JP3104309B2 - 靭性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法 - Google Patents
靭性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、靭性のすぐれたAl
−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法に関するものであ
る。
−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、各種歯車、コンプレッサーベー
ン、コンロッド、およびピストンなどの部材が、例えば
特開昭55−97447号公報に記載される通り、原料
粉末として急冷凝固Al−Si系合金粉末を用い、これ
の圧粉体に熱間鍛造加工を施すことにより製造されてい
ることは良く知られるところである。
ン、コンロッド、およびピストンなどの部材が、例えば
特開昭55−97447号公報に記載される通り、原料
粉末として急冷凝固Al−Si系合金粉末を用い、これ
の圧粉体に熱間鍛造加工を施すことにより製造されてい
ることは良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の各種機械
装置の高性能化および省力化はめざましく、これに伴な
い、これら機械装置の構造部材である上記の部材の使用
条件も苛酷さを増す傾向にあるが、上記の従来Al−S
i系合金製熱間鍛造部材は、低熱膨張係数および高強
度、さらにすぐれた耐摩耗性を有するものの、十分な靭
性を具備するものでないために、これらの苛酷な使用条
件には満足に対応することができないのが現状である。
装置の高性能化および省力化はめざましく、これに伴な
い、これら機械装置の構造部材である上記の部材の使用
条件も苛酷さを増す傾向にあるが、上記の従来Al−S
i系合金製熱間鍛造部材は、低熱膨張係数および高強
度、さらにすぐれた耐摩耗性を有するものの、十分な靭
性を具備するものでないために、これらの苛酷な使用条
件には満足に対応することができないのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来Al−Si系合金製
熱間鍛造部材に着目し、これに靭性を付与すべく研究を
行なった結果、原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜19.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cu:2.6〜4.1%、 Mg:0.5〜1.2
%、 のうちの1種または2種、を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成を有すると共に、ガスアトマイズ
または水アトマイズにより形成され、かつ25〜63μ
mの平均粒径を有する急冷凝固Al−Si系合金粉末を
用い、上記の特定した急冷凝固Al−Si系合金粉末
に、7〜36μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純
Al粉末を,混合粉末に占める割合で6〜18重量%の
割合で混合して混合粉末とし、上記混合粉末よりプレス
成形された67〜82%の理論密度比を有する圧粉体
に、大気、窒素ガス、またはArガスの雰囲気中、31
0〜510℃の範囲内の所定温度で、かつ厚さ方向鍛造
比を18〜33%ととした条件で熱間鍛造加工を施し
て、99%以上の理論密度比をもったAl−Si系合金
製熱間鍛造部材を製造すると、この結果得られたAl−
Si系合金製熱間鍛造部材は、低熱膨張係数、高強度、
およびすぐれた耐摩耗性を保持した上で、すぐれた靭性
を具備するようになるという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、上記の従来Al−Si系合金製
熱間鍛造部材に着目し、これに靭性を付与すべく研究を
行なった結果、原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜19.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cu:2.6〜4.1%、 Mg:0.5〜1.2
%、 のうちの1種または2種、を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成を有すると共に、ガスアトマイズ
または水アトマイズにより形成され、かつ25〜63μ
mの平均粒径を有する急冷凝固Al−Si系合金粉末を
用い、上記の特定した急冷凝固Al−Si系合金粉末
に、7〜36μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純
Al粉末を,混合粉末に占める割合で6〜18重量%の
割合で混合して混合粉末とし、上記混合粉末よりプレス
成形された67〜82%の理論密度比を有する圧粉体
に、大気、窒素ガス、またはArガスの雰囲気中、31
