JPS6157380B2

JPS6157380B2 -

Info

Publication number: JPS6157380B2
Application number: JP14916183A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Shioda; Shunsuke Suzuki; Akira Matsuyama; Yoshihiro Marai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1986-12-06
Also published as: JPS6043453A; EP0137180B1; EP0137180A1; DE3475798D1

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）この発明は、常温のみならず高温においても高
強度を有し、例えばエンジン部品のように常温お
よび高温において高強度が要求される部品の素材
として利用することができる耐熱アルミニウム合
金に関するものである。（従来技術）近年、とくに自動車の燃料経済性向上が強く求
められるようになつてきており、このための一つ
の手段として、自動車の軽量化が進められてい
る。このような自動車部品の軽量化に伴つて、ア
ルミニウム合金の用途も拡大されてきているが、
例えばエンジン部品の中でもとくに常温のみなら
ず常温から250℃程度までの広い温度域で高強度
をもつことが要求されている部品については従来
のアルミニウム合金材を適用することは困難であ
つた。すなわち、AA規格7075材のような高力アルミ
ニウム合金では、常温においては比較的良好な強
度特性を有しているが、常温から200℃に至るま
での間で強度が急激に低下するという欠点がある
ため、この点でエンジン部品の素材として不十分
であり、またAA規格2218材のような耐熱アルミ
ニウム合金では、高温強度は優れているものの常
温での強度が低いという欠点があるため、これも
またエンジン部品の素材としては不十分であつ
た。そこで、本発明者らの一部は上記問題点に着目
し、先に、重量％で、Mn：６〜10％、Fe：0.5〜
４％、Zr：0.03〜0.5％、Cu：0.5〜２％、Mg：
0.5〜3.5％およびSi、Znの１種または２種：0.5〜
２％、残部Alおよび不純物よりなる耐熱アルミ
ニウム合金を発明した（特願昭57−80290号明細
書）。ところで、上記発明による合金は、Al−Mn系
の強制固溶体あるいは微細な準安定相の熱に対す
る安定度が高いということから、共晶組成以上の
Mnを含むアルミニウム合金に着目して開発され
たものである。この場合、６〜10重量％のMnお
よび0.5〜４重量％のFeを偏析させることなくAl
に強制固溶あるいは金属間化合物の形で微細分散
させるに際しては、急冷法により製造した合金粉
末を用いることによつて容易に可能となる。そし
て、上記発明による合金は、常温においても一般
の高力アルミニウム合金に匹敵する強度を得るた
めに、Cu、MgおよびSi、Znを含有させることに
よつて、時効硬化性をもたせるようにしたことを
特徴とするものである。このような特徴を有する上記発明合金は、従来
の耐熱合金と比較して特に高温における強度が優
れ、たとえばエンジン部品のように耐熱性だけで
なく常温においても高い強度が要求される部品に
適用することができる。しかしながら、本発明者らはさらに実験研究を
積重ねたところ、上記発明合金には以下に示すよ
うな問題点が残つていることがわかつた。すなわち、特に高強度を必要とする場合には、
Mn：６〜10％、Fe：0.5〜４％という範囲の中で
も例えばMn：８〜10％、Fe：２〜４％というよ
うに比較的多くのMn、Feを添加するが、その場
合、10³〜10⁴℃/secの冷却速度をもつアトマイズ
法によつて粉末化したときには晶出物が粗大化す
るため強度が低下してしまうこととなり、所望の
強度を得るためには10⁵℃/sec以上のかなり大き
な冷却速度をもつ急冷凝固法を用いて粉末化する
必要があつた。そして、この場合、急冷凝固法を
用いることによつて以下に示すような問題が生じ
ていた。すなわち、10⁵℃/sec以上の冷却速度
をもつ急冷凝固法は将来的には問題ないと思われ
るが、現時点では未だ量産技術が確立されていな
いこと、および粉末形状がアトマイズ粉末よりも
不規則であるため圧粉成形性が悪いことなど、製
