WO2014002127A1 - 長尺軽金属ビレット及びその製造方法 - Google Patents

長尺軽金属ビレット及びその製造方法 Download PDF

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金孫 廖
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    • B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding

Definitions

  • the present invention relates to a long light metal billet used for extrusion and the like and a method for producing the same.
  • the upper punch is brought into contact with the powder filled in the die and the powder is compressed from below by raising the lower punch relative to the die while restraining the powder by the upper punch. Then, it is known to form a long green compact by lowering the upper punch and further compacting the powder.
  • Patent Document 3 the first alloy billet, the alloy powder, and the second alloy billet are stacked in order from the bottom in the mold, and the alloy powder particles are bitten into the first alloy billet and the second alloy billet.
  • Patent Document 2 only long green compacts of 30 mm to 80 mm are targeted, and long green compacts longer than that are not considered.
  • Patent Document 3 has a problem that the work of appropriately laminating the alloy powder between the first alloy billet and the second alloy billet is troublesome.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to produce a long light metal billet of good quality by a simple method without using light metal powder.
  • a plurality of short light metal billets manufactured from light metal powder are pressure-molded in a long container having a larger inner diameter.
  • the inner diameter of the long container is D
  • the outer diameter of the short light metal billet is d
  • the surface pressure is P (MPa)
  • the compression rate ⁇ is (Dd) / D ⁇ 100 ( %) e ( ⁇ -15) ⁇ (P / 98.06) 3 ⁇ e ((T-273) / 20) > 50 It is set as the structure which satisfy
  • a plurality of short light metal billets obtained by pressure-forming light metal powder are laminated in a long container having an inner diameter larger than the outer diameter of the short light metal billet, and pressurized at a temperature higher than room temperature in the long container to By compressing until it becomes equal to the inner diameter of the long container, the interface between the short light metal billets is joined by friction.
  • a plurality of short light metal billets are pressurized at a temperature higher than room temperature in a long container and compressed to be equal to the inner diameter of the long container, thereby reducing the short light metal billets
  • FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 when the compression process is completed. It is a perspective view which shows the elongate light metal billet after a compression process. It is a photograph which shows a short light metal billet. It is a photograph which shows a long light metal billet. It is a graph which shows a test result when a compression rate is 2%. It is a graph which shows a test result when a compression rate is 7%. It is a graph which shows a test result when a compression rate is 12%. It is a graph which shows a test result when a compression rate is 27%.
  • FIG. 1 to 3 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a long light metal billet 5 according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of light metal powders made of, for example, a plate-like magnesium alloy piece having a length of several millimeters is placed in a short billet and compressed by, for example, compression at room temperature.
  • a short light metal billet 1 is prepared.
  • the surface pressure at this time may be so low that the light metal powder is not completely compressed and has an appropriate cavity inside.
  • the height H of the short light metal billet 1 is compressed at a constant surface pressure, and thus varies depending on the diameter d and the amount of powder used.
  • H / d is about 0.5 with respect to the outer diameter d of the short light metal billet 5.
  • the short light metal billet 1 is preheated to an appropriate temperature. This preheating step is not always necessary.
  • a plurality of short light metal billets 1 are stacked in a long container 2 having an inner diameter D larger than the outer diameter d of the short light metal billet 1.
  • the number of short light metal billets 1 is not limited as long as it is two or more.
  • the long container 2 has heating means such as a heater (not shown) and can hold an appropriate temperature T (K).
  • An oxide film is formed on each boundary surface 4 between the short light metal billets 1 before pressurization, and can be clearly seen visually.
  • a plurality of short light metal billets 1 are pressurized from the uppermost surface by the piston 3 at a temperature T higher than normal temperature in the long container 2 and compressed until a predetermined surface pressure is reached.
  • the inner diameter of the long container 2 (the outer diameter of the long light metal billet 5) is D
  • the outer diameter of the short light metal billet 1 is d
  • the surface pressure is P (MPa)
  • the compression ratio ⁇ are When (Dd) / D ⁇ 100 (%), it is desirable to satisfy the following formula (1).
  • the boundary surfaces 4 of the short light metal billets 1 are joined by friction, and the boundary surfaces 4 are joined to such an extent that they cannot be visually observed.
  • a shackle metal billet 5 is obtained.
  • the test was based on whether or not the long light metal billet 5 was dropped during handling when the long light metal billet 5 was carried in and out.
  • a test specimen of the long light metal billet 5 was prepared and tested by changing the rolling reduction ⁇ (%), the temperature T (K), and the surface pressure P (MPa).
  • FIGS. A circle indicates that it was not cracked at 40 cm, indicating that it can withstand a drop during handling.
  • X mark shows that it cannot endure the fall at the time of handling because it breaks by the fall of 40 cm.
  • the plurality of short light metal billets 1 are pressurized in the long container 2 at a temperature higher than room temperature, and equal to the inner diameter D of the long container 2.
  • the long light billet 5 having a good quality can be manufactured by a simple method without using light metal powder. .
  • the present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
  • the short light metal billet 1 was shape
  • the present invention is useful for light metal long light metal billets such as magnesium alloys used for extrusion and the like, and a method for producing the same.

