DE19538243C2

DE19538243C2 - Verfahren zur Herstellung von semi-geschmolzenem Thixogieß-Gießmaterial

Info

Publication number: DE19538243C2
Application number: DE19538243A
Authority: DE
Inventors: Haruo Shiina; Nobuhiro Saito; Takeyoshi Nakamura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: GB2294001A; JPH08157975A; GB9521165D0; US5925199A; GB2294001B; DE19538243A1; JP2772765B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von semi-geschmolzenem Thixogieß-Gießmaterial.

Beim Durchführen eines Thixogieß-Verfahrens wird eine Prozedur verwendet, welches das Aussetzen eines Gießmaterials einer Hitzebehandlung enthält, um ein semi-geschmolzenes (halbge schmolzenes) Gießmaterial zu erzeugen, welches eine feste Pha se (eine im wesentlichen feste Phase usw.) aufweist sowie eine flüssige Phase, welche darin koexistieren, und das Laden des semi-geschmolzenen Gießmaterials in einen Hohlraum in einer Gießform unter einem Druck und das Verfestigen des semi-ge schmolzenen Gießmaterials unter dem Druck.

Bei der Hitzebehandlung wird der Festphasengehalt in dem semi- geschmolzenen Gießmaterial derart gesetzt, daß das Thixogieß- Verfahren sanft durchgeführt wird. Bei einem derartigen Fest phasengehalt ist der Flußwiderstand des semi-geschmolzenen Gießmaterials verringert und daher ist es wahrscheinlich, daß der folgende Nachteil auftritt: ein Teil des semi-geschmolze nen Gießmaterials fließt heraus oder das semi-geschmolzene Gießmaterial wird deformiert.

Ein im Stand der Technik verwendetes Verfahren ist das Einpas sen des Gießmaterials in einen Ring vor der Hitzebehandlung, um das Herausfließen und das Deformieren durch den Ring zu verhindern (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,712,413).

Dieses Verfahren des Stands der Technik ist jedoch durch das Problem begleitet, daß ein Erfordernis für Vorgänge entsteht, welche das Einpassen des Gießmaterials in den Ring umfassen, das Entfernen des Rings von dem Gießmaterial und das Entfernen eines verfestigten Metallanteils, weicher sich an dem Ring abgelagert hat, was zu einem komplizierten Gießverfahren führt.

Aus metallographischen und ökonomischen Gesichtspunkten ist das Gießmaterial im allgemeinen durch Verwendung eines gerühr ten kontinuierlichen Gießverfahrens erzeugt worden; bei dem Verfahren zum Erzeugen des Gießmaterials wird es jedoch nicht vermieden, daß ein äußerer Schichtabschnitt Dendriten auf weist, die um einen Außenumfang eines Hauptkörperabschnitts des Gießmaterials herum existieren. Die Dendriten verursachen, daß der Druck zum Laden des semi-geschmolzenen Gießmaterials in den Hohlraum erhöht wird, um das vollständige Laden des semi-geschmolzenen Materials in den Hohlraum zu erschweren, und daher sind die Dendriten in dem Gießmaterial unnütz.

Daher werden herkömmlicherweise die folgenden Verfahren ver wendet: ein Verfahren zum Entfernen der Dendriten durch eine Dendritenfalle, welche in eine Gießform montiert ist (siehe japanische Patentveröffentlichung Nr. 51703/90), und ein Ver fahren zum Aussetzen des Gießmaterials einem Schneidevorgang zum Entfernen des äußeren Schichtabschnitts.

Das erste Verfahren zum Entfernen der Dendriten durch eine Dendritenfalle, welche in die Gießform montiert ist, verur sacht, daß die Struktur der Gießform kompliziert wird und bringt eine Erhöhung der Kosten mit sich. Das zweite Verfahren zum Abschneiden des äußeren Schichtabschnitts bringt eine Zu nahme der Arbeitsschritte und eine Verschlechterung der Pro duktivität mit sich.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein semi-ge schmolzenes Gießmaterial des vorangehend beschriebenen Typs herzustellen, welches eine gute Formstabilität aufweist und bei welchem durch Spezifizieren der Struktur des äußeren Schichtabschnitts in dem semi-geschmolzenen Zustand verhindert werden kann, daß es herausfließt und deformiert wird.

Es ist desweiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren vorzusehen, worin die Dendriten in dem äußeren Schichtabschnitt in sphärische feste Phasen transformiert werden können, welche bei einer Stufe zum Erhitzen des Gießmaterials in einen semi- geschmolzenen Zustand eine gute Gießbarkeit aufweisen.

