JPS6360265A - アルミニウム合金部材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム
合金粉末（以下、簡略化して、急冷凝固アルミニウム合
金粉末またはアルミニウム合金粉末という）から、粉末
冶金法によって、アルミニウム合金部材を製造する方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、アルミニウムにＳｉ、　Ｃｕ、　Ｍｇ、　Ｆｅ
等の元素を添加して、ガスアトマイズ法、ロー／／　法
等ノ急冷凝固法によって製造されるアルミニウム合金で
は、前記添加元素の固溶限が著しく増大し、その添加元
素が偏析することなく均一に分散して、従来の溶解鋳造
プロセスによって製造されるアルミニウム合金の組成範
囲を大幅に越えた組成を有する合金の製造が可能になる
とともに、微細な金属組織が得られることから、このよ
うなアルミニウム合金の粉末を固化することによって得
られるアルミニウム合金部材は、すぐれた強度、剛性、
靭性、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の特性が付与されて
、種々の分野で利用できる多種類の構造部材または機械
部品として新たな用途が期待されており、現在盛んば研
究開発が進められている。

しかしながら、上記の急冷凝固アルミニウム合金粉末は
、その表面が強固な酸化被膜で覆われているために、こ
れを通常の焼結によって固めるのは極めて困難であり、
したがって現在では、このアルミニウム合金粉末を静水
圧プレス成形によって成形し、その成形体を金属缶の中
に密封（キャニング）した状態で真空脱気して、粒子表
面Ｏて吸着していた水分を除去し、ついで成形体を缶ご
と熱間押出することによシアルミニウム合金粉末粒子に
塑性変形を起させて、その表面の酸化皮膜を破壊し、そ
れによって金属粒子どうしを圧着させてその間に金属結
合を与え、冷却後缶を取り除いてその押出材に切断、加
工を施して、所定の形状、寸法を有する材料とし、最後
にそれに熱処理を施すという工程を経て、アルミニウム
合金粉末からアルミニウム合金部材を製造するのが一般
的であり、また急冷凝固アルミニウム粉末を冷間静水圧
プレス成形によって密度９５チ以上に圧縮成形した後、
その成形体を金型内で熱間鍛造するという工程でアルミ
ニウム合金機械部品を製造する方法（特開昭５９−１５
７２０２）も提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記の熱間押出しを利用する方法は、多
くの複雑な工程を経なければならず、また前記の冷間静
水圧プレス成形後に成形体を熱間鍛造する方法は、その
成形によってアルミニウム合金粉末を一挙に密度９５％
以上の成形体に圧縮成形するために、脱ガスが十分に達
成されず、それによって後の処理中に空孔を発生して製
品の品質を低下させ、しかもこれらの熱間押出しまたは
熱間鍛造によって製造される製品は、いずれもその形状
、寸法がほぼ決ったものとならざるを得ないので、種々
の形状、寸法を有する所定の最終製品に仕上げるために
は、切断、切削等の加工を必要とし、量産に向かないと
いう問題があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決すべく、
アルミニウム合金粉末成形体に対して所定の形状を容易
に付与するとともに、その粉末粒子表面の酸化皮膜を十
分に破壊して結合強度の高い合金部材を形成させるのに
有利な熱間型鍛造に着目して種々研究を重ねた結果、 （１）急冷凝固アルミニウム合金粉末成形体を熱間型鍛
造するに先立って、その成形体に、温度＝３００〜５２
０℃に１５分〜３時間加熱保持する熱処理を施した後、
引続き前記温度において予備的な熱間密閉型鍛造を施し
て、前記成形体を密度比９５％以上に緻密化すると、こ
の予備鍛造体は、後の熱間型鍛造において、クラックも
空孔も生ずることなく、強固な合金部材とすることがで
き、（２）ついで、前記予備鍛造体を温度＝３００〜５
２０℃に再加熱して、２０〜５０％の加工率の下に熱間
型鍛造すると、粒子表面の酸化被膜の破壊、金属どうし
の接触および固相拡散が十分に達成され、前記予備鍛造
の効果と相俟って、結合強度にすぐれたアルミニウム合
金部材が得られ、（３さらに、前記の予備的な熱間密閉
型鍛造および熱間型鍛造において、それぞれ型の形状、
寸法を予め適当に選ぶことによって、−挙に最終製品と
して必要な形状、寸法、またはそれに近い形状、寸法を
有する製品が得られること、を見出した。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、急
冷凝固アルミニウム合金粉末から、結合強度の大きいア
ルミニウム合金部材を比較的簡単な方法で、歩留りよく
製造できる方法を提供することを目的とし、 急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム合金粉末を固
めることによって、そのアルミニウム合金粉末からアル
ミニウム合金部材を製造する方法において、前記アルミ
ニウム合金粉末を成形して成形体を形成し、この成形体
に、温度二３００〜５２０℃に１５分〜３時間加熱保持
する熱処理を施した後、引続き前記温度において予備的
な熱間密閉型鍛造を施して、前記成形体を密度比９５％
以上に緻密化し、ついでこのようにして得られた予備鍛
造体を温度＝３００〜５２０℃に再加熱して、２０〜５
０％の加工率の下に熱間型鍛造することを特徴とする、
前記アルミニウム合金部材の製造方法、 に係るものである。

