JPS61136602A - 高強度アルミニウム合金焼結体の製造方法 - 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】 Ａ１発明の目的 （１１産業上の利用分野 本発明は高強度アルミニウム合金焼結体の製造方法に関
する。

（２）従来の技術 従来、高強度アルミニウム合金として急冷凝固粉末が知
られている。この粉末は、ガスアトマイズ法等の粉末化
法によりアルミニウム合金融液を１０”〜１０”　℃／
ｓｅｃといった急速な冷却速度を以て冷却して得られる
もので、アルミニウム中にケイ素、鉄等の元素を過飽和
に固溶しており、高強度であると共に優れた耐摩耗性を
有する。

この急冷凝固粉末は、高強度であるが故に常温下で圧粉
体を得べく押型内で加圧しても容易に塑性変形せず、ま
た押型から圧粉体を取り出す際その復元力により割れを
生じる。例えば、ケイ素を１５重量％含有する急冷凝固
粉末をＬｏｔ／ｃｏｔで加圧しても正常な圧粉体を得る
ことができない。

そこで従来は急冷凝固粉末にホットプレス法、即ち、そ
の粉末を３００℃以上に加熱してその強度を低下させた
状態で加圧することにより圧粉体を得ると同時にそれを
仮焼結する方法を適用して仮焼結体を得、次いで再び仮
焼結体を４００〜４７０℃に加熱して押出加工を施し棒
状体を得ている。

そして前記棒状体を素材として熱間鍛造加工により最終
製品を得るものである。

（３）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記棒状体は変形抵抗が大きく、伸びが
少ないので、熱間鍛造加工中に割れを生じることがあり
成形が非常に難しい。例えばケイ素を１５％含有する前
記粉末より得られた棒状体の伸びは常温で０％、４００
℃で約１５％程度と少ない。

また鍛造加工においては、予備成形体の作製、鍛造品の
ぼり取加工、仕上げ加工等を要し、それら作製および各
加工毎に材料が減じるため歩留りが悪い。

さらにホットプレス法による仮焼結体の製造時、押出加
工による棒状体の製造時および鍛造加工による製品製造
時に必ず加熱を伴うので生産性が悪く、またエネルギ消
費量も多くなって経済性が悪い。

斯る渚欠点を解消すためには、前記急冷凝固粉末を用い
て粉末冶金法により製品若しくはそれに近い形状の部材
を得るようにしなければならない。

本発明はこのような観点よりなされたもので、前記急冷
凝固粉末より高密度な圧粉体を得、またその圧粉体より
寸法変化の少ない焼結体を得ることのできる前記方法を
提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）問題点を解決するための手段 本発明は、アルミニウム合金よりなる急冷凝固粉末に対
して融点が１００〜３００℃の潤滑剤粉末を０．２〜１
０体積％混合して混合粉末を得る工程と；前記混合粉末
を前記潤滑剤粉末の融点以上に加熱して加圧することに
より圧粉体を得る工程と；前記圧粉体を焼結する工程と
；を用いることを特徴とする。

（２）作　用 前記急冷凝固粉末と潤滑剤粉末との混合粉末を潤滑剤の
融点以上に加熱すると、溶融した潤滑剤により急冷凝固
粉末の略全表面が覆われ、また急冷凝固粉末の強度が低
下する。この状態で急冷凝固粉末を加圧すると、その粉
末相互間の滑りおよび加圧力の伝達が良好となって圧粉
体が得られる。

この圧粉体の成形時、潤滑剤の流動性が良好となってい
るので、それは圧粉体中より押出されて圧粉体と押型間
に滲出しそれらの潤滑を行う。このように圧粉体中より
潤滑剤が押出されると圧粉体が高密度となり、次の焼結
工程において焼結体の寸法変化が少なくなる。

潤滑剤の添加量が０．２体積％を下回ると潤滑効果が少
なく正常な圧粉体を得ることができない。

一方１０体積％を上回っても潤滑効果は変わらず、また
圧粉体中への潤滑剤の残存量が多くなって焼結体の寸法
変化が多くなるので好ましくない。

また潤滑剤の融点が１００℃を下回ると、それを溶融さ
せるための温度では急冷凝固粉末の強度を低下させるこ
とができず、一方潤滑剤の融点が３００℃を上回ると、
それを溶融させる温度では急冷凝固粉末の酸化が激しく
なるので好ましくない。

（３）実施例 第１図は本発明の工程を示すもので、以下各工程につい
て説明する。

（ａｌ工程 アルミニウム合金よりなる急冷凝固粉末Ａに対して融点
が１００〜３００℃の潤滑剤粉末りを０゜２〜１０体積
％添加し、これらをミキサを用いて十分に攪拌混合し、
潤滑剤粉末りを急冷凝固粉末Ａ全体に略均−に分散させ
た混合粉末を得る。

