凝固加工プロセスにより組織制御した高強度・高弾性アルミニウム合金の開発研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04402048
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 神尾 彰彦 東京工業大学, 工学部, 教授 (60016524)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 手塚 裕康 東京工業大学, 工学部, 助手 (40180070) ; 里 達雄 東京工業大学, 工学部, 助教授 (90126318)
• Keywords: Al-Li合金 / Al-Mg合金 / スクイズキャスティング / 複合材料 / 時効析出 / 界面反応 / 残留応力 / SiCウイスカー

Research Abstract

高圧鋳造凝固法によりAl-Li系合金およびSiC_w/Al合金複合材料の作製技術を確立し、Al-Li系合金の時効挙動を明らかにして析出組織の制御を行い、またAl-Li-CuおよびAl-Mg合金基複合材料の熱処理と強度特性の関係を解明した。
Al-Li系合金をマトリックスとした複合材料は、主硬化寄与相のδ′中間相が焼入れ時に析出するため、Al-Cu系合金複合材料とは異なり、顕著な時効硬化挙動を示す。Al-Li-Cu合金複合材料では時効硬化相のT_1相が焼入れ時に導入される転位上に析出し、時効硬化度が高い。時効硬化させた複合材料の弾性率と降伏強度は強化材の体積率の増加に対して直線的に上昇し、時効組織を変化させることにより引張強度ならびに破断伸びを制御することが可能となった。
溶体化・焼入れ・焼もどしの熱処理によって複合材料内には大きな残留応力が発生する。焼入れ処理によって複合材料中には引張残留応力が生じ、材料の引張降伏強度を低下させ、圧縮降伏強度を増加させる。また、液体窒素への冷却と室温への昇温の組合せにより、引張残留応力を減少させて転位密度を増加させ、析出効果を利用することにより複合材料の強度特性を大きく改善することができる。
Al-Mg系複合材料において、強化材であるSiCウイスカーに混在するSiO_2量の制御により強化材プリフォームの強度を増加させ、高圧鋳造時の変形を抑制することができる。複合材料の強度特性の支配因子の1つである強化材/マトリックス合金界面での反応相はSiO_2量が多いとMgAl_2O_4が主体となり、強化材のウイスカーとマトリックスとの接合が良好となる。適正なSiO_2量の選定により、界面反応生成物の種類とその層の厚さを制御することができる。