JPH0641702A - 高強度アルミニウム合金 - Google Patents
高強度アルミニウム合金Info
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Abstract
添加元素とAl並びに希土類元素以外の元素からなる第
二添加元素とから構成される準結晶を含む非晶質相と、
前記主元素、第一添加元素および第二添加元素を含み、
これらの元素を過飽和に固溶した結晶質相とからにな
り、準結晶を含む非晶質相が体積率で60〜90%であ
る合金である。添加元素の添加割合は図1に示す斜線の
範囲内より好ましきは一点鎖線の範囲内である。
Description
晶質相が網目状に取り囲むことにより、強度を向上させ
た高強度アルミニウム合金に関する。
強度アルミニウム合金として、特開平3−260037
号、同4−41654号がある。これらの合金は非晶質
マトリックス中に微細結晶質粒子を分散させた高強度合
金である。しかしながら、これらの合金は結晶質相が体
積率で40%未満であり、マトリックスを形成する非晶
質相の不安定性、非晶質相特有が示す脆性に改善の余地
を残している。また、非晶質相を主体にした構造を持つ
ため、還移金属及び希土類元素からなる添加元素を多量
に含むことが避けられず、密度が増大する傾向を持って
いる。
質粒子の分散による高強度合金は結晶質相の全体積が体
積率で40%までであり、残りの大部分は非晶質相から
構成されている。これらの合金で結晶質相の体積を40
%までに限定される理由は、40%を超えると有害な金
属間化合物を形成するためである。本発明は金属間化合
物の一種である準結晶を非晶質相に微細に分散させ、結
晶相中に他の有害な金属間化合物の発生をおさえ、靭性
および強度にすぐれた材料を製造しようとするものであ
る。
を主元素とし、希土類元素からなる第一添加元素と、ア
ルミニウム並びに希土類元素以外の元素からなる第二添
加元素とから構成される準結晶を含む非晶質相と、前記
主元素、第一添加元素および第二添加元素を含み、これ
らの元素を過飽和に固溶した結晶質相とからなり、準結
晶を含む非晶質相が体積率で60〜90%である高強度
アルミニウム合金である。結晶質相に対して準結晶を含
む非晶質相が均一に分散されており、準結晶を含む非晶
質相を実質的に結晶質相が取囲むようにして網目状に存
在するものであるとよい。
非晶質合金が既に報告されている。これらの合金は加熱
するとその合金に特有の結晶化温度(Tx)で結晶化す
ることが知られている。しかしながら、この結晶化に際
してアルミニウムマトリックスの析出と同時に有害な金
属間化合物が発生し、合金の脆化が生じる。本発明は、
主元素及び添加元素からなる種々の金属間化合物の発生
を準結晶として非晶質相内へ微細に分散させるにとど
め、主元素の結晶に合金添加元素を過飽和に固溶した結
晶質相中に準結晶を含む非晶質相からなる粒子を多量に
析出、分散させることにある。適当な組成の主元素と添
加元素からなる均一に溶融混合された溶湯を急冷によっ
て凝固させると、添加元素を過飽和に固溶した主元素か
らなる網状の結晶質相と準結晶を含む微細な非晶質相の
混合相が得られる。急冷によれば結晶質相に於いても結
晶粒の微細化及び添加元素のマトリックス中への過飽和
な固溶が可能であるが、本発明の合金は体積率で60〜
90%の準結晶を含む非晶質相を含み結晶質と非晶質の
混合相から構成されている。しかも準結晶は数nm以下
の粒径であり、非晶質粒子中に均一に分散されている。
この複合効果が本発明の合金が高強度を示す要因であ
る。
ムを含む一種又は二種以上の希土類元素又はMmであ
り、第二添加元素はFe、Mn、CrおよびVから選ば
れる一種又は二種以上の元素である。
添加元素の含有量yat%と第二添加元素の含有量xa
t%の関係を示す図1において、x=0.5〜8、y=
0.5〜6の範囲で、かつ、点(x=0、y=6.5)
と点(x=10、y=0)とを結ぶ線、並びに点(x=
0、y=4)と点(x=7、y=0)とを結ぶ線で仕切
られた、図1の斜線で囲む範囲内の添加割合の添加元素
を含むものである。添加元素のさらに好適な割合は、図
1において、x=3〜7の範囲で、かつ、点(x=0、
y=5.5)と点(x=10、y=0)とを結ぶ線並び
に点(x=0、y=4.5)と点(x=8.5、y=
0)とを結ぶ線で仕切られた1点鎖線範囲内の添加割合
を有するものである。
範囲は、0.5≦x≦8、0.5≦y≦6、y≦−(1
3/20)x+6.5、y≧−(4/7)x+4の範囲
にある。y>6、x>8、y>−(13/20)x+
6.5の範囲領域では非晶質または非晶質と結晶質の混
合相になるが脆化するとともに、合金の比重が増加し本
発明の目的に沿わない。また、y<0.5、x<0.
