JPH04143037A - ウイスカー強化アルミニウム合金の加工方法 - 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 この発明は高圧鋳造法または粉末冶金法によりＳｉＣウ
ィスカー　５ｉｓＮａなどのウィスカーで複合強化した
アルミニウム合金からなる複数の成形用部材を接合する
とともに所定の形状に成形する方法に係るものである。

従来の技術 従来の強化してないアルミニウム合金を加工する方法と
しては高温に加熱した熱間型打ち鍛造を行う方法がある
。また接合方法としては通常、溶融溶接が用いられてい
る。

発明が解決しようとする問題点 ウィスカー強化アルミニウム合金を接合する方法ＫＦｉ
溶融溶接、摩擦圧接、拡散接合等が考えられる。溶融溶
接は通常の非複合化アルミニウム合金についてに、ごく
−船釣に用いられているが（例えばＴＩＧ法、ＭＩＧ法
）、ウィスカー等で複合化した合金ではアークによる母
材の溶融が適切でなく、従って融合が不充分で、充分な
接合強度が得られない。摩擦圧接や拡散接合金に適切な
温度・荷重・加工速度・接合面の調製等の条件設定を行
なえば接合に可能であるが、実用上からは設備的な制約
から適用できる大きさ、形状に制限がある。

従ってウィスカー強化型アルミニウム合金で複雑な形状
のものを製造する場合、現実的には接合等を行なわず、
鍛造や高圧鋳造等で一体形状のものを先ず造り、これを
更に切断・切削等により最終形状にせざるを得ないが、
極端に材料歩留が低くなる。

この発明は従来のウィスカー強化アルミニウム合金の成
形方法が有するこれらの欠点を解消し、ウィスカーで強
化し念アルミニウム合金の複数の成形用部材を鍛造して
成形し念成形品の外表面に割れなどを生じることなく成
形することや歩留りを高く加工すること、更に複数の成
形用部材を接合して成形した際に充分な接合強度を有す
ることなどを目的としたものである。

問題点を解決するための手段 この発明Ｆｉ高圧鋳造法または粉末冶金法により造られ
たウィスカー強化アルミニウム合金からなる複数の成形
用部材を所定の温度に加熱し念後に、この強化アルミニ
ウム合金を所定の温度に加熱した鍛造金型にセットし、
加圧鍛造して複数の成形用部材を接合するとともに所定
の形状に強化アルミニウム合金を成形する方法である。

この発明の成形方法において高圧鋳造法またに粉末冶金
法により造らｔ″したウィスカー強化アルミニウム合金
は通常のアルミニウム合金とは異なって、マトリックス
溶融温度以上の温度に加熱しても原形を崩すことがなく
、この加熱した強化アルミニウム合金を火箸（トング）
などで取扱えることが判明した。

即ち、所定の方法で造ったウィスカー強化アルミニウム
合金を加熱炉でマトリックス溶融温度以上の所定の温度
に加熱して変形しやすくしておいて、この加熱して変形
しやすくした強化アルミニウム合金を火箸などで掴んで
加熱炉から鍛造金型へ移送して所定の温度に加熱した鍛
造金型にセットすることができる。

