JPH0422529A - アルミニウム複合鍛造品の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鍛造プレスを使用したアルミニウム複合鍛造品
の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ アルミニウム合金は鋼材などに較べて軽量で加工性に冨
むが、耐摩耗性や硬さの点で劣る。

従ってアルミニウム合金材を自動車のエンジン部品やブ
レーキ部材等の如く部分的に硬度および耐摩耗性を要求
されるような部材として用いる場合には必要部分に鋼材
等の硬質材料を配した複合材料が使用されている。

従来、このようなアルミニウム合金と硬質異種材料との
複合材料を製造する技術としては、鋳造による方法が最
も一般的である。この方法は鋳ぐるみ法とも呼ばれ予め
複合すべき硬質異種材料を金型内の所定位置に設置して
おき、金型内にアルミニウム合金溶湯を注いで鋳造凝固
させるものでり、このような鋳造複合材はその製法が比
較的簡単であるために可成りの頻度で実用に供されてい
るが、母材となるアルミニウム合金に鋳物用合金が使用
されること、また単なる鋳造品であるために高強度のも
のが得られない上に鋳造品自体に気孔や鋳巣を生ずる等
の欠点があった。

［発明が解決すべき課題］ そこで鋳造品よりも強度の高い鍛造品を母材として使用
した複合材料を得ることが試みられた。

即ちアルミニウム合金鍛造材の所定箇所に複合しようと
する硬質異種材料を嵌込むための穴を明け、この穴に硬
質異種材料を嵌込むか、溶接で肉盛りを施しすことによ
って複合化することが行なわれた。しかしながら、上記
した嵌込みによる方法は鍛造品に精度の高い穴明は加工
を行なわなければ成らず、また溶接による方法は手数が
かかる上に溶接に際しての高熱により母材のアルミニウ
ム合金鍛造品の一部に亀裂を生じたり、溶失したすする
ので好ましくないし、また何れの方法によっても生産性
やコスト上の問題があった。

本発明はアルミニウム合金と硬質異種材料とを複合化し
たアルミニウム複合鍛造材製造における上記したような
問題を改善し、高性能の複合鍛造材を効率的に製造する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するために本発明においては、アル
ミニウム合金素材と硬質異種材料とからアルミニウム複
合鍛造品を得るに際して、下死点がなく且つラム速度の
遅いプレスを使用し、予め２００〜４５０℃の温度範囲
に加熱した硬質異種材料をプレスの下金型内に押圧時に
位置がずれないようにして設置し、更に該硬質異種材料
の上面に接触するようにして予め３５０〜４５０℃の温
度範囲に加熱したアルミニウム合金素材を設置して、２
．５トン／　ｃ　ｍ　”以上の加圧力をもってプレスの
上金型を押圧することによって、アルミニウム合金素材
の鍛造成形と複合化を一挙に行なわせることを特徴とす
るものである。

［作　用コ 本発明を完成するに当たって、発明者らの行なった研究
によると、アルミニウム合金素材と硬質異種材料との両
者をプレス金型内で直接加圧して複合化するためには、
被複合物である硬質異種材料に対するアルミニウム合金
素材の相対的な塑性流動によって、アルミニウム合金素
材が硬質異種材料を包み込むようにすることが肝要であ
って、このようにするためにはゆっくりとした鍛造速度
で最後まで殆ど変わらぬ鍛造圧力によってじっくりと加
圧することが望ましく、具体的にはクランクプレスやリ
ンクプレスの如く下死点のあるプレスよりも油圧プレス
や静水圧プレスの如く流体圧によって加圧を行なうよう
なプレスを使用して、プレスの加圧力を２．５トン／　
ｃ　ｍ　”以上とし、且つラムによる上金型の加圧速度
を例えば１０〜５０ｍｍ／秒程度のような極めて緩徐な
速度にして加圧を行なう必要があることが判かった。

プレス加圧力を２．５トン／　ｃ　ｍ　”未満とすると
きは鍛造成形性が十分でない上に、アルミニウム合金素
材の塑性流動性が著しく低下し、鍛造に際してアルミニ
ウム合金素材が硬質異種材料を包み込むことができない
。

