JPH04200969A - 金属複合材料の製造方法 - Google Patents

金属複合材料の製造方法

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JPH04200969A
JPH04200969A JP33777390A JP33777390A JPH04200969A JP H04200969 A JPH04200969 A JP H04200969A JP 33777390 A JP33777390 A JP 33777390A JP 33777390 A JP33777390 A JP 33777390A JP H04200969 A JPH04200969 A JP H04200969A
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JP
Japan
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metal
sintered body
alloy
cast iron
short fibers
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JP33777390A
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English (en)
Inventor
Yasuo Hashimoto
保夫 橋本
Hiroyoshi Shibata
柴田 博好
Takuya Yamashita
山下 琢也
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KOBE CHUTETSUSHO KK
SHINMEIWA RIBITETSUKU KK
Kobe Cast Iron Works Ltd
Original Assignee
KOBE CHUTETSUSHO KK
SHINMEIWA RIBITETSUKU KK
Kobe Cast Iron Works Ltd
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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〉 この発明は1例えばA1合金のような軽量て比較的融点
の低い金属に他の比較的融点の高い金属の短繊維を複合
して双方の金属の利点を生かすことかてきる金属複合材
料の製造方法に関する。
〈従来の技術〉 例えは、昔通鋳鉄鋳物および球状黒鉛鋳鉄鋳物の鋳造材
料は、安価で形状に柔軟性かありさらに耐熱性と摺動性
および高強度を有するため機械構造用材料として多く使
用されている。また、A1合金鋳物の鋳造材料は安価な
軽量材料としてあらゆる産業界に利用され、特に自動車
産業は省エネルギーと燃費向上のため鋳鉄鋳物に代わる
材料としてA文を主として軽量材料の研究開発か盛んて
実用化された例も多い。
昔通鋳鉄鋳物および球状黒鉛鋳鉄鋳物は、砂型鋳造法や
金型鋳造法およびフルモール1〜〃:等て鋳造した後に
必要に応して熱処理と機械加工をして機械構造用材料と
して使用されている。A1合金鋳物は、低圧金型H造法
や品用金型鋳造法および砂型鋳造法て鋳造した後に熱処
理と機械加工をして軽量材料として主に使用されている
A1合金鋳物の使用面に耐熱性および摺動性の補強機能
を伺与する方法として、許通Pf鉄鋳物や球状黒鉛鋳鉄
鋳物および特殊鋳鉄鋳物の鋳造材料を機械油「シたもの
を部分的にインサーl−する方法や錆化む方法て異種材
料を接合して複合材料を製作している。他にも、A文合
金溶湯に強化材としてセラミックスや炭素および金属の
長繊維や短繊維を混入させた複合材料やSUSの多孔質
焼結体やNjの多孔質体にA1合金溶湯な含浸した金属
ノ、(複合材料の実用化も進んでいる。
〈発明か解決しようとする課題〉 機械加工した各種鋳鉄鋳物の鋳造材料をインサー1〜あ
