JPH0250902A - 大径の製品用アルミニウム合金の成形方法 - Google Patents

大径の製品用アルミニウム合金の成形方法

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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、アルミニウム合金の成形方法に関する。
従来技術とその問題点 粉末冶金法（以下ＰＭ法という）により製造されたアル
ミニウム合金（以下Ａｌ金合金いう）は、インコツト冶
金法（以下ＩＭ法という）により製造されたＡｌ金合金
比して、より多くの添加元素をより均一にＡｌママトリ
クス中分散させることが出来るので、ＩＭ法では得られ
なかった優れた耐熱性、耐摩耗性などを具備している。
ＰＭ法によるＡｌ製品の製造に際しては、通常、急冷凝
固させて製造した粉末、フレークまたはリボン状の材料
を使用して、先ず熱間押出し成形を行い、次いで得られ
た成形ビレットを使用して、各種成形製品を得ている。
この方法によれば、熱間押出し時の剪断力によって、個
々の粉末、フレークまたはリボンの表面の酸化皮膜が破
られ、露出したＡｌ面同志で強固な結合が得られる。Ｐ
Ｍ法のカテゴリーに属する粉末圧延法および粉末鍛造法
によっても、酸化皮膜の破壊は、生じるが、剪断力が比
較的小さく、個々の粉末の変形量が押出しにおける程大
きくないため、結合は、押出しによる場合程には、強固
とはならない。
上記の押出し法によるＰＭ法において十分に強固な結合
を得るためには、通常押出し比を１０以上、好ましくは
２０以上にする必要がある。また、ＰＭ法で使用するＡ
９合金は、添加元素が多い為、ＩＭ法による場合に比し
て、押出し力が著しく高くなる傾向にある。従って、Ｉ
Ｍ法による材料よりも高温強度（例えは、３００℃にお
ける強度）、に優れているＰＭ法による材料も、製造」
二の制約から、大径の製品に適用することは極めて困難
であった。
問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き技術の問題点に鑑みて鋭意研究
を進めた結果、特定組成の１９合金粉末を使用する場合
には、１０以下という比較的低い押出し比においても、
さらには２〜５という極めて低い押出し比においても、
十分に強固な成形体が得られること、およびこの様にし
て得た押出し材を拡径方向に熱間鍛造することにより、
従来技術では製造困難であるとされていた直径１５０ｍ
ｍ以上の大径の成形製品が得られることを見出した。
さらに、金型を使用して型鍛造を行なう場合には、直径
２００ｍｍ以上の大径製品も得られることを見出した。
すなわち、本発明は、下記の方法を提供するものである
。
■（イ）Ｓ１５〜３０重量％および（ｏ）Ｃｕ。
Ｍｇ５Ｆ　ｅ、Ｎ　ｉＳＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｚ　ｒおよ
びＶの少なくとも一種０．５〜１０重量％（但し二種以
上を使用する場合の合計量は３０重量％を超えない）を
含有し、残余が実質的にＡｌからなる合金粉末を温度３
５０〜５００℃において押出し比２〜１０で押出し成形
することを特徴とする大径の製品用アルミニウム合金の
成形方法。
■上記第１項で得られた成形体をさらに温度４００〜５
３０℃において型鍛造することを特徴とする大径の製品
用アルミニウム合金の成形方法。
■上記第１項で得られた成形体をさらに温度４００〜５
３０℃において拡径方向に３０〜８０％の熱間据込み鍛
造することを特徴とする大径の製品用アルミニウム合金
の成形方法。
０合金粉末の組成が、Ｓｉ５〜３０重量％、Ｆｅ３〜５
重量％、Ｎｉ３〜５重量％、Ｍｏ０．５〜２．５重量％
およびＺｒ０．５〜２．５重量％を含有し残部が実質的
にＡ２からなる」二記第１項に記載の大径の製品用アル
ミニウム合金の成形方法。
本発明において使用する１９合金粉末は、Ｓｉを５〜３
