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JPH0558049B2 - - Google Patents
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JPH0558049B2 - - Google Patents

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JPH0558049B2
JPH0558049B2 JP61184761A JP18476186A JPH0558049B2 JP H0558049 B2 JPH0558049 B2 JP H0558049B2 JP 61184761 A JP61184761 A JP 61184761A JP 18476186 A JP18476186 A JP 18476186A JP H0558049 B2 JPH0558049 B2 JP H0558049B2
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JP
Japan
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weight
particles
aluminum alloy
alloy
less
Prior art date
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Application number
JP61184761A
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Japanese (ja)
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JPS6342343A (en
Inventor
Haruo Shiina
Ryoichi Murakashi
Masami Hoshi
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

A 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、優秀なクリープ特性を有する機械構
造部材用高強度アルミニウム合金、特に、急冷凝
固アルミニウム合金粉末と硬質粒子とよりなる混
合粉末を用いて熱間塑性加工により製造された高
強度アルミニウム合金に関する。 (2) 従来の技術 従来、粉末冶金法の適用により大量のSi、Fe、
Mn等を添加した高強度アルミニウム合金が提案
されている。 (3) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の高強度アルミニウム合金
(以下、従来合金と称す)には次に述べるような
諸問題点がある。 (a) 従来合金は微細金属組織を有するので、強度
的には優れているが、クリープ特性が劣るた
め、例えば、高温下で常時圧縮応力を受ける、
内燃機関用コンロツドのキヤツプにおけるボル
ト締結部では長時間の使用に伴いクリープ縮み
が増加し、その結果、ボルト締結力が減少した
り、極端な場合にはボルト締結部の破壊に至る
おそれがある。 (b) 従来合金は大量のSi、Fe、Mn等の添加によ
り熱膨脹係数の低下およびヤング率の向上を狙
つているが、工業材料としての生産性および靭
性を考慮すると、熱膨脹係数は約18×10-6
℃、ヤング率は約10000Kg/mm2が限界である。 アルミニウム合金より機械構造部材を構成
し、それを高温下で使用する場合には、鋼製機
械構造部材との組合せ使用は避けられず、した
がつてクリアランス、圧入代等を決定するに当
り、アルミニウム合金の熱膨脹係数が鋼のそれ
に接近していれば設計上の自由度が増すことに
なるが、従来合金ではこのような要求を満たす
ことができない。例えば、コンロツドを従来合
金より構成し、またクランクシヤフトを鋼より
構成した場合、コンロツドのクランクピン孔と
クランクシヤフトのクランクピンとの間のクリ
アランスは温度の上昇に伴い大幅に増大する。 またヤング率は、荷重を受けた時の部材の弾
性域における変位、歪を左右する重要なフアク
タであり、部材の小型化を図るためにはヤング
率を十分に大きくする必要があるが、従来合金
ではこのような要求を満たすことができない。 (c) 従来合金は、それに析出する初晶Si、共晶
Si、金属間化合物等が非常に微細であるため、
摺動摩耗量が比較的多く、その結果高面圧、高
速摺動下では耐久性に乏しいといつた問題があ
り、使用分野が狭い範囲に限定される。 本発明は前記諸問題を解決し得る前記高強度ア
ルミニウム合金を提供することを目的とする。 B 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明は、急冷凝固アルミニウム合金粉末と硬
質粒子とよりなる混合粉末を用いて熱間塑性加工
により製造された、優秀なクリープ特性を有する
機械構造部材用高強度アルミニウム合金であつ
て、前記急冷凝固アルミニウム合金粉末は、 12.0重量%≦Si≦28.0重量%、 0.8重量%≦Cu≦5.0重量%、 0.3重量%≦Mg≦3.5重量%、 2.0重量%≦Fe≦10.0重量%、 0.5重量%≦Mn≦2.9重量% および不可避不純物を含む残部AlよりなるAl