Um die vorangehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß der vorliegen den Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines semi-ge schmolzenen Thixogieß-Gießmaterials vorgesehen, umfassend die Schritte des Aussetzens des Thixogieß-Materials, umfassend einen äußeren Schichtabschnitt mit den Dendriten um einen Au ßenumfang eines Hauptkörperabschnitts herum, einer Hitzebe handlung, um ein semi-geschmolzenes Gießmaterial zu erzeugen, welches feste und flüssige Phasen aufweist, die darin koexi stieren, wobei die Dendriten in sphärische feste Phasen trans formiert werden durch Erhöhen der Temperatur des äußeren Schichtabschnitts bevorzugt bezüglich dem Hauptkörperab schnitt, um den äußeren Schichtabschnitt in einen semi-ge schmolzenen Zustand zu bringen.

Wenn der äußere Schichtabschnitt in dem Gießmaterial durch Erhitzen in den semi-geschmolzenen Zustand gebracht ist, dann können die in dem äußeren Schichtabschnitt existierenden Den driten in die sphärischen festen Phasen transformiert werden. In diesem Falle tritt das Halbschmelzen des Hauptkörperab schnitts erst nach dem äußeren Schichtabschnitt auf und daher kann eine Verlängerung der Erhitzungszeit für den Hauptkörper abschnitt vermieden werden, um eine Koaleszenz (Zusammenwach sen) oder ein Aufquellen der metallographischen Struktur des Hauptkörperabschnitts zu verhindern.

Es ist somit möglich, das semi-geschmolzene Gießmaterial voll ständig und sanft in den Hohlraum unter einem niedrigen Lade druck einzuladen, um ein gutes Gießerzeugnis zu erzeugen. Zu sätzlich können nicht die Nachteile des Komplizierens der Struktur der Gießform und der Zunahme der Schritte wie beim Stand der Technik auftreten.

Die vorangehenden und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzug ter Ausführungsformen augenscheinlich, wenn diese in Verbin dung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.

Fig. 1 ist eine Vertikalschnittansicht eines ersten Bei spiels einer Preßgießeinrichtung;

Fig. 2 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem ersten Beispiel eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 3 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem zweiten Beispiel eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 4 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem dritten Beispiel eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 5A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem ersten Beispiel eines halb geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 5B ist eine Wiedergabe eines wesentlichen Ab schnitts, welcher in Fig. 5A gezeigt ist;

Fig. 6A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem zweiten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumle gierungsmaterials zeigt;

Fig. 6B ist die Wiedergabe eines wesentlichen in Fig. 6A gezeigten Abschnitts;

Fig. 7A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem dritten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumle gierungsmaterials zeigt;

Fig. 7B ist eine Wiedergabe eines wesentlichen in Fig. 7A gezeigten Abschnitts;

Fig. 8 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Mittelwert M_M, welcher sich auf die Flüssigphaseneinschlußrate P bezieht, und dem Gewichtsverlust darstellt;

Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht eines zweiten Beispiels einer Preßgießeinrichtung;

Fig. 10A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts in einem vierten Beispiel eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 10B ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in dem vierten Beispiel des Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 11A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts in einem vierten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungs materials zeigt;

Fig. 11B ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in dem vierten Beispiel des semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 12A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts in einem fünften Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungs materials zeigt;

Fig. 12B ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in dem fünften Beispiel des semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Differenz a - b zwischen Flächenraten von α-Al-Kristallen und dem Ladedruck darstellt;

Fig. 14A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts in einem sechsten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 14B ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in dem sechsten Beispiel des semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 15A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem siebten Beispiel eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 15B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 15A gezeig ten wesentlichen Abschnitts;

Fig. 16 ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem siebten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumle gierungsmaterials zeigt;

Fig. 17 ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Aluminiumlegierungsgießerzeug nisses zeigt, das unter Verwendung des siebten Beispiels des Aluminiumlegierungsmaterials hergestellt worden ist;

Fig. 18A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem achten Beispiels eines Aluminiumlegierungsmaterials zeigt;

Fig. 18B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 18A gezeig ten wesentlichen Abschnitts;

Fig. 19 ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts in einem achten Beispiel eines semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials zeigt;

Fig. 20A ist eine Mikroskopphotographie, welche ein Bei spiel der metallographischen Struktur eines Aluminiumlegie rungsgießerzeugnisses zeigt, das unter Verwendung des achten Beispiels eines Aluminiumlegierungsmaterials hergestellt wor den ist; und

Fig. 20B ist eine Mikroskopphotographie, welche ein wei teres Beispiel der metallographischen Struktur eines Alumini umlegierungsgießerzeugnisses zeigt, das unter Verwendung des achten Beispiels des Aluminiumlegierungsmaterials hergestellt worden ist.

