JPH01177340A - 高強度・耐摩耗性Al粉末合金の加工熱処理方法 - Google Patents

高強度・耐摩耗性Al粉末合金の加工熱処理方法

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JPH01177340A
JPH01177340A JP33570187A JP33570187A JPH01177340A JP H01177340 A JPH01177340 A JP H01177340A JP 33570187 A JP33570187 A JP 33570187A JP 33570187 A JP33570187 A JP 33570187A JP H01177340 A JPH01177340 A JP H01177340A
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JP
Japan
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alloy
powder alloy
powder
strength
plastic working
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JP33570187A
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English (en)
Inventor
Fumihiko Omi
大見 文彦
Takumi Ui
右井 巧
Riyouhei Ononari
小野成 良平
Tadao Hirano
忠男 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、高強度で耐摩耗性に優れたAI2粉末合金の
加工熱処理方法に関するものであり、特に熱間塑性加工
後に熱処理を施すことなく強度を向上できる方法に関す
るものである。 (従来の技術及び解決しようとする問題点)Al1−S
i系粉末合金は、高強度で耐摩耗性に優れていると共に
軽量であることから、特にAl合金としての軽量性を活
かして、自動車、ロボット、家電、航空機などの分野に
おいて、鉄合金の代替を目的に広く用途開発が進められ
ている。 これらの材料を部品として用いる場合、熱間塑性加工を
施し所定の形状に加工した後、熱処理を施して使用に供
されている。このプロセスとしては、熱間塑性加工にて
形状を与え、その後のT6処理等にて材質を調質すると
いう方法が採られており1強化のためにはT6処理が用
いられることが多い。 しかし乍ら、T6処理による強化は切欠感受性を高め、
耐SCC性を低下させるなど、マイナス要因も多いこと
から、部品の用途によって、2段時効やT7処理などの
熱処理方法の工夫が試みられている。しかし、このよう
な熱処理による強化は、材料強度を上げる点で有効であ
るが、工程数が増加すること、及び溶体化時にAl粉末
合金特有の問題であるブリスターの発生や水冷時におけ
る割れの発生などの問題がある。 したがって、加工ままで高強度が得られれば最適である
が、従来の加工法は形状を与えるのみであって1強度の
向上は充分でない。 一方、強度の向上を図る方法としては、材料の組成を変
える手法があり、Si、Cu、Mg及びFe、Mn、N
iなどの元素の増量が有効である。しかし、これらの合
金元素量を増加させると、加工性が低下し、加工によっ
て健全な部品を製造することが難しくなると共に、部品
の切欠感受性も高くなり、信頼性を考慮した設計が難し
くなるという問題がある。 したがって、過度の高合金化をせず、かつ、熱間塑性加
工後の熱処理を必要とせずに高強度が得られれば、実用
上の価値は非常に大きいが、現在までのところ、有効な
方法は見出されていない。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、Al−8i系粉末合金の製造におい
て、熱間塑性加工後に熱処理を施すことなく、強度を向
上できる新規な方法を提供することを目的とするもので
ある。 (問題点を解決するための手段) 前述の問題点を解決するために、本発明者らは、前述の
如く組成面による改善では設計上程々の問題を招くこと
から、Al−8i系粉末合金に対して加工熱処理方法の
適用を検討した。 この加工熱処理と呼ばれる方法は、一般に、塑性加工と
熱処理による相変化を組み合わせて行なうことにより、
結晶の微細化、析出の均一化を図り、強度の向上と共に
他の特性の改善に効果があると云われている方法である
。しかし、従来、この加工熱処理法をAl粉末合金の製
造に適用した例はない。 そこで、Cu、Mgを含むAfi−SL系鉛粉末合金熱
間塑性加工条件を検討するならば、他のAnfi、Q−
8i系粉末合金でも特性の向上を図ることが可能である
と考え、該Al−3i系粉末合金粉末合金種々研究を重
ねたところ、熱間塑性加工に供する素材の加熱温度並び
に加工中の冷却速度をコントロールすることにより、従
来、熱間加工後にT6等の熱処理を施して得られる強度
に匹敵する強度が得られるとの知見を得た。そして、更
に他の様々な組成のAfl−8i系粉末合金についても
実験研究を重ね、ここに本発明をなすに至ったものであ
る。 すなわち、本発明は、Si:10〜30%、Cu:0.
