JPH03243702A - 高強度アルミニウム合金成形体の製造方法 - 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） 本発明は、高強度アルミニウム合金成形体の製造方法に
関するものであり、さらに詳しく述べるならば急冷凝固
アルミニウム合金を成形体に製造する方法に関するもの
である。

（従来の技術） 優れた特性をもつアルミニウム合金の製造方法として、
急冷凝固アルミニウム合金粉末を適当な方法で予備成形
し、最終的に熱間塑性加工を行って実質的に真密度の成
形体とする方法が知られている・この方法により製造さ
れた成形体は、通常の溶製法によるアルミニウム合金よ
りも著しく強度や耐摩耗性が優れており、自動車のエン
ジン部品のように軽量化の目的で鉄系材料を代替する用
途に使用されている。

急冷凝固アルミニウム粉末冶金合金は、粉末の急冷によ
り組織が微細になりまた多量の合金元素の添加が可能に
なり、鋳造法では得られないようなすぐれた性能をもっ
た多くの粉末冶金合金が開発されつつある。

急冷凝固アルミニウム合金粉末はＦｅ、Ｎｉ。

Ｍｎ、Ｃｒ等の遷移金属を３％以上多量に添加すること
によって強度などを高めていることに一つの特徴がある
。遷移金属は時効硬化元素であるＣｕ、Ｍｇ等に比較し
てＡｌ中の拡散係数が非常に小さく、これらを含む金属
間化合物は高温でも安定である。このため急冷により微
細に晶出した金属間化合物は高温に長時間加熱されても
粗大に成長することがほとんどなく、その分散強化によ
りすぐれた特性を示す。分散強化は晶出物の寸法が小さ
いほど大きい。したがって、急冷凝固粉末冶金製品の製
造法においては晶出物を微細に分散させることが重要で
ある。

現在粉末の製造方法としては、水冷された金属ドラムあ
るいは板に溶湯を接触させて凝固させるスプラット法と
、溶湯に不活性ガスあるいは乾燥した空気等を気体を吹
付けるガスアトマイズ法とが知られているが、後者が工
業的に実施されている。

一方、成形体の製造方法としては以下に述べるような方
法が行われている。

（イ）粉末をアルミニウム容器に入れ、予熱後熱間プレ
ス及び／または鍛造する方法（米国特許第４１３５９２
２号参照）。

（ロ）粉末をビレットに成形後、熱間押出をするかある
いは熱間押出後熱間鍛造または冷間鍛造する方法（「急
冷凝固粉末押出によるアルミニウム押出材ｒｓＨＯＲｒ
ＫＪ日エマテリアル、２（７）、　１９８４年、第３０
頁参照）。

（ハ）　Ｃｒ＝１．５−７．０％、　Ｚｒ：０．５−２
．５％、　Ｍｎ＝０．２５−２．０瓢を含有する急冷凝
固アルミニウム合金粉末を圧延機にかけ熱間圧縮圧延し
、次に押出する方法（特公平１−５３３４２号） ガスアトマイズ法によって粉末を製造する時、ガス圧力
、ガス流量などにより粉末粒径が変化し、冷却速度が大
きいほど粉末粒径が小さくなる。そのため、合金元素を
多量に添加し、粒径が大きい粉末では晶出物の微細化が
不充分になり、強度、靭性等の製品の特性が不充分にな
り、またアルミニウム基地へ強制固溶される合金元素の
量が不足し耐熱性なども不充分になることがある。

したがって、従来は生産性、歩留まり、粉末の反応性な
どを考慮して粉末の粒径ができるだけ小さくなるように
定めていた。

ところで、従来の方法（イ）、（ロ）の熱間塑性加工は
鋳造時の粗大な金属間化合物を破壊して微細化している
と考えられる。しかしながら、熱間加工であるために材
料の変形抵抗が小さい母金属間化合物に働く力が小さく
、その微細化効果は十分ではない。

前掲（ハ）の特公平１−５３３４２号公報は、Ｆｅ、Ｍ
ｎ、Ｎｉを８〜１０重量％含有するアルミニウム合金で
はこれらの遷移元素を固溶させるには極めて高い凝固速
度が必要であり、また粉末の圧縮性が低いことを解決す
るために、上記組成のアルミニウム合金を提案し、添加
元素を粉末状態で固溶させることを教示し、すぐれた圧
縮性が得られたことを謳っている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の急冷凝固粉末を成形体に加工する方法では、粉末
の合金元素量が多く、晶出物が粗大になった場合には、
添加合金元素量に見合った性質が得られないばかりか、
粗大な晶出物が疲労破壊の起点になり却って耐疲労性を
阻害したり、また強度等の特性のばらつきを拡大する原
因になっていた。特に高温での強度を向上させる目的で
多量の合金元素を添加すると晶出物が粗大化し、伸びや
靭性が低下し、さらに特性のばらつきも大きくなってし
まうことが、エンジン部品のような高度の信頼性と特性
の均一性が要求される部品に急冷凝固粉末冶金部品を使
用するうえでの障害になっていた。このため、比較的安
価な方法で特性を向上しかつ特性値のばらつきを減少す
ることができる急冷凝固粉末冶金製品の製造方法が望ま
れていた。