I. Semi-geschmolzenes Thixogieß-Gießmaterial

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Preßgießeinrich tung 1, welche zum Herstellen eines Gießerzeugnisses in einem Thixogieß-Verfahren verwendet wird. Die Preßgießeinrichtung 1 umfaßt eine stationäre Form 2 und eine bewegbare Form 3, welche vertikale aneinander passende Oberflächen 2a bzw. 3a aufweisen. Ein Gießhohlraum 4 ist zwischen den beiden anein ander passenden Oberflächen 2a und 3a gebildet. Eine Kammer 6, in welcher ein semi-geschmolzenes Gießmaterial 5 angeordnet ist, ist in der stationären Form 2 ausgebildet und steht mit einem unteren Abschnitt des Hohlraums 4 durch einen Durchgang 7 in Verbindung. Eine Hülse 8 ist horizontal an der stationä ren Form 2 angebracht und steht mit der Kammer 6 in Verbin dung, und ein Preßkolben 9 ist verschiebbar in der Hülse 8 aufgenommen zur Gleitbewegung in die und aus der Kammer 6. Die Hülse 8 weist einen Materialeinlaß 10 in einem oberen Ab schnitt ihrer Umfangswandung auf.

Bei einem Gießvorgang wird ein Gießmaterial 5 von einem langen kontinuierlichen Gießerzeugnis mit hoher Qualität abgeschnit ten, welches in einem gerührten kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt wird, und dann wird das Gießmaterial 5 in einer Heizspule in einer Induktionsheizeinrichtung angeordnet und darin zum Erzeugen eines Gießmaterials 5 in einem semi-ge schmolzenen Zustand erhitzt, welches Erzeugnis feste und flüs sige Phasen aufweist. In diesem Falle ist der feste Phasenge halt im Bereich von 50% (einschließlich) bis 60% (ein schließlich) gesetzt.

Danach wird das semi-geschmolzene Gießmaterial 5 in der Kammer 6 angeordnet und der Kolben 9 wird betätigt, um zu bewirken, daß das semi-geschmolzene Gießmaterial 5 durch den Durchgang 7 in den Hohlraum 4 geladen wird, während es gepreßt wird. Dann wird eine Preßkraft auf das semi-geschmolzene Gießmaterial 5 ausgeübt, welches in den Hohlraum 4 gefüllt ist, indem der Preßkolben 9 an einem Hubende gehalten wird, wodurch das semi- geschmolzene Gießmaterial 5 unter einem derartigen ausgeübten Preßdruck verfestigt wird, um ein Gießerzeugnis vorzusehen.

Die Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung eines hypoeutektischen (untereutektischen) Aluminiumlegierungsmaterials als ein Gieß material.

Tabelle 1

Drei Legierungsmaterialien I, II und III mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung und mit einem Durchmesser von 76 mm und einer Länge von 85 mm sind vorbereitet worden.

Die Fig. 2 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des Alu miniumlegierungsmaterials I zeigt. Man kann aus Fig. 2 erken nen, daß der äußere Schichtabschnitt aus aufschwellend gewach senen Dendriten gebildet, ist. Jeder der Dendriten ist von dem Typ α-Al, und ein Abschnitt, welcher den Bereich zwischen den Dendriten füllt, ist eutektisches Al-Si.

Die Fig. 3 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur in einem äußeren Schichtabschnitt des Aluminiumlegierungsmaterials II zeigt. Man kann aus Fig. 2 erkennen, daß der äußere Schichtabschnitt aus Dendriten gebil det ist, der Dendritarmabstand ist jedoch größer als derjenige bei dem Aluminiumlegierungsmaterial I. In gleicher Weise ist jeder der Dendriten von dem Typ α-Al, und ein Abschnitt, welc her den Bereich zwischen den Dendriten füllt, ist eutektisches Al-Si.

Die Fig. 4 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des Alu miniumlegierungsmaterials III zeigt. Man kann aus Fig. 2 er kennen, daß der äußere Schichtabschnitt eine sphärische Struk tur aufweist. Jeder der sphärischen Abschnitte ist ein α-Al- Kristall und ein Abschnitt, welcher einen Bereich zwischen sphärischen Abschnitten auffüllt, ist in gleicher Weise eutek tisches kristallines Al-Si.

Dann ist das Aluminiumlegierungsmaterial I in der Heizspule in der Induktionsheizeinrichtung angeordnet worden und ist dann unter Zuständen einer Frequenz von 1 kHz und einer Erregungs zeit von 7 Minuten erhitzt worden (Ausgabe 90% für die ersten drei Minuten, Ausgabe 52% für die nächste 1 Minute und Aus gabe 37% für die letzten 3 Minuten) bis die feste Phase 60% erreicht hat, wodurch ein semi-geschmolzenes Aluminiumlegie rungsmaterial I erzeugt worden ist. Danach ist die metallogra phische Struktur des semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungs materials I durch ein Abschreckverfahren fixiert worden.

Die Fig. 5A ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungsmaterials I zeigt und Fig. 5B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 5A gezeigten we sentlichen Abschnitts.

