JP2000129313A - 焼結合金部材の製造方法 - Google Patents

焼結合金部材の製造方法

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JP2000129313A
JP2000129313A JP10307350A JP30735098A JP2000129313A JP 2000129313 A JP2000129313 A JP 2000129313A JP 10307350 A JP10307350 A JP 10307350A JP 30735098 A JP30735098 A JP 30735098A JP 2000129313 A JP2000129313 A JP 2000129313A
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義範 柴田
Toshiya Yamaguchi
登士也 山口
Akio Hotta
昭雄 堀田
Satoru Iwase
悟 岩瀬
Takashi Haruta
高志 春田
Tatsuya Kitamura
達哉 北村
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チタン合金からなる焼結体の鍛造に先立っ
て、焼結時に焼結体の表面に生じた脆化層を除去するこ
とにより、鍛造時の金型温度が比較的低温であっても材
料の割れを防止する。 【解決手段】 チタン合金を焼結して得られた焼結体
(ビレット30)の表面層を5 μm 以上除去した後、こ
の焼結体を鍛造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金を焼結
して得られた焼結体を鍛造することにより、所定形状の
焼結部材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属粉末を混合した粉末状の材料を所望
する形状に圧縮成形した後、これを焼結することで焼結
体を得る粉末冶金の技術は、種々の分野で利用されてい
る。つまり粉末冶金による焼結体は、その後の機械加工
が容易であるとともに、互いに溶け合わない元素からな
り、溶融では均等な混合組織を得にくい合金を製造でき
る等の利点がある。
【0003】そして焼結体の材料となる金属粉末の種類
の選定は、焼結後の強度や性状に影響を与える。なかで
も焼結体を鍛造などの機械加工によって所定形状の製品
(焼結部材)を製造する場合には、鍛造などにおける加
工性も考慮して金属の種類を選定する必要がある。例え
ば自動車用のエンジンバルブは鍛造によって製造される
部材であり、製品として要求される特性は軽量で、かつ
高い強度を有することである。とくに排気バルブは軽量
かつ高強度に加えて耐熱性、耐食性などの特性が要求さ
れ、これにはチタン合金による焼結体を用いるのが最適
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところがチタン合金の
焼結体は、その焼結時において表面に脆化層が生じる。
例えば水素化チタン(TiH2)粉末にAl-Sn-Zr系の母合金
粉末を混合したチタン合金においては、焼結時の熱によ
ってTiが表面から蒸発し、焼結後の焼結体の極表面に脆
化層を構成する。しかも焼結合金はもともと延性が低い
傾向にあるため、熱間鍛造によっても脆化層の部分から
割れや亀裂が発生してしまう。
【0005】チタン合金に限らず、焼結体の延性は加工
温度の上昇によって向上するので、熱間鍛造時の加工温
度を高めることが行われている。さらに材料表面は金型
との接触により冷却されて延性が低下しやすいので、こ
れを防止するために金型温度を高めることが行われてい
る。しかしチタン合金の焼結体においては、熱間鍛造時
の金型温度を型材が必要硬さを維持できる限界まで上げ
ても前記脆化層から割れが発生してしまう。
【0006】本発明は前記課題を解決しようとするもの
で、その一つの目的は、チタン合金からなる焼結体の鍛
造において、鍛造時の金型温度が比較的低温であっても
割れの発生を防止することである。
【0007】また本発明の他の一つの目的は、鍛造時に
おける焼結体の表面に対する潤滑剤の付着量及び保持量
を増加させ、型との摩擦抵抗による表面の引張応力を低
減し、割れのない鍛造を可能とすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するためのもので、請求項1記載の発明は、チタン合金
を焼結して得られた焼結体の表面層を除去した後、この
焼結体を鍛造することを特徴とする。これによって焼結
体の焼結時に表面に生じた脆化層が除去され、その後の
鍛造においては鍛造時の金型温度をさほど上げることな
く、焼結体の割れを避けることができる。なお焼結体の
表面層を除去する深さは5 μm 以上が好ましい。
【0009】また請求項2記載の発明は、請求項1記載
の焼結合金部材の製造方法であって、前記焼結体の表面
層を除去した後、この焼結体表面の面粗度を3 μmRZ
上とすることを特徴とする。このように前記脆化層を除
去すると同時に焼結体の表面の面粗度を粗くすることに
より、鍛造時の焼結体表面に対する潤滑剤の付着量及び
保持量が増加し、摩擦抵抗による割れを防止するととも
に、鍛造金型の温度をより低温にしても割れのない鍛造
が可能となる。このため鍛造金型を高温下で使用したと
