JPS62188738A - 燃結ａｌ合金製構造物用部材 - 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】 Ｕ上豊且ユ方１ 本発明は、その含有水素ｍが十分低く抑えられた焼結Ａ
ｌまたは焼結Ａ、Ｇ合金製構造用部材、およびその製造
方法に関するものである。

′−お　　−の口　” 粉末冶金法によって得られるへρ合金には、通常の溶解
法では選択し得ない範囲で合金元素を添加することが可
能であり、もって従来法では得られなかった高い剛性、
良好な耐熱（’ｌを付与し、軽Ｌ６で機械的特性の１・
２れた構造用材料として該へρ合金を使用づることがで
きる。

本出願人は、特願昭５９−２２３６９６号において、高
い剛性、良好な耐熱性を有する粉末冶金用、１合合を提
案したが、焼結１合合を構造用部材として使用する場合
、その含有水素びを制御、抑制する必要のあることが判
明した（焼結Ａｌについても同様である）。

ヴなわら、Δｇは酸基と結合し易く、その表面に酸化皮
膜（Δ、０２０３）が生じるが、該△ｆＪ２０３は温度
によって次の様に変化することが知られている。

それ故、室温でＡ、Ｇ粉末またはＡｌ１合金粉末の表面
に存在する吸着水が、粉末を加熱、焼結する際に分解し
、生じた水素（８２）が焼結品中に残留することになる
。

この残留水素は、■焼結晶に溶体化処理をｔＡす際に、
ブリスター（表面膨れ）を発生させる、■焼結晶の切欠
き強度を低）させる、■焼結晶の衝撃値を低下させる等
、製品に悪影響を及ぼすため、その含右昂を十分低減化
しなければならない。なお、溶解法によるΔ９合金製部
材では、含有水素間が０．２ＣＣ／１００！Ｊ　（Ａ　
！Ｊ金合金Ｌｕ下に抑えられている。

口　　を’ｆｆ１Ｕするための　　１１３よび本発明の
目的は、欠陥が生じ九＜、機械的特性の滞れた焼結Ａｌ
または焼１；！ＴＡ　Ｊ）合金’％Ｉ　ＩＭ造造品部材
提供する点にある。

この目的は、溶融状態から冷却速度１０２℃／秒以上で
１９だＡｌ粉末またはへ１合金粉末を圧粉成形した後、
該圧粉体を不活性ガス雰囲気中で温度４３０〜５２０°
Ｃに予熱し、次いで押出し温度３００〜４５０℃、押出
し比５〜３５なる条件で押出し加工を実施し、もって含
有水素量２〜１３ｃｃ／１００ｙ　（Ａ　ｆＪまたはＡ
ｌ合金〉の焼結Δカまたは焼結へ９合金製構造用部材を
製造することによって達成される。

本発明者等は、製造経費の低廉なる空気アトマイジング
法で得たＡｌ粉末またはＡｌ合金粉末を用いて、焼結晶
の含有水素泊を如何に低減化するるかという課題につい
て研究を進めた結果、圧粉体の熱間押出し加工を行うに
先立って、該圧粉体を不活性ガス雰囲気中で温度４３０
〜５２０℃に加熱するのが有効であり、この手法により
押出し成形品である焼結晶の含有水素足を、２〜１３ｃ
ｃ／１００９（ＡρまたはＡ９合金）になし１りること
を見出した。

焼結晶の含有水素Ｍを２　ｃｃ／１００ｇ（Ａ　ｆＪま
たはＡ９合金）未満に抑えるには、例えば、不活性ガス
雰囲気中で粉末を製造し、該粉末を圧粉成形して成る圧
粉体を金属管内に真空封入して熱間加工を行う必要があ
る。ところが、この方法は、処理操作が煩雑で生産性が
低く、製造経費が嵩むため、自動車部品の如く多聞生産
を必要とする部材の製造方法としては適しておらず、採
用し難い。