In den Fig. 5A und 5B ist jeder der massiven Abschnitte eine feste Phase Sp, und ein Abschnitt, welcher einen Bereich zwischen den festen Phasen Sp auffüllt, entspricht einer flüs sigen Phase Lp. Die festen Phasen Sp sind eine Mixtur einer Mehrzahl von zusammengesetzten festen Phasen Sc, welche je weils einen Flüssigphasenbereich La und einen Festphasenbe reich Sa, der den Flüssigphasenbereich La einschließt, aufwei sen, wobei eine Mehrzahl einzelner fester Phasen Ss keinen Flüssigphasenbereich La aufweist.

Der Festphasenbereich Sa und der einzelne Festphasenbereich Ss der zusammengesetzten festen Phase Sc umfassen α-Al-Kristalle, und der Flüssigphasenbereich La und der Flüssigkphasenbereich Lp der zusammengesetzten festen Phase Sc umfassen eutektisches Al-Si.

Die Flüssigphaseneinschlußrate P einer der zusammengesetzten festen Phasen Sc ist wiedergegeben durch P = {B/(A + B)} × 100 (%), und die Flüssigphaseneinschlußrate P der einzelnen festen Phase Ss ist wiedergegeben durch P = 0 (%), worin A eine Schnittfläche des Festphasenbereichs Sa ist und B eine Schnittfläche des Flüssigphasenbereichs La ist (eine Summe der Schnittflächen all der Flüssigphasenbereiche La, welche durch den Festphasenbereich Sa eingeschlossen sind). Wenn eine An zahl N von Gruppen aus einer Klasse von festen Phase Sp (um fassend die zusammengesetzten festen Phasen Sc und die ein zelne feste Phase Ss) in dem äußeren Schichtbereich derart ausgewählt wird, daß sie eine Mehrzahl von festen Phasen Sp umfassen, sind Mittelwerte M₁ bis M_n der Flüssigphasenein schlußraten P₁, P₂, --- P_{n - 1}, und P_n einer Anzahl n an flüssigen Phasen Sp in der ersten bis zur N-ten Gruppe wiedergegeben durch M₁ = (P₁ + P₂ --- + P_{n - 1} + P_n)/n, --- und M_N = (P₁ + P₂ -- + P_{n - 1} + P_n)/n, und der Mittelwert M_M dieser Mittelwerte M₁ bis M_N (= (M₁ + M₂ --- + M_{n - 1} + M_N)/N) ist im Bereich von M_M ≧ 20% gesetzt.

In der äußeren Schicht des semi-geschmolzenen Aluminiumlegie rungsmaterials I ist der Mittelwert M_M, welcher sich auf die Flüssigphaseneinschlußrate P bezieht, in einer Art und Weise bestimmt worden, welche nachfolgend beschrieben wird. (i) Wie in Fig. 5B gezeigt, werden zwei oder mehr (zwei in der darge stellten Ausführungsform) erste und zweite gerade Linien C und D auf der Mikroskopphotographie gezogen, und zwei (N) Gruppen sind aus einer sich ergebenden Klasse von festen Phasen Sp derart ausgewählt worden, daß sie drei flüssige Phasen Sp um fassen. (ii) Flüssigphaseneinflußraten P₁, P₂ und P₃ der drei (Anzahl n von) zusammengesetzten festen Phasen Sc in der er sten Gruppe, welche durch die erste gerade Linie C gekreuzt werden, sind bestimmt worden, und ein erster Mittelwert M₁ (= (P₁ + P₂ + P₃ )/3) ist berechnet worden. In diesem Fall war M₁ gleich 19%. (iii) Flüssigphaseneinschlußraten P₄, P₅ und P₆ der drei (Anzahl n von) zusammengesetzen festen Phasen Sc in der zweiten Gruppe, welche durch die zweite gerade Linie D ge kreuzt werden, sind bestimmt worden, und ein zweiter Mittel wert M₂ (= P₄ + P₅ + P₆)/3) ist berechnet worden. In diesem Falle war M₂ gleich 21%. (iv) Ein Mittelwert der ersten und zweiten Mittelwerte M₁ und M₂, d. h. M_M (= (M₁ + M₂)/2), ist als der Mittelwert M_M berechnet worden.

Somit ist klar gemacht worden, daß der Mittelwert M_M, welcher sich auf die Flüssigphaseneinschlußraten P in dem äußeren Schichtabschnitt des semi-geschmolzenen Legierungsmaterials I bezieht, gleich 20% war (M_M = (19% + 21%)/2 = 20%).

Die Fig. 6A ist eine Mikroskpphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungsmaterials II zeigt und Fig. 6B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 6A gezeigten we sentlichen Teils.