また、上金型を加圧するためのラム速度が１０ｍｍ／秒
未満であるときは鍛造速度が遅すぎて生産性が低下する
ので経済的に好ましくないし、また５０ｍｍ／秒を越え
るとアルミニウム合金素材の塑性流動の方向が水平方向
に向かい易くなり、従ってアルミニウム合金素材による
被複合材の包み込みが十分に行なわれなくなる。

鍛造に際してのアルミニウム合金素材の温度は合金種類
によって多少の変化はあるものの、概ね３５０〜４５０
℃の範囲に加熱しておくことが必要である。３５０℃未
満ではアルミニウム合金素材の鍛造に際しての塑性流動
が起こり難く、成形性、複合性が何れも低下するので好
ましくなく、また４５０℃を超えるとアルミニウム合金
素材が金型に焼付きを起こしやすくなる上に、合金素材
の塑性流動方向が水平に向かい易くなり、極端な場合に
は上金型の隙間からアルミニウム合金素材が流れ出すよ
うな状態になるので好ましくない。

また、下金型に配置する硬質異種材料は鍛造に際しての
アルミニウム合金素材の塑性流動を助長し、且つ接合力
を高める意味合いから成る程度の温度まで予熱しておく
ことが望ましい。

その好ましい温度範囲は２５０〜４５０℃程度である。

４５０℃を超えるとアルミニウム合金素材と局部的な焼
付きを生じ、素材の塑性流動化が局部的に阻害される恐
れがある。

また、この際に被複合材料を設置する下金型の温度をこ
れと同温度付近に予熱しておくことは、鍛造に際しての
被複合材温度の変動を防ぎ、操業を安定化する意味で望
ましいことである。

第１図（ａ）乃至（ｄ）はアルミニウム合金素材に鋼片
を埋め込んだ鍛造品を製造する場合における各種の鍛造
条件のもとてのアルミニウム合金素材の塑性流動の状況
を示す説明図である。

図において、■はプレス下金型５２はプレス上金型、３
はアルミニウム合金素材、４は鋼片である。またアルミ
ニウム合金素材３に描かれた実線は鍛造に際しての合金
素材の塑性流動の状態を示したものである。

また、第１図（ａ）は下金型１内にセットしたアルミニ
ウム合金素材３および鋼片４に対して上金型に２の抑圧
による鍛造を行なう前の状況を示す図面である。第１図
（ｂ）乃至（ｄ）は上記第１図（ａ）による材料に鍛造
を施した場合のアルミニウム合金素材の塑性流動の状況
を模式的に示す図面であって、（ｂ）は本発明の条件、
即ちプレスに下死点のないものを使用し、且つラム速度
を１０〜５０ｍｍ７秒の範囲内として、上金型２に対し
２．５トン／　ｃ　ｍ　２以上の押圧力をかけて鍛造を
行なった場合の、また（ｃ）はラム速度および押圧力に
ついては本発明の条件範囲を満たすが、プレスに下死点
のあるものを使用して鍛造を行なった場合の、また更に
（ｄ）は使用プレスおよび上金型２に対する押圧力は本
発明の条件を満たすものであるが、ラム速度が本発明の
速度より早い場合のものを示す。

これらの図面から判かるように、本発明の製造方法によ
る場合にはアルミニウム合金素材３は鍛造を施すことに
よって下金型２内に設置された鋼片をくるむように塑性
流動を起こし、これによって鍛造成形と鋼片との複合化
が同時に行なわれるのに対し、下死点を有するプレスを
使用して鍛造を行なった（Ｃ）においてはアルミニウム
合金素材の塑性流動が不十分であって完全な複合化を行
なうことができず、またラム速度の早い（ｄ）の場合は
アルミニウム合金素材の塑性流動は横方向に行なわれ易
くなるので、鋼片４を十分に包み込むことができず、何
れにしても本発明の条件を外れた条件で鍛造を行なうと
きは効果的な複合鍛造品の製造を行ない得ない。

