JPH05179306A

JPH05179306A - Ｆｅ系合金部材の製造方法

Info

Publication number: JPH05179306A
Application number: JP32914391A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kakehashi; 伸一郎梯; Toshiro Kimura; 敏郎木村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-07-20

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｆｅ系合金を主組成物とする材料を成形する
場合に、粒界結合の形成を容易化することにより、必要
な加圧力の低減、材料の加熱温度の低下、加圧保持時間
の削減を図り、生産性を高める。【構成】Ｆｅ系合金を主組成物とする材料粉末を冷間
で加圧し、密度比５０〜９７％の圧粉成形体Ｐを形成し
た後、この圧粉成形体Ｐを加熱してダイ１の内部に挿入
し、上パンチ３および下パンチ２により圧粉成形体Ｐを
密度比８５〜９８％まで加圧成形したうえ、ダイ１の内
部に余剰空間を画成し、さらにこの余剰空間内への材料
流れを生じさせつつ圧粉成形体Ｐに変形の自由度を与え
ることにより、圧粉成形体Ｐを密度比９８〜１００％、
必要に応じては塑性変形域まで連続的に圧縮し、成形品
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＦｅ系合金部材の粉末鍛
造方法に係わり、特に、従来法よりも成形条件が緩和で
きる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、Ｃ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｖ等を含有するＦｅ系合金からなる成形体を材料粉
末から製造する場合には、従来、焼結あるいは焼結鍛造
等の製造方法が一般的に採られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記焼結ま
たは焼結鍛造では、Ｆｅ系合金粒子同志の接合のため
に、長時間の加熱保持、および相当に高い温度，高い圧
力を必要とするために、製造コストがかかる、またはプ
レス設備に要求される能力が高く、生産性が低いという
問題を有していた。

【０００４】例えば、この種の合金を焼結により成形す
る場合、予め５〜６ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で冷間加圧成
形された圧粉成形体を、１１００〜１１５０℃，Ｈ₂ま
たはＮＨ₃分解ガス等の還元雰囲気で、０．５〜１ｈ加
熱保持して製造されている。

【０００５】さらに、強度，寸法精度を要求される部品
については、上記加熱保持を９５０〜１１００℃で行
い、第１次焼結した後、１１００℃に加熱された第１次
焼結体を６〜８ｔｏｎ／ｃｍ²の衝撃圧力でコイニング
またはフォージングを行い、密度比９７〜１００％に
し、さらに必要ならば１１００〜１１５０℃で第２次焼
結を行って製造されている。

【０００６】また、上記工程を経ても、成形体内に微小
な気孔が残存し、鍛造工具面の近傍には、欠陥が残存す
るという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、本発明の第１の製造方法
は、Ｆｅ系合金を主組成物とする材料粉末を冷間で加圧
し、密度比５０〜９７％の圧粉成形体を形成した後、こ
の圧粉成形体を加熱してダイの内部に挿入し、上パンチ
および下パンチにより圧粉成形体を密度比８５〜９８％
まで加圧成形したうえ、前記ダイの内部に余剰空間を画
成し、さらにこの余剰空間内への材料流れを生じさせつ
つ圧粉成形体に変形の自由度を与えることにより、圧粉
成形体を密度比９８〜１００％、必要に応じては塑性変
形域まで連続的に圧縮し、成形品を得ることを特徴とし
ている。

【０００８】また、本発明の第２の製造方法は、Ｆｅ系
合金を主組成物とする材料粉末を冷間で加圧し、密度比
５０〜９７％の圧粉成形体を形成した後、この圧粉成形
体を加熱してダイ，上パンチ，および下パンチにより画
成されるキャビティ内に挿入し、圧粉成形体を上パンチ
および下パンチにより加圧しつつ、前記キャビティの内
壁面の一部を構成するスライド部材を圧粉成形体に圧接
させつつ後退させ、圧粉成形体の内部で材料流れを生じ
させることにより、圧粉成形体を密度比９８〜１００
％、必要に応じては塑性変形域まで連続的に圧縮し、成
形品を得ることを特徴としている。