造面での問題点が多いことである。したがつて、
特に大型形状の部品の生産については、成形性が
良好なことからアトマイズ粉末を用いることが好
ましいというのが現状であり、強度の低下は避け
られなかつた。また、急冷凝固法では冷却速度
が大きいので、晶出物の粗大化は抑制されるが、
そのために、その後の熱履歴による粗大化はかな
り低い温度で開始されることである。すなわち、
アトマイズ粉末に対して用いる350〜450℃の粉末
押出などの成形温度条件では、過飽和固溶体から
の析出およびすでに晶出している化合物の粗大化
が認められ、高温成形ができないことである。（発明の目的）この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、常温および高温において高強
度を有する耐熱アルミニウム合金を提供すること
を目的としており、とくにこのような耐熱合金を
アトマイズ法によつて製造された粉末粒子から形
成できるようにすることを目的としている。（発明の構成）この発明による耐熱アルミニウム合金は、重量
％で、Mn6〜８％、Fe：0.5〜２％、Zr：0.03〜
0.5％、Cu：２〜５％を含み、残部Alおよび不純
物よりなることを特徴としており、Mn、Feの添
加量の上限を下げることによつて、アトマイズ粉
末中のMn化合物の粗大相の晶出や偏析を抑制す
る一方、Mn化合物に何ら影響を与えることなく
常温から250℃程度までの広い温度域における強
度を補う添加元素であるCuの添加量を増大させ
ることによつて、後工程も煩雑となるスプラツト
クーリング法などの急冷凝固法を用いることな
く、常温および高温において高強度を有する耐熱
アルミニウム合金を製造することを可能にしたも
のである。次に、この発明による耐熱アルミニウム合金を
構成する各合金元素およびそれらの含有量（重量
％）の限定理由について説明する。 Mn：６〜８％ Mnはアルミニウム合金の耐熱性および耐摩耗
性を向上させるのに有効な元素であるが、６％未
満の場合には十分満足しうる耐熱強度を得ること
ができず、８％を超えるとアトマイズ法で得られ
る冷却速度ではMn化合物の粗大相の晶出や偏析
を生ずるので６〜８％の範囲とした。 Fe：0.5〜２％ FeはAl−Mn合金の強制固溶体および微細なAl
−Mn系金属間化合物の高温安定性を向上させる
のに有効な元素であるが、0.5％より少ないとそ
のような効果を得ることができず、２％を超える
とアトマイズ法ではAl−Mn−Fe系あるいはAl−
Fe系の脆い相が晶出するので0.5〜２％の範囲と
した。 Zr：0.03〜0.5％ ZrはAl−Mn合金の強制固溶体および微細なAl
−Mn系金属間化合物の高温安定性を向上させる
と共に、結晶粒の微細化にも有効な元素である
が、0.03％より少ないとそのような効果を得るこ
とができず、0.5％を超えるとAl−Zr相の粗大化
が生ずるので0.03〜0.5％の範囲とした。 Cu：２〜５％ Cuはアルミニウム合金の常温強度を向上させ
るのに有効な元素であり、この発明においてはも
つとも特徴のある元素である。すなわち、この発
明では、アトマイズ法によつて製造した粉末中の
Mn化合物の粗大化や偏析を抑制するために、
Mn、Fe添加量を下げた分だけCuの添加量をふや
すことによつて、常温から250℃までの広い温度
域においてMn化合物に何ら影響を与えることな
く強度を上げようというものである。その際、２
％よりも少ないとこのような強度向上の効果が期
待できず、５％を超えるとアルミニウム合金の耐
食性を低下させると共に、Al−AM合金の強制固
溶体および微細なAl−Mn系金属間化合物の高温
安定性をも低下させるので２〜５％の範囲とし
た。なお、Cuのほかに、Si、Mgの添加も考えられ
るが、Cu添加と同程度の強度上昇を狙つて相当
量のSiを添加した場合には、α−Al（Fe、Mn）
Si相の形でMn化合物中に含まれるため、固溶強
化および析出硬化による強度上昇はCuに比べて
少ない。また、MgはSiと結合して時効硬化によつてア
ルミニウム合金の常温強度を向上させる元素であ
るが、上記したようにSiがα−Al（Fe、Mn）Si
相の形をとりやすいため、Mg₂Si相の析出による
強度上昇はCuの添加に比べて少ない。したがつて、Si、Mgの添加は可能ではある
が、この発明の主たる構成からは一応除外した。（実施例）以下、実施例について説明する。この実施例では、第１表に示す化学成分のアル
ミニウム合金について実施した。

