JPH059682A - アルミニウム粉末合金部材の熱処理方法 - Google Patents

アルミニウム粉末合金部材の熱処理方法

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JPH059682A
JPH059682A JP16574191A JP16574191A JPH059682A JP H059682 A JPH059682 A JP H059682A JP 16574191 A JP16574191 A JP 16574191A JP 16574191 A JP16574191 A JP 16574191A JP H059682 A JPH059682 A JP H059682A
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JP
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surface layer
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powder alloy
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aluminum powder
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Pending
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JP16574191A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Mori
敏洋 毛利
Seikichi Hatano
精吉 秦野
Shuntaro Sudo
俊太郎 須藤
Akira Manabe
明 真鍋
Yoshimasa Okubo
喜正 大久保
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 T6処理後においても切削加工なしで高強度
の得られるMgを含むアルミニウム析出時効型粉末合金
部材の熱処理方法。 【構成】 Mgを必須成分とする析出時効型アルミニウ
ム粉末合金部材の熱処理方法において、不活性ガス雰囲
気中で溶体化処理をする。溶体化処理中に表層部直下の
のMg成分が表面の酸化にともなって減少し易いAl−
Cu−Mg系、Al−Mg−Zn系、Al−Mg−Si
系において、不活性ガス雰囲気により、表層部からのM
gの酸化が防止されると共に、表層部直下のMg含有量
にも全く変化がないので、表層部から深部まで硬さの低
下がなく、T6処理後に表面の切削加工を施さなくて
も、疲労強度に優れ、冷間鍛造の冷間加工の状態のまま
で部材を使用することができる。さらに、表層部に酸化
物層がなく、表面酸化物による相手攻撃性等の悪影響が
なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム粉末合金部
材の熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金は、軽量で加工性に優
れているので、古くから航空機あるいは自動車の構造用
材料として用いられている。これらアルミニウム合金の
中でも特にAl−Cu系、Al−Si−Mg系、Al−
Cu−Mg系等は、Al側の固溶体が第2成分を多量に
固溶し、温度低下と共に溶解度が減少するので、高温の
均一固溶体の状態から急冷した後、室温で放置する常温
時効あるいは120〜180℃に保持する人工時効によ
り、過飽和固溶体から第2相が析出し、硬度や強度が著
しく増大する時効硬化が生ずることは良く知られてい
る。
【0003】このように、アルミニウム合金を500〜
550℃の温度で溶体化処理し、その後人工時効を起こ
させる方法はT6処理と記号化されており、従来このT
6処理における溶体化処理は空気循環炉または塩浴炉で
実施することが常識化している。
【0004】塩浴炉は熱伝達効率がよく、また高温酸化
の弊害がない等の長所がある一方、処理量が少なく大量
生産に適さずコスト高になるという欠点がある。そのた
め、空気循環炉が好んで用いられているが、鋳造あるい
はインゴットから得られるアルミニウム合金部材のT6
処理においては、雰囲気として窒素ガス等の不活性ガス
を使用する必要はなく、乾燥空気で溶体化処理しても、
不活性ガス雰囲気で処理したと同等の特性が得られてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Mgを
含む析出時効型の合金、例えばAl−Si−Mg系、A
l−Cu−Mg系等のアルミニウム粉末合金から粉末冶
金により製造される部品を、前記空気循環炉でT6処理
する場合は、溶体化処理中に空気中の酸素によりアルミ
ニウム粉末合金中のMgが選択的に酸化し、表面層直下
のMgが減少するという現象が生ずる。
【0006】これは、アルミニウム粉末合金は、従来の
インゴットアルミニウム合金に比べて、結晶粒界が非常
に微細であり、このため表面部へのMgの拡散が従来の
溶製材に比べて速いため、上記現象が顕在化するものと
考えられる。このように表層直下でのMg含有量が減少
すると、T6処理によりS´相(Al2CuMg)が形
成されにくくなり、θ相(CuAl2)が形成されて表
層部の硬さが減少し、疲労強度が低下する。そのため、
T6処理後表層部を切削加工して疲労強度の向上を図る
必要がある。そこで、冷間加工により高精度の部品製造
が可能であり、かつT6処理後においても切削加工なし
で高強度の得られる方法が求められていた。
【0007】本発明はMgを含む析出硬化型のアルミニ
ウム粉末合金の前記のごとき問題点を解決すべくなされ
