JPS585748B2 - Molding method for metal alloy products - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属合金の成形方法に関するものであり、特
にプレス鍛造によって複雑な形状で公差の小さい金属合
金部品を製造する方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming metal alloys, and more particularly to a method for manufacturing metal alloy parts with complex shapes and small tolerances by press forging.

成形金属合金部品は最適の物理的性質を得るために鍛造
技術によって製造されている。Formed metal alloy parts are manufactured by forging techniques to obtain optimal physical properties.

部品が比較的複雑な形状を有する場合には、通常物理的
性質を犠牲にして鍛造合金を利用して成形しており、鍛
造方法で作られた製品に匹敵する性質を有し、複雑な形
状のものを製造できる合金を利用することが望まれてい
た。When a part has a relatively complex shape, it is usually formed using a forged alloy at the expense of physical properties, and has properties comparable to products made by the forging method. It was desired to utilize an alloy that could produce .

最近、液体よりもむしろ液体一固体混合物を使用し、通
常の鋳造合金よりも低い温度から固化されて鋳造される
微細構造を有する或種の合金が発達してきた。Recently, certain alloys have been developed that use liquid-solid mixtures rather than liquids and have microstructures that are solidified and cast from lower temperatures than normal casting alloys.

このような合金については例えば１９７６年４月６日に
発行された米国特許第３，９４８，６５０号及び１９７
６年５月４日に発行された米国特許第３，９５４，４５
５号明細書に記載されている。Such alloys are described, for example, in U.S. Pat.
U.S. Patent No. 3,954,45 issued May 4, 2006
It is described in the specification of No. 5.

それに示されている如く、スラリー状の部分的に固体化
した金属合金は、各種の金属成形方法即ちグイキャスト
法、永久モールドキャスト法、密閉ダイ鍛造法、ホット
プレス法その他既知の各種方法によって成形される。As shown therein, the partially solidified metal alloy in the form of a slurry can be formed by various metal forming methods, including gui casting, permanent mold casting, closed die forging, hot pressing, and other known methods. be done.

本発明の第１の目的は、鍛造合金で作られた部品に近い
性質を有し、通常鋳造合金で得られるような複雑な形状
を有する金属合金部品を製造する方法を掃供することに
ある。A first object of the present invention is to provide a method for manufacturing metal alloy parts having properties similar to parts made from forged alloys and having complex shapes such as those normally obtained with cast alloys.

本発明の付加的な目的は、鋳造技術の経済性を有する低
圧プレス鍛造法によって複雑で公差の小さい合金部品を
製造することにある。An additional object of the invention is to produce complex, close-tolerance alloy parts by low-pressure press forging with the economics of casting technology.

Σ本発明の更に他の目的は生産速度の高い、そのような
合金部品の製造方法を提供することにある。ΣA further object of the present invention is to provide a method for manufacturing such alloy parts with a high production rate.

上記した及びその他の本発明の目的は、密閉したダイ空
洞内で或種の臨界プロセス変数を制御しながら、半固体
合金チャージをプレス鍛造することによって達成するこ
とができる。The above and other objects of the present invention can be achieved by press forging a semi-solid alloy charge while controlling certain critical process variables within a closed die cavity.

本発明においては、比較的低い圧力と非常に短い鍛造時
間が採用され、望ましい形態では非常に固体の比率の高
い組成が用いられる。In the present invention, relatively low pressures and very short forging times are employed, and in the preferred form, very high solids compositions are used.

特に半固体合金チャージは略々１００乃至４５０℃に予
熱されたダイ空洞内で略々１秒以下の時間で加圧され付
形される。In particular, the semi-solid alloy charge is pressurized and shaped in a die cavity preheated to approximately 100 to 450 degrees Celsius in approximately one second or less.

付形された合金の液相部分は、その後グイ空洞内で略々
ｌ．７６乃至３５２ｋｇ／ｃｍ２（２５乃至５０００ｐ
ｓｉｇ）の圧力下で１分以下の時間内に固化される。The liquid phase portion of the shaped alloy is then dispersed within the Gui cavity to approximately l. 76~352kg/cm2 (25~5000p
sig) in less than 1 minute.

本発明は、図面を参照した以下の説明により一層明瞭に
なるであろう。The invention will become clearer from the following description with reference to the drawings.

本発明の製造方法に使用されるチャージ又はプレフォー
ムは半固体即ち一部液体、一部固体の混合物である。The charge or preform used in the manufacturing process of the invention is a semi-solid, ie part liquid, part solid mixture.

