JPH0643628B2 - アルミニウム合金部材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金部材の製造方法

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JPH0643628B2 JP20286386A JP20286386A JPH0643628B2 JP H0643628 B2 JPH0643628 B2 JP H0643628B2 JP 20286386 A JP20286386 A JP 20286386A JP 20286386 A JP20286386 A JP 20286386A JP H0643628 B2 JPH0643628 B2 JP H0643628B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム
合金粉末(以下、簡略化して、急冷凝固アルミニウム合
金粉末またはアルミニウム合金粉末という)から、粉末
冶金法によつて、アルミニウム合金部材を製造する方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、アルミニウムにSi、Cu、Mg、Fe等の元素を添加
して、ガスアトマイズ法、ロール法等の急冷凝固法によ
つて製造されるアルミニウム合金では、前記添加元素の
固溶限が著しく増大し、その添加元素が偏析することな
く均一に分散して、従来の溶解鋳造プロセスによつて製
造されるアルミニウム合金の組成範囲を大幅に越えた組
成を有する合金の製造が可能になるとともに、微細な金
属組織が得られることから、このようなアルミニウム合
金の粉末を固化することによつて得られるアルミニウム
合金部材は、すぐれた強度、剛性、靭性、耐熱性、耐摩
耗性、耐食性等の特性が付与されて、種々の分野で利用
できる多種類の構造部材または機械部品として新たな用
途が期待されており、現在盛んに研究開発が進められて
いる。
しかしながら、上記の急冷凝固アルミニウム合金粉末
は、その表面が強固な酸化被膜で覆われているために、
これを通常の焼結によつて固めるのは極めて困難であ
り、したがつて現在では、このアルミニウム合金粉末を
静水圧プレス成形によつて成形し、その成形体を金属缶
の中に密封(キヤニング)した状態で真空脱気して、粒
子表面に吸着していた水分を除去し、ついで成形体を缶
ごと熱間押出することによりアルミニウム合金粉末粒子
に塑性変形を起させて、その表面の酸化皮膜を破壊し、
それによつて金属粒子どうしを圧着させてその間に金属
結合を与え、冷却後缶を取り除いてその押出材に切断、
加工を施して、所定の形状、寸法を有する材料とし、最
後にそれに熱処理を施すという工程を経て、アルミニウ
ム合金粉末からアルミニウム合金部材を製造するのが一
般的であり、また急冷凝固アルミニウム粉末を冷間静水
圧プレス成形によつて密度95%以上に圧縮成形した
後、その成形体を金型内で熱間鍛造するという工程でア
ルミニウム合金機械部品を製造する方法(特開昭59−
157202)も提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記の熱間押出しを利用する方法は、多
くの複雑な工程を経なければならず、また前記の冷間静
水圧プレス成形後に成形体を熱間鍛造する方法は、その
成形によつてアルミニウム合金粉末を一挙に密度95%
以上の成形体に圧縮成形するために、脱ガスが十分に達
成されず、それによつて後の処理中に空孔を発生して製
品の品質を低下させ、しかもこれらの熱間押出しまたは
熱間鍛造によつて製造される製品は、いずれもその形
状、寸法がほぼ決つたものとならざるを得ないので、種
々の形状、寸法を有する所定の最終製品に仕上げるため
には、切断、切削等の加工を必要とし、量産に向かない
という問題があつた。
〔研究に基づく知見事項〕
そこで、本発明者等は、このような問題を解決すべく、
アルミニウム合金粉末成形体に対して所定の形状を容易
に付与するとともに、その粉末粒子表面の酸化皮膜を十
分に破壊して結合強度の高い合金部材を形成させるのに
有利な熱間型鍛造に着目して種々研究を重ねた結果、 (1)急冷凝固アルミニウム合金粉末成形体を熱間型鍛造
するに先立つて、その成形体に、温度:300〜520
℃に15分〜3時間加熱保持する熱処理を施した後、引
続き前記温度において予備的な熱間密閉型鍛造を施し
て、前記成形体を密度比95%以上に緻密化すると、こ
の予備鍛造体は、後の熱間型鍛造において、クラツクも
空孔も生ずることなく、強固な合金部材とすることがで
き、 (2)ついで、前記予備鍛造体を温度:300〜520℃
に再加熱して、20〜50%の加工率の下に熱間型鍛造
すると、粒子表面の酸化被膜の破壊、金属どうしの接触