5〜5.0%及びMg: 0 、2〜3.0%を必須成
分として含有するAl粉末合金を400℃以上の温度に
加熱した後、熱間塑性加工を行いつつ、50 ’C/ 
see以上の冷却速度で冷却することを特徴とする高強
度、耐摩耗性Al粉末合金の加工熱処理方法を要旨とす
るものである。 以下に本発明を更に詳述する。 本発明の加工熱処理方法は、後述の如く特定組成のAn
粉末合金に対し、400’C以上の温度に加熱した素材
を熱間塑性加工しつつ50℃/see以上の冷却速度で
冷却する条件で加工熱処理する必要がある。これにより
、特性が向上する作用としては次のように考えられる。 すなわち、Al粉末合金は400℃以上に加熱すること
により、時効硬化型元素Cu、MgがAfiマトリック
ス中に固溶し、次に50 ”C/ sec以上の速度で
冷却しつつ塑性加工を行なえば、急冷によってCu、M
gなどの析出相の粗大化を抑え、微細析出を起こさせ、
T6処理材と同じ効果を得ることができる。 更に加えられた変形はメタルフローと共に動的な回復、
再結晶を通して組織の均質化が進み、−方、その過程で
起こる析出は粒界析出をせず、微細な均一析出をするた
めと考えられる。 以上のように、加工と熱処理を組合せることで加工まま
の状態で強度の向上をもたらすものと考えられる。 したがって、この加工熱処理に必要な要件としては、材
料がCu、Mgなどの時効硬化型元素を含むこと、溶体
化可能な温度で(好ましくは時間と共に)加熱すること
、及び析出を微細化できる冷却速度で冷却しながら塑性
加工を行なうことになる。 加熱温度は400℃以上で、好ましくは10分以上加熱
すれば十分であり、加工時の冷却速度は50℃/see
以上とし、好ましくは加工終了温度が280℃以下のよ
うにすれば、これらの要件がAl−8i系粉末合金で満
足されるものと考えられる。 ここでいう加工は熱間での塑性加工であり、したがって
、圧延、鍛造などの部品の形状に合わせて最適な塑性加
工方法を採用すればよい。 また、加工中の冷却については、最も簡単な方法として
は、ダイス、ロールなど被加工材に接触するものを低い
温度にし、加工中に急激に熱を奪ってやればよい。被加
工材の容量が大きい場合は水冷などの冷却をすればよい
、しかし、加工中に材料が破損しない条件にコントロー
ルすることが重要である。 加える加工率としては、特に制限されないが、10%を
超えれば十分で、それ以上の加工度の増加による影響は
なく、変形速度も冷却速度を変えない限り同様に影響し
ない。 本発明法が適用できる合金としては、Afl−5i系粉
末合金であって、時効硬化型元素であるCu、Mgを適
量含むことが必須である。添加量は時効硬化性が得られ
るCu:0.5〜5.0%、 Mg:0.2〜30%の
範囲である。Si量を10〜30%の範囲としたのは、
部品として耐摩耗性を得るためにも10%以上が必要で
あり、逆に30%を超えると加工性が低下するためであ
る。 また、用途に応じては、耐熱性を向上させる目的でFe
、Mn及びNiのうちの1種又は2種以上を合計で10
.0%まで添加したAfi粉末合金に対しても5本発明
の適用が可能である。但し、これらの元素が1.0%未
満では耐熱性向上の効果がなく、10.0%を超えると
加工性が低下するので、添加量は1.0〜10.0%の
範囲とするのが好ましい。 更に、これらの組成のAfl粉末合金にセラミックスを
添加した複合材に対しても適用は可能である。その場合
、セラミックス粒子としては、均一に混合でき、更に耐
摩耗性等の性能の向上が期待できるSiC,Si、Nい
Al20.、BN、グラファイト、ZrO,,5i02
からなる群から選ばれた1種又は2種以上を添加するの
が好ましい。但し、これらのセラミックス粒子の場合は
、平均粒径3〜50μm、望ましくは5〜30μmのも
のを0゜1〜10.0%添加したものに限定される。平
均粒径が3μm未満では均一な混合が難しく、また平均
粒径が大きくなると摺動している相手材を傷つけるので
、上限は50μmとし、望ましくは30μmとする。セ
ラミックス粒子の添加量は、0゜1%未満では耐摩耗性