合金粒子の集合体であり、且つ粒度325メツシユ
以下の前記Al合金粒子を45重量%以上、70重量
%以下含有し、前記硬質粒子は、Al2O3粒子、
SiC粒子、Si3N4粒子および金属Si粒子から選択
される少なくとも一種であり、その硬質粒子の含
有量は前記急冷凝固アルミニウム合金粉末に対し
て1.5重量%以上、15.0重量%以下に設定されて
いることを特徴とする。 (2) 作用 Al合金粒子、したがつて急冷凝固アルミニウ
ム合金粉末の組成および硬質粒子の含有量を前記
のように特定すると、優れた高温強度、耐摩耗性
およびヤング率を有し、また熱膨脹係数の低下を
図ると共に高温下におけるクリープ特性および耐
応力腐食割れ特性を改善された高強度アルミニウ
ム合金を提供することができる。 また急冷凝固アルミニウム合金は、一般に難加
工性であるが、前記のように各化学成分の含有量
を特性することによつて、熱間押出し加工性、熱
間鍛造加工性等の熱間塑性加工性を向上させてア
ルミニウム合金の生産性を良好にすることができ
る。 各化学成分および硬質粒子の添加理由、含有量
の限定理由等は以下の通りである。 (a) Siについて Siは、急冷凝固アルミニウム合金粉末より形
成されるマトリツクス(以下、単にマトリツク
スと称す)の耐摩耗性、ヤング率および熱伝導
率を向上し、また熱膨脹係数を低下する効果を
有する。ただし、12.0重量%を下回ると前記効
果を得ることがきず、一方、28.0重量%を上回
ると、熱間押出し加工および熱間鍛造加工にお
いて成形性が悪化し、アルミニウム合金に割れ
を生じ易くなる。 (b) Cuについて Cuは、熱処理においてマトリツクスを強化
する効果を有する。ただし、0.8重量%を下回
ると前記効果を得ることができず、一方、5.0
重量%を上回ると、熱間鍛造加工性が低下し、
またマトリツクスの耐応力腐食割れ特性が悪化
する。 (c) Mgについて Mgは、Cuと同様に熱処理においてマトリツ
クスを強化する効果を有する。ただし、0.3重
量%を下回ると前記効果を得ることができず、
一方、3.5重量%を上回ると、熱間鍛造加工性
が低下し、またマトリツクスの耐応力腐食割り
特性が悪化する。 (d) Feについて Feは、マトリツクスの高温強度およびヤン
グ率を向上させる効果を有する。ただし、2.0
重量%を下回ると、マトリツクスの高温強度の
向上を期待することができず、一方、10.0重量
%を上回ると高速熱間鍛造加工が事実上不可能
となる。 (e) Mnについて Mnは、特にFe≧4重量%の範囲において、
熱間鍛造加工性を向上させ、またマトリツクス
の高温強度および耐応力腐食割れ特性を改善す
る効果を有する。ただし、0.5重量%を下回る
と、前記効果を得ることができず、一方、2.9
重量%を上回ると、却つて熱間鍛造加工性が悪
化する等、悪影響が現れる。 (f) 急冷凝固アルミニウム合金粉末を構成する
Al合金粒子の粒度およびその含有量を前記の
ように限定する利用は、マトリツクスの疲労強
度およびクリープ特性を改善することにある。
この場合、粒度325メツシユ以下のAl合金粒子
の含有量が45重量%を下回るとマトリツクス疲
労強度が低下し、一方、70重量%を上回るとマ
トリツクスのクリープ特性が悪化する。 (g) 硬質粒子について 前記のように特性された4種の硬質粒子は、
マトリツクスに分散することによりその結晶の
転位を固着して高温下におけるアルミニウム合
金のクリープ特性を改善し、また熱膨脹係数を
低下し、さらにヤング率および耐摩耗性を向上
する効果を有する。ただし、急冷凝固アルミニ
ウム合金粉末に対する硬質粒子の含有量が1.5
重量%を下回ると、アルミニウム合金の耐摩耗
性が改善されず、またヤング率の向上および熱
膨脹係数の減少の程度も低くなり、一方、15.0
重量%を上回ると、熱間鍛造加工性が低下し、
またアルミニウム合金の疲労強度および機械加
工性がそれぞれ著しく低下し、工業材料として
の適用性に欠ける。 (3) 実施例 急冷凝固アルミニウム合金粉末における各化学
成分の含有量は、特に耐応力腐食割れ特性および
熱間鍛造加工性を良好にするためには下記に限定
される。 14.0重量%≦Si≦18.0重量% 2.0重量%≦Cu≦5.0重量% 0.3重量%≦Mg≦1.5重量% 3.0重量%≦Fe≦6.0重量% 0.5重量%≦Mn≦2.5重量% 本発明に係る高強度アルミニウム合金より、熱
的影響を受ける内燃機関用機械構造部材を構成す
る場合は、これら部材についてはヤング率、熱膨
脹係数、クリープ特性および機械加工性が問題と
なるので、前記硬質粒子の含有量は9.0重量%以
上、13.0重量%以下に限定される。このように含
有量を限定する理由は、9.0重量%を下回ると、
クリープ特性改善効果が少なく、一方、13.0重量
%を上回ると機械加工性が低下する傾向にあるか
らである。 また本発明に係る高強度アルミニウム合金よ
り、鋼との摺動摩耗が問題となる機械構造部材を
構成する場合には、前記硬質粒子の含有量は2.0
重量%以上、4.0重量%以下に限定される。この
ように含有量を限定する理由は、2.0重量%を下
回ると部材の摩耗量が増加して実用性が低下し、
一方、4.0重量%を上回ると鋼製相手材が摩耗し