In diesem Falle war ein erster Mittelwert M₁ (= (P₁ + P₂ --- P₉ + P₁₀)/10) (mit der Annahme, daß P₁ und P₅ = 0) gleich 1,7% und ein zweiter Mittelwert M₂ (= (P₁₁ + P₁₂ --- P₁₅ + P₁₆)/6) war gleich 1,8%. Somit ist klar gemacht worden, daß der Mittel wert M_M, welcher sich auf die Flüssigphaseneinschlußraten P in dem äußeren Schichtabschnitt des semi-geschmolzenen Alumini umlegierungsmaterials II bezieht, gleich 1,8% war (M_M= (1,7% + 1,8%)/2 = 1,8%).

Die Fig. 7A ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungsmaterials III zeigt und Fig. 7B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 7A gezeigten we sentlichen Teils.

In diesem Falle war ein erster Mittelwert M₁ (= P₁ + P₂ --- P₈ + P₉)/9) (mit der Annahme, daß P₄, P₅ und P₆ = 0) gleich 0,8, und ein zweiter Mittelwert M₂ (= (P₈ + ₁₀ --- P₁₄+ ₁₅)/7) (mit der Annahme, daß P₁₁ und P₁₃ = 0) war gleich 0,2%. Es ist somit klar gemacht worden, daß der Mittelwert M_M, welcher sich auf die Flüssigphaseneinschlußraten P in dem äußeren Schichtab schnitt des semi-geschmolzenen Aluminiummaterials III bezieht, gleich 0,5% war (M_M= (0,8% + 0,2%)/2 = 0,5%).

Die Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Mittelwert M_M, welcher sich auf die Flüssigkeitseinschlußrate P bezieht, und dem Gewichtsverlust in den äußeren Schichtabschnitten der semi-geschmolzenen Legierungsmaterialien I, II und III und anderer semi-geschmolzener Legierungsmaterialien IV, V und VI. In dem äußeren Schichtabschnitt des semi-geschmolzenen Legie rungsmaterials IV existieren nur einzelne feste Phasen Ss und es existieren keine zusammengesetzten festen Phasen Sc.

Tabelle 2

Die Fig. 8 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Mittelwert M_M (%), welcher sich auf die Flüssigkeitseinschluß raten P bezieht, und dem Gewichtsverlust, beruhend auf Tabelle 2, darstellt. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, kann der Gewichts verlust auf 10 Gew.-% oder weniger verringert werden, indem der Mittelwert M_M im Bereich von M ≧ 20% gesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung umfaßt die Herstellung eines semi-geschmolze nen Thixogieß-Gießmaterials, in welchem die festen Phasen Sp, die in dem äußeren Schichtabschnitt existieren, eine Mehrzahl von zusam mengesetzten festen Phasen Sc sind, welche jeweils einen Flüs sigphasenbereich La und einen Festphasenbereich Sa aufweisen, welcher den Flüssigphasenbereich La einschließt. In diesem Falle ist die Flüssigphaseneinschlußrate P von einer der zu sammengesetzten festen Phasen Sc wiedergegeben durch P = {B/(A + B)} × 100 (%), wobei A eine Schnittfläche des Festphasenbe reichs Sa ist und B eine Schnittfläche des Flüssigphasenbe reichs La ist. Wenn eine Anzahl N von Gruppen aus einer Klasse von zusammengesetzten festen Phasen Sc in dem äußeren Schicht abschnitt derart ausgewählt wird, daß sie eine Mehrzahl von zusammengesetzten festen Phasen Sc umfassen, dann sind Mittel werte M₁ bis M_n der Flüssigphaseneinschlußraten P₁, P₂, --- P_{n - 1} und P_n einer Anzahl n der zusammengesetzten festen Phasen Sc in der ersten bis zur N-ten Gruppe wiedergegeben durch M₁ = (P₁ + P₂ --- + P_n-1 + P_n )/n, --- und M_N = (P₁ + P₂ --- + P_{n - 1} + P_n)/n, und der Mittelwert M_M dieser Mittelwerte M₁ bis M_N (= (M₁ + M_{2 -} -- + M_{N - 1} + M_N)/N) ist im Bereich von M_M ≧ 20% gesetzt.

II. Herstellung des semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießmaterials

Die Fig. 9 zeigt eine Preßgießeinrichtung 1, welche zur Her stellung eines Gießerzeugnisses in einem Thixogieß-Verfahren verwendet wird. Die Preßgießeinrichtung 1 umfaßt eine statio näre Form 2 und eine bewegbare Form 3, welche vertikal anein andermassende Oberflächen 2a bzw. 3a aufweisen. Ein Gießhohl raum 4 ist zwischen den beiden aneinanderpassenden Oberflächen 2a und 3a gebildet. Eine Kammer 6, in welcher ein semi-ge schmolzenes Gießmaterial 5 angeordnet wird, ist in der statio nären Form 2 ausgebildet und steht mit dem Hohlraum 4 durch einen Durchgang 7 in Verbindung. Eine Hülse 8 ist in anstei gender Art und Weise an der stationären Form angeordnet und steht mit der Kammer 6 in Verbindung, und ein Preßkolben 9 ist verschiebbar in der Hülse 8 aufgenommen zur Gleitbewegung in die und aus der Kammer 6.

