CN105579168B - 液相烧结铝合金部件的制造方法以及液相烧结铝合金部件 - Google Patents

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Abstract

一种液相烧结铝合金部件的制造方法，其包括：成形步骤，其中将包含铝合金粉末的原料粉末成形，由此获得成形体，其中所述铝合金粉末含有选自Si、Mg、Cu和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质；烧结步骤，其中对所述成形体进行液相烧结从而获得烧结体；软化步骤，其中对所述烧结体进行热处理从而获得软化材料；矫正步骤，其中对所述软化材料进行精整从而获得矫正材料；以及时效步骤，其中对所述矫正材料进行热处理从而获得其中存在析出物的时效材料。

Description

液相烧结铝合金部件的制造方法以及液相烧结铝合金部件
技术领域
本发明涉及一种适合用作(例如)各种机械零件的液相烧结铝合金部件的制造方法以及液相烧结铝合金部件。更特别地，本发明涉及一种液相烧结铝合金部件的制造方法，通过所述方法有效地获得了具有高强度和高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。
背景技术
烧结部件被用作汽车、办公自动化设备和家用电器等各种领域中的机械零件。由于烧结部件能够制造为具有良好的机械性能(例如强度和耐腐蚀性)，并具有近似于最终制品的形状，所以烧结部件适合作为复杂的三维制品的材料。
随着机械零件的重量减轻的趋势，需要用更为轻质的材料来形成烧结部件，由此提出了使用包含铝合金的材料。例如，专利文献1 公开了一种液相烧结铝合金，为了获得高强度和高耐磨性，该液相烧结铝合金形成为在铝合金中包含硬质颗粒。按照以下方式制造该液相烧结铝合金：对铝合金粉末和硬质颗粒的混合粉末进行成形从而形成生压坯，对该生压坯进行液相烧结以获得烧结体，并进一步对该烧结体进行精整(sizing)和热处理。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2009-242883
发明内容
技术问题
然而，在以上技术中，在热处理之前对将形成液相烧结铝合金的烧结体进行精整。烧结体在尺寸精度上存在进一步改进的空间，并且该制造方法在生产率方面也存在进一步改进的空间。
鉴于上述情况完成了本发明。本发明的目的在于提供一种液相烧结铝合金部件的制造方法，通过该方法有效地提供了具有高强度和高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。本发明的另一个目的在于提供一种具有高强度和高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。
问题的解决方案
根据本发明的液相烧结铝合金部件的制造方法包括以下工序：
(A)成形工序，其中将包含铝合金粉末的原料粉末成形，从而形成生压坯，其中所述铝合金粉末含有选自Si、Mg、Cu和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质；
(B)烧结工序，其中对生压坯进行液相烧结从而获得烧结体；
(C)软化工序，其中对烧结体进行热处理从而获得软化材料；
(D)矫正工序，其中对软化材料进行精整从而获得矫正材料；以及
(E)时效工序，其中对所述矫正材料进行热处理从而获得其中形成有析出物的时效材料。
根据本发明的液相烧结铝合金部件包含铝合金，该铝合金含有选自Si、Mg、Cu和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质。该液相烧结铝合金部件的相对密度为98％以上，且抗张强度为 200MPa以上。
本发明的有益效果
在根据本发明的液相烧结铝合金部件的制造方法中，能够以良好的生产率制造具有高密度和高强度以及高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。
根据本发明的液相烧结铝合金部件具有高密度、高强度以及高尺寸精度。
附图说明
