JPS62270704A - 加工性及び耐熱性の改善された急冷凝固アルミニウム合金の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加工性及び耐熱性に優れたアルミニウム合金
をアトマイズ法を用いた急冷凝固法によって製造する技
術に関するものである。

［従来の技術］ 自動車産業や航空機産業においては、軽量で且つ耐熱性
の高い材料の開発が望まれている。アルき　−＾　１　
八人　Ｉ↓　　　ＬＬ＋１蔭　よｒ　　、＋＋　、し　
ノ　＋　　　Ｊ＋４−　　Ａｈ　＋ｈ　丘にシ嘔　よｔ
優れている等という理由から、上記要望を満たし得る材
料として期待されている。

この様なアルミニウム合金としては、耐熱性付与の目的
でＮｉを付与した合金、即ち合金番号２２１８や４０３
２等の耐熱性アルミニウム合金が既に開発されているが
、これらはいわゆる溶解鋳造法によって造塊されるもの
であり冷却速度がゆるやかであるから、アルミニウムマ
トリックス中へのＮｉ分散性は必ずしも十分と言えず、
その為耐熱性についても要求性能を満足するまでには至
っていない。

ところで急冷凝固法は上記溶解鋳造法の欠点を除去する
方法として知られており、この方法を利用するとアルミ
ニウムマトリックス中にＮｉを微細分散し得ることが分
かった。ところがＮｔは高温条件下においてはアルミニ
ウムマトリックス中でかなりの拡散性を示すという特性
を有する為、急冷凝固を採用したからといって十分満足
し得るほどに耐熱性を向上し得ている訳ではなかった。

しかも上記拡散によってＡ１組織中にＮｉの粗大領域が
生じると、これと上記Ａ１組織の機械的強度の違い等か
ら加工性に著しい悪影響がもたらされる。従ってＡｌ−
Ｎｉ合金は、耐熱性合金として現在実用化されてはいる
がそこには一定の限界がある様に思われる。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで本発明者等は、Ｎｉに代わり得る元素を種々探索
した結果Ｃｒに着目するに至り、Ｃｒによる加工性及び
耐熱性改善の可能性を追求することとした。ここにＡｌ
−Ｃｒ合金としては、オーストラリア特許第８３１８６
６３号、米国特許第４０３３７９３号、日本国特開昭５
９−１１６３５２号に開示されたものを挙げることがで
き、これらは夫々に特徴を有している。

しかし加工性（殊に鍛造性や靭性、以下同じ）及び耐熱
性の両者を同時に向上させるまでには至っておらないこ
とが分かった。これを同時に満足することは、材料を実
用化するに当たって極めて意義深いことである。そこで
本発明者等は、まず爵熱性に着目して検討し、拡散速度
の遅い合金元素を多量添加してロール法による急冷凝固
を実施したのであるが、該ロール法を用いて急冷凝固を
行なうと、急冷材としてフレーク状又はリボン状のもの
が得られ、これらは固化成形する際必ずしも十分な結合
性を発揮せず、従って上記加工性については必ずしも満
足し得る急冷材を得ることはできなかった。

本発明はこうした事情を考慮してなされたものでありて
、急冷凝固を行なうに当たりアトマイズ法を用いること
によって加工性及び耐熱性の両者に漫れたアルミニウム
合金を製造することのできる方法を提供しようとするも
のである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る加工性及び耐熱性の改善された急冷凝固ア
ルミニウム合金の製造方法とは、Ｃｒ：２〜１１重量％
（以下単に％という）及びＴｉ：０．５〜６％を含み、
残部がＡ１及び不可避不純物からなるアルミニウム合金
を、アトマイズ法を用いて製造するところにその要旨が
存在するものである。

［作用］ 本発明者等は、アルミニウムマトリックス中におけるＣ
ｒの拡散速度が小さいことに注目し、これをアルミニウ
ム合金元素として加えアトマイズ法による急冷凝固（以
下単に急冷凝固ということがある）を行なってやれば耐
熱性及び加工性を向上させることができるのではないか
との期待の基に鋭意研究を重ねた。その結果上記配合量
のＣｒ及びＴｉをアルミニウムに加えて急冷凝固を行な
うことによって上記期待に十分答え得ることを知った。

その理由は以下の通りであると考えられる。（１）アル
ミニウムマトリックス中におけるＣｒの拡散速度が小さ
いところから、高温においてもＣｒの集中・粗大化が起
こり難い、（２）粗大化が起こり難いゆえ、変形能等の
機械的特性が低下しない、（３）得られる凝固体は粉末
状のものであるから固化成形時における結合性が優れて
いる。

尚本発明は、粉末状凝固体の成形性が優れていス占ｒ２
轟Ｔ１早の田イー１　彷１１りＬイ佃１７田１７ふスい
は熱間プレス等によって容易に結合する）に着目してな
されたものであるから、アトマイズ法の種類や条件によ
って如何なる制限も受けないが、アトマイズ粉表面の酸
化を抑制することによって成形性のより一層の向上を図
る為には、アトマイズガスとして不活性ガスを用いるこ
とが推奨される。しかし液体アトマイズや空気アトマイ
ズ等も適用できることは勿論である。また溶融アトマイ
ズ粉の冷却速度については１０’℃／秒以上、好ましく
は１０４℃／秒以上が推奨される。

尚ロール法によって得られるリボン材やフレーク材は、
アトマイズ法に比べて急冷度が高いという利点を有して
いるものの、前述の如く固化成形（通常の押し出しある
いは熱間ブレス等）するに当たって剪断変形による粉末
界面の結合が必ずしも十分になされず、この為加工性の
点で劣っている。従って上記リボン材等は極めて細心の
配慮の基で固化成形されることを必要とするので本発明
から除外することとした。