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Abstract

　軽金属粉末を加圧成形した複数の短尺軽金属ビレット１を短尺軽金属ビレット１の外径ｄよりも大きな内径Ｄを有する長尺コンテナ２内に積層し、この長尺コンテナ２内で常温よりも高い温度で加圧して長尺コンテナ２の内径Ｄと等しくなるまで圧縮することにより、短尺軽金属ビレット１同士の境界面４を摩擦により接合する。

Description

長尺軽金属ビレット及びその製造方法
　本発明は、押出加工等に使用される長尺軽金属ビレット及びその製造方法に関するものである。
　従来より、軽金属よりなる粉末合金を加圧成形して粉末合金ビレットを製造することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような粉末合金ビレットの製造方法において、歩留まりを向上させるために種々の製造方法が知られている。
　例えば、特許文献２のように、上パンチをダイ内に充填された粉末に当接して該粉末を上パンチにより拘束しつつ下パンチをダイに対して相対的に上昇させて下方から圧粉し、次いで、上記上パンチを下降させてさらに粉末を圧粉することにより長尺圧粉体を成形することが知られている。
　さらに特許文献３のように、型内に下から順に第１合金ビレット、合金粉末及び第２合金ビレットを積層し、合金粉末粒子を第１合金ビレット及び第２合金ビレットに食込ませるように型内の積層体を加圧圧縮して一体化した１個の長尺合金ビレットを作製する方法が知られている。
特開平６－５７３０５号公報 特開平５－７０８０２号公報 特開２０１０－２４５４５号公報
　しかしながら、特許文献２の製造方法では、３０ｍｍ～８０ｍｍまでの長尺圧粉体しか対象とせず、それ以上の長さの長尺圧粉体は考慮されていない。
　また、特許文献３の製造方法では、第１合金ビレットと第２合金ビレットとの間に合金粉末を適切に積層する作業が面倒であるという問題があった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽金属粉末を用いることなく、簡単な方法で品質のよい長尺軽金属ビレットを製造することにある。
　上記の目的を達成するために、この発明では、軽金属粉末より製造した複数の短尺軽金属ビレットをより大きな内径を有する長尺コンテナ内で加圧成形するようにした。
　具体的には、第１の発明では、
　軽金属粉末を加圧成形した複数の短尺軽金属ビレットを用意する準備工程と、
　上記複数の短尺軽金属ビレットを該短尺軽金属ビレットの外径よりも大きな内径を有する長尺コンテナ内に積層する積層工程と、
　上記複数の短尺軽金属ビレットを長尺コンテナ内で常温よりも高い温度で加圧し、該長尺コンテナの内径と等しくなるまで圧縮する工程で、該短尺軽金属ビレット同士の境界面を摩擦により接合する圧縮工程とを含む。
　上記の構成によると、軽金属粉末の加圧成形時には、常温で圧縮も可能であり、長尺コンテナにおいて軽金属粉末を用いないので、製造が容易である。また、短尺ビレット同士が摩擦により確実に接合されるので、ハンドリングに耐え得る商品性の高い長尺軽金属ビレットが得られる。
　第２の発明では、第１の発明において、
　上記圧縮工程において、長尺コンテナの内径をＤ、短尺軽金属ビレットの外径をｄ、面圧をＰ（ＭＰａ）、温度Ｔ（Ｋ）、圧縮率δを（Ｄ－ｄ）／Ｄ×１００（％）とすると、
　ｅ（δ－１５）×（Ｐ／９８．０６）３×ｅ（（Ｔ－２７３）／２０）＞５０
を満たす構成とする。
　上記の構成によると、高温高圧で圧縮を行わなくても、適切な圧縮率を選択することにより、境界面が確実に接合されて、搬出入時に軽度の衝撃が加わっても割れが生じない、強度の高い長尺軽金属ビレットが得られる。
　第３の発明では、
　軽金属粉末を加圧成形した複数の短尺軽金属ビレットを該短尺軽金属ビレットの外径よりも大きな内径を有する長尺コンテナ内に積層し、該長尺コンテナ内で常温よりも高い温度で加圧して該長尺コンテナの内径と等しくなるまで圧縮することにより、短尺軽金属ビレット同士の境界面が摩擦により接合されている。
　上記の構成によると、軽金属粉末の加圧成形時には、常温で圧縮も可能であり、長尺コンテナにおいて軽金属粉末を用いないので、製造が容易である。また、短尺ビレット同士が摩擦により確実に接合されるので、ハンドリングに耐え得る商品性の高い長尺軽金属ビレットが得られる。
　以上説明したように、本発明によれば、複数の短尺軽金属ビレットを長尺コンテナ内で常温よりも高い温度で加圧し、長尺コンテナの内径と等しくなるまで圧縮することで、短尺軽金属ビレット同士の境界面を摩擦により接合するようにしたことにより、軽金属粉末を用いることなく、簡単な方法で品質のよい長尺軽金属ビレットを製造することができる。
