JPH0625363B2

JPH0625363B2 - 押出加工用Ａ▲ｌ▼基複合ビレツトおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0625363B2
Application number: JP2659087A
Authority: JP
Inventors: 啓之森本; 健一青田; 権一郎大内; 俊幸南出
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPS63195201A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、Al基複合押出材を押出成形するための押出加
工用複合ビレットおよびその製造方法に関する。

（従来の技術）軽量金属であるAlまたはAl合金（以下、単にAl合金とい
うときは、Alも含むものとする。）と、軽量で高強度、
高弾性率で、耐熱性にもすぐれた SiC，Si₃ N₄，Al₂ O₃
などのセラミックスウィスカまたはセラミックス粒子を
強化材として複合化した複合材料は、高比強度、高比弾
性率、高疲労強度で耐熱性にもすぐれ、しかも繊維強化
プラスチックに比べてすぐれた耐熱性を示す。このた
め、軽量化、高性能化が強く志向されている宇宙航空
機，自動車などの輸送機器分野での構造部材やエンジン
部品用素材、およびオフィスオートメーション，精密，
産業機械等の可動，駆動部品、並びにスポーツ用品用の
素材として注目を集めている。

押出加工用複合ビレットとしては、従来粉末冶金法およ
び溶湯鍛造法により製造した、全長が複合材料で形成さ
れたビレットが知られている。

粉末冶金法は、例えば特開昭60−121242号公報に記載の
ようにセラミックスウィスカまたはセラミックス粒子な
どの強化材粉末とAl合金のマトリクス金属粉末とを混合
してカプセルに充填した後、加熱脱ガス処理を施して密
封し、熱間静水圧加圧（以下、ＨＩＰという。）によっ
て粉末同士を焼結一体化して固化成形する方法である。
また、混合粉末の焼結一体化による固化成形には、真空
ホットプレスも利用される。

溶湯鍛造法は、特開昭61−137624号公報に記載されたよ
うに、ウィスカを圧縮成形してプリフォームをつくり、
このプリフォーム内部にAl合金溶湯を含浸させて複合ビ
レットを製造する方法である。

上記方法で製造されたAl基複合ビレットは、静水圧押
出、直接押出又は間接押出により、押出加工に供され、
得られる押出材は所期の構造材や部品素材として利用さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、マトリクス金属とセラミックス強化材と
がビレットの全体にわたって複合化された第６図に示す
複合ビレットを使用して押出加工した場合、第７図に示
すように、押出方向後端部に押しカス部11が残り、押出
製品としての歩留りが低下するという問題がある。特
に、複合材料はスクラップの再生が技術的に困難なた
め、現在のところ再利用できないのが実情であり、歩留
りの低下が材料コストの上昇に直結するので、歩留りの
向上に対する要望が強い。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、Al基複合
押出材の押出加工歩留りの向上を図ることができるAl基
複合ビレットとその好適な製造方法を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために提供された本発明のAl基複合
ビレットは、Al又はAl合金のマトリクス金属とセラミッ
クス強化材とで形成されたAl基複合部1 の少なくとも押
出方向後端側に、固相線温度が前記マトリクス金属のそ
れ以上であるAl又はAl合金からなる押カス形成用基部2
が連成されていることを発明の構成とするものである。

また、本発明の複合ビレットの製造方法は、筒状成形室
にAl又はAl合金のマトリクス金属粉末とセラミックス強
化材粉末とからなる混合粉末を充填して粉状Al基複合部
を形成すると共に、固相線温度が前記マトリクス金属の
それ以上であるAl又はAl合金からなる連成用基部を前記
複合部の軸方向端に充填した後、前記成形室を脱ガス密
封し、加熱状態で前記複合部および基部を加圧し、粉状
Al基複合部の粉末同士を焼結一体化すると共に該複合部
と連成用基部とを拡散接合することを発明の構成とする
ものである。

