JPS6070137A - 合金の製造方法 - 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、合金に係り、更に詳細には合金の製造方法に
係る。

従来技術 本願発明者らは、合金元素の溶湯に他の合金元素の溶湯
又は粉末を添加して混合する方法や焼結法による従来の
合金の製造方法に於ける種々の問題点に鑑み、本願出願
人と同一の出願人の出願に係る特願昭５８−１３８１８
０号に於て、第一の金属と該第−の金属よりも低い融点
を有する第二の金属とよりなる合金の製造方法にして、
前記第一の金属よりなる多孔質体を形成し、該多孔質体
を鋳型内に配置し、該鋳型内に前記第二の金属の溶湯を
注湯し、前記溶湯を前記多孔質体内に浸透させることに
より前記第一の金属と前記第二の金属とを合金化させ、
前記多孔質体の領域に前記第二の金属が単独では実質的
に存在しない合金を形成することを特徴とする合金の製
造方法を提案した。

この先の提案に係る合金の製造方法に於ては、所定の均
一な組成及び組織の合金を能率よく製造するためには、
多孔質体を鋳型内に配置し該鋳型内に第二の金属の溶湯
を注湯する過程に於ても多孔質体が所定の形状及び密度
を維持し得るよう多孔質体を形成し、また第二の金属の
溶湯を多孔質体内に強制的に浸透させることが望ましく
、従って従来より一般に、第一の金属の粉末等を圧縮成
形してその圧縮成形体を多孔質体として使用し、また第
二の金属の溶湯を５００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２程度の
圧力にて加圧することが行われている。

しかしかかる従来の合金の製造方法に於ては、圧縮成形
体が所定の強度を有しその内部が所望の密度となるよう
な圧力にて粉末等を圧縮成形すると、圧縮成形体の表面
層の密度、特に圧縮方向に垂直な表面の密度が非常に高
くなり、そのため圧縮成形体内に第二の金属の溶湯を迅
速に月良好に浸透させることが困難になり、第二の金属
の溶湯が加圧されることにより溶湯が圧縮成形体の比較
的強度の弱い部分より優先的に侵入せしめられ、そのた
め製造された合金に割れやマクロ偏析が生じたりするこ
とがあるという問題がある。また上述の如き問題の発生
を回避すべく圧縮成形時に於ける加圧力を低減すると、
圧縮成形体の強度及び圧縮成形体内部の密度が所望の値
にならず、そのため所定の均一な組成及び組織の合金を
製造することが困難であるという問題がある。

発明の目的 本発明は、多孔質体として圧縮成形体が使用され第二の
金属の溶湯が加圧される先の提案に係る合金の製造方法
に於ける上述の如き問題に鑑み、かかる問題が生じるこ
とがないよう改善された合金の製造方法を提供すること
を目的としている。

発明の構成 かかる目的は、本発明によれば、第一の金属と該第−の
金属よりも低い融点を有する第二の金属とよりなる合金
の製造方法にして、前記第一の金属の粉末、切粉、短繊
維、又はこれらの混合物の集合体を前記第二の金属と実
質的に同一の組成の金属の粉末、切粉、短繊維、又はこ
れらの混合物にて覆い、これを圧縮成形し、圧縮成形体
を鋳型内に配置し、該鋳型内に前記第二の金属の溶湯を
注湯し、前記溶湯を前記集合体内に浸透させることによ
り前記第一の金属と前記第二の金属とを合金化させる合
金の製造方法によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明によれば、第一の金属の粉末、切粉、短繊維、又
はこれらの混合物の集合体が第二の金属と実質的に同一
の組成の金属の粉末、切粉、短繊維、又はこれらの混合
物にて覆われた状態にて圧縮成形されるので、第一の金
属の粉末等の集合体の表面層が高密度になることを回避
することができ、また圧縮成形体が鋳型内に配置され該
鋳型内に第二の金属の溶湯が注湯されると、第二の金属
と実質的に同一の組成の金属の粉末等が第二の金属の溶
湯によって溶融されることにより除去されるので、第二
の金属の溶湯を集合体内に良好に且均−に浸透させるこ
とができ、これにより第二の金属の溶湯が加圧される場
合にも割れやマクロ偏析のない均一な組成及び組織の合
金を製造することができる。

