JPS62211305A - アルミニウム合金製複合構造体の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、部分的に耐摩耗性、靱性を要求されるアル
ミニウム合金製複合構造体およびその製造方法に係り、
詳しくのべると、少なくとも一部分が鉄系合金おるいは
セラミックスで複合されているアルミニウム合金製複合
構造体およびその製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 従来、部分的に耐摩耗性、靱性を要求される部品は全体
を鉄系合金で製造する場合が主でおる。

しかし、軽量化等の要求に応するために幾つかのアルミ
ニウム合金製複合構造体が実用化されている。

そのようなアルミニウム合金製複合構造体の製造技術と
しては、 （１）予め複合化される鉄系合金おるいはセラミックス
を型の中の所定位置にセットした後、アルミニウム合金
の溶湯を注入する方法（鋳造法）。

（２）複合化される鉄系合金あるいはセラミックスをア
ルミニウム合金の所定位置に圧入する方法（圧入法）。

（３）複合化される鉄系合金あるいはセラミックスをア
ルミニウム合金の所定位置に接着剤により接着させる方
法（接着法）。

（４）複合化される鉄系合金おるいはセラミックスをア
ルミニウム合金の所定位置にろう剤を用いて接合させる
方法（接合法）。

などが知られている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、これらの方法には夫々次のような問題点
が指摘されている。

即ち、（１）鋳造法にて製造された複合構造体はアルミ
ニウム合金の組成に制約があるため、高強度材が１ｑら
れない。アルミニウム合金と鉄系合金おるいはセラミッ
クスとの熱膨脹率の差で両者の界面に空隙か生じ、引【
プ巣などの欠陥ができる。

（２）圧入法による場合、一定の圧入代をもった精度の
高い加二［が必要となるが、圧入面（界面）の清浄を維
持しておくことが難しく、圧入面が汚れる。

（３）接着法では充分な接着強度が得られないうえ、高
温での使用が難しい。

（４）接合法ではアルミニウム合金と鉄系合金、あるい
はアルミニウム合金とセラミックスを充分な強度をもた
せて接合できるろう剤がなく、熱膨張の差によって剥離
が起る。

このため、これらの方法で製造された複合構造体は内燃
機関などの苛酷な条件下では被複合材の脱離などの欠点
があった。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明は上記した従来の欠点を解消しうるアルミニウ
ム合金製複合構造体を得るべく検討の結果、なし得たも
のである。

即ち、この発明の第１は鉄系合金またはセラミックスと
アルミニウム合金とを鍛造による機械的機構により拡散
なしに複合化せしめたアルミニウム合金製複合構造体で
あり、第２は鉄系合金またはセラミックスの被複合材を
予め充填した金型内にアルミニウム合金粉末を供給した
後、圧縮成形鍛造加工と複合化を同時に行なってアルミ
ニウム合金製複合構造体を製造する方法である。

〈作用〉 複合される鉄系合金あるいはセラミックスとアルミニウ
ム合金とを用いて複合構造体を得る場合、鍛造法によれ
ば塑性変形によりアルミニウム合金の新しくあられれた
活性面が被複合材に直接に接することになり、他の接合
法に比べて密着性の点でずぐれている。

また、プリフォーム形状は丸棒のように単純形状でよく
、塑性変形によって複雑形状に加工することにより空隙
等の欠陥のない構造体が得られるのである。

アルミニウム合金の必要特性としては、外部から摩擦衝
撃を受ける被複合体の緩みや脱離またはアルミニウム合
金自体の変形が生じないという必要性から、ある程度以
上の強度や剛性および被複合材との熱膨脹率の差が少な
いことが必要である。

特にこのようなアルミニウム合金製複合構造体が内燃機
関の部品等に用いられる場合、従来法の鋳造等によって
製造されるアルミニウム合金では強度が不足する。そこ
で急冷法によって過飽和に合金元素を添加することが可
能であり、その結果急冷による結晶粒の微細化、偏析の
ない均一組織を有する粉末冶金法により製造した高強度
アルミニウム合金が必要となるのである。

この場合、高強度アルミニウム合金の原料粉末の冷却速
度は１０　　℃／ｓｅｃ、好ましくは１０３°Ｃ／ｓｅ
ｃ以上が望ましい。これは１０２℃／ｓｅｃ以下では充
分な急冷の効果が得られず、結晶の微細化や固溶強化が
はかれないためである。

またアルミニウム合金の常温にあける引張強度を４０　
ＫＢ４ｒＪ以上とするのは、被複合材の受Ｃプる摩擦力
、衝撃に耐えるため、従来の鋳造アルミニウム合金では
達成できなかった鋳鉄レベルが必要となるからである。

