JPH01263201A - Ａｌ系粉末成形加工用ビレットの製造方法 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明はＡｆｆｉ系粉末成形加工用ビレットの製造。

方法に係り、特にアルミニウム（Ａｌ２）若しくはその
合金粉末またはこれにセラミック材料を混入せしめてな
る複合原料から、ブリスター（気泡）や気孔のない優れ
たＡｎ系粉末成形用ビレ・ントを、安価に且つ簡便に製
造する方法の改良に関するものである。

（背景技術） 従来より、Ａｌ若しくはその合金粉末や、これにセラミ
ック材ギ４を混入せしめてなる複合物の如き粉末状原料
（Ａｌ系粉末）から、目的とする形状の成形物を得るた
めの一つの手法として、粉末→ＣＩＰ成形（Ｃｏｌ’ｄ
　ｌ５ｏｓＬａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）　−）封缶→脱気
→ホットプレス→脱缶→押出しの如き一連の工程で行な
われる押出成形法が知られている。

そして、この押出成形法にあっては、かかるＡｌ系粉末
をそのまま押出機において押出成形することが出来ない
ところから、先ず、かかる原料粉末をＣＩＰ成形または
金型成形して、所定形状の粉末圧縮物（圧粉体）となし
た後、かかる粉末圧縮物をＡＰ缶に封入して脱気せしめ
、次いでホントプレスにより粉末圧縮物を緻密化した後
、かかる粉末圧縮物の表面に存在するへ〇缶材料を切削
等によって取り除くことにより、初めて、押出成形が可
能なビレットが得られるのであり、そしてこの得られた
粉末ビレットを用いて、押出成形することにより、目的
とする形状の粉末成形体が製造されているのである。

しかしながら、かくの如き手法により得られたビレット
にあっては、優れた品質の製品を得ることのできる成形
体を製造できるものの、ＣＩＰ成形または金型成形によ
り得られる粉末圧縮物の脱気処理のために、かかる粉末
圧縮物を封入せしめるためのへ１缶が必要とされ、この
ためコストが高くなる問題があったのであり、また脱気
工程において真空保持密封用の装置も必要となり、これ
がコストを上昇せしめ、更には粉末圧縮物をＡｌ缶に封
入した状態で処理を行なうために、緻密化後において脱
缶操作が必要となり、このために歩留りが下がり、また
コストを押し上げているのである。

また、かかる脱気処理を経済的に且つ簡便に行なう方法
として、特開昭６１−１９４１０１号公報には、空気中
における加熱だけで脱ガス処理を行ない、ブリスター等
の欠陥のないＡｎ合金ビレッ１〜やＡ１合金粉末鍛造部
品を製造しようとする手法が提案されている。

しかしながら、かかる手法にあっても、粉末表面上に存
在する水分（吸着水、結晶水）を完全に除くことができ
ず、またブリスターや気孔による膨れの発生を皆無とす
ることができなかったのであり、このため、自動車用の
コネクティングロッドやピストンのような、高温での強
度、伸びが必要である部品には適用することが困難であ
ったのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にしてなさ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、ブリスターや気孔のない、緻密度の高いＡｌ系粉末成
形加工用ビレットを、安価に且つ簡便に製造する手法を
提供しようとすることにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題を解決するためになされ
たものであり、その特徴とするところは、Ａｌ若しくは
その合金粉末、またはこれにセラミック材料を混合した
混合粉末を、圧縮成形した後、３００°Ｃ以上に加熱し
てホットプレスコンテナ内に装填せしめ、次いで１０Ｔ
ｏｒｒ以下の真空度にて真空引きした後、熱間成形する
ことを特徴とする、Ａｌ系粉末成形加工用ビレットの製
造方法にある。

（具体的構成） ところで、かかる本発明において用いられる粉末原料と
しては、Ａｎ粉末若しくはＡｆ合金粉末があり、一般に
、通常の粉末成形に採用されている粒度範囲において、
本発明が通用されることとなる。また、本発明は、かか
るＡｌ若しくはその合金粉末に、更に所定のセラミック
材料を混入せしめてなる複合粉末原料に対しても、適用
可能である。なお、ここで混入せしめられるセラミック
材料としては、例えば粉末状の他、長繊維状、短繊維状
、ウィスカー状等の形態のものであり、−般に容量基準
で５０％以下、特に１０〜３０％程度の割合でＡｌ若し
くはその合金粉末に混入せしめられることとなる。