０重量％含有し、且っＣｕ、Ｍｇ、Ｆｅ。
Ｎ　ｉＳＣｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｚ　ｒおよびＶの少なくと
も一種を０．５〜１０重量％（但し二種以上を使用する
場合の合計量は３０重量％を超えてはならない）含有す
ることを必須とする。この組成範囲内のＡ２合金は、低
い押出し比であっても個々の粉末同志が十分強固に結合
することが可能で、実施例に示す様に、押出し比にかか
わらずほぼ一定の強度と伸びを示す。これに対し、この
様な特定の組成以外の１９合金粉末を使用する場合には
、温度４００〜５００℃において１０以下、或いは８以
下、さらには２〜５という極めて低い押出し比で強固な
結合を得ることが不可能となる。
より具体的には、Ｓｉ量が５重量％未満の場合には、結
合力か不十分であり、一方、３０重量％を超えると、初
晶Ｓｉの体積が増え過ぎて、得られる成形体の靭性か低
下する。Ｓｌの量は、１０〜１４重量％とすることがよ
り好ましい。
また、Ｃｕ、Ｍｇ５Ｆｅ、ＮｉＮ１５ＣｒＳ。
Ｍｏ、ＺｒおよびＶの少な（とも一種の含有量が０．５
重量％未満の場合には、耐熱性及び強度に劣り、一方、
１０重量％を上回る場合には、粗大な金属間化合物が生
成されるために、靭性が低下する。これらの金属の合計
量が、３０重量％を超える場合にも、靭性の低下は、ま
ぬがれ得ない。
本発明で使用する１９合金粉末は、Ｆｅ３〜５重量％、
Ｎｉ３〜５重量％、Ｍｏ０．５〜２．５重量％およびＺ
ｒ０．５〜２．５重量％を含有し、ＭｏとＺｒとの合計
量が２〜５重量％の範囲にあることがより好ましい。こ
の様な組成においては、靭性を低下させることなく、優
れた高温強度（３００℃程度まで）および限界据込率が
得られる。
本発明のＡｌ粉末合金から得られた押出し成形体は、押
出し比に関係なく６０〜７０％程度の限界据込率を有す
るのに対し、本発明の組成範囲外のＡｌ金合金使用する
場合には、２〜５という低い押出し比で得たビレットは
、十分な鍛造成形性を示さないので、温度４００〜５３
０℃で拡径方向に３０〜８０％の熱間据込み鍛造するこ
とが出来ない。
また、本発明のＡ２粉末合金から得られた押出成形体か
らは、添付した第１図に示すような形状に熱間型鍛造を
行なうことにより、最大径部では押出材の１．５倍以上
の直径を有する鍛造品が得られる。この様な鍛造加工を
行なう場合には、最大径部が、最も大きな加工を受ける
ことになるので、気孔などの内部欠陥が無（、理論密度
が実質的に１００％にも達し且つ強度に極めて優れた製
品が得られる。この様にして得られた鍛造品を回転機構
部品として使用する場合には、第１図において、矢印で
示す方向（最大遠心力のかかる方向）と押出成形時の材
料粉末のフローの方向（強度の最も高い方向）とが一致
するので、極めて有利である。
発明の効果 特定組成の１９合金粉末を使用する本発明によれば、１
０以下という低い押出し比で強固な結合を得ることが出
来る。
また、得られた押出し成形体を熱間据込み鍛造する場合
には、大径の製品、例えば、高温に曝されて高速回転す
る各種の大型ローターなどを得ることが出来る。
実施例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをよ゛
り一層明確にする。
実施例１ 第１表に示す組成のＡ２合金をエアアトマイズ法により
粉末化し、−１００メツシユに分級した。
なお、第１表において、各成分の量は、重量％を示し、
残余は実質的にＡｌである。
１．５ Ｐｅ 末 ｉ ｒ 表 ｎ Ｍ。
ｒ ■ ｇ １．５ １．５ １．５ ０．５ １．５１ １．５ 得られたＡｌ合金粉末を直径３０　ｍｍ　ｘ高さ８０ｍ
ｍのビレットに冷間予備成形した後、４５０℃において
押出し比を変えて押出した。得られた押出し棒から引張
試験片を作製し、室温及び３００℃で引張試験を行った
。
室温における引張強度（ｋｇ／ｍｍ２）および伸び（％