るいは錆化みて接合する従来の方法は、A文合金鋳物と
鋳鉄鋳物の接合時の温度差が大きいことと鋳造後の熱膨
張収縮率の差により両名か完全に溶着接合することは技
術的に困難で再現性においても問題かある。従って、A
M合金鋳物と鋳鉄vf物の境界層をいかに溶着させるか
か鋳造技術上の耐大の問題点である。
また、従来のA1合金鋳物とセラミックス系の複合材料
は、高強度・高硬度となることから相手材を損傷するこ
ともあって摺動面に用い難く1機械油丁作業においては
セラミックスか難切削性のため機械油1.性の問題と製
造コス1〜か一般的に高価になる問題かある。
この発明の課題は、例えばAM金合金ような比較的融点
の低い金属に、他の比較的融点の高い金属を複合して、
双方の金属の特徴を生かした金属複合材ネIを得るため
に、双方の金属の境界の良好な接合状態を低コストて得
ることにある。
〈課題を解決するだめの手段〉 この発明は、第1金属の短繊維を用いて多孔質焼結体を
形成し、その多孔質焼結体の空孔内に1−記第1金属よ
りも融点の低い第2金属の溶湯を加圧して含浸させるこ
とを特徴とする。
く作   川〉 多孔質焼結体を得るために短繊維を用いると、焼結前の
加圧程度によって多孔質焼結体の気孔率(空孔の占める
重量比率)の大幅な調整か可能てあり、例えはびびり振
動切削によって得た長さ1〜5ml11、直径20〜I
nn p、m  (円の断面積に換算)の球状黒鉛鋳鉄
の短繊維を用いて気孔率か20〜60%の多孔質焼結体
を形成てきる。これによって第1金属と第2金属との割
合を変化させることかでき、複合層の特性の調整か可能
となる。また、多孔質焼結体とすることによって、短繊
維間か結合された所望形状の一体物となって単に繊維か
からみ合った状態よりも強力となる。そして、第1金属
の多孔質焼結体は連続した空孔な有しているものである
から、第2金属の溶湯を溶湯鍛造法(高圧鋳造法)によ
り加圧して含浸させることかてき、第1金属の短繊維焼
結体内の空孔な第2金属か埋めた複合材料となる。例え
ば第2金属を本体とし部分的に第1金屈と第2金属の複
合材料部分かあるような鋳造品は、型空間内の所望位置
に多孔質焼結体を位置させて溶湯鍛造法により第2金属
溶湯を鋳込むと、第2金属の本体に第1金属と第2金属
とからなる複合材料か一体に形成されたものか得られ、
そのff1l金属と第2金属との間、並ひにその複合材
ネ゛1部分と第2金属の境界は良好に接合した状態とな
る。
〈実 施 例〉 実施例1 第1金属として球状黒鉛鋳鉄(以下FCCと記す)を用
い、ひひり振動切削によって得た長さ2mmて直径60
ルmの第1金属短繊維をバインターなして成形用金型に
充填して最高圧2.2Ton/cm2に加圧した後に金
型からφ79×φ69X 40mm (短円筒形)の成
形体を取り出し、この成形体をll00〜1135℃の
N2+H2ガス気流中て焼結処理をして気孔率33%の
多孔質焼結体を製作する。
第1図に多孔質焼結体のFCD短繊維と空孔の代表例を
示す。同図においてFCD短繊維は白色、空孔は黒色に
表われている。
製作した多孔質焼結体を鋳造用金型内に固定してその金
型を300°Cに加熱すると多孔質焼結体は250〜3
00℃に加熱される。そして、第2金属として760〜
780℃に溶解した6、5〜7.5%Siと0.25〜
0.45%Mgのへ旦−31−Mg系合金の溶湯を金型
内に注入して、50f1kg/cm2の圧力で焼結体の
空孔内にそのA1合金溶湯な含浸させて冷却後に溶体化
焼入れ・焼戻しのT6処理(JIS規格)を行い複合材
料を製造する。
第2図にこの複合材料の製造方法に使用した装置の概略
の構成を示す。同図において、lは」二型、2は下型、
3は製品部、4は第1金属焼結体、5はスリーン、6は
チ・ンプ、7は加圧シリジンを示す。スリーフジ内に第
2金属溶湯な注入し、加圧シリジンを作動させて加圧成
形する。
第3図に多孔質焼結体のFCC短繊維と空孔内に含浸し
たA!;L合金の代表例を示す。同図において白色部分
かF CC短繊維、他かA文合全である。