尚、本発明による合金の製造方法に於ては、第一の金属
の粉末等の集合体がその全周に亙り第二の金属と実質的
に同一の組成の金属の粉末等により覆われてよいが、圧
縮成形時の加圧力や第一の金属の粉末等の大きさ等に応
じて、第一の金属の粉末等の集合体の特定の表面、特に
圧縮成形時に於ける圧縮方向に垂直な表面の部分のみが
第二の金属と実質的に同一の組成の金属の粉末等にて覆
われてもよい。また本発明による合金の製造方法に於け
る、圧縮成形体は、第二の金属と実質的に同一の組成の
金属の粉末等を低加圧力にて圧縮成形することにより箱
体を形成し、該箱体内に第一の金属の粉末等の集合体を
充填し、該集合体の上に第二の金属と実質的に同一の組
成の金属の粉末等を層状に配置し、これを高加圧力にて
圧縮成形することにより形成されてもよく、また第一の
金属の粉末等の集合体を低加圧力にて圧縮成形し、該圧
縮成形体を遊嵌状態にて受入れる圧縮型の底面に第二の
金属と実質的に同一の組成の金属の粉末等を層状に配置
し、該層上に前記圧縮成形体を配置し、該圧縮成形体の
周り及びその面に第二の金属と実質的に同一の組成の金
属の粉末等を配置し、これを高加圧力にて圧縮成形する
ことにより形成されてもよい。更に本発明による合金の
製造方法に於ける第−及び第二の金属は単一の金属元素
又は合金のいずれであってもよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 先ず第１図乃至第３図に示されている如く、円筒状の孔
１を有する型本体２と、孔１に遊嵌合するアッパパンチ
３と、孔１に密に嵌合するアッパパンチ３′と、孔ｌに
密に嵌合するロアバンチ４どよりなる圧縮成形型を用意
した。次いで第１図に示されている如く型本体２とアッ
パパンチ３とロアバンチ４とにより郭定される有底円筒
状の空間内に平均粒径が１０μ開である５、１ｇの純ア
ルミニウムの粉末５を充填し、図には示されていないプ
レス装置によりアッパパンチ３をロアバンチ４へ近付く
方向へ押圧することにより、純アルミニウムの粉末を２
０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて圧縮し、これにより内径
１８ｍｍ、外径２４ｍｍ、長さ１６ｍｍ、平均厚さ３ｍ
ｍの有底の円筒体６を形成した。

次いでアッパパンチ３を除去し、円筒体６内に平均粒径
が１μｍである１２．２ｇの純ニツケル粉末７を充填し
、該ニッケル粉末上に平均粒径が１０μｍである１、８
ｇの純アルミニウムの粉末８を約６ｍｍの厚さにて層状
に配置し、更に第３図に示されている如くアッパパンチ
３′を孔１に嵌合させ、図には示されていないプレス装
置によりアッパパンチ３′をロアバンチ４へ近付く方向
へ３０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて押圧し、これにより
純ニツケル粉末のかさ密度が４．０１ｇ／ｃｃである直
径２４ｍｍ、長さ１８ｍｍの円柱状の圧縮成形体９（耗
アルミニウムの粉末の重量６．９ｇ）を形成した。

次いで図には示されていないがアルゴン雰囲気中にて圧
縮成形体９を４００℃に予熱し、しかる後第４図及び第
５図に示されている如く圧縮成形体９を２００℃の鋳型
１０内に配置し、該鋳型内に２５０ｃｃ、湯温７５０℃
のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯１１
を注湯した。

この場合純アルミニウムの粉末５及び８は溶湯１１によ
り溶融された。次いで溶湯をプランジャ１２により５０
０ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯
が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完全に凝固した
後、ノックアウトピン１３によって鋳型内より凝固体を
取り出した。