0〜510℃の範囲内の所定温度で、かつ厚さ方向鍛造
比を18〜33%ととした条件で熱間鍛造加工を施し
て、99%以上の理論密度比をもったAl−Si系合金
製熱間鍛造部材を製造すると、この結果得られたAl−
Si系合金製熱間鍛造部材は、低熱膨張係数、高強度、
およびすぐれた耐摩耗性を保持した上で、すぐれた靭性
を具備するようになるという研究結果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、 (a)原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜29.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cu:2.6〜4.1%、 Mg:0.5〜1.2
%、 のうちの1種または2種、を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成を有すると共に、ガスアトマイズ
または水アトマイズにより形成され、かつ25〜63μ
mの平均粒径を有する急冷凝固Al−Si系合金粉末を
用い、 (b)上記急冷凝固Al−Si系合金粉末に、7〜36
μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純Al粉末を,
混合粉末に占める割合で6〜18重量%の割合で混合し
て混合粉末とし、 (c)上記混合粉末を、67〜82%の理論密度比を有
する圧粉体にプレス成形し、 (d)上記圧粉体に、大気、窒素ガス、またはArガス
の雰囲気中、310〜510℃の範囲内の所定温度で、
かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で熱間
鍛造加工を施して、99%以上の理論密度比を有するA
l−Si系合金製熱間鍛造部材を製造する 以上(a)〜(d)の工程からなる、靭性のすぐれたA
l−Si系合金製熱間鍛造部材の製造方法に特徴を有す
るものである。
なされたものであって、 (a)原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜29.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cu:2.6〜4.1%、 Mg:0.5〜1.2
%、 のうちの1種または2種、を含有し、残りがAlと不可
避不純物からなる組成を有すると共に、ガスアトマイズ
または水アトマイズにより形成され、かつ25〜63μ
mの平均粒径を有する急冷凝固Al−Si系合金粉末を
用い、 (b)上記急冷凝固Al−Si系合金粉末に、7〜36
μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純Al粉末を,
混合粉末に占める割合で6〜18重量%の割合で混合し
て混合粉末とし、 (c)上記混合粉末を、67〜82%の理論密度比を有
する圧粉体にプレス成形し、 (d)上記圧粉体に、大気、窒素ガス、またはArガス
の雰囲気中、310〜510℃の範囲内の所定温度で、
かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で熱間
鍛造加工を施して、99%以上の理論密度比を有するA
l−Si系合金製熱間鍛造部材を製造する 以上(a)〜(d)の工程からなる、靭性のすぐれたA
l−Si系合金製熱間鍛造部材の製造方法に特徴を有す
るものである。
【0006】つぎに、この発明の方法において、製造条
件を上記の通りに限定した理由を説明する。 (A)急冷凝固Al−Si系合金粉末の組成(以下、組
成に関する%は重量%を示す) (1)Si Si成分には、熱膨張係数を低め、かつ耐摩耗性を向上
させる作用があり、したがってその含有量が12.3%
未満では所望の低熱膨張係数およびすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方その含有量が29.1%を
越えると強度が低下するようになることから、その含有
量を12.3〜29.1%とした。 (2)FeおよびNi FeおよびNi成分には、AlやSiと金属間化合物を
形成して、耐熱性、および耐摩耗性を向上させる作用が
あるが、その含有量が1.2%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が9.2%を越える
と靭性が低下するようになることから、その含有量を
1.2〜9.2%とした。 (3)CuおよびMg CuおよびMg成分には、時効硬化により強度を一段と
向上させる作用があるので、必要に応じて含有される
が、その含有量が、それぞれCu:2.6%未満および
Mg:0.5%未満では所望の強度向上効果が得られ
ず、一方その含有量が、それぞれCu:4.1%および
Mg:1.2%を越えると靭性が低下するようになるこ
とから、その含有量を、それぞれCu:2.6〜4.1
%、Mg:0.5〜1.2%とした。