一方、焼結晶′の含有水素間が１３ｃｃ／１００ｇ（Ａ
　Ｊ）またはＡｌ合金）を超えると、焼結晶の溶体化処
理を行う際にブリスターが生じ、切欠き強度、衝撃値の
低下が著しく、実用に耐え得ないという不具合があり、
経済性の観点から、および材料特性を確保するという観
点からして、焼結晶の含有水素ｍを２〜１３ｃｃ／１０
（１１（Ａ　ＭまたはＡｌ合金）にすることが望まれる
。

また、Ａｌ合金粉末を溶融状態から得る際、冷却速度を
１０２℃／秒以上にする必要のあることが確認された。

すなわち、冷却速度がこの値に達しなければ、高い剛性
および良好な耐熱性を付与するために多聞の合金元素を
添加して成るＡｌ合金において、粗大な全居間化合物が
析出して、焼結晶の伸び率、！ｉ撃値が極端に低下し、
ｆ、１１底実用に耐え得ない。

ざらに、押出し加工を行うに当って要求される条件は下
記の通りである。

■圧粉体の予熱く４３０〜５２０℃）は、主として脱ガ
スを意図してこれを行う。ただし、予熱温度が４３０℃
未満では、脱ガスが十分行われず、焼結晶の強度低下を
沼き、５２０℃を超えると、液相を生じて焼結晶の強度
低下を招くため、急冷凝固させて粉末を製造した意義が
失われる。

また、Ｓλを含有するＡＪ）合金粉末圧粉体を、前記温
度範囲に予熱することにより、共晶ＳＬが球状化される
。予熱温度を高く、予熱時間を長くすれば球状化が促進
されるが、その径が大きくなるため、温度と時間の最適
な組合せを選択しなければならない。共晶Ｓλの粒径は
、焼結晶の衝撃値低下を避けるために、１μｍ以下であ
ることが求められる。

■圧粉体の押出し加工温度は、これを３００〜４５０℃
とする。その理由は、温度３００℃未満では、変形抵抗
が大きく押出し加工が不可能であり、また脱ガスの進行
が不十分で水素量が減少せず、４５０℃を越えると、組
織の粗大化が進行し、焼結晶の強度低下を１ａ来するか
らである。

■押出しは、直接押出しく前方押出し）、間接押出しく
後方押出し）のいずれでも良いが、押出し比を５〜３５
にするのが好ましい。その理由は、押出し比が５未満で
は、焼結晶の強度が大きくばらつき、押出し比が３５を
越えると、変形抵抗が大きくなり、成形性が悪化して量
産性に欠けるからである。

また、１２．０≦８＝≦２８．０％、２，０≦Ｆｅ≦１
０．０％、０．８≦Ｃｕ≦５．０％、０．５≦Ｍｎ≦５
．０％、０、．３１；ＭＯ≦３．５％　（イスｈ　ｔ）
１１％　）　ノＳ　Ｑ、１：ｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍ（Ｉを
含有する１合金が、高い剛性と優れた耐熱性を有する構
）古川焼結合金材として推奨される。

各合金元素の機能は下記の通りである。

■ＳＬは、耐摩耗性およびヤング率の向上に寄与し、熱
膨張率を低く抑え、熱伝導率を向上させ得る。ただし、
１２．０重量％未満では耐摩耗性が劣り、強度も不足す
る。２８．０重Ｈ＋％を上回ると、押出し又は鍛造加工
時にＪ３ける成形性が悪くなり、量産性の低下を招く。

■Ｆｅは、高温強度、ヤング率を向上させるために必要
である。ただし、２．０重壱％未満では高温強度の向上
が期待できず、１０、Ｏ１壱％を超えると、高速熱間加
工が事実上不可能である。

■ＣＬＩは、熱処理によるＡｌマ］〜リツクスの強化に
有効である。ただし、０．８重量％未満では添加効果が
なく、５．０重番％を上回ると、熱間加工時における成
形性が低下すると共に耐応力ｒｒＡ蝕割れ特性が悪化す
るため好ましくない。