【表】第１表に示すNo.1〜５の本発明合金および
No.8〜12の比較合金を製造するに際しては、ま
ず、AlとAl以外の各成分との２元合金鋳塊およ
びAl鋳塊を秤量・溶解し、第１表に示す化学成
分の母合金を溶製した。次に、アトマイズ装置の
溶解炉にて前記母合金を溶解し、融点より150℃
過熱した状態で溶湯を噴射することによつてアト
マイズ粉を得た。なお、アトマイズ粉の粒径が
120メツシユ以下のものを使用した。続いて、前
記アトマイズ粉を3.5ton f/cm²で円筒形状に圧粉
成形し、この成形体を400℃以下の温度で12：１
の押出し比で押出加工した後、所定の試験片形状
に切り出した。一方、比較合金No.6は、AA規格2218材、No.7
はAA規格7075材であるが、これらについては当
該成分の溶湯から圧延用鋳塊とした後熱間圧延
し、2218材については510℃において４時間の溶
体化処理および175℃で12時間の人工時効処理を
施し、また7075材については460℃において４時
間の溶体化処理および120℃で24時間の人工時効
処理を施し、その後前記と同一の試験片形状に切
り出した。次に、上記各試験片に対し、常温および200℃
での引張試験を行つた。なお、この際の高温引張
試験では、各試験片を１時間加熱保持した後測定
した。その結果を第２表に示す。

【表】第２表に示すように、本発明合金No.1〜５は
いずれも常温および200℃において耐熱アルミニ
ウム合金であるAA規格2218材（比較合金No.6）
よりもかなり高い引張強度を示し、特に常温にお
ける強度は高力アルミニウム合金であるAA規格
7075材（比較合金No.7）と比較してもそん色な
いという非常に優れた結果が得られた。また、Mn、Fe添加量が本発明合金の範囲より
も少ない比較合金No.8、９では200℃での強度が
やや低く、Mn、Fe添加量を本発明合金の範囲よ
りも多くした比較合金No.10、11、12はアトマイ
ズ法で得られる冷却速度ではMn化合物の粗大化
や偏析を生じてしまうため強度はかえつて低下し
ているという結果となり、共に本発明合金より劣
つていることが確認された。（発明の効果）以上説明してきたように、この発明による耐熱
アルミニウム合金は、重量％で、Mn：６〜８
％、Fe：0.5〜２％、Zr：0.03〜0.5％、Cu：２〜
５％を含み、残部実質的にAlよりなる組成を有
するものであるから、従来以上に常温および高温
において強度の優れた軽合金材料であり、例えば
エンジン部品のように耐熱性のみならず常温にお
いても高強度を要求される部品に対して広く適用
することができ、部品および製品の軽量化を促進
することができるという効果が得られ、しかも、
この発明による、耐熱アルミニウム合金は、アト
マイズ法によつて製造された粉末粒子から形成す
ることが可能であり、現時点では製造上の問題が
あると共に後工程も煩雑となるスプラツトクーリ
ング法などの急冷凝固法を必ずしも用いる必要が
ないという効果が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％で、Mn：６〜８％、Fe：0.5〜２％、
Zr：0.03〜0.5％、Cu：２〜５％を含み、残部Al
および不純物よりなることを特徴とする耐熱アル
ミニウム合金。