(A) Beziehung zwischen dem Gießmaterial und der Heizeinrichtung (Beispiel 1)

Unter Verwendung eines geschmolzenen Materials, welches eine hypoeutektische Aluminiumlegierungszusammensetzung aufweist, welche in Tabelle 3 gezeigt ist, ist ein rundes stangenartiges Gießerzeugnis mit einem Durchmesser von 76 mm in dem gerührten kontinuierlichen Gießverfahren hergestellt worden.

Tabelle 3

Ein Aluminiumlegierungsmaterial als das Gießmaterial ist mit einer Länge von 100 mm von dem runden stangenartigen Gießer zeugnis abgeschnitten worden und ist bezüglich seiner metal lographischen Struktur untersucht worden, was zu den in den Fig. 10A und 10B gezeigten Ergebnisse geführt hat.

Die Fig. 10A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts zeigt, und die Fig. 10B ist eine Mikroskopphotographie, welche die metallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts zeigt, welcher um einen äußeren Umfang des Hauptkörperab schnitts herum existiert.

Wie aus Fig. 10A hervorgeht, weist der Hauptkörperabschnitt eine große Anzahl sphärischer α-Al-Kristalle auf sowie eutek tischer Kristalle, welche jeweils einen Bereich zwischen den sphärischen α-Al-Kristallen auffüllen. Wie aus Fig. 10B her vorgeht, weist der äußere Schichtabschnitt eine große Anzahl an Dendriten auf sowie an eutektischen Al-Si-Kristallen, welche jeweils einen Bereich zwischen den Dendriten auffüllen. Die Dendriten sind aus α-Al-Kristallen gebildet.

In diesem Falle ist die Flächenrate a der α-Al-Kristalle in dem äußeren Schichtabschnitt gleich 86% und die Flächenrate b der α-Al-Kristalle in dem Hauptkörperabschnitt ist gleich 75 %. Diese Flächenraten a und b sind unter Verwendung eines Bildanalysesystems usw. gemessen worden.

Das Aluminiumlegierungsmaterial I ist in einem Induktionshei zofen angeordnet worden und ist dann einem Induktionsheizen unter einem Zustand einer Frequenz f von 1 kHz (konstant) und einer Erregungszeit von 7 Minuten unterzogen worden (Ausgabe 90% für die ersten 3 Minuten, Ausgabe 50% für die nächste 1 Minute und Ausgabe 37% für die letzten 3 Minuten).

In diesem Falle ist der elektrische Widerstandswert des äuße ren Schichtabschnitts geringer als derjenige des Hauptkörper abschnitts, aufgrund der Tatsache, daß die Flächenrate a der α-Al-Kristalle in dem äußeren Schichtabschnitt höher ist als die Flächenrate b der α-Al-Kristalle in dem Hauptkörperab schnitt und der α-Al-Kristall eine gute Leitfähigkeit aufweist. Daher tritt in dem äußeren Schichtabschnitt ein bemerkenswerter Skin-Effekt auf, wodurch verursacht wird, daß die Temperatur des äußeren Schichtabschnitts gegenüber dem Hauptkörperabschnitt bevorzugt erhöht wird, um einen semi-ge schmolzenen Zustand zu erhalten, in welchem feste und flüssige Phasen koexistent sind. Ein nachfolgendes Induktionsheizen verursacht, daß die Temperatur des Hauptkörperabschnitts er höht wird, so daß dieser ebenso einen semi-geschmolzenen Zu stand annimmt, in welchem feste und flüssige Phasen koexistent sind.

Auf diese Art und Weise ist das Aluminiumlegierungsmaterial auf 575°C erhitzt worden, was eine gießbare Temperatur ist, und dann ist die metallographische Struktur in dem semi-ge schmolzenen Zustand durch ein Abschreckverfahren fixiert wor den und untersucht worden, was zu den in den Fig. 11A und 11B gezeigten Ergebnissen geführt hat.

Die Fig. 11A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines Hauptkörperabschnitts zeigt, und die Fig. 11B ist eine Mikroskopphotographie, welche die metallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts zeigt.

Wie aus der Fig. 11B hervorgeht, kann man erkennen, daß die Dendriten in dem äußeren Schichtabschnitt in sphärische feste Phasen durch das Halbschmelzen übergeführt worden sind. In diesem Falle ist ein mittlerer Durchmesser D der sphärischen festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 150 µm. Hier ist der Ausdruck "mittlerer Durchmesser" als ein Mittelwert der Längen der längsten Abschnitte all der sphärischen festen Phasen auf der Mikroskopphotographie definiert. Dies bezieht sich auch auf den mittleren Durchmesser D, welcher nachfolgend beschrie ben wird.