この所定の温度に加熱した強化アルミニウム合金からな
る複数の成形用部材を鍛造金型にセットして加圧鍛造す
る。

ウィスカー強化アルミニウム合金の加熱温度としてｄ種
々テストした結果からマトリックスアルミニウム合金の
固相線温度より低い温度では強化アルミニウム合金の変
形抵抗が大きすぎるために加圧鍛造の際に大きな加圧荷
重が必要であるとともに鍛造金型内を強化アルミニウム
合金が流動しにくいので成形した強化アルミニウム合金
の表面及び内部に割れを生じやすく、型への充填性が著
しく低下し欠肉を生じやすいし、更に複数の成形用部材
同志を金属結合レベルで接合させるためと比較的短時間
で、低加圧力で接合し、かつ成形するためには強化アル
ミニウム合金の加熱温度は固相線温度以上であることが
必要であり、またＴＳ＋、　（ＴＬ−Ｔ！３　）　（Ｔ
Ｓは固相線温度、ＴＬｄ液相線温度）を越えると強化ア
ルミニウム合金が鍛造金型で圧縮加工を受けた時にアル
ミニウム合金（マトリックス）溶湯がウィスカープリフ
ォーム部から分離し、しみ出しを生じやすくなるために
アルミニウム合金単体部が生成して強化アルミニウム合
金の複合の均一性が損われる。また鍛造した成形品の表
面酸化が激しくなるから、強化アルミニウム合金の加熱
温度ばＴＳ＋＠（ＴＬ−ＴＳ）の温度以下であることが
必要である。

更に鍛造金型の加熱温度としては種々テストした結果か
ら強化アルミニウム合金の加熱温度（ＴＣ）より２００
℃減じた温度（ＴＣ−２００℃）より低い温度では鍛造
金型により強化アルミニウム合金の外周部が冷却して強
化アルミニウム合金の内部と外周部との温度差により鍛
造金型と強化アルミニウム合金との拘束力が増大し、鍛
造成形品の外周部に割れを生じやすいから、鍛造金型の
加熱温度は強化アルミニウム合金の加熱温度より２００
℃低い温度（ＴＣ−２００℃）以上であることが必要で
あり、ｄ！た鍛造金型の加熱温度が強化アルミニウム合
金の加熱温度（ＴＣ）’！ｒ越えると強化アルミニウム
合金の外周部で局部的にマトリックスのしみ出しが起り
易くなるし、また鍛造後に鍛造成形品の冷却凝固が遅く
なるので比較的長時間加圧成形したままにしておく必要
があるとともに鍛造成形後の成形品の組織が不拘−にな
るから鍛造金型の加熱温度に強化アルミニウム合金の加
熱温度（ＴＣ）位取下であることが心安である。

また成形用部材は切断、切削のま１でもよいが、加熱前
に苛性ソーダ水溶液などのアルカリ性溶液に予めエツチ
ングしてそれぞれの成形用部材の表面に形成されている
酸化皮膜を除去すると、成形用部材の接合面の清浄度が
良くなるとともに結果的に接合強度が大きくなるので加
熱前に予め複数の成形用部材をエツチングするとよい。

作用 この発明の強化アルミニウム合金の成形方法は高圧鋳造
法または粉末冶金法により造ら？Ｌ之ウつスカー入り強
化アルミニウム合金からなる複数の成形用部材をマトリ
ックスの溶融温度以上の温度、即ちマトリックスアルミ
ニウム合金の固相線温度（ＴＳ）より高く、ＴＳ＋−Ｈ
（ＴＩ、−ＴＳ）（ＴＬｄマトリックスアルミニウム合
金の液相線温度）より低い温度に加熱しても強化アルミ
ニウム合金Ｆｉ原形を崩すことがないとともに火箸など
で挾んで鍛造金型に移送することができるし、かつ所定
の温度に加熱した強化アルミニウム合金の複数の成形用
部材に変形しやすくなるので所定の温度に加熱した鍛造
金型により低加圧で容易に変形し、複数の成形用部材が
金属結合レベルで容易に接合されるし、金型の形状（Ｃ
成形される。また鍛造成形品の外表面に割れなどの発生
を防止する。更に鍛造により素材流動が生じてウィスカ
ーは優先配向性を示すようになると同時にしみ出しによ
るマトリックスとウィスカーとの分離が生じないで成形
品の均一性が保持される。