（作用）本発明のAl基複合ビレットは、Al基複合部の少なくとも
押出方向後端側にセラミックス強化材を含まないAl又は
Al合金からなる基部が形成されているので、押出材の押
出方向後端部に押しカスが残留しても、この部分は安価
な材料で形成されることになり、Al基複合部を無駄なく
押出加工に供することができる。しかも、押しカス部分
は安価な材料のため、除去しても複合押出材のコスト上
昇に影響しない。

また、前記基部は、その固相線温度がマトリクス金属の
それ以上としたので、押出前のビレットの加熱および押
出加工時の加工発熱による液相の出現を防ぐことができ
る。

一方、本発明の複合ビレットの製造方法は、混合粉末が
充填された粉状Al基複合部とその軸方向端に配設充填さ
れた連成用基部とを筒状成形室内で脱ガス密封し、これ
らを加熱状態で加圧するので、粉状Al基複合部中の粉末
同士並びに該複合部と連成用基部とが拡散接合される。

この際、連成用基部は任意の大きさのものが適用でき、
また混合粉末が焼結結合されたAl基複合部と連成用基部
との接合強度にも優れ、ビレット押出加工時に接合部が
破断するという虞れがない。また、粉状Al基複合部は筒
状成形室を適宜の大きさにするだけで任意の大きさに形
成することができる。

（実施例）第１図は本発明のAl基複合ビレットの実施例であり、Al
基複合部1 の押出方向後端側に押カス形成用基部2 が形
成されている。

Al基複合部1 は、Al又はAl合金のマトリクス金属と、該
金属中に分散されかつマトリクス金属と焼結一体化した
セラミックスウィスカーやセラミックス粒子等のセラミ
ックス強化材とで形成されている。

一方、前記基部2 は、固相線温度が前記マトリクス金属
のそれ以上のAl又はAl合金で形成されている。該基部の
軸方向長さは、50mm以上にするのがよい。50mm未満で
は、ビレットの押出時に複合材料が押しカス部に残留す
る虞があり、Al基複合押出製品の歩留りが低下するから
である。もっとも、基部の長さを必要以上に大きくする
と、押出材に不要なAl合金部が多くなり、経済性に劣
る。

上記複合ビレットを押出加工に使用すると、第２図のよ
うに、押カス部5 はすべて安価なAl合金材で形成される
ことになり、Al基複合材としての押出製品の歩留りが向
上する。

因みに、第５図はAl基複合部の後端に固相拡散接合され
た純Al製基部の軸方向長さとAl基複合材としての押出製
品の歩留りとの関係を示すグラフ図であり、同図より、
基部が50mm以上の場合、良好な歩留りが得られることが
看取される。尚、同図は、φ150 ×長さ 450mmのAl基複
合ビレットを押出比10で押出加工して得られたデータで
あり、Al基複合部はSiC ウィスカと7075Al合金粉末との
混合粉末（SiC ウィスカの配合割合18体積％）をＨＩＰ
により焼結一体化したものである。

第３図は本発明の複合ビレットの他の実施例であり、基
部2 が形成されたAl基複合部1 の押出方向先端側に冠部
3 が形成されている。

該冠部3 は、基部2 と同様、固相線温度が前記マトリク
ス金属のそれ以上のAl又はAl合金で形成されている。ビ
レットの押出の際に液相が生じるのを防止するためであ
る。該冠部3 の軸方向長さは30mm程度でよい。

冠部3 は下記の理由により形成されている。すなわち、
Al基複合材は難加工材であるため、押出加工時に押出遷
移領域になる押出材先端部は、加工抵抗が大きく、第２
図および第７図のように、クラック6 が発生する場合が
ある。冠部3 を形成しておくと、第４図に示すように、
該冠部3 は軟質材で形成されているため、その押出部7
にはクラックが発生せず、複合押出材の歩留りを更に向
上させることができる。