【０００９】なお、上記いずれの方法においても、前記
ダイ内部での成形過程における前記圧粉成形体の温度
を、７５０℃以上かつ前記Ｆｅ系合金の液相温度以下に
保つことが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明の製造方法では、まず、材料粉末を冷間
加圧して密度比５０〜９７％の圧粉成形体を成形したう
え、これを加熱してダイに入れ、ダイの内部で圧粉成形
体を構成する粒子を熱間圧着させ、予備的に粒界結合さ
せる。これにより、後の変形に耐え得る強度を有する中
間成形体にする。続いて、ダイの内部に余剰空間を画成
しつつ、中間成形体を圧縮することにより、この余剰空
間に向けて材料流れを生じさせ、内部の個々の粒子に変
形の自由度を与え、中間成形体の内部で個々の粒子を潰
して粒子表面の酸化被膜を破り、バルク金属面を露出さ
せる。

【００１１】これにより、比較的小さい加圧力で粒界結
合を形成することが容易となり、同じ密度比を得るのに
必要な加圧力が低減できるうえ、材料の加熱温度が低く
て済み、加圧保持時間も削減できる。したがって、生産
性を高めることが可能である。また、中間成形体に変形
の自由度を与えることにより、成形体の密度分布が均一
かつ表層欠陥が少なくなるため、伸び特性や耐衝撃特性
が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係わるＦｅ系合金部材の製造
方法の実施例を詳細に説明する。図１は第１実施例の方
法に使用する装置の断面図であり、符号１は円筒形のパ
ンチ孔（１Ａ＋１Ｂ）を有するダイ、２はパンチ孔に下
方から挿入された下パンチ、３はパンチ孔に上方から挿
入された上パンチである。パンチ孔の上部１Ａは下部１
Ｂよりも半径差Ｄだけ径が小さく、これらの間には段部
１Ｃがある。ダイ１の内部には、図示しないヒーターが
設けられ、ダイ１，下パンチ２，上パンチ３の温度を自
在に調整できるようになっている。

【００１３】下パンチ２の外径は、材料漏れが生じない
程度にパンチ孔下部１Ｂよりも僅かに径が小さく設定さ
れ、その上部にはパンチ孔上部１Ａの内径よりも僅かに
外径の小さい段部２Ａが形成されている。また、上パン
チ３の外径はパンチ孔上部１Ａよりも僅かに小さく設定
されている。そして下パンチ２および上パンチ３は、図
示しない駆動機構により、それぞれ別個にダイ１に対し
相対的に上下駆動されるようになっている。

【００１４】ここで、開放率を次式のように定義する。開放率＝（パンチ孔１Ｂの断面積−パンチ孔１Ａの断面
積）／（パンチ孔１Ｂの断面積）

【００１５】本実施例では、この開放率が３〜４０％、
好ましくは５〜３０％とされる。開放率３％未満では、
中間生成物を鍛造する過程で粒子に十分な変形自由度を
付与する効果に乏しく、十分な緻密化が困難である。４
０％より大では、材料流れが生じる際に中間成形体の表
層部に引っ張り応力が生じ、クラックが発生しやすい。

【００１６】ダイ１，下パンチ２，上パンチ３の材質
は、外枠部分は工具鋼で十分であるが、少なくとも成形
体に接する部分はＭｏ合金（例えばＴ．Ｚ．Ｍ）やＷ合
金（例えばアンビロイ）で成形することが望ましい。成
形体に接する部分にセラミックコーティング等の表面処
理を施すことも有効である。

【００１７】次に、上記装置を用いたＦｅ系合金部材の
製造方法を説明する。この方法に使用される材料粉末
は、水アトマイズ法、還元法等いかなる粉末製造方法に
よって得られたＦｅ系合金粉末でもよい。粉末に添加さ
れる元素としては、従来この種の合金に使用されている
いずれの元素も使用可能である。例えば、Ｃ，Ｃｕ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等が使用可能で、勿論複数種を
混合してもよい。また、物性を改善するために、ステア
リン酸亜鉛ＷＳ₂，ＭｏＳ₂，ＣａＦ₂，ＢａＦ₂，ＬｉＦ
等の固体潤滑剤やその他各種のフィラーを添加してもよ
い。

