JPH01263202A - 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、Ａｆｆ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（Ａｆｆｉ）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系粉末成形用ビレットを、安価に且つ簡便に１！
１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、ＡＩ！、若しくはその合金粉末や、これにセ
ラミック材料を混入せしめてなる複合物の如き粉末状原
料（，１１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→ＣＩ　Ｐ成形（Ｃｏ
ｌｄ　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）　−ｈ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）と為し
た後、かかる粉末圧縮物をＡｌ缶に封入して脱気せしめ
、次いでホッ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Ａｌ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Ａｇ缶が必要とされ、この
ためコストが高（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Ａ２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、前記ＡＩ！、缶を省略するものとして、粉末圧縮
物を真空中においてホットプレスすることによって、脱
ガス操作と同時に圧縮成形を行ない、押出用ビレットを
製造する手法が知られているが、この手法によると、プ
レス装置の型部を真空に引く装置および加圧機構等が複
雑となり、設備費が高くなるのであり、また、このこと
から、バイトチップ等の小さな製品の製造には有利に適
用することはできるものの、自動車用のコネクティング
ロッド等の大きな物の製造には、かかる手法を適用する
ことは非常に困難であったのである。

更に、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Ａｌ合金ビレットやＡＩ！、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は、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為さ
れたものであって、その解決すべき課題とするところは
、装置の機構を複雑にすることなく、ブリスターや気孔
のない優れた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、Ａｆ
ｆｉ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、１ＱＴｏｒ
ｒ以下の真空度の真空加熱炉中にて３００　’Ｃ以上に
加熱せしめ、直ちにホットプレスコンテナ内に装填して
熱間成形するようにしたことを特徴とするＡｆ系粉末成
形加工用ビレットの製造方法を、その要旨とするもので
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、Ａｌ粉末若しくはＡｌ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、
本発明が適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Ｍ基準
で５０％以下、特に１０〜３０％程度の割合でＡ／２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て、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、Ａｌ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、１０ｋｇ／ｍｍ”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、通常の真空加熱装置（炉）内に
装入され、１０Ｔｏｒｒ以下の真空度に真空引きされた
状態で、３００℃以上の温度下において加熱処理が施さ
れる。これによって、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、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以下の真空度に真
空引きされることとなるが、かかる真空度が１０Ｔ。

ｒｒ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のであり
、また、加熱温度が３００℃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。なお、その加熱時間と
しては、粉末圧縮物の材料等により適宜に設定されるこ
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Ａｊ２−３ｉ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Ａｌ−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℃程度以下とされること
が好ましい。

次いで、この真空加熱処理を完了した粉末圧縮物は、真
空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、セッ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
で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には
、続いて熱間成形（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”で、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、ビレット
が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
でおくことが望ましい。また、かがる緻密化のためのホ
ットプレス操作に引き続き押出加工を行なう場合には、
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、このような方法によって、Ａｌ系粉末成形加工
用ビレットを製造すれば、ブリスターや気孔のない優れ
たビレットを良好に製造することができるのである。

また、このような工程によって、ＣＩＰ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、ホ
ットプレス操作を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Ａｌ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
達成され得るのである。また、上記した方法に従えば、
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。

更に、プレス装置の型部を真空に引く必要がないため、
装置等が複雑にならず、設備費が高価にならないのであ
り、また、コネクティングロッド等の大きな物も良好に
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。

（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、Ａｌ合金粉末（Ａｆｆｉ−２５％５ｉ−１，６％
Ｃｕ　−０，７％Ｍｇ−５％Ｆｅ）を、粒度：２９７μ
ｍのふるいにかけ、そのふるい下の粉末を用いて、通常
のＣＡＰ成形操作にて、外径：１５０ｍｍ、長さ：３５
０ｍＩＩ＋、真密度比ニア０％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真空加熱炉に
送太し、下記第１表に示される各加熱温度及び真空度で
それぞれ１時間の真空加熱処理を施した。そして、この
加熱処理の後、直ちにコンテナに送入して、通常のホッ
トプレス成形により外径：１５１ｍｍ、長さ：２４０ｍ
ｎ＋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℃の温度で押
出成形して、外径：２５ｍｍの棒材Ｎ０１１〜４を得て
、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：σ３、伸び；δ）、Ｈ２ガス量、及
び５００℃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　ｌ 実施例１と同様な粉末を用い、加熱温度、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、脱気することなく、３００“Ｃに
加熱した後、ホットプレス、熱間押出操作を行ない、Ｎ
α９の比較材を形成し、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　３ 従来より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
たものを比較材Ｎ０１０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Ａｌ合金粉末に代えて、純Ａｆｆｉ粉末、及
び上記Ａｆ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、
Ｎα１１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な工程にて、加熱温度や
コンテナ温度を変えて比較材（Ｎｏ、１２．１４）を得
て、前記と同様な試験を行ない、その結果を下記第１表
に示した。

ｌ　　５遺 し−ｆ≦＝に− 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）、真空度の悪いもの（Ｎ。

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、トＩ２ガ
ス量も基準値３　ｃｃ／　１００ｇＡｆ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、Ｈ２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Ａｆ缶に封入せしめるも
のであるところから、かかるＡｌ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Ａｌ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収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、真空加熱
後、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
粉末成形用ビレン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Ａｎ缶に封入することなく
、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ＡＩ！、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、更には機密化後の収缶操作も不要となって、歩留り
が向上され、かかる優れたＡｎ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の
であり、更にまた、プレス装置を真空に引く必要等がな
くなるため、設備費が低減され、コネクションロッド等
の大きな物も良好に製造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、１０Ｔｏｒ
   ｒ以下の真空度の真空加熱炉中にて３００℃以上に加熱
   せしめ、直ちにホットプレスコンテナ内に装填して熱間
   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。