以下Ｃｒ及びＴｉの急冷凝固アルミニウム合金中での役
割、並びに数値限定根拠について更に説明する。

Ｃｒ：２〜１１％ Ｃｒはアルミニウム中での拡散速度が小さい元素である
ところから、急冷凝固法によフてＣｒを微細に分散させ
て得られる金属間化合物は、高温においては勿論常温に
おいても成長粗大化することがほとんどなく、したがっ
て高温下における強度低下を防ぐ効果が著しい。しかも
Ｃｒは、優れた加工性を付与する元素である。ここにこ
の様なＣｒの作用は、２％未満では必ずしも十分ではな
く（従ってＣｒ系の金属間化合物の形成量が不十分）、
一方１１％を超える範囲では、かえって金属間化合物の
粗大化を招きこれに伴う靭性や加工性の低下を来す。

Ｔ　ｉ　：　０．５〜６％ Ｔｉは、Ｃｒと同時に添加されると、靭性及び加工性を
損なうことなく常温および高温下における強度を向上す
るという作用効果を発揮する。しかし、０．５％未満で
は強度の向上効果をもたらすことができず、一方６％を
超える範囲では分散相の粗大化を招いて靭性、耐熱性、
加工性などの特性を著しく低下させる。

本発明は火路上述の如く構成されているが、必要に応じ
て下記の如き構成を追加することができる。

Ｍｎおよび／又はＦｅを配合すること ＭｎおよびＦｅともに、急？８凝固によって微細分散相
を形成し、常温および高温下における強度を、上記Ｃｒ
及びＴｉのみの場合より一層向上する効果を有する。こ
の様な寄与を有効ならしめるためには、夫々０，５％以
上の添加が必要である。

しかしながらこれらの元素は、先のＣｒ、Ｔｉとともに
凝固時において化合物を形成しやすく、したがって粗大
化合物の形成に注意せねばならず、そのため夫々の元素
の上限値を４％とした。この上限値を超えると、分散相
の粗大化を招いて靭性や加工性などの特性を低下させる
。特に、ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系巨大化合物を形成しやすく
、又それはＦｅが存在する時顕著となるので、Ｍｎの上
限値を厳守することは特に重要である。

［実施例］ 第１表に示す各種組成のＡ１合金溶湯を１０３℃／ｓｅ
ｃの冷却速度でアトマイズ法により急冷凝固し、合金粉
末を得た。次にこれらを温間にて圧粉成形し、さらに押
出し比１０で熱間押出し加工をおこない、２０ｍｍφの
押出し材を得た。

次いで、これらの押出し材、または比較材として用いた
２２１８−７８合金鍛造棒について、次に示す各試験を
おこない、−高温特性ならびに鍛造性について比較調査
した。

室温および高温引張試験 平行部６ｍｍφ、標点路１１ｔ３０ｍｍのテストピース
を用い、室温および３００℃にて引張試験をおこない、
各条件下での引張強度を求めた。また３００℃における
引張試験は、テストピースを３００℃に１時間保持した
後試験をおこなった。

これらの結果を第１表に併記する。

高温圧縮試験 各押出し棒より、８ｍｍφＸ１２ｍｍ１のテストピース
をサンプリングし、高温圧縮試験をおこない、各合金の
変形能を調査した。試験温度は４５０℃とし、圧下速度
を０．４　ｍｍ／ｓｅｅとした。各合金とも、圧縮率１
０％〜フＯ％の範囲で１０％きざみで圧縮し、各合金の
割れの発生を観察することによって限界の圧縮率を求め
、変形能の評価基準とした。それらの結果は第１表に併
記する通りである。

ＣｒおよびＴｉの添加効果については、試料Ｎｏ、　１
．２．３　（本発明材）、およびＮｏ、８゜９．１０．
１１　（比較材）との比較によって明らかである。すな
わち、ＣｒおよびＴｉの適正配合により顕著な強度、耐
熱性、加工性の向上が認められるが、その添加量が少な
い場合（Ｎｏ、　８および９、但しＮｏ、　８はＴｉが
、Ｎ００９はＣｒが夫々少ない）、強度および高温強度
の低下が夫々みられ、添加量が多すぎる場合（Ｎｏ、１
０および１１、但しＮｏ、１０はＣｒがＮｏ、　１１は
Ｔｉが夫々多い）には変形能が極端に悪くなる。またＦ
ｅおよびＭｎを添加してやることによって、加工性を損
なうことなく強度および耐熱性をより一層優れたものと
することができた（Ｎｏ、　４．　５゜６．７）。しか
し、上述した上限値を超えたもの（比較材Ｎｏ、１２及
び１３）では、極端な加工性の低下がみられる。尚従来
の溶解鋳造法で製造される２２１８−７６合金鍛造材と
比較すると、本発明材は、強度および特に耐熱性に顕著
な特性を有していることがわかる。

［発明の効果］ 本発明は上述の如く構成されているので、高力でしかも
耐熱性および加工性に著しく優れた急冷凝固アルミニウ
ム合金の製造方法を提供することができた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｒ：２〜１１重量％（以下単に％という）及びＴｉ：
   ０．５〜６％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物から
   なるアルミニウム合金を、アトマイズ法を用いて製造す
   ることを特徴とする加工性及び耐熱性の改善された急冷
   凝固アルミニウム合金の製造方法。