JPS60208443A - アルミニウム合金材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム合金材、特に耐摩耗性、低熱膨
張性、高温強度並びに耐熱性に優れたアルミニウム合金
材に関するものである。

内ｔＰＡｍ関のシリンダーブロック、シリンダーライｌ
−一やピストン、更にはコンプレッサのへ−ン材等にお
いては、耐摩耗性、低熱膨張特性、高温強度或いは耐熱
性に優れる等の特性が必要とされる。また、これらの材
料をアルミニウム合金にて製作するようにすれば、その
軽量化や高速化等の重要な利点が生ずる。

しかしながら、上記のような要求特性を併わせ持つアル
ミニウム合金として、未だ充分なものはなく、従って上
記用途にアルミニウム合金材を使用することができなか
ったり、その使用条件に制約が加わる等の問題を内在し
ている。例えば、耐摩耗性、低熱膨張性に優れた合金材
料として、本願出願人は、先に特願昭５８−１９８３３
８号として、Ｓｉ粒子が微細に分散したＡｌ−１４〜３
０％５ｉ−０，５〜５％Ｃｕ　−０，３〜３％Ｍｇ合全
Ｍｇ唱したが、この合金とても、その耐熱性、高温強度
が充分でないのである。

また、耐摩耗性、低熱膨張性、高温強度に優れた合金と
して、展伸材ではＡ４０３２合金（八β＝■２％５ｔ−
０，９％Ｃｕ−１，１％Ｍ　ｇ−０，９％Ｎ＋）、鋳物
材ではＡ３９０合金（／１−１７％５ｉ−４，５％Ｃｕ
　−０，６％Ｍｇ）が知られているが、これらの合金で
あっても、２００℃を越える高温下での強度が充分でな
く、その使用に際しては、使用条件、例えば回転数等に
大きな制約を受り′ζいる。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にしζ為さ
れたものであって、その目的とするところは、優れた耐
摩耗特性、低熱膨張特性、高温強度特性及び耐熱特性を
併わせ有するアルミニウム合金材を提供することにある
。

そして、かくの如き目的を達成するために、本発明にあ
っては、重量基準で、Ｓｉ：１５〜３５％、Ｃｕ：０．
５〜ｌＯ％、Ｍｇ１．３〜６％およびＭｎ：０．３〜４
％を含むと共に、必要に応じてＦｅ：０．３〜９％及び
／又はＮｌ：０．３〜９％を（Ｆ６＋ＮＩ）量が１．０
〜１０％となるように含み、且つ残部がＡＩおよび不可
避的不純物からなる合金組成を有し、８１粒子の平均粒
径が５μｍ以Ｆ、平均粒子間距離が１０μｍ以下である
ように、アルミニウム合金材を構成したのである。

このような本発明に従うアルミニウム合金材の構成を採
用することによって、初めて、優れた耐摩耗性、低熱膨
張性、高温強度および耐熱性を併わせ持つアルミニウム
合金材が製造され得たのであり、またそれは耐焼付性に
も優れたものであって、このために内燃機関のシリンダ
ーブロック、シリンダーライナーやピストン、或いはコ
ンプレッサのベーン材等において、従来のアルミニウム
合金が使用できなかった部位や使用条件に制約のあった
部位に、本発明のアルミニウム合金材が好適に使用され
得、以てその軽量化や高速化に寄与し、その技術的価値
を高め、また大きな経済的効果を奏し得るのである。

ところで、かくの如き本発明におけるアルミニウム合金
材の合金成分において、Ｓｉ（ケイ素）は、その添加に
よって、目的とする合金材の耐摩耗特性、耐焼付特性を
著しく向上させ、また熱膨張係数を低下せしめる。この
Ｓｉの添、加効果を充分に奏せしめるためには、その添
加量が少なくとも１５％（重量基準、以下同じ）以上と
なるようにする必要があるが、Ｓｉの余りにも多量の添
加は、切削性が低下し、切削バイトの寿命に悪影響をも
たらし、また被切削面の面粗度が粗くなる等の問題を生
ずるところから、その添加量の上限は３５％である。

また、本発明に従うアルミニウム合金材におけるＣｕ（
銅）は、Ｍｇと共存して、合金に時効硬化性を付与し、
常温強度、耐摩耗性を向上せしめる。また、固溶硬化に
より、高温強度を向上させる特徴を有する。なお、これ
らの効果は、Ｃｕの添加量が０．５％未満では充分でな
く、またＣｕの添加量が１０％を越えるようになると、
それらの効果は飽和するようになり、また材料の耐食性
が害される等の問題を発生する。