件を上記の通りに限定した理由を説明する。 (A)急冷凝固Al−Si系合金粉末の組成(以下、組
成に関する%は重量%を示す) (1)Si Si成分には、熱膨張係数を低め、かつ耐摩耗性を向上
させる作用があり、したがってその含有量が12.3%
未満では所望の低熱膨張係数およびすぐれた耐摩耗性を
確保することができず、一方その含有量が29.1%を
越えると強度が低下するようになることから、その含有
量を12.3〜29.1%とした。 (2)FeおよびNi FeおよびNi成分には、AlやSiと金属間化合物を
形成して、耐熱性、および耐摩耗性を向上させる作用が
あるが、その含有量が1.2%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が9.2%を越える
と靭性が低下するようになることから、その含有量を
1.2〜9.2%とした。 (3)CuおよびMg CuおよびMg成分には、時効硬化により強度を一段と
向上させる作用があるので、必要に応じて含有される
が、その含有量が、それぞれCu:2.6%未満および
Mg:0.5%未満では所望の強度向上効果が得られ
ず、一方その含有量が、それぞれCu:4.1%および
Mg:1.2%を越えると靭性が低下するようになるこ
とから、その含有量を、それぞれCu:2.6〜4.1
%、Mg:0.5〜1.2%とした。
【0007】(B)急冷凝固Al−Si系合金粉末およ
び純Al粉末の粒度 冷凝固Al−Si系合金粉末の粒度を、不活性ガスや空
気などのガスアトマイズにより25〜63μmの平均粒
径にすると、ガスアトマイズによる急冷凝固によって粉
末中の初晶Siが10μm以下の微細粒となって素地中
に均一分散するようになり、この粉末中のSiの微細化
によって鍛造部材は高強度とすぐれた耐摩耗性さらに低
熱膨張係数を具備するようになるものである。また、上
記の通り急冷凝固Al−Si系合金粉末の平均粒径を2
5〜63μmとし、かつ純Al粉末の平均粒径を7〜3
6μmとすることにより隣接するAl−Si系合金粒の
隙間を純Al粒が埋める状態となるので鍛造部材の緻密
化が促進されるようになるものである。
び純Al粉末の粒度 冷凝固Al−Si系合金粉末の粒度を、不活性ガスや空
気などのガスアトマイズにより25〜63μmの平均粒
径にすると、ガスアトマイズによる急冷凝固によって粉
末中の初晶Siが10μm以下の微細粒となって素地中
に均一分散するようになり、この粉末中のSiの微細化
によって鍛造部材は高強度とすぐれた耐摩耗性さらに低
熱膨張係数を具備するようになるものである。また、上
記の通り急冷凝固Al−Si系合金粉末の平均粒径を2
5〜63μmとし、かつ純Al粉末の平均粒径を7〜3
6μmとすることにより隣接するAl−Si系合金粒の
隙間を純Al粒が埋める状態となるので鍛造部材の緻密
化が促進されるようになるものである。
【0008】(C)純Al粉末の混合粉末に占める割合 急冷凝固Al−Si系合金粉末と純Al粉末の混合粉末
に占める純Al粉末の割合を6〜18重量%とする必要
があり、その理由は、その含有割合が6%未満では所望
の高靭性を確保することができず、一方その含有割合が
18%を越えると硬さが低下するようになるほか、硬さ
の局部的バラツキも大きくなることにある。
に占める純Al粉末の割合を6〜18重量%とする必要
があり、その理由は、その含有割合が6%未満では所望
の高靭性を確保することができず、一方その含有割合が
18%を越えると硬さが低下するようになるほか、硬さ
の局部的バラツキも大きくなることにある。
【0009】(D)圧粉体の理論密度比 圧粉体の理論密度比は、その値が67%未満では取扱上
破損が生じ易く、一方その値が82%を越えると、内部
に存在する水分や空気などのガス抜きが困難になること
から、67〜82%とした。
破損が生じ易く、一方その値が82%を越えると、内部
に存在する水分や空気などのガス抜きが困難になること
から、67〜82%とした。
【0010】(E)熱間鍛造加工 熱間鍛造加工は、310〜510℃の範囲内の所定温度
で、かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で
行なうのがよく、この温度および厚さ方向鍛造比での熱
間鍛造加工によって99%以上の理論密度比をもった鍛
造部材の製造が可能となるものであり、したがって、前
記の温度および厚さ方向鍛造比の範囲を外れた条件での
熱間鍛造加工では99%以上の理論密度比をもった鍛造
部材の製造が困難となる。この場合、鍛造部材の理論密
度比が99%未満では、所望の強度および靭性を確保す
ることができないので、鍛造部材は99%以上の理論密
度比をもつものとする。
で、かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で
行なうのがよく、この温度および厚さ方向鍛造比での熱
間鍛造加工によって99%以上の理論密度比をもった鍛
造部材の製造が可能となるものであり、したがって、前
記の温度および厚さ方向鍛造比の範囲を外れた条件での
熱間鍛造加工では99%以上の理論密度比をもった鍛造
