実施例による２次合金
（８）に比べて脱ガス処理および熱間成形性の点におい
て劣る。

C.発明の効果本発明によれば、前記のように特定された組成および
金属組織を備えることによって、高強度で、且つ高靭性
であると共に、汎用性を持つアルミニウム合金を容易に
製造することができる。

また本発明によれば、前記アルミニウム合金を容易に
製造することができる。その上、アルミニウム合金素材
は熱間成形性が良好であるから合金製造と同時に成形を
行ってアルミニウム合金に所定の形態を付与することが
できる。その成形に当っては、熱間成形圧力を低くし得
るので、製造設備の小形化および設備コストの低減を図
り、延いてはアルミニウム合金の製造コストを安価にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は密着曲げ試験法の説明図、第２図は１次合金に
おけるFeおよびＹの配合割合とビッカース硬さとの関係
を示すグラフ、第３図は２次合金におけるFeおよびＹの
配合割合とビッカース硬さとの関係を示すグラフ、第4,
第５図は二種の２次合金における熱処理温度と、破断ひ
ずみおよびビッカース硬さとの関係を示すグラフ、第６
図（ａ）は１次合金の金属組織を示す顕微鏡写真、第６
図（ｂ），（ｃ）は２次合金の金属組織を示す顕微鏡写
真、第７図は２次合金における熱処理温度を300℃に設
定した場合の熱処理時間と破断ひずみとの関係を示すグ
ラフ、第８図は粉末状１次合金の粒径とビッカース硬さ
との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｂ (72)発明者堀村弘幸埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−248860（ＪＰ，Ａ) 特開平１−275732（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22F 1/04 C22C 21/00 - 21/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】化学式:Al_aFe_bY_cで表わされ、a,b,cがそれ
ぞれ原子％で、90＜ａ＜94、３＜ｂ＜７、１＜ｃ＜６で
あり、且つ非晶質相と過飽和固溶体とが混在した金属組
織を有するアルミニウム合金素材に、350〜400℃にて熱
処理を施すことにより、前記金属組織を、各相の大きさ
が0.4μｍ以下である、金属間化合物を含む複相組織に
変換することを特徴とする高強度高靭性アルミニウム合
金の製造方法。