JPH0474807A - アルミニウム粉末鍛造品の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、機械的特性に優れた急冷アルミニウム合金
粉末を用いた鍛造品の製造方法に関するものである。

［従来の技術およびその課題］ 近年、急冷凝固アルミニウム合金粉末を固化することに
より強度や靭性などの機械的特性に優れたアルミニウム
合金を製造する方法か開発されている。このようなアル
ミニウム合金を成形して鍛造品を作る方法として種々の
ものがある。

まず、粉末押出体を鍛造する方法は、アルミニウム合金
粉末を押出成形し緻密化を行なった後、切断し丸棒や板
材などの素材を製造する工程と、この押出体を鍛造成形
することにより最終製品形状を付与する工程とを有して
いる。しかしながら、この方法は、製造コストが高く、
また製品の形状が複雑な場合には鍛造過程で鍛造品に割
れが生じやすい。したがって、成形可能な製品の形状が
比較的単純なものに制約される問題を有している。

粉末２段鍛造法は、アルミニウム合金粉末を予め単純な
形状に冷開成形し、その後、１回目の鍛造により緻密化
を行なった後、２回目の鍛造により最終製品への形状付
与を行なわせる方法である。

この方法は、上記の方法に比べてコストの面では低減さ
れるが、複雑な形状の鍛造品を成形する場合には、鍛造
品の内部にクラックが生じるという問題を有している。

すなわち、１回目の鍛造により緻密化された素材は、流
動性か低下し大きな変形が難しいためである。

また、粉末コイニング鍛造法は、アルミニウム合金粉末
を冷開成形し最終製品形状に近い予備成形体を形成した
後、１回の鍛造工程により材料の緻密化と形状付与とを
行ない最終の鍛造品を製造する方法である。この方法は
、原理的に優れた方法であるが、予備成形体の冷開成形
工程に問題かある。すなわち、冷開成形で複雑な形状の
予備成形体を作る場合には、アルミニウム合金粉末同士
が結合しにくく、また材料内での密度不均一が生じやす
いため、冷開成形用の型から取出す際に割れやクラック
などが発生し、複雑な形状の予備成形体を成形すること
が技術的に困難である。

さらに、他の方法としては、相対的に単純な形状に分割
された予備成形体の鍛造部品をさらに鍛造により接着成
形する方法がある。ところが、予め鍛造により緻密化し
た予備成形品同士は、再度鍛造工程を行なっても接着す
ることができず、この方法による複雑な形状の鍛造品の
製造はできない。

このように、従来の粉末鍛造法は複雑な形状の部品を製
造する場合においては製品の密度分布が不均一となった
り形状の不連続部で割れを生じたりするなど信頼性の高
い部品を製造することは困難であった。

したがって、この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、製造自由度の高い機械的特性に
優れたアルミニウム粉末鍛造品を製造し得る製造方法を
提供することを目的とする。

口課題を解決するための手段］ 請求項１に係る発明は、アルミニウム粉末材料を成形し
て予備成形体を形成した後、焼結・鍛造を行ない粉末鍛
造品を製造するためのアルミニウム粉末鍛造品の製造方
法であり、以下の工程を備える。まず、アルミニウム粉
末鍛造品の形状を相対的に単純な複数の部品形状に分割
する。次に、アルミニウム粉末材料を加圧成形すること
により分割された複数の部品形状に対応した形状を有す
る複数の予備成形体を形成する。そして、複数の予備成
形体を組立て、所定の温度・圧力条件下で加熱・鍛造を
５行ない複数の予備成形体を一体化し、所定形状の粉末
鍛造品を特徴する 請求項２に係る発明においては、予備成形体の加熱・鍛
造工程は、予備成形体の粉末材料が溶融しない温度に予
備成形体を加熱し、同時に鍛造を行なう。

請求項３に係る発明においては、予備成形体を鍛造する
工程は、前方押出法および後方押出法の少なくともいず
れか一方の方法が用いられる。

請求項４に係る発明においては、組立てられた複数の予
備成形体の凸部と凹部とは、互いに独立した加圧動作を
行なう加圧体を用いて鍛造成形が行なわれる。

［作用］ 請求項１に係る発明においては、比較的単純な形状に成
形された予備成形体は均一な密度分布が得られ、これを
鍛造成形することにより均一な密度を有し、クラックの
発生がなく、機械的強度の均−な鍛造品が製造できる。

請求項２に係る発明においては、鍛造時の加熱温度をア
ルミニウム粉末材料の溶融温度以下に設定することによ
り、急冷アルミニウム粉末が溶融して急冷凝固による特
性が失われるのを特徴する請求項３に係る発明において
は、前方押出法あるいは後方押出法などを用いることに
より予備成形体同士の界面を乱し接合強度を増加させる
ことができる。また、粉末材料の組成によっては予備成
形体同士の接合ができないような場合においても、この
前方押ａ法あるいは後方押出法などを用いることにより
複数の予備成形体を一体的に接合することが可能となる
。

