JPH0151529B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0151529B2 JPH0151529B2 JP60281982A JP28198285A JPH0151529B2 JP H0151529 B2 JPH0151529 B2 JP H0151529B2 JP 60281982 A JP60281982 A JP 60281982A JP 28198285 A JP28198285 A JP 28198285A JP H0151529 B2 JPH0151529 B2 JP H0151529B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mold
- preform
- composite
- whisker
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、加圧鋳造法により繊維強化金属複合
材を製造するための改良された方法に関する。
材を製造するための改良された方法に関する。
SiC、Si3N4あるいは黒鉛などの針状単結晶で
構成されるウイスカーは、比強度、比弾性率、耐
熱性および化学的安定性の面で卓越した物性を有
することから、特にAlに代表される軽金属類の
複合強化材として有用されている。
構成されるウイスカーは、比強度、比弾性率、耐
熱性および化学的安定性の面で卓越した物性を有
することから、特にAlに代表される軽金属類の
複合強化材として有用されている。
この種のウイスカーを用いて繊維強化金属複合
材を製造するための効果的な手段として、加圧鋳
造法が知られている。加圧鋳造法は、第１図に示
すように、予め形成されたウイスカーの集合プリ
フオーム１を繊維骨格として鋳型２内に配置し、
これにマトリツクス金属の溶湯３を注入したのち
プランジヤー４で加圧しながらプリフオーム組織
内部に含浸・凝固させるものであるが、この方法
を採る場合の最も重要な操作上の条件は、含浸過
程を通じてマトリツクス金属の溶湯状態を正常に
保持することである。含浸過程で溶湯が冷めてマ
トリツクス金属の凝固が起きると、プリフオーム
組織への円滑な浸透が阻害されて複合部の割れ、
複合体の極端な収縮変形、複合組織の不均質など
の性状欠陥を与えることになる。
材を製造するための効果的な手段として、加圧鋳
造法が知られている。加圧鋳造法は、第１図に示
すように、予め形成されたウイスカーの集合プリ
フオーム１を繊維骨格として鋳型２内に配置し、
これにマトリツクス金属の溶湯３を注入したのち
プランジヤー４で加圧しながらプリフオーム組織
内部に含浸・凝固させるものであるが、この方法
を採る場合の最も重要な操作上の条件は、含浸過
程を通じてマトリツクス金属の溶湯状態を正常に
保持することである。含浸過程で溶湯が冷めてマ
トリツクス金属の凝固が起きると、プリフオーム
組織への円滑な浸透が阻害されて複合部の割れ、
複合体の極端な収縮変形、複合組織の不均質など
の性状欠陥を与えることになる。
また、従来は含浸の円滑性を図るため、第１図
に示すようにウイスカープリフオームの上面およ
び全側面から矢印方向に沿つて溶湯を浸透する方
法がとられているが、この全面浸透はプリフオー
ム組織内部に吸蔵されているガス成分あるいは溶
湯含浸時に生ずるある種の反応による成分偏析を
複合中心部分に閉じ込める現象を招き、寧ろ組織
欠陥をもたらす原因となる。
に示すようにウイスカープリフオームの上面およ
び全側面から矢印方向に沿つて溶湯を浸透する方
法がとられているが、この全面浸透はプリフオー
ム組織内部に吸蔵されているガス成分あるいは溶
湯含浸時に生ずるある種の反応による成分偏析を
複合中心部分に閉じ込める現象を招き、寧ろ組織
欠陥をもたらす原因となる。
上記の現象のうち、マトリツクス金属の凝固を
防ぐためには鋳型およびプリフオームを予熱する
手段が慣用されている。ところが、鋳型の温度は
設備上の制約から十分に上げることができず、含
浸過程を通じて正常な溶湯状態を保つには不十分
である。
防ぐためには鋳型およびプリフオームを予熱する
手段が慣用されている。ところが、鋳型の温度は
設備上の制約から十分に上げることができず、含
浸過程を通じて正常な溶湯状態を保つには不十分
である。
一方、プリフオームに対する溶湯の全面浸透に
伴なう組織偏析に関しては、これまで有効な対策
はなされていない。
伴なう組織偏析に関しては、これまで有効な対策
はなされていない。