部材の製造が困難となる。この場合、鍛造部材の理論密
度比が99%未満では、所望の強度および靭性を確保す
ることができないので、鍛造部材は99%以上の理論密
度比をもつものとする。
【0011】
【実施例】つぎに、この発明の方法を実施例により具体
的に説明する。原料粉末として、それぞれ表1に示され
る成分組成、並びに空気アトマイズにより表2,3に示
される平均粒径とした急冷凝固Al−Si系合金粉末、
および同じく空気アトマイズにより表2,3に示される
平均粒径とした純Al粉末を用意し、これら原料粉末を
表2,3に示される配合組成に配合し、ミキサーにて1
時間混合した後、2〜8 ton/cm2 の圧力でそれぞれ表
2,3に示される理論密度比および縦:10.5mm×
横:56mmの平面寸法をもった所定厚さの圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体に同じく表2,3に示される条件
で熱間鍛造加工を施すことにより本発明法1〜10およ
び純Al粉末の混合を行なわない比較法1〜10を実施
し、それぞれAl−Si系合金製熱間鍛造部材を製造し
た。ついで、この結果得られた各種の熱間鍛造部材につ
いて、理論密度比を測定し、強度を評価する目的で引張
強さを、また靭性および耐摩耗性を評価する目的でシャ
ルピー衝撃値およびロックウェル硬さ(Bスケール)を
測定し、さらに熱膨張係数および伸びも測定した。これ
らの測定結果を表4に示した。
的に説明する。原料粉末として、それぞれ表1に示され
る成分組成、並びに空気アトマイズにより表2,3に示
される平均粒径とした急冷凝固Al−Si系合金粉末、
および同じく空気アトマイズにより表2,3に示される
平均粒径とした純Al粉末を用意し、これら原料粉末を
表2,3に示される配合組成に配合し、ミキサーにて1
時間混合した後、2〜8 ton/cm2 の圧力でそれぞれ表
2,3に示される理論密度比および縦:10.5mm×
横:56mmの平面寸法をもった所定厚さの圧粉体にプレ
ス成形し、この圧粉体に同じく表2,3に示される条件
で熱間鍛造加工を施すことにより本発明法1〜10およ
び純Al粉末の混合を行なわない比較法1〜10を実施
し、それぞれAl−Si系合金製熱間鍛造部材を製造し
た。ついで、この結果得られた各種の熱間鍛造部材につ
いて、理論密度比を測定し、強度を評価する目的で引張
強さを、また靭性および耐摩耗性を評価する目的でシャ
ルピー衝撃値およびロックウェル硬さ(Bスケール)を
測定し、さらに熱膨張係数および伸びも測定した。これ
らの測定結果を表4に示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】
【発明の効果】表4に示される結果から、本発明法1〜
10で製造されたAl−Si系合金製熱間鍛造部材は、
いずれも原料粉末として純Al粉末の配合がない比較法
1〜10で製造されたそれと同等の低熱膨張係数、高強
度、および高硬度を有し、かつこれより一段とすぐれた
靭性をもつことが明らかである。上述のように、この発
明の方法によれば、高靭性を有し、かつ低熱膨張係数、
高強度、および高硬度を有するAl−Si系合金製熱間
鍛造部材を製造することができ、したがってこの結果の
Al−Si系合金製熱間鍛造部材を実用に供すれば、各
種機械装置の高性能化および省力化に十分満足に対応す
ることができ、著しく長期に亘ってすぐれた性能を発揮
するようになるなど工業上有用な効果がもたらされるの
である。
10で製造されたAl−Si系合金製熱間鍛造部材は、
いずれも原料粉末として純Al粉末の配合がない比較法
1〜10で製造されたそれと同等の低熱膨張係数、高強
度、および高硬度を有し、かつこれより一段とすぐれた
靭性をもつことが明らかである。上述のように、この発
明の方法によれば、高靭性を有し、かつ低熱膨張係数、
高強度、および高硬度を有するAl−Si系合金製熱間
鍛造部材を製造することができ、したがってこの結果の
Al−Si系合金製熱間鍛造部材を実用に供すれば、各
種機械装置の高性能化および省力化に十分満足に対応す
ることができ、著しく長期に亘ってすぐれた性能を発揮
するようになるなど工業上有用な効果がもたらされるの
である。
フロントページの続き (72)発明者 河野 通 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱マテ リアル株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平1−294833(JP,A) 特開 昭64−75605(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/04
Claims (2)
- 【請求項1】 (a)原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜29.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有