および固相拡散が十分に達成され、前記予備鍛造の効果
と相俟つて、結合強度にすぐれたアルミニウム合金部材
が得られ、 (3)さらに、前記の予備的な熱間密閉型鍛造および熱間
型鍛造において、それぞれ型の形状、寸法を予め適当に
選ぶことによつて、一挙に最終製品として必要な形状、
寸法、またはそれに近い形状、寸法を有する製品が得ら
れること、 を見出した。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、急
冷凝固アルミニウム合金粉末から、結合強度の大きいア
ルミニウム合金部材を比較的簡単な方法で、歩留りよく
製造できる方法を提供することを目的とし、 急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム合金粉末を固
めることによつて、そのアルミニウム合金粉末からアル
ミニウム合金部材を製造する方法において、前記アルミ
ニウム合金粉末を成形して成形体を形成し、この成形体
に、温度:300〜520℃に15分〜3時間加熱保持
する熱処理を施した後、引続き前記温度において予備的
な熱間密閉型鍛造を施して、前記成形体を密度比95%
以上に緻密化し、ついでこのようにして得られた予備鍛
造体を温度:300〜520℃に再加熱して、20〜5
0%の加工率の下に熱間型鍛造することを特徴とする、
前記アルミニウム合金部材の製造方法、 に係るものである。
〔発明の具体的な説明〕
以下、この発明の構成について具体的に説明する。
1.急冷凝固アルミニウム合金粉末 この発明において原料粉末として使用されるアルミニウ
ム合金粉末は、ガスアトマイズ法、遠心噴霧法、回転カ
ツプ法、ロール法等、如何なる急冷凝固法を経て調製さ
れたものでもよく、その生成物が粉末状となつていない
ときや、粉末の粒度が粗過ぎる場合は、例えばボールミ
ルによつて、それらを所望の粒度を有する粉末まで適宜
粉砕することもできる。
アルミニウム母材に添加される元素としては、勿論、目
的とするアルミニウム合金部材に対して付与すべき特性
に応じて、従来利用されているあらゆる元素、例えばS
i、Cu、Mg、Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Li、Ti、Zr、Ce、M
o、V、Zn等を使用することができる。
2.成形 一般に、アルミニウム合金粉末はどのような方法で成形
してもよいが、通常、金型中で2〜6ton/cm2程度の圧
力の下に密度比約70〜80%まで緻密化して、最終製
品に近い形に形状付与する金型成形が好都合に使用され
る。
3.熱処理 成形体に施す熱処理は、アルミニウム合金粉末に吸着さ
れた水分およびその他の揮発性成分を除去して、製品中
に空孔が生ずるのを防ぐために必要な処理であつて、一
般に、次の予備的な熱間密閉型鍛造に移る前に、その密
閉型に入れる前に、例えば大気雰囲気中で加熱保持する
のが好都合であり、この熱処理の温度が300℃未満ま
たは加熱時間が15分未満になると、粉末粒子表面に吸
着している水分を十分に除去することができず、一方前
記温度が520℃を越えるか、または前記加熱時間が3
時間を越すと、粉末自体が急冷凝固によつて生じた微細
な組織を失うことから、この発明では熱処理の温度およ
び加熱保持時間をそれぞれ300〜520℃および15
分〜3時間と定めた。
4.予備的な熱間密閉型鍛造 成形体を熱間型鍛造する前に予備的に施される熱間密閉
型鍛造は、脱ガスされた成形体の密度比を上げて、後の
熱間型鍛造においてクラツクを発生しないほど十分に成
形体を緻密化し、もつて十分な強度を有する熱間型鍛造
品を歩留りよく形成させるために必要な処理であつて、
通常、100〜200℃に予熱された高速度鋼製などの
型の中に成形体を入れ、5〜10ton/cm2の圧力の下に
密閉型による熱間鍛造を施すのが便利である。
この熱間密閉型鍛造の温度が300℃未満であると、粉
体の変形抵抗が大きくなつて、実用的な圧力で成形体の
密度比を95%以上に上げることができず、一方前記温
度が520℃を越すと、急冷凝固アルミニウム合金粉末
に特有な微細組織が失われるところから、この熱間密閉
型鍛造の温度を300〜520℃と定めるとともに、こ
の予備的な鍛造を遂行することによつて達成される成形
体の密度比が95%未満であると、後の熱間型鍛造にお
いてクラツクを生じたり、粉末粒子間の金属どうしの接
触および固相拡散が十分でなくなるところから、前記密
度比を95%以上と定めた。
5.熱間型鍛造 再加熱された予備鍛造体に施される熱間型鍛造は、その
予備鍛造体に所定の大きい塑性変形を起して、強固な酸
化皮膜を破壊するとともに、粉末粒子間に十分な金属接
触と固相拡散を生じさせ、もつて予備鍛造体から十分な