請求項４に係る発明においては、独立して加圧動作可能
な複数の加圧体により予備成形体を加圧することにより
、凹凸を有する予備成形体の表面に加圧動作の初期から
所定の圧力を付加することができ、予備成形体の形状破
壊を起こさずに均一に加圧鍛造させることができる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明によるアルミニウム粉末鍛造品の製造
工程の工程フロー図である。第１図を参照して、まず製
造すべき鍛造品の形状を比較的簡単な形状、たとえば円
板、円柱、リング体などの形状の複数の部品に分割して
予備成形体の形状を設計する。次に、分割された形状を
有する予備成形体に応じた金型を用意し、急冷アルミニ
ウム合金粉末を冷間型押し加工し、複数の予備成形体を
形成する。その後、成形された予備成形体を鍛造品の形
状に組合わせて、最終形状を成形するための金型を用い
て鍛造成形する。このとき、予備成形体は加熱され、こ
の加熱と同時に鍛造成形が行なわれる。以上の工程によ
り複雑な構造を有するアルミニウム粉末鍛造品を成形す
ることができる。

次に具体的な例を用いて説明する。第２図は、種々の形
状を有する鍛造品の予備成形品と完成品の形状を示した
鍛造品−覧図である。第２図において、右欄に示す完成
品は、左欄に示される複数の予備成形品に分割して成形
された後、焼結・鍛造工程を経て一体成形される。鍛造
品１〜７はアルミニウム合金粉末（組成：Ａ１７１％、
５ｉ２５％、Ｃｕ３％、Ｍｇ１％）を用い、予備成形は
面圧４ｔｏｎ／ｃｍ２で加圧成形された。そして、焼結
・鍛造工程では、予備成形品の組立体が収納された金型
を温度２００℃に保持し、型押体を４５０℃に加熱して
予備成形体の焼結鍛造成形を行なった。各予備成形品お
よび鍛造品について密度分布や亀裂の有無について検査
した結果を表１に示している。さらに表１には従来の粉
末コイニング鍛造法を用いて一体成形された予備成形品
および鍛造品についての試験結果も併せて記載されてい
る。

（以下余白） 表１の結果より、分割成形品（本発明）の場合には予備
成形品に亀裂の発生が見られず、かつ材料内の密度分布
もほぼ均一となっていることが判明する。特に、鍛造品
５の場合には、従来の方法では渦巻部５ａが成形不可能
であったか、本発明では亀裂の発生を生じることなく成
形することが可能となった。

この分割した予備成形品を用いた焼結鍛造法は、ａ、　
一体成形では成形困難であった予備成形体を、亀裂を発
生させることなく、しかも密度バランス良く形成するこ
とができる。その結果、均一な密度の鍛造品が成形でき
る。

ｂ、　予備成形品の冷開成形プレスの金型などを単純化
することができる。

Ｃ１必要に応じて各部分の材質を変えて複合部品を製造
することができる。

などの効果が得られる。

次に、鍛造工程での変形例について説明する。

この変形例は、予備成形品を組立てた後、プレスなどに
より鍛造する場合に、各予備成形品の形状に応じて独立
した複数の加圧体を用いて加圧成形するものである。な
お、金型温度は２００°Ｃに保持し、型押体温度は上記
実施例と同様に４５０°Ｃに保持されている。第３Ａ図
および第３Ｂ図に単独の型押体１０を用いた場合と複数
の独立した型押体１１ａ、ｌｌｂを用いた場合の鍛造工
程の構造図が示されている。また、表２にはこの両者の
方法によって製造された鍛造品の検査結果が示されてい
る。

（以下余白） 表２かられかるように、個別の加圧体を用いて成形した
鍛造品はいずれも均一な密度分布を有し、かつ亀裂の発
生が生じていないことが判明する。

これは、単独の加圧体１０を使用した場合には加圧状態
に応じて加圧体と予備成形体１　ａ　Ｎ　１　ｂとの接
触面積が変化し、押圧力が均一に作用しないことにより
密度分布の不均一や形状不連続部での亀裂の発生が生じ
るものと考えられる。これに対して、個別の加圧体１１
ａ、ｌｌｂを使用した場合には、予備成形体１ａ、ｌｂ
の各々に常時加圧体が加圧接触することにより比較的均
一な押圧力を与え密度分布が均一化し、また亀裂の発生
が抑制されるものと考えられる。

