JPS61186433A - 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 （１）　　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　”　”
Ｃ／ｓｅｅ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１０ｔ／ｄ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重量％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％、４
００℃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。

斯る諸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に近い形状のものを得るように
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
凝固粉末より比較的密度の高い圧粉体を得、その圧粉体
を素材として高強度アルミニウム合金焼結体を得ること
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１０
０〜３００℃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、それに熱間静水圧プレス処理
を施すことにより焼結する工程と；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の密度が高くなる。さらに
圧粉体に熱間静水圧プレス処理を施すと、この処理によ
り圧粉体の焼結が行われると同時にその焼結体の高密度
化が達成され、焼結体の密度は真密度に等しくなる。

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その密度が
低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、これらをミキサー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 押型工を、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。

（Ｃ）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〜ＩＱｔ／ｃｄ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／−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／ｃｄでは潤滑剤残存率が６３〜７２％、また成形圧
力１０ｔ／−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／ｄ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／ａＪの範囲に
あれば線Ｃで示すように真密度に対して８５〜９８％の
高い密度を有する圧粉体Ｇが得られる。

このように圧粉体Ｇの密度が高くなる理由は、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。

（ｄｌ工程 押型１を開き、その型１より圧粉体Ｇを取出して無酸化
雰囲気炉８に設置する。無酸化雰囲気炉８においては、
圧粉体Ｇを３００〜４５０℃、０゜５〜５時間加熱して
残存する潤滑剤を除去する。

（ｅ）工程 圧粉体Ｇを熱間静水圧プレス装置におけるヒータ３′を
備えた高圧容器Ｃ内に入れ、圧力媒体としての不活性ガ
スを介し１００〜２０００気圧の等方圧力を４５０〜５
５０℃で０．５〜５．０時間加える。これにより真密度
に等しい密度を有する焼結体を傅る。

前記急冷凝固粉末Ａとしては、Ａｌ−３ｉ系、ＡＪ−３
ｉ−Ｆｅ系、Ａｊ！−Ｃｕ−Ｆｅ系、ＡＩ−５ｔＡｌ−
５ｔ−Ｃｕ−系等の粉状高強度アルミニウム合金が該当
し、また融点が１００〜３０Ｏ℃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〕

内燃機関用コンロフトの製造 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１．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５Ｉ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＋、Ｌを
嵌合し得る成形孔４１を有するダイス２．が配設される
。ダイス２．にはヒータ３Ｉが埋設され、このヒータ３
．によりダイス２Ｉおよびそのダイス２Ｉからの熱伝導
により両ポンチ５＋、７１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７Ｉにはピストン
ピン孔およびクランクビ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Ａｌ−３ｔ−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℃）を添加し、これら
をＶ形ミキサーにより十分に攪拌混合して混合粉末を得
る。

ヒータ３Ｉによりダイス２．および両ポンチ５１．７１
を約２５０℃に加熱し、下部ポンチ５゜の先端部をダイ
ス２１の成形孔４に摺合することにより形成される凹部
６Ｉ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７□
、５．により急冷凝固粉末を８ｔ／ｃＩＪの成形圧力を
以て加圧してコンロッド形状の圧粉体Ｇ、を得る。この
圧粉体Ｇ、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％の高い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／−でも正常な圧粉体を傳ることができなか
った。

前記圧粉体Ｇ＋を無酸化雰囲気炉に設置して４００℃で
１時間加熱することにより合成ワックスを除去し、次い
で圧粉体Ｇ、にアルゴンガスを介して５１Ｏ℃で７００
気圧の等方正力を１時間加える熱間静水圧プレス処理を
施し、圧粉体を焼結すると同時に真密度に等しい密度を
有するコンロッド９を得る。

このコンロッド９は軽量で高強度、特に優れた疲労強度
を有する。

なお、本発明はコンロッドに限らず、ピストン、ロッカ
アーム等、他の部材の製造にも適用される。

Ｃ２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能率良く得ることができる。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
粉体の密度が高く、その上圧粉体は製品形状に近い形状
を存するので、急冷凝固粉末の歩留りが良く経済性が良
好である。

さらに、圧粉体に熱間静水圧プレス処理を施すことによ
り、真密度に等しい密度を有する焼結体を得ることがで
きる。

したがって本発明により得られる焼結体は、軽量で且つ
高強度、特に優れた疲労強度を有する。

さらにまた、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図はコンロフトの平面図、第５図は圧粉体成
形用押型の縦断正面図である。 Ａ・・・急冷凝固粉末、Ｃ・・・高圧容器、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
，３１・・・ヒータ、５，５．・・・下部ポンチ、７，
７１・・・上部ポンチ、８・・・無酸化雰囲気炉、９・
・・コンロッド 第３図 成形圧力　（ｔｅｒｍダ 第２図 成形圧力　（ｔ／ｃｍダ

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、それに熱間静水圧プレス
   処理を施すことにより焼結する工程と；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。