さらにアルミニウム合金のヤング率を９０００に！ＩＦ
Ｊ以上としたのは、この発明による複合構造体を断続的
あるいは連続的な衝撃荷重あるいは引張り、圧縮応力を
受けるような部品として適用しようとする場合、ヤング
率が９０００Ｋｇ４より低いと部品形状によっては本体
を構成するアルミニウム合金部に変形、ヘタリが生じる
恐れがおるためである。

熱膨脹率は、被複合材のそれとあまり差が大きいと、熱
サイクルを受【プたとき、脱離するためでおる。実質的
には鋳造アルミニウム合金の限界で必る１９Ｘ　１０−
６／’Ｃであれば問題はなく、従って１９Ｘ　１０−６
／℃以下としたものである。

〈実施例〉 以下、実施例によりこの発明を説明する。

下記第１表に示すような特性を有するアルミニウム合金
１とＳ　Ｃｒ材２とを用いて夫々第１図に示すような複
合構造体Ａを第２表に示す方法で製造した。

第　１　表　（使用アルミニウム合金の特ｆｆ１ｊＪ）
第　　２　　表　（？！２合方法） （注）上表の鍛造において、 粉末とは粉末を型内に充填後鍛造を行なったもの。圧粉
体とは圧粉後型内に入れ鍛造を行なったもの。成形体と
は押出体を型内に入れ＠造を行なったもの。

である。

上記で製造した複合構造体を試料として常温から２５０
’Ｃまでの加熱、冷却の２００サイクルの熱履歴を各試
料に与えた。

その後これらの試料Ａ′について、第２図に示す方法で
耐衝撃テストを実施し、被複合材の脱離、緩みの生じな
かったものについては第３図に示す要領で耐摩擦テスト
を行なった。

その結果は第３表に示した。

第　　３　　表 ゴ なお、上表にてテストの別は（１）が熱サイクルテス１
−１（２）は耐衝撃テスト、（３）は耐摩擦テストで必
る。

また評価は、Ｑ：緩み、脱離発生せず △：緩み発生 ×：脱離　　を表わすものである。

上表からこの発明の鍛造加工による複合構造体がすぐれ
ていることが認められた。

また、他の実施例としてＡｌｌ　　２５ＳＬ　　４Ｃｕ
　　ＩＭａの組成を有するアルミニウム合金粉末の圧粉
体３および成形体（押出体）４を用いてＳＣｒ材２との
複合化をこの発明の方法により実施して第４図乃至第７
図に示すような種々の形状の複合構造体を得た。

なお第８図は第４図に示す形状の複合構造体を得る際の
工程図、第９図は第５図の形状の複合構造体を得る場合
の工程図を示したものであり、５は上型、６は下型で必
る。

〈発明の効果〉 この発明は上述したように部分的に耐摩耗性、靱性など
を必要とするアルミニウム合金製複合４黄造体を鍛造法
にて複合化することにより、従来法では得られなかった
複合強度を持たせることかでき、粉末冶金法により製造
された高強度アルミニウム合金を用いることと併せて苛
酷な条件下での使用に耐えうる従来にない複合（７り進
体を得ることができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の複合構造体の一例を示す説明図、第
２図は複合構造体の衝撃テストの状態を示す説明図、第
３図は同じく耐摩擦テストの状態を示す説明図、第４図
乃至第７図は夫々この発明の方法で得た複合構造体の他
の実施例を示す形状状態図、第８図は第４図に示す形状
の複合構造体を得る工程図、第９図は第５図に示す形状
の複合構造体を得る工程図である。 出願人代理人　　弁理士　　和　１）昭第２図 ２００［ｉ７／分ｘｌｏｈ 第４図　　　　　第５図 第６図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐摩耗性、靱性にすぐれた鉄系合金またはセラミ
   ックスとアルミニウム合金からなる複合構造体であって
   、鍛造による機械的機構により拡散なしに複合化されて
   いることを特徴とする高強度アルミニウム合金製複合構
   造体。
2. （２）アルミニウム合金は結晶粒および析出粒サイズが
   ２０μｍ以下であり、常温における引張強度が４０Ｋｇ
   ／ｍｍ＾２以上、ヤング率９０００Ｋｇ／ｍｍ＾２以上
   、熱膨脹率が１９×１０＾−＾６／℃以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度アルミニ
   ウム合金製複合構造体。
3. （３）鉄系合金またはセラミックスの被複合材を予め充
   填した金型内にアルミニウム合金粉末を供給した後、圧
   縮成形鍛造加工と複合化を同時に行なうことを特徴とす
   るアルミニウム合金製複合構造体の製造方法。
4. （４）鉄系合金またはセラミックスの被複合材とアルミ
   ニウム合金粉末を焼結または熱間塑性加工したプリフォ
   ームとを同時に鍛造して複合化することを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のアルミニウム合金製複合構造
   体の製造方法。