JPH0368941B2 - - Google Patents

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JPH0368941B2
JPH0368941B2 JP2987486A JP2987486A JPH0368941B2 JP H0368941 B2 JPH0368941 B2 JP H0368941B2 JP 2987486 A JP2987486 A JP 2987486A JP 2987486 A JP2987486 A JP 2987486A JP H0368941 B2 JPH0368941 B2 JP H0368941B2
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JP
Japan
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alloy
sintered
powder
extrusion
temperature
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JP2987486A
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Haruo Shiina
Ryoichi Murakoshi
Masami Hoshi
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は、その含有水素量が十分低く抑えられ
た焼結Alまたは焼結Al合金製構造用部材、およ
びその製造方法に関するものである。 従来技術およびその問題点 粉末冶金法によつて得られるAl合金には、通
常の溶解法では選択し得ない範囲で合金元素を添
加することが可能であり、もつて従来法では得ら
れなかつた高い剛性、良好な耐熱性を付与し、軽
量で機械的特性の優れた構造用材料として該Al
合金を使用することができる。 本出願人は、特願昭59−223696号において、高
い剛性、良好な耐熱性を有する粉末冶金用Al合
金を提案したが、焼結Al合金を構造用部材とし
て使用する場合、その含有水素量を制御、抑制す
る必要のあることが判明した(焼結Alについて
も同様である)。 すなわち、Alは酸素と結合し易く、その表面
に酸化皮膜(Al2O3)が生じるが、該Al2O3は温
度によつて次の様に変化することが知られてい
る。 室温…Al2O3・3H2O 250〜300℃…Al2O3・H2O 550℃…γ−Al2O3 1050℃…α−Al2O3 それ故、室温でAl粉末またはAl合金粉末の表
面に存在する吸着水が、粉末を加熱、焼結する際
に分解し、生じた水素(H2)が焼結品中に残留
することになる。 この残留水素は、焼結品に溶体化処理を施す
際に、ブリスター(表面膨れ)を発生させる、
焼結品の切欠き強度を低下させる、焼結品の衝
撃値を低下させる等、製品に悪影響を及ぼすた
め、その含有量を十分低減化しなければならな
い。なお、溶解法によるAl合金製部材では、含
有水素量が0.2c.c./100g(Al合金)以下に抑えら
れている。 問題点を解決するための手段および作用 本発明の目的は、欠陥が生じ難く、機械的特性
の優れた焼結Alまたは焼結Al合金製構造用部材
を提供する点にある。 この目的は、溶融状態から冷却速度102℃/秒
以上で得たAl粉末またはAl合金粉末を圧粉成形
した後、該圧粉体を不活性ガス雰囲気中で温度
430〜520℃に予熱し、次いで押出し温度300〜450
℃、押出し比5〜35なる条件で押出し加工を実施
し、もつて含有水素量が2〜13c.c./100g(Alま
たはAl合金)の焼結Alまたは焼結Al合金製構造
用部材を製造することによつて達成される。 本発明者等は、製造経費の低廉なる空気アトマ
イジング法で得たAl粉末またはAl合金粉末を用
いて、焼結品の含有水素量を如何に低減化するか
という課題について研究を進めた結果、圧粉体の
熱間押出し加工を行うに先立つて、該圧粉体を不
活性ガス雰囲気中で温度430〜520℃に加熱するの
が有効であり、この手法により押出し成形品であ
る焼結品の含有水素量を、2〜13c.c./100g(Al
またはAl合金)になし得ることを見出した。 焼結品の含有水素量を2c.c./100g(Alまたは
Al合金)未満に抑えるには、例えば、不活性ガ
ス雰囲気中で粉末を製造し、該粉末を圧粉成形し
て成る圧粉体を金属管内に真空封入して熱間加工
を行う必要がある。ところが、この方法は、処理
操作が煩雑で生産性が低く、製造経費が嵩むた
め、自動車部品の如く多量生産を必要とする部材
の製造方法としては適しておらず、採用し難い。 一方、焼結品の含有水素量が13c.c./100g(Al
またはAl合金)を超えると、焼結品の溶体化処