山）工程 押型１を、そのダイス２に埋設されたヒータ３により潤
滑剤の融点以上の温度に加熱する。ダイス２の成形孔４
に下部ポンチ５の先端部を摺合することにより形成され
る凹部６に、前記混合粉末を装入して押型１からの熱伝
導により潤滑剤粉末りを溶融し、その溶融潤滑剤Ｌｓに
より急冷凝固粉末Ａの略全表面を覆うと共に急冷凝固粉
末Ａの強度を低下させる。この潤滑剤の溶融と急冷凝固
粉末Ａの強度低下工程は押型１外で別の加熱装置を用い
て行ってもよい。

（Ｃ１工程 上部ポンチ７を下方へ、また下部ポンチ５を上方へそれ
ぞれ移動させて急冷凝固粉末Ａを３〜１０ｔ／−の成形
圧力を以て加圧する。この場合急冷凝固粉末Ａの略全表
面が溶融潤滑剤Ｌｓにより覆われているので、急冷凝固
粉末Ａ相互間の滑りおよびそれら粉末Ａへの加圧力の伝
達が良好となり、各粉末Ａが塑性変形して圧粉体Ｇが成
形される。　この圧粉体Ｇの成形時、溶融潤滑剤Ｌｓが
流動して圧粉体Ｇ中より押出され、圧粉体Ｇおよびダイ
ス２間並びに両ポンチ５．７およびダイス２間にそれぞ
れ滲出し、それらの間を潤滑するのでダイス２、両ポン
チ５，７のかじり、焼付きが防止される。

第２図は成形圧力と圧粉体Ｇの潤滑剤残存率の関係を示
すもので、成形圧力が３〜１０ｔ／Ｊの範囲にあれば潤
滑剤残存率は同図斜線領域ａにあり、例えば成形圧力３
ｔ／ａＪでは潤滑剤残存率が６３〜７２％、また成形圧
力１０ｔ／ｃ＋Ｊでは潤滑剤残存率が１８〜２５％とな
る。

第２図において、別の斜線領域すは潤滑剤を溶融させず
に固体のままで成形圧力を加えた場合を示し、潤滑剤残
存率が高く例えば成形圧力１０ｔ／−で７７〜８３％で
ある。これは潤滑剤の一部が成形圧力により急冷凝固粉
末間の摩擦力によって溶融し圧粉体中より押出されるも
のの殆どの潤滑剤がその流動性が悪いために圧粉体中に
残存するからである。

第３図は真密度に対する圧粉体密度の百分比と成形圧力
との関係を示し、成形圧力が３〜１０ｔ／ｊの範囲にあ
れば線Ｃで示すように真密度に介して８５〜９８％の高
密度を有する圧粉体Ｇが得られる。

このように圧粉体Ｇが高密度となる理由は、前記第２図
に示したように潤滑剤残存率が低下することによるもの
である。

（ｄ）工程 押型１を開き、その型１より圧粉体Ｇを取出して焼結炉
８に設置する。焼結炉８においては、圧粉体Ｇを大気中
、好ましくは真空中または保護ガス雰囲気中で３００〜
４５０℃、０．５〜５時間加熱して残存する潤滑剤を除
去し、引き続いて圧粉体Ｇを４５０〜５５０℃、０．５
〜５時間加熱して急冷凝固粉末Ａ相互間を結合して焼結
体を得る。

前記急冷凝固粉末Ａとしては、Ａｌｔ−８ｉ系、Ａｆｆ
ｉ−３ｔ−Ｆｅ系、Ａｊｌ−Ｃｕ−Ｆｅ系、Ａｊｌ−３
ｉ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｆｅ系等の粉状高強度アルミニウム合
金が該さし、また融点が１００〜３００℃の潤滑剤粉末
としては、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸、パラフィン
ワックス、合成ワックス等の粉末が該当する。

〔実施例Ｉ〕

内燃機関用コンロッドの製造 第４図は高強度アルミニウム合金焼結体よりなるコンロ
ッド９を示し、第５図はそのコンロッド９を得るための
圧粉体用押型１１を示す。その押型１１は上部可動体１
０と下部可動体１１とを有し、その上部可動体１０の下
面に上部ポンチ７゜が、また下部可動体１１の上面に下
部ポンチ５１が互いに対向して取付けられる。上部およ
び下部可動体１０．１１間には、両ポンチ５＋、７１を
嵌合し得る成形孔４１を有するダイス２１が配設される
。ダイス２．にはヒータ３．が埋設され、このヒータ３
．によりダイス２．およびそのダイス２．からの熱伝導
により両ポンチ５１，７Ｉが加熱される。下部可動体１
１．下部ポンチ５１および上部ポンチ７１にはピストン
ピン孔およびクランクピン孔を成形するピン状中子１２
．１３が摺合される。

急冷凝固粉末としては／Ｊ！−３ｉ−Ｆｅ系の高強度ア
ルミニウム合金粉末が用いられ、この粉末に１．５体積
％の合成ワックス粉末（融点１４０　’Ｃ）を添加し、
これらをＶ形ミキサにより十分に攪拌混合して混合粉末
を得る。

