JPS6386831A - アルミニウム基焼結合金の加工用素材の製造方法 - 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 この発明はアルミニウム基焼結合金からなる圧延材や押
出材等の展伸材または鍛造材を製造するために、その加
工用素材を作成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焼結合金の圧延材や押出何などの展
伸材または鍛造材を製造する場合、従来は、空気中もし
くは不活性カス雰囲気においてアトマイズ法により合金
向末を作り、必要に応じて分、汲した後、その合金粉末
をプレス等で圧１分して圧粉体とし、次いでその圧粉体
を予め用意されたアルミニウム合金）ツの容器（缶）内
に封入し、容器内を減圧して真空に保ったまま加熱して
脱ガスを行ない、ざらにホラ１ヘプレスによりカロ圧し
て力り下用ヒレットを作り、その後このヒレットの外面
を覆う容器を切削除去してから押出や圧延や鍛造等の加
工を行なうのが通常であった。

このような従来の方法において、圧粉体を容器に封入し
た後の脱ガスは、加工後の熱処理時に材事斗（こふくれ
（ブリスター）を生ぜしめないとともに、ホットプレス
時の粉末同士の結合を促進して充分な強度を与えるため
に必要とされている。すなわち、脱ガスを行なわなけれ
ば、例末の表面に形成された酸化物に化合もしくは吸着
されている水分が除去されず、加工後の材料内に水素の
形で残留し、熱処理時にふくれを生じてしまう。また脱
カスを実施しなければ、粉末の表面酸化物が強固でおる
ため、その表面酸化物がホットプレスにおいて粉末同士
の結合（焼結）を妨げてしまう。

一方前述のような従来の方法においてｉζツ１〜プレス
を適用している目的は、゛粉末を光分に圧縮変形ざけて
粉末表面の酸化物を破壊し、粉末同士の結合（焼結）を
充分に進行させて、次の加工時の変形に耐え得る強度を
材料に与えることに柄る。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来の方法では、圧（分体を容器に封入す
る工程を必要とするため、その容器によって最終的にｊ
ｑられる製品のサイズか制約されてしまい、製品の大型
化が困難であるとともに、容器内に圧粉体を挿入する工
程やホラ１〜プレス後に容器を切削除去する工程が必要
であって、その工程数が多く、必然的にコスト上胃を招
いている。また上述のように容器によってナイスか制約
されるため、加工時には１個ずつ押出し、圧延また（よ
鍛造する必要かあり、そのため作業性が低く、特に圧延
のような連続プロセスには不適当て必った。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、圧粉体
の容器への封入を省略し、これによって製品サイズの大
型化、工程数の減少、作業（生の向上およびコストの低
減を図り（ｑるようにしたアルミニウム基焼結合金のｈ
ｕ工開用素材製造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 前述のように圧粉体の容器への封入を省略してアルミニ
ウム基焼結合金の加工用素材を製造する場合、従来法と
同程度またはそれ以上の性能、特に良好な熱間ｈＯ工性
能を有する材料を如何にして得るかが問題となる。すな
わち従来法では既に述べたように圧粉体を容器に封入し
た状態での脱ガス、およびそれに続いてのホットプレス
が、熱処理時のふくれの発生を防止するとともに粉末同
士の結合を充分に行なわせて熱間７Ｊロ工時の変形に耐
え（ｑる強度を与えるに大きく奇与しているが、容器へ
の圧粉体の封入を省略した場合にこのような脱ガスおよ
びホットプレスを如何にして行なうか、あるいはそれら
による作用と同等の作用を如何にして（昇るかが重要な
問題となる。

そこで本発明者等が種々実験・検討を重ねた結末、添加
すべき合金元素の種類に応じて圧１分用原料粉末の配合
形態、すなわら純金属粉末として用いるかあるいは合金
粉末として用いるかを適切に選択するとともに、圧粉後
に圧粉体のまま真空雰囲気もしくは不活性雰囲気で焼結
すれば、従来法における脱ガスおよびホットプレスを行
なった場合と同等以上の熱間θ０工性能か１野られるこ
とを見出し、この発明をなすに至ったのである。