5、y<−(4/7)x+4の範囲領域では非晶質を含
むことが出来ず強度が低下するからである。第一添加元
素のYを含む希土類元素及びMmは非晶質相形成能を高
め、非晶質相を高温まで安定に保つ働きをする。第二添
加元素であるFe、Mn、Cr及びVは第一添加元素と
共存して非晶質形成能を高める働きをすると同時に結晶
質相に過飽和に固溶してマトリックスの強度を高め、さ
らにアルミと結合して準結晶を形成する。更により好ま
しくは、図1に示す一点鎖線で示す領域(3≦x≦7、
y≦−(11/20)x+5.5、y≧−(9/17)
x+4.5)である。この範囲は主元素及び添加元素の
相互作用から得られる合金の強度が950MPa以上を
示す領域である。本発明の合金の結晶質中に均一に分散
する準結晶を含む非晶質相の平均粒径は10〜500n
mである。請求項に示す様に本発明合金は従来のAl系
非晶質合金に比較して溶質濃度が低く抑えられている。
より安定な非晶質相を作製しようとすると本発明合金の
溶質濃度より高い方が有利であるが、その場合は主元素
と添加元素または添加元素同士で形成する有害な金属間
化合物が析出し易く、材料の脆化を招く原因になる。本
発明合金は合金作製時の急冷凝固またはその後の熱履歴
による非晶質相の分解によって準結晶を含む非晶質相が
形成され、その周囲を囲むようにして網状のAl結晶相
(FCC相)を析出するが、準結晶は主に主元素である
アルミと第二添加元素、非晶質相はアルミと第一添加元
素、第二添加元素の共存がその形成要因となっている。
合金によって異なるが準結晶を含む非晶質相の平均粒径
が500nm以下程度に調整されているのが本合金の特
徴である。準結晶はその特性からほとんど変形しない粒
子で金属間化合物の一種であるが、非晶質相に均一微細
に分散していることから脆性を示さないものと考えられ
る。
0〜90%としたのは本発明の組成範囲では90%超え
ると非晶質相の溶質濃度が金属間化合物の晶出または析
出しない範囲を超える為であり、60%未満になる微細
結晶粒の分散強化の効果が薄れるためである。
スピニング装置、高圧ガスアトマイザー、その他の一般
的にしられた非晶質合金製造方法または急冷方法で製造
できる。また、液体急冷装置で製造された本発明の非晶
質合金をその後のバルク化または成形などの目的で加工
する場合の加熱処理によっても製造可能である。
で溶製し、一般的に用いられる単ロール式液体急冷装置
(メルトスピニング装置)によって薄帯(厚さ:20μ
m、幅:1.5mm)を製造した。その際のロールは直
径200mmの銅製、回転数は4000rpm、雰囲気
は10-3torr以下のArである。
法(ディフラクトメーター)によって構造分析を、透過
型電子顕微鏡によって結晶相の体積率を、ビッカース微
小硬度計(荷重20g)によって硬度を、インストロン
型引張試験機によって強度を、示差走査熱分析装置によ
って急冷相の分解温度を測定した結果を同様に表1に示
す。X線回折の結果何れの薄帯も晶出相はAl相(FC
C相)のみであった。透過型電子顕微鏡による観察では
準結晶を含む非晶質相の平均粒径は何れも100nm以
下であり、個々の結晶粒は幅数nmの結晶質相(FCC
−Al相)に囲まれた独立した準結晶を含む非晶質相で
あり、準結晶を含む非晶質相の体積率はほぼ80%前後
であった。電子線回析によれば非晶質粒子には、Al−
Mn系の準結晶が含まれていることが確認された。硬度