きの型材の軟化に伴う早期摩耗が防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1はチタン合金を材料とする焼結合金部材(エ
ンジンバルブ)の製造方法を表した工程図である。この
製造方法においては、まず水素化チタン(TiH2)粉末に
対して母合金(Al-Sn-Zr系合金)粉末を混合したチタン
合金(Ti合金)の粉末10を準備する。
【0011】つぎに前記のTi合金粉末10を所定の成形
金型(図示外)に入れて加圧することにより、円柱形状
の成形体20を成形する。この後、成形体20を焼結炉
(図示外)の中に入れ、炉内の温度を焼結温度(約1300
℃)まで上げて焼結することにより焼結体(ビレット)
30をつくる。このビレット30の表面には、すでに説
明したように焼結時の熱によってTiが蒸発するといった
現象により、脆化層が生じている。とくにTi合金粉末1
0の基材にホウ化チタン(TiB )粒子を分散させた場合
は、焼結後のビレット30の極表面に硬質(H V 3400)
のTiB 粒子が析出して脆化層を構成する。
【0012】つづいてビレット30を研磨することによ
り、その表面層を除去するとともに、この研磨によって
ビレット30の表面の面粗度を3 μmRZ 以上とする。こ
れによってビレット30の前記脆化層を削り取ると同時
にビレット30の表面を粗くする。これらの要求を容易
に満足させる手段としてバレル研磨の利用がある。この
バレル研磨においては、ビレット30の処理量に対する
メディア量を通常よりも少なく設定し、ビレット30同
士を接触させながら研磨を行う。これによってビレット
30の表面を荒らしつつ表面層を除去することができ
る。バレル研磨においては、通常は被処理物同士が接触
しないようにメディア量を多くしているが、本実施の形
態の場合は敢えてメディア量を減らし、被処理物(ビレ
ット30)同士を接触させるようにしている。
【0013】研磨を終えたビレット30の表面に鍛造の
ための潤滑剤をコーティングし、かつビレット30を約
1180℃に加熱する。この加熱により、ビレット30の延
性を高めるとともに、つぎの押出し成形での成形荷重を
低下させる。また押出し成形の前にビレット30に対し
てに密閉据込みを施し、相対密度を向上させることで延
性を高めてもよい。なおビレット30の表面に対する潤
滑剤のコーティングは、潤滑剤の液槽にビレット30を
浸したり、スプレーで潤滑剤を吹き付けるなどした後、
乾燥させることとする。
【0014】つぎにビレット30を押出し成形用のプレ
ス機(図示外)における金型50にセットし、パンチ5
1を下降させることによって押出し成形する。この押出
し成形によってビレット30が圧縮加工され、エンジン
バルブ40の原型となる円柱状焼結体41が成形され
る。このとき、ビレット30の温度低下による延性の低
下を抑制するために金型50を高周波誘導加熱等によっ
て約500 ℃に保持し、金型50からの伝熱による温度低
下を防止する。
【0015】また押出し成形時におけるパンチ51の下
降速度が遅いと、金型50とビレット30との接触時間
が長くなり、これもビレット30の温度が低下する原因
となるので、パンチ51の下降速度は50mm/sec以上で
あることが望ましい。なお押出し成形については、これ
を密閉鍛造などに代えてビレット30の相対密度を高
め、より複雑な成形に対応できるようにしてもよい。
【0016】前記の押出し成形を行った後は、前記の潤
滑剤を除去する。つぎに円柱状焼結体41を、その延性
を高めるために約1270℃に加熱した後、据込み機の金型
60にセットし、パンチ61の下降によって鍛造成形す
る。なおこの鍛造成形時においても、材料の温度低下に
よる延性の低下を抑制するために金型60を高周波誘導
加熱等によって一定の温度に保持する。
【0017】このようにして製造されたTi合金製のエン
ジンバルブ40は、その鍛造時の成形性に優れ、かつ割
れや亀裂のない良好な製品となる。図2にTi合金粉末1
0に二ホウ化チタン(TiB2)粉末を混合した材料で成形
体20を成形し、かつこれを焼結して得られたビレット
30を鍛造(押出し成形)した結果が示されている。す
でに説明したようにTi焼結合金の焼結体を通常の熱間鍛
造(金型温度;200 〜300 ℃)で成形した場合、Ti焼結
合金の表面から割れが生じやすい。加えて前記のバレル
研磨を行っていないビレット30では、金型50の温度
を550 ℃まで上げても割れが発生した。ちなみに、この
ときの割れはビレット30の表面の面粗度とほとんど無
関係に発生している。
【0018】これに対してビレット30の表面層を5 μ
m 以上除去することで前記の脆化層を削り取った場合、
金型50の温度を500 ℃まで上げれば割れは発生しなか
った。また脆化層の除去と同時にビレット30の表面の
面粗度を3 μmRZ 以上とした場合、ビレット30の表面
に対する潤滑剤の付着量及び保持量が増加することか
ら、金型50との摩擦抵抗に起因する割れを招くことの
ない鍛造が可能であった。
【0019】以上説明したように本実施の形態では、Ti
合金を焼結してなるビレット30の鍛造に先立って、そ
の焼結時に表面に生じた脆化層を除去するとともに、表
面の面粗度を粗くすることにより、その後の熱間鍛造に
おける金型温度を低くして割れのない鍛造を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ti焼結合金を素材とするエンジンバルブの製造