に効果がなく、10.0%を超えるとその効果が飽和す
るので、0.1〜10.0%の範囲とする。 また、クリープ特性を向上させるため、Ti、■、Nb
、Ta、Mo、Cr、Zrなどを3%以下の範囲で添加
したAl粉末合金に対しても、本発明の適用が可能であ
る。 次に本発明の実施例を示す。 (実施例) 第1表に示す組成を有する材料のAl合金溶湯を大気ア
トマイズ法により粉末にし、100メツシユの篩で分級
して、100メツシユ以下のA2合金粉を得た。なお、
複合材においては、このA2合金粉とセラミックス粉末
をV型ブレンダーにて混合し、複合粉末とした。 次いで、これらの粉末を250℃に予熱し、同温度に加
熱した金型中に充填して圧縮成形して、直径200m+
m、長さ300m+*の押出用ビレットに成形した。引
き続き、このビレットを480℃で2時間、Ar雰囲気
中で加熱した後、430℃で20mmφの丸棒に押出し
た。 このようにして得られた押出材を長さ10mmに切断し
て鍛造用素材とした。これらの鍛造用素材を第2表に示
す条件で鍛造し、評価用サンプルとした。なお、第1図
に熱履歴を示す。 特性は、ロックウェル硬度(HRB )の測定によりて
評価した。その結果を第3表に示す。 第3表に示した結果より、鍛造条件嵐■、■の恒温鍛造
(鍛造後徐冷)では硬度は上昇せず、鍛造前の押出まま
とはゾ同じ硬さを示した。一方、本発明例である鍛造条
件■によれば、鍛造後硬度が上昇し、T6材とはゾ匹敵
するレベルになっており、その効果が確認された。 なお、鍛造条件■の冷却速度は本発明の条件(≧50℃
/5ee)を満足している冷却速度であった。
【以下余白】
a:lt。 (発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、Al−8i系粉
末合金の強度を向上させるためには、T6処理などの熱
処理工程を必要とせずに、熱間塑性加工条件をコントロ
ールすることにより達成でき、したがって、経済的に部
品を製造することが可能となる。本発明は各分野におい
てこの種のAM粉末合金のより一層の利用拡大を図るう
えで非常に有意義である。
【図面の簡単な説明】
第1図は熱間鍛造実験のヒートパターンを示す図であり
、■及び■が従来の鍛造条件、■が本発明の鍛造条件を
示している。 特許出願人  昭和電工株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量割合で(以下、同じ)、Si:10〜30%
    、Cu:0.5〜5.0%及びMg:0.2〜3.0%
    を必須成分として含有するAl粉末合金を400℃以上
    の温度に加熱した後、熱間塑性加工を行いつつ、50℃
    /sec以上の冷却速度で冷却することを特徴とする高
    強度、耐摩耗性Al粉末合金の加工熱処理方法。
  2. (2)前記Al粉末合金が、Si:10〜30%、Cu
    :0.5〜5.0%及びMg:0.2〜3.0%を含有
    し、更にFe、Mn及びNiのうちの1種又は2種以上
    を合計で1.0〜10.0%含有し、残部が実質的にA
    lからなる合金である特許請求の範囲第1項記載の方法
  3. (3)前記Al粉末合金がセラミックス粒子を0.5〜
    10.0%含有している合金である特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の方法。
  4. (4)前記セラミックス粒子がSiC、Si_3N_4
    、Al_2O_3、BN、グラファイト、ZrO_2及
    びSiO_2からなる群から選ばれた1種又は2種以上
    であり、その粒径が平均3〜50μmである特許請求の
    範囲第3項記載の方法。
JP33570187A 1987-12-30 1987-12-30 高強度・耐摩耗性Al粉末合金の加工熱処理方法 Pending JPH01177340A (ja)

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