JPS61186458A - 高強度アルミニウム合金製部材の製造方法 - 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】 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１０２〜１０　ｈ’Ｃ
／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（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
重貴簡含有する急冷凝固粉末をＬｏｔ／ｃ＋＋！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°Ｃ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重貴簡含有す
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。

さらにホン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；前記圧粉体を焼結して焼結体を得る工程と；
前記焼結体に冷間静水圧プレス処理を施す工程と；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
焼結体に冷間静水圧プレス処理を施すと、焼結体の高密
度化が達成され、そ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、を熔融
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。

（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〜ＩＱｔ／ｃａｔ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Ｌ
ｓ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／ｃｄ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
３ｔ／ｃｄでは潤滑剤残存率が６３〜７２％、また成形
圧力Ｌｏｔ／ｃｄ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Ｌｏｔ／−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図は真密度比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／ｄ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。

（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。

（ｅｌ工程 焼結体Ｓをゴム型Ｒにより包み、これを冷間静水圧プレ
ス装置の高圧容器Ｃ内に入れ、圧力媒体としての水等の
液体ｔ、ｑを介し２０００〜１００００ｋｇ／ｃｆｆｌ
の等方圧力を０．１〜０．５時間加える。

これにより真密度に等しい密度を有する部材を得る。

前記急冷凝固粉末Ａとしては、Ａｌ−８ｉ系、Ａｌ−３
Ｌ−Ｆｅ系、Ａｊ２−Ｃｕ−Ｆｅ系、ＡＩ−３ｉＡｌ−
３ｉ−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１ｏｏ〜３゜０℃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４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５図はそのコンロッド９を得るための圧粉体
用押型りを示す。その押型１゜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７１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．が配設される。

ダイス２１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Ａｊ！−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■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３．によりダイス２１および両ポンチ５１．７．
を約２５０℃に加熱し、下部ポンチ５１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Ｌ、
５＋により急冷凝固粉末を８ｔ／−の成形圧力を以て加
圧してコンロフト形状の圧粉体Ｇ、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／ｃＪ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Ｇ、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。

この焼結体をゴム型により包みこれに水を介して７００
０ｋｇ／ｃ＋Ｊの等方圧力を０．５時間加える冷間静水
圧プレス処理を施し、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、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、焼結体に冷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
，３、・・・ヒータ、５，５１・・・下部ポンチ、７．
７Ｉ・・・上部ポンチ、８・・・焼結炉、９・・・コン
ロッド特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代
理人　　　弁理士　　落　　合　　　″　健。 ″−；−−−” 第３図 成形圧力　（１７αｎダ 第２図 成形圧力　（ｔ／ｃｍｚ）

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；前記焼結体に冷間静水圧プレス処理を施す工程と；
   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。