理を行う際にブリスターが生じ、切欠き強度、衝
撃値の低下が著しく、実用に耐え得ないという不
具合があり、経済性の観点から、および材料特性
を確保するという観点からして、焼結品の含有水
素量を2〜13c.c./100g(AlまたはAl合金)にす
ることが望まれる。 また、Al合金粉末を溶融状態から得る際、冷
却速度を102℃/秒以上にする必要のあることが
確認された。すなわち、冷却速度がこの値に達し
なければ、高い剛性および良好な耐熱性を付与す
るために多量の合金元素を添加して成るAl合金
において、粗大な金属間化合物が析出して、焼結
品の伸び率、衝撃値が極端に低下し、到底実用に
耐え得ない。 さらに、押出し加工を行うに当つて要求される
条件は下記の通りである。 圧粉体の予熱(430〜520℃)は、主として脱
ガスを意図してこれを行う。ただし、予熱温度
が430℃未満では、脱ガスが十分行われず、焼
結品の強度低下を招き、520℃を超えると、液
相を生じて焼結品の強度低下を招くため、急冷
凝固させて粉末を製造した意義が失われる。 また、Siを含有するAl合金粉末圧粉体を、
前記温度範囲に予熱することにより、共晶Siが
球状化される。予熱温度を高く、予熱時間を長
くすれば球状化が促進されるが、その径が大き
くなるため、温度と時間の最適な組合せを選択
しなければならない。共晶Siの粒径は、焼結品
の衝撃値低下を避けるために、1μm以下であ
ることが求められる。 圧粉体の押出し加工温度は、これを300〜450
℃とする。その理由は、温度300℃未満では、
変形抵抗が大きく押出し加工が不可能であり、
またガスの進行が不十分で水素量が減少せず、
450℃を越えると、組織の粗大化が進行し、焼
結品の強度低下を招来するからである。 押出しは、直接押出し(前方押出し)、間接
押出し(後方押出し)のいずれでも良いが、押
出し比を5〜35にするのが好ましい。その理由
は、押出し比が5未満では、焼結品の強度が大
きくばらつき、押出し比が35を越えると、変形
抵抗が大きくなり、成形性が悪化して量産性に
欠けるからである。 また、12.0≦Si≦28.0%、2.0≦Fe≦10.0%、
0.8≦Cu≦5.0%、0.5≦Mn≦5.0%、0.3≦Mg≦
3.5%(いずれも重量%)のSi、Fe、Cu、Mn、
Mgを含有するAl合金が、高い剛性と優れた耐
熱性を有する構造用焼結合金材として推奨され
る。 各合金元素の機能は下記の通りである。 Siは、耐摩耗性およびヤング率の向上に寄与
し、熱膨張率を低く抑え、熱伝導率を向上させ
得る。ただし、12.0重量%未満では耐摩耗性が
劣り、強度も不足する。28.0重量%を上回る
と、押出し又は鍛造加工時における成形性が悪
くなり、量産性の低下を招く。 Feは、高温強度、ヤング率を向上させるた
めに必要である。ただし、2.0重量%未満では
高温強度の向上が期待できず、10.0重量%を超
えると、高速熱間加工が事実上不可能である。 Cuは、熱処理によりAlマトリツクスの強化
に有効である。ただし、0.8畳量%未満では添
加効果がなく、5.0重量%を上回ると、熱間加
工時における成形性が低下すると共に耐応力腐
蝕割れ特性が悪化するため好ましくない。 Mnは、重要成分であり、特にFe≧4重量%
の範囲において、高温強度の改善、熱間加工性
の向上および耐応力腐蝕割れ特性の改善に寄与
する。ただし、0.5重量%未満では添加効果が
なく、5.0重量%を超えると、却つて熱間加工
性が悪化し、悪影響が生ずる。 Mgは、Cuと同じく、熱処理によるAlマトリ
ツクスの強化に有効である。ただし、0.3重量
%未満では添加効果がなく、3.5重量%を超え
ると、耐応力腐蝕割れ特性が悪化し、熱間加工
性が低下する。 試験例 次の各段階を経て形成した焼結品につき、押出
し加工後の割れの有無、硬度(HRB)、応力腐蝕
割れの有無、含有水素量、シヤルピー衝撃値、ブ
リスターの程度(および有無)、共晶Siの形状を
調べた。 第一段階:表1に示す各組成のAl合金粉末(、
、、a、b、c、d)を、冷却速度102
104℃/秒にて空気アトマイジング法により製
造し、該粉末を用いて冷間静水圧プレス成形法
(CIP法)により、密度比75%の押出し用素材
を圧粉成形した。冷間静水圧プレス成形法で
は、ゴム製チユーブ内に合金粉末を入れ、1.5
〜3.0ton/cm2程度の静水圧下で成形を行なつ
た。 なお、本試験例では、冷間静水圧プレス成形
法により圧粉成形を行なつたが、金型内に合金
粉末を入れ、常温大気中において、1.5〜
3.0ton/cm2程度の圧力下で成形を行なつても良
い(金型圧縮成形法)。
〔押出し温度380℃、押出し比20(加工前径225〓mm、加工後径50〓mm)〕
なお、実施上は、押出し成形品(焼結品)の
使用目的に応じて、T6処理前に鍛造加工(470
℃)を施して最終製品形状を付与することがで
