超塑性合金をマトリックスとした短繊維強化複合材料の製造とその超塑性加工

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650500
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 菅又 信 日本大学, 生産工学部, 教授 (90059600)
• Keywords: 超塑性合金 / 金属基短繊維強化複合材 / 窒化けい素繊維 / 熱間押出加工 / 高圧鋳造 / 据込み加工 / 高温引張試験

Research Abstract

超塑性合金をマトリックスとした短繊維強化複合材料を作製し、その材料特性をしらべるとともに,超塑性合金の高い塑性変形能を利用した複合材料の二次加工性を明らかにすることを目的とした。マトリックスは,熱処理のみで微細粒超塑性を発現する組織が得られる Zuー22Al合金とし,SiCウィスカ-とAl_20_3短繊維のプリフォ-ムの隙間に高圧鋳造によって合浸させて複合鋳塊とした。プリフォ-ムにおける強化繊維の体積率は10%,20%,30%とした。この複合鋳塊より熱間押出材を作製すると,マトリックスの変形抵抗が低いことから,押出方向に配向する際に繊維に作用するせん断応力は低下するため,繊維の折損がある程度抑制される。Vf30%複合材のSiCウィスカ-の平均アスペクト比の低下は,鋳塊中と比較して1/2程度に留まることがわかった。
SiCウィスカ-が配向している押出複合材の,高温変形挙動を引張試験によって評価した。複合材のひずみ速度感受性指数(m値)は,Vf13%で0.28,Vf20%で0.16と繊維の体積率が高くなると低下し,マトリックス材が超塑性を発現する条件下においても超塑性を示さなかった。しかし,Vf13%の複合材で最大80%の破断伸びを示すことは,短繊維強化複合材としては著しく高い延性を有していることがわかった。
延性が最も高い引張試験条件の温度とひずみ速度で測定した複合鋳塊の限界据込み率は,Vf20%複合材で60%を示し,内部組織には引張試験片に見られた繊維とマトリックスの間に発生する空洞が少ないことが観察された。さらに,据込み加工によって複合鋳塊をカップ形状やフィン付きの容器に成形することを試みた。カップおよびフィンとも肉厚が2mm程度の隙間にも複合材が十分入り込んでおり,複合材を複雑な形状に二次加工できることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 金〓洙,菅又 信,金子 純一,: "SiCウィスカ-で強化したZnーAl超塑性合金複合材料" 平成2年度塑性加工春季構演会講演論文集. 479-482 (1990)
• [Publications] 金〓洙,菅又 信,金子 純一: "SiCウィスカ-/Znー22%Al合金複合材の高温変形" 第41回塑性加工連合講演会 講演論文集. 487-490 (1990)
• [Publications] 金〓洙,菅又 信,金子 純一: "SiCウィスカ-で強化して、Znー22Al合金複合材料の高温成形性" 平成3年度塑性加工春季講演会 講演論文集. (1991)