全容積の３０乃至９０％の固体粒子は角の丸められた形
状で、通常は直径が約２０乃至２００ミクロンである。The solid particles, 30 to 90% of the total volume, are rounded in shape and typically about 20 to 200 microns in diameter.

これは金属の予め行われた処理の結果であって、この前
処理において金属は溶融された後、凝固期間に激しく攪
拌される。This is the result of a pretreatment of the metal, in which it is melted and then vigorously agitated during solidification.

これはグレインの形成を破壊し、一般に冷却過程で生成
される樹枝状晶は攪拌によって丸味を帯びた形状の粒子
を生成する。This destroys grain formation and dendrites, which are generally formed during the cooling process, produce particles with a rounded shape upon stirring.

その結果第１の粒子より低い融点を有する第２相中に均
一に浮遊したばらばらの第１の変性した樹枝状晶 （ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｅｎｄｒｉｔｉｃ）固体粒
子によって特徴づけられる組成の金属が得られる。The result is a metal whose composition is characterized by discrete first degenerated dendritic solid particles homogeneously suspended in a second phase having a lower melting point than the first particles.

第１及び第２相の両者は、合金を凝固期間中に激しく攪
拌することによって形成される。Both the first and second phases are formed by vigorously stirring the alloy during solidification.

そのプロセス及び得られた合金については、前記米国特
許第３，９４８，６５０号及び第３，９５４，４５５号
明細書に詳細に記載されている。The process and resulting alloys are described in detail in the aforementioned US Pat. Nos. 3,948,650 and 3,954,455.

一般にばらばらの変性した樹枝状晶粒子が丸いために、
固体粒子は連続的な液体マトリツクス内において粘性を
持って流動する。Because the generally discrete modified dendrite particles are round,
Solid particles flow viscous within a continuous liquid matrix.

このことは比較的低い圧力で部品を成形することを可能
にする。This allows parts to be molded at relatively low pressures.

このプロセスで使用される圧力は略々ｌ．７６乃至３５
２ｋｇ／ｃａｒの範囲であって、フルサイズの自動車の
車輪（３５．５６ｃＷＬ）の大きさの部品の成形に当り
、従来の鍛造で使用されていた１２００トンダイキャス
ト装置或いは８０００トンプレスと比較すると２５０ト
ンプレスで成形が可能である。The pressure used in this process is approximately l. 76 to 35
In the range of 2 kg/car, when forming a part the size of a full-size car wheel (35.56 cWL), compared to the 1200 ton die-casting equipment or 8000 ton press used in conventional forging. It can be molded using a 250-ton press.

チャージの主として固体的な性質（固体粒子は容積で３
０乃至９０％の範囲内であるが、７０％以上であること
が望ましい）は最小の液体／固体収縮で非常に急速に固
化することを可能にしている。The primarily solid nature of the charge (solid particles have a volume of 3
(0 to 90%, but preferably 70% or more) allows for very rapid solidification with minimal liquid/solid shrinkage.

これは部品の成形に際し大型の「供給物貯蔵装置（ｆｅ
ｅｄｉｎｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ）Ｊ又はライザー（ｒ
ｉｓｅｆｓ）の必要をなくシ、またダイ内に滞留する時
間を非常に短いものとすることにつながる。This is a large ``feed storage device'' used when forming parts.
edingreservoirs) J or riser (r
isefs), and also leads to a very short residence time in the die.

後者はこのプロセスの高い生産速度に重要な役割をして
おり、例えば実際の生産速度として１時間に自動車の車
輪で２４０個、小型部品なら５００個の速度を容易に得
ることができる。The latter plays an important role in the high production rate of this process; for example, actual production rates of 240 car wheels and 500 small parts per hour can easily be achieved.

固化が急速であるために部品の殆ど全断面に亘って、等
しい厚さの断面が同時に固化し、したがって非常に急速
に、例えばアルミニウムや銅のような高導電率合金に対
しては付形後通常４秒以下で、排出することができる。Because of the rapid solidification, sections of equal thickness solidify simultaneously over almost the entire cross-section of the part, and therefore very rapidly, e.g. for high conductivity alloys such as aluminum or copper, after shaping. Usually it can be discharged in less than 4 seconds.

鉄合金や比較的大きな断面の部品の場合には固化時間は
１５乃至２０秒に増加するが、いずれにしても常に１分
以下であり通常より少い時間で固化が行われる。In the case of iron alloys and parts with relatively large cross-sections, the solidification time increases to 15 to 20 seconds, but in any case it is always less than 1 minute, which is less time than usual.