そして、このような粉末原料は、それから、所定形状の
粉末圧縮物を得るために、常法に従って、金型成形され
たり、或いはＣＩＰ成形、換言すれば冷間静水圧プレス
によって圧縮成形せしめられ、所定の粉末圧縮物が形成
される。なお、かかる圧縮成形物の形状を良好に保持す
るためには、６５％以上の圧縮密度（真密度比）となる
ように圧縮することが好ましいのである。

また、粉末圧縮物を得るためのＣＩＰ成形では、よく知
られているように、粉末原料が所定のゴム製治具に充填
せしめられて、高圧の液体にて加圧を行ない得る加圧容
器内に収容され、そして所定の高圧液体の作用によって
圧縮せしめられることにより、目的とする形状、例えば
柱状の粉末圧縮物とされるのである。なお、このＣＩＰ
成形に際しての加圧圧力は、粉末原料の種類や所要圧縮
密度により適宜に決定されることとなるが、Ａ２合金粉
末圧縮物の場合にあっては、圧縮密度：６５〜７０％の
ものを得るには、１０　ｋｇ／　１１１１１１２程度以
上の圧力が作用せしめられるのであり、また、この際の
加圧保持時間としても、圧縮物における圧縮密度差が惹
起されない程度において適宜に決定されるものであるが
、一般に、５秒程度で充分である。

次いで、かくの如きＣＩＰ成形または金型成形操作にて
得られた粉末圧縮物は、通常の加熱装置等に装入され、
３００°Ｃ以上の温度下において加熱処理が施されるこ
とにより、粉体表面に存在する吸着水や結晶水が除去さ
れる、所謂脱ガス処理が施されることとなる。なお、加
熱温度が３００°Ｃ未満では、脱ガスが不十分となり、
最終製品に膨れが発生したり、粉末圧縮成形物中に存在
するＨ２ガスが十分に抜けず、最終製品の機械的性質の
劣化を招くこととなる。また、その加熱時間としては、
粉末圧縮物の材料等により適宜設定されることとなる。

また、かかる加熱温度の上限は、合金成分によって、許
容される範囲が変わるものであるが、例えば、耐摩耗合
金であるＡ、ｅ−３ｉ系合金では、Ｓｉ粒子径の粗大化
を許すならば、融点近くまで昇温可能である。また、耐
熱合金のＡＩ！−Ｆｅ系合金では、分散化合物の粗大化
と強度低下を防ぐために、４５０°Ｃ程度以下とされる
ことが好ましい。

なお、加熱雰囲気は、空気またはＡｒ、Ｎｚ等の不活性
ガスであっても差支えない。

次いで、この加熱処理を完了した粉末圧縮物は、加熱装
置から取り出され、そして所定のホットプレスコンテナ
に直ちに搬送され、セントせしめられることとなる。な
お、この搬送セット操作は、粉末成形物の温度を下げな
いために、可及的に短時間において行なわれることが望
ましく、また、かかるコンテナ内の温度は、加熱された
粉末圧縮成形物の温度を下げない程度に昇温しておくこ
とが好ましいのである。

そして、このコンテナ内にセットされた粉末圧縮物は、
かかるコンテナ内が真空引きされることによって、脱気
処理が施されることとなる。

なお、かかる真空引き操作は、ロークリポンプ等の真空
ポンプにて行なわれ、１０Ｔｏｒｒ以下の真空度を以て
行なわれる。けだし、かかる真空度が１０Ｔｏｒｒ以下
に達しないと、圧縮成形物中の気体が十分に抜けないた
め、最終製品に膨れが発生してしまうからである。

このように、コンテナ内において脱気処理の施された粉
末圧縮物には、続いて、真空排気下において熱間成形（
ホットプレス）操作が施され、これによって粉末圧縮物
の緻密化が行なわれ得て、目的とするビレットが形成さ
れるのである。そして、この熱間成形によって、製品の
膨れ等の問題が回避され、また得られる製品の物性が向
上せしめられることとなる。