て同様に実用性が低下するからである。 さらに硬質粒子の粒径は、疲労強度を損なわず
に耐摩耗性を向上し、またクリープ特性を改善す
るためには、5μm以上、74μm以下に限定する。
このように限定する理由は5μmを下回ると、取
扱いが困難となり、一方、74μmを上回ると、疲
労強度が著しく低下するからである。 本発明に係る高強度アルミニウム合金はスタツ
ドタイプのコンロツドにおいて、そのキヤツプに
適用され、この場合、桿部側は硬質粒子を含まな
い前記アルミニウム合金、即ち12.0重量%≦Si≦
28.0、0.8重量%≦Cu≦5.0重量%、0.3重量%≦
Mg≦3.5重量%、2.0重量%≦Fe≦10.0重量%、
0.5重量%≦Mn≦2.9重量%および不可避不純物
を含む残部AlよりなるAl合金粒子の集合体であ
る急冷凝固アルミニウム合金粉末を用いて形成さ
れる。 その理由は、桿部側は疲労強度が優先して要求
されるため硬質粒子を含まない方が有利であり、
一方、キヤツプは桿部側に比べて疲労強度の要求
が少ないが、ボルト締結部の面圧が高く、クリー
プ縮みを減少させる必要があるので硬質粒子を含
む方が有利であるからである。 本発明に係る高強度アルミニウム合金は前記コ
ンロツドのキヤツプ以外の軸部部材、例えばクラ
ンクジヤーナルの軸受キヤツプにも適用される。 本発明に係る高強度アルミニウム合金を製造す
る場合には、急冷凝固アルミニウム合金粉末と硬
質粒子とを混合して混合粉末を得、次いでその混
合粉末に冷間静水圧プレス成形法(CIP法)等を
適用して圧粉体を得、その後圧粉体に熱間押出し
加工を施すものである。 次に、本発明に係る高強度アルミニウム合金
(以下、本発明合金と称す)の製造方法およびそ
の合金についての各種試験結果について説明す
る。 急冷凝固アルミニウム合金粉末として、Si
17.2重量%、Cu 2.5重量%、Mg 0.6重量%、Fe
4.3重量%、Mn 1.8重量%および不可避不純物を
含む残部AlよりなるAl合金粒子の集合体をアト
マイズ法を適用して、冷却速度103〜104℃/sec
の条件の下に製造する。 粒度325メツシユ以下のAl合金粒子を50重量%
含有する急冷凝固アルミニウム合金粉末に、表
に示す含有量にて各種硬質粒子を配合し、以下に
述べる各工程を経て本発明合金〜XIIを製造す
る。 即ち、急冷凝固アルミニウム合金粉末と各硬質
粒子とを型ブレンダにて混合した後、各混合粉
末に冷間静水圧プレス成形法(CIP法)、または
金型圧縮成形法を適用して密度比75%の圧粉体を
得る。 冷間静水圧プレス成形法においては、ゴム製チ
ユーブ内に混合粉末入れ、1.5〜3.0ton/cm2程度
の静水圧下で成形を行い、金型圧縮成形法におい
ては、金型内に混合粉末を入れて、常温大気中で
1.5〜3.0ton/cm2程度の圧力下で成形を行う。 各圧粉体を、炉内温度400℃の均熱炉内に設置
して4時間保持し、次いで各圧粉体に熱間押出し
加工を施して直径18mm、長さ450mmの丸棒状に成
形された本発明合金〜XIIを得る。 この場合の押出し方法は、直接押出し(前方押
出し)、間接押出し(後方押出し)のいずれでも
よいが、落出し比は5以上を必要とする。押出し
比が5以下では、強度のばらつきが大きくなるの
で好ましくない。
A. Purpose of the invention (1) Industrial field of application The present invention is a high-strength aluminum alloy for mechanical structural members having excellent creep properties, in particular, a mixed powder consisting of rapidly solidified aluminum alloy powder and hard particles. This invention relates to a high-strength aluminum alloy manufactured by inter-plastic working. (2) Conventional technology Conventionally, large amounts of Si, Fe,
High-strength aluminum alloys containing elements such as Mn have been proposed. (3) Problems to be solved by the invention However, conventional high-strength aluminum alloys (hereinafter referred to as conventional alloys) have the following problems. (a) Conventional alloys have a fine metal structure, so they have excellent strength, but they have poor creep properties, so for example, they are subject to constant compressive stress at high temperatures.