第６図は上述の如く製造されたＮｉ−Ａｌ合金の断面（
合金部分の円形の端面より５ｍｍであり円筒状側面より
２ｍｍの部分を中心とする断面）を１００倍にて示ず光
学顕微鏡写真である。また第７図は純ニツケル粉末のみ
にて圧縮成形体が形成された点を除き上述の実施例１と
同一の要領及び実質的に同一の条件にて製造された比較
例としてのＮｉ−Ａｌ合金の断面を１００倍にて示す光
学顕微鏡写真である。これら第６図及び第７図より、比
較例に於けるＮｉ−Ａｌ合金に於ては、圧縮成形体の比
較的強度の弱い部分よりアルミニウム合金の溶湯が優先
的に侵入することに起因して発生したものと推測される
アルミニウムリッチのマクロ偏析（第７図に於て白っぽ
い部分）が発生しているのに対し、上述の実施例１に於
て製造されたＮｉ−Ａｌ合金に於てはマクロ偏析は発生
しておらず、この合金は均一な組織を有するものである
ことが解る。尚この実施例１に於て製造されたＣｏ−Ａ
ｌ合金のマクロの組成はＮｉ−２７，１％Ａｌであった
。

実施例２ 先ず上述の実施例１の場合と同一の要領にて、平均粒径
が４０μｍである１３．６ｇの純マンガンの粉末よりな
りかさ密度が４．４６ｇ／ｃｃである直径１８ｍｍ、高
さ１２ｍｍの円柱状の成形体が、平均繊維径８０μｍ、
平均繊維長３ｍｍ、重量４、１ｇのアルミニウム合金（
ＪＩＳ規格６０６１）短繊維の層（厚さ約３ｍｍ）にて
覆われた圧縮成形体を形成した。次いでか（して形成さ
れた圧縮成形体をアルゴンガス雰囲気中にて３００℃に
予熱し、しかる後圧縮成形体を２００℃の鋳型内に配置
し、該鋳型内に２５０ｃｃ、湯温８００℃の純アルミニ
ウムの溶湯を注渇し、該溶湯を５００ｋｇ／ｃｍ２の圧
力にて加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するま
で保持した。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトビ
ンによって鋳型内より凝固体を取り出した。

第８図は上述の如く製造されたＭｎ−Ａｌ合金を含む凝
固体の中央断面を３倍にて示す実体写真である。また第
９図は純マンガン粉末のみにて圧縮成形体が形成された
点を除き上述の実施例２と同一の要領及び実質的に同一
の条件にて製造された比較例としてのＭｎ−Ａｌ合金を
含む凝固体の中火断面を３倍にて示す実体写真である。

尚これら第８図及び第９図に於て、ａはＭｎ−Ａｌ合金
の部分を、ｂはマンガンがアルミニウムの溶湯中に拡散
することによって形成されたＡｌリッチのＭｎ−Ａｌ合
金の部分を、ｃは実質的にアルミニウムのみよりなる部
分をそれぞれ示している。

これら第８図及び第９図より、比較例の合金に於ては割
れ（第９図に於て白い線状をなす部分）が発生している
のに対し、実施例２の合金に於ては割れ等の不良は発生
しておらず、この合金は均一な組織を有するものである
ことが解る。尚この実施例２に於て製造されたＭｎ−Ａ
ｌ合金のマクロの組成はＭｎ−１９，５％Ａｌであった
。

実施例３ 先ず第１０図に示されている如く、直径１８ｍｍの孔１
′を有する型本体２′と、孔１′に密に嵌合するアッパ
パンチ３′及びロアパンチ４′とよりなる圧縮成形型を
用意した。次いで型本体２′とロアパンチ４′とにより
郭定される円筒状の窪み内に平均粒径が２μｍである１
１．１ｇの純クロム粉末１４を充填し、孔１′にアッパ
パンチ３′を嵌合させ、図には示されていないプレス装
置によりアッパパンチ３′をロアパンチ４′へ近付く方
向へ押圧することにより、純クロムの粉末を約１０００
ｋｇ／ｃｍ２りの圧力にて圧縮し、これによりかさ密度
が１．８０ｇ／ｃｃである直径１８ｍｍ、長さ２４ｍｍ
の円柱状の圧縮成形体１５を形成した。