通常温度低下に伴って固体収縮が生じ、それが部品に対
して種々の制約を与えているが、急速な排出はそのよう
な制約から部品を解放することになる。Rapid evacuation frees the part from the solid shrinkage that normally occurs with decreasing temperature, which imposes various constraints on the part.

収縮するとダイにおける拘束が高い応力を発生させ成形
部品内にホットテイア（ ｈｏｔ ｔｅａｒ）やクラツ
クを生じる原因となる。When contracted, the constraints in the die create high stresses that can cause hot tears and cracks in the molded part.

本発明の製造方法により生産された製品は鍛造品として
の性質の多くを有する一方で、複雑な形状や形状公差の
点で鋳造品の特徴を有している。The products produced by the manufacturing method of the present invention have many of the properties of forged products, but also have the characteristics of cast products in terms of complex shapes and shape tolerances.

製品は、その合金で作られた鍛造品と匹敵する抗張力、
耐疲労応力、延性及び耐蝕性を有する鍛造用合金を使用
して生産される。The product has a tensile strength comparable to forgings made from that alloy,
Produced using a forging alloy with fatigue stress resistance, ductility and corrosion resistance.

更にその製造方法は比較的大型の部品の製造に適用する
ことが可能である。Furthermore, the manufacturing method can be applied to manufacturing relatively large parts.

例えば鍛造車輪の性質の多くを具備した自動車の車輪を
通常の鍛造車輪よりはるかに効率よく、はるかに簡単な
プレス装置を使用して製造することができる。For example, automobile wheels with many of the properties of forged wheels can be manufactured much more efficiently and using much simpler press equipment than regular forged wheels.

本発明の方法において、プレフォームはその容積の１０
乃至７０％が液体になるまで加熱される。In the method of the invention, the preform has a volume of 10
It is heated until it becomes 70% liquid.

上述の如くプレフォーム又はチャージは選択された合金
の液体一固体混合物の激しい攪拌とその後の急冷によっ
て予め製造されている。As mentioned above, the preform or charge is prefabricated by vigorous agitation of a liquid-solid mixture of the selected alloy followed by rapid cooling.

プレフォームが加熱される温度はその特定の合金の液化
温度と固化温度の間にあり、特定の化学的性質に依存し
て与えられた合金系内において種々変化する。The temperature at which the preform is heated is between the liquefaction and solidification temperatures of that particular alloy and will vary within a given alloy system depending on the particular chemistry.

金属の成形が適切に行われる温度は特定された温度では
なく、測定素子を半固体中に挿入してその抵抗により測
定した粘性が混合物内に存在する液体のパーセントの指
示に使用される。The temperature at which the metal is properly formed is not a specified temperature, but the viscosity, measured by the resistance of a measuring element inserted into the semi-solid, is used to indicate the percentage of liquid present in the mixture.

一般には０．３５ｋｇ／ｃｍ２から１．０５ｋｇ／ｃｍ
２までの範囲が使用され、正確な圧力が成形されるべき
部品の条件に適合するように選択される。Generally 0.35kg/cm2 to 1.05kg/cm
Ranges up to 2 are used and the exact pressure is selected to suit the conditions of the part to be molded.

激しく攪拌したスラリーをプレフォームに成形するため
に冷却する前に直接チャージとして使用してプレフォー
ムの冷却、再加熱工程を省くことも可能であるが、前述
のように攪拌、冷却して一度プレフォームに成形してか
ら再加熱して使用することが望ましい。Although it is possible to use the vigorously stirred slurry as a direct charge before cooling it to form a preform, thereby eliminating the preform cooling and reheating steps, it is also possible to use the vigorously stirred slurry as a direct charge before cooling the preform, but it is also possible to avoid the preform cooling and reheating step by stirring and cooling the slurry as described above. It is preferable to use it by forming it into a foam and then reheating it.

この再加熱による処理中に半固体状態において１次固体
粒子はさらに丸味が増加し表面が平滑になると共に１次
固体粒子の比率を増加させる。During this reheating treatment, the primary solid particles in the semi-solid state further increase their roundness, the surface becomes smoother, and the proportion of the primary solid particles increases.