【００１８】この方法ではまず、材料となるＦｅ系合金
粉末を、図示しないプレス装置により通常通りに冷間で
圧粉成形し、密度比５０〜９７％，好ましくは７０〜９
０％の圧粉成形体Ｐとする。この段階での密度比が５０
％未満であると取扱い時に破損する可能性が高い一方、
９７％よりも高い密度比まで成形することは困難であ
る。

【００１９】次に、圧粉成形体Ｐを図示しない予熱装置
により、７５０℃以上かつそのＦｅ系合金の液相温度以
下に予熱する。予熱温度が７５０℃未満では変形抵抗が
高く、材料流れを生じさせるのに過大な加圧力を要する
一方、そのＦｅ系合金の液相温度を越えれば当然、圧粉
成形体Ｐが溶解してしまう。

【００２０】続いて、図１に示す装置の下パンチ２の段
部２Ａをパンチ孔上部１Ａに進入させた状態で、加熱さ
れた圧粉成形体Ｐをパンチ孔上部１Ａ内に入れる。この
時、ダイ１，上パンチ３，下パンチ２も圧粉成形体Ｐと
同程度の温度に予熱しておくことが望ましい。

【００２１】次いで、下パンチ２は動かさずに、上パン
チ３を降下させ、圧粉成形体Ｐを密度比８５〜９８％，
好ましくは９０〜９８％に熱間圧着して中間成形体Ｑと
する。密度比が８５％未満では中間成形体Ｑが後の鍛造
に耐えられない。

【００２２】続いて、中間成形体Ｑが鍛造に耐え得る強
度となったら、下パンチ２の降下を開始する。この間、
上パンチ３は停止することなく連続的に降下し続ける。
下パンチ２の降下速度は上パンチ３とほぼ等しく設定さ
れ、両者は中間成形体Ｑを挟んで固定しつつ降下する。
中間成形体Ｑがパンチ孔下部１Ｂ内に移動したら、下パ
ンチ２を停止し、降下し続ける上パンチ３により、パン
チ孔下部１Ｂ内で中間成形体Ｑをさらに圧縮する。

【００２３】この時点で、中間成形体Ｑの周囲には、円
筒状の余剰空間が生じていることになる。このため、図
２に示すように中間成形体Ｑは潰れてパンチ孔下部１Ｂ
の内壁面まで拡径し、さらに上下端に円環状の膨出部Ｓ
を生じる。このため、中間成形体Ｑの内部では粒子に変
形の自由度が与えられ、個々の粒子の酸化被膜が破れて
粒子間結合が形成されるため、密度比９８〜１００％ま
で緻密化され、中間成形体Ｑは鍛造成形体Ｒとなる。

【００２４】鍛造成形体Ｒが十分に緻密化したら、図３
に示すように下パンチ２を降下させてダイ１から引き抜
き、さらに上パンチ３を下げて鍛造成形体Ｒをダイ１か
ら押し出し、次工程へと移送する。

【００２５】そして図４に示すように下パンチ２を初期
位置に復帰させ、上パンチ３を上方に待避させて、パン
チ孔上部１Ａに新たな圧粉成形体Ｐを挿入する。以下、
同様に上記サイクルを繰り返して次々に鍛造成形体Ｒを
得ればよい。

【００２６】上記構成からなるＦｅ系合金部材の製造方
法によれば、圧粉成形体Ｐをダイ１の内部で熱間圧着
し、個々の粒子を予備的に結合させて、後の変形に耐え
得る強度を有する中間成形体Ｑにしたうえ、ダイ１の内
部に余剰空間を画成し、この余剰空間に向けて材料流れ
を生じさせることにより、中間成形体Ｑを変形させつつ
圧縮するから、中間成形体Ｑの内部では個々の粒子が潰
れて粒子表面の酸化被膜が破れ、バルク金属面が露出す
る。このため、比較的小さい加圧力で粒界結合を形成す
ることが容易で、同じ密度比を得るに必要な加圧力が低
減できるとともに、材料の加熱温度が低下し、加圧保持
時間も削減でき、生産性を高めることも可能である。