〔発明の詳細な説明〕

以下、この発明の構成について具体的に説明する。

１、急冷凝固アルミニウム合金粉末 この発明において原料粉末として使用されるアルミニウ
ム合金粉末は、ガスアトマイズ法、遠心噴霧法、回転カ
ップ法、ロール法等、如何なる急冷凝固法を経て調製さ
れたものでもよく、その生成物が粉末状となっていない
ときや、粉末の粒度が粗過ぎる場合は、例えばボールミ
ルによって、それらを所望の粒度を有する粉末まで適宜
粉砕することもできる。

アルミニウム母材に添加される元素としては、勿論、目
的とするアルミニウム合金部材に対して付与すべき特性
に応じて、従来利用されているあらゆる元素、例えばＳ
ｉ、　Ｃｕ、　Ｍｇ、　Ｆｅ、　Ｃｏ　、　Ｎｉ、ｋｌ
ｒｌ。

Ｃｒ、　Ｌｉ　％Ｔｉ、Ｚｒ、　Ｃｅ、　Ｍｏ　、　Ｖ
　、　Ｚｎ等を使用することができる。

２、成形 一般に、アルミニウム合金粉末はどのような方法で成形
してもよいが、通常、金型中で２〜６ｔｂ まで緻密化して、最終製品□に近い形に形状付与する金
型成形が好都合に使用される。

３、熱処理 成形体に施す熱処理は、アルミニウム合金粉末に吸着さ
れた水分およびその他の揮発性成分を除去して、製品中
に空孔が生ずるのを防ぐために必要な処理であって、一
般に、次の予備的な熱間密閉型鍛造に移る前に、その密
閉型に入れる前に、例えば大気雰囲気中で加熱保持する
のが好都合でおシ、この熱処理の温度が３００℃未満ま
たは加熱時間が１５分未満になると、粉末粒子表面に吸
着している水分を十分に除去することができず、一方前
記温度が５２０℃を越えるか、または前記加熱時間が３
時間を越すと、粉末自体が急冷凝固によって生じた微細
な組織を失うことから、この発明では熱処理の温度およ
び加熱保持時間をそれぞれ３００〜５２０℃および１５
分〜３時間と定めた。

４、予備的な熱間密閉型鍛造 成形体を熱間型鍛造する前に予備的に施される熱間密閉
型鍛造は、脱ガスされた成形体の密度比を上げて、後の
熱間型鍛造においてクラックを発生しないほど十分に成
形体を緻密化し、もって十分な強度を有する熱間型鍛造
品を歩留りよく形成させるために必要な処理であって、
通常、１００〜２００℃に予熱された高速度鋼製などの
型の中に成形体を入れ、５〜１０　ｔｏｎ／ｃｍ２の圧
力の下に密閉型による熱間鍛造を施すのが便利である。

この熱間密閉型鍛造の温度が３００℃未満であると、粉
体の変形抵抗が大きくなって、実用的な圧力で成形体の
密度比を９５％以上に上げることができず、一方前記温
度が５２０℃を越すと、急冷凝固アルミニウム合金粉末
に特有な微細組織が失われるところから、この熱間密閉
型鍛造の温度を３００〜５２０℃と定めるとともに、こ
の予備的な鍛造を遂行することによって達成される成形
体の密度比が９５チ未満であると、後の熱間型鍛造にお
いてクラックを生じたシ、粉末粒子間の金属どうしの接
触および固相拡散が十分でなくなるところから、前記密
度比を９５％以上と定めた。

５、熱間型鍛造 再加熱された予備鍛造体に施される熱間型鍛造は、その
予備鍛造体に所定の大きい塑性変形を起して、強固な酸
化皮膜を破壊するとともに、粉末粒子間に十分な金属接
触と固相拡散を生じさせ、もって予備鍛造体から十分な
結合強度を有するアルミニウム合金部材を形成させるの
に必要な処理であって、従来種々の金属部材を製造する
場合に使用していた熱間型鍛造、就中熱間密閉型鍛造を
採用することができ、その鍛造時の加工率が２０チ未満
であると、粉体表面の酸化被膜が十分に破壊されず、一
方それが５０％を越えると、鍛造体にクラックが生じ、
まだ鍛造時の温度が３００℃未満であると、粉体間で十
分な金属接触と固相拡散が起こらなくなる上に、鍛造体
にクラックが生じ易くなり、一方それが５２０℃を越え
ると、急冷凝固粉末に特有な微細組織が失われるところ
から、熱間型鍛造時における加工率および温度をそれぞ
れ２０〜５０％および３００〜５２０℃と定めた。