具体的には、この発明のアルミニウム基焼結合金の加工
用累（Ａ製造方法は、：Ｍｇ、Ｚｎ、３ｉおよびＣｕの
うちから選ばれｌこ１平重または２種以上の元素と、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、［＼１１．＼＝Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ
、Ｃｅ、Ｓｎ、ＰｂおよびＬｌのうらから選ばれた１種
または２種以上の元素とをそれぞれ合金元素として含有
するアルミニウム基焼結合金の熱間加工用素材を製造す
るにあたり、圧′防用の原料粉末のうちの一部として、
ＭＣＩ、Ｚｎ、Ｓｉ、およびＣｕのうちから選ばれた１
平小または２種以上の元素の純金属粉末を用いるととも
に、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎ：、〜Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ
、Ｃｅ、Ｓｎ、ＰｂおよびＬｌのうらの添１叫すρ＼き
合金元素は、予めＡｌと合金化した合金粉末として圧ｊ
分用原１１１６）米中に添カロし、その原料（４）末を
圧粉して圧粉体を作成した後、その圧粉体を真空中もし
くは不活性ガス中で７Ｊ［］熱して焼結することを特徴
とするものである。

ここで、圧粉は密度比（真密度に対する比）が９ＱＣ３
６以上となるように行なうことが望ましい。また焼結は
、５００〜６００°Ｃの範囲内の温度で行なうことか好
ましい。

作　　　用 この発明においては、先ず圧粉用の原料粉末の形態を、
添加合金元素の種類に応じて適切に選択することか必要
である。すなわち従来一般には１、添加すぺさ゛合金元
素を予めすべてへ２等と合金化しておぎ、ア１〜マイズ
等で得られたその合金粉末を圧粉用原料南米とすること
が多かったが、このような合金粉末では、合金濃度がど
の粉末粒子でも同じであり、そのため焼結時に合金温度
差を利用した拡散による（：分末同士の結合が行なわれ
にくい。そこでこの発明では、特に拡散速度が速い元素
については、純金属粉末として元素の形で用ハして圧粉
用の原料粉末の一部として使用し、均一に混合して圧粉
した後、焼結することによって焼結を促進させることを
図っている。すなわら、アルミニウム合金に通常使用さ
れている合金元素のうち、Ｎ・ｉＱ（マグネジ１クム）
、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）はいずれ
も拡散速度が速いから、これらを純金属粉末として、Ａ
　ｌ　１１１）末やへ２合金物末と混合して圧粉するこ
とにより、焼結時にその純金属粉末の元素がＡｌ粉末粒
子やＡ１合金粉末粒子内に速やかに拡散するとともに、
その純金属粉末を介してのＡｌ粉末粒子やへ！合金粉末
粒子相互間の結合も速やかに進行する。

但し、Ｍ　ＣＪ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕのうらの添加すべき
元素の全ての元素の全量を純金属粉末として用いる必要
はなく、一部の元素のみ純金属粉末として用いたり、あ
るいは一部の元素の全添加量のうち一部の添力Ｄｕに相
当する量のみを純金属粉末として用い、残りはＡｌとの
合金粉末として使用することが許容される。但し純金属
粉末として使用する粉末の量か多いはど゛０末同士の結
合を促進する効果が大きくなるから、通常は〜１ｇ、Ｚ
ｎ、Ｓｉ、Ｃｕのうちの添加すべき元素の仝恒を純金属
）の禾として用いることが望ましい。

また、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ　（クロム）、Ｇｏ（コバルト
）、Ｎｉにラブル）、〜Ｉｎ＜マンガン）、Ｔｉ（ヂタ
ン＞、Ｚｒ（ジルコニウム）、■（バナジウム）、Ｃｅ
（セリウム）、Ｓｎ（スズ）、ｐｂ＜狙））等のような
拡散速度の遅い元素は、純金属（分末として使用しても
焼結時に充分に拡散せず、またＬｉ（リチウム）は活性
であるため純金属粉末として使用するのは危険であり、
したがってこれらの元来を含有ブるアルミニウム基焼結
合金を製造する場合は、これらの元素について予めＡｌ
と合金化した合金粉末として使用する。

以上のように本願発明では〜ＩＣＩ、ｚｎ、ｓ　ｒおよ
びＣＵのうらの１仔以上の合金元素と、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ｎ　ｉ　、〜１ｎ、Ｔ　＋　、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ。

Ｓｎ、Ｐｂおよびｌｉのうちの１種以上の合金元素とを
同時に含有するアルミニウム基焼結合金熱間加工用素材
を製造するにあたって、１１０石の合金元素については
その少なくとも一部は純金属粉末として用い、後者の合
金元素は予めΔノと合金化した合金元素として用いるこ
とが必要である。