本発明は、これらの問題点を同時に解決するた
めになされたものである。
めになされたものである。
本発明により提供される繊維強化金属複合材の
製造方法は、ウイスカーのプリフオームを繊維骨
格として鋳型内に配置し、これにマトリツクス金
属の溶湯を注入して加圧鋳造法により複合化する
にあたり、前記ウイスカーのプリフオームを予熱
した上下開口状の内挿金型にセツトして鋳型内に
挿着することを主要な構成上の特徴とする。
製造方法は、ウイスカーのプリフオームを繊維骨
格として鋳型内に配置し、これにマトリツクス金
属の溶湯を注入して加圧鋳造法により複合化する
にあたり、前記ウイスカーのプリフオームを予熱
した上下開口状の内挿金型にセツトして鋳型内に
挿着することを主要な構成上の特徴とする。
以下、本発明を第２図の説明図によつて詳述す
る。
る。
まず、繊維骨格となるウイスカーのプリフオー
ム１を予熱した内挿金型５にセツトする。ウイス
カーのプリフオームは、SiC、Si3N4あるいは黒
鉛などの生成ウイスカーを解したのち乾式あるい
は湿式法で賦形化した短繊維集合体で、内挿金型
５の内面形状に合つた外形に形成される。内挿金
型５は、例えば工具鋼のような熱伝導性に優れる
硬質金属で構成した上下開口状の形成を有し、内
面は円筒、逆円錐あるいは凹凸溝付など最終形状
に沿うように形成され、外面は挿着時に鋳型２の
内壁に密着するように設計加工されている。ま
た、これは一体型構造のほか、分離割り型構造と
することもできる。
ム１を予熱した内挿金型５にセツトする。ウイス
カーのプリフオームは、SiC、Si3N4あるいは黒
鉛などの生成ウイスカーを解したのち乾式あるい
は湿式法で賦形化した短繊維集合体で、内挿金型
５の内面形状に合つた外形に形成される。内挿金
型５は、例えば工具鋼のような熱伝導性に優れる
硬質金属で構成した上下開口状の形成を有し、内
面は円筒、逆円錐あるいは凹凸溝付など最終形状
に沿うように形成され、外面は挿着時に鋳型２の
内壁に密着するように設計加工されている。ま
た、これは一体型構造のほか、分離割り型構造と
することもできる。
内挿金型５は鋳型２に入れる前に電気炉等を用
いて加熱し、望ましくはマトリツクス金属の融点
以上に予熱される。これにセツトするウイスカー
のプリフオーム１も予熱しておくことが効果的
で、このためにはウイスカーのプリフオームを内
挿金型にセツトした状態で予熱することが操作的
に便宜である。
いて加熱し、望ましくはマトリツクス金属の融点
以上に予熱される。これにセツトするウイスカー
のプリフオーム１も予熱しておくことが効果的
で、このためにはウイスカーのプリフオームを内
挿金型にセツトした状態で予熱することが操作的
に便宜である。
この際、内挿金型およびプリフオームの予熱温
度を調整することにより複合材の上下方向の収縮
度合を制御することが可能となるから、予め検量
しておくことによつて繊維体積率（Vf）を適宜
に調節することができる。
度を調整することにより複合材の上下方向の収縮
度合を制御することが可能となるから、予め検量
しておくことによつて繊維体積率（Vf）を適宜
に調節することができる。
ウイスカーのプリフオーム１をセツトした内挿
金型５は、ついで鋳型２に挿着し下パンチ６の上
部に配置される。鋳型は含浸過程を通し付属の加
熱装置を介して加熱しておくことが望ましい。引
続き鋳型内にマトリツクス金属の溶湯３を注入
し、上部からプランジヤー４で加圧する。加圧に
より溶湯３はウイスカープリフオーム１の上面の
みから矢印方向に浸透する。マトリツクス金属の
溶湯３はプリフオーム組織の全体に十分含浸され
たのち、圧力を保持したまま凝固される。
金型５は、ついで鋳型２に挿着し下パンチ６の上
部に配置される。鋳型は含浸過程を通し付属の加
熱装置を介して加熱しておくことが望ましい。引
続き鋳型内にマトリツクス金属の溶湯３を注入
し、上部からプランジヤー４で加圧する。加圧に
より溶湯３はウイスカープリフオーム１の上面の
みから矢印方向に浸透する。マトリツクス金属の
溶湯３はプリフオーム組織の全体に十分含浸され
たのち、圧力を保持したまま凝固される。
上記した製造方法によれば、ウイスカーのプリ
フオームが予熱された内挿金型にセツトされて溶
湯含浸がなされるから、含浸過程を通じて系内を
正常なマトリツクス金属の溶湯状態を保つに十分
な保温状態を実現する。そのうえ、マトリツクス
金属の溶湯がウイスカープリフオームの上面から
一方向的に浸透するため、プリフオーム組織内部
に存在する吸蔵ガス成分を底部から系外に排出