■Ｍｎは、重要成分であり、特にＦＣ≧４重屯％０範囲
において、高温強度の改善、熱間加工性の向上および耐
応力腐蝕割れ特性の改善に寄与する。ただし、０．５重
量％未満では添加効果がなく、５．０重量％を超えると
、却って熱間加工性が悪化し、悪影響が生ずる。

■Ｍりは、Ｃｕと同じく、熱処理によるへ１７１−リッ
クスの強化に有効である。ただし、０．３１岳％未満で
は添加効果がなく、３．５重量％を超えると、耐応力腐
蝕割れ特性が悪化し、熱間加工性が低下りる。

Ｗ」Ｌ旦 次の各段階を経て形成した焼結晶につき、押出し加工後
の割れの有無、硬度（ＨＲ［＋　＞　、応力腐蝕割れの
有無、含有水素ｍ、シャルピー衝撃値、ブリスターの程
度（および有無）、共晶Ｓ尤の形状を調べた。

第一段階：表１に示す各組成の△ρ合金粉末（１，Ｉｌ
、　Ｉ［［、ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を、冷部速度１０２〜ｂ り製造し、該粉末を用いて冷開静水圧プレス成形法（Ｃ
ＩＰ法）により、密度比７５％の押出し用素材を圧粉成
形した。冷間静水圧プレス成形法では、ゴム製チューブ
内に合金粉末を入れ、１．５〜３０ｔ　ｏ　ｎ　／　ｃ
ｉ程度の静水圧下で成形を行なった。

なお、本試験例では、冷間静水圧プレス成形法により圧
粉成形を行なったが、金型内に合金粉末を入れ、常温大
気中において、１５〜３．０ｔｏｎ１０＋ｉ程度の圧力
下で成形を行なってｂ良い（金型圧縮成形法）。

表１ 第二段階：各押出し用素材を、炉内温度５００℃、不活
性ガス雰囲気の均熱炉内に装入して四時間保））シた。

第三段階：予熱された各押出しＡ祠に次の条件で押出し
加工を施し、押出し成形品を温度４９０℃で工時間保持
した後、水冷を行い、必要に応じてなお、実施上は、押
出し成形品（焼結晶）の使用目的に応じて、Ｔ６処理萌
に鍛造加工（４７０℃）を施して最終製品形状を付与す
ることができる。

その場合、鍛′ｌｉ温度が４３０℃未満では成形性が悪
化し、４９５℃を越えると液相を生じ易く、製品強度低
下の原因となるため好ましくない。

斯くして（７られた押出し成形品である丸棒につき、次
の試験を行なった。試験結果を表２１表３に示す。

■押出し割れの有無を確認。

■硬度（ｌ−ＩＲｎ）試験：押出し成形品を温度２００
℃で４８時間保持した後測定した。合否判定基準はＨＲ
口≧８０である。

■応力＋ｔ：Ｓ蝕割れ試験（ＪＩＳ　１１８７１１　）
　：各＠造成形量から長さ１３０ｍｍ、幅１０ｍｔｎ、
厚さ２　ｍｍの板状試験片を切り出し、負荷応力をσ、
、２Ｘ０．９（ただし、σ２．２．は０．２％耐力値で
ある）として、液温３０℃、温度３．５％の塩化ナトリ
ウム水溶液中で２８日間放置した後、クラック発生の有
無を確認する。

