JPH03249148A

JPH03249148A - 強度、延性に優れた低熱膨張アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH03249148A
Application number: JP4831690A
Authority: JP
Inventors: Ichizo Tsukuda; 市三佃; Jiichi Nagai; 滋一永井
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-11-07

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】産業上の利用分野この発明は、コンロッド、ピストン等の自動車用部品そ
の他機械部品として用いられる強度、延性に優れた低熱
膨張アルミニウム合金に関する。

従来の技術及び解決しようとする課題例えばコンロッド等の自動車部品は、ピストンやクラン
ク等との間で苛酷な応力を受けることから、強度、延性
に優れていることが要請される。また、高温環境下で使
用されることから、熱膨張の小さいものであることも要
請される。

従って、かかる自動車部品等に適用されるアルミニウム
合金は、優れた強度、延性、低膨張性のいずれをも兼ね
備えたものであることが必要である。

而して、従来より、高強度を有するアルミニウム合金と
してＡｇ−Ｃｕ系合金が知られ一般に用いられているが
、低熱膨張性の点で十分な満足を与え得るものではなか
った。

一方、高温強度、低熱膨張性ともに優れた特性を示す材
料として、Ａｇ−５ｔ−Ｆｅ　−Ｍｎ系合金からなる急
冷粉末合金を用いたものが知られているが、この合金は
粉末冶金法により製作されるものであることからコスト
高につき実用的ではなかった。

この発明はかかる技術的背景に鑑みてなされたものであ
って、強度、延性、低熱膨張性いずれにも優れるととも
に、鋳造冶金法により製作しうるアルミニウム合金の提
供を目的とする。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために、この発明は、基本的にＡｇ
−Ｔｉ系合金を用いることによりＡｇマトリックス中に
金属間化合物としてのＡｇ３Ｔｉを分散せしめ、もって
強度、低熱膨張性を確保するとともに、さらにＢ、Ｚｒ
、Ｈｆ。

Ｎｂ、Ｎｉの１種以上を添加含有せしめることにより、
低熱膨張性を損うことなく延性の増大と強度の更なる向
上を図りうることを知見しこの発明を完成しえたもので
ある。

即ち、この発明は、Ｔｉ：１〜２０ｗｔ％を含有し、さ
らにＢＳｚ「、Ｈｆ５Ｎｂの１種または２種以上を合計
で０．００５〜１ｗｔ％かＮｉ：０．０５〜５ｗｔ％の
いずれかあるいは両方を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ
：１．５〜８ｗｔ％Ｍｇ　：　０．２〜７ｗｔ％、Ｓ　
ｉ　：　０．０１〜１３ｗｔ％、Ｚｎ　：　０．０１〜
７ｗｔ％、Ｃｒ：０．０１〜１　ｗｔ％、Ｍｎ　：　０
．０１〜２ｗｔ％、Ａｇ：０．０５〜１ｗｔ％、Ｆ　ｅ
　：　０．　０１〜２ｗｔ％、の１種または２種以上を
含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるこ
とを特徴とする強度、延性に優れた低熱膨張アルミニウ
ム合金を要旨とする。

本発明合金における各元素の添加意義とその限定理由に
ついて説明すると、Ｔｉはへρ−Ｔｉ系金属間化合物を
形成して合金中に分散し、主として強度の向上、熱膨張
係数の低下に寄与するものである。しかしその含有量が
１ｗｔ％未満ではその効果に乏しい。一方２０ｗｔ％を
超えると熱伝導性を阻害するとともに加工性の劣化を招
く。特に好ましい含有範囲は５〜１５ｗｔ％である。

Ｂ５Ｚｒ５Ｈｆ、Ｎｂ、ＮｉはＴｉによる低熱膨張性を
阻害することなく、合金強度の更なる向上と延性の増大
に有効なものである。かかる効果の点でこれらは相互に
均等物として評価しうるちのである。しかし、Ｂ、Ｚｒ
、Ｈｆ。