さらに、本発明における主要な合金成分の一つたるＭｇ
（マグネシウム）は、Ｃｕと共に、時効硬化性を付与し
、常温強度、耐摩耗性を向上させ、また固溶硬化により
材料の高温強度を向上せしめる。この効果は、０．３％
未満のＭｇの添加量では充分でなく、またその添加量が
６％を越えるようになると、その効果は飽和するように
なり、また延性が低下する等の問題を惹起する。

更にまた、本発明における主要合金成分の他の一つたる
Ｍｎ（マンガン）は材料の耐熱性を向上させ、また高温
強度を高めるものである。この添加量が少ない場合には
、効果が充分でなく、他方それを多量に添加すれば、効
果が飽和するばかりでなく、延性が著しく低下する。こ
れらの効果を得るためのＭｎの添加量は０．３〜４％で
あり、好ましくは０．３〜３％である。

そして、かかる主要四元素（Ｓｔ、Ｃｕ、Ｍｇ。

Ｍ　ｎ　）からなる合金成分の他に、本発明にあっては
、必要に応じて所定量のＦｅ（鉄）、Ｎｉにッケル）が
単独で若しくはそれらをＭｉの合わせて添加せしめられ
ることとなる。このＦｅ、Ｎｉは、それぞれ単独で又は
協働して、材料の耐熱性を向上させ、また高温強度を高
める効果を奏するものである。なお、これらの元素は、
その添加量があまりにも少ない場合には、その効果を充
分に発揮することができず、またそれを多量に添加して
も効果が飽和し、且つ延性の低下が著しくなるところか
ら、Ｆｅにあっては０．３〜９％、Ｎｉにあっては０．
３〜９％とする必要があり、更にこれらの元素は、その
総和（ＦｅとＮｉの合計量）が１．０〜ｌＯ％、好まし
くは２．０〜５．０とする必要がある。

また、本発明にあっては、上述の合金成分の所定橿を含
むアルミニウム合金材中に存在しているＳｉ粒子に関し
て、その平均粒径を５μｍ以下、またその平均粒子間距
離を１０μＩｎ以下とする必要があり、これによって本
発明の目的が良好に達成されるのである。けだし、Ｓｉ
粒子の平均粒径が５μｆｎを越えたり、平均粒子間距離
が１０μｎｌを越えたりすると、切削仕上がり面が不均
一となり、面１１１度がＩ’ｌｌ　くなるからであり、
また平均粒径が５μＩ１１を越えると、切削時のバイ（
・摩耗が大きくなる等の不都合が生じるからである。

また、かくの如き本発明に従うアルミニウム合金）（は
、前述の如き合金組成において、上記規定されたＳｉ粒
子ザサイズび粒子間距離を与えるように、各種の製造手
法に従って製造することが可能であるが、−ａに以下の
ような方法で製造することが望ましい。

すなわち、まず、前述の如き合金組成のアルミニウム合
金を溶製した後、得られた合金溶湯を急冷凝固させる。

この際の冷却速度は速いほど、高性能の材料を得ること
ができるところから望ましく、通常、１００℃／秒以上
の冷却速度で冷却する条件が採用されることとなる。合
金溶湯からの冷却速度が速いほど、最終製品のＳｉ粒子
のサイズが微細となり、切削性や耐摩耗性が向上するの
である。なお、具体的には、アトマイズ法や急冷凝固法
（スプラット・クーリング等）が適用され、特に前者に
おいては、合金溶湯のアトマイズ処理により、平均粒径
が２００μｍ以下のアルミニウム粉末とし°ζ取得され
ることとなる。