方法を表した工程図。
【図2】Ti焼結合金を鍛造(押出し成形)した結果の割
れ発生データを表した説明図。
【符号の説明】
10 Ti合金粉末 20 成形体 30 焼結体(ビレット)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年12月1日(1999.12.
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】本発明は前記課題を解決しようとするもの
で、その一つの目的は、チタン合金からなる焼結体の
出し成形または鍛造において、金型の温度が比較的低温
であっても割れの発生を防止することである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】また本発明の他の一つの目的は、焼結体の
表面に対する潤滑剤の付着量及び保持量を増加させ、
形時における焼結体と型との摩擦抵抗による表面の引張
応力を低減し、割れのない鍛造を可能とすることであ
る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するためのもので、請求項1記載の発明は、チタン合金
を焼結するときの熱によりチタンが表面から蒸発するこ
とで焼結後の焼結体のごく表面に生じた脆化層を除去し
た後、この焼結体を押出し成形または鍛造することを特
徴とする。このように脆化層が除去された焼結体の押出
し成形または鍛造においては、金型温度をさほど上げる
ことなく、焼結体の割れを避けることができる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】また請求項2記載の発明は、請求項1記載
の焼結合金部材の製造方法であって、脆化層を除去した
焼結体の表面の面粗度を3μmRZ以上とし、その表面に潤
滑剤をコーティングした後、この焼結体を熱間押出し成
形または熱間鍛造することを特徴とする。この場合は
結体の脆化層を除去し、かつ表面の面粗度を3μmRZ以上
と粗くしているので、焼結体の表面に対する潤滑剤の付
着量及び保持量が増加し、成形時の摩擦抵抗による焼結
体の割れが防止される。また熱間押出し成形または熱間
鍛造によって焼結体の延性が高められて成形荷重が低下
するとともに、金型の温度を低く設定しても割れのない
成形が可能となる。このため金型を高温下で使用したと
きの型材の軟化に伴う早期摩耗が防止される。なお請求
項1記載の焼結合金部材の製造方法において、焼結体の
ごく表面に生じた脆化層を除去する深さは5μm以上とす
るのが好ましい。さらに請求項1記載の焼結合金部材の
製造方法において、焼結体は水素化チタン粉末と母合金
粉末とを混合して焼結したものであってもよい。この母
合金粉末としてAl-Sn-Zr系合金を使ってもよい。請求項
2記載の焼結合金部材の製造方法において、焼結体同士
が接触するメディア量でバレル研磨を行うことで、焼結
体の脆化層を除去し、これと同時に表面の面粗度を3μm
RZ以上にすることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 登士也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 堀田 昭雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 岩瀬 悟 愛知県大府市共和町一丁目1番地の1 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 春田 高志 愛知県大府市共和町一丁目1番地の1 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 北村 達哉 愛知県大府市共和町一丁目1番地の1 愛 三工業株式会社内 Fターム(参考) 4E087 BA05 BA23 HA67 4K018 AA06 FA06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン合金を焼結して得られた焼結体の
    表面層を除去した後、この焼結体を鍛造することを特徴
    とした焼結合金部材の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の焼結合金部材の製造方法
    であって、前記焼結体の表面層を除去した後、この焼結
    体表面の面粗度を3 μmRZ 以上とすることを特徴とした
    焼結合金部材の製造方法。
JP10307350A 1998-10-28 1998-10-28 焼結合金部材の製造方法 Expired - Lifetime JP3059958B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6938816B2 (en) 2002-06-21 2005-09-06 Asian Kogyo Kabushiki Kaisha Methods of manufacturing diffusion bonded products and products manufactured by such methods
KR100628030B1 (ko) 2005-05-04 2006-09-26 부일정밀(주) 티타늄 볼트 및 그 제조방법
JP2007136502A (ja) * 2005-11-17 2007-06-07 Showa Denko Kk 据え込み加工方法及び据え込み加工装置
US20170045833A1 (en) * 2015-08-12 2017-02-16 Fuji Xerox Co., Ltd. Method for producing metal cylinder, method for producing substrate for electrophotographic photoconductor, method for manufacturing electrophotographic photoconductor, and metal slug for impact pressing

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