【００２７】なお、上記の例では単純化のためパンチ孔
１Ａの断面形状を円形にしていたが、各部の形状は製造
すべき物品に合わせて適宜変更してよいのは勿論であ
る。

【００２８】次に、図５ないし図８は本発明の第２実施
例に使用される装置を示す図である。図中符号１０はダ
イ、１０Ａはパンチ孔、１２は下パンチ、１６は上パン
チであり、この例の特徴は、下パンチ１２および上パン
チ１６の外周に、それぞれ筒状のスリーブ１４，１８が
通され、これらスリーブ１４，１８が各パンチ１２，１
６とは独立して昇降されることにある。スリーブ１４，
１８の肉厚は、下記の式で規定される開放率が、上記実
施例と同様となるように決定される。開放率＝（スリーブの断面積）／（パンチ孔１０Ａの断
面積）

【００２９】この装置を用いてＦｅ系合金部材を製造す
るには、上記実施例と同様に圧粉成形体Ｐを成形および
予熱した後、下パンチ１２および下スリーブ１４を揃え
た状態で、図５に示すようにダイ１０のパンチ孔１０Ａ
に、圧粉成形体Ｐを挿入する。

【００３０】次いで、図６に示すように、上パンチ１６
および上スリーブ１８を揃えて降下させると同時に、下
パンチ１２および下スリーブ１４を揃えて上昇させ、圧
粉成形体Ｐを圧縮して前記実施例と同様の中間成形体Ｑ
を熱間圧着成形する。

【００３１】さらに連続して、図７に示すように、上パ
ンチ１６を降下させつつ、これに対して上スリーブ１８
を上昇させる一方、下パンチ１２を上昇させつつ、下ス
リーブ１４を下パンチ１２に対して降下させ、中間成形
体Ｑを圧縮（鍛造）する。これにより、上下スリーブ１
４，１８が後退して生じた円環状の余剰空間へ向けて材
料流れが生じ、中間成形体Ｑ内の粒子同志の結合力が強
化して緻密化され、鍛造成形体Ｒとなる。

【００３２】その後、図８に示すように、上パンチ１６
と上スリーブ１８を上方に待避させ、下パンチ１２と下
スリーブ１４を揃えて上昇させ、鍛造成形体Ｒをダイ１
から突き出して、１サイクルが終了する。

【００３３】この実施例の方法では、前記第１実施例の
効果に加え、次の効果も得られる。すなわち、この例で
は上スリーブ１８と下スリーブ１４を昇降制御すること
により、材料流れの進行と余剰空間の形成とを正確に制
御できるから、材料流れの先端Ｓに各スリーブ１４，１
８により常に一定圧力をかけながら、これらスリーブ１
４，１８を後退させることができる。このようにする
と、材料流れの先端Ｓに圧力をかけない場合に比して、
材料流れの先端面に引張応力が生じにくく、引張応力に
起因したクラックが生じにくいのである。

【００３４】また、材料流れの先端Ｓの形状を制御でき
るから、鍛造成形体Ｒの形状を製品の最終形状に近づけ
ておくことにより、成形後の加工量が少なくて済む利点
も有する。

【００３５】次に、図９ないし図１３は本発明の第３実
施例を示し、図中符号２０はダイ、２２は下パンチ、２
４は上パンチであり、この例ではダイ２０の内部に、パ
ンチ孔２０Ａの内壁面に互いに対向して開口する一対の
スリット２５が形成され、これらスリット２５内に、水
平方向摺動可能なスライド２６がそれぞれ挿入されてい
る。