Ｎｂの４元素とＮｉとでは上記効果を達成する含有範囲
が異なる。即ち、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ％Ｎｂを含有する場合
には、それらの１種または２種を合計値で０．００５〜
１ｗｔ％の範囲に規定する必要がある。また、Ｎｉを含
有する場合には０．０５〜５ｗｔ％に規定する必要があ
る。Ｂ５Ｚｒ５Ｈｆ、Ｎｂが０．００５ｗｔ％未満、Ｎ
ｉが０．０５ｗｔ％未満では合金強度及び延性の向上効
果に乏しい。一方Ｂ５Ｚｒ、Ｈｆ％Ｎｂが１ｗｔ％を超
え、あるいはＮｉが５ｗｔ％を超えると熱伝導性を阻害
する。もとより、上記範囲でＢｅｓ　Ｚ　ｒ％　Ｈｆｓ
　ＮｂとＮｉの両方を同時に含有せしめても良い。特に
好ましい含有量はＢｅ５Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂの合計値：０
．０１−０゜８ｗｔ％、Ｎｉ　：　０．１〜４ｗｔ％で
ある。

任意的に１種または２種以上の含有が許容されるＣＬＩ
ＳＭｇ、Ｓ　１ＳＺｎは合金の強度向上に寄与するもの
である。またＳｉはさらに低熱膨張にも寄与するもので
ある。しかし、Ｃｕ：１．５ｗｔ％未満、Ｍｇ　：　０
．２ｗｔ％未満、Ｓｉ：０．０１ｗｔ％未満、Ｚｎ：０
．０１ｗｔ％未満では上記の効果に乏しい。一方、Ｃｕ
：８ｗｔ％、Ｍｇニアｗｔ％、Ｓｉ：１３ｗｔ％、Ｚｎ
ニアｗｔ％をそれぞれ超えても上記効果の格別な増大作
用かないばかりでなく、却って加工性の劣化を派生する
。特に好ましい範囲は、Ｃｕ：２〜７ｗｔ％、Ｍｇ　：
　０．３〜５ｗｔ％、５ｉｌｏ、２〜１２ｗｔ％、Ｚｎ
：１〜５ｗｔ％である。

さらに、同じく任意的に１種または２種以上の含有が許
容されるＣｒＳＭｎ、Ａｇ、Ｆｅは合金中で金属間化合
物を形成して合金の熱膨張係数の低下、弾性率の向上に
寄与する。しかし、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅが個々に０゜０１
ｗｔ％未満、Ａｇが０．０５ｗｔ％未満では上記効果に
乏しいものとなり、一方Ｃｒ、Ａｇが１ｗｔ％を超え、
Ｍｎ、Ｆｅが２ｗｔ％を超えると加工性の劣化を派生す
る。特に好ましい含有範囲は、Ｃｒ　：　０゜０５〜０
．５ｗｔ％、Ｍｎ　：　０．１〜１．５ｗｔ％、Ａｇ　
：　０．　１〜０．　７ｗｔ％、Ｆｅ　：　０．１〜１
゜５ｗｔ％である。

本発明に係るアルミニウム合金は、常法に従う連続ある
いは半連続鋳造法によっても製造することができるが、
Ｔｉ等の添加により形成された金属間化合物の一層の微
細化を図るため、加圧凝固法により製造することも推奨
される。

この加圧凝固法を説明すると次のとおりである。

即ち、本発明合金を溶解し、その溶湯を加圧凝固用金型
に注湯して加圧凝固せしめることにより、欠陥のない金
属間化合物の均一かつ微細なビレットの作製を行うもの
である。加圧凝固用金型は、これに押出機のコンテナを
利用するものとしても良い。即ち、アルミニウム合金溶
湯を直接コンテナに注入し、ステムで加圧しつつ凝固さ
せるものとしても良い。もちろん、この場合、上記コン
テナの前面は盲ダイスを付設して塞ぎ、加圧凝固中の溶
湯の吹出しを防ぐものとすることが必要である。また上
記注湯に際しては前記金型を予め３００〜３５０℃程度
に加熱しておくものとすることが望ましい。これにより
ビレットに一層微細な組織を得ることを可能にする。即
ち３００℃程度未満であると、注湯後前記アルミニウム
の凝固が直ぐに開始してしまい、加圧凝固による効果が
十分に達成され難い。一方、３５０℃を超える高温に加
熱しておくと、冷却速度が遅くなり、晶出物が成長して
上記微細効果を十分に達成し難いものとなる傾向がみら
れる。注湯後すぐさま前記金型内の溶湯を加圧ピストン
により加圧し、凝固を進行せしめることによってビレッ
トを作製する。即ち加圧凝固法によってビレットを作製
する。この際の加圧力は５０Ｋｔｆ／ａ１以上であれば
良く、望ましくは５００〜１０００υｆ／ａｉ程度とす
るのが良い。この加圧力の大小はビレットの品質にさし
て大きな影響を与えるものではない。