複合材料の表面硬度は、複合層の鋳鉄はHV(100r
、/15sec)2611〜:161 、A 9−合金
はHV(25g/l 5 s c r、) 60〜80
、モしてA1合金本体はHV(25g/15sec) 
56〜68と複合層はA文合金本体の硬度に比べ高硬度
になり鋳鉄の効果か確認てきる。
実施例2 第1実施例におけると同様にして得た長さ2mmて直(
460g1の1・CD  (第1金属)短繊維なノXイ
ンターなして成形用金型に充填して機械的な加圧(よ行
わずに金型に充填したままて1110〜]]35’Cの
N2+H2ガス気流中て焼結処理をしてφ79×φ69
x 45mmの焼結体を取り出し気孔率60%の多孔質
焼結体を製作する。
第4図に多孔質焼結体のF CC短繊維と空孔の代表例
を示す。同図においてFCC短繊維は白色、空孔は黒色
に表われている 製作した多孔質焼結体を第1実施例におけると同様に鋳
造用金型内に固定してその金型を350°Cに加熱する
と多孔質焼結体は300〜35[]’Cに加熱される。
そして、第2金属として761]〜780°Cに溶解し
た6、5〜7.5%Siと0.25〜0.45%Mgの
An−Si −Mg系合金の溶湯な金型内に注入して、
40[1kg/cm2の圧力て焼結体の空孔内にA1合
金溶湯な含浸させて冷却後に溶体化焼入れ・焼戻しのT
6処理(、IIS規格)を行い複合材料を製造する。
第5図に多孔質焼結体のFCD短繊維と空孔内に含浸し
たA1合金の代表例を示す。同図において、太い線て大
略三角形状に囲まれている部分かFCD短繊維、他かA
見合金部である。
実施例3 第1実施例と略同様に、長さ1.5mmて直径25gm
のFCD短繊MC第1金属)をバインターなして成形用
金型に充填して最高圧:1.2Ton/cln2に加圧
した後に金型からφ80×φ70X 42++unの短
円筒状の成形体を取り出し、この成形体を1100〜1
135°CのN2 +H2ガス気流中て焼結処理をして
気孔率29%の多孔質焼結体を製作する。
製作した多孔質焼結体を鋳造用金型内に固定してその金
型を400°Cに加熱すると多孔質焼結体は350−4
110°Cに加熱される。そして、780〜8000C
に溶解した16〜18%S1のA文−31−Mg系合金
(第2金属)の溶湯な金型内に注入して、−次層圧を3
+10Kg/cm2、二次加圧を]000Kg/cm2
て焼結体の空孔内にA文合金溶湯な含浸させ、冷却後に
溶体化焼入れ・焼戻しの77(JIS規格)処理を行い
複合材料を製造する 複合材料を切断してA1合金本体と複合層の接合状況を
調査した結果は、溶湯鍛造法て高圧含浸させているため
引は巣やポロシティ等の巨視的な鍛造欠陥の発生はなく
、A文合金本体と複合層の接合も良好である。
第6図にAM合金本体と複合層の接合面の代表例を、第
7図に多孔質焼結体のF CC短繊維と空孔内に含浸し
たA1合金の代表例を、第8図にA、Q−合金本体の代
表組織を示している。
複合材料の肉厚中心の表面硬度は、複合層の鋳鉄はHV
 (]00g/15sec) 2411〜:16] 、
 A文合金はHV (50g/15sec)125〜1
56て過共晶Siか析出している。
A1合金本体はHV (50x/15sec) 16f
l 〜・199、過共晶SiはHV (20(Ig/1
5sec)681〜930と非常に高い硬度である。
複合利料の20〜500°C温度域ての熱膨張係数を熱
機械分析装置(TMA−40タイプ)と熱分析装置(D
T−40タイプ)て測定した。複合層の熱膨張係数は、
肉厚位置てのばらつきは小さく多孔質焼結体と類似して
いるか300°C以」二になると2〜3xlO−6/’
C大きい。
表1に各温度域ての熱膨張係数の測定値を示しである。
表1 熱膨張係数  xlO−’10にの表に見られる
程度の熱膨張係数の差違は、実用12問題のない値であ
る。
実施例工、2.3から明らかなように、機械構造用材料
の軽量化を目的に鋳鉄鋳物をAす合金鋳物に代Hする方
策でA1合金基地ては機能的に限界かある部材の部分に
1本発明による方法を適用して複合材料を代任すること
