JPS63190102A - アルミニウム合金焼結鍛造品の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金焼結鍛造品の製造方法

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JPS63190102A
JPS63190102A JP2224987A JP2224987A JPS63190102A JP S63190102 A JPS63190102 A JP S63190102A JP 2224987 A JP2224987 A JP 2224987A JP 2224987 A JP2224987 A JP 2224987A JP S63190102 A JPS63190102 A JP S63190102A
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JP
Japan
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preform
aluminum alloy
sintered
density ratio
true density
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Pending
Application number
JP2224987A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Yamamoto
俊幸 山本
Koji Takahashi
耕二 高橋
Tadao Hirano
忠男 平野
Takeo Nakagawa
威雄 中川
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Publication date
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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】
(産業上の利用分野) 本発明は、粉末冶金法による高密度アルミニウム合金部
材の製造方法に関するものである。 (従来の技術及び解決しようとする問題点)近年、急冷
凝固法によって多量の合金元素を添加したアルミニウム
合金粉末を原料とし、溶解鋳造法では得られない高硬度
を有し、且つ耐摩耗性や高温強度に優れたアルミニウム
合金を粉末冶金法により製造する研究が行われている。 この粉末冶金法では、通常の圧粉成形〜焼結では粉末表
面の酸化皮膜が焼結を阻害するため、高密度化が期待で
きないので、一般的には熱間押出し法が採用されている
。しかし、熱間押出し法では、材料歩留が悪いうえに工
程が複雑になるという問題がある。 この点を改善する成形加工法として、焼結鍛造法が試み
られている。この焼結鍛造法の場合には。 鍛造前の焼結段階で成形体の真密度比を95%以上にし
、内部の気孔が全て閉塞気孔になっていることが最終的
な強度を確保し、またハンドリングのうえで望ましいこ
とである。しかし、先に記述したとおり、アルミニウム
合金は粉末表面に安定な酸化皮膜を有しているため、焼
結の段階で真密度比を95%以上にあげることは困難で
ある。 この問題を解決するために、プリフォームを成形した段
階でその真密度比を向上させる研究がなされている0例
えば、特開昭60−145349号に提案されている方
法は、アルミニウム合金粉末を冷間静水圧プレス又は金
型成形によって真密度比95%以上のプリフォームを作
成した後、該プリフォームを250〜550℃に加熱し
、金型内で鍛造して高耐熱性、耐摩耗性アルミニウム合
金を製造する方法である。しかし、この方法では。 プリフォームの真密度比を95%以上にあげるとプリフ
ォーム内の気孔が全て閉塞気孔となり、ブリスター発生
の原因となる水素ガス等の脱ガスが充分にできないとい
う問題が生ずる。また冷間静水圧プレスは非常にコスト
高となり、しかも生産性が悪いという固有の問題があり
、一方、金型成形により真密度比95%以上のプリフォ
ームを得るには大型のプレスで高圧力が必要とするため
。 金型の寿命が短かくなるという問題もある。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、真密度比が95%以上の如く高密度
のプリフォームを作成しなくとも、最終的に真密度比が
95%以上の高密度アルミニウム合金焼結鍛造品を安価
に製造できる方法を提供することを目的とするものであ
る。 (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明者は、アルミニウム合
金粉末を成形してプリフォームを作成する際に95%以
上の如く高密度にしないでプリフォーム内部の気孔を減
じることを前提とし、このようなプリフォームから従来
と同等な高密度のアルミニウム合金焼結鍛造品を得る方
法について研究を重ねた結果、まず、真密度比の比較的