【００３６】これらスライド２６をいっぱいに挿入した
状態において、各スライド２６の先端面は、パンチ孔２
０Ａの内壁面と一致する。スライド２６の厚さは成形体
最終高さの５〜３０％程度が望ましい。理由は第１実施
例と同様である。

【００３７】この装置を用いたＦｅ系合金部材の製造方
法は、以下の通りに行う。まず、図９に示すように各ス
ライド２６の先端面をパンチ孔２０Ａの内壁面と一致さ
せた状態で、予熱しておいた圧粉成形体Ｐを挿入する。

【００３８】次いで、図１０に示すように、上パンチ２
４と下パンチ２２により圧粉成形体Ｐを熱間圧着し、予
熱時より高い密度を有する中間成形体Ｑとした後、図１
１に示すように各スライド２６を後退させつつ、同時に
上下方向の圧縮を続行する。すると、各スライド２６が
後退するにつれ、余剰空間が生じてそこへ材料が流れて
いき、凸部Ｓが形成され、中間成形体Ｑが緻密化されて
鍛造成形体Ｒとなる。

【００３９】そして、図１２に示すように下パンチ２２
を待避させたうえ、上パンチ２４を降下させ、前記凸部
Ｓを切断して成形体Ｒのみをダイ２０から突き出す。さ
らに図１３に示すように上パンチ２４を上方に待避さ
せ、各スライド２６を復帰させて各凸部Ｓを落下させ、
１サイクルを完了する。

【００４０】この例でも、前記第２実施例と同様に、各
スライド２６により材料流れの先端Ｓに圧力をかけなが
ら鍛造することができ、静水圧のかかった状態で変形さ
せることが可能であるから、材料流れの先端Ｓに引張応
力が生じにくく、クラックが発生しにくい。また、凸部
Ｓを成形体Ｒの突き出しとともに切断するため、潤滑剤
の巻き込み等により凸部Ｓを切断する必要がある場合に
は、後加工の手間がその分省けるという利点も有する。

【００４１】次に、図１４ないし図１７は本発明の第４
実施例を示し、この例では、ダイが上ダイ３０と下ダイ
３２に上下２分割され、上ダイ３０は駆動機構により上
昇可能となっている。符号３６は下パンチ、３８は上パ
ンチである。

【００４２】この方法ではまず、図１４に示すように上
ダイ３０と下ダイ３２とを当接させた状態で、パンチ孔
３４に、予熱した圧粉成形体Ｐを挿入する。次いで、図
１５に示すように上パンチ３８と下パンチ３６により圧
粉成形体Ｐを熱間圧着して中間成形体Ｑとした後、図１
６に示すように上ダイ３０を一定長だけ上昇させ、圧縮
を続行する。すると、上ダイ３０と下ダイ３２の間に余
剰空間４０が生じ、そこへ材料が流れて凸部Ｓが形成さ
れるとともに、中間成形体Ｑが緻密化されて鍛造成形体
Ｒとなる。

【００４３】次いで、図１７に示すように上パンチ３８
を上方に待避させた後、下パンチ３６を上昇させ、前記
凸部Ｓを切断して成形体Ｒのみをダイから突き出して１
サイクルを完了する。

【００４４】図１８および図１９は、第１実施例の装置
を改良したものである。まず、図１８の例は、パンチ孔
１Ａの下部に２段階に拡径する第１段部５０、第２段部
５２をそれぞれ形成したものであり、まずパンチ孔１Ａ
の上部内で、予熱した圧粉成形体Ｐを熱間圧着した後、
第１段部５０内および第２段部５２内で密度比９８〜１
００％に本鍛造する。パンチ孔１Ａから第１段部５０へ
移行する際の開放率は５〜１０％、第１段部５０から第
２段部５２へ移行する際の開放率は１０〜３０％程度で
あることが望ましい。

【００４５】この場合にも、上パンチを連続的に降下し
続けさせ、下パンチ２はパンチ圧力に応じて段階的に降
下させることにより、熱間圧着→予備鍛造→本鍛造が連
続的に切れ目なく進行する。

