JP2912669B2 - Ｖｔｒドラム鍛造用素材の製造方法 - Google Patents
Ｖｔｒドラム鍛造用素材の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Al合金のVTRドラムを形成する工程の中間
材料となる鍛造素材の製造方法に関する。
材料となる鍛造素材の製造方法に関する。
VTRドラム用のAl合金系鍛造素材を製造する手段とし
ては、原材料に溶解鋳造法で形成したビレットを用いる
方法と急冷凝固法で形成した粉末を用いる方法が知られ
ている。
ては、原材料に溶解鋳造法で形成したビレットを用いる
方法と急冷凝固法で形成した粉末を用いる方法が知られ
ている。
このうち、前者の方法は、溶解凝固法によるビレット
を熱間押出して押出棒を成形し、切断、冷間鍛造および
旋削などの諸加工を施してドラムに仕上げる工程からな
り、また後者の方法は、原料鋳塊をアトマイズする急冷
凝固粉末法で得られるAl合金粉末を容器に封入し、真空
脱ガス処理したのちに熱間押出して形成した押出棒を前
記と同様に切断、冷間鍛造および旋削仕上げを施して製
品化する工程からなっている。
を熱間押出して押出棒を成形し、切断、冷間鍛造および
旋削などの諸加工を施してドラムに仕上げる工程からな
り、また後者の方法は、原料鋳塊をアトマイズする急冷
凝固粉末法で得られるAl合金粉末を容器に封入し、真空
脱ガス処理したのちに熱間押出して形成した押出棒を前
記と同様に切断、冷間鍛造および旋削仕上げを施して製
品化する工程からなっている。
溶解凝固ビレットを適用する方法には、通常、Al−Cu
系合金（JIS 2218）が原材料として用いられているが、
この合金材料は耐摩耗特性の点で製品要求性能を満足し
ない。耐摩耗性の不足は、原材料にAl−Si系の合金を用
いることにより効果的に改善することができる。ところ
が反面、耐摩耗性の増大化は、穴明け、旋削、タップ加
工等を困難にし、そのうえ各種バイト類の消耗を速めて
交換頻度を増すなど加工性に多くの問題点がある。
系合金（JIS 2218）が原材料として用いられているが、
この合金材料は耐摩耗特性の点で製品要求性能を満足し
ない。耐摩耗性の不足は、原材料にAl−Si系の合金を用
いることにより効果的に改善することができる。ところ
が反面、耐摩耗性の増大化は、穴明け、旋削、タップ加
工等を困難にし、そのうえ各種バイト類の消耗を速めて
交換頻度を増すなど加工性に多くの問題点がある。
一方、急冷凝固粉末を原材料とする方法は、急冷凝固
Al粉末のコストが高いため製品原価が著しく高騰化する
難点がある。
Al粉末のコストが高いため製品原価が著しく高騰化する
難点がある。
本発明は、溶解凝固ビレットと急冷凝固粉末の利点を
抽出結合することにより開発されたもので、その目的
は、ドラム本体部分は加工性のよいAl合金材で構成さ
れ、摺動面部分は局部的に耐摩耗性に優れるAl合金材で
構成された耐摩耗性と加工性とを兼備する複合形態によ
るVTRドラム用鍛造素材の製造方法を提供することにあ
る。
抽出結合することにより開発されたもので、その目的
は、ドラム本体部分は加工性のよいAl合金材で構成さ
れ、摺動面部分は局部的に耐摩耗性に優れるAl合金材で
構成された耐摩耗性と加工性とを兼備する複合形態によ
るVTRドラム用鍛造素材の製造方法を提供することにあ
る。
上記の目的を達成するための本発明によるVTRドラム
鍛造用素材の製造方法は、溶解鋳造法で形成した肉厚２
〜5mmのAl基合金からなる円筒缶の中心部に、該円筒缶
内径の50〜95％に相当する外径寸法をもつ溶解鋳造法で
形成したAl基合金製のビレットを置き、前記円筒缶とビ
レットとの間の空隙部分に急冷凝固法により作製したAl
−Si系合金粉末を充填し、円筒缶の端部を密封したのち
脱気管を介して真空脱ガス処理をおこない、ついで熱間
押出加工を施すことを構成上の特徴とする。
鍛造用素材の製造方法は、溶解鋳造法で形成した肉厚２
〜5mmのAl基合金からなる円筒缶の中心部に、該円筒缶
内径の50〜95％に相当する外径寸法をもつ溶解鋳造法で
形成したAl基合金製のビレットを置き、前記円筒缶とビ
レットとの間の空隙部分に急冷凝固法により作製したAl
−Si系合金粉末を充填し、円筒缶の端部を密封したのち