[图1]图1是示出了在根据实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法中，不同工序中的合金的伸长率和硬度的曲线图。
[图2]图2包括以下曲线图，其示出了在根据实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法中，软化工序中的热处理温度、硬度和电导率。
[图3]图3是示出了在根据实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法中，在软化工序后合金硬度变化的曲线图。
[图4]图4为用于阐述试验例中样品垂直度的测量方法的说明图。
具体实施方式
[本发明实施方案的说明]
为了改进烧结体的尺寸精度，本发明的发明人聚焦于将液相烧结体精整，这会显著影响尺寸精度。通过将原料粉末成形以形成生压坯，并对生压坯进行液相烧结，从而获得液相烧结体。一般而言，相比于固相烧结体，液相烧结体包含更少的孔隙并具有更高的密度和更高的强度，这是因为液相烧结体中的液相会使得原料粉末颗粒之间的孔隙数量减少。然而，液相烧结体通常需要大量的尺寸校正，这是因为液相烧结体由于烧结时的快速致密化而会发生大尺寸收缩，由此具有较大的失真。
当对这样的液相烧结体进行精整时，大的精整量(伴随着塑性加工的尺寸校正量)倾向于致使烧结体开裂，导致产率降低。这是因为，当以大的精整量对具有高密度和高强度的液相烧结体进行精整时，烧结体倾向于难以与模具匹配，并且烧结体承受过量的应力，这可能会导致液相烧结体开裂。在(例如)圆柱或圆筒状液相烧结体的情况中，液相烧结体在垂直于侧面的方向上失真。针对这种失真的精整量高达侧面全长的0.5％以上。
本发明人进一步研究了关于在烧结体精整时液相烧结体的塑性变形性的改进。其结果是，本发明人获得了以下发现：当通过热处理将液相烧结体软化后对其进行精整时，即使精整量大，液相烧结体也不容易发生开裂，并且由此能够以高产率获得具有高尺寸精度的液相烧结体部件，从而完成了本发明。以下将列出并说明本发明实施方案的特征。
(1)在一个实施方案中，液相烧结铝合金部件的制造方法包括以下工序：
(A)成形工序，其中将包含铝合金粉末的原料粉末成形从而形成生压坯，其中所述铝合金粉末含有选自Si、Mg、Cu和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质；
(B)烧结工序，其中对生压坯进行液相烧结从而获得烧结体；
(C)软化工序，其中对烧结体进行热处理从而获得软化材料；
(D)矫正工序，其中对软化材料进行精整从而获得矫正材料；以及
(E)时效工序，其中对所述矫正材料进行热处理从而获得其中形成有析出物的时效材料。
在根据上述实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法中，进行了液相烧结，从而由于液相使得原料粉末颗粒之间的孔隙的量减少，由此提供了这样的液相烧结体，与固相烧结体相比，液相烧结体的孔隙更少并且具有更高的密度和更高的强度。通过热处理将该烧结体加工成软化材料，然后将该软化材料精整。由于软化材料具有高的伸长率和柔性，因此该工序顺序能够减少精整时开裂的发生，由此提高产量。另外，由于在精整时，软化材料易于与模具匹配，所以能够有效地生产具有高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。
(2)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件的制造方法中，可以在足以使软化材料具有2％以上的伸长率的温度下进行软化工序。
当软化材料具有2％以上的伸长率时，在精整时不容易发生开裂。软化材料越软，软化材料越易于与模具匹配，并且由此越易于改善尺寸精度。
(3)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件的制造方法中，所述软化工序可以在455℃以上520℃以下的温度下进行。
当软化工序中的热处理温度在上述范围内时，更易于使软化材料具有2％以上的伸长率。当热处理温度在455℃以上时，易于形成在精整时不容易发生开裂的具有塑性加工性的软化材料。当热处理温度在 520℃以下时，无需进一步加热即可获得足以进行精整的伸长率，因此能够避免过度加热。