低いプリフォームの成形〜焼結〜鍛造工程間で、成形後
の離型時にラミネーション等の微小クラックが発生した
り、プリフォーム搬送時に欠損が生ずる等のハンドリン
グ上の問題に直面した。 勿論、この問題は、アルミニウム合金粉末がその表面の
AMzO3皮膜のために焼結し難いためであるので、圧
粉成形時にプリフォームの密度を上げること或いは粉末
同志に機械的な絡み合いを持たせるならば解決できるが
、そのような手段は従来法と同様、高圧力のかかる大き
なプレスが必要であり、金型の寿命が短かくなるという
問題があり、経済的でなくなる。 そこで、高圧力を必要とせずにプリフォームの高密度化
を可能にする方法を見い出すべく更に研究を重ねた結果
、プリフォーム成形時にアルミニウム合金粉末を加熱軟
化させることにより、低い成形圧力で比較的高密度のプ
リフォームが得られることが判明した。 次いで、このようなプリフォームを用いて焼結鍛造によ
り高密度のアルミニウム合金焼結鍛造品を得る方策につ
いて更に研究を重ねた結果、焼結。 鍛造の各条件を適切に規制するならば可能であることを
見い出し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち1本発明に係るアルミニウム合金焼結鍛造品の
製造方法は、アルミニウム合金粉末を150〜300℃
に加熱して成形することにより真密度比70〜95%の
プリフォームを作成し1次いで該プリフォームを450
〜6.00℃の′真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結し
た後、200〜6oO℃での鍛造により95%以上の真
密度比とすることを特徴とするものである。 以下に本発明の詳細な説明する。 まず1本発明法の対象とするアルミニウム合金粉末であ
るが1組成上特に制限されるものではなく、一般に高温
強度、耐摩耗性又は低熱膨張率等々の特性が要求される
部材に使用される材質が多用され1例えば、AQ−8i
系、AQ−8i−Mg系、AQ−5i−Cu系、AM−
8i−Cu−Mg系或いはこれらの合金にFa、Mn、
Ni等の重金属を添加したもの、更にはCr、Mo、C
o、 Ti、Zr、V、Zn等を添加したものを挙げる
ことができる。 組成の一例を示すならば、次のとおりである。 Si:1 o、o〜ao、o%と、Fe:1.O〜15
゜0%、Mn:1.O〜15.0%及びNi:1.O〜
15.0%のうちの1種又は2種以上(但し、2種以上
の場合には合計で1.0〜15.0%)と、更に必要に
応じてCu:0.5〜5.0%及びMg:0.2〜3.
0%のうちの1種又は2種を含み、残部が実質的にAj
lからなる組成。 次に本発明法の条件限定理由について説明する。 まず、アルミニウム合金粉末を成形してプリフォームを
作成するに際しては、粉末を150〜300℃に加熱し
て軟化する必要がある。150℃未満では粉末の軟化が
十分でなく粉末の塑性変形が起こりにくなり、また30
0℃を超えるとアルミニウム合金粉末が型に焼付き、型
寿命が短くなる。 このように加熱軟化させることにより、低い成形圧力で
高密度のプリフォームを作成することが可能となる。こ
れは、アルミニウム合金粉末の成形性は粉末の硬度によ
って著しく異なるためである。例えば、第1図は、大気
アトマイズ法によって製造した100メツシユ以下のA
M−20%5i−3%Cu−1%Mg合金粉末をそれぞ
れ200℃成形及び冷間(室温)成形により35X95
X30mm寸法のプリフォームを作成したときの真密度
比と成形圧の関係を示したものであり、成形圧を2to
n/ca+″としたとき、200℃成形では真密度比が
76%に達するのに対し、冷間酸゛形では真密度比が6
2%にしかならない、200℃成形の場合、アルミニウ
ム合金粉末が加熱によって軟化し、塑性変形が容易とな
るためである。本発明者の実験によれば、真密度比が7
0%以上でないとプリフォームのコーナ一部が欠ける等
のハンドリング上の問題が生じ、これを防ぐためには、
冷間成形では面圧で5ton/am”以上、通常は6〜
7ton/am”必要であるのに対し、加熱軟化するこ
とにより2 ton/cm”程度の低い成形圧で済む。 例えば、200℃での2ton/am”成形で得られる
プリフォームの真密度比76%と同等の真密度比を冷開
成形で得ようとすれば、7 ton / cm”以上の
面圧が必要である。 プリフォームの真密度比は、70%より低いとプリフォ
ームをハンドリングする際にコーナ一部が欠けたり微小
クラックが入る等の問題が生じ、また95%より高いと
プリフォーム内の気孔が全て閉塞気孔となり、粉末表面
のAQ20.・3H30皮膜に基づき発生するH2ガス
が抜けず、ブリスター発生の原因となるので、70〜9
5%の範囲とする。 次いで、該プリフォームを450〜600℃の真空又は
不活性ガス雰囲気中で焼結する必要がある。大気中で焼
結すると脱ガスが十分に進行せず、逆にアルミニウム合
金粉末が酸化され、焼結が十分なされない。真空の場合
、真空度は0.ITorr以下、望ましくは0 、 O