プレフォームの成形においては１次固体粒子の比率は充
分の流動性を確保するには５５％以下にすることが好ま
しいが、このような固体粒子の比率が５５％程度のプレ
フォームを使用して、再加熱により７０乃至９０％の比
率まで固体粒子の比率を高めることができる。When molding a preform, it is preferable that the ratio of primary solid particles be 55% or less to ensure sufficient fluidity. , the proportion of solid particles can be increased to a proportion of 70 to 90% by reheating.

さらに各粒子の直径の分布範囲も狭くなり直径が均一化
して来る。Furthermore, the distribution range of the diameters of each particle becomes narrower and the diameters become more uniform.

これも半固体合金の流動性を増加させる。This also increases the fluidity of the semi-solid alloy.

したがって一度プレフォームに成形してから再加熱して
使用すると高い１次固体粒子含有率のもので高い流動性
を得ることが可能になる。Therefore, if the material is once formed into a preform and then reheated for use, it becomes possible to obtain high fluidity with a high primary solid particle content.

予熱された材料が低い圧力で成形されるとき成形過程中
に認識できる程度の付加的な固化は生じなかった。No appreciable additional solidification occurred during the molding process when the preheated material was molded at low pressure.

したがって、低い圧力の使用を保証するためのダイ空洞
内の付形時間は１秒以下で差支えない。Therefore, shaping time within the die cavity to ensure the use of low pressures can be less than 1 second.

ダイ空洞は付形過程中に顕著に固化が進行しないように
、１次的には部品の形状に依存す′るが１００乃至４５
０℃の温度に予熱される。The die cavity is designed to prevent solidification from proceeding significantly during the shaping process, although it primarily depends on the shape of the part.
Preheated to a temperature of 0°C.

もし温度が高過ぎるとプレフォームがダイに粘着し易く
なる。If the temperature is too high, the preform tends to stick to the die.

付形ストローク中に圧力は０から固化に対して使用され
る圧力まで高められる。During the shaping stroke the pressure is increased from zero to the pressure used for consolidation.

したがって、付形ストロークの終りには圧力は約１，７
６乃至３ ５’ ２ ｋｇ／ＣＩ？Ｌ，通常は３５．２
乃至１ ７ ６ｋｇ／ｄに上昇し、液相の固化が開始す
る。Therefore, at the end of the shaping stroke the pressure is approximately 1,7
6 to 3 5' 2 kg/CI? L, usually 35.2
to 176 kg/d, and solidification of the liquid phase begins.

かくして圧力は付形ストローク中に次第に上昇し、固化
の期間中１．７６乃至３５２ｋｇ／ａｎｔのピーク値に
留る。The pressure thus rises gradually during the shaping stroke and remains at a peak value of 1.76 to 352 kg/ant during consolidation.

付与した圧力は合金からダイへの熱の伝達を促進し固化
収縮を行わせる。The applied pressure promotes heat transfer from the alloy to the die, causing solidification and contraction.

もし圧力が低過ぎると多孔性が許容できないレベルまで
増加し、或いは複雑な形状では充填が不十分の部分を生
ずる可能性を生じる。If the pressure is too low, porosity increases to unacceptable levels, or complex geometries can result in underfilled areas.

３５２ｋｇ／ｃｍ３（５０００ｐｓｉｇ）以上の圧力は
使用可能であるが必要はない。Pressures greater than 5000 psig can be used, but are not required.

更に、高い圧力は漏れの問題を生じる。Additionally, high pressures create leakage problems.

部品の成形にとって可能な限り圧力を低くすることはプ
ロセスの経済性、プレス装置の簡単化、ダイの寿命等か
らみて望ましい。It is desirable to reduce the pressure as low as possible for molding parts from the viewpoint of process economy, simplification of press equipment, die life, etc.

付形過程に続くグイ空洞内の滞留時間は熱収縮応力によ
るホットクラツクを避けるためにはできるだけ短く、１
分以下、できれば４秒以下にする必要があるが、合金の
液相の固化を完全なものとするのに充分なものでなけれ
ばならない。The residence time in the Gui cavity following the shaping process is as short as possible to avoid hot cracks due to thermal shrinkage stress.
The time should be less than 1 minute, preferably less than 4 seconds, but should be sufficient to completely solidify the liquid phase of the alloy.

特定の時間は部品の厚さに依存する。ホットクラツクの
生じる傾向は、合金の組成、固体粒子の割合、ダイの温
度及び部品の形状の関数である。The specific time depends on the thickness of the part. The tendency for hot cracks to occur is a function of alloy composition, solid particle proportion, die temperature, and part geometry.