(4)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件的制造方法中，所述软化工序可包括固溶处理。
通过该固溶处理，合金元素能够充分地溶解于铝合金中。
(5)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件的制造方法中，所述矫正工序可以对硬度HRB为50以下的软化材料进行。
尽管在软化工序中通过热处理提高了软化材料的伸长率，但是在软化材料静置后，由于自然时效软化材料的硬度升高并且伸长率降低。当对硬度HRB为50以下的软化材料进行矫正工序时，由于软化材料的柔性，能够容易地降低开裂的发生，由此易于以良好的产率制造具有高尺寸精度的液相烧结铝合金部件。
(6)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件的制造方法中，所述铝合金粉末可以是Al-Si-Mg-Cu系合金粉末。
Al-Si-Mg-Cu系合金的液相烧结体具有良好的耐磨性。然而， Al-Si-Mg-Cu系合金的伸长率低，因此精整时倾向于出现裂缝，或者倾向于制造出具有低尺寸精度的部件。通过使用根据上述实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法，能够有效地制造具有高尺寸精度的 Al-Si-Mg-Cu系合金的液相烧结体。
(7)在一个实施方案中，提供了通过根据实施方案(1)至(6) 中任一项所述的液相烧结铝合金部件的制造方法而制造的液相烧结铝合金部件。
由于根据该实施方案的液相烧结铝合金部件通过液相烧结而形成，因此其具有高密度以及高强度。由于对软化材料进行了精整，所以该液相烧结铝合金部件具有高尺寸精度。另外，根据该实施方案的液相烧结铝合金部件能够容易地通过根据本发明实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法来制造，因此其具有良好的生产率。
(8)在一个实施方案中，液相烧结铝合金部件含有铝合金，所述铝合金含有选自Si、Mg、Cu和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质。该液相烧结铝合金部件的相对密度为98％以上，并且抗张强度为200MPa以上。
根据上述实施方案的液相烧结铝合金部件具有98％以上的高相对密度，并具有200MPa以上的高抗张强度。
(9)在一个实施方案中，所述液相烧结铝合金部件的表面粗糙度 Rz为6以下。
表面粗糙度Rz为6以下意味着液相烧结铝合金部件是通过这样的精整而制得的，在该精整中，烧结体与模具匹配。由此形成的液相烧结铝合金部件具有高尺寸精度。
(10)在一个实施方案中，所述液相烧结铝合金部件的垂直度可以为全长的0.1％以下。
当液相烧结铝合金部件具有连接构成部件的外表面的两个表面的角部时，这两个表面之间的垂直度为全长的0.1％以下。即，这两个表面基本上呈直角。由此液相烧结铝合金部件具有高的尺寸精度。
(11)在一个实施方案中，在液相烧结铝合金部件中，所述铝合金可以是Al-Si-Mg-Cu系合金。
由于液相烧结体由Al-Si-Mg-Cu系合金构成，所以液相烧结铝合金部件具有良好的耐磨性。
(12)在一个实施方案中，液相烧结铝合金部件可进一步包含由非金属无机材料制成并且分散在由铝合金形成的母相中的硬质颗粒。
通过使硬质颗粒分散在由铝合金形成的母材中，与单独使用母材的情况相比，能够提高耐磨性。
[本发明实施方案的详述]
以下将详细描述本发明的实施方案。本发明不限于这些实施方案。本发明的范围由权利要求所表示并且旨在包含权利要求等价意义和范围内的所有修改。例如，以下描述的试验例中的原料粉末的组成、烧结工序、软化工序以及时效工序的温度、时间和其他条件可以进行适当地修改。
<液相烧结铝合金部件的制造方法>
根据本实施方案的液相烧结铝合金部件的制造方法包括如下所述的准备工序、成形工序、烧结工序、软化工序、矫正工序和时效工序。
[准备工序]
提供铝合金粉末作为原料粉末。铝合金粉末可任选地与不同类型的硬质颗粒混合并用作混合粉末。
(铝合金粉末)