以上のような原料粉末は、容器（山）に１ｑ人すること
なく、そのまま圧粉成形し、圧粉体を一部る。

この圧粉成形方法としては、プレスを用いて金型内で粉
末を圧粉する方法、あるいはポツパーから粉末を直接ロ
ール間に落下させてロールによりシート状の圧粉体を得
る方法のいずれを用いても良い。前者の金型プレス法は
加工方法として押出もしくは鍛造を適用する場合に適当
でおり、また後者のロール圧、扮法は加工方法として圧
延を通用する場合に最適である。ここで、圧粉後の焼結
時において粉末同士の結合を促進させるためには、圧粉
工程において圧粉体の密度が真密度の９０？６以上、好
ましくは９５％以上となるように密に圧粉することが望
ましい。

圧粉後の焼結は、真空もしくは不活性雰囲気で行なうこ
とか必要でおる。真空もしくは不活性雰囲気で焼結する
ことにより、焼結開始初期に圧粉体中の粉末粒子間の水
分の除去を行なわせ、焼結体の熱間ｈ［［工後の熱処理
時におけるふくれの発生を防止することができる。不活
性雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウム、水系、
あるいはそれらを混合したものなどを用いることが望ま
しい。

また焼Ｍ温磨は、低過ぎれば拡散が不充分となって均一
に合金化せず、一方高過ぎれば液相が多量に発生し一〇
、粉末冶金の特徴である急冷効果による晶出物の微細化
、固溶但の増加などが達成できなくなる。そこで一般的
には５００〜６００℃の範囲内の焼結温度を適用するこ
とが好ましい。

以上のようにして得られた焼結体は、熱間または冷間加
工用素材となるものでおって、この焼結体に押出、圧延
、鍛造等の任意の加工を施して最終製品とする。ここで
熱間加工のための加熱も、焼結体の再酸化や水分の吸着
を防止するため、焼結時と同じ雰囲気で行なうことが望
ましく、したがってその意味から、焼結工程に引続いて
材料を冷却せずに熱間ｈロエを行なうことが好ましい。

また焼結後、−旦冷却してから再加熱して熱間加工する
場合は、その再ｂＯ熱の雰囲気を焼結時の雰囲気と同様
に真空もしくは不活性雰囲気とする。なあ押出、圧延、
鍛造等の熱間加工作業自体においては”焼結体は大気に
ざらされるか、これらの作業は短時間で終了するから、
再酸化等の問題は少ない。

以上のように、圧粉用原料粉末の配合形態を週明に選択
して、待に〜１ｇ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｕのうちの１種以上
を純金属粉末として用いるとともに、Ｆｅ、　Ｃｒ、Ｃ
ｏ、Ｎ　ｉ　、〜１ｎ、ｒ＊、ｚｒ、ｖ、Ｃｅ、Ｓｎ、
Ｐｂおよびｌｉのうち添１１０すべき合金元素は予め八
！と合金化した合金粉末として用い、しかも焼結を真空
中もしくは不活性雰囲気で行なうことにより、従来法の
ような容器へのＩ′ｉ扮体の封入とそれに続いての脱カ
スおよびホットプレスを省略しても、焼結時における（
５末同士の結合を充分に促進させて加工時の変形に耐え
１■る強度を与えることかでき、また加工後の熱処理口
、１のふくれの発生をも防止できる。

実施例 ［実施例１］ 第１表に示すように、粉末全体としての成分比がほぼ同
じでおるが配合形態が異なる３種の粉末（〜α１〜Ｎα
３）を圧粉用原料粉末として用意し、これらをそれぞれ
圧粉体の匣度比が８５％、９０％、９５％となるように
プレスを用いて金型で板厚６ｍＩｎのシート状に圧粉成
形した。次いて各密度比の圧粉体について、焼結温度を
４５０°Ｃ１５００℃１５５０°Ｃ１６００℃１６２５
°Ｃの各種の温度として窒素気流中で各１時間焼結した
。そして各焼結体を、同じ窒素気流中にて４１０〜４４
０°Ｃの温度に加熱し、板厚６ｍから２＃まで熱間圧延
した。なお熱間圧延にあける１回の圧下率は各１０％と
した。