すると共に、ガスアトマイズまたは水アトマイズにより
形成され、かつ25〜63μmの平均粒径を有する急冷
凝固Al−Si系合金粉末を用い、 (b)上記急冷凝固Al−Si系合金粉末に、7〜36
μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純Al粉末を,
混合粉末に占める割合で6〜18重量%の割合で混合し
て混合粉末とし、 (c)上記混合粉末を、67〜82%の理論密度比を有
する圧粉体にプレス成形し、 (d)上記圧粉体に、大気、窒素ガス、またはArガス
の雰囲気中、310〜510℃の範囲内の所定温度で、
かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で熱間
鍛造加工を施して、99%以上の理論密度比を有するA
l−Si系合金製熱間鍛造部材を製造する 以上(a)〜(d)の工程からなることを特徴とする靭
性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造
法。 - 【請求項2】 (a)原料粉末として、重量%で、 Si:12.3〜29.1%、 FeおよびNiのうちの1種または2種:1.2〜9.
2%、 を含有し、さらに、 Cu:2.6〜4.1%、 Mg:0.5〜1.2
%、 のうちの1種または2種、 を含有し、残りがAlと不可避不純物からなる組成を有
すると共に、ガスアトマイズまたは水アトマイズにより
形成され、かつ25〜63μmの平均粒径を有する急冷
凝固Al−Si系合金粉末を用い、 (b)上記急冷凝固Al−Si系合金粉末に、7〜36
μmの平均粒径を有するガスアトマイズ純Al粉末を,
混合粉末に占める割合で6〜18重量%の割合で混合し
て混合粉末とし、 (c)上記混合粉末を、67〜82%の理論密度比を有
する圧粉体にプレス成形し、 (d)上記圧粉体に、大気、窒素ガス、またはArガス
の雰囲気中、310〜510℃の範囲内の所定温度で、
かつ厚さ方向鍛造比を18〜33%ととした条件で熱間
鍛造加工を施して、99%以上の理論密度比を有するA
l−Si系合金製熱間鍛造部材を製造する 以上(a)〜(d)の工程からなることを特徴とする靭
性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03190950A JP3104309B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 靭性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03190950A JP3104309B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 靭性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0665660A JPH0665660A (ja) | 1994-03-08 |
JP3104309B2 true JP3104309B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=16266379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03190950A Expired - Fee Related JP3104309B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 靭性のすぐれたAl−Si系合金製熱間鍛造部材の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3104309B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19929952C1 (de) | 1999-06-29 | 2000-10-26 | Daimler Chrysler Ag | Ölpumpenzahnrad aus Aluminiumpulver |
JP2007084889A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Aisin Seiki Co Ltd | アルミニウム合金及びその製造方法 |
WO2019224063A1 (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | Aleris Rolled Products Germany Gmbh | Brazed heat exchanger |
-
1991
- 1991-07-05 JP JP03190950A patent/JP3104309B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0665660A (ja) | 1994-03-08 |
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