铝合金粉末由这样的铝合金构成，该铝合金含有选自Si、Mg、Cu 和Zn中的至少一种元素，余量为Al以及不可避免的杂质。铝合金的例子包括Al-Si-Mg-Cu系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金、Al-Si系合金、 Al-Cu系合金、Al-Mg系合金和Al-Cu-Si系合金。
Al-Si-Mg-Cu系合金由于其良好的耐磨性因而是优选的。 Al-Si-Mg-Cu系合金的具体组成为：其可包含6质量％以上18质量％以下的Si、0.2质量％以上1.0质量％以下的Mg、和1.2质量％以上3.0 质量％以下的Cu，余量为Al以及不可避免的杂质。优选地，Al-Si-Mg-Cu 系合金包含8质量％以上15质量％以下的Si。
Al-Zn-Mg-Cu系合金由于其高强度因而是优选的。Al-Zn-Mg-Cu 系合金的具体组成为：其可包含5.1质量％以上6.5质量％以下的Zn、 2.0质量％以上3.0质量％以下的Mg、1.2质量％以上2.0质量％以下的 Cu和0.1质量％以上0.3质量％以下的Sn，余量为Al以及不可避免的杂质。另外，Al-Zn-Mg-Cu系合金可具有公知的组成，例如JIS标准 7075和7010所定义的组成。
作为原料粉末，可使用具有与上述铝合金类似组成的铝合金粉末。可供替代的方式是，可将具有高浓度合金化元素的高合金化铝合金粉末和基本上不含合金化元素的高纯度铝粉混合，从而获得复合粉末，并将该复合粉末用作原料粉末。当原料粉末包含软质的高纯度铝粉时，获得了良好的成形性。可以对高纯度铝粉的量以及高合金化铝合金粉末中合金化元素的浓度进行适当地选择。当使用该复合粉末时，在以下所述的烧结工序中，高合金化铝合金粉末的部分合金化元素分散在高纯度铝粉中，从而实现了所期望的组成。
铝合金粉末的平均粒径优选为约45μm以上350μm以下。可认为该原料粉末的平均粒径与铝合金部件中原料粉末的平均粒径基本相同。优选的是铝合金粉末的平均粒径为45μm以上，这是因为这种铝合金粉末易于使用，由此具有良好的可操纵性。优选的是铝合金粉末的平均粒径为350μm以下，这是因为其具有良好的成形性。
例如通过Microtrac方法(激光衍射/散射法)测定作为原料的铝合金粉末的粒度分布。按照如下方法测定液相烧结铝合金部件中铝合金颗粒的平均粒径和最大直径。利用光学显微镜(放大倍率为100x至 400x)观察液相烧结铝合金部件的截面。将该观察图像处理后，测定存在于该截面中的全部铝合金颗粒的面积。计算各面积的等效圆直径并定义为各颗粒的直径。将该截面中的最大直径定义为该截面中颗粒的最大直径。
确定截面(n＝10)中颗粒的最大直径，并将十个最大直径的平均值定义为铝合金颗粒的最大直径。确定一个截面中全部颗粒的直径的平均值，并确定截面(n＝10)中全部颗粒的直径平均值。将所述十个直径平均值取平均值，以定义为铝合金颗粒的平均粒径。
(硬质颗粒)
硬质颗粒由非金属无机材料制成。非金属无机材料的实例包括陶瓷、金属间化合物和金刚石。特别地，可以优选使用非金属无机化合物。具体的材料包括Si单质和化合物，如氧化铝(Al2O3)、莫来石(氧化铝和氧化硅的化合物)、SiC、AlN和BN。当使用这些材料中的氧化铝时，硬质颗粒与金属相之间具有良好的反应性，从而提供具有良好耐磨性的部件。当使用莫来石时，获得具有低的配对物攻击性 (counterpart aggressiveness)的部件。液相烧结铝合金部件中可单独包含这些类型的硬质颗粒、或包含两种或多种的混合物。可通过(例如) 使用扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱法、X射线衍射法以及化学分析来确定液相烧结铝合金部件中硬质颗粒的组成(单质元素、化合物元素以及含量)。
液相烧结铝合金部件中硬质颗粒的含量(当包含不同类型的硬质颗粒时，该含量为硬质颗粒的总含量)优选为0.5质量％以上10质量％以下。当硬质颗粒的含量为0.5质量％以上时，液相烧结铝合金部件倾向于具有与其他烧结部件类似、相等或更高的耐磨性，并且能够进一步具有在实际应用中足够高的强度和硬度。该含量的下限更优选为1 质量％以上。