こＮに示した付形及び固化時間の範囲内において時間は
可能な限り短くして生産効率を最大にすべきである。Within the shaping and solidifying time range shown in N, the time should be kept as short as possible to maximize production efficiency.

上述の説明から明らかな如く、時間、圧力、温度及び合
金の固体比率は臨界変数の組合せであって、それ等は一
体となってこ５に説明したプロセスの経済性と製品の改
良を達成するために作用する。As is clear from the foregoing discussion, time, pressure, temperature and solids ratio of the alloy are a combination of critical variables that together achieve the process economics and product improvements described in Section 5. It acts on

本発明による成形方法は、例えば第１図に示す如き型式
のダイ又はモールドを備えた１５０〜２５０トン水圧プ
レスによって遂行される。The molding method according to the invention is carried out, for example, in a 150-250 ton hydraulic press equipped with a die or mold of the type shown in FIG.

ここに示されたダイセットは比較的大型で複雑な形状の
成形をするためのものであって、この場合にはスタイル
を重視した自動車用車輪である。The die set shown here is for molding relatively large and complex shapes, in this case automobile wheels with an emphasis on style.

ダイセットは可動上部ダイ（又はラム）１，２個の側部
ダイ２及び３、及び底部ダイ４から構成されている。The die set consists of a movable top die (or ram) 1, two side dies 2 and 3, and a bottom die 4.

各ダイは閉ぢた状態で示されており合金５が自動車の車
輪の形に成形される。Each die is shown in the closed position and alloy 5 is formed into the shape of an automobile wheel.

本発明の別の特徴は、ダイに抜け口を設ける場合を含む
ことである。Another feature of the invention is that it includes providing an exit hole in the die.

抜け口の長さと直径は空気の抜きを十分に行えるのに適
切なものでなければならない。The length and diameter of the exit hole must be adequate to allow sufficient air removal.

他方その通路は通常はダイの外部へ溶融金属が吹き出さ
ないような十分の狭さと長さが必要とされる。On the other hand, the passageway usually needs to be narrow and long enough to prevent molten metal from blowing out of the die.

通常の寸法即ち例えばダイキャストで使用されている直
径の抜け口はプレス成形法における空洞を無くすために
は狭過ぎることが判明した。It has been found that the usual dimensions of the openings, eg the diameters used in die casting, for example, are too narrow to eliminate cavities in the press forming process.

しかし、本発明のプレスサイクル期間における高い固体
比率はより広い、またより短い通路の使用を可能とする
ことが明らかとなった。However, it has been found that the high solids ratio during the press cycle of the present invention allows the use of wider and shorter passages.

その結果、成形製品内部の空洞を消滅させることができ
るばかりでなく、抜け口を適切なものとするために必要
な面積が少いために、ダイ設計における制約も減少させ
ることができる。As a result, not only can cavities inside the molded product be eliminated, but constraints in die design can also be reduced because less area is required to fit the exit hole.

第１図にはそのような抜け口６，７，８及び９が示され
ている。FIG. 1 shows such openings 6, 7, 8 and 9.

第１図に示す如く付形動作は実際に通路６，７に通じる
狭い通路への半固体金属の前部押し出し、通路８，９に
通じる通路への半固体金属の背部押し出し、及びプレス
中の金属中央部分に対する鍛造ストロークを含んでいる
。As shown in FIG. 1, the shaping operation actually involves front extrusion of the semi-solid metal into the narrow passages leading to the passages 6 and 7, back extrusion of the semi-solid metal into the passages leading to the passages 8 and 9, and during the pressing. Contains a forging stroke for the metal center section.

こ＼で云う「複雑な形状」とはこゝに説明したプロセス
における鍛造工程と組合された前部及び背部押し出しを
必要とするような種類の部品について云うものとする。The term "complex shapes" as used herein refers to the types of parts that require front and back extrusions combined with forging steps in the process described herein.

以下の実施例は本発明を具体的に示すもので、全ての成
分割合は重量で示している。The following examples illustrate the invention and all component proportions are given by weight.

例 ６０６１鍛造アルミニウム合金の約８．２ｋｇ（１８ポ
ンド）のビレットが、前記米国特許第３，９４８，６５
０号明細書中に示される如く、約５０％の容積の変性し
た樹枝状晶を含む半固体スラリーから鋳造された。An approximately 8.2 kg (18 lb) billet of Example 6061 forged aluminum alloy was produced in U.S. Pat.
No. 0, it was cast from a semi-solid slurry containing about 50% by volume of modified dendrites.