次いで第１１図に示されている如く、実施例１に於て使
用された圧縮成形型を用意しロアパンチ４上に平均粒径
が４０μｍである純アルミニウムの粉末１６を厚さ約９
ｍｍの一様な厚さにて配置し、該アルミニウムの粉末の
層上に圧縮成形体１５を配置し、該圧縮成形体の周りに
純アルミニウムの粉末１６′を充填し、更に圧縮形成体
１５上に純アルミニウム粉末１６″を厚さ約９ｍｍの一
様な厚さにて層状に配置した。次いで第１２図に示され
ている如く、孔１にアッパパンチ３を嵌合させ、図に示
されていないプレス装置によりアッパパンチ３をロアパ
ンチ４へ近付く方向へ押圧することにより、圧縮形成体
１５及び純アルミニウム粉末１６〜１６″を２０００ｋ
ｇ／ｃｍ２の圧力にて圧縮し、これにより純クロム粉末
のかさ密度が３．６０ｇ／ｃｃである直径２４ｍｍ、長
さ１８ｍｍの円柱状の圧縮成形体１７を形成した。

次いでかくして形成された圧縮成形体をアルゴンガス雰
囲気中にて４００℃に予熱した後、圧縮成形体を２５０
℃の鋳型内に配置し、該鋳型内に２５０ｃｃ、湯温８０
０℃の純アルミニウムの溶湯を注渇し、該溶湯をプラン
ジャにより５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて加圧し、その
加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が
完全に凝固した後プランジャによって鋳型内より凝固体
を取り出した。

第１３図は上述の如く製造されたＣｒ−Ａｌ合金を含む
凝固体の中央断面を３倍にて示す実体写真である。また
第１４図は純クロム粉末のみにて圧縮成形体が形成され
た点を除き上述の実施例３の場合と同一の要領及び実質
的に同一の条件にて製造された比較例としてのＣｒ−Ａ
ｌ合金を含む凝固体の中央断面を３倍にて示す実体写真
である。

尚これら第１３図及び第１４図に於て、ａはＣｒ−Ａｌ
合金の部分を、ｂはクロムがアルミニウムの溶湯中に拡
散することによって形成されたＡＩリッチのＣｒ−Ａｌ
合金の部分を、ｃ実質的にはアルミニウムのみよりなる
部分をそれぞれ示している。

これら第１３図及び第１４図より、比較例の合金に於て
はアルミニウム溶湯の浸透不良部分ｄが発生しているの
に対し、実施例３の合金に於ては浸透不良部分は発生し
ておらず、この合金は均一な組織を有していることが解
る。尚上述の実施例３に於て製造されたＣｒ−Ａｌ合金
のマクロの相或はＣｒ−２１．３％Ａｌであった。

実施例４ 上述の実施例１の場合と同一の要領にて、平均粒径が３
５μｍである６．８ｇのチタン合金（Ｔｉ−６％Ａｉ−
４％Ｖ）の粉末よりなりかさ密度が６．８ｇ／ｃｃであ
る直径１８ｍｍ、高さ１２ｍｍの円柱状の成形体が、平
均粒径が４０μｍである亜鉛合金（Ｚｎ−４％Ａｌ−３
％Ｃｕ）の粉末（１７．９ｇ）の厚さ約３１の層にて覆
われた直径２４ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱状の圧縮形成
体を形成した。

次いでかくして形成された圧縮成形体をアルゴンガス雰
囲気中にて２５０℃に予熱し、しかる後圧縮成形体を２
００℃の鋳型内に配置し、該鋳型内に２５０ｃｃ、湯温
４５０℃の亜鉛合金（Ｚｎ−４％Ａｌ−３％Ｃｕ）の溶
湯を注渇し、該溶湯を５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトビンによっ
て鋳型内より凝固体を取り出した。

また比較の目的で、圧縮成形体がチタン合金粉末のみに
て形成された点を除き上述の実施例４の場合と同一の要
領及び実質的に同一の条件にて製造されたＴｉ−Ｚｎ合
金を含む凝固体を形成した。

これらの凝固体をその中央断面にて切断し、それらの断
面を光学顕微鏡にて観察したところ、比較例の合金に於
ては多数の割れやマクロ偏析が発生していたのに対し、
上述の実施例に於て形成された凝固体の合金部分には割
れやマクロ偏析等の不良は発生しておらず、この合金は
均一な組織を有していることが認められた。尚この実施
例４に於て製造されたＴｉ−Ｚｎ合金のマクロの組成は
Ｚｎ−３５．０％Ｔｉ−４，７％Ａｌ−１．６％Ｖ−１
．８％Ｃｕであった。

