JP2000017307A - 焼結部材の製造方法 - Google Patents

焼結部材の製造方法

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JP2000017307A
JP2000017307A JP10182798A JP18279898A JP2000017307A JP 2000017307 A JP2000017307 A JP 2000017307A JP 10182798 A JP10182798 A JP 10182798A JP 18279898 A JP18279898 A JP 18279898A JP 2000017307 A JP2000017307 A JP 2000017307A
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molding
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Akio Hotta
昭雄 堀田
Toshiya Yamaguchi
登士也 山口
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/16Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Abstract

(57)【要約】 【課題】焼結体に圧縮率の高い成形加工を施す鍛造成形
工程で、焼結体に割れがなく、品質の良い焼結部材を得
ることが可能である焼結部材の製造方法。 【解決手段】焼結材料を成形して得られた成形体を焼結
して焼結体を得た後に、焼結体に静水圧を付与しながら
成形することによって焼結体の相対密度を向上させる予
備成形工程と、予備成形された焼結体を鍛造することに
よって製品形状に成形する最終成形工程とを施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は割れが無く、品質の
良い焼結部材を得ることが可能である焼結部材の製造方
法に関するものであり、詳しくは焼結体に加工度の高い
鍛造成形加工を施す焼結部材の製造方法に関するもので
あり、さらに詳しくは鍛造成形工程の前段階で、焼結体
に静水圧を付与しながら成形することによって焼結体の
相対密度を向上させる予備成形工程を施す焼結部材の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、金属粉末の焼結部材は、金属粉末
と有機物を混合した粉末状の焼結材料を射出成形するこ
とによって、所望とする焼結部材の形状よりひとまわり
大きい成形体を得た後、脱脂、焼結して焼結部材を得る
射出成形法を用いたり、金属粉末と有機物を混合した粉
末状の焼結材料を所望とする焼結部材の形状よりひとま
わり大きい成形体に圧縮成形した後、焼結して焼結部材
を得る粉末冶金法を用いて製造されている。しかしなが
ら、前記のような製造方法では、品質の良い焼結部材を
得ることが困難である。まず、射出成形法では金属粉末
に有機物を多量に混合するため、脱脂工程において成形
体の軟化による形状変化や、焼結工程における収縮によ
って、得られる焼結部材は寸法精度の悪いものとなって
しまう。また、焼結のみでは空孔率が高いため、強度は
低くなる。次に、粉末冶金法による場合は、射出成形法
と比較して形状変化の割合は小さいが、やはり焼結工程
による変形は避けられない。
【0003】金属粉末と有機物を混合した材料を射出成
形あるいは加圧成形して成形体を得て、それを焼結して
焼結体を得た後に、焼結体を熱間鍛造あるいは恒温鍛造
する方法が特開平7−62407に記載されているが、
この方法では焼結体の形成後に鍛造成形を施すため、得
られる焼結部材の寸法精度は良好であるが、焼結体は溶
性材料と比べて空孔率が高く、相対密度が低いため伸び
値や延性が低く、鍛造成形性に優れていないため、鍛造
成形工程が加工度の高い場合、焼結体に割れが発生する
虞がある。合金の熱間鍛造中に生じる亀裂や割れを防ぐ
ために、真空アーク溶解した合金を鍛造した後、熱間等
方加圧を施してから熱間鍛造する技術が特開昭60−2
31542に記載されている。しかし、この方法では鍛
造した合金の鍛造組織および鍛造偏析を熱間等方加圧を
施すことによって均一化することが目的であり、本件の
ような焼結体に加工度の高い鍛造成形加工を施した場合
に発生する割れを防ぐために静水圧を付与して焼結体の
空孔を減少させるするという目的とは異なる。なお、焼
結体に熱間等方加圧を施しても割れは防止できるが、静
水圧の付与方法としてはさらに生産性の良い押出し、密
閉鍛造、閉塞鍛造の方が好ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、焼結体に加工
度の高い成形を施した場合に、焼結体の表面に割れが生