I Torr以下にするのがよい。Ar、N、のような
不活性ガス雰囲気の場合には、露点が一10℃以下、望
ましくは一20℃以下になるように雰囲気をコントロー
ルすると良い・焼結温度が450℃より低いと焼結の進
行が遅く、なお、600℃より高いと焼結は進行するも
のの組織の粗大化が生じ1機械的特性の劣化が生ずるの
で好ましくない。 焼結後は、200〜600”Cで鍛造を行い、鍛造後の
成形体の真密度比を95%以上にする。この鍛造によっ
てアルミニウム合金粉末に十分な塑性変形を与え、その
表面に形成されている酸化皮膜を破壊、分散させ、且つ
プリフォーム内部の気孔を滅すためには、プリフォーム
を200℃以上に加熱し、軟化させておく必要がある。 しかし、鍛造温度が600’Cより高くなると組織の粗
大化が生じ1機械的特性の劣化が生ずるので、好ましく
ない、なお、プリフォームの加熱は焼結時の加熱と兼ね
るのが望ましく、プリフォームの温度降下及び大気中に
さらされることによるガス量の増加を少なくするため1
.焼結炉から取り出した後、直ちに鍛造するのが望まし
い、もし、鍛造前のプリフォームの加熱を焼結時の加熱
とは別途に行うのであるならば、真空又は不活性ガス雰
囲気中で加熱するのが望ましく、炉から取り出した後の
配慮は前記と同じである。 なお、鍛造後、必要に応じて再焼結を行うことができる
。再焼結は前記焼結条件と同様で良い。 次に本発明の実施例を示す。 (実施例) 大気アトマイズ法によって製造した第1表に示す組成(
wt%)で100メツシユ以下のアルミニウム合金粉末
を200℃に加熱し、200℃に予熱した加熱型内で面
圧2 ton / am”で金型成形して35X95X
30+smのプリフォームを得た。プリフオームの真密
度比は78%であった。 次いで、これらのプリフォームを露点−20℃以下のN
2雰囲気中で500℃X1hr焼結し、その後、焼結炉
より取り出して直ちに、400℃に加熱保持された金型
にて8ton/am”の圧力で大気中で鍛造した。 得られた焼結鍛造品は、真密度比が99%であり、引張
試験に供した。なお、引張試験は鍛造後T6処理を施し
た平行部5φX20fi++nの試験片を用いて行った
。その結果は、第1表に示すとうりであり、いずれも高
圧の冷間成形により高密度のプリフォームを得る従来法
による場合の機械的特性とはゾ同レベルの値が得られた
【以下余白】
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム合
金粉末の成形時に加熱軟化してラミネーション、クラッ
ク等の微小欠陥が生ずることのない比較的高密度のプリ
フォームを作成し、これを特定条件下で焼結、鍛造する
ので、プリフォームの成形を低い圧力下で行い高密度化
が可能となり。 最終製品は従来法により高圧力下で製造したプリフォー
ムを用いた場合と同等の特性を得ることができる。した
がって、CIP、HIP、ホットプレス、大型プレス等
を必要とせず、しかも高圧成形による金型寿命の低下の
問題も防止でき、安価にアルミニウム合金焼結鍛造品を
製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は200℃成形及び冷間(室温)成形におけるプ
リフォームの真密度比と成形圧の関係を示す図である。 特許出願人    昭和電工株式会社 代理人弁理士   中  村   尚 第1図 % 上圧(ton/cm )

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. アルミニウム合金粉末を150〜300℃に加熱して成
    形することにより真密度比70〜95%のプリフォーム
    を作成し、次いで該プリフォームを450〜600℃の
    真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結した後、200〜6
    00℃での鍛造によって95%以上の真密度比とするこ
    とを特徴とするアルミニウム合金焼結鍛造品の製造方法
JP2224987A 1987-02-02 1987-02-02 アルミニウム合金焼結鍛造品の製造方法 Pending JPS63190102A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0417602A (ja) * 1990-05-11 1992-01-22 Toyota Motor Corp 焼結鍛造方法
WO2013183488A1 (ja) 2012-06-08 2013-12-12 株式会社豊田中央研究所 アルミニウム合金粉末成形方法およびアルミニウム合金部材

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61243138A (ja) * 1985-04-17 1986-10-29 Honda Motor Co Ltd 耐熱高強度Al焼結合金製構造用部材の製造方法

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