そして、このようにして得られたアルミニウム合金粉末
又はフレークを、所定の形状に成形するのである。具体
的には、（ａ）予備圧縮−容器封入−高温真空脱ガスー
押出し、（ｂ）予備圧縮−焼結、（Ｃ）予備圧１ｉｆｔ
−容器封入−高温真空脱カスー高温高圧圧縮加工（Ｉｔ
　Ｉ　Ｐ処理）等の工程により、成形が行なわれること
となる。更に具体的には、１）；１記（ａ）の工程にあ
っては、アルミニウム粉末を真密度の７０〜８０％程度
まで予備圧縮成形した後に、所定の容器に封入して、３
５０〜５００℃の高温に加熱し真空排気を行ない、脱ガ
ス処理を実施する。なお、この脱ガス処理が不充分な場
合には、最終製品に膨れが生じたり、ガスに起因する欠
陥が残留し、問題となる。次いで、この脱ガス処理が施
されたアルミニウム粉末の予備圧縮成形品（ビレット）
を３５０〜５００　’ｃの温度に加熱し、押出し比＝４
以上で熱間押出しを行ない、目的とする形状のアルミニ
ウム合金利を得るのである。なお、この際、押出し比が
小さい場合には、圧着が不充分となり、押出し材に欠陥
が残留して、問題となる。

また、０；１記手法（Ｃ）に従えば、上記のような押出
し工程に代わって、前記急冷凝固して得られたアルミニ
ウム粉末を、よく知られている高温高圧圧Ｉｉｄ加工（
）ＩＩＰ処理）により成形して、目的とする累月と為す
のである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例を示すが、本発明が、かかる実施例の記載に
よって何隻制限的に解釈されるものでないこと、言うま
でもないところである。なお、実施例中の合金成分の含
有割合は、何れも重量％にて示されている。

実施例 下記第１表に示される隘１〜１４の各種の組成の合金を
溶製した後、アトマイズ法により、２００℃／秒以上の
冷却速度にて、平均粒径が１２０μｍのアルミニウム合
金粉体を製造した。この粉体を用いて、これを予備圧縮
により真密度の７５％まで圧縮成形した後、アルミニウ
ム合金製の容器に封入して４５０　’ｃに加熱し、真空
排気により脱ガス処理を施した。こうして得られた直径
が１５２鶴の各種のビレットを４５０℃に加熱せしめた
後、それぞれ押出し成形せしめ、直径が４０１の棒を製
作した。

一方、第１表の陽１５〜１７の合金組成のものについて
は、その溶製の後に、連続鋳造法により直径１５２龍の
インゴットを作製し、その後、４５０℃にて押出し成形
して、直径が４０ｍｍの棒状体を製造した。

そして、これら得られた各種の棒について、それを５０
０°ｃｘ１時間の条件下に溶体化処理した後、水焼入れ
を行ない、更に１７５℃×８時間の時効処理を施した。

かくして得られた素材（棒）について、それぞれＳｉ粒
子径、粒子間距離の測定を行なうと共に、摩耗試験、引
張試験、ビッカース硬さ測定を行ない、それぞれの性能
評価を行なった。その結果を、下記第２表、第３表に示
す。

なお、かかる性能評価における摩耗試験は、大越式摩耗
試験（Ｑ重：　３．２　ｋｇ、走行速度＝１ｍ／Ｓ、走
行距離：２００ｍ）により行ない、また引張試験は、試
験温度が室温、２５０℃、３５０°Ｃの条件下に、保持
時間：１００ｈｒにて行ない、更にビッカース硬さ測定
は、そのまま（室温のまま）及び３００℃Ｘ１００ｈｒ
加熱後において行なわれた。

第　２　表 第１表〜第３表の比較から自ずから明らかなように、本
発明に従うアルミニウム合金材二階１〜１０における比
摩耗量は、比較合金：ｔＩｋｌｌ　！−１４、ぬ１５　
（Ａ４０３２）、Ｉｌ＆ｌ１６（Ａ３９０）とほぼ同等
であり、充分に小さいものであると共に、高温引張強さ
、３００℃加熱後の硬さは、比較合金に比べて大きく、
高温強度並びに耐熱性に優れていることが認められる。

出願人　住友軽金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鍬■基準で、Ｓｉ：１５〜３５％、Ｃｕ：０．５〜１０
   ％、Ｍｇ：０．３〜６％およびＭｎ：０．３〜４％を含
   むと共に、必要に応じてＦｅ：０．３〜９％皮び／又は
   Ｎｉ：０．３〜９％を（Ｆｅ＋Ｎｉ）量も（１，０〜１
   ０％となるように含み、且つ残部がＡＱおよび不可避的
   不純物からなる合金組成を有し　Ｓｉ粒子の平均粒径が
   ５μＩｎ以下、平均粒子間＋／ｐ　ｗｔが１０μｍ以下
   であることを特徴とする耐摩耗性、低熱膨張性、高温強
   度並びに耐熱性に優れたアルミニウム合金材。