ビレットは直径約１５ｃｍで次の組成を有する。The billet was approximately 15 cm in diameter and had the following composition:

ＳｉＣｒＭｎＦｅＭｇＴｉＣｕＢＡｌ Ｏ．６３０．０６０．０６０．２２０．９００．０１２
０．２４０．００２残部ビレットはステンレス製の容器
内に入れられ、６７７℃の抵抗炉中に置かれた。SiCrMnFeMgTiCuBAl O. 630.060.060.220.900.012
The remaining 0.240.002 billet was placed in a stainless steel container and placed in a resistance furnace at 677°C.

この温度は合金の液化温度より約２８℃高く、ビレット
内の液体比率に認識できるような変化を起させることな
く、合金の部分的溶融を生じるのに充分な温度であった
。This temperature was approximately 28° C. above the liquefaction temperature of the alloy and was sufficient to cause partial melting of the alloy without appreciable changes in the liquid proportions within the billet.

測定素子の挿入により検出した約０．８０の固体比率に
対応する６３２℃の温度において、容器内のビレットを
３１５℃に保持された第１図に示す型式の鋳鉄ダイセッ
トの密閉した底の半分に移送され、容器からダイの底部
へ排出された。At a temperature of 632°C, corresponding to a solids ratio of approximately 0.80 detected by insertion of the measuring element, the closed bottom half of a cast iron die set of the type shown in Figure 1 was kept at 315°C with the billet in the container. and was discharged from the container to the bottom of the die.

ダイセットはグラファイトをベースとした潤滑剤で覆わ
れた。The die set was coated with a graphite-based lubricant.

上部ダイも約３１５℃の表面温度に保持され、プレフォ
ームの付形時間が０．２秒になるように毎秒５．０８ｃ
ｍの速度で閉ぢられて、ダイはその空洞内を合金で満た
されて１５０ｋｇ／ｃｍ２（２１００ｐｓｉｇ）の最高
圧力に達した。The upper die is also maintained at a surface temperature of approximately 315°C and is heated at 5.08c per second to give a preform shaping time of 0.2 seconds.
The die was closed at a speed of m and the die filled its cavity with alloy to reach a maximum pressure of 150 kg/cm2 (2100 psig).

液相部分の固化期間である２．４秒間その圧力下に保持
された後、ダイセットは開かれ、成形部品が取出された
。After being held under that pressure for 2.4 seconds, a period of solidification of the liquid phase, the die set was opened and the molded part was removed.

成形部品、即ちアルミニウムの車輪は分割され、機械的
性質測定の試料が採取された。The molded parts, aluminum wheels, were sectioned and samples were taken for mechanical property measurements.

室温下での特性が測定された。Properties were measured at room temperature.

最大抗張力３３００ｋ９／ｃｍ２（４７０００ｐｓｉ）
、降伏応力３０２０ｋｇ／ｃｍ２（４３０００ｐｓｉ）
、２．５４ｃｍのゲージの延伸７％であった。Maximum tensile strength 3300k9/cm2 (47000psi)
, yield stress 3020kg/cm2 (43000psi)
, 2.54 cm gauge stretch was 7%.

１９７６年第５版の１９７６年データ及びアルミニウム
の標準規格として定められた６０６１アルミニウム合金
の密閉ダイ鍛造の最低基準は最大抗張力２６７０ｋｇ／
ｃｍ２（３８０００ｐｓｉ）、降伏応力２４６０ｋｇ／
ｃｍ２（３５０００ｐｓｉ）、延伸７％である。The minimum standard for sealed die forging of 6061 aluminum alloy, which was established as the 1976 data and aluminum standard in the 1976 5th edition, is a maximum tensile strength of 2670 kg/
cm2 (38000psi), yield stress 2460kg/
cm2 (35000 psi), stretching 7%.

鋳造アルミニウム車輪についての自動車工業における代
表的な最低規格は最大抗張力２１８ｏｋｇ／ｃｍ２（３
１，０００ｐｓｉ）、降伏応力１１６０ｋｇ／ｃｍ２（
１６．５０計ｐｓｉ）、延伸７％である。The typical minimum specification in the automotive industry for cast aluminum wheels is a maximum tensile strength of 218 kg/cm2 (3
1,000 psi), yield stress 1160 kg/cm2 (
16.50 total psi) and 7% stretching.

性質が方向性を有している鍛造品と異なり、本発明の製
品は等方性であり、全ての方向でその性質は等しい。Unlike forgings, which have directional properties, the products of the present invention are isotropic, meaning their properties are equal in all directions.