しかしながら、５０υｆ／ｃｉ未満では加圧凝固法によ
る鋳造割れ防止及び晶出物の微細化効果に不十分であり
、反面例えば１５０ＯＮｆｆ／ｃＩ！を超えるような高
圧を付加しも、それに要するエネルギの増大に見合う効
果の比例的向上を見ることができないためむしろ無益で
ある。このように、所定の加圧状態下においてアルミニ
ウム合金を凝固させることにより、鋳造割れを生じさせ
ることなく、かつ晶出物の小さなビレットを作製しうる
。上記加圧凝固法により作製したビレットは、次にこれ
を押出加工して所期するアルミニウム合金材とする。こ
こに、ビレットは一旦冷却された固相状態のものを用い
ても良いが、好ましくは前記加圧凝固の進行により、ビ
レットの温度が押出し加工に適する温度、例えば液相温
度の約１／２程度にまで低下し半溶融状態となった時点
で加圧凝固工程を終了し、すぐさまそのまま押出機のコ
ンテナに装填して押出しを開始するものとなすことが奨
励される。

このような手順を採用することにより、押出加工に際し
てのビレットの加熱工程を省くことが可能となり、その
加熱に要するエネルギおよび時間を節約し、合金押出材
の製造能率の向上および製造コストの低減の利益を享受
しうる。

実施例次にこの発明の実施例を示す。

［以下余白コ上記第１表に示す組成のアルミニウム合金を、８５０℃
にて溶解したのち、常法に従う鋳造法により直径３イン
チのビレットに鋳込み、該ビレットを５００℃で直径１
２ａｏ＋の丸棒に押出したものを試験片として用いた。

上記により製作した試験片につき、引張強さ、耐力、伸
びを測定するとともに、ヤング率、熱膨張係数を調査し
た。その結果を下記第２表に示す。

［以下余白］第２表の結果から、本発明合金は、強度が高いうえ熱膨
張係数が小さく、しかもＴｉ含有量が同じであるがＢ５
Ｚｒ５Ｈｆ、、Ｎｂ、Ｎｉを含まない比較合金に較べて
、強度、伸びが増大していることがわかる。また、Ｃｕ
　％　Ｍ　ｇ　ＳＳｉ、Ｚｎの１種または２種以上をさ
らに添加したものは、上記に加えて強度がさらに増大し
ていることもわかる。また、Ｃｒ　ＳＭ　ｎ　ＳＡ　ｇ
　ｓＦｅの１種または２種以上を添加したもの（例えば
Ｎｏ１２）は添加しないもの（例えばＮ０４）に較べて
弾性率が向上し、熱膨張係数が低下していることがわか
る。

発明の効果この発明は上述の次第で、所定量のＴｉにさらに所定量
のＢｓ　Ｚｒｓ　Ｈｆ５Ｎｂｓ　Ｎｉの１種または２種
以上が添加含有されてなるものであるから、強度、延性
、低熱膨張性に優れたアルミニウム合金となしうる。し
かも、鋳造冶金法によって製造可能であるから、粉末冶
金法による場合に較べて安価に提供できる。従って、材
料特性として高強度、高延性、低熱膨張係数の要求され
る自動車用部品等に好適に用いうる。

また、請求項２に記載のアルミニウム合金は、上記に加
えて、さらなる強度の向上あるいは弾性率の向上、熱膨
張係数の低下を図りうる。

以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｔｉ：１〜２０ｗｔ％を含有し、さらにＢ、Ｚｒ
、Ｈｆ、Ｎｂの１種または２種以上を合計で０．００５
〜１ｗｔ％かＮｉ：０．０５〜５ｗｔ％のいずれかある
いは両方を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物
からなることを特徴とする強度、延性に優れた低熱膨張
アルミニウム合金。
（２）Ｔｉ：１〜２０ｗｔ％を含有し、さらにＢ）Ｚｒ
、Ｈｆ、Ｎｂの１種または２種以上を合計で０．００５
〜１ｗｔ％かＮｉ：０．０５〜５ｗｔ％のいずれかある
いは両方を含有し、さらに、Ｃｕ：１．５〜８ｗｔ％Ｍｇ：０．２〜７ｗｔ％、Ｓｉ：０．０１〜１３ｗｔ％、Ｚｎ：０．０１〜７ｗｔ％、Ｃｒ：０．０１〜１ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１〜２ｗｔ％、Ａｇ：０．０５〜１ｗｔ％、Ｆｅ：０．０１〜２ｗｔ％、の１種または２種以上を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなることを特徴とする強度、延性に優れた低熱膨張アルミニウム合金。