【００４６】一方、図１９は、パンチ孔１Ａの下部５４
を下方に開くテーパ状に形成したことを特徴とするもの
で、パンチ孔１Ａの上部内で圧粉成形体Ｐを熱間圧着し
た後、下パンチ２を徐々に降下させ、上パンチにより中
間成形体Ｑを加圧していき、最下位置で鍛造を完了する
ようにする。

【００４７】この例によれば、下パンチ２の降下速度を
調整することにより、中間成形体Ｑの外周面に常に圧力
をかけつつ鍛造を行なえるため、この効果の得られる他
の実施例に比して装置の構成が単純でありながら、中間
成形体Ｑの外周面にクラックが生じにくい利点を有す
る。

【００４８】なお、テーパ部５４の断面角度αは３〜１
５゜より好ましくは５〜１０゜であることが望ましく、
３゜未満では本発明の効果が得られず、１５゜より大で
は成形体にクラックが生じやすくなる。また、図１９の
ようなテーパ部５４と図１８の段部５０，５２を組み合
わせてもよい。

【００４９】次に、図２０および図２１はさらに別の実
施例を示す平面図であり、この例ではダイ６０が、中央
にパンチ孔６０Ａを画成する４つのブロック６２で構成
されている。

【００５０】各ブロック６２はパンチ孔６０Ａの中心に
向けて図示しない付勢手段により付勢されており、パン
チ孔６０Ａ内で中間成形体Ｑを形成した後、さらに圧力
を上げると、図２１に示すように各ブロック６２が互い
に離間し、パンチ孔６０Ａの内径が拡大するとともに、
各ブロック６２の間に間隙６４が生じるように構成さ
れ、中間成形体Ｑは拡径方向および前記間隙６４のそれ
ぞれに向けて材料流れＳを生じつつ鍛造される。

【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、各実施例の構成を適宜組み合わせてもよい
し、ダイ，上下パンチ等の形状は任意に変更してよく、
さらに各部の駆動を行う機構としては、従来周知のいか
なる機構を用いてもよい。

【００５２】

【実験例】次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証す
る。Ｆｅ系合金としてＦＨ１５，ＦＳ９０を使用し、下
記の比較例、実験例の製造方法により直方体状のＦｅ系
合金部材を作成し、それらの物性を比較した。なお、上
記各合金の組成は以下の通りである（単位ｗｔ％）。ＦＨ１５：０．６〜１．１Ｃ，２〜４Ｃｕ，残部ＦｅＦＳ９０：０．４〜０．６Ｃ，１．７５〜２．２５Ｎ
ｉ，０．３〜０．６Ｍｏ，残部Ｆｅ

【００５３】（比較例）図２２に示す装置により、直方
体状のＦｅ系合金部材を成形した。符号７０はダイであ
り、このダイ７０には平面視１２ｍｍ×５７ｍｍのパン
チ孔が形成されている。７２は下パンチ、７４は上パン
チである。

【００５４】ＦＨ１５，ＦＳ９０の各粉末６０ｇをそれ
ぞれパンチ孔に充填し、各パンチ７２，７４により常温
６ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で圧縮し、圧粉成形体とした
後、１１００℃〜１１５０℃でＮＨ₃分解ガス中で１ｈ
焼結して、焼結成形体とした。

【００５５】その後、ＦＳ９０からなる焼結成形体を１
１００℃に予熱したうえ、図２２とほぼ同一構造の装置
を用い、８ｔｏｎ／ｃｍ²の衝撃圧力でコイニングし、
密度比９９％の焼結鍛造体を得た。さらに、コイニング
後の焼結鍛造体の一部に対し、焼入・焼戻処理を行っ
た。

【００５６】（実験例）一方、図２３に示す装置によ
り、直方体状のＦｅ系合金部材を成形した。符号８０は
ダイであり、上記ダイ７０と全く同一である。符号８
４，８２は断面矩形状の上パンチ，下パンチで、その両
側面に沿って矩形板状のスライド部材８６，８７がそれ
ぞれ配置され、別個に駆動されるようになっている。上
パンチ８４の水平断面寸法は１２×５０ｍｍ、スライド
８６，８７の水平断面寸法は１２×３．５ｍｍである。