Creep shrinkage increases in the bolted joints of the caps of internal combustion engine cooking rods over long periods of use, resulting in a decrease in the bolting force and, in extreme cases, the possibility of the bolted joints being destroyed. (b) Conventional alloys aim to reduce the coefficient of thermal expansion and improve Young's modulus by adding large amounts of Si, Fe, Mn, etc., but when considering productivity and toughness as an industrial material, the coefficient of thermal expansion is approximately 18 × 10 -6 /
℃, and Young's modulus is approximately 10,000 Kg/ mm2 . When mechanical structural members are constructed from aluminum alloy and used at high temperatures, it is unavoidable to use them in combination with mechanical structural members made of steel. Therefore, when determining clearances, press-fit allowances, etc., aluminum If the coefficient of thermal expansion of the alloy were close to that of steel, the degree of freedom in design would increase, but conventional alloys cannot meet these requirements. For example, when the connecting rod is constructed from a conventional alloy and the crankshaft is constructed from steel, the clearance between the connecting rod crank pin hole and the crankshaft crank pin increases significantly as the temperature increases. In addition, Young's modulus is an important factor that influences the displacement and strain in the elastic range of a member when subjected to a load.In order to miniaturize a member, it is necessary to make the Young's modulus sufficiently large. Alloys cannot meet these requirements. (c) Conventional alloys have primary Si and eutectic Si precipitated in them.
Because Si, intermetallic compounds, etc. are extremely fine,
The amount of sliding wear is relatively large, resulting in poor durability under high surface pressure and high speed sliding, which limits the field of use to a narrow range. An object of the present invention is to provide the above-mentioned high-strength aluminum alloy that can solve the above-mentioned problems. B. Structure of the Invention (1) Means for Solving the Problems The present invention is manufactured by hot plastic working using a mixed powder consisting of rapidly solidified aluminum alloy powder and hard particles, and has excellent creep properties. The rapidly solidified aluminum alloy powder is a high-strength aluminum alloy for mechanical structural members, and has the following properties: 12.0% by weight≦Si≦28.0% by weight, 0.8% by weight≦Cu≦5.0% by weight, 0.3% by weight≦Mg≦3.5% by weight, Al consisting of 2.0wt%≦Fe≦10.0wt%, 0.5wt%≦Mn≦2.9wt%, and the balance Al containing unavoidable impurities.
It is an aggregate of alloy particles and contains 45% by weight or more and 70% by weight or less of the Al alloy particles with a particle size of 325 mesh or less, and the hard particles include Al 2 O 3 particles,
At least one kind selected from SiC particles, Si 3 N 4 particles, and metal Si particles, and the content of the hard particles is set to 1.5% by weight or more and 15.0% by weight or less with respect to the rapidly solidified aluminum alloy powder. It is characterized by the presence of (2) Effect When the composition and hard particle content of the Al alloy particles and therefore the rapidly solidified aluminum alloy powder are specified as above, it has excellent high temperature strength, wear resistance and Young's modulus, and also has a low coefficient of thermal expansion. It is possible to provide a high-strength aluminum alloy with improved creep properties and stress corrosion cracking resistance at high temperatures. In addition, rapidly solidified aluminum alloys are generally difficult to process, but by characterizing the content of each chemical component as described above, hot plastic processing such as hot extrusion workability and hot forging workability can be achieved. It is possible to improve the productivity of aluminum alloys by improving the properties. The reason for adding each chemical component and hard particles, the reason for limiting the content, etc. are as follows. (a) About Si Si has the effect of improving the wear resistance, Young's modulus, and thermal conductivity of the matrix formed from rapidly solidified aluminum alloy powder (hereinafter simply referred to as the matrix), and lowering the coefficient of thermal expansion. . However, if it is less than 12.0% by weight, the above effects may not be obtained, while if it exceeds 28.0% by weight, formability in hot extrusion and hot forging will deteriorate and the aluminum alloy will be prone to cracking. (b) About Cu Cu has the effect of strengthening the matrix during heat treatment. However, if it is less than 0.8% by weight, the above effect cannot be obtained;
If it exceeds the weight%, hot forging workability decreases,
Moreover, the stress corrosion cracking resistance of the matrix deteriorates. (c) Regarding Mg Mg, like Cu, has the effect of strengthening the matrix during heat treatment. However, if it is less than 0.3% by weight, the above effect cannot be obtained,
On the other hand, if it exceeds 3.5% by weight, hot forging workability decreases and the stress corrosion resistance of the matrix deteriorates. (d) Regarding Fe Fe has the effect of improving the high temperature strength and Young's modulus of the matrix. However, 2.0
If it is less than 10.0% by weight, no improvement in the high temperature strength of the matrix can be expected, while if it exceeds 10.0% by weight, high-speed hot forging becomes virtually impossible. (e) About Mn Mn, especially in the range of Fe≧4% by weight,
It has the effect of improving hot forging workability and also improving the high temperature strength and stress corrosion cracking resistance of the matrix. However, if it is less than 0.5% by weight, the above effect cannot be obtained;
If it exceeds the weight percentage, adverse effects such as deterioration of hot forging workability will occur. (f) Constituting rapidly solidified aluminum alloy powder
The use of limiting the grain size and content of the Al alloy particles as described above is to improve the fatigue strength and creep properties of the matrix.