）を第２−Ａ表（押出し比３　：　１）　、第２Ｂ表（
押出し比５：１）および第２−Ｃ表（押出し比２０　：
　１）に示す。
また、３００℃における引張強度（ｋｇ／ｍｍ２）およ
び伸び（％）を第３−Ａ表（押出し比３：１）、第３−
Ｂ表（押出し比５：１）および第３−Ｃ表（押出し比２
０＋１）に示す。
第２−Ａ表 引張強度 ４２．５ ４４．２ ４３．３ ４３．３ ４８．５ ４５．２ ４３．９ ４４．２ ３８．９ ４０．３ ４８．５ ４９．２ ５０．１ ４１．２ ３５゜２ ５６．２ 伸び ２．４ ２．２ １．９ ０．４ ０．５ ０．３ ０．３ １．４ ０．２ １．０ ０．５ ０．５ ０．４ １．２ ０．１ ０．１ 第２−Ｂ表 引張強度 ４１．８ ４３．４ ４４．０ ４３．２ ４７．９ ４５．８ ４４．３ ４５．２ ４４．２ ４５．６ ４８．４ ４９．２ ５０．０ ４２．０ ３６．７ ４６．３ 伸び ２．９ ２．１ １．７ ０．５ ０．５ ０．３ ０．２ ２．１ １．９ １．２ ０．５ ０．５ ０．５ １．１ ２．５ ０．１ 第２−Ｃ表 引張強度 ４２．１ ４３．４ ４３．５ ４３．９ ４８．５ ４５．６ ４４．２ ５４．０ ５２．０ ５２．０ ４８．６ ４９．１ ５０．２ ４１．３ ４０．１ ４６．３ 伸び ２．６ ２．４ １．９ ０．５ ０．３ ０．３ ０．２ ６．０ ２．５ １．３ ０．５ ０、４ ０．５ １．３ ４．５ ０．１ 第３−Ｂ表 引張強度 １６．２ １５．１ １９．５ １７．９ １８．９ １７．９ ２０．５ ２６．２ １３．６ １５．２ ２２．６ ２２．８ ２４．３ １６．０ １５．３ ２１．０ 伸び １５゜ １８゜ ９゜ １１゜ １１゜ １１゜ ７゜ ４゜ ３゜ ５゜ ７゜ ７゜ ６゜ １１゜ ４゜ ３゜ 第３−Ａ表 引張強度 １５．９ １６．０ １９．５ １７．９ １９．０ １８．５ ２０．２ ２２．１ １２．５ １４．３ ２２．５ ２２．８ ２４．５ １６．１ １１．２ ４６．３ 伸び １６゜ １４゜ ９゜ １１゜ １２゜ １０． ８゜ ３゜ ２゜ ４゜ ７゜ ６゜ ６゜ １２゜ ２゜ ０゜ 第３−Ｃ表 引張強度 １５．８ １５．１ １９．３ １８．１ １９．３ １７．９ ２０．０ ３０．５ １６．５ １８．２ ２２．５ ２２．７ ２４．４ １５．９ ２１．３ ２０．５ 伸び １４．２ １６．２ ８．９ １１．１ １１．５ １０．１ ７、９ ６．５ １６．３ １６．２ ７．０ ６．５ ６．６ １２．３ ６．５ ３．８ 第２−Ａ表乃至第２−Ｃ表並びに第３−Ａ表乃至第３−
Ｃ表に示す結果から明らかな様に、本発明のＡｌ合金Ｎ
ｏ、　１〜７および１１〜１４を使用する場合には、押
出し比には関係なく、はぼ一定の強度および伸びを示し
ている。すなわち、押出し比３という低い押出し比にお
いても、十分な強度と伸びとか得られている。
これに対し、本発明外の組成のＡｌ合金Ｎｏ、　８〜１
０を使用する場合には、低押出し比では、十分な強度お
よび／または伸びが得られない。
さらに、上記と同様にして得た押出し棒から直径７　ｍ
ｍ　Ｘ長さ１０．５ｍｍの試験片を切り出し、４５０℃
で据込み試験を行い、限界据込率（％）を測定した。第
４表に各押出し比における結果を示す。
なお、据込み試験は、日本塑性加工学会冷間鍛造分科会
基準「金属制料の冷間据込み性試験方法」（暫定基準）
に従って行なった。
第４表 ８５く ８５く 第４表に示す結果から明らかな様に、本発明のＡｌ合金
Ｎ０１１〜７および１１〜１４を使用する場合には、押
出し比と関係なく、はぼ６０〜７０％の限界据込率が得
られている。
これに対し、本発明外の組成のＡｌ合金Ｎｏ、　８〜１
０を使用する場合には、３〜５程度の低い押出し比にお
いては、十分な鍛造成形性を示さない。
実施例２ １５Ｓ　１−５Ｆｅ−３ＮｉなるＡｌ、合金の粉末（−
１００メツシユ）を使用して、直径２００ｍｍの冷間成
形体（密度比７５％）を作製した後、４５０℃で直径１
１５ｍｍの丸棒に押出した（押出し比３）。