【００５７】ＦＨ１５，ＦＳ９０の各粉末を上記比較例
と同様に圧粉成形体とした後、これらを８００℃に予熱
する一方、ダイ８０も同温度に予熱し、パンチ孔に圧粉
成形体を挿入した。そして、上パンチ８４とスライド８
６を揃えて圧粉成形体を密度比９０％まで圧縮し、さら
に各スライド８６を相対的に後退させつつ上パンチ８４
を降下させ、最終的に８ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力に至るま
で圧縮し、鍛造成形体を得た。この鍛造成形体の寸法は
１２×５７×１０ｍｍとなり、両端の上下にはそれぞれ
１２×３．５×５ｍｍの突起が形成された。さらにＦＳ
９０からなる鍛造成形体の一部には、焼入焼戻処理を施
した。

【００５８】次に、比較例，実験例のうち焼入焼戻を施
していない４種の成形体を、長手方向に沿って縦に２分
割し、その断面の各点（計２５点）における硬度をＨ_R
Ｂにより測定した。測定した硬度を等高線表示した結果
を、図２４ないし図２７に示す。

【００５９】図２４および図２５は、ＦＨ１５における
結果であり、図２４は比較例、図２５は実験例の方法で
それぞれ得られたものである。硬さ分布は密度分布に体
応する。図２６および図２７はＦＳ９０での結果であ
り、図２６は比較例、図２７は実験例の方法でそれぞれ
得られたものである。図から明らかなように、実験例の
方法によれば成形体の内部に材料流れが生じ、比較例の
方法と同圧力でありながら、はるかに均質化されてい
る。

【００６０】一方、表１は、得られた６種の試験片の特
性を示したものである。比較例に比して実験例では強
度，延性，靱性ともに向上していることがわかる。ま
た、熱処理を行った試験片においては、伸びを同等に保
ったまま、強度を上げることができる。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるＦ
ｅ系合金部材の製造方法では、材料粉末を冷間加圧して
密度比５０〜９７％の圧粉成形体を成形したうえ、これ
を加熱してダイに入れ、ダイの内部で圧粉成形体を構成
する粒子を熱間圧着させ、予備的に粒界結合させる。こ
れにより、後の変形に耐え得る強度を有する中間成形体
にする。続いて、ダイの内部に余剰空間を画成しつつ、
中間成形体を圧縮することにより、この余剰空間に向け
て材料流れを生じさせ、内部の個々の粒子に変形の自由
度を与え、中間成形体の内部で個々の粒子を潰して粒子
表面の酸化被膜を破り、バルク金属面を露出させる。

【００６３】これにより、比較的小さい加圧力で粒界結
合を形成することが容易となり、同じ密度比を得るのに
必要な加圧力が低減できるうえ、材料の加熱温度が低く
て済み、加圧保持時間も削減可能で、生産性を高めるこ
とが可能である。また、中間成形体に変形の自由度を与
えることにより、成形体の密度分布が均一かつ表層欠陥
が少なくなるため、伸び特性や耐衝撃特性が向上でき
る。

【００６４】一方、予熱した圧粉成形体をダイ，上パン
チ，および下パンチにより画成されるキャビティ内に挿
入し、圧粉成形体を上パンチおよび下パンチにより加圧
しつつ、キャビティの内壁面の一部を構成するスライド
部材を圧粉成形体に圧接させつつ後退させ、圧粉成形体
の内部で材料流れを生じさせた場合には、材料流れの先
端に常に圧力をかけることができ、材料流れの先端面に
引張応力が生じにくく、引張応力に起因したクラックが
生じることが防げる。また、材料流れの先端の形状を制
御できるから、最終成形体の形状を製品の最終形状に近
づけておくことにより、成形後の加工量が少なくて済
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＦｅ系合金部材の製造方法の第
１実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図である。