■溶融ガスキャリヤ法による水素ガス間分析（実施例工
についてのみ実施）。

■シャルピー衝撃試験（ＪＩＳ　Ｚ２２４２　　：試験
片１０ｘ１０ｘ５５＃＋Ｉ＋＋、切欠きなし）（実施例
■についてのみ実施）。

■ブリスター発生試験：温度５０５℃で四時間保持した
後、水冷し、表面研ばを行って、光学顕微鏡でブリスタ
ーの有無を調べる（実施例工についてのみ実施）。

■組織検査：試験片の表面を研磨した後、光学顕微鏡で
共晶Ｓｉの形状と大きさを調べる。（実施例工について
のみ実７Ａ）。

表２ 表３（試験例■についてのみ） なお、含有水７４　ＫＪ−の測定、共晶Ｓλの検査につ
いては、Ｔ６処理を行う前にこれを実施し、シャルピー
衝撃試験、ブリスター発生試験については、Ｔ６処理後
にこれを実施した。

く試験結果の評価〉 ■汁粉成形体である押出し用素材の予ＰＡ湖度が４３０
〜５２０℃の範囲で、含有水素量が２〜１３ｃｃ／１０
０ｇ（へ１合金）となり、予熱湿態５３０℃では溶損が
生じた。また、予熱温度４３０〜５２０℃の範囲で、共
晶ＳＬが球状化されていることが判る（表３）。

■表３より、含有水素Ｐｉ！　２〜１３ｃｃ／１００ｇ
（Ａ　、Ｑ合金）の範囲で、シャルピー衝撃試験結果、
ブリスター検鏡結果が優れていることが判る。

０表２より、比較例ａ、ｂ、ｃ、ｄは、割れの有無、硬
度、応力腐蝕割れの有無のいずれかについて不合格であ
るのに対し、実施例Ｉ、　ＩＩ、　ＩＩＩは、イのいず
れをも満足し１９ることが判る。

ｌ豆夏芳」 以上の説明から明らかな様に、へβ粉末またはＡρ合金
粉末を焼結した部材であって、その含有水素ωが２〜１
３ｃｃ／１００！７（△ｐまたは△１合金）であること
を特徴どする焼結Ａｌまたは焼結へｐ合金’ｉ構造用部
材、および押出し加工によるぞの製造方法が１２案され
た。

本発明による焼結Ａβまたは焼結へ１合金製構造用部材
では、その含有水素口が２〜１３ＣＣ／１００７（△ｐ
または１合金）の範囲に抑えられているため、焼結晶の
熱処理を行う際にブリスターが生じ難く、また靭性の低
下が防止される。そして、焼結晶の含有水木組を十分低
く抑え１ｑるのは、焼結晶の製造過程において、押出し
加工を行うに先立ち、不活性ガス雰囲気中で圧粉体の予
熱処理を行なって、粉末表面に形成されているＡＮ　２
０ｓ・３Ｈ２０の分解により生じる水素ガスを拮除せし
めるからであり、この処理方法は簡単で製造経費の上背
を抑制することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末を焼結した部材であ
   って、その含有水素量が２〜１３ｃｃ／１００ｇ（Ａｌ
   またはＡｌ合金）であることを特徴とする焼結Ａｌまた
   は焼結Ａｌ合金製構造用部材。 （２）前記Ａｌ合金粉末の組成が、 １２．０≦Ｓｉ≦２８．０％、２．０≦Ｆｅ≦１０．０
   ％、０．８≦Ｃｕ≦５．０％、０．５≦Ｍｎ≦５．０％
   、０．３≦Ｍｇ≦３．５％、残部＝Ａｌおよび不可避不
   純物（いずれも重量％） であり、焼結部材に含まれる球状共晶Ｓｉの粒径が、１
   μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載された焼結Ａｌ合金製構造用部材。 （３）溶融状態から冷却速度１０＾２℃／秒以上で得た
   Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末を圧粉成形した後、該圧粉
   体を不活性ガス雰囲気中で温度４３０〜５２０℃に予熱
   し、次いで押出し温度３００〜４５０℃、押出し比５〜
   ３５なる条件で押出し加工を実施し、その含有水素量が
   ２〜１３ｃｃ／１００ｇ（ＡｌまたはＡｌ合金）である
   構造用部材を得ることを特徴とする焼結Ａｌまたは焼結
   Ａｌ合金製構造用部材の製造方法。