随着硬质颗粒含量的增加，耐磨性和硬度得以提高。当硬质颗粒的含量超过10质量％时，液相烧结铝合金部件具有低强度，或者当(例如)用作滑动部件时，会造成配对物的显著磨损或损坏，即，具有高的配对物攻击性。该含量的上限更优选为5.0质量％以下，还更优选为 3.0质量％以下。
随着硬质颗粒的硬度增加或者随着硬质颗粒的含量增加，液相烧结铝合金部件的硬度倾向于增加。
硬质颗粒的平均粒径越小，则倾向于获得越高的耐磨性。当硬质颗粒的平均粒径过大时，则硬质颗粒的含量增加，以确保获得与小颗粒相同的耐磨性。其结果是，当(例如)用作为滑动部件时，液相烧结铝合金部件具有高的配对物攻击性。具体而言，对于氧化铝颗粒而言，平均粒径优选为10μm以下，更优选为1μm以上6μm以下。当以上述特定范围内的量包含具有满足上述范围的平均粒径的氧化铝颗粒时，获得了提高合金部件的可烧结性的优点。对于莫来石而言，平均粒径优选为20μm以下，更优选1μm以上15μm以下。当硬质颗粒的平均粒径过大、并且(例如)将该合金部件用作为滑动部件时，在合金部件与配对物接触并滑动时，硬质颗粒发生脱落。如果在硬质颗粒介于滑动部件和配对物之间的情况下滑动部件进行滑动，那么配对物攻击性增加。因此，硬质颗粒的最大直径优选为30μm以下，更优选为4μm以上30μm以下。
例如，通过Microtrac方法(激光衍射/散射法)测定用作为原料的硬质颗粒的粒度分布。液相烧结铝合金部件中硬质颗粒的平均粒径和最大直径的测定方法与铝合金颗粒的平均粒径和最大直径的测定方法相同。
硬质颗粒优选为不具有锐边的形状，换言之，形状尽可能接近于球形。例如，纵横比优选为1.0以上3.0以下。
与使用细长颗粒或其他颗粒的情况相比，通过使用形状类似于球形的硬质颗粒或不具有锐边的硬质颗粒，能够降低配对物攻击性。
硬质颗粒基本上会原样保留在铝合金的母材中。因此，控制用作为原料的硬质颗粒的量和尺寸，从而获得合金中所期望的硬质颗粒的含量和尺寸。
[成形工序]
将所准备的原料粉末填充至模具中并成形。例如，可以使用冷成形，如冷模成形。成形压力可以为2吨/cm2以上10吨/cm2以下。通过调节该模具的空腔的形状，也可以获得具有复杂形状的生压坯。
[烧结工序]
可以在公知条件下，在液相出现温度下对由此获得的生压坯进行烧结。典型的烧结条件可包括惰性气氛，例如氮气或氩气氛；温度为 540℃以上620℃以下；时间为0(当达到特定温度时，温度开始下降) 以下60分钟以下。对于Al-Si-Mg-Cu系合金而言，烧结温度可以(例如)为540℃以上560℃以下，对于Al-Zn-Mg-Cu系合金而言，烧结温度可以为580℃以上620℃以下。
当将高合金化铝合金粉末和高纯度铝粉混合以获得复合粉末，并将该复合粉末用作原料粉末时，通过烧结工序使高合金化铝合金粉末中的部分合金化元素分散在高纯度铝粉中。例如，对于Al-Si系合金而言，将含有6质量％以上的Si的高Si铝合金粉末和基本上不含Si的高纯度铝粉混合以获得复合粉末，并将该复合粉末用作原料粉末。将该复合粉末加工为具有两相结构的铝合金，该两相结构包括：含有6质量％以上的Si的高Si铝合金相；以及含有2质量％以下的Si的低Si 铝合金相。
[软化工序]
对获得的烧结体进行热处理，从而提供了具有改进的伸长率的软化材料。图1示出了在软化工序和时效工序后，烧结体的伸长率和硬度。该烧结体通过如下方式获得：将1质量％的2μm氧化铝粉末与组成为Al-14Si-2.5Cu-0.5Mg(单位：质量％)的Al-Si-Mg-Cu系合金粉末 (平均粒径：70μm)混合，并对混合粉末进行成形和液相烧结。软化工序包括在495℃下将烧结体加热1小时，接着进行水淬火(Water Quench，WQ)。时效工序包括在175℃下热处理(时效处理)8小时。图1的曲线图示出了在烧结体经历了热处理(此处相当于固溶处理)后，伴随着硬度(洛氏硬度)下降，伸长率(断裂伸长率)由约1.0％增加至约3.3％。在随后进行了时效处理后，硬度提高，并且通过析出硬化使伸长率降低。当对具有更高伸长率的软化材料进行下述矫正工序中的精整时，精整时软化材料易于与模具匹配，其结果是能够降低开裂的发生，这使得能够有效制造具有高尺寸精度的部件。软化材料的伸长率(断裂伸长率)优选为2％以上，更优选为3％以上。