In this case, if the content of Al alloy particles with a grain size of 325 mesh or less is less than 45% by weight, the fatigue strength of the matrix will decrease, while if it exceeds 70% by weight, the creep characteristics of the matrix will deteriorate. (g) About hard particles The four types of hard particles characterized as described above are:
By dispersing it in a matrix, it has the effect of fixing dislocations in the crystal, improving the creep characteristics of aluminum alloys at high temperatures, lowering the coefficient of thermal expansion, and further improving Young's modulus and wear resistance. However, the content of hard particles in rapidly solidified aluminum alloy powder is 1.5
Below 15.0% by weight, the wear resistance of the aluminum alloy is not improved, and the degree of Young's modulus improvement and thermal expansion coefficient reduction is also low;
If it exceeds the weight%, hot forging workability decreases,
Furthermore, the fatigue strength and machinability of the aluminum alloy are significantly reduced, making it unapplicable as an industrial material. (3) Example The content of each chemical component in the rapidly solidified aluminum alloy powder is limited to the following in order to particularly improve stress corrosion cracking resistance and hot forging workability. 14.0% by weight≦Si≦18.0% by weight 2.0% by weight≦Cu≦5.0% by weight 0.3% by weight≦Mg≦1.5% by weight 3.0% by weight≦Fe≦6.0% by weight 0.5% by weight≦Mn≦2.5% by weight When constructing mechanical structural members for internal combustion engines that are subject to thermal effects from high-strength aluminum alloys, Young's modulus, coefficient of thermal expansion, creep properties, and machinability are issues for these members, so is limited to 9.0% by weight or more and 13.0% by weight or less. The reason for limiting the content in this way is that below 9.0% by weight,
This is because the effect of improving creep properties is small, and on the other hand, if it exceeds 13.0% by weight, machinability tends to decrease. Furthermore, when using the high-strength aluminum alloy according to the present invention to constitute a mechanical structural member in which sliding wear with steel is a problem, the content of the hard particles is 2.0.
It is limited to not less than 4.0% by weight and not more than 4.0% by weight. The reason why the content is limited in this way is that if it is less than 2.0% by weight, the amount of wear on the parts will increase and the practicality will decrease.
On the other hand, if it exceeds 4.0% by weight, the steel counterpart material will wear out and the practicality will similarly decrease. Further, the particle size of the hard particles is limited to 5 μm or more and 74 μm or less in order to improve wear resistance without impairing fatigue strength and to improve creep characteristics.
The reason for this limitation is that if the thickness is less than 5 μm, handling becomes difficult, whereas if it exceeds 74 μm, the fatigue strength will be significantly reduced. The high-strength aluminum alloy according to the present invention is applied to the cap of a stud type cooking rod, and in this case, the rod side is made of the aluminum alloy containing no hard particles, that is, 12.0% by weight≦Si≦
28.0, 0.8wt%≦Cu≦5.0wt%, 0.3wt%≦
Mg≦3.5wt%, 2.0wt%≦Fe≦10.0wt%,
It is formed using rapidly solidified aluminum alloy powder, which is an aggregate of Al alloy particles consisting of 0.5% by weight≦Mn≦2.9% by weight and the remainder being Al containing unavoidable impurities. The reason for this is that fatigue strength is prioritized on the rod side, so it is advantageous not to include hard particles.