圧縮工程を示す長尺軽金属ビレットの製造方法の図である。 圧縮工程完了時の図１相当図である。 圧縮工程後の長尺軽金属ビレットを示す斜視図である。 短尺軽金属ビレットを示す写真である。 長尺軽金属ビレットを示す写真である。 圧縮率が　２％のときの試験結果を示すグラフである。 圧縮率が　７％のときの試験結果を示すグラフである。 圧縮率が１２％のときの試験結果を示すグラフである。 圧縮率が２７％のときの試験結果を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１～図３は本発明の実施形態の長尺軽金属ビレット５の製造方法を示す断面図である。詳しくは図示しないが、まず、準備工程において、例えば長さが数ミリの大きさの平板状のマグネシウム合金片からなる軽金属粉末を短尺ビレット内に投入し、例えば常温で圧縮することにより成形した複数の短尺軽金属ビレット１を用意する。図４に示すように、このときの面圧は、軽金属粉末が完全に圧縮されておらず内部に適度な空洞を有する程度に低くてよい。短尺軽金属ビレット１の高さＨは、一定の面圧で圧縮するので、その直径ｄと粉末使用量によって異なるが、例えば短尺軽金属ビレット５の外径ｄに対してＨ／ｄが約０．５～１．２５とする。短尺軽金属ビレット１を成形するときには、常温で圧縮も可能であるため、簡単な設備でよく、製造が容易である。
　次いで、予熱工程において、短尺軽金属ビレット１を適切な温度に予熱を加えておく。なお、この予熱工程は必ずしも必要ではない。
　次いで、積層工程では、複数の短尺軽金属ビレット１を、短尺軽金属ビレット１の外径ｄよりも大きな内径Ｄを有する長尺コンテナ２内に積層する。短尺軽金属ビレット１は、２個以上であれば、いくつでもよい。長尺コンテナ２は、図示しないヒータなどの加熱手段を有し、適切な温度Ｔ（Ｋ）を保持可能となっている。加圧前の短尺軽金属ビレット１同士の境界面４は、それぞれ酸化膜が形成されており、目視ではっきりとわかる。
　次いで、圧縮工程において、複数の短尺軽金属ビレット１を長尺コンテナ２内で常温よりも高い温度Ｔでピストン３により最上面から加圧し、所定の面圧に達するまで圧縮する。このとき、長尺コンテナ２の内径（長尺軽金属ビレット５の外径）をＤ、短尺軽金属ビレット１の外径をｄ、面圧をＰ（ＭＰａ）、温度Ｔ（Ｋ）、圧縮率δを（Ｄ－ｄ）／Ｄ×１００（％）とすると、以下の式（１）を満たすのが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　この式を満たす条件で圧縮工程を行うことにより、図５に示すように、短尺軽金属ビレット１同士の境界面４が摩擦により接合され、境界面４が目視できない程度に結合され、強度の高い長尺軽金属ビレット５が得られる。
　このように、長尺コンテナ２内には軽金属粉末を投入する必要がなく、製造が極めて容易である。
　－落下試験－
　次に、上記製造方法によって製造した長尺軽金属ビレット５の破壊試験を行った。
　試験は、長尺軽金属ビレット５の搬出入におけるハンドリング時の落下を想定し、長尺軽金属ビレット５を水平に保ち、４０ｃｍの高さから自然落下させ、割れが生じたか否かで判定した。
　上記製造方法において、圧下率δ（％）、温度Ｔ（Ｋ）、面圧Ｐ（ＭＰａ）を変えて、長尺軽金属ビレット５の試験体を作成し、試験を行った。
　試験結果を図６～図９に示す。○印は、４０ｃｍで割れなかったことを示し、ハンドリング時の落下に耐え得ることを示す。×印は、４０ｃｍの落下で割れるため、ハンドリング時の落下に耐えることができないことを示す。
　図６～図９にそれぞれδの値を変化させて試験を行った結果を示すように、上記式（１）を満たすように圧下率δ（％）、温度Ｔ（Ｋ）、面圧Ｐ（ＭＰａ）を選択すればよいことがわかった。また、δの値が大きくなるにしたがって低い温度かつ低い圧力でも強度確保できることがわかった。このように、高温高圧で圧縮を行わなくても、適切な圧縮率を選択することにより、境界面４が確実に接合されて、搬出入時に軽度の衝撃が加わっても割れが生じない、強度の高い長尺軽金属ビレット５が得られることがわかった。
　したがって、本実施形態にかかる長尺軽金属ビレット５及びその製造方法によると、複数の短尺軽金属ビレット１を長尺コンテナ２内で常温よりも高い温度で加圧し、長尺コンテナ２の内径Ｄと等しくなるまで圧縮して短尺軽金属ビレット１同士の境界面４を摩擦により接合するようにしたことにより、軽金属粉末を用いることなく、簡単な方法で品質のよい長尺軽金属ビレット５を製造することができる。
　（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
　すなわち、上記実施形態では、長さが数ミリの大きさの平板状のマグネシウム合金片からなる軽金属粉末から短尺軽金属ビレット１を成形したが、これに限定されず、マグネシウム、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等よりなる軽金属粉末から短尺軽金属ビレット１を成形してもよい。
　なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　以上説明したように、本発明は、押出加工等に使用されるマグネシウム合金などの軽金属の長尺軽金属ビレット及びその製造方法について有用である。
　　　　　　１　　　短尺軽金属ビレット
　　　　　　２　　　長尺コンテナ
　　　　　　３　　　ピストン
　　　　　　４　　　境界面
　　　　　　５　　　長尺軽金属ビレット