実施例の車輪の冶金学的構造は乱雑な方位の等軸粒子構
造から成り、同様の性質を有する鍛造部品に伴う構造は
ない。The metallurgical structure of the example wheel consists of a randomly oriented equiaxed grain structure, without the structure associated with forged parts with similar properties.

本発明により製造された車輪１０は第２及び第３図に示
されている。A wheel 10 made in accordance with the present invention is shown in FIGS. 2 and 3.

第３図の平面図は第１図のダイの底部側から見た図を示
している。The plan view of FIG. 3 shows a view from the bottom side of the die of FIG.

車輪は周辺に複数の略々四角の部分１１を有し、その四
角の部分をそれぞれ打抜き、又は機械加工による孔１２
が貫通している。The wheel has a plurality of approximately square portions 11 around the periphery, each of which has a hole 12 formed by punching or machining.
is penetrated.

ハブ部分１３は４個のねじを切った孔１４及び４個の打
抜き又は機械加工による大きな孔１５を有する。Hub portion 13 has four threaded holes 14 and four large stamped or machined holes 15.

この複雑な形状の車輪は通常パーマネントモールド或は
ダイキャスト技術により生産され、従ってその性質は鋳
造合金の比較的低級な性質に制限される。Wheels of this complex shape are usually produced by permanent molding or die casting techniques, and therefore their properties are limited to the relatively low grade properties of the cast alloy.

材料の特性はこのようにして車輪の重量の制限因子とな
っている。Material properties are thus the limiting factor for wheel weight.

低級の性質は鋳造車輪の容積を大きくして補償する必要
がある。The lower quality requires a larger volume of the cast wheel to compensate.

更に、薄い断面のパーマネントモールドを満たすことが
困難なため、鋳造技術固有の制限として通常必要とする
以上の大きな断面が必要である。Furthermore, the difficulty of filling thin cross-section permanent molds necessitates larger cross-sections than are normally required due to the inherent limitations of casting techniques.

従って本発明の車輪は、従来技術による車輪と比較して
重量が軽いという非常に重要な特徴を有している。The wheel of the invention thus has the very important feature of being lighter in weight than wheels according to the prior art.

プレス鋳造プロセスに使用する代表的な合金はアルミニ
ウム以外にもステンレス鋼、工具鋼、低合金鋼及び鉄の
如き鉄合金、及び通常鋳造、鍛造に使用される銅合金で
ある。Typical alloys used in press casting processes include, in addition to aluminum, ferrous alloys such as stainless steel, tool steel, low alloy steel and iron, and copper alloys commonly used in casting and forging.

こゝに説明したプロセスパラメーターノ範囲内において
、成形される部品の幾何学的又は特定の性質に適応させ
るために多くの変形が可能である。Many variations are possible within the process parameters described herein to accommodate the geometry or particular properties of the part being molded.

合金組成、温度、プレスの速度及び圧力、滞留時間の変
化は粒子構造に影響を与え、収縮欠陥を回避し、部品の
特定部分に対する性質を改善する。Variations in alloy composition, temperature, pressing speed and pressure, and residence time affect grain structure, avoid shrinkage defects, and improve properties for specific parts of the part.

更にこの方法は車輪以外の各種の成形部品例えば工具類
、弁、ポンプ本体及び部品、プロペラ、羽根車、自動車
及び航空機部品、電気、機械部品等の製造に使用可能で
ある。Furthermore, this method can be used to manufacture various molded parts other than wheels, such as tools, valves, pump bodies and parts, propellers, impellers, automobile and aircraft parts, electrical and mechanical parts, etc.