し、また特にMgを含有するマトリツクス金属の
使用時に起り易い反応部分の偏析を効果的に消去
する機能をなす。
フオームが予熱された内挿金型にセツトされて溶
湯含浸がなされるから、含浸過程を通じて系内を
正常なマトリツクス金属の溶湯状態を保つに十分
な保温状態を実現する。そのうえ、マトリツクス
金属の溶湯がウイスカープリフオームの上面から
一方向的に浸透するため、プリフオーム組織内部
に存在する吸蔵ガス成分を底部から系外に排出
し、また特にMgを含有するマトリツクス金属の
使用時に起り易い反応部分の偏析を効果的に消去
する機能をなす。
直径0.5〜1.5μｍ、長さ60〜100μｍ、密度3.18
ｇ／cm3、結晶形β型の性状を有するSiCウイスカ
ーを良く解してから純水に分散し、加圧過法に
より湿潤ウイスカーケーキを形成したのち加熱乾
燥して直径80mm、高さ130mm、繊維体積率15％の
円柱形プリフオームを作成した。
ｇ／cm3、結晶形β型の性状を有するSiCウイスカ
ーを良く解してから純水に分散し、加圧過法に
より湿潤ウイスカーケーキを形成したのち加熱乾
燥して直径80mm、高さ130mm、繊維体積率15％の
円柱形プリフオームを作成した。
上記のSiCウイスカーのプリフオームを内径80
mm、外径120mm、高さ140mmの工具鋼（SK材）製
内挿金型に挿入してセツトし、これを電気炉に入
れ700℃に予熱した。ついで、予熱した内挿金型
を300℃の温度に保持されている鋳型（内径120
mm）に挿着し、湯温800℃のAl合金（JIS規格
2014）の溶湯を注入した。引続きプランジアーに
より1000Kg／cm2の圧力で上部から加圧し、溶湯が
完全に凝固するまで加圧状態を維持した。
mm、外径120mm、高さ140mmの工具鋼（SK材）製
内挿金型に挿入してセツトし、これを電気炉に入
れ700℃に予熱した。ついで、予熱した内挿金型
を300℃の温度に保持されている鋳型（内径120
mm）に挿着し、湯温800℃のAl合金（JIS規格
2014）の溶湯を注入した。引続きプランジアーに
より1000Kg／cm2の圧力で上部から加圧し、溶湯が
完全に凝固するまで加圧状態を維持した。
このようにして得られたSiCウイスカー強化Al
複合材は、複合部分の高さが116mmに収縮したが
組織の割れ、亀裂等の欠陥は認められなかつた。
第３図の写真は、複合鋳造体を縦割りして溶体化
およびT6処理した断面の金属組織を示したもの
で、引出線の７は複合部分、８は成分が偏在した
複合部分である。この状況から複合部分の組織は
成分偏析のない均質性状を有するものであつた。
複合材は、複合部分の高さが116mmに収縮したが
組織の割れ、亀裂等の欠陥は認められなかつた。
第３図の写真は、複合鋳造体を縦割りして溶体化
およびT6処理した断面の金属組織を示したもの
で、引出線の７は複合部分、８は成分が偏在した
複合部分である。この状況から複合部分の組織は
成分偏析のない均質性状を有するものであつた。
また、本複合材につきランズレー法によつて含
有ガス量を測定したところ、平均5.1c.c.／100ｇで
部分的な偏差は僅少であつた。
有ガス量を測定したところ、平均5.1c.c.／100ｇで
部分的な偏差は僅少であつた。
比較のために、内挿金型を用いないほかは上記
実施例と同一の方法を用いてSiCウイスカー強化
Al複合材を作成した。この場合のウイスカープ
リフオームは鋳型の中央部に配置し、溶湯が第１
図の矢印方向に浸透するようにした。
実施例と同一の方法を用いてSiCウイスカー強化
Al複合材を作成した。この場合のウイスカープ
リフオームは鋳型の中央部に配置し、溶湯が第１
図の矢印方向に浸透するようにした。
本比較例によつて得られた複合材は、複合部分
の高さが125mm、直径が75mmまでそれぞれ収縮変
形した。第４図は切断面を溶体化およびT6処理
した断面の金属組織写真である。複合部分７の中
心部には成分偏析に伴なう異常組織部分９が現出
し、組織の不均質が観察された。また、複合材中
の含有ガス量を測定したところ、中心部21.1c.c.／
100ｇ、外周部8.3c.c.／100ｇと本発明例より著る
しく高い値を示し、外周部に比べ中心部において
著増している結果を示した。
の高さが125mm、直径が75mmまでそれぞれ収縮変
形した。第４図は切断面を溶体化およびT6処理
した断面の金属組織写真である。複合部分７の中
心部には成分偏析に伴なう異常組織部分９が現出
し、組織の不均質が観察された。また、複合材中
の含有ガス量を測定したところ、中心部21.1c.c.／