きる。その場合、鍛造温度が430℃未満では成
形性が悪化し、495℃を越えると液相を生じ易
く、製品強度低下の原因となるため好ましくな
い。 斯くして得られた押出し成形品である丸棒につ
き、次の試験を行なつた。試験結果を表2、表3
に示す。 押出し割れの有無を確認。 硬度(HRB)試験:押出し成形品を温度200
℃で48時間保持した後測定した。合否判定基準
はHRB≧80である。 応力腐蝕割れ試験(JIS H8711):各鍛造成
形品から長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの板状試
験片を切り出し、負荷応力をσ0.2×0.9(ただし、
σ0.2は0.2%耐力値である)として、液温30℃、
濃度3.5%の塩化ナトリウム水溶液中で28日間
放置した後、クラツク発生の有無を確認する。 溶融ガスキヤリヤ法による水素ガス量分析
(実施例についてのみ実施)。 シヤルピー衝撃試験(JIS Z2242:試験片10
×10×55mm、切欠きなし)(実施例について
のみ実施)。 ブリスター発生試験:温度505℃で四時間保
持した後、水冷し、表面研磨を行つて、光学顕
微鏡でブリスターの有無を調べる(実施例に
ついてのみ実施)。 組織検査:試験片の表面を研磨した後、光学
顕微鏡で共晶Siの形状と大きさを調べる。(実
施例についてのみ実施)。
【表】
【表】 なお、含有水素量の測定、共晶Siの検査につい
ては、T6処理を行う前にこれを実施し、シヤル
ピー衝撃試験、ブリスター発生試験については、
T6処理後にこれを実施した。 <試験結果の評価> 圧粉成形体である押出し用素材の予熱温度が
430〜520℃の範囲で、含有水素量が2〜13c.c./
100g(Al合金)となり、予熱温度530℃では
溶損が生じた。また、予熱温度430〜520℃の範
囲で、共晶Siが球状化されていることが判る
(表3)。 表3より、含有水素量2〜13c.c./100g(Al
合金)の範囲で、シヤルピー衝撃試験結果、ブ
リスター検鏡結果が優れていることが判る。 表2より、比較例a、b、c、dは、割れの
有無、硬度、応力腐蝕割れの有無のいずれかに
ついて不合格であるのに対し、実施例、、
は、そのいずれをも満足し得ることが判る。 発明の効果 以上の説明から明らかな様に、Al粉末または
Al合金粉末を焼結した部材であつて、その含有
水素量が2〜13c.c./100g(AlまたはAl合金)で
あることを特徴とする焼結Alまたは焼結Al合金
製構造用部材、および押出し加工によるその製造
方法が提案された。 本発明による焼結Alまたは焼結Al合金製構造
用部材では、その含有水素量が2〜13c.c./100g
(AlまたはAl合金)の範囲に抑えられているた
め、焼結品の熱処理を行う際にブリスターが生じ
難く、また靭性の低下が防止される。そして、焼
結品の含有水素量を十分低く抑え得るのは、焼結
品の製造過程において、押出し加工を行うに先立
ち、不活性ガス雰囲気中で圧粉体の予熱処理を行
なつて、粉末表面に形成されているAl2O3
3H2Oの分解により生じる水素ガスを排除せしめ
るからであり、この処理方法は簡単で製造経費の
上昇を抑制することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Al粉末またはAl合金粉末を焼結した部材で
    あつて、その含有水素量が2〜13c.c./100g(Al
    またはAl合金)であることを特徴とする焼結Al
    または焼結Al合金製構造用部材。 2 前記Al合金粉末の組成が、 12.0≦Si≦28.0%、2.0≦Fe≦10.0%、 0.8≦Cu≦5.0%、0.5≦Mn≦5.0%、 0.3≦Mg≦3.5%、残部=Alおよび不可避不純
    物(いずれも重量%) であり、焼結部材に含まれる球状共晶Siの粒径
    が、1μm以下であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載された焼結Al合金製構造用
    部材。 3 溶融状態から冷却速度102℃/秒以上で得た
    Al粉末またはAl合金粉末を圧粉成形した後、該
    圧粉体を不活性ガス雰囲気中で温度430〜520℃に
    予熱し、次いで押出し温度300〜450℃、押出し比
    5〜35なる条件で押出し加工を実施し、その含有
    水素量が2〜13c.c./100g(AlまたはAl合金)で
    ある構造用部材を得ることを特徴とする焼結Al
    または焼結Al合金製構造用部材の製造方法。
JP2987486A 1986-02-15 1986-02-15 燃結al合金製構造物用部材 Granted JPS62188738A (ja)

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