このような変形は全て特許請求の範囲に記載された本発
明の範囲に含まれるべきものである。All such modifications are intended to be included within the scope of the invention as claimed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明方法に使用するのに適したプレス内に位
置するダイの縦断面図を示し、第２図は第１図の装置に
より製造された自動車用車輪の側面図を示し、第３図は
第２図の車輪の平面図を示す。 １・・・・・・頂部ダイ、２，３・・・・・・側部ダイ
、４・・・・・・底部ダイ、６，７，８，９・・・・・
・抜け口、１０・・・・・・製造された車輪。1 shows a longitudinal section through a die located in a press suitable for use in the method of the invention, FIG. 2 shows a side view of an automobile wheel manufactured by the apparatus of FIG. 1, and FIG. FIG. 3 shows a plan view of the wheel of FIG. 2. 1... Top die, 2, 3... Side die, 4... Bottom die, 6, 7, 8, 9...
- Exit, 10... Manufactured wheels.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 半固体金属合金チャージを密閉ダイ空洞内で成形す
る金属合金の成形方法において、前記合金がその合金よ
り得られる第１のばらばらの状態の変性した樹枝状晶固
体粒子を合金容積の３０乃至９０％の容積比率で含み、
該第１の固体粒子は第２の液相中に均一に分散して浮遊
しており、該第２の障相は前記合金から得られ、第１の
固体粒子より低い融点を有しており、前記合金チャージ
は略々１００乃至４５０Ｃの温度に予熱された前記ダイ
空洞内で一々１秒以下の時間で加圧付形され、前記付形
された合金の液相がダイ空洞内で略々ｌ．７６乃至３５
２ｋｇ／ｃｍ２（２５乃至５０００ｐｓｉｇ）の圧力で
１分以下の時間内に固化されることを特徴とする合金の
成形方法。 ２ 合金が３５．２乃至１７６ｋｇ／ｃｎ２（５００乃
至２５００ｐｓｉｇ）の圧力において固化される特許請
求の範囲１記載の成形方法。 ３ ダイ空洞が２００乃至３００℃の温度に保持される
特許請求の範囲１記載の成形方法。 ４ 合金がダイ空洞内において０．１乃至０．５秒の時
間内に加圧付形される特許請求の範囲１記載の成形方法
。 ５ 付形された合金の液相の固化が４秒以下の時間内に
ダイ空洞内で加圧下に行なわれる特許請求の範囲１記載
の成形方法。 ６ 合金がアルミニウム合金である特許請求の範囲１記
載の成形方法。 ７ 合金が銅合金である特許請求の範囲１記載の成形方
法。 ８ 合金が鉄合金である特許請求の範囲１記載の成形方
法。 ９ 合金の容積に対する第１のばらばらの変性した樹枝
状晶固体粒子の容積比率が７０乃至９０％である特許請
求の範囲１記載の成形方法。 １０ 前記成形方法は複雑な形状の合金を小さな公差で
生産する特許請求の範囲１記載の成形方法。 １１ 前記ダイ空洞はダイ空洞から大気中へ連通ずる複
数の離間した通路により大気中への抜け口が形成され、
該通路は加圧過程中ダイ空洞内に閉ぢ込められた空気を
排出するのに充分な寸法を有している特許請求の範囲１
記載の成形方法。Claims: 1. A method of forming a metal alloy in which a semi-solid metal alloy charge is formed in a closed die cavity, wherein the alloy comprises modified dendritic solid particles in a first loose state obtained from the alloy. Contained at a volume ratio of 30 to 90% of the alloy volume,
The first solid particles are uniformly dispersed and suspended in a second liquid phase, and the second barrier phase is obtained from the alloy and has a lower melting point than the first solid particles. , the alloy charge is pressurized and shaped within the die cavity preheated to a temperature of approximately 100 to 450C for less than 1 second, and the liquid phase of the shaped alloy is approximately l. 76 to 35
A method for forming an alloy, characterized in that the alloy is solidified at a pressure of 2 kg/cm2 (25 to 5000 psig) within a time of 1 minute or less. 2. The method of claim 1, wherein the alloy is solidified at a pressure of 500 to 2500 psig. 3. The molding method according to claim 1, wherein the die cavity is maintained at a temperature of 200 to 300°C. 4. The forming method according to claim 1, wherein the alloy is press-formed in a die cavity within a time of 0.1 to 0.5 seconds. 5. The forming method according to claim 1, wherein the solidification of the liquid phase of the shaped alloy is carried out under pressure in the die cavity within a time of 4 seconds or less. 6. The forming method according to claim 1, wherein the alloy is an aluminum alloy. 7. The forming method according to claim 1, wherein the alloy is a copper alloy. 8. The forming method according to claim 1, wherein the alloy is an iron alloy. 9. The method of claim 1, wherein the volume ratio of the first discrete modified dendrite solid particles to the volume of the alloy is 70 to 90%. 10. The forming method according to claim 1, wherein the forming method produces complex-shaped alloys with small tolerances. 11. the die cavity is vented to the atmosphere by a plurality of spaced passageways communicating from the die cavity to the atmosphere;
Claim 1: The passageway has sufficient dimensions to vent air trapped within the die cavity during the pressurization process.
Molding method described.