100ｇ、外周部8.3c.c.／100ｇと本発明例より著る
しく高い値を示し、外周部に比べ中心部において
著増している結果を示した。
本発明によれば、加圧鋳造時の含浸過程におけ
る正常な溶湯状態の保持と上面からの一方向浸透
の作用が相乗的に働いて、常に偏析異常のない均
質性状の複合組織が得られる。したがつて、ウイ
スカーを強化材とする高性能の繊維強化金属複合
材を製造する量産技術としての価値が大である。
る正常な溶湯状態の保持と上面からの一方向浸透
の作用が相乗的に働いて、常に偏析異常のない均
質性状の複合組織が得られる。したがつて、ウイ
スカーを強化材とする高性能の繊維強化金属複合
材を製造する量産技術としての価値が大である。
第１図は従来の加圧鋳造方法を説明するための
装置断面図、第２図は本発明方法を説明するため
の装置断面図である。第３図は本発明方法により
得られた複合体処理断面の金属組織写真、第４図
は従来方法により得られた複合体処理断面の金属
組織写真である。 １……ウイスカーのプリフオーム、２……鋳
型、３……マトリツクス金属の溶湯、４……プラ
ンジアー、５……内挿金型、６……下パンチ、７
……複合部分、８……成分が偏在した複合部分、
９……異常組織部分。
装置断面図、第２図は本発明方法を説明するため
の装置断面図である。第３図は本発明方法により
得られた複合体処理断面の金属組織写真、第４図
は従来方法により得られた複合体処理断面の金属
組織写真である。 １……ウイスカーのプリフオーム、２……鋳
型、３……マトリツクス金属の溶湯、４……プラ
ンジアー、５……内挿金型、６……下パンチ、７
……複合部分、８……成分が偏在した複合部分、
９……異常組織部分。
Claims (1)
- １ ウイスカーのプリフオームを繊維骨格として
鋳型内に配置し、これにマトリツクス金属の溶湯
を注入して加圧鋳造法により複合化するにあた
り、前記ウイスカーのプリフオームを予熱した上
下開口状の内挿金型にセツトして鋳型内に挿着す
ることを特徴とする繊維強化金属複合材の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28198285A JPS62142733A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28198285A JPS62142733A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62142733A JPS62142733A (ja) | 1987-06-26 |
| JPH0151529B2 true JPH0151529B2 (ja) | 1989-11-06 |
Family
ID=17646593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28198285A Granted JPS62142733A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 繊維強化金属複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62142733A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104525917B (zh) * | 2014-12-01 | 2017-01-04 | 北京理工大学 | 一种制备金属基复合材料的模具 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57158346A (en) * | 1981-03-26 | 1982-09-30 | Toyota Motor Corp | Manufacture of composite material |
| JPS5964965U (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-28 | 東レ株式会社 | 複合材の成形用型 |
-
1985
- 1985-12-17 JP JP28198285A patent/JPS62142733A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62142733A (ja) | 1987-06-26 |
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