なお、上記の実験においては鍛造用のアルミニウム合金
素材として、６０ｍｍφＸｌ’００ｍｍのＡ　Ｉ　−１
，０％５ｉ−０，０５％ｓｂ合金ビレットを用い、また
被複合材としてｌ　ＯｍｍＸ　ｌ　Ｏｍｍｘ２０ｍｍの
鋼片を用い、鍛造に際して鋼片を２５０℃に、またアル
ミニウム合金素材を４２５℃にそれぞれ予熱したものを
使用した。

本発明において、被複合材料である硬質異種材料はアル
ミニウム合金材に較べて硬度が高く、且つ耐摩耗性が顕
著に良好な材料、具体的には鉄および鉄合金材、銅およ
び銅合金材、ニッケルおよびニッケル合金材、タングス
テン、モリブデン等の高融点金属およびその合金による
粉末冶金材料およびセラミック材等を云う。

また、アルミニウム合金素材としては一般的な鍛造用ア
ルミニウム合金が使用される。

本発明において使用される下死点のないプレス機の代表
的なものは油圧プレス、静水圧プレス等である。またプ
レス機は竪型、横型の何れでもよい。

また、本発明の鍛造を行なうに際しては、上記した以外
は一般的に行なわれる鍛造作業手順によって鍛造を行な
うものであるが、但し金型内に潤滑剤（離型剤）の塗布
を行なう場合には被複合材およびアルミニウム合金材の
各面、および被複合材に接触する下金型面には潤滑剤の
塗布は行なゎないようにすることが望ましい。これはア
ルミニウム合金素材が被複合材面で滑りやすくなり、複
合化に際しての密着性が低下するからである。

［実施例］ 次に本発明によるアルミニウム合金複合鍛造品の製造に
ついての実施例について説明する。

実施例１ 第２図に示すようにスクロール部５の基板部６下面の対
称位置に自転防止用オルダム継手キー摺動用鋼片７を有
するアルミニウム合金製スクロール複合鍛造品（スクロ
ール部：外径９０φｍｍ、高さ３０ｍｍ、基板部：外径
１２０ｍｍ＋、高さ１０ｍｍ）を得るに際し、鍛造用ア
ルミニウム合金素材としてＡ　Ｉ　−１，０％５ｉ−３
，０％Ｃｕ−０，０１％ｓｂの組成を有するアルミニウ
ムー珪素系合金押出材を加工して、１２０ｍｍφＸ３０
ｍｍの円筒体としたものを用い、プレス機として４００
トン後方押出式竪型油圧鍛造機を使用し、２５０℃に加
熱した下金型内の所定位置に、同温度に予熱した７ｍｍ
Ｘ１５ｍｍＸ２０ｍｍの太きさの材質ＦＣ２５の鋼片２
片を配置し、その上に４２５℃に予熱した該鍛造用アル
ミニウム合金素材を設置して、ラムにより上金型を押圧
することによって該アルミニウム合金素材を抑圧鍛造し
、スクロール部相当部分が外径９１ｍｍφ、高さ２１ｍ
ｍで、且つ、基板部相当部分が外径１３１φｍｍ、高さ
１２ｍｍであって所定部分に鋼材が埋込まれた複合アル
ミニウム合金粗形材を得た。

次に該粗形材を切削加工することによって所望の形状の
アルミニウム合金スクロールを得、さらに鋼片の基板部
下面に突出した部分を切削することによって、鋼片部分
をアルミニウム合金基板面位置になるようにして、第２
図に示される如き最終製品を得た。

この場合において、各材料の金型内への配置を行なうに
際しては、鋼片およびアルミニウム合金素材の各面、お
よび鋼片と接する下金型面には潤滑剤が施されないよう
に注意して金型内に潤滑剤を塗布した。

また鍛造に際してのラム速度は３５ｍｍ／秒、鍛造圧力
は７．２トン／　ｃ　ｍ　２であった。

上記の如くして得られたアルミニウム合金スクロール複
合鍛造品は基板部に鋼片が強固に埋込まれており、該鋼
片はオルダム継手キーに対する摺動片として十分に機能
するものであり、且つ使用中の脱落事故も皆無であった
。