次に、叙上の実施例に係る複合ビレットの製造方法につ
いて説明する。

まず、ＨＩＲ処理用の軟質金属で形成された筒状カプセ
ルを準備し、該カプセル内部の筒状成形室に、Al合金粉
末とセラミックス強化材粉末との混合粉末を充填して粉
状Al基複合部を形成すると共に、固相線温度が前記Al合
金のそれ以上であるAl合金粉末を前記粉状Al基複合部の
後端のみ又は先端および後端の両端に充填して、連成用
基部のみ又は連成用冠部および連成用基部の両者を形成
する。

この場合、前記基部および冠部はAl合金粉末に限らず、
塊状のAl合金材であってもよい。

次に、筒状成形室を脱ガスし、密封する。この場合、脱
ガスを促進するため加熱してもよい。その後、カプセル
をＨＩＰ処理にかけ、筒状成形室内の金属粉末同士を焼
結一体化すると共に、粉状Al基複合部と連成用基部およ
び連成用冠部とを拡散接合する。

また、加圧コンテナ内の筒状成形室に同様の方法で粉状
Al基複合部や連成用基部等を充填形成し、真空ホットプ
レスによって粉末同士の焼結や各部の拡散接合により、
本発明の複合ビレットを形成することができる。

本発明の製造方法によれば、Al基複合部並びに基部およ
び冠部を任意の長さに成形することが容易で、しかも各
部の接合強度も充分高くすることが可能で、押出加工時
に各部の境界が破断する虞れを確実に防止することがで
きる。

ところで、Al基複合部に基部や冠部を連成する手段とし
て、これらを溶接により接合する方法が考えられるが、
Al基複合材料とAl合金との溶接は技術的に困難であり、
また充分な接合強度が得られず、押出時に接合部が破断
する虞れがあるため、本発明の複合ビレットの製造に適
用することは好ましくない。

また、特開昭61−137624号には、Al基複合材の押出方向
先端側にAl合金材を冠着形成した複合ビレットが開示さ
れているが、この場合、両者は溶湯鍛造法で連成されて
いる。従って、本質的に長尺の複合ビレットの製造が困
難であり（通常、溶湯鍛造法では成形体の長さ／径が１
程度のものを製造対象としている。）、生産性が悪く、
押出加工時の押出製品の歩留りが低いという欠点があ
る。更に、開示の複合ビレットは、複合材のマトリック
スメタルを押出終期まて複合材押出部の軸方向外周面に
被着させて、ダイスと複合材との摩擦を回避するための
構造を提供しているものであり、本発明に係る基部並び
に実施例に係る冠部と技術的思想を異にするものであ
る。

次に具体的な製造実施例を掲げて説明する。

製造実施例１ (1)SiC ウィスカと6061Al合金粉末とを均一に混合し
て、SiC ウィスカが20体積％配合された混合粉末を調製
した。

(2)軟鋼製の円筒状カプセルに粉状Al基複合部として(1)
の混合粉末を軸方向長さで 500mm充填し、その上に連成
用基部として純Alの鋳塊を60mm充填した後、 500℃に加
熱しながら脱気して密封した。

(3)このカプセルに 625℃，1000kgf/cm²，４HrのＨＩＰ
処理を施した後、カプセルを除去して精整加工してφ15
0 ×長さ550 mmの複合ビレットを得た。該ビレットの前
端部には長さ55mmの純Al製基部が形成されていた。

(4)この複合ビレットを押出比15で押出加工に供したと
ころ、Al基複合材としての押出製品の歩留りは89％であ
った。

尚、Al基複合材のみからなる同寸法の複合ビレットを同
様の条件で押出加工に供したところ、歩留りは74％であ
り、本発明の複合ビレットに比べて歩留りはかなり低い
値であった。

製造実施例２ (1)SiC ウィスカと2024Al合金粉末とを均一に混合し
て、SiC ウィスカが25体積％配合された混合粉末を調製
した。

(2)軟鋼製の円筒状カプセルに、まず2024Al合金粉末を
連成用冠部として50mm充填し、次いでAl基複合部として
(1)の混合粉末を 500mm充填し、更に連成用基部として2
024Al合金粉末を70mm充填した後、470 ℃で脱気処理し
て密封した。