脱気管を介して真空脱ガス処理をおこない、ついで熱間
押出加工を施すことを構成上の特徴とする。
円筒缶およびビレットを構成する溶解鋳造法で形成し
たAl基合金は、加工性の良好なAl−Mg系、Al−Mn系、Al
−Cu系、Al−Mg−Si系またはAl−Zn−Mg系から選択され
る。特に、円筒缶には適度の強度と良押出性をもち溶接
が可能であることが要求されるから、Al−Mg−Si系の合
金（JIS 6063）が好適に使用される。円筒缶の内径は15
0〜250mmが望ましい。また、ビレットは切削性が良くて
熱間押出時の変形抵抗が急冷凝固Al合金粉末と近似する
ことが望ましいため、Al−Cu系合金（JIS 2218）が代表
的なものとなる。
たAl基合金は、加工性の良好なAl−Mg系、Al−Mn系、Al
−Cu系、Al−Mg−Si系またはAl−Zn−Mg系から選択され
る。特に、円筒缶には適度の強度と良押出性をもち溶接
が可能であることが要求されるから、Al−Mg−Si系の合
金（JIS 6063）が好適に使用される。円筒缶の内径は15
0〜250mmが望ましい。また、ビレットは切削性が良くて
熱間押出時の変形抵抗が急冷凝固Al合金粉末と近似する
ことが望ましいため、Al−Cu系合金（JIS 2218）が代表
的なものとなる。
急冷凝固法により作製したAl−Si系合金粉末は最終的
に焼結してドラムの摺動部分を構成するものであるか
ら、組成的に高度の耐摩耗性と良好な熱間加工性を有
し、時効硬化に優れることが望ましい。この要件を満た
す合金組成は、Si15〜30wt％、Cu0.5〜6wt％、Mg0.3〜5
wt％、残部がAlである。Si成分が15％未満では耐摩耗性
が不足し、30％を越えると熱間加工性が困難となるうえ
旋削性が極端に悪化する。CuおよびMgは共に時効硬化に
寄与する成分であるが、上記範囲を下廻るとその効果が
不十分となり、また範囲を越えると効果が飽和する。
に焼結してドラムの摺動部分を構成するものであるか
ら、組成的に高度の耐摩耗性と良好な熱間加工性を有
し、時効硬化に優れることが望ましい。この要件を満た
す合金組成は、Si15〜30wt％、Cu0.5〜6wt％、Mg0.3〜5
wt％、残部がAlである。Si成分が15％未満では耐摩耗性
が不足し、30％を越えると熱間加工性が困難となるうえ
旋削性が極端に悪化する。CuおよびMgは共に時効硬化に
寄与する成分であるが、上記範囲を下廻るとその効果が
不十分となり、また範囲を越えると効果が飽和する。
第１図は本発明の熱間押出加工前における原材料の配
置構成を示した縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線
に沿った横断面図で、１は溶解鋳造法で形成したAl基合
金からなる円筒缶、２は同じく溶解鋳造法で形成したAl
基合金製のビレット、３は円筒缶１とビレット２の間の
空隙部分に充填された急冷凝固法によるAl−Si系の合金
粉末である。円筒缶１の下部には底板４が、また上部に
は脱気管５を備えた上蓋６が密封状態に各溶接されてい
る。
置構成を示した縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線
に沿った横断面図で、１は溶解鋳造法で形成したAl基合
金からなる円筒缶、２は同じく溶解鋳造法で形成したAl
基合金製のビレット、３は円筒缶１とビレット２の間の
空隙部分に充填された急冷凝固法によるAl−Si系の合金
粉末である。円筒缶１の下部には底板４が、また上部に
は脱気管５を備えた上蓋６が密封状態に各溶接されてい
る。
円筒缶１の肉厚（t1）は２〜5mmの範囲に設定するこ
とが重要で、これが2mmを下廻ると作業時に缶壁が破れ
て合金粉末が飛散する危険があるうえに端部の溶接が困
難となり、また5mmを越えると熱間押出加工後の材料外
周部に介在する外皮層が2mmを越す厚さとなって最終旋
削の加工工数が増大する。
とが重要で、これが2mmを下廻ると作業時に缶壁が破れ
て合金粉末が飛散する危険があるうえに端部の溶接が困
難となり、また5mmを越えると熱間押出加工後の材料外
周部に介在する外皮層が2mmを越す厚さとなって最終旋
削の加工工数が増大する。
円筒缶１の中心部にセットされるビレット２の外径