Claims (3)

  1. 　軽金属粉末を加圧成形した複数の短尺軽金属ビレットを用意する準備工程と、
    　上記複数の短尺軽金属ビレットを該短尺軽金属ビレットの外径よりも大きな内径を有する長尺コンテナ内に積層する積層工程と、
    　上記複数の短尺軽金属ビレットを長尺コンテナ内で常温よりも高い温度で加圧し、該長尺コンテナの内径と等しくなるまで圧縮する工程で、該短尺軽金属ビレット同士の境界面を摩擦により接合する圧縮工程とを含む
    ことを特徴とする長尺軽金属ビレットの製造方法。
  2. 　請求項１に記載の長尺軽金属ビレットの製造方法において、
    　上記圧縮工程において、長尺コンテナの内径をＤ、短尺軽金属ビレットの外径をｄ、面圧をＰ（ＭＰａ）、温度Ｔ（Ｋ）、圧縮率δを（Ｄ－ｄ）／Ｄ×１００（％）とすると、
    　ｅ（δ－１５）×（Ｐ／９８．０６）３×ｅ（（Ｔ－２７３）／２０）＞５０
    を満たす
    ことを特徴とする長尺軽金属ビレットの製造方法。
  3. 　軽金属粉末を加圧成形した複数の短尺軽金属ビレットを該短尺軽金属ビレットの外径よりも大きな内径を有する長尺コンテナ内に積層し、該長尺コンテナ内で常温よりも高い温度で加圧して該長尺コンテナの内径と等しくなるまで圧縮することにより、短尺軽金属ビレット同士の境界面が摩擦により接合されている
    ことを特徴とする長尺軽金属ビレット。
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