実施例５ 上述の実施例１の場合と同一の要領にて、平均繊維径が
８０μｍであり平均繊維長が３ｍｍである７．５ｇのＣ
ｕ−Ｚｎ繊維（Ｃｕ−４０％Ｚｎ）よりなりかさ密度が
２．４６ｇ／ｃｃである直径１８ｍｍ、高さ１２ｍｍの
円柱状の成形体が、平均粒径が４０μｍである純アルミ
ニウムの粉末（６，９ｇ）の厚さ約３ｍｍの層にて覆わ
れた直径２４ｍｍ、高さ１８ｍｍの円柱状の圧縮成形体
を形成した。

次いでかくして形成された圧縮成形体をアルゴンガス雰
囲気中にて５００℃に予熱し、しかる後圧縮成形体を２
５０℃の鋳型内に配置し、該鋳型内に２５０ｃｃ、湯温
８００℃の純アルミニウムの溶湯を注渇し、該溶湯を５
００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶
湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完全に凝固し
た後、ノックアウトビンによって鋳型内より凝固体を取
出した。

また比較の目的で、圧縮成形体がＣｕ−Ｚｎ繊維のみに
て形成された点を除き上述の実施例５と同一の要領及び
実質的に同一の条件にて製造された比較例としてのＣｕ
−Ｚｎ−Ａｌ合金を含む凝固体を形成した。これらの凝
固体をその中央断面にて切断し、それらの断面を光学顕
微鏡にて観察したところ、比較例の合金に於ては多数の
割れやマクロ偏析が発生していたのに対し、上述の実施
例に於て形成された凝固体の合金部分には割れやマクロ
偏析等の不良は発生しておらず、この合金は均一な組織
を有していることが認められた。尚この実施例５に於て
製造されたＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金のマクロの組成はＡｌ
−３３，８％Ｃｕ−２２．５％Ｚｎであった。

以上に於ては本発明をいくつかの実施例について詳細に
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明による合金の製造方法の一つ
の実施例の製造工程を示す溶固、第６図及び第７図はそ
れぞれ実施例１及びその比較例に於て製造されたＮｉ−
Ａｌ合金の断面を１００倍にて示す光学顕微鏡写真、第
８図及び第９図はそれぞれ実施例２及びその比較例に於
て形成されたＭｎ−Ａｌ合金を含む凝固体の中央断面を
３倍にて示す実体写真、第１０図乃至第１２図は本発明
による合金の製造方法の他の一つの実施例に於ける成形
体の製造工程を示す解図、第１３図及び第１４図はそれ
ぞれ実施例３及びその比較例に於て形成されたＣｒ−Ａ
ｌ合金を含む凝固体の中央断面を３倍にて示す実体写真
である。 １…孔、２…型本体、３…アッパパンチ、４…ロアパン
チ、５…純アルミニウムの粉末、６…円筒体、７…純ニ
ツケル粉末、８…純アルミニウム粉末、９…圧縮成形体
、１０…鋳型、１１…アルミニウム合金の溶湯、１２…
プランジャ、１３…ノックアウトピン、１４…純クロム
粉末、１５…圧縮成形体、１６．１６’、１６”…純ア
ルミニウム粉末、１７…圧縮成形体 特許出願人トヨタ自動車株式会社 代理人弁理士明石８毅 １９− ９９４ 筬６１ＶＩ 第７図 （Ｘ１００） 第８図 （×３） 第９図 ＯＣ （×３） 第１０図 第１１図 に曇１＾Ｒコ 第１３図 第１４図 ａｂｃ 列５１≦凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第一の金属と該第−の金属よりも低い融点を有する第二
   の金属とよりなる合金の製造方法にして、前記第一の金
   属の粉末、切粉、短繊維、又はこれらの混合物の集合体
   を前記第二の金属と実質的に同一の組成の金属の粉末、
   切粉、短繊帷、又はこれらの混合物にて覆い、これを圧
   縮成形し、圧縮成形体を鋳型内に配置し、該鋳型内に前
   記第二の金属の溶湯を注湯し、前記溶湯を前記集合体内
   に浸透させることにより前記第一の金属と前記第二の金
   属とを合金化させる合金の製造方法。