JP2021008651A - アルミニウム合金加工材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
アルミニウム合金加工材の実施形態について説明する。本実施形態に係るアルミニウム合金加工材は、金属元素としてSiを少なくとも含有する。アルミニウム合金加工材中には、所定量の残留ガスとSi粒子が存在している。
以上の構成を備えるアルミニウム合金加工材の製造方法の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係るアルミニウム合金加工材の製造方法は、粉末化工程(S10)と、冷間成形工程(S20)と、真空焼結工程(S30)と、熱間押出成形工程(S40)と、熱間鍛造工程(S50)と、熱処理工程(S60)とを少なくとも含む。
試験例1〜5の鍛造材をそれぞれ作製した。アルミニウム合金の地金を1000℃以上で溶解保持して溶湯とし、この溶湯のガス量を1cm3/100gAl以下に維持した。その後、大気圧アトマイズ法によりアルミニウム合金粉末を形成し、この粉末をロールタップ式ふるい振とう機で150μm以下に分級した。得られたアルミニウム合金粉末をゴム型に充填し、最高圧力130MPaで冷間静水圧成形(外径207mm×長さ679mm)を行い、成形密度70%の円筒状の粉末成形体を形成した。得られた成形体に真空焼結(550℃、8時間保持)を行い、脱ガスと予備焼結を施し焼結体(外径205mm×長さ676mm)を形成した。その後、焼結体を大気中で420℃まで加熱し、押出機で熱間押出(420〜460℃)を行った。得られた押出材を所定の長さで短冊状に切断し、切断した押出材を480℃に加熱した後、円柱鍛造(鍛造比:2.3)を行った。得られた円柱鍛造材に熱処理T6(溶体化処理:500〜520℃×1h保持、水焼き入れ、時効硬化処理:190℃×1h保持)を施した。得られた鍛造材を、それぞれ、試験例1〜5の鍛造材とした。
試験例1〜5の各鍛造材の中心部から試験片を採取し、各試験片についてロックウェル硬さ(HRB)と密度を測定した。ロックウェル硬さ(HRB)は、ロックウェル硬さ試験機により測定し、密度は、アルキメデス法により測定した。結果を、表1に示す。
次いで、真空焼結の温度を540〜560℃の範囲で変えた以外は、試験例1と同様にして、試験例6〜10の鍛造材をそれぞれ作製した。
試験例6〜10の各鍛造材の中心部から試験片を採取し、各試験片について残留ガス量とSi粒子分布を測定した。また、Si粒子分布について、Si粒子の粒子数及び円相当直径毎のSi粒子の割合を解析した。残留ガス量は、ランズレー法により測定した。Si粒子分布並びにSi粒子の粒子数及び円相当直径毎のSi粒子の割合は、試験片の金属組織写真(500倍)を用いた画像解析により測定した。結果を、表2、図2及び図3に示す。
試験例6〜10の各鍛造材の中心部から試験片を採取し、これらに250℃で100時間の等温加熱処理を施した。等温加熱処理後の各試験片について、疲労強度を測定した。疲労強度は、小野式回転曲げ疲労試験機により測定した。結果を、図4に示す。
次いで、焼結温度が545℃未満である試験例6(図4中のA領域に相当)、焼結温度が545〜555℃の試験例7〜9(図4中のB領域に相当)、焼結温度が555℃を超える試験例10(図4中のC領域に相当)の各試験片について、電子顕微鏡写真(500倍)による微小空隙の観察と金属顕微鏡(400倍)による金属組織の観察を行った。結果を、図5(A1)〜図5(C2)に示す。
S20:冷間成形工程
S30:真空焼結工程
S40:熱間押出成形工程
S50:熱間鍛造工程
S60:熱処理工程
Claims (8)
- Siを、30質量%を超え、かつ40質量%以下の範囲で含有し、
残留ガス量が6.8cm3/100gAl以下であり、かつ円相当直径が10.7μm以上のSi粒子の割合が2.0%以下である、アルミニウム合金加工材。 - 前記Si粒子が、粉末鍛造された過共晶Al−Si系アルミニウム合金中のSi粒子である、請求項1に記載のアルミニウム合金加工材。
- 1〜5質量%のFe、0.5〜3質量%のCu及び0.1〜3質量%のMgを更に含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる、請求項1又は2に記載のアルミニウム合金加工材。
- レース車両用のピストンに使用するための、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルミニウム合金加工材。
- Siを30質量%以上40質量%以下の範囲で含有するアルミニウム合金材を溶湯処理し、アトマイズ法により粉末化して粉末材とする工程と、
前記粉末材を、冷間加圧成形により粉末成形材とする工程と、
前記粉末成形材を、545〜555℃の範囲で真空焼結することにより、焼結材とする工程と、
前記焼結材を、熱間押出成形により熱間押出材とする工程と、
前記熱間押出材を加工し、熱間鍛造して熱間鍛造材とする工程と、
前記熱間鍛造材を、熱処理によりアルミニウム合金粉末の熱間加工材とする工程と
を含む、アルミニウム合金加工材の製造方法。 - 前記溶湯処理の際に、前記アルミニウム合金材を1030〜1180℃に保持する、請求項5に記載のアルミニウム合金加工材の製造方法。
- 前記アトマイズ法を大気圧アトマイズ法とする、請求項5又は6に記載のアルミニウム合金加工材の製造方法。
- 前記熱間鍛造する前に、前記熱間押出材に、前記熱間押出成形の際の押出方向に対する圧縮負荷を加えることにより円柱鍛造を施すことを更に含み、
前記円柱鍛造された鍛造材を前記熱間鍛造に用いる、請求項5〜7のいずれか一項に記載のアルミニウム合金加工材の製造方法。
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