熱間加工性を評価するため、熱間圧延時の耳割れの発生
の程度を調べた結果を各粉末＼０１〜ＮＱ３について、
圧粉体密度比および′ＦＡ拮温度に対応して第２表〜第
４表に示す。なお第２表〜第４表中において、）Ａ」、
「Ｂ」、［ＣＪはそれぞれ熱間圧延時の耳割れの程度を
次のようにあられす。

Ａ：耳割れほとんど無し Ｂ：耳割れ中程度 Ｃ：耳υ１れ大 第１表 □°独釡属ｍ　　　ｅｕｒａ　　　　　　　　　１　１
．６　１第２表：粉末Ｎ０９１を用いた焼結体の熱間加
工ｉ生第３表：粉末Ｎ０．２を用いた焼結体の熱間加工
性第４表：粉末ＮＱ３を用いた焼結体の熱間ｈ００工性
品出物租大化 第２表〜第４表から明らかなように、７ｎ、Ｍｇ、ＣＬ
Ｊを純金属扮として用い、Ｃｏは合金（分として用いた
Ｎα３粉末の場合には、焼結体の２！）間圧延時の耳割
れの発生が少なく、他の粉末＼α１、Ｎα２の場合と比
較して熱間ｈ０工性が良好で必った。

待にＮα３粉末について圧粉体の密度比を９０％以上と
し、５００〜６００°Ｃで焼結した場合には、著しく優
れた熱間加工ｉ生を示した。

［実施例２］ 第５表に示す＼０４〜Ｎ０１１の粉末を斤均用原料粉末
として用意し、それぞれ圧粉体の密度比か９５％となる
ようにロール（こより）反厚２．５ｍのシー］へ状に圧
粉した。次いで各圧將）体について、真空中にて５６０
℃で１時間焼結し、１ｎられた焼結体を真空中にて４１
０〜４４０℃の１８度に加だ；し、板厚２．５ｍから１
１７１ｍまで熱間圧延した。なお熱間圧延における１回
の圧下率は各１０％とした。

熱間圧延にあける各焼結体の耳υ］れの！’１度を調へ
たところ、第５表中に示す結果が得られた。なお第５表
中の「耳υ］れの発生程度」の評価Ａ、Ｂ、Ｃは、第２
図〜第４図の場合と同じである。この結果からも圧粉用
の原料粉末としてこの発明の配合形態のものを用いた場
合に熱間加工性か良好となることが判る。

第　　５　　表 ■Ｕ 口 □□□□□□□□□■ □□１ □−４ ＪｔＵ＋Ｕ（９Ｕ士（２４Ｎ１１％Ｌｌ１９　１１００
．ＯＩ　　Ｃｉ発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明の方法によれば
、圧粉体の容器（缶）への封入を省折ｉして、熱間また
は冷間加工性に擾れたアルミニウム島焼結合金加工用素
ｊ才を得ることかでき、シ！＝かつて容器に制約される
ことなく製品を大型化することができるとともに、圧粉
体の容器への封入工程および焼結後の容器の除去工程が
不要となるため、工程数が従来よりも格段に少なくなっ
て生産性の向上およびコスト低減を図ることがでさ、さ
らに連続素材の製造が可能となるため次工程の如工方法
として圧延のようなＩ’Ｊ２　ｈＥプロセスの適用か可
能となる等の効果か）昇られなる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｉおよびＣｕのうちから選ばれた
   １種または２種以上の元素と、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ
   、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ｓｎ、ＰｂおよびＬｉ
   のうちから選ばれた１種または２種以上の元素とをそれ
   ぞれ合金元素として含有するアルミニウム基焼結合金の
   加工用素材を製造するにあたり、 圧粉用の原料粉末のうちの一部として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓ
   ｉ、およびＣｕのうちから選ばれた１種または２種以上
   の元素の純金属粉末を用いるとともに、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃ
   ｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｐｂお
   よびＬｉのうちの添加すべき合金元素は、予めＡｌと合
   金化した合金粉末として圧粉用原料粉末中に添加し、そ
   の原料粉末を圧粉して圧粉体を作成した後、その圧粉体
   を真空中もしくは不活性ガス中で加熱して焼結すること
   を特徴とするアルミニウム基焼結合金の加工用素材の製
   造方法。
2. （２）前記圧粉を、圧粉体の密度比が９０％以上となる
   ように行なう特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム
   基焼結合金の加工用素材の製造方法。
3. （３）前記焼結を、５００〜６００℃の範囲内の温度で
   行なう特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム基焼結
   合金の加工用素材の製造方法。