On the other hand, the cap has less fatigue strength requirements than the rod side, but since the surface pressure of the bolted part is high and it is necessary to reduce creep shrinkage, it is advantageous for the cap to contain hard particles. The high-strength aluminum alloy according to the present invention can also be applied to shaft members other than the above-mentioned conrod caps, such as crank journal bearing caps. When producing the high-strength aluminum alloy according to the present invention, rapidly solidified aluminum alloy powder and hard particles are mixed to obtain a mixed powder, and then the mixed powder is subjected to cold isostatic pressing (CIP method), etc. A green compact is obtained by applying this process, and then the green compact is subjected to hot extrusion processing. Next, a method for producing a high-strength aluminum alloy according to the present invention (hereinafter referred to as the alloy of the present invention) and various test results regarding the alloy will be explained. As rapidly solidified aluminum alloy powder, Si
17.2% by weight, Cu 2.5% by weight, Mg 0.6% by weight, Fe
By applying an atomization method to an aggregate of Al alloy particles consisting of 4.3% by weight, 1.8% by weight of Mn, and the remainder Al containing unavoidable impurities, the cooling rate was 10 3 - 10 4 °C/sec.
Manufactured under the following conditions. 50% by weight of Al alloy particles with a particle size of 325 mesh or less
Various hard particles are added to the rapidly solidified aluminum alloy powder in the amounts shown in the table, and the alloys of the present invention to XII are manufactured through the steps described below. That is, after rapidly solidifying aluminum alloy powder and each hard particle are mixed in a mold blender, a cold isostatic pressing method (CIP method) or a mold compression molding method is applied to each mixed powder to obtain a density ratio of 75. % green compact is obtained. In the cold isostatic press molding method, the mixed powder is placed in a rubber tube and molded under hydrostatic pressure of approximately 1.5 to 3.0 ton/cm 2 .In the mold compression molding method, the mixed powder is placed in the mold. in the atmosphere at room temperature.
Molding is performed under pressure of approximately 1.5 to 3.0 ton/ cm2 . Each green compact was placed in a soaking furnace with an internal temperature of 400°C and held for 4 hours, and then hot extruded to form a round bar with a diameter of 18 mm and a length of 450 mm. Invention alloy ~XII is obtained. The extrusion method in this case may be either direct extrusion (forward extrusion) or indirect extrusion (backward extrusion), but the drop ratio needs to be 5 or more. If the extrusion ratio is less than 5, the variation in strength becomes large, which is not preferable.

【表】 比較のため、前記と同様の手法により表に示
す比較例合金〜を製造する。
[Table] For comparison, the comparative example alloys shown in the table were manufactured by the same method as above.

【表】 なお、比較例合金は、本発明合金〜XIIにお
けるマトリツクスと同一組成であり、また比較例
合金は鋳造材であるJIS AC8Cに相当する。 表は本発明合金〜XIIおよび比較例合金、
の熱膨脹係数(×10-6、20〜200℃)およびヤ
ング率(200℃、Kg/mm2)を示す。
[Table] The comparative example alloy has the same composition as the matrix in the present invention alloys to XII, and the comparative example alloy corresponds to JIS AC8C, which is a cast material. The table shows the invention alloys to XII and comparative example alloys,
Thermal expansion coefficient (×10 −6 , 20-200°C) and Young's modulus (200°C, Kg/mm 2 ) are shown.

【表】 表から明らかなように、本発明合金〜XIIは
比較例合金、に比べて、熱膨脹係数が低下
し、またヤング率が向上しており、これはマトリ
ツクスにAl2O3等の硬質粒子が分散していること
に起因する。 表は、本発明合金〜XIIおよび比較例合金
に対して応力腐食割れ試験(JIS H8711)を行つ
た場合の結果を示す。 応力腐食割れ試験は、縦80mm、横10mm、厚さ2
mmのテストピースを、それに対する負荷応力を
σ0.2×0.9(ただし、σ0.2は、各合金の0.2%耐力)
として、液温30℃、濃度3.5%のNaCl水溶液に28
日間浸漬することにより行われ、耐応力腐食割れ
特性の優劣はテストピースにおけるクラツクの発
生の有無により判断する。
[Table] As is clear from the table, the present invention alloys to XII have a lower coefficient of thermal expansion and an improved Young 's modulus than the comparative example alloys. This is due to the particles being dispersed. The table shows the results of stress corrosion cracking tests (JIS H8711) performed on the present invention alloys to XII and comparative example alloys. The stress corrosion cracking test was performed using a 80mm long, 10mm wide, 2mm thick
mm test piece, and the applied stress to it is σ 0.2 × 0.9 (however, σ 0.2 is 0.2% yield strength of each alloy)
28 in a NaCl aqueous solution with a temperature of 30℃ and a concentration of 3.5%.