Wie aus der Fig. 11A hervorgeht, weist der Hauptkörperab schnitt in diesem Falle auch eine sphärische Struktur auf, und ein mittlerer Durchmesser D der sphärischen festen Phasen der α-Al-Kristalle ist gleich 120 µm. Der Grund, warum die feine metallographische Struktur in dem Hauptkörperabschnitt in die ser Art und Weise erhalten wird, ist, daß das Halbschmelzen des Hauptkörperabschnitts nach demjenigen des äußeren Schicht abschnitts auftritt, und daher eine Verlängerung der Erwär mungszeit des Hauptkörperabschnitts vermieden wird, um das Aufquellen oder die Koaleszenz der metallographischen Struktur zu vermeiden.

Dann ist die Form-Temperatur in einer in Fig. 9 gezeigten Preßgießeinrichtung auf 250°C gesetzt worden und das semi-ge schmolzene Legierungsmaterial I (durch das Bezugszeichen 5 bezeichnet), welches nach dem Erhitzen erhalten worden ist, ist in der Kammer 6 angeordnet worden. Der Preßkolben 9 ist betätigt worden, um das semi-geschmolzene Legierungsmaterial I in den Hohlraum 4 zu laden. In diesem Falle war der Druck zum Laden des semi-geschmolzenen Legierungsmaterials I (der an den Preßkolben 9 usw. angelegte Druck) gleich 8 MPa. Dann ist eine Preßkraft auf das semi-geschmolzene Legierungsmaterial I aus geübt worden, welches in den Hohlraum 4 gefüllt war, indem der Preßkolben 9 an einem Hubende gehalten worden ist, wodurch das semi-geschmolzene Legierungsmaterial I unter einem derartigen Druck verfestigt worden ist, um ein Aluminiumlegierungsgieß erzeugnis vorzusehen.

Nachfolgend sind verschiedene Aluminiumlegierungsmaterialien II, III, IV, V und VI hergestellt werden, welche die in Ta belle 3 gezeigte Zusammensetzung hatten und welche verschie dene Raten a und b der α-Al-Kristalle in dem äußeren Schicht abschnitt und dem Hauptkörperabschnitt hatten und die gleiche Größe wie vorangehend beschrieben.

Dann ist jedes der Aluminiumlegierungsmaterialien II, III, IV, V und VI in dem Induktionsheizofen angeordnet worden und unter den gleichen Bedingungen, wie die vorangehend beschriebenen, erhitzt worden. Danach ist die metallographische Struktur in dem halb geschmolzenen Zustand bei einer gießbaren Temperatur von 575°C in der gleichen Art und Weise fixiert worden und dann gemessen worden.

Unter Verwendung der Aluminiumlegierungsmaterialien II, III, IV, V und VI, nachdem diese erhitzt worden sind, und unter Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Preßgießeinrichtung sind verschiedene Aluminiumlegierungsgießerzeugnisse durch den gleichen Gießvorgang, wie er vorangehend beschrieben worden ist, erzeugt worden.

Die Tabelle 4 zeigt die Flächenraten a und b der α-Al-Kri stalle in dem äußeren Schichtabschnitt und dem Hauptkörperab schnitt von jedem der Aluminiumlegierungsmaterialien I, II, III, IV, V und VI, die Differenz a - b zwischen den Flächenra ten a und b, die Form der festen Phase in dem semi-geschmolze nen äußeren Schichtabschnitt und den Ladedruck während des Gießens.

Tabelle 4

Die Fig. 12A und 12B sind Mikroskopphotographien, welche die metallographische Struktur des semi-geschmolzenen Alumini umlegierungsmaterials VI zeigen. Die Fig. 12A entspricht dem Hauptkörperabschnitt und die Fig. 12B entspricht dem äußeren Schichtabschnitt.

Wie aus der Fig. 12B hervorgeht, tritt die massive feste Pha se aufgrund der Aggregation der sphärischen festen Phasen in dem äußeren Schichtabschnitt auf. Man kann aus Fig. 12A er kennen, daß der Hauptkörperabschnitt eine sphärische Struktur aufweist.

Wenn die Dendriten in dem äußeren Schichtabschnitt, wie in den Aluminiumlegierungsmaterialien I, II, III und IV in Tabelle 4, in die sphärischen festen Phasen transformiert werden, dann kann der Ladedruck während des Gießens bei einem im wesentli chen konstanten Wert, wie z. B. 8 bis 9 MPa fixiert werden und kann gesenkt werden. Jedes der Aluminiumgießerzeugnisse, welche aus den Aluminiumlegierungsmaterialien I, II, III und IV hergestellt worden sind, hatte eine feine metallographische Struktur und hatte keine Defekte, wie z. B. Ausschnitte und Hohlräume, in sich und war gut.