実施例 次にこの発明の強化アルミニウム合金の成形方法を実施
例について図面とともに説明する。

実施例１ アルミニウム合金ｒ　６０６１　Ｊ　（ＴＳ　５８０ｍ
？、、ＴＬ　６５０℃）と径が０．５〜１．０μＴ長さ
が１０〜３０ｐのウィスカー（ＳｉＣ）を用い高圧含浸
鋳造方法で複合材（ウィスカ一体積率２５％）を製造し
た。製造し念ウィスカー強化アルミニウム合金６０６１
のビレットを熱間押出しして直径５５箇の丸棒にし、こ
の丸棒を長さ４ｏ■にそれぞれ切断する。更に丸棒（円
柱）の１部を縦方向に切除１′シて試料にする。

この試料を加熱炉で所定の温度に加熱し、所定の温度に
加熱した鍛造金型２に２個の試料（成形用部材）１を第
１図第２図々示のように火箸で移動してセットする。押
板３の降下速度を１５冒／秒、荷重を３０トンで押板３
（底部面積７８．５ｃＩｌ）を降下して第３図々示のよ
うに試料を鍛造し、２個の試料を接合するとともに所定
の形状に成形して成形品４′ｔ−造る。

この成形方法で試料と金型の加熱温度を変えて実験し之
結果は次の表１の通りである。

実 験 結 果（表１ この実験結果から試料の加熱温度がＴＳよシ低い時（実
験１と２）や試料と金型との加熱温度差が大きい時（実
験３）＆：を成形品に割れが生じることが判るし、また
試料加熱温度が高すぎる時（実験６）や金型加熱温度が
高すぎる時（実験５）は成形品よりマトリックスのしみ
出しが生じることが判る。

更に実験４の試料加熱温度（ＴＣ）をＴＳより高くてＴ
Ｓ＋ス（ＴＬ−ＴＳ）　より低い６１０℃にし、かつ金
型加熱温度を’ｌ’ｃ−２００℃より高くてＴＣより低
い４２０℃の条件で成形し念成形品は良好であるととも
に２個の成形用部材を接合しｔ成形品の接合部は完全に
金属結合され、良好に接合されていることが判る。

実施例２ 実施例１と同様にしてアルミニウム合金−６Ｏ６１Ｊ（
’１’ｓ　ｓｓｏ℃、’ｌ’Ｌ６５０℃）とＳｉＣウィ
スカー　とを用いて高圧鋳造法により複合材ビレット（
ウィスカ一体積率３０チ）を製造し念。

このビレットを熱間押出しして、直径６０箇の丸棒にし
、長さ４０−に切断して試料にする。

この試料１１を加熱炉で所定の温度に加熱し、所定の温
度に加熱した鍛造金型１２に２個の試料１１を火箸で移
動して試料の押出方向がパンチ面と平行になるようにセ
ットする（第４図々示）、パンチ１３（底部面積７ｇ、
５ｃｄ）を２０１／秒の降下速度で荷重５０トンで加圧
して第５図々示のように試料を加圧鍛造し、２個の試料
を接合するとともに所定の形状に成形して円柱形の成形
品１４を造る。

この成形方法で試料と鍛造金型の加熱温度を変えて実験
した結果は次の表２の通りである。

実験結果（表２） この実験結果も前記実施例１とほぼ同様な傾向である。

実施例２の成形方法で成形した成形品の組織を観察する
と素材の流動方向に沿ってウィスカーの優先配向が顕著
に認められ（ビレツ）［＃：を優先配向がない）、通常
の鍛造と同様な成果があることが判った。

この成形品から試験片を接合部が中央になるように切り
出して５３０℃Ｘ１）ｉｒでの溶体化処理後に水中で急
冷し、人工時効（１８０℃Ｘ８Ｈｒ）処理（Ｔｓ処理）
した後に強度を測定した結果Ｆｉ表２のとおりであり、
熱間鍛造材とほぼ同等の強度があり、完全に金属結合を
していることが判った。

実施例３ 実施例２と同じ製造方法でアルミニウム合金［７０７５
Ｊ　（ＴＳ４７５℃、ＴＬ６４０℃）とＳｉＣとウィス
カーを高圧鋳造法によシ複合材（ウィスカー体積車２５
ｓ）を製造した。