じる詳細は次の通りであると考えられる。まず、焼結体
にプレス機により荷重がかけられると、焼結体の表面積
は自由に拡大しはじめる。しかし、焼結体は相対密度が
低く、高延性ではないので、焼結体の変形進行に伴う表
面積の自由拡大、さらには焼結体と金型間の摩擦による
影響も加わって、焼結体の表面に割れが発生すると考え
られる。よって、割れの発生を防ぐためには焼結体の延
性を向上させることが重要であると考えられる。そこ
で、焼結体の延性は温度の上昇と共に向上する性質を有
するため、特開平7−62407においても、焼結体の
成形温度を焼結体の延性が高くなる温度範囲に制御して
鍛造成形を施すことによって、焼結部材の相対密度を向
上させる技術が記載されている。しかし、成形温度が高
すぎると、成形工程に発生する加工発熱も加わり、金型
が軟化して摩耗・変形し、破損する虞があるため、温度
制御による延性向上には限界があり、割れの発生を完全
に防ぐことは困難であると考えられる。また、焼結体に
加工度の高い成形加工を施す前段階までに、焼結体の相
対密度を十分に向上させることによって、焼結体の延性
を高くし、鍛造成形性を向上させる方法も考えられる。
この方法として、金属粉末と有機物からなる粉末状の焼
結材料からなる成形体を成形する工程で高い圧力をかけ
たり、成形体の焼結温度を高くすることによって、予め
鍛造成形工程の前に成形体の空孔率を低くして成形体の
相対密度を小さくする方法がある。しかし、上記の方法
で得られる焼結体の相対密度は90%に満たないため、
後の鍛造工程で加工度の高い成形を施した場合に、割れ
が発生する虞がある。また、粉末成形工程において加圧
力を高くすると金型が破損したり、型かじりが発生する
虞もあり、焼結温度を高くすると生産性が悪くなり、生
産コストも高くなる。そこで、本発明は焼結体の鍛造工
程で加工度の高い成形を施した場合に発生する割れを解
決することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】ここで、本発明者は前記
した課題を解決するために鋭意努力を重ねた結果、以下
のことを知見した。まず、焼結体に加工度の高い成形を
施した場合に生じる焼結体の割れを防ぐためには、焼結
体に加工度の高い成形加工を施す前段階までに、焼結体
の相対密度を十分に向上させて、延性を高くすることが
必要であると考えられる。その方法には、焼結体を圧縮
成形することによって、焼結体中の空孔をつぶして相対
密度を向上させる方法が考えられる。しかし、前述した
ように焼結体の割れは表面積の自由拡大に伴って発生す
ることを考慮すると、圧縮成形時において焼結体の表面
積の自由拡大を制御、すなわち焼結体を金型で拘束する
ことによって静水圧を付与しながら成形することも必要
であると考えられる。これらより、本発明を以下のよう
に構成した。請求項1に係る発明である焼結部材の製造
方法は、焼結材料を成形して得られた成形体を焼結して
焼結体を得た後に、焼結体に静水圧を付与しながら成形
することによって焼結体の相対密度を向上させる予備成
形工程と、予備成形された焼結体を鍛造することによっ
て製品形状に成形する最終成形工程とを施すことを特徴
とする。
【0006】
【発明の実施の形態】次に、本発明の焼結部材の製造方
法について説明する。図1は本発明の焼結部材の製造方
法によるエンジンバルブの製造工程を示す流れ図であ
る。まず、金属粉末と有機物を混合して粉末状の焼結材
料Aを成形して円柱形状の押出し材Bを成形する。その
後、押出し材Bを焼結する。この時、押出し材の相対密
度は90%以上であることが望ましい。次に、焼結した
押出し材Bを図2に示すプレス機に設置して押出成形を
施す。この押出成形によって、押出し材は静水圧を付与
されながら圧縮成形される。焼結体の延性は温度の上昇
と共に向上し、鍛造成形性も向上する性質を有している
ため、押出成形時に押出し材を加熱することが好まし
い。この際、高周波誘導加熱等により、焼結体の成形温
度を鍛造成形性が十分に高くなる温度範囲に制御するこ
とが望ましい。また、金型であるダイ3は成形工程が完
了するまで焼結体と接触しているため、ダイの温度制御
も重要である。ダイの温度が成形温度に比べて著しく低
い場合には、焼結体の熱がダイに逃げ、焼結体の表面温
度が下がり、焼結体の伸び値は低下し、割れが生じてし
まい、反対にダイの温度が高すぎると、成形工程に発生
する加工発熱も加わり、ダイ自体が軟化して摩耗・変形
し、寿命が短くなる虞がある。押出成形時の上ラム2の
降下速度が遅い場合、ダイと押出し材との接触時間が長
くなることから、押出し材表面の温度が低下し、割れが
生じる虞があるため、上ラム降下速度は50mm/sec以
上であることが望ましい。押出し材の押出比が小さい
と、押し残り部分Cの相対密度が十分に向上しないた
め、押出比は押し残り部分Cの相対密度が99%以上と