たものであって、冷間加工により高精度の部品製造が可
能であり、かつT6処理後においても切削加工なしで高
強度の得られるアルミニウム粉末合金部材の熱処理方法
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
め、アルミニウム粉末合金の溶体化処理中に部材の表層
部からMgが酸化することを防止する方法について鋭意
検討を重ねた。その結果、不活性ガスを用いて表面酸化
を防止する方法を着想するに到った。そこで、不活性ガ
ス中で溶体化処理を施してみたところ、表層部からのM
gの酸化が防止されると共に、表層部直下のMgにも全
く影響がないことを新たに知見し本発明が完成された。
【0009】本発明のアルミニウム粉末合金部材の熱処
理方法は、Mgを必須成分とする析出時効型アルミニウ
ム粉末合金部材の熱処理方法であって、不活性ガス雰囲
気中で溶体化処理をすることを要旨とする。
【0010】本発明のMgを必須成分とする析出時効型
アルミニウム粉末合金は、Mgを含有して時効硬化を生
ずる合金系であって、例えばAl−Cu−Mg系、Al
−Mg−Zn系、Al−Mg−Si系等に適用される。
特に、Al−Cu−Mg系であって、重量比でMg;
0.1〜2.5%、Cu;1.0〜8.0%を含有し、
残部が実質的にAlからなる組成のものに適用されると
効果が顕著である。
【0011】また、本発明が適用されるアルミニウム粉
末合金は、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ア
トマイズ法等のアトマイズ法によるものの他、ロール急
冷法、メルトスピニング法等いずれの方法で製造される
ものでもよい。粉末合金には急冷凝固粉末を用いること
が好ましく、原料粉末の粒径は150μm以下とするこ
とが好ましい。原料粉末の大きさが150μm以下であ
ると、粉末の冷却速度が遅いため結晶粒や析出相が粗大
化し強度が低下するからである。なお、粉末固化の方法
は、焼結、HIP、ホットプレス、鍛造、押出、粉末圧
延等いずれの方法によっても良い。
【0012】また、必要に応じて、部材の耐摩耗性を向
上させるため、炭化物あるいは窒化物からなる硬質粒子
を混合することもある。その場合、硬質粒子のビッカー
ス硬さはHv700以上であることが好ましい。Hv7
00未満では耐摩耗性を確保することができないからで
ある。また、硬質粒子の添加量は0.5〜5容量%とす
ることが好ましい。0.5%未満では耐摩耗性が充分で
なく、5%を越えると冷間加工性が低下するからであ
る。
【0013】
【作用】本発明はMgを必須成分とする析出時効型アル
ミニウム粉末合金部材を不活性ガス雰囲気中で溶体化処
理をするので、表層部からのMgの酸化が防止されると
共に、表層部直下のMg含有量にも全く変化がない。そ
のため、表層部から深部まで硬さの低下がなく、T6処
理後に表面の切削加工を施さなくても、疲労強度に優
れ、冷間鍛造の冷間加工の状態のままで部材を使用する
ことができる。さらに、表層部に酸化物層がなく、表面
酸化物による相手攻撃性等の悪影響がなくなる。
【0014】本発明のMgを必須成分とする析出時効型
アルミニウム粉末合金において、成分組成を限定した理
由について説明する。 Mg;0.1〜2.5% MgはCuと共存して合金の時効硬化性を付与し、強度
・耐摩耗性を向上させる。0.1%未満では前記の充分
な効果が得られず、2.5%を越えると強度は向上する
が靱性が低下する。
【0015】Cu;1.0〜8.0% CuはMgと共に合金に時効硬化性を付与し、強度およ
び耐摩耗性を向上させる。1.0%未満では充分な効果
が得られず、8.0%を越えると強度は向上するが靱性
が低下する。さらに、必要に応じて第3元素としてF
e、Si、Mn、Ni、Tiより選択した元素を含有さ
せ、耐熱性あるいは強度を向上させることができる。但
し、これらの元素は、冷間鍛造性を低下させるため、多
量に添加することは好ましくない。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を比較例と比較して説明し、
本発明の効果を明らかにする。表1に示す化学成分のア
ルミニウム合金を溶製し、エアアトマイズ法により−1
00メッシュのアルミニウム粉末合金を得た。このアル
ミニウム粉末合金に表1に示す硬質粒子を表1に示す割
合で混合し、熱間押出により冷間鍛造用の素材を得た。
【0017】
【表1】
【0018】この素材を冷間鍛造により図3に示すバル
ブスプリングリテーナに形状付与加工を行い、マッフル
タイプの雰囲気ガス炉を用いて、窒素ガス圧800To
rrで495℃にて1時間の溶体化後水冷し、さらに大
気中で185℃にて8時間の時効硬化処理を行い放冷し
た。なお、比較例I、J、Lについては、比較のために
従来法に従い、495℃にて1時間の溶体化処理につい
ては大気中で行った。
【0019】本発明の実施例Fと比較例Iについて、表
層部の硬さ測定すると共にEPMAによるMg濃度を分
析し、得られた結果は図1に表層部の硬さと深さの関係
を示す線図として示し、図2に表層部のEPMAによる
Mg濃度と深さの関係を示す線図として示した。
【0020】図1に示したように、比較例Iは深さ30
μmから表面にかけて硬さの低下があった。また、図2
に示したように、Mg濃度も約60μmあたりから低下
し始め、表面で約0.8%程度の濃度の低下があった。
【0021】これに対して、図1および図2から明らか
なように、本発明の実施例Fは表面から深部に至るまで
硬さの低下が全くなく、またMg濃度についても表面か
ら深部まで殆ど一定であって、本発明によれば表層部の
Mg濃度の低減が全くなく、またこれに従って表層部か
ら深部に至るまで硬度の低下のないことが確認された。