結合強度を有するアルミニウム合金部材を形成させるの
に必要な処理であつて、従来種々の金属部材を製造する
場合に使用していた熱間型鍛造、就中熱間密閉型鍛造を
採用することができ、その鍛造時の加工率が20%未満
であると、粉体表面の酸化被膜が十分に破壊されず、一
方それが50%を越えると、鍛造体にクラツクが生じ、
また鍛造時の温度が300℃未満であると、粉体間で十
分な金属接触と固相拡散が起こらなくなる上に、鍛造体
にクラツクが生じ易くなり、一方それが520℃を越え
ると、急冷凝固粉末に特有な微細組織が失われるところ
から、熱間型鍛造時における加工率および温度をそれぞ
れ20〜50%および300〜520℃と定めた。
〔実施例および実施例に基づく発明の効果〕
ついで、この発明を比較例と対比しながら、実施例によ
つて説明する。
実施例1 Al−20Si−3Cu−1Mg−1Fe(数値は重量%、以下同
様)の組成を有するアルミニウム合金溶湯を空気でアト
マイズして調製した粒度−100/+350メツシユの
アルミニウム合金粉末を室温において4ton/cm2の圧力
で金型成形して、寸法:10×55×23mmの成形体を
製造した。
ついで、この成形体に、大気雰囲気中で第1表に示され
る条件の下に加熱する熱処理を施して脱ガスした後、引
続きこの成形体に、前記温度の下 に7ton/cm2の圧力で密閉型鍛造を施して、第1表に示
される密度比を有する予備鍛造体を製造した。
つぎに、この予備鍛造体を再び第1表に示される温度に
加熱保持しながら、第1表に示される加工率の下に7to
n/cm2の圧力で密閉型鍛造を遂行して、それぞれ本発明
Al合金部材1〜7を製造し、さらに比較のため、製造条
件の一部をこの発明の範囲から外して(外れた条件を第
1表中※印で示す)、上記と同様な方法で比較Al合金部
材1〜9をそれぞれ製造した。
この結果得られた各Al合金部材に対して、常温における
引張試験を実施してその引張強さと破断時の伸びを測定
するとともに、それらの密度比も測定し、その結果も合
わせて第1表に示した。
第1表に示される結果から、熱処理および予備鍛造時の
加熱温度が低過ぎる比較Al合金部材1、予備鍛造体の密
度比が低過ぎる比較Al合金部材5、本鍛造温度の低過ぎ
る比較Al合金部材6および加工率の高過ぎる比較Al合金
部材9では多数のクラツクが発生したのに対し、本発明
Al合金部材1〜7ではいずれもクラツクを発生すること
なく、それらの引張強さおよび伸びは比較Al合金部材の
ものよりも全般的にすぐれていることがわかる。
実施例2 Al−8Feの組成を有するアルミニウム合金溶湯から急冷
凝固アルミニウム合金粉末を調製し、かつ第2表に示さ
れる条件の下で熱処理、予備鍛造および本鍛造を実施し
た点を除き、実施例1と同様な方法で本発明Al合金部材
8〜13および比較Al合金部材10〜18をそれぞれ製
造するとともに、実施例1と同じ引張試験を実施して、
その結果を第2表に示した。
この第2表の結果によつても、比較Al合金部材10、1
4、15および18では多数のクラツクが発生したのに
対し、本発明Al合金部材8〜13ではいずれもクラツク
を発生することなく、それらの引張強さおよび伸びは全
体として比較Al合金部材のものよりもすぐれていること
がわかる。
〔発明の総合的効果〕 以上述べた説明から明らかなように、この発明による
と、比較的簡単な工程によつて、成形体を十分脱ガスし
ながら、急冷凝固アルミニウム合金粉末から結合強度の
大きいアルミニウム合金部材を歩留りよく製造すること
ができ、しかも予備的な熱間型鍛造によつて予め最終製
品の形状、寸法またはそれに近い形状、寸法を有する予
備鍛造体の状態にしておくことができて、切断、切削等
の加工を施さずに、所望の形状、寸法を有するアルミニ
ウム合金部材を製造することもできるので、量産にも適
したアルミニウム合金部材の製造方法が提供される。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム
    合金粉末を固めることによつて、そのアルミニウム合金
    粉末からアルミニウム合金部材を製造する方法におい
    て、前記アルミニウム合金粉末を成形して成形体を形成
    し、この成形体に、温度:300〜520℃に15分〜
    3時間加熱保持する熱処理を施した後、引続き前記温度
    において予備的な熱間密閉型鍛造を施して、前記成形体
    を密度比95%以上に緻密化し、ついでこのようにして
    得られた予備鍛造体を温度:300〜520℃に再加熱
    して、20〜50%の加工率の下に熱間型鍛造すること
    を特徴とする、前記アルミニウム合金部材の製造方法。
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