【図２】第１実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図３】第１実施例での成形体突き出し過程を示す縦断
面図である。

【図４】第１実施例での圧粉成形体の挿入過程を示す縦
断面図である。

【図５】本発明の第２実施例での圧粉成形体の挿入過程
を示す縦断面図である。

【図６】第２実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図で
ある。

【図７】第２実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図８】第２実施例での成形体突き出し過程を示す縦断
面図である。

【図９】本発明の第３実施例での圧粉成形体の挿入過程
を示す縦断面図である。

【図１０】第３実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図
である。

【図１１】第３実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図１２】第３実施例での成形体突き出し過程を示す縦
断面図である。

【図１３】第３実施例での後処理過程を示す縦断面図で
ある。

【図１４】本発明の第４実施例での圧粉成形体の挿入過
程を示す縦断面図である。

【図１５】第４実施例での熱間圧着過程を示す縦断面図
である。

【図１６】第４実施例での鍛造過程を示す縦断面図であ
る。

【図１７】第４実施例での成形体突き出し過程を示す縦
断面図である。

【図１８】本発明の第５実施例に使用される装置の縦断
面図である。

【図１９】本発明の第６実施例に使用される装置の縦断
面図である。

【図２０】本発明の第７実施例に使用される装置の平面
図である。

【図２１】第７実施例での鍛造過程を示す平面図であ
る。

【図２２】比較例の実験方法を示す縦断面図である。

【図２３】実験例の実験方法を示す縦断面図である。

【図２４】比較例で得られた試験片の密度分布を示すグ
ラフである。

【図２５】実験例で得られた試験片の密度分布を示すグ
ラフである。

【図２６】比較例で得られた試験片の密度分布を示すグ
ラフである。

【図２７】実験例で得られた試験片の密度分布を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ダイ１Ａパンチ孔２下パンチ３上パンチＰ圧粉成形体Ｑ中間成形体（熱間圧着成形体）Ｒ鍛造成形体Ｓ材料流れの先端（凸部）１０ダイ１０Ａパンチ孔１２下パンチ１４下スリーブ１６上パンチ１８上スリーブ２０ダイ２０Ａパンチ孔２２下パンチ２４上パンチ２６スライド３０上ダイ３２下ダイ３４パンチ孔３６下パンチ３８上パンチ４０間隙５０第１段部５２第２段部５４テーパ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ系合金を主組成物とする材料粉末を冷
間で加圧し、密度比５０〜９７％の圧粉成形体を形成し
た後、この圧粉成形体を加熱してダイの内部に挿入し、
上パンチおよび下パンチにより圧粉成形体を密度比８５
〜９８％まで加圧成形したうえ、前記ダイの内部に余剰
空間を画成し、さらにこの余剰空間内への材料流れを生
じさせつつ圧粉成形体に変形の自由度を与えることによ
り、圧粉成形体を密度比９８〜１００％、必要に応じて
は塑性変形域まで連続的に圧縮し、成形品を得ることを
特徴とするＦｅ系合金部材の製造方法。
【請求項２】Ｆｅ系合金を主組成物とする材料粉末を冷
間で加圧し、密度比５０〜９７％の圧粉成形体を形成し
た後、この圧粉成形体を加熱してダイ，上パンチ，およ
び下パンチにより画成されるキャビティ内に挿入し、圧
粉成形体を上パンチおよび下パンチにより加圧しつつ、
前記キャビティの内壁面の一部を構成するスライド部材
を圧粉成形体に圧接させつつ後退させ、圧粉成形体の内
部で材料流れを生じさせることにより、圧粉成形体を密
度比９８〜１００％、必要に応じては塑性変形域まで連
続的に圧縮し、成形品を得ることを特徴とするＦｅ系合
金部材の製造方法。
【請求項３】前記ダイ内部での成形過程における前記圧
粉成形体の温度を、７５０℃以上かつ前記Ｆｅ系合金の
液相温度以下に保つことを特徴とする請求項１または２
記載のＦｅ系合金部材の製造方法。