なお、かかる熱間成形操作は９５％以上の緻密度（真密
度比）が得られるように行なわれることが好ましい。９
５％未満の緻密化ではビレット中に残った空孔が外部に
通ずる所謂開気孔の状態となって残るため、製品化され
るまで大気中で放置される場合、空気や水分の侵入等に
より、製品化されたときに膨れが発生するからである。

そして、このような緻密度を達成するためには、予めホ
ットプレス操作前の圧縮成形体の緻密度を測定して、ホ
ットプレス時の圧縮ストローク量を決定しておくことが
望ましい。また、かかる緻密化のための真空排気及びホ
ットプレス操作に際して、引き続き押出加工を行なう場
合は、コンテナ温度を、次工程の押出温度と同様な温度
に保持しておくことが望ましい。

従って、このような工程によって、ＣＸＰ成形または金
型成形された粉末圧縮物をＡｌ缶に封入することなく、
脱気−ホットプレス操作を連続して行なうようにするこ
とによって、従来法では必須とされるＡｆｆｉ缶が不要
となり、それによってコストが効果的に低減され得ると
共に、真空保持密封用の装置も不要となり、更には緻密
化後の脱缶も不要となって、作業工程の簡略化と共に、
歩留りが効果的に向上され得て、この点においても、コ
ストの低減が効果的に達成され得たのである。

また、上記した方法に従えば、脱気−ホットプレスに続
いて、押出加工をも連続して行ない得るところから、そ
れらの工程を自動化するのが容易である利点も生ずるの
である。

しかも、ブリスターや気孔のない優れたＡｌ系粉末成形
用ビレットを、このような方法によれば良好に製造する
ことができるのである。

そして、かくの如きホットプレス操作によって成形され
たビレットは、その後、引き続いて連続的に押出加工が
施されたり、取り出して鍛造加工が施されたりして、所
望の形状、寸法の製品に加工されることとなる。

なお、本発明は、上記の具体例に基づく例示の構成以外
にも、また以下に示す実施例の他にも、本発明の趣旨を
逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種
々なる変更、修正、改良等を加えた形態において実施さ
れ得るものであることが、理解されるべきである。

例えば、ＣＩＰ成形または金型成形や押出成形、更には
それらの成形に用いられる装置等は、公知の各種の手法
並びにそれに用いられている装置が、何れも、本発明に
おいて使用可能である。

また、前記の粉末成形物の加熱操作は、始めからコンテ
ナ内にセットされた状態で行なわれても同等差支えない
のである。

（実施例） 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の実施例を挙げることとするが、本発明が、かかる
実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでな
いことは、言うまでもないところである。

実施例　１ 先ず、Ａ１合金粉末（Ａβ−２５％５ｉ−１，６％Ｃｕ
−０バ％Ｍｇ−５％Ｆｅ）を、粒度：２９７μｍのふる
いにかけ、そのふるい下の粉末を用いて、通常のＣＩＰ
成形手法にて、外径：１５０ｍｍ、長さ：３５０ｍｍ、
真密度比＝７０％の複数の圧縮成形体を得た。次いで、
これら得られた圧縮成形体を通常の加熱炉に送入し、下
記第１表に示される各加熱温度でそれぞれ１時間加熱し
た。そして、この加熱の後、直ちに真空排気の可能なコ
ンテナに送入して、第１表に示される各真空度まで真空
排気し、更にその後、ホットプレス成形により外径：１
５１ｍｍ、長さ：２４０ｍｍのビレットをそれぞれ形成
した。

かくして得られた各種のビレットを４００°Ｃの温度で
押出成形して、外径：２５ｍｍの棒材Ｎｏ、　１〜４を
得、そしてそれら棒材の２５０°Ｃにおける引張性質（
耐カニσ。、２、引張強さ：σ８、伸び：δ）、Ｈｔガ
ス量、及び５００°Ｃにて１時間加熱保持した後の膨れ
の有無を調査し、その結果を下記第１表に示した。

比較例　１ 実施例１と同様な粉末を用い、加熱温度、コンテナ温度
、真空度、緻密度を変えて、実施例１と同様な成形操作
を行なうことにより、Ｎｏ、　５〜８の比較材を形成し
、そして前記と同様な試験を行なって、その結果を下記
第１表に示した。