実施例２ 第３図に示すように、シリンダ一部８の一端に調合金製
のカップリング部９を有するアルミニウム合金製油圧シ
リンダー材（シリンダ一部：外径６０ｍｍφ、内径５０
ｍｍφ、長さ２００ｍｍ、カップリング部：外径８ｍｍ
φ、内径６ｍｍφ、長さ１０ｍｍ）を製造するに際し、
鍛造用アルミニウム合金素材として、Ａｌ−０，５５％
５ｉ−１，０％Ｍｇ合金を用いて、半連続鋳造法によっ
て外径６０ｍｍφ、長さ１００ｍｍのビレットを作成し
、プレス機として４００　を後方押出式竪型鍛造機を使
用して、２５０℃に予熱した下金型の中央部に同温度に
予熱した外径５ｍｍφ、長さ１０ｍｍの銅合金（真鍮）
製カップリング材を設置し、その上に４２５℃に予熱し
た上記アルミニウム合金ビレットを配置してマンドレル
型の上金型を使用してビレットを押圧し、シリンダーの
鍛造成形と銅合金カップリング材の複合化とを同時に行
なわせた。

鍛造を行なうに際しては金型内のカップリング材および
アルミニウム合金素材の各面、およびカップリング材と
接する下金型面に潤滑剤が施されないようにして、金型
内に十分な潤滑剤の塗布を塗布を行ない、ラム速度を２
３ｍｍ／秒、加圧力を１１．２トン／ｃｍ２として鍛造
を行なったところ、シリンダーの下端部にカップリング
材が強固に嵌込まれたカップリング付きアルミニウム合
金製油圧シリンダー材を得ることができた。

このものは、油圧シリンダー材として使用した場合にカ
ップリング部からの圧洩れを生ずることなく、また長期
使用しても何等問題を生ずることがなかった。

［発明の効果］ 以上述へたように本発明によるときは、従来困難とされ
ていた複合鍛造品の製造を、鍛造品に穴明は加工を施す
ことなく、鍛造段階で成形と複合化を一挙におこなうこ
とによって、堅固で密着性のよい複合鍛造品を得ること
ができるのでその経済効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は各種鍛造条件によってアルミ
ニウム合金素材に鋼片を複合鍛造する場合におけるアル
ミニウム合金素材の塑性流動状況を示す説明図である。 第２図は本発明の第１実施例によって得られたアルミニ
ウム合金製スクロール複合鍛造品の外観を示す斜視図で
ある。 第３図は本発明の第２実施例によって得られた銅合金製
カップリング付きアルミニウム合金製油圧シリンダー材
の外観を示す斜視図である。 １・・・・プレス下金型、２・・・・プレス上金型、３
・・・・アルミニウム合金素材（鍛造用合金）、４・・
・・硬質異種材料（鋼材等の被複合材料）、５・・・・
スクロール部、 ６・・・・基盤部、 ７・・・・鋼片、 ８・・・・シリンダ一部、 ９・・・・カップリング部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金素材と硬質異種材料とを鍛造法
   によって複合化させるに際して、下死点がなく且つラム
   速度の遅いプレスを使用して、予め２００〜４５０℃の
   温度範囲に加熱した硬質異種材料をプレスの下金型内に
   設置し、更に該硬質異種材料の上面に接触するようにし
   て予め３５０〜４５０℃の温度範囲に加熱したアルミニ
   ウム合金素材を設置して、２．５トン／ｃｍ＾２以上の
   加圧力をもって上金型を押圧することによって、アルミ
   ニウム合金素材の鍛造成形と複合化を一挙に行なわせる
   ことを特徴とするアルミニウム複合鍛造品の製造方法。
2. （２）ラム速度が１０〜５０ｍｍ／秒である請求項１記
   載のアルミニウム複合鍛造品の製造方法。
3. （３）アルミニウム合金素材および硬質異種材料の各面
   および硬質異種材料が接する下金型面に潤滑剤を塗布す
   ることなく鍛造成形を行なう請求項１または２記載のア
   ルミニウム複合鍛造製品の製造方法。