The test piece is immersed for one day, and the stress corrosion cracking resistance is judged by the presence or absence of cracks in the test piece.

【表】 表から明らかなように、本発明合金〜XIIは
比較例合金に比べて耐応力腐食割れ特性が優れ
ており、これは主としてMnの含有に起因する。 表は、本発明合金、、および比較例合
金に対して摺動摩耗試験を行つた場合の結果を
示す。 摺動摩耗試験は、縦10mm、横10mm、厚さ5mmの
テストピースを、速度2.5m/secで回転する直径
135mmのJIS S50C製円盤に圧力200Kg/cm2を以て
押圧し、また潤滑油を5c.c./minの条件で滴下
し、摺動距離18Kmに亘つて行われたもので、摩耗
量はテストピースにおける試験前後の重量差
(g)を求めることにより測定される。
[Table] As is clear from the table, the present invention alloys to XII have better stress corrosion cracking resistance than the comparative example alloys, and this is mainly due to the inclusion of Mn. The table shows the results of a sliding wear test performed on the alloy of the present invention and the comparative example alloy. In the sliding wear test, a test piece measuring 10 mm long, 10 mm wide, and 5 mm thick was rotated at a speed of 2.5 m/sec.
A 135mm JIS S50C disc was pressed with a pressure of 200Kg/cm 2 and lubricant was dripped at 5c.c./min over a sliding distance of 18Km, and the amount of wear was compared to that of a test piece. It is measured by determining the weight difference (g) before and after the test.

【表】 表から明らかなように、本発明合金、、
は比較例合金に比べて、優れた耐摩耗性を有
しており、これはマトリツクスにAl2O3、SiC、
Si3N4といつた硬質粒子が分散していることに起
因する。 表は、本発明合金、、および比較例合
金に対してクリープ試験を行つた場合の結果を
示す。 クリープ試験は、直径10mm、平行部の長さ40mm
のテストピースに、170℃にて12Kg/mm2の圧縮力
を100時間に亘つて付与することにより行われ、
クリープ縮み量はテストピースの試験前後の長さ
の比(%)を求めることによつて測定される。
[Table] As is clear from the table, the alloy of the present invention,
has superior wear resistance compared to the comparative example alloy, which is due to the fact that the matrix contains Al 2 O 3 , SiC,
This is due to the fact that hard particles such as Si 3 N 4 are dispersed. The table shows the results of creep tests performed on the alloys of the present invention and comparative alloys. Creep test is 10mm in diameter and 40mm in parallel part length.
The test piece was subjected to a compressive force of 12 kg/ mm2 at 170℃ for 100 hours.
The amount of creep shrinkage is measured by determining the ratio (%) of the length of the test piece before and after the test.

【表】 表から明らかなように、本発明合金、、
は、比較例合金1に比べクリープ縮み量が減少
している。これは、Al合金粒子の粒度およびそ
の含有量を前記のように特性したことによりマト
リツクスのクリープ特性が改善されたこと、およ
びマトリツクスにAl2O3、SiC、Si3N4といつた硬
質粒子が分散していることによりマトリツクスの
結晶の転位が固着されることに起因する。 なお、鋳造材である比較例合金のクリープ縮
み量は0.04%であり、本発明合金、、のそ
れは鋳造材に略匹敵する。 表は、コンロツドにおけるクランクンピン孔
(直径45mm)の寸法変化と温度との関係を示す。
コンロツドAは、その桿部側を比較例混合より
構成され、またキヤツプを本発明合金より構成
されている。コンロツドBは、その桿部側および
キヤツプを比較例合金より構成されている。両
コンロツドA、Bにおいて、キヤツプは桿部側に
ボルトにより締結される。
[Table] As is clear from the table, the alloy of the present invention,
Compared to Comparative Example Alloy 1, the amount of creep shrinkage is reduced. This is because the creep characteristics of the matrix were improved by changing the grain size and content of the Al alloy particles as described above, and the inclusion of hard particles such as Al 2 O 3 , SiC, and Si 3 N 4 in the matrix This is due to the fact that dislocations in the matrix crystal are fixed due to the dispersion of the matrix. The creep shrinkage of the comparative alloy, which is a cast material, is 0.04%, and that of the alloy of the present invention is approximately comparable to that of the cast material. The table shows the relationship between temperature and the dimensional change of the crank pin hole (diameter 45 mm) in the stove.