图2示出了施加至烧结体的热处理温度、以及热处理后冷却到常温的烧结体(软化材料)的硬度HRB和电导率IACS％。图2的上图示出了通过将1质量％的2μm的氧化铝粉末与组成为 Al-14Si-2.5Cu-0.5Mg的Al-Si-Mg-Cu系合金粉末(平均粒径：70μm) (与图1相同)混合，并对混合粉末进行成形和液相烧结而获得的烧结体的结果。图2的下图示出了通过将1质量％的2μm的氧化铝粉末和组成为Al-5.5Zn-1.5Cu-2.5Mg的Al-Zn-Cu-Mg系合金粉末(平均粒径：70μm)混合，并对混合粉末进行成形和液相烧结而获得的烧结体的结果。图2的两幅图均示出了：随着热处理温度的升高，硬度(洛氏硬度)倾向于升高，并且存在这样一个区域，在该区域中，随着温度的升高，硬度几乎保持恒定。在该温度恒定的区域中，合金化元素完全溶解于铝合金中。随着温度进一步升高，烧结体变为液相。当将该液体材料淬火时，硬度增加。因此，在硬度基本恒定的温度区域内进行的热处理能够提高伸长率。对于Al-Si-Cu-Mg系合金而言，热处理温度优选为480℃以上520℃以下，更优选为480℃以上510℃以下，还更优选为486℃以上496℃以下。对于Al-Zn-Cu-Mg系合金而言，热处理温度优选为460℃以上500℃以下，更优选为470℃以上490℃以下，还更优选为465℃以上495℃以下。在这些热处理温度下软化的软化材料倾向于具有2％以上的伸长率。与之相反，随着热处理温度升高，软化材料的电导率倾向于降低。当热处理温度过低时，电导率倾向于较高。这是因为在较高的热处理温度下，更大量的Cu、Zn和其他元素会溶解。当电导率较低时，由于Cu、Zn和其他元素溶解，因此获得良好的塑性可加工性，并且精整时软化材料易于与模具匹配。因此，热处理优选在具有低电导率的温度区域内进行。软化所需的保持时间是足以使软化材料形成为固溶体的时间。该保持时间为约0.5小时以上2小时以下，更优选为1小时以上1.2小时以下。
当对烧结体进行固溶处理作为热处理的情况下，热处理条件与上述热处理条件(温度和保持时间)相同。加热后，优选以100℃/s以上的冷却速率进行冷却。
[矫正工序]
对软化材料、特别是具有2％以上的伸长率的软化材料进行精整。图3示出了烧结体(与图2中的烧结体相同)的软化工序后，软化材料的硬度的变化。如图3的曲线图所示，随着时间的推移，硬度(洛氏硬度)倾向于增加。随着硬度增加，伸长率降低。优选对硬度HRB为50以下的软化材料进行精整。如图3的曲线图所示，对于 Al-Si-Cu-Mg系合金而言，在软化工序后的第6小时，硬度HRB增加至50以上，随之伸长率变为低于2％。对于Al-Zn-Cu-Mg系合金而言，在软化工序后的第20小时，硬度HRB增加至50以上，随之伸长率变为低于2％。
为了对软化材料进行精整，将软化材料填充到具有所需形状的模具的成形空间内并进行加压。可以采用常用的模具。模具的例子包括具有贯通孔并配有上冲头和下冲头的筒状模具，所述上冲头和下冲头将被插入到贯通孔中从而对软化材料进行加压。将软化材料放置在由模具的贯通孔的内周面与插入至贯通孔的一个开口中的下冲头所限定的成形空间中。然后利用下冲头以及插入到贯通孔的另一开口内的上冲头，在特定压力下对软化材料进行加压，从而形成矫正材料。从模具中取出该矫正材料。当使用该模具时，提供了这样的柱状矫正材料，该矫正材料的形状与模腔的轮廓形状、以及上冲头和下冲头的端面形状相符。
精整可以是热精整或冷精整。冷精整能够改进尺寸精度，而热精整能够提高强度。该精整可以利用变薄拉深(ironing)或顶锻(upsetting) 来进行。特别地，变薄拉深精整加工提供了良好的表面粗糙度。
[时效工序]
对精整后获得的矫正材料进行热处理(时效)，并获得其中形成有析出物的时效材料。热处理的温度可以是170℃以上210℃以下。
<液相烧结铝合金部件>
对于通过上述液相烧结铝合金部件的制造方法制造的液相烧结铝合金部件，因为其通过液相烧结获得，因而由于液相的原因使得原料粉末颗粒之间的孔隙量减少。其结果是，液相烧结铝合金部件具有高密度和高强度。液相烧结铝合金部件的相对密度为96％以上，优选为 98％以上。在此使用的相对密度是指根据(实际密度/真密度)×100而获得的值，其中基于各元素的比重来计算由铝合金形成的部件的真密度。液相烧结铝合金部件的抗张强度为200MPa以上，更优选为250 MPa以上。