は何れも350(DPN)以上と高硬度である。引張強
度は何れも780MPa以上と高強度を示すが特にAl
92Ce2Mn6は1360MPaと高強度を示す。また、
これらの薄帯の急冷相の分解温度を示差走査熱分解装置
で調べた結果を表1に示す。分解温度は毎分40Kで昇
温したときの最初のピークの立ち上がり温度であるが、
何れも500K以上であり高温まで安定であることが分
かる。
nm以下の微細準結晶を含む非晶質粒が結晶質相に囲ま
れた形をとり、硬度、強度、熱安定性に優れた材料であ
ることが分かる。
と同様の手法で薄帯を製造し、機械的に粉砕して10μ
m以下の粉末にした。この粉末を外径25mm、長さ4
0mm、厚さ1mmのアルミニウム缶に充填し、ホット
プレスで523Kの温度下10-2torrで一時間脱気
した後、面圧40kgf/mm2でプレスし、押出用ビ
レットとした。このビレットを加熱炉に於いて603K
に加熱し同じ温度で毎分20mmの速度(押出材の速
度)で押出し、直径10mmの押出棒にした。この押出
材を旋盤により測定部直径6mm、平行部25mmの引
張試験片に加工した。この試験片を室温に於いて強度を
測定した。
張強度935MPa、Al92Mm2Fe6のそれは960
MPaであった。押出材の透過型電子顕微鏡による観察
の結果、ミクロ組織は薄帯と有意差は見られなかった。
合金が得られる。
示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 アルミニウムを主元素とし、希土類元素
からなる第一添加元素と、アルミニウム並びに希土類元
素以外の元素からなる第二添加元素とから構成される準
結晶を含む非晶質相と、前記主元素、第一添加元素およ
び第二添加元素を含み、これらの元素を過飽和に固溶し
た結晶質相とからなり、準結晶を含む非晶質相が体積率
で60〜90%であることを特徴とする高強度アルミニ
ウム合金。 - 【請求項2】 結晶質相に対して準結晶を含む非晶質相
が均一に分散されている請求項1記載の高強度アルミニ
ウム合金。 - 【請求項3】 結晶質相が実質的に準結晶を含む非晶質
を取囲むようにして網目状に存在する請求項1記載の高
強度アルミニウム合金。 - 【請求項4】 第一添加元素がイットリウムを含む一種
又は二種以上の希土類元素又はミッシュメタル(Mm)
であり、第二添加元素がFe、Mn、CrおよびVから
選ばれる一種又は二種以上の元素である請求項1記載の
高強度アルミニウム合金。 - 【請求項5】 第一添加元素の含有量yat%と第二添
加元素の含有量xat%の関係を示す図1において、x
=0.5〜8、y=0.5〜6の範囲でかつ点(x=
0、y=6.5)と点(x=10、y=0)とを結ぶ
線、並びに点(x=0、y=4)と点(x=7、y=
0)とを結ぶ線で仕切られた、図1の斜線で囲む範囲内
の添加割合を有する請求項1記載の高強度アルミニウム
合金。 - 【請求項6】 図1において、x=3〜7の範囲で、か
つ、点(x=0、y=5.5)と点(x=10、y=
0)とを結ぶ線並びに点(x=0、y=4.5)と点
(x=8.5、y=0)とを結ぶ線で仕切られた1点鎖
線範囲内の添加割合を有する請求項1記載の高強度アル
ミニウム合金。 - 【請求項7】 準結晶を含む非晶質相の粒径が10〜5
00nmである請求項1ないし6記載の高強度アルミニ
ウム合金。
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