得られた丸棒を１７５ｍｍの長さに切断し、４８０℃で
据込み鍛造を行ったところ、６０％の据込みにおいても
、割れは発生せず、直径１７５ｍｍＸ６０ｍｍの成形体
を切り出すことが出来た。
これに対し、７．５Ｆｅ−２Ｃｒ−１，５２ｒなる。１
合金（実施例１の合金組成Ｎｏ、　８に該当）の粉末を
使用して、上記と同様にして、冷間成形体を作製し、押
出し加工し、据込み鍛造を行ったところ、１０％未満の
据込みで大きな割れが発生して、鍛造による拡径は困難
であった。
実施例３ １２Ｓｉ−４Ｆｅ−４Ｎｉ−２Ｍｏ−１，５Ｚｒなる組
成のＡｌ金合金アトマイズ粉末（−１００メツシユ）を
使用して、直径２３０ｍｍの冷間成形体（密度比７５％
）を作成した後、４５０℃で直径１５０ｍｍの丸棒に押
出成形した（押出し比−２，４）。
得られた丸棒を長さ３００ｍｍに切断し、最終的に第２
図に示す形状および寸法（単位は、ｍｍ）となる様に、
４８０℃で２段型鍛造を行なった。
この鍛造祠の張出部（直径２５０ｍｍの部分）は、７０
％程度の据込み率となっているにもかがゎらず、割れは
全く発生していなかった。
次いで、第２図に示すこの鍛造祠の（ａ）、（ｂ）およ
び（Ｃ）部分から、平行部分の直径６ｍｍＸ長さ４０ｍ
ｍ、全長８０ｍｍの試、駒片をそれぞれ切出し、３００
℃で引張試験を行なった。
結果を第５表に示す。
第５表 引張強度　　　　　　　伸び （ｋｇ／ｍｍ２　　）　　　　　　　（％）（ａ）　　
　　２０．　５　　　　　　６．　３（ｂ）　　　　２
０．７　　　　　　６．４（ｃ）　　　　２１．　６　
　　　　　６．　０ら機械加工により回転体を製造する
場合には、最も強い遠心力がかかる（ｃ）方向の部分が
最高の強度を発揮するので、高温で使用される高速回転
体の製造に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により得られる鍛造製品において、最
大遠心力のかかる方向と押出成形時の材料粉末のフロー
の方向との関係を模式的に示す断面図である。 第２図は、本願実施例３において得られた鍛造体の形状
を示す図面である。 （以」−） 第５表に示す結果から明らかな様に、鍛造により強く加
工されている（Ｃ）の部分は、（ａ）および（ｂ）の部
分に比して、より優れた高温強度を発揮する。 従って、本実施例の様にして得られた鍛造材か第１図 第２図 一部２５０　％

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（イ）Ｓｉ５〜３０重量％および（ロ）Ｃｕ、Ｍ
    ｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶの少
    なくとも一種０．５〜１０重量％（但し二種以上を使用
    する場合の合計量は３０重量％を超えない）を含有し、
    残余が実質的にＡｌからなる合金粉末を温度３５０〜５
    ００℃において押出し比２〜１０で押出し成形すること
    を特徴とする大径の製品用アルミニウム合金の成形方法
    。
  2. （２）第１請求項で得られた成形体をさらに温度４００
    〜５３０℃において熱間型鍛造することを特徴とする大
    径の製品用アルミニウム合金の成形方法。
  3. （３）第１請求項で得られた成形体をさらに温度４００
    〜５３０℃において拡径方向に３０〜８０％の熱間据込
    み鍛造することを特徴とする大径の製品用アルミニウム
    合金の成形方法。
  4. （４）合金粉末の組成が、Ｓｉ５〜３０重量％、Ｆｅ３
    〜５重量％、Ｎｉ３〜５重量％、Ｍｏ０．５〜２．５重
    量％およびＺｒ０．５〜２．５重量％を含有し残部が実
    質的にＡｌからなる請求項（１）に記載の大径の製品用
    アルミニウム合金の成形方法。
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