（d1,d2）は、前記円筒缶１の内径（Ｄ）に対して50〜9
5％に相当する範囲とする。この理由は、前記の径比率
が50％未満では急冷凝固法による粉末原材料が多くなる
関係でコスト高になると共に、Si含有率の高い耐摩耗材
質部分の占有比率が増大するため加工性が減退し、95％
を越えると耐摩耗材質部分の層厚が極端に薄くなって冷
鍛後の旋削加工により削り取られる現象を招くためであ
る。
（d1,d2）は、前記円筒缶１の内径（Ｄ）に対して50〜9
5％に相当する範囲とする。この理由は、前記の径比率
が50％未満では急冷凝固法による粉末原材料が多くなる
関係でコスト高になると共に、Si含有率の高い耐摩耗材
質部分の占有比率が増大するため加工性が減退し、95％
を越えると耐摩耗材質部分の層厚が極端に薄くなって冷
鍛後の旋削加工により削り取られる現象を招くためであ
る。
上記の条件で第１〜２図のような原材料配置構成を形
成し、脱気管５を介して真空脱ガス処理をおこなったの
ち熱間押出加工を施す。
成し、脱気管５を介して真空脱ガス処理をおこなったの
ち熱間押出加工を施す。
本発明のプロセスで熱間押出加工を施すと、円筒缶１
の内壁とビレット２との間の空隙に充填されたAl−Si系
合金粉末は合金層を形成し、中心部分が加工性の良好な
Al合金で構成され、その外周に高耐摩耗性を備える粉末
合金層が形成され、さらに最外層に加工性のよいAl合金
の薄層が被覆された形態を有する３層クラット状に一体
複合されたVTRドラム鍛造用素材が製造される。
の内壁とビレット２との間の空隙に充填されたAl−Si系
合金粉末は合金層を形成し、中心部分が加工性の良好な
Al合金で構成され、その外周に高耐摩耗性を備える粉末
合金層が形成され、さらに最外層に加工性のよいAl合金
の薄層が被覆された形態を有する３層クラット状に一体
複合されたVTRドラム鍛造用素材が製造される。
得られた素材は、切断したのち冷間鍛造してドラム形
状に成形されるが、この状態を模式的に示すと第３図
（断面図）のようになる。第３図において、７は加工性
の良好な中心Al合金部、８は摺動部位に介在する高耐摩
耗性の粉末合金層、９は易加工性の最外Al合金層であ
る。したがって、旋削仕上げ加工により易加工性で薄膜
の最外Al合金層９を削り取ることによってドラム摺動面
に高耐摩耗性の粉末合金層８が露出する。
状に成形されるが、この状態を模式的に示すと第３図
（断面図）のようになる。第３図において、７は加工性
の良好な中心Al合金部、８は摺動部位に介在する高耐摩
耗性の粉末合金層、９は易加工性の最外Al合金層であ
る。したがって、旋削仕上げ加工により易加工性で薄膜
の最外Al合金層９を削り取ることによってドラム摺動面
に高耐摩耗性の粉末合金層８が露出する。
このような複合機構を介して、本体主要部分は穴明
け、切削、タップ加工等の加工性に優れ、摺動部位は材
質要求に沿う十分な耐摩耗性を備えるVTR用ドラムの安
価な供給が可能となる。
け、切削、タップ加工等の加工性に優れ、摺動部位は材
質要求に沿う十分な耐摩耗性を備えるVTR用ドラムの安
価な供給が可能となる。
なお、本発明の素材は外周面に最外Al合金層が存在す
るから、後工程で冷間鍛造時における加工歩留りを増大
させる作用も同時にもたらされる。
るから、後工程で冷間鍛造時における加工歩留りを増大
させる作用も同時にもたらされる。
溶解鋳造法によるAl−Mg−Si系合金（JIS 6063）を用
いて外径254mm、高さ715mmで肉厚（t1）の異なる円筒缶
を作製し、円筒缶の中心部に溶解鋳造法で形成したAl−
Cu系合金（JIS 2218）からなる上端直径（d1）180mm、
下端直径（d2）195mmのビレットをセットし、缶内壁と
ビレットとの間隙にSi20wt％、Cu3wt％、Mg1wt％で残部
Alからなる組成の急冷凝固法で形成したAl−Si系合金粉
末を充填した。一方、溶解鋳造法によるAl−Mg−Si系合
金（JIS 6063）を用いて外径254mm、内径247mm、高さ71
5mmの円筒缶を作製し、円筒缶内径（Ｄ）に対する外径
寸法および上端直径（d1）と下端直径（d2）が異なる各
種ビレットをセットし、缶内壁とビレットとの間隙にSi
20wt％、Cu3wt％、Mg1wt％で残部がAlからなる組成の急