なるように設定することが好ましい。所望とする焼結部
材の形状的な制限によって、押出比を小さく設定しなく
てはならない場合は、押出成形を施す前に、押出し材に
密閉据込みを施し、相対密度を向上させてもよい。この
密閉据込みによっても、押出し材は静水圧を付与されな
がら圧縮成形されることになる。
【0007】上記したように押出し材に押出成形を施し
た後、加工度の高い鍛造成形を施す。この時、押出成形
によって焼結体の相対密度は99%以上と十分に高くな
っているため、その後工程で加工度が70〜80%もの
鍛造成形を施しても、焼結体に割れは発生しない。な
お、静水圧の付与方法としては上記したような押出成形
の他に、密閉鍛造、閉塞鍛造、液圧成形等がある。以上
より、割れの無い、品質の良い焼結部材を得ることがで
きる。その後、必要であれば歪みの矯正、熱処理、機械
加工、酸化処理等を施しても良い。
【0008】
【実施例】本発明を実施例に基づいて具体的に説明す
る。ここで、以下に記す実施例は、本発明を焼結Ti合
金からなるエンジンバルブを製造するために実施した場
合について記述している。また、本発明の実施例は以下
に記す限りではなく、所望とされる性能および成分を有
する焼結部材の製造方法に適用できる。
【0009】純Ti粉末とAl−40V合金粉末を重量
比で9:1の割合で混合したTi合金粉末を金型で成形
して押出し材を形成する。押出し材を10-5Torrの
真空中で1300℃で4時間保持することによって焼結
し、焼結Ti合金を得た。この焼結体を図2に示すプレ
ス機に設置して押出成形を施す。ここで、焼結Ti合金
の鍛造性形成を向上させるため、成形温度を900〜1
300℃に、金型温度を400〜550℃に設定した。
上記条件のもと、平均上ラム降下速度60mm/secで断
面減少率85%の押出成形を施し、エンジンバルブの軸
部を成形した。このとき、押し残り部分の相対密度は9
9%であった。次に、成形温度が900〜1300℃、
金型温度が400〜500℃、平均上ラム降下速度60
mm/secで圧縮率75%の据込み成形を施し、エンジン
バルブの傘部を成形した。
【0010】以上の工程を経て得られたエンジンバルブ
は、割れの発生がなく、品質の良いものであった。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
って、焼結体に加工度の高い鍛造成形加工を施して焼結
部材を成形する場合にも、焼結体に割れが発生せず、品
質の良い焼結部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焼結部材の製造方法によるエンジンバ
ルブの製造工程を示す流れ図である。
【図2】押出成形プレス機の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 上ラム 2 上パンチ 3 ダイ 4 加熱コイル A 焼結材料 B 押出し材 C 押し残り部分

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焼結材料を成形して得られた成形体を焼結
    して焼結体を得た後に、焼結体に静水圧を付与しながら
    成形することによって焼結体の相対密度を向上させる予
    備成形工程と、予備成形された焼結体を鍛造することに
    よって製品形状に成形する最終成形工程とを施すことを
    特徴とする焼結部材の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007532320A (ja) * 2004-04-13 2007-11-15 アキュメント インテレクチュアル プロパティーズ エルエルシー 粉末状金属のマルチローブ状工具及び作成の方法
EP1709209B1 (de) * 2004-01-19 2008-06-11 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH & Co. KG Verfahren zum leichtmetall-legierungs-sintern
CN102699327A (zh) * 2012-01-04 2012-10-03 洛阳科威钨钼有限公司 一种钼坩埚的制作工艺

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007532320A (ja) * 2004-04-13 2007-11-15 アキュメント インテレクチュアル プロパティーズ エルエルシー 粉末状金属のマルチローブ状工具及び作成の方法
CN102699327A (zh) * 2012-01-04 2012-10-03 洛阳科威钨钼有限公司 一种钼坩埚的制作工艺
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