により使用面等の重要な部分のみに鋳鉄を複合すること
ができるから、大幅な軽量化か可能である。複合材11
部分に形成されたA文−tJI欽系の複合層は鋳鉄鋳物
の1耐熱性と強度か補強され摺動性等も伺与されたより
高い機能をもったAn基複合材料になっている。複合材
料部分は機械却下作業も問題ない。
上記各実施例は、第1金属として球状黒鉛鋳鉄、第2金
属としてA、Q、合金を用いたものを示したが、軽量化
又は軽量化以外の目的で、第2金属基地の機能を補うよ
うな第2金属よりも融点の高い他の第1金属を、A文合
金又はA1合金以外の第1金属よりも融点の低い第2金
属と組合せてもよい。そして第1金属は焼結できれば複
数種類としてもよい。
〈発明の効果〉 この発明によれば、第1金属の短wA維の多孔質焼結体
の空孔内に第2金属か充填されて相〃の金属間て接合し
た第J金属と第2金属の複合材料、又は第2金属を本体
としその本体の部分に本体と接合した前記複合材料部を
有する複合材料か得られる。この複合材料は第1金属を
短繊維の多孔質焼結体として用いるから、短繊維間の結
合か強力となり、第2金属の強度面の改善効果か大きい
また、第2金属の強度のみてなく、第2金属単独では限
界のある機能を第1金属て補い、第1金属と第2金属の
それぞれの利点を合せ持つ複合材料を得ることかできる
そして、この発明の方法は、第1の金属と短繊維の多孔
質焼結体として用い、第2金属を溶湯鍛造法て成形する
間に複合材料部も形成されるから、複合材料を容易に製
造てき、低コストて提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1実施例における多孔質焼結体のFCC短繊
維と空孔の状態を示す金属組織写真、第2図は第1実施
例の複合材料の成形に使用した高圧鋳造装置の概略の構
成を示す縦断面図、第3図は第1実施例の複合材料部の
金属組織写真、第4図は第2実施例の多孔質焼結体のF
CC短繊維と空孔の状態を示す金属組織写真、第5図は
第2実施例の複合材料部の金属組織写真、第6図は第3
実施例のAn本体く第2金属)と複合材料部との境界部
の金属組織写真、第7図は第3実施例の複合材料部の金
属組織写真、第8図は第3実施例のAn本体(第2金属
)の組織を示す金属組織写真である。 3・・・・製品部、4・・・・多孔質焼結体。 特許出願人 新明和工芸株式会社 同    株式会社 神戸鋳鉄所 代  理  人   清  水   哲  ばか2名第
1(2) 才4■ 第3(2) 第5の

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1金属の短繊維を用いて多孔質焼結体を形成し
    、その多孔質焼結体の空孔内に上記第1金属よりも融点
    の低い第2金属の溶湯を加圧して含浸させることを特徴
    とする金属複合材料の製造方法。
  2. (2)上記第1金属の短繊維が、球状黒鉛鋳鉄の短繊維
    であることを特徴とする請求項(1)に記載の金属複合
    材料の製造方法。
  3. (3)上記第2金属の溶湯が、Al合金溶湯であること
    を特徴とする請求項(1)又は(2)に記載の金属複合
    材料の製造方法。
JP33777390A 1990-11-30 1990-11-30 金属複合材料の製造方法 Pending JPH04200969A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011145194A1 (ja) * 2010-05-20 2011-11-24 虹技株式会社 耐熱鋳鉄系金属短繊維とその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011145194A1 (ja) * 2010-05-20 2011-11-24 虹技株式会社 耐熱鋳鉄系金属短繊維とその製造方法

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