(3)このカプセルに 500℃，1300kgf/cm²，３HrのＨＩＤ
処理を施した後、カプセルを除去して精電加工を施して
φ150 ×長さ600 mmの複合ビレットを得た。該ビレット
の先端部には長さ30mmのAl合金製冠部が形成され、後端
部には長さ55mmのAl合金製基部が形成されていた。

(4)この複合ビレットを押出比20で押出加工に供したと
ころ、Al基複合材としての押出製品の歩留りは91％であ
った。

尚、Al基複合材のみからなる同寸法の複合ビレットを同
様の条件で押出加工に供したところ、歩留りは75％であ
り、本発明の複合ビレットを使用した場合に比べて歩留
りの低下が著しい。

製造実施例３ (1)Sic ウィスカと7075Al合金粉末とを均一に混合し
て、SiC ウィスカが15体積％配合された混合粉末を調製
した。

(2)真空ホットプレスのコンテナ内の筒状成形室に、ま
ず7075Al合金鋳塊を連成用冠部として35mm充填し、次い
で粉状Al基複合部として(1)の混合粉末を500 mm充填
し、更に連成用基部として7075Al合金鋳塊を60mm充填し
た。

(3)その後、真空排気を行い、500 ℃、1000kgf/cm²、2H
r の真空ホットプレス処理により固化成形してφ200 ×
長さ350 mmの複合ビレットを製造した。前記冠部および
基部は混合粉末が焼結一体化したAl基複合部に拡散接合
されていた。

(4)この複合ビレットを押出比25で押出加工に供したと
ころ、Al基複合材としての押出製品の歩留りは89％であ
った。

尚、Al基複合材のみからなる同寸法の複合ビレットを同
様の条件で押出加工に供したところ歩留りは68％であ
り、本発明の複合ビレットに比べて歩留りは著しく低い
値であった。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明の複合ビレットによれば、Al
基複合部の押出方向後端に所定の固相線温度を有するAl
合金で形成された押カス形成用基部が設けられているか
ら、押カス部を前記Al合金で形成でき、押出加工に際し
て、Al基複合押出材としての製品歩留りの向上並びに製
品コストの低減を図ることができる。

また、本発明の製造方法によれば、粉状Al基複合部を焼
結一体化でき、かつ焼結一体化されたAl基複合部と連成
用基部とを拡散接合することができるので、各部を任意
の大きさに容易に形成でき、また両部の境界における接
合強度も優れるので、押出加工時に境界部において破断
する虞れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明実施例に係るAl基複合ビレ
ットおよび同複合ビレットによる押出材全体の縦断面
図、第３図および第４図は他の実施例に係るAl基複合ビ
レットおよび同複合ビレットによる押出材全体の縦断面
図、第５図はAl基複合ビレットの後端部に形成された基
部の軸方向長さとAl基複合材としての押出製品の歩留り
との関係を示すグラフ図、第６図および第７図は従来の
Al基複合材のみからなるビレットおよび同ビレットによ
る押出材全体の縦断面図である。１……Al基複合部、２……押カス成形用基部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Al又はAl合金のマトリクス金属とセラミッ
クス強化材とで形成されたAl基複合部1 の少なくとも押
出方向後端側に、固相線温度が前記マトリクス金属のそ
れ以上であるAl又はAl合金からなる押カス形成用基部2
が連成されていることを特徴とする押出加工用Al基複合
ビレット。
【請求項２】筒状成形室にAl又はAl合金のマトリクス金
属粉末とセラミックス強化材粉末とからなる混合粉末を
充填して粉状Al基複合部を形成すると共に、固相線温度
が前記マトリクス金属のそれ以上であるAl又はAl合金か
らなる連成用基部を前記複合部の軸方向端に充填した
後、前記成形室を脱ガス密封し、加熱状態で前記複合部
および基部を加圧し、粉状Al基複合部の粉末同士を焼結
一体化すると共に該複合部と連成用基部とを拡散接合す
ることを特徴とする押出加工用Al基複合ビレットの製造
方法。