例凝固法で形成したAl−Si系合金粉末を充填した。つい
で、Al−Si系合金粉末を充填した上記円筒缶の下部に底
板を、また上部に脱気管を備える上蓋を溶接して密封化
し、第１〜２図に示す原材料配置構成とした。
いて外径254mm、高さ715mmで肉厚（t1）の異なる円筒缶
を作製し、円筒缶の中心部に溶解鋳造法で形成したAl−
Cu系合金（JIS 2218）からなる上端直径（d1）180mm、
下端直径（d2）195mmのビレットをセットし、缶内壁と
ビレットとの間隙にSi20wt％、Cu3wt％、Mg1wt％で残部
Alからなる組成の急冷凝固法で形成したAl−Si系合金粉
末を充填した。一方、溶解鋳造法によるAl−Mg−Si系合
金（JIS 6063）を用いて外径254mm、内径247mm、高さ71
5mmの円筒缶を作製し、円筒缶内径（Ｄ）に対する外径
寸法および上端直径（d1）と下端直径（d2）が異なる各
種ビレットをセットし、缶内壁とビレットとの間隙にSi
20wt％、Cu3wt％、Mg1wt％で残部がAlからなる組成の急
例凝固法で形成したAl−Si系合金粉末を充填した。つい
で、Al−Si系合金粉末を充填した上記円筒缶の下部に底
板を、また上部に脱気管を備える上蓋を溶接して密封化
し、第１〜２図に示す原材料配置構成とした。
脱気管から真空度10-2Torrの条件で脱ガス処理したの
ち、上蓋側をビレット先端側として420℃の温度で熱間
押出加工を施し、直径62.5mmのVTRドラム用鍛造素材を
製造した。上記の工程による円筒缶の肉厚（t1）と押出
加工後の同肉厚（t2）との関係を表１に、ビレット直径
（d1,d2）と押出加工後におけるAl−Si系粉末合金層
（Ｔ）の厚さとの関係を表２に示した。
ち、上蓋側をビレット先端側として420℃の温度で熱間
押出加工を施し、直径62.5mmのVTRドラム用鍛造素材を
製造した。上記の工程による円筒缶の肉厚（t1）と押出
加工後の同肉厚（t2）との関係を表１に、ビレット直径
（d1,d2）と押出加工後におけるAl−Si系粉末合金層
（Ｔ）の厚さとの関係を表２に示した。
表１のRUN No.1〜２の例では押出加工後の肉厚（t2）
が旋削加工の容易な0.5〜2mmの範囲に収まるが、RUN N
o.3では円筒缶の肉厚（t1）が8mmと厚い関係で押出加工
後も２〜4mmの肉厚までしか薄くならず、切削加工の困
難性が残る。また、表２の結果からは、中心にセットさ
れるビレット外径が円筒缶内径の50％より小さい場合
（RUN No.4）には押出後の粉末合金層厚さが不十分とな
ることがわかる。VTRドラムに十分な耐摩耗性を与える
ためには2mm厚以上の粉末合金層が必要である。
が旋削加工の容易な0.5〜2mmの範囲に収まるが、RUN N
o.3では円筒缶の肉厚（t1）が8mmと厚い関係で押出加工
後も２〜4mmの肉厚までしか薄くならず、切削加工の困
難性が残る。また、表２の結果からは、中心にセットさ
れるビレット外径が円筒缶内径の50％より小さい場合
（RUN No.4）には押出後の粉末合金層厚さが不十分とな
ることがわかる。VTRドラムに十分な耐摩耗性を与える
ためには2mm厚以上の粉末合金層が必要である。
以上のとおり、本発明によれば熱間押出加工前の段階
で原材料の配置構成を整えることにより中心主要部は易
加工性のAl基合金で構成し、摺動部位は高耐摩耗性のAl
−Si系粉末合金層で構成する複合構造のVTRドラム鍛造
用素材を製造することができる。そのうえ、高価な急冷
凝固粉末原料の使用量が少量で済み、孔明け、切削、タ
ップ加工等の加工性がよいから、経済面、作業能率面で
の改善効果も頗る高い。
で原材料の配置構成を整えることにより中心主要部は易
加工性のAl基合金で構成し、摺動部位は高耐摩耗性のAl
−Si系粉末合金層で構成する複合構造のVTRドラム鍛造
用素材を製造することができる。そのうえ、高価な急冷
凝固粉末原料の使用量が少量で済み、孔明け、切削、タ
ップ加工等の加工性がよいから、経済面、作業能率面で
の改善効果も頗る高い。
第１図は本発明の熱間押出加工前における原材料の配置
構成を示した縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線に
沿う横断面図、第３図は本発明による鍛造用素材を冷間