由于对液相烧结后形成的烧结体进行热处理而获得软化材料，并对该软化材料进行精整，因此容易形成能够在精整时与模具匹配的软化材料。当液相烧结铝合金部件具有直角时，垂直度为全长的0.1％以下。精整使液相烧结铝合金部件的表面粗糙度Rz在6以下。
在根据本发明实施方案的液相烧结铝合金部件中，构成由铝合金形成的母材的母材颗粒的纵横比(最大直径与最小直径之比)较小(低于5)。即，通过检查合金结构，从而确认通过烧结制造了液相烧结铝合金部件。
[试验例]
制备了包含各种铝合金的液相烧结铝合金部件。检测获得的液相烧结铝合金部件的相对密度、抗张强度、垂直度和表面粗糙度。还检测了液相烧结铝合金部件的产率。
(试样的制备)
-试样No.1：Al-Si-Mg-Cu系合金
提供组成为Al-18Si-3.25Cu-0.81Mg(单位：质量％，以下同)的 Al-Si-Mg-Cu系合金粉末(高合金化铝合金粉末)、组成为Al-0.5Mg 的高纯度铝粉和氧化铝粉末作为原料粉末。Al-Si-Mg-Cu系合金粉末和高纯度铝粉的平均粒径为50μm，氧化铝粉末的平均粒径为2μm(最大直径：6μm)。将上述提供的Al-Si-Mg-Cu系合金粉末、高纯度铝粉和氧化铝粉末混合，从而获得混合粉末。Al-Si-Mg-Cu系合金粉末和高纯度铝粉的质量比为80:20。该比率对应于液相烧结铝合金部件中高 Si铝合金相和低Si铝合金相的质量比。以使氧化铝粉末占混合粉末的 1.0质量％的方式将上述粉末混合。将由此获得的混合粉末在模具中以 5吨/cm2的表面压力成形，并形成圆柱形生压坯(直径35mm×高度 10mm)。随后，在氮气气氛中，在550±5℃的烧结条件下对该生压坯进行液相烧结50分钟。
对获得的烧结体进行固溶处理，其包括在495℃下加热1小时，然后水淬火(150℃/s)。0.5小时后，在6吨/cm2的条件下对获得的材料进行冷精整。固溶处理后第0.5小时的软化材料的硬度(洛氏硬度) HRB为23，并且伸长率(断裂伸长率)为2％以上。在精整中，使用上述圆筒模具和冲头。随后，在175℃下进行时效8小时，由此制备液相烧结Al-Si-Cu-Mg系合金试样(液相烧结铝合金部件)。
-试样No.2：Al-Zn-Mg-Cu系合金
提供组成为Al-6.5Zn-1.75Cu-2.7Mg(单位：质量％，以下同)的 Al-Zn-Mg-Cu系合金粉末和氧化铝粉末作为原料粉末。Al-Zn-Mg-Cu 系合金粉末的平均粒径为70μm，氧化铝粉末的平均粒径为2μm(最大直径：6μm)。将上述提供的Al-Zn-Mg-Cu系合金粉末和氧化铝粉末混合，从而获得混合粉末。以使氧化铝粉末占混合粉末的1.0质量％的方式将这些粉末混合。将由此获得的混合粉末在模具中以5吨/cm2的表面压力成形，并形成生压坯。随后，在氮气气氛中，在610±5℃的烧结条件下对该生压坯进行液相烧结20分钟。
对获得的烧结体进行固溶处理，其包括在495℃下加热1小时，然后水淬火(150℃/s)。1小时后，在6吨/cm2的条件下对获得的材料进行冷精整。固溶处理后第1.5小时的软化材料的硬度(洛氏硬度) HRB为23，并且伸长率(断裂伸长率)为2％以上。在精整中，使用上述圆筒模具和冲头。随后，在175℃下进行时效8小时，由此制备液相烧结Al-Zn-Cu-Mg系合金试样(液相烧结铝合金部件)。
-试样No.100：Al-Si-Mg-Cu系合金
作为比较样品，根据本领域已知方法(液相烧结→精整→固溶处理→时效)并利用试样No.1的原料粉末制备试样No.100。按照与试样No.1相同的条件制备试样No.100，不同之处在于：在液相烧结后的处理顺序方面，在精整之后进行固溶处理和时效处理。
-试样No.200：Al-Zn-Mg-Cu系合金
作为比较样品，根据本领域已知方法(液相烧结→精整→固溶处理→时效)并利用试样No.2的原料粉末制备试样No.200。按照与试样No.2相同的条件制备试样No.200，不同之处在于：在液相烧结后的处理顺序方面，在精整之后进行固溶处理和时效处理。
(相对密度)