〔実施例および実施例に基づ〈発明の効果〕ついで、こ
の発明を比較例と対比しながら、実施例によって説明す
る。

実施例ｌ Ａｌ−２０３ｉ　−３Ｃｕ　−ＩＭｇ　−ＩＦｅ（数値
は重量％、以下同様）の組成を有するアルミニウム合金
溶湯を空気でアトマイズして調製した粒度−１００／＋
３５０メツシユのアルミニウム合金粉末を室温において
４　ｔｏｎ／Ｃ７ＩＬ２の圧力で金型成形して、寸法：
１０ｘ５５Ｘ２３ｍの成形体を製造した。

ついで、この成形体に、大気雰囲気中で第１表に示され
る条件の下に加熱する熱処理を施して脱ガスした後、引
続きこの成形体に、前記温度の下梁　　　１　　　表 に７ｔＯｎ／α２の圧力で密閉型鍛造を施して、第１表
に示される密度比を有する予備鍛造体を製造した。

つぎて、この予備鍛造体を再び第１表に示される温度に
加熱保持しながら、第１表に示される加工率の下に７ｔ
Ｏｎ／ｃｒＩＬ２の圧力で密閉型鍛造を遂行して、それ
ぞれ本発明Ａ８合金部材１〜７を製造し、さらに比較の
ため、製造条件の一部をこの発明の範囲から外して（外
れた条件を第１表中※印で示す）、上記と同様な方法で
比較Ｍ合金部材１〜９をそれぞれ製造した。

この結果得られた各Ａ１合金部材に対して、常温におけ
る引張試験を実施してその引張強さと破断時の伸びを測
定するとともに、それらの密度比も測定し、その結果も
合わせて第１表に示した。

第１表に示される結果から、熱処理および予備鍛造時の
加熱温度が低過ぎる比較ＡＭ合金部材１、予備鍛造体の
密度比が低過ぎる比較Ｍ合金部材５、本鍛造温度の低過
ぎる比較Ｍ合金部材６および加工率の高過ぎる比較Ｍ合
金部材９では多数のクラックが発生したのに対し、本発
明Ｍ合金部材１〜７ではいずれもクラックを発生するこ
となく、それらの引張強さおよび伸びは比較Ｍ合金部材
のものよりも全般的にすぐれていることがわかる。

実施例２ ＡＰ、−８Ｆｅの組成を有するアルミニウム合金溶湯か
ら急冷凝固アルミニウム合金粉末を調製し、かつ第２表
例示される条件の下で熱処理、予備鍛造および本鍛造を
実施した点を除き、実施例１と同様な方法で本発明Ｍ合
金部材８〜１３および比較Ｍ合金部材１０〜１日をそれ
ぞれ製造するとともに、実施例１と同じ引張試験を実施
して、その結果を第２表に示した。

この第２表の結果によっても、比較Ａ１合金部材１０．
１４．１５および１８では多数のクラックが発生したの
に対し、本発明Ｍ合金部材８〜１３ではいずれもクラッ
クを発生することなく、それらの引張強さおよび伸びは
全体として比較Ｍ合金部材のものよシもすぐれているこ
とがわかる。

第　　　２　　　表 〔発明の総合的効果〕 以上述べた説明から明らかなように、この発明によると
、比較的簡単な工程によって、成形体を十分脱ガスしな
がら、急冷凝固アルミニウム合金粉末から結合強度の大
きいアルミニウム合金部材を歩留りよく製造することが
でき、しかも予備的な熱間型鍛造によって予め最終製品
の形状１寸法またはそれに近い形状、寸法を有する予備
鍛造体の状態にしておくことができて、切断、切削等の
加工を施さずに、所望の形状、寸法を有するアルミニウ
ム合金部材を製造することもできるので、量産にも適し
たアルミニウム合金部材の製造方法が提供される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 急冷凝固法を経て調製されたアルミニウム合金粉末を固
   めることによつて、そのアルミニウム合金粉末からアル
   ミニウム合金部材を製造する方法において、前記アルミ
   ニウム合金粉末を成形して成形体を形成し、この成形体
   に、温度：３００〜５２０℃に１５分〜３時間加熱保持
   する熱処理を施した後、引続き前記温度において予備的
   な熱間密閉型鍛造を施して、前記成形体を密度比９５％
   以上に緻密化し、ついでこのようにして得られた予備鍛
   造体を温度：３００〜５２０℃に再加熱して、２０〜５
   ０％の加工率の下に熱間型鍛造することを特徴とする、
   前記アルミニウム合金部材の製造方法。