さらに、鍛造品２および鍛造品６について、以下の３つ
の異なる鍛造方法を用いて成形加工を行なった。

■　一体成形した予備成形体を上記の個別の加圧体を使
用して鍛造成形する。

■　分割成形した予備成形体を上記の個別の加圧体を用
いて鍛造成形する。

■　分割成形した予備成形体を個別の加圧体を用い、か
つ鍛造品２に対して第４Ａ図に示す前方押出を行ない、
また鍛造品６に対して第４Ｂ図に示す後方押出を加えて
鍛造成形する。

また、組成の異なるアルミニウム合金粉末（Ａ［７３％
、Ｓｉ２０％、　Ｆｅ５％、　Ｎｉ２％）を用いて、同
様の成形加工を行なった。

これらの成形品から各予備成形体の接合部を含む引張試
験片を切出し引張試験を施した。試験結果を表３に示す
。

表３　　［ｋｇ／ｍｍ　２］ 表３の結果より、前方押出しあるいは後方押出しを加え
た成型品■が最もその接合部の引張強度が大きいことが
判明する。これは、前方押出あるいは後方押出鍛造を加
えると予備成形体内の肉が流れ、接合界面が乱され、こ
れによって界面での接合強度が増加するためである。

また、表３の下段の結果より、■に示す方法では成形で
きなかった組成を有するアルミニウム合金粉末を用いた
場合であっても、この前方押出あるいは後方押出を加え
る方法を用いることにより十分な接合強度を有する成形
品を製造することができる。

なお、この試験に合わせて鍛造品２および６の各々の予
備成形体２ａ、２ｂ、６ａ、６ｂを別個の鍛造成形し、
その表面の黒皮を切削除去した後、再び鍛造によって接
合させる方法を試みた。しかしながらこの方法では十分
に接合することができなかった。

このように、この発明においては、未焼結の分割された
予備成形品を同時に加熱鍛造成形することにより複雑な
形状を有する鍛造品を均一な密度で製造することが可能
となる。

なお、上記実施例において示した鍛造品の形状はあくま
で例示的なものにすぎず、これ以外の形状であっても複
雑な形状を適当な単純化された予備成形品に分割するこ
とによりこの発明を適用することができることは言うま
でもない。

［発明の効果コ このように、この発明によるアルミニウム粉末鍛造品の
製造方法は、鍛造品を複数の単純な形状を有する未焼結
の予備成形品に分割して予め製造した後、これを組立て
て加熱鍛造成形するように構成したので、複雑な形状を
有する粉末鍛造品を均一な密度で製造することができ、
機械的特性の優れた鍛造品の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるアルミニウム粉末鍛造品の製
造工程のフロー図である。第２図は、この発明の製造方
法により製造される鍛造品の予備成形品および完成品の
形状を示す鍛造品−欄図である。第３Ａ図および第３Ｂ
図は、この発明による粉末鍛造品の鍛造工程において、
単独の加圧体を用いた鍛造成形工程および複数の個別の
加圧体を用いた鍛造工程の断面図である。第４Ａ図およ
び第４Ｂ図は、第２図に示す鍛造品２および６に対して
行なわれた前方押出鍛造および後方押出鍛造の断面図で
ある。 図において、１．２．３．４．５．６．７は鍛造品を示
し、ｌａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ％　７ａｓ　
ｌｂｓ　２ｂｓ　３ｂ％　４ｂｓ　５ｂｓ　６ｂ％７ｂ
および７ｃは予備成形品を示す。 （ほか２名） 第１図 第４八図 第４Ｂ図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム粉末材料を成形して予備成形体を形
   成した後、焼結・鍛造を行ない粉末鍛造品を製造するア
   ルミニウム粉末鍛造品の製造方法であって、 製造すべき前記粉末鍛造品の形状を相対的に単純な複数
   の部品の形状に分割する工程と、前記粉末材料を加圧成
   形して前記分割された複数の部品形状に対応した形状を
   有する複数の予備成形体を形成する工程と、 前記複数の予備成形体を組立て所定の温度・圧力条件下
   で加熱・鍛造を行ない、前記複数の予備成形体を一体化
   し所定形状の前記粉末鍛造品を形成する工程とを備えた
   、アルミニウム粉末鍛造品の製造方法。
2. （２）前記予備成形体の加熱・鍛造工程は、複数の前記
   予備成形体の粉末材料が溶融しない温度で前記予備成形
   体を加熱し、同時に鍛造を行なう、請求項１記載のアル
   ミニウム粉末鍛造品の製造方法。
3. （３）前記予備成形体を鍛造する工程は、前方押出法お
   よび後方押出法の少なくともいずれか一方の方法が用い
   られる、請求項１記載のアルミニウム粉末鍛造品の製造
   方法。
4. （４）前記複数の予備成形体を鍛造成形する工程は、 組立てられた前記複数の予備成形体の相対的に凸な部分
   と相対的に凹な部分とを異なる加圧動作を行ない得る加
   圧体を用いて行なわれる、請求項１記載のアルミニウム
   粉末鍛造品の製造方法。