The rod A of condensing rod A was made of the comparative mixture on the rod side, and the cap was made of the alloy of the present invention. Conrod B has its rod side and cap made of comparative alloy. In both cooking stoves A and B, the caps are fastened to the rod sides with bolts.

【表】 表から明らかなように、本発明合金より構
成されたキヤツプを備えたコンロツドAは、比較
例合金より構成されたコンロツドBに比べて温
度上昇に伴うクランクピン孔の直径変化量が少な
く、これにより機関運転時におけるクランクピン
とクランクピン孔間のクリアランス変化を抑制す
ることができる。これはマトリツクスに10重量%
のAl2O3粒子を分散させたことによりキヤツプの
熱膨張脹数の低下が図られていることに起因す
る。 C 発明の効果 本発明によれば、前記のように特性された急冷
凝固アルミニウム合金粉末および硬質粒子を用
い、また熱間塑性加工の適用を必須要件として、
高温下における優秀なクリープ特性を有すること
は勿論のこととして、優れた高温強度、耐摩耗性
およびヤング率を有し、また熱膨脹係数の低下を
図ると共に耐応力腐食割れ特性を改善された生産
性の良い高強度アルミニウム合金を提供すること
ができる。
[Table] As is clear from the table, conrod A with a cap made of the alloy of the present invention has a smaller amount of change in diameter of the crank pin hole due to temperature rise than conrod B made of comparative example alloy. This makes it possible to suppress changes in the clearance between the crank pin and the crank pin hole during engine operation. This is 10% by weight in the matrix.
This is due to the fact that the thermal expansion rate of the cap is reduced by dispersing the Al 2 O 3 particles. C. Effects of the Invention According to the present invention, the rapidly solidified aluminum alloy powder and hard particles having the characteristics described above are used, and the application of hot plastic working is an essential requirement.
It not only has excellent creep properties at high temperatures, but also has excellent high-temperature strength, wear resistance, and Young's modulus, as well as a reduced coefficient of thermal expansion and improved stress corrosion cracking resistance. We can provide good high strength aluminum alloy.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 急冷凝固アルミニウム合金粉末と硬質粒子と
よりなる混合粉末を用いて熱間塑性加工により製
造された、優秀なクリープ特性を有する機械構造
部材用高強度アルミニウム合金であつて、前記急
冷凝固アルミニウム合金粉末は、 12.0重量%≦Si≦28.0重量%、 0.8重量%≦Cu≦5.0重量%、 0.3重量%≦Mg≦3.5重量%、 2.0重量%≦Fe≦10.0重量%、 0.5重量%≦Mn≦2.9重量% および不可避不純物を含む残部AlよりなるAl
合金粒子の集合体であり、且つ粒度325メツシユ
以下の前記Al合金粒子を45重量%以上、70重量
%以下含有し、前記硬質粒子は、Al2O3粒子、
SiC粒子、Si3N4粒子および金属Si粒子から選択
される少なくとも一種であり、その硬質粒子の含
有量は前記急冷凝固アルミニウム合金粉末に対し
て1.5重量%以上、15.0重量%以下に設定されて
いることを特徴とする、優秀なクリープ特性を有
する機械構造部材用高強度アルミニウム合金。 2 前記機械構造部材は軸受部材である、特許請
求の範囲第1項記載の優秀なクリープ特性を有す
る機械構造部材用高強度アルミニウム合金。
[Scope of Claims] 1. A high-strength aluminum alloy for mechanical structural members having excellent creep properties, manufactured by hot plastic working using a mixed powder consisting of rapidly solidified aluminum alloy powder and hard particles, The rapidly solidified aluminum alloy powder has the following properties: 12.0% by weight≦Si≦28.0% by weight, 0.8% by weight≦Cu≦5.0% by weight, 0.3% by weight≦Mg≦3.5% by weight, 2.0% by weight≦Fe≦10.0% by weight, 0.5% by weight %≦Mn≦2.9% by weight and Al consisting of the balance Al containing unavoidable impurities
It is an aggregate of alloy particles and contains 45% by weight or more and 70% by weight or less of the Al alloy particles with a particle size of 325 mesh or less, and the hard particles include Al 2 O 3 particles,
At least one kind selected from SiC particles, Si 3 N 4 particles, and metal Si particles, and the content of the hard particles is set to 1.5% by weight or more and 15.0% by weight or less with respect to the rapidly solidified aluminum alloy powder. A high-strength aluminum alloy for mechanical structural parts that has excellent creep properties. 2. The high-strength aluminum alloy for mechanical structural members having excellent creep properties according to claim 1, wherein the mechanical structural member is a bearing member.
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