JPS61186457A - 高強度アルミニウム合金製部材の製造方法 - Google Patents

高強度アルミニウム合金製部材の製造方法

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JPS61186457A
JPS61186457A JP2779185A JP2779185A JPS61186457A JP S61186457 A JPS61186457 A JP S61186457A JP 2779185 A JP2779185 A JP 2779185A JP 2779185 A JP2779185 A JP 2779185A JP S61186457 A JPS61186457 A JP S61186457A
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JP
Japan
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powder
green compact
lubricant
die
rapidly solidified
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Pending
Application number
JP2779185A
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English (en)
Inventor
Takeshi Sakuma
剛 佐久間
Yasushi Iseda
泰 伊勢田
Nobuaki Takatori
高取 宣明
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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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】 A0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製部材の製造方法に関
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”〜106℃/s
ec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/crA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ントプレス法、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 ’C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
時に多くの加熱工程を必要とするので生産性が悪く、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完成部材に近い形状のものを得、そ
の後所定の成形を行う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製部材を得ること
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;前記圧粉体を焼結して焼結体
を得る工程と;前記焼結体に恒温鍛造処理を施す工程と
;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。さらに
焼結体に恒温鍛造処理を施すと、部材の成形と同時にそ
の高密度化が達成され、部材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。
(a)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。
(b)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。
(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〜IQ t / c
nl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相瓦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のかしり、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3〜10 t / cnt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 / ctでは潤滑剤残存率が63〜7
2%、また成形圧力Lot/co!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(例えば成形圧力Lot/cf1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/c[l!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l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°C10,5〜5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°C10
,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。
(e)工程 焼結体Sを400〜500°Cに加熱された恒温鍛造金
型Mに設置し、その焼結体Sに成形速度lO〜200 
w/seeで恒温鍛造処理を施す。これにより部材の成
形と同時にその密度を真密度に等しくすることができる
第4図は前記工程を経て得られた高強度アルミニウム合
金製部材の金属組織を示す400倍の顕微鏡写真であり
、本図より気孔が全く無いことが明らかである。
第5図は前記(C)工程で得られた圧粉体Gの第4図と
同様の顕微鏡写真であり、黒色部分で示すように圧粉体
の状態では20〜30μの気孔が存在するが、前記恒温
鍛造工程を経ることによりこのような気孔が潰されて無
くなるものである。
第6図は、成形速度約2 (1** / Secにおけ
る恒温鍛造金型の温度と塑性加工率の関係を示し、斜線
領域dにおいて鍛造が可能である。この領域dを出ると
部材に割れが発生する。
なお、恒温鍛造金型の温度が500°Cを上回ると焼結
体Sが部分的に溶融するので好ましくなく、また400
℃を下回ると焼結体Sの延性が不十分である。
成形速度を10〜200 tm /secと従来の熱間
鍛造法に比べて遅くした理由は、焼結体Sの変形抵抗を
小さくし、また成形圧力を小さくするためである。
前記急冷凝固粉末Aとしては、Aff−5i系、Al−
5i−Fe系、Al−Cu−Fe系、AA−3i −C
u−Mg−F e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100〜300℃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〕
内燃機関用コンロッドの製造 第7図は高強度アルミニウム合金よりなるコンロッド9
を示し、第8図はそのコンロッド9を得るための圧粉体
用押型IIを示す。その押型l。
は上部可動体10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7I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.,7.を嵌合し得る成形孔4Iを有するダイス2
1が配設される。
ダイス21にはヒータ3Iが埋設され、このヒータ31
によりダイス21およびそのダイス2Iからの熱伝導に
より両ポンチ5..7.が加熱される。下部可動体11
.下部ポンチ5.および上部ポンチ7、にはピストンピ
ン孔およびクランクビン孔を成形するビン状中子12.
13が摺合される。
急冷凝固粉末としてはAj2−3i−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℃)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31によりダイス2Iおよび両ポンチ53,71
を約250℃に加熱し、下部ポンチ51の先端部をダイ
ス2.の成形孔4に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する。
合成ワックスが溶融した後、上部および下部ポンチ?、
、5.により急冷凝固粉末を8t/cdの成形圧力を以
て加圧してコンロッド形状の圧粉体GI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lot/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
末相互を結合して焼結体を得る。
この焼結体を460℃に加熱された恒温鍛造金型に設置
し、成形圧力約150 t /ctA、成形速度50 
w/seeで成形を行い、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。また引張試験の結果、このコンロッド9は常
温にて5QkH/m2の引張強度を有し、その上硬度は
200℃にて100時間加熱後においても低下しないこ
とが判明した。
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当然に適用される。
C0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効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、次の焼結工程において焼結体の寸
法変化が少なくなる。その上焼結体は部材形状に近い形
状を有するので、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、焼結体に恒温鍛造処理を施すことにより、真密
度に等しい密度は有する部材を得ることができる。
したがって本発明により得られる部材は、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.第5図は本発明により得られた部材および
圧粉体の金属組織を示す400倍の顕微鏡写真図、第6
図は恒温鍛造金型温度と塑性加工率の関係を示すグラフ
、第7図はコンロッドの平面図、第8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、G、G+・・・圧粉体、L・・
・潤滑剤粉末、Ls・・・溶融潤滑剤、M・・・恒温鍛
造金型、t、t+、・・・押型、2,2I・・・ダイス
、3.31・・・ヒータ、5,5.・・・下部ポンチ、
7.7.・・・上部ポンチ、8・・・焼結炉、9・・・
コンロッド第1図 第3図 成形圧力(t/cm2) 第2図 成形圧力 (t/ctr、ダ ・ 第6図 ノ[亘温鍛造1計型シ昌5度(℃〕 第7図 第8図

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;前記圧粉体を焼結して焼結体を得る工程
    と;前記焼結体に恒温鍛造処理を施す工程と;を用いる
    ことを特徴とする高強度アルミニウム合金製部材の製造
    方法。
JP2779185A 1985-02-15 1985-02-15 高強度アルミニウム合金製部材の製造方法 Pending JPS61186457A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01201450A (ja) * 1987-10-28 1989-08-14 Showa Denko Kk 耐摩耗性アルミニウム合金の加工方法
CN105964849A (zh) * 2016-06-14 2016-09-28 山东南山铝业股份有限公司 一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺

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