本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたものであ
って、晶出物が生成した急冷凝固粉末を加工して、強度
および靭性が高く特性値のばらつきが少ない粉末冶金成
形品を製造する方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、晶出物が生成した急冷凝固アルミニウム合金
粉末を冷間塑性加工し、最終塑性加工として熱間加工を
行うことを特徴とする高強度アルミニウム合金の製造方
法である。

冷間塑性加工の手段としては一般の冷間塑性加工法が適
用可能であるが、生産性、加工度の面および金属間化合
物を破壊するための応力としては引張応力が適当である
ので、引張応力成分が比較的多い冷間圧延法が最も適す
る。冷間圧延においては所定の粉末の変形を実現できる
ならば、一般の圧延で行われているように板の成形体を
得てもよいが、一般に高合金粉末では粉末どうしが結合
するに至らず、ばらばらの粉末を得ることが多い。

加工度は金属間化合物の破砕に大きな影響を及ぼすため
に、使用される目的および合金の組成に応じて適切な加
工度を選択する必要がある。冷間加工を行った後に、一
般に行われているように、例えばビレット成形、脱ガス
、熱間押出加工という工程を経て実質的に真密度の成形
体とする。

本発明の方法はスプラット冷却法にも適用できるが、工
業的に実施されているガスアトマイズ法に適用すると利
点が大きい。ガスアトマイズ法では平均粒径が４０〜５
０ミクロンの粉末が一般に製造され、かかる粉末粒径が
生産性及びコストの面から有利である。本発明において
はかかる粉末を冷間加工で塑性変形することにより、金
属間化合物が微細に分散したすぐれた性能の成形体を得
ることができる。

（作用） 本発明においては最終的に行う熱間塑性加工より前の工
程で粉末の冷間塑性加工を行い、硬くて脆い金属間化合
物に引張応力を加えることにより金属間化合物を比較的
に容易に破壊・微細化する。急冷凝固粉末を塑性変形さ
せた時に該粉末に働く力は、複合材料における強化繊維
あるいは分散粒子に働く力と同様に考えることができる
。このために材料の変形抵抗が大きい冷間塑性変形を行
うことにより金属間化合物に働く力を大きくすることが
できる。

（発明の効果） 以上の方法により、実質的に真密度を有しさらに高強度
および高靭性を有するとともに、これらのばらつきが少
ない成形体を得ることができる。

また、急冷凝固粉末では粗大な晶出物が発達しているこ
とが許容されるようになるので、凝固速度を極めて高く
する必要かっ／または粒径を極めて小さくする必要が無
くなる。このため、粉末の成形性やコストが最適になる
ように急冷凝固法及び製造条件を選択できるようになる
。

さらに、冷間塑性加工は例えば溶解炉の煉瓦破片等のよ
うな混入異物も破壊・微細化することにより、系外異物
による欠陥も無害化する効果もある。一般に、アトマイ
ズ粉はこのような系外異物を除去するために６０メツシ
ユあるいは１００メツシユの篩いを通しているが、篩い
の目開き距離よりも小さいものは当然に除去することが
できない、材料の組成にも依るが、高強度材料はど切り
欠き感度が高く、篩いを通過する２００μｍ程度の大き
さの異物の混入でも強度や靭性を大きく損なうことにな
る。ところが粉末を冷間塑性加工することにより、この
ような異物も微細化されるために、有害な欠陥として働
かないようになる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

表１の組成に調整し、た溶湯な空気アトマイズ法により
急冷凝固粉末とした。

表　　１ この粉末を篩いにかけ、１００メツシユの篩いを通過さ
せた。得れらた篩下粉末の粒径分布を第３図に示す。こ
れらの粉末を冷間圧延機にかけ、ロール間隔が約２００
μｍのロール間を通過させ塑性変形を行ったところ、粉
末はつぶされ、粉末同士が結合せずに個々の粉末形状は
鱗状のばらばらの粉末になった。

この粉末を冷間静水圧プレスにより成形圧力５０００ｋ
ｇ／ｃ＋ｓ”でビレットに成形し、Ａｒ雰囲気下で４９
０℃×３時間加熱による脱ガス処理を実施した後に、間
接押出機により押出比２５で熱間塑性加工を行い、実質
的に真密度の直径１８ｍｍの成形体とした。

また、比較のために、−１００メツシユ、−２５０メツ
シユ、−３５０メツシユの粉末を用いて冷間塑性加工を
しない条件で成形体を同様に成形した。

これらの成形体に時効硬化熱処理を施しＴ６状態とし、
平行部の直径６ｍｍ、平行部の長さ５０ｍｍの試験片形
状に機械加工し、室温で引張試験を実施した。結果を合
金１については第１図に、合金２については第２図に示
す。いずれの比較例合金の成形体ついても粉末の粒径が
小さいほうが強度及び伸びに優れ、そのばらつきが小さ
いことが分かる。また、本発明により冷間圧延を施した
粉末を使用した成形体は一１００メツシュの粉末を使用
したにもかかわらず、強度、伸とも一３２５メシュの粉
末を使用したものよりも優れ、そのばらつきが減少して
いることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金ｌの引張強さ及び伸びを示すグラフ、 第２図は合金１の引張強さ及び伸びを示すグラフ、 第３図は合金ｌ及び２の粉末の粒径分布を示すグラフで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、晶出物が生成した急冷凝固アルミニウム合金粉末を
   冷間塑性加工し、最終塑性加工として熱間加工を行うこ
   とを特徴とする高強度アルミニウム合金成形体の製造方
   法。