测定制备试样的液相烧结铝合金部件的相对密度。相对密度是根据(实际密度/真密度)×100而计算的，其中使用市售比重计测定实际密度，并且基于各元素的比重来计算由铝合金形成的部件的真密度，其中所述各铝合金具有各试样的组成。结果在表1中示出。
(抗张强度)
利用通用张力测试仪，根据JIS Z 2241(2011)规定的金属材料张力测试法，测定制备试样的液相烧结铝合金部件的抗张强度。
结果在表1中示出。
(表面粗糙度)
根据JIS B 0601(2001)，利用市售表面粗糙度测量装置测定制备试样的液相烧结铝合金部件的表面粗糙度Rz(粗糙度曲线上的十点高度)。
(垂直度)
根据JIS B 0621(1984)，利用市售直角测定器(Square Master，购自Mitutoyo公司)测定制备试样的液相烧结铝合金部件的垂直度。垂直度的测定方法如下所述：例如，如图4所示，将直角测定器10的度盘式指示器11与试样1的侧表面接触，同时通过沿着轴滑动套管12，从而在试样1的高度方向上的全部侧面上测定垂直度。结果在表1中示出。
(产率)
测定制备试样的液相烧结铝合金部件的产率。该产率为无缺陷部件的数目与部件总数目(制备了100个部件)的比值，其中部件总数目包括不具有开裂或崩裂的无缺陷部件以及具有开裂或崩裂的缺陷部件。结果在表1中示出。
[表1]
如表1所示，通过根据本发明实施方案的制备方法制备的试样No. 1和试样No.2具有98％以上的高相对密度和317MPa以上的高抗张强度。
如表1所示，试样No.1和试样No.2(其通过对液相烧结体进行固溶处理，并随后进行精整而获得)的表面粗糙度Rz为6以下，这低于根据本领域中已知的方法制备的试样No.100和试样No.200的表面粗糙度。试样No.1和试样No.2的垂直度为0.05％以下，其低于试样 No.100和试样No.200的垂直度。出现这些结果可能的原因是：在精整之前进行的热处理改善了软化材料的伸长率和柔性，从而使得在精整时，软化材料与模具的形状相匹配。当利用根据本发明实施方案的制造方法制备液相烧结铝合金部件时，产率为100％，由此相比于本领域已知方法，提高了生产率。
工业实用性
本发明的液相烧结铝合金部件的制造方法能够适用于制造需要具有复杂三维形状和高尺寸精度的部件。本发明的液相烧结铝合金部件能够适合用作希望具有高强度和轻质的各种领域中的产品材料。
附图标记列表
1 试样
10 直角测定器 11 度盘式指示器 12 套管

Claims (7)

1.一种制造液相烧结铝合金部件的方法，包括：
成形工序，其中将包含铝合金粉末和由非金属无机材料制成的硬质颗粒的原料粉末成形，从而形成生压坯，其中所述铝合金粉末是Al-Si-Mg-Cu系合金粉末，该Al-Si-Mg-Cu系合金包含6质量％以上18质量％以下的Si；
烧结工序，其中对所述生压坯进行液相烧结从而获得烧结体；
软化工序，其中对所述烧结体进行加热，然后进行水淬从而获得软化材料；
矫正工序，其中对所述软化材料进行冷精整从而获得矫正材料；以及
时效工序，其中对所述矫正材料进行热处理从而获得其中形成有析出物的时效材料。
2.根据权利要求1所述的制造液相烧结铝合金部件的方法，其中所述软化工序在足以使所述软化材料具有2％以上的伸长率的温度下进行。
3.根据权利要求2所述的制造液相烧结铝合金部件的方法，其中所述软化工序在455℃以上520℃以下的温度下进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造液相烧结铝合金部件的方法，其中对硬度HRB为50以下的所述软化材料进行所述矫正工序。
5.一种液相烧结铝合金部件，其是通过根据权利要求1所述的制造液相烧结铝合金部件的方法而制得的。
6.一种液相烧结铝合金部件，其包含铝合金以及由非金属无机材料制成并且分散在由所述铝合金形成的母相中的硬质颗粒，所述铝合金是Al-Si-Mg-Cu系合金，该Al-Si-Mg-Cu系合金包含6质量％以上18质量％以下的Si，
其中所述液相烧结铝合金部件的相对密度为98％以上，
抗张强度为200MPa以上，并且
直角度为所述液相烧结铝合金部件的全长的0.1％以下。
7.根据权利要求6所述的液相烧结铝合金部件，其表面粗糙度Rz为6以下。
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