比較例　２ 前記の圧縮成形体を３００　’Ｃに加熱した後、脱気す
ることなく、ホットプレス、熱間押出操作を行なってＮ
ｏ、　９の比較材を形成し、同様な試験を行ない、その
結果を下記第１表に示した。

比較例　３ 従来多用されている方法の、粉末→ＣＩＰ成形→封缶→
脱気→ホットプレス→脱缶→押出しの工程で得られたも
のを比較＋４’Ｎｏ、　ｌ　Ｏとし、同様な試験を行な
い、その結果を下記第１表に示した。

実施例　２ 実施例１のへ１合金粉末に代えて、純Ａｌ粉末、及び上
記Ａ１合金粉末１００重量部に対してアルミナ粉末１５
重量部を混合したものを用いて、下記第１表に示される
条件下にて、実施例１と同様な成形操作を行ない、Ｎｏ
、１１及び１３の棒材を形成した。そして、それらの棒
材に対して、実施例１と同様な試験を行ない、下記第１
表に、その結果を併わせ示した。

比較例　４ 実施例２と同様な粉末及び同様の工程にて、加熱温度や
コンテナ温度を変えて比較材（Ｎｏ、１２．１４）を得
て、前記と同様の試験を行ない、その結果を下記第１表
に示した。

□ かかる第１表の結果から明らかなように、加熱温度が低
いもの（Ｎｏ、５）、真空間の悪いもの（Ｎｏ。

７）、緻密度の低いもの（Ｎｏ、６．８）及び単に加熱
のみを行なってホットプレス、押出成形したもの（Ｎｏ
、９）は、何れも、伸びが低く、Ｈ２ガス量も多く、ま
た膨れも認められたのに対し、本発明に従って得られた
棒材（Ｎｏ、１〜４）は、８％の伸びを示し、Ｈ２ガス
量も基準値３　ｃｃ　／　１００ｇ　Ａ１以下であり、
また膨れの発生も認められず、良好な特性を示したので
ある。

また、Ｎｏ、１１や１３の本発明に従う手法によって得
られた棒材も、それぞれの比較材（Ｎｏ、１２．１４）
と比べると、伸び、ｆ（、ガス量、共に良好であり、膨
れの発生も認められなかった。

なお、Ｎｏ、　１０の比較材にあっては、本発明手法に
従って得られた棒材と同等の特性を有する押出材であっ
たが、先に詳細に検討したように、脱気・緻密化（ホッ
トプレス）のために、圧縮物をＡ１缶に封入せしめるも
のであるところから、かかるＡ！缶の使用に伴うコスト
アップを招くこととなることは勿論、そのようなへ〇缶
の使用によ・って、真空保持密封用装置が必要となり、
また緻密化後における脱缶操作が必要となり、その工程
が複雑となると共に、得られる押出材の大きなコストア
ップの要因となることが認められた。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明にあっては、Ｃ
ＩＰ成形または金型成形された粉末圧縮物を、加熱後、
脱気−ホットプレスする工程に従って、目的とするビレ
ットを得るようにしたものであり、ブリスターや気孔も
なく、良好な伸びを示す製品の得られる優れたＡｆ系粉
末成形用ビレットを得ることができるのである。

そして、かかる粉末圧縮物をＡ２缶に封入することなく
、脱気−ホットプレス操作を行なうために、従来法にお
いて使用されているＡ１缶が全く不要となり、また従来
の脱気工程において使用されている真空保持密封用の装
置や、更には緻密化後の脱缶操作も不要となり、歩留り
が向上され、かかる優れたＡ！系粉末成形用ビレットを
安価に且つ簡便に製造することができるようになったと
ころに、本発明の大きな工業的意義が存するのである。

出願人　　住友軽金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ若しくはその合金粉末、またはこれにセラミック材
   料を混合した混合粉末を、圧縮成形した後、３００℃以
   上に加熱してホットプレスコンテナ内に装填せしめ、次
   いで１０Ｔｏｒｒ以下の真空度にて真空引きした後、熱
   間成形することを特徴とするＡｌ系粉末成形加工用ビレ
   ットの製造方法。