製造したウィスカー強化アルミニウム合金７０７５を所
定の大きさ（直径６０箇、長さ４０■）の試料にする。

この試料を予め約６０℃の苛性ソーダｉｏ＊水溶液［５
分間浸漬エツチングし、次に加熱炉で５３０℃（ＴＣ）
Ｋ加熱する。そして４００℃に加熱した鍛造金型に２個
の試料を火箸で移動してセットする。

パンチを２０ｍ／秒の降下速度で荷重５０トンで加圧し
て試料を加圧鍛造し、２個の試料を接合するとともに所
定の形状に成形して成形品を造る。

比較のためにこの成形方法と鍛造金型（ＴＤ）の加熱温
度を変えて実験した結果は次の表３の通りである。

実験結果（表３） この実施例３の金型温度４００℃の成形方法で成形した
成形品から試験片を接合部が中央になるように切〕出し
て４６５℃×ＩＨｒで溶体処理後に水冷し、人工時効（
１２０ｔｌ：Ｘ２４Ｈｒ　）処理（Ｔ、処理）した後に
引張り強さを測定し念結果はエツチングしたものの引張
強さ（ＴＳ）は７０Ｋｆｆ／論１であり、エツチングし
ないものの引張強さ（ＴＳ）は６５Ｋｚｆ／ｊである。

この実験結果より加熱前に予めエツチングしたものも、
エツチングしないものもいす力も充分な接合強度を有し
ているが、予めエツチングしたものの方がエツチングし
ないものより接合強度が大きいことが判る。

発明の効果 この発明の強化アルミニウム合金の成形方法は高圧鋳造
法または粉末冶金法により造られたウィスカー強化アル
ミニウム合金からなる複数の成形用部材を所定の温度に
加熱した後に所定の温度に加熱した鍛造金型に移動して
セットし、加圧鍛造して複数の成形用部材を接合すると
ともに所定の形状に成形する方法であるから、通常の固
体温度で鍛造を行う場合より成形所要荷重を小さくする
ことができ、ウィスカーで強化したアルミニウム合金の
複数の成形用部材を鍛造して成形し之成形品の外表面に
割ｔなどが発生することなく、かつ充分な接合強度を有
する成形品に切削加工によるロスが少なく、高い素材の
歩留シで成形することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する際の加圧前の断面図、
第２図は同じく要部の平面図、第３図は同じく加圧後の
断面図、第４図に本発明の方法を実施する際の別の加圧
前の断面図、第５図は同じく加圧後の断面図である。 １は試料、２は鍛造金型、３Ｆｉ押板、４は成形品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧鋳造法または粉末冶金法により造られたウィス
   カー強化アルミニウム合金からなる複数（個）の成形用
   部材を加熱炉でマトリツクスアルミニウム合金の固相線
   温度（ＴＳ）より高い温度で、かつＴＳ＋２／３（ＴＬ
   −ＴＳ）（式中ＴＬはマトリツクスアルミニウム合金の
   液相線温度）の温度より低い温度に加熱した後に、該強
   化アルミニウム合金からなる複数（個）の成形用部材を
   、強化アルミニウム合金の加熱温度（ＴＣ）より２００
   ℃低い温度（ＴＣ−２００℃）からアルミニウム合金の
   加熱温度（ＴＣ）までの範囲の温度に加熱した鍛造金型
   に、セットして複数（個）の成形用部材を接合させると
   ともに所定の形状に成形することを特徴とするウィスカ
   ー強化アルミニウム合金の加工方法。 ２、請求項１記載の強化アルミニウム合金の加工方法に
   おいて、ウィスカー強化アルミニウム合金からなる複数
   （個）の成形用部材を加熱する前に予めアルカリ性水溶
   液にエッチングすることを特徴とする強化アルミニウム
   合金の加工方法。