【0022】続いてこのバルブスプリングリテーナを排
気量2000ccの直列4気筒のガソリンリンジンに組
み込みエンジン回転数を段階的に引き上げてバルブスプ
リングリテーナの破壊回転数を測定した。得られた結果
は、比較例Iを100とする指数として表1にまとめて
示した。
【0023】表1から明らかなように、比較例Kおよび
LはMgを含まないAl−Cu系合金であり、溶体化処
理の雰囲気が空気中であろうが不活性ガスである窒素中
であろうが、バルブスプリングリテーナの破壊回転数に
全く関係ないことが判明した。これに対して、本発明の
実施例A〜Hは比較例Iと比較して、バルブスプリング
リテーナの破壊回転数が4〜7%上昇しており、本発明
によれば冷間鍛造後に切削加工を行うことなく、疲労強
度の優れた部材を得ることができることが判明し、本発
明に効果を確認することができた。
【0024】次に、実施例Fおよび比較例Iによって作
製したバルブスプリングリテーナを排気量2000cc
の直列4気筒のガソリンリンジンに組み込み、エンジン
回転数6000rpmにて180時間の試験行った後、
バルブスプリングのリテーナ側の座面摩耗深さ、および
バルブスプリングリテーナのスプリング座面摩耗深さを
測定した。得られた結果は表2に示した。
【0025】
【表2】
【0026】表2に示したように、比較例Iはバルブス
プリングのリテーナ側の座面摩耗深さが17μm、バル
ブスプリングリテーナのスプリング座面摩耗深さが50
μmであった。これに対して、本発明の実施例Fは、表
面酸化物が少なかったため、バルブスプリングのリテー
ナ側の座面摩耗深さが0μm、バルブスプリングリテー
ナのスプリング座面摩耗深さが10μmであって、本発
明によれば、部材の相手攻撃性の点においても優れた結
果が得られることが判明した。
【0027】
【発明の効果】本発明のアルミニウム粉末合金部材の熱
処理方法は、以上詳述したように、Mgを必須成分とす
る析出時効型アルミニウム粉末合金部材の熱処理方法に
おいて、不活性ガス雰囲気中で溶体化処理をすることを
特徴とするものであって、溶体化処理中に表層部直下の
のMg成分が表面の酸化にともなって減少し易いAl−
Cu−Mg系、Al−Mg−Zn系、Al−Mg−Si
系において、不活性ガス雰囲気により、表層部からのM
gの酸化が防止されると共に、表層部直下のMg含有量
にも全く変化がないので、表層部から深部まで硬さの低
下がなく、T6処理後に表面の切削加工を施さなくて
も、疲労強度に優れ、冷間鍛造の冷間加工の状態のまま
で部材を使用することができる。さらに、表層部に酸化
物層がなく、表面酸化物による相手攻撃性等の悪影響が
なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例と比較例の表層部の硬さと深さ
の関係を示す線図である。
【図2】本発明の実施例と比較例の表層部のEPMAに
よるMg濃度と深さの関係を示す線図である。
【図3】実施例に用いたバルブスプリングリテーナの一
部を切り欠いた側面図である。
フロントページの続き (72)発明者 須藤 俊太郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 真鍋 明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大久保 喜正 愛知県名古屋市港区千年3丁目1番12号 住友軽金属工業株式会社技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mgを必須成分とする析出時効型アルミ
    ニウム粉末合金部材の熱処理方法であって、不活性ガス
    雰囲気中で溶体化処理をすることを特徴とするアルミニ
    ウム粉末合金部材の熱処理方法。
  2. 【請求項2】 前記アルミニウム粉末合金部材が、重量
    比でMg;0.1〜2.5%、Cu;1.0〜8.0%
    を含有し、残部が実質的にAlからなる組成であること
    を特徴とする請求項第1項に記載のアルミニウム粉末合
    金部材の熱処理方法。
JP16574191A 1991-07-05 1991-07-05 アルミニウム粉末合金部材の熱処理方法 Pending JPH059682A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006015149A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Cordis Corp 移植可能な医療用具のための改善された磁気共鳴画像装置適合性合金
CN100351429C (zh) * 2005-08-04 2007-11-28 湖南神舟科技股份有限公司 一种电池用粉体材料表面处理方法和装置
JP2015108194A (ja) * 2008-10-10 2015-06-11 ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー アルミニウム合金粉末金属の混合体

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CN100351429C (zh) * 2005-08-04 2007-11-28 湖南神舟科技股份有限公司 一种电池用粉体材料表面处理方法和装置
JP2015108194A (ja) * 2008-10-10 2015-06-11 ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー アルミニウム合金粉末金属の混合体

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