ヒータ３１によりダイス２．および両ポンチ５０，７．
を約２５０℃に加熱し、下部ポンチ５Ｉの先端部をダイ
ス２Ｉの成形孔４に摺合することにより形成される凹部
６１に前記混合粉末を装入する。

合成ワックスが溶融した後上部および下部ポンチ７１．
５＋により急冷凝固粉末を８ｔ／ｃｄの成形圧力を以て
加圧してコンロンド形状の圧粉体Ｇ１を得る。この圧粉
体Ｇ１は、その合成ワックスの残存率が約３５％で、ま
た真密度に対して９８％の高密度を有するものである。

比較のため、前記急冷凝固粉末と合成ワックスの混合粉
末を用い常温の押型により成形作業を行ったところ成形
圧力１０ｔ／ｃｄでも正常な圧粉体を得ることができな
かった。

前記圧粉体Ｇ、を真空焼結炉に設置して４００℃で１時
間加熱することにより合成ワックスを除去し、引き続い
て圧粉体Ｇ１を４９０℃で１時間加熱することにより粉
末相互を結合する。

これにより前記高強度アルミニウム合金の焼結体よりな
り、軽量で高強度なコンロフト９が得られる。

〔実施例■〕

内燃機関におけるタイミングベルトドリブンブーりの製
造 第６図は高強度アルミニウム合金焼結体よりなる前記ド
リブンプーリ１４を示す。

急冷凝固粉末としてはＡｌ１−５ｔ系の高強度アルミニ
ウム合金粉末が用いられ、この粉末に３体積％の合成ワ
ックス粉末（融点１４０℃）を添加し、これらをＶ形ミ
キサにより十分に攪拌混合して混合粉末を得る。

前記混合粉末を約２００℃に加熱した押型に装入して合
成ワックスが溶融した後上部および下部ポンチにより急
冷凝固粉末を６ｔ／−の成形圧力を以て加圧してドリブ
ンプーリ形状の圧粉体を得る。この圧粉体は、その合成
ワックスの残存率が約５０％で、また真密度に対して９
６％の高密度を存するものである。

前記圧粉体を焼結炉に設置してＮ２ガス雰囲気下におい
て４００℃で１時間加熱することにより合成ワックスを
除去し、引き続いて圧粉体を５００℃で１時間加熱する
ことにより粉末相互を結合する。

これにより、前記高強度アルミニウム合金の焼結体より
なり、軽量で高強度な前記ドリブンブーＩＪ１４が得ら
れる。

Ｃ９発明の効果 本発明によれば、アルミニウム合金よりなる急冷凝固粉
末に特定量の潤滑剤粉末を混合し、その潤滑剤粉末を溶
融してその急冷凝固粉末を加圧するようにしたので、急
冷凝固粉末相互間の滑りおよび加圧力の伝達を良好にす
ると共に急冷凝固粉末の強度を低下させて比較的低い成
形圧力で正常な圧粉体を得ることができる。

またその圧粉体からは成形特潤滑剤が押出されるので、
圧粉体の密度が高（、次の焼結工程において焼結体の寸
法変化が少なくなる。したがって寸法精度が良好で、軽
量且つ高強度な焼結体を能率よく得ることができる。そ
の上焼結体は製品形状またはそれに近い形状を有するの
で、急冷凝固粉末の歩留りが良（経済性が良好である。

さらに、圧粉体より押出された潤滑剤は圧粉体と押型間
に滲出しそれらの潤滑を行うので、押型のかじり、焼付
き等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工程説明図、第２図は圧粉体の潤滑剤
残存率と成形圧力の関係を示すグラフ、第３図は真密度
に対する圧粉体密度の百分比と成形圧力の関係を示すグ
ラフ、第４図はコンロッドの平面図、第５図は圧粉体成
形用押型の縦断正面図、第６図はタイミングベルトドリ
ブンプーリの斜視図である。 Ａ・・・急冷凝固粉末、Ｇ、Ｇ、・・・圧粉体、Ｌ・・
・潤滑剤粉末、Ｌｓ・・・溶融潤滑剤、 １．１．、・・・押型、２，２１・・・ダイス、３，３
１・・・ヒータ、５，５Ｉ・・・下部ポンチ、７，７．
・・・上部ポンチ、８・・・焼結炉、９・・・コンロッ
ド、１４・・・タイミングベルトドリブンプーリ第３図 成形圧力　　（ｔ／ｃｍシ 第２図 成形圧力　　　（ｔ／αｎ！〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム合金よりなる急冷凝固粉末に対して融点が
   １００〜３００℃の潤滑剤粉末を０．２〜１０体積％混
   合して混合粉末を得る工程と；前記混合粉末を前記潤滑
   剤粉末の融点以上に加熱して加圧することにより圧粉体
   を得る工程と；前記圧粉体を焼結する工程と；を用いる
   ことを特徴とする高強度アルミニウム合金焼結体の製造
   方法。