鍛造してVTRドラム形態に形成した段階を示す模式断面
図である。 １……円筒缶、２……ビレット ３……合金粉末、４……底板 ５……脱気管、６……上蓋 ７……中心Al合金部、８……粉末合金層 ９……最外Al合金層
構成を示した縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線に
沿う横断面図、第３図は本発明による鍛造用素材を冷間
鍛造してVTRドラム形態に形成した段階を示す模式断面
図である。 １……円筒缶、２……ビレット ３……合金粉末、４……底板 ５……脱気管、６……上蓋 ７……中心Al合金部、８……粉末合金層 ９……最外Al合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−69304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40131（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22F 3/00 - 7/08 B21C 23/22 B21K 1/02
Claims (3)
- 【請求項１】溶解鋳造法で形成した肉厚２〜5mmのAl基
合金からなる円筒缶の中心部に、該円筒缶内径の50〜95
％に相当する外径寸法をもつ溶解鋳造法で形成したAl基
合金製のビレットを置き、前記円筒缶とビレットとの間
の空隙部分に急冷凝固法により作製したAl−Si系合金粉
末を充填し、円筒缶の端部を密封したのち脱気管を介し
て真空脱ガス処理をおこない、ついで熱間押出加工を施
すことを特徴とするVTRドラム鍛造用素材の製造方法。 - 【請求項２】溶解鋳造法で形成したAl基合金が、Al−Mg
系、Al−Mn系、Al−Cu系、Al−Mg−Si系またはAl−Zn−
Mg系である請求項１記載のVTRドラム鍛造用素材の製造
方法。 - 【請求項３】急冷凝固法により作製したAl−Si系合金粉
末が、Si15〜30wt％、Cu0.5〜6wt％、Mg0.3〜5wt％、残
部がAlの組成である請求項１記載のVTRドラム鍛造用素
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252290A JP2912669B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | Ｖｔｒドラム鍛造用素材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252290A JP2912669B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | Ｖｔｒドラム鍛造用素材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03271305A JPH03271305A (ja) | 1991-12-03 |
| JP2912669B2 true JP2912669B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=13491749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7252290A Expired - Fee Related JP2912669B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | Ｖｔｒドラム鍛造用素材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2912669B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP7252290A patent/JP2912669B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03271305A (ja) | 1991-12-03 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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