Wenn andererseits die Dendrite in dem äußeren Schichtabschnitt nicht in die sphärischen festen Phasen transformiert worden sind, wie in den Aluminiumlegierungsmaterialien V und VI in Tabelle 4, dann wird der Ladedruck als ein Ergebnis daraus erhöht, daß sehr wahrscheinlich in dem Aluminiumlegierungs gießerzeugnis Defekte erzeugt wurden.

Die Fig. 13 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Differenz a - b zwischen den Flächenraten von α-Al-Kristallen und dem Ladedruck beruhend auf Tabelle 4 darstellt, worin Punkte I, II, III, IV, V und VI den Aluminiumlegierungsmate rialien I, II, III, IV, V bzw. VI entsprechen.

Wie aus Fig. 13 hervorgeht, ist es wünschenswert, daß die Differenz a - b zwischen den Flächenraten der α-Al-Kristalle im Bereich von 5% ≦ a - b ≦ 15% liegt, um den Ladedruck zu senken.

(Vergleichsbeispiel 1)

Das Aluminiumlegierungsmaterial des Beispiels 1 ist in einem elektrischen Widerstandsofen angeordnet worden und ist für eine lange Zeitperiode unter einem Zustand einer Heizzeit von 3 Stunden auf 575°C erhitzt worden, bei welcher Temperatur das Material in einem semi-geschmolzenen Zustand war und feste und flüssige Phasen aufgewiesen hat, die darin koexistent waren, und bei welcher es bei einer gießbaren Temperatur war. Danach ist die metallographische Struktur im semi-geschmolzenen Zu stand durch ein Abschreckverfahren fixiert worden und ist un tersucht worden, was zu den in den Fig. 14A und 14B gezeig ten Ergebnissen geführt hat.

Die Fig. 14A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur des Hauptkörperabschnitts zeigt und die Fig. 14B ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur des äußeren Schichtabschnitts zeigt.

Wie aus der Fig. 14B hervorgeht, kann man erkennen, daß die Dendriten in dem äußeren Schichtabschnitt durch Halbschmelzen in sphärische feste Phasen transformiert worden sind. In die sem Falle ist ein mittlerer Durchmesser D der sphärischen fe sten Phasen der α-Al-Kristalle gleich 160 µm und die sphä rische feste Phase ist relativ fein.

Andererseits weist, wie aus Fig. 14A hervorgeht, der Haupt körperabschnitt ferner eine sphärische Struktur auf, in diesem Falle ist jedoch der mittlere Durchmesser D der sphärischen festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 210 µm. Der Grund, warum die metallographische Struktur des Hauptkörperabschnitts koalesziert oder in dieser Art und Weise aufgeschwollen war, ist, daß das Aluminiumlegierungsmaterial IIa für eine lange Zeitdauer erhitzt worden ist.

Dann ist unter Verwendung des halb geschmolzenen Legierungs materials II, nachdem dieses erhitzt worden ist, und unter Verwendung der Preßgießeinrichtung 1, welche in Fig. 9 ge zeigt ist, ein Aluminiumlegierungsgießerzeugnis IIa durch den gleichen Gießvorgang wie im Beispiel 1 hergestellt worden.

Teststücke sind aus dem Aluminiumlegierungsgießerzeugnis I, das unter Verwendung des Aluminiumlegierungsmaterials I des Beispiels 1 hergestellt worden ist, und dem Aluminiumlegie rungsgießerzeugnis IIa des Vergleichsbeispiels 1 hergestellt worden. Dann ist jedes der Teststücke einer T6-Behandlung un terzogen worden (umfassend ein Erhitzen auf 540°C für 5 Stun den, ein Wasser-Kühlen und ein Erhitzen auf 170°C für 5 Stun den), und ist dann einem Zugtest unterzogen worden, was zu den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen geführt hat. In Tabelle 5 entsprechen die Teststücke I und IIa den Aluminiumlegierungs gießerzeugnissen I bzw. IIa.

Tabelle 5

Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, weist das Teststück I des Bei spiels 1 eine hohe Festigkeit und eine hohe Duktilität (Dehn barkeit) auf. Dies liegt an der Tatsache, daß die Dendriten in dem äußeren Schichtabschnitt in sphärische feste Phasen trans formiert worden sind und daß die sphärischen Strukturen des äußeren Schichtabschnitts und des Hauptkörperabschnitts fein waren.

Andererseits weist das Teststück IIa im Vergleichsbeispiel 1 eine geringe Festigkeit und eine geringe Duktilität im Ver gleich zu den Teststück I auf, was an der Tatsache liegt, daß die sphärische Struktur des Hauptkörperabschnitts koalesziert oder aufgeschwollen war.

(Beispiel 2)

Das Aluminiumlegierungsmaterial I des Beispiels 1 ist in einem Induktionsheizofen angordnet worden und einem ersten (primä ren) Induktionsheizschritt in einer Spule des Induktionsheiz ofens unterzogen worden, unter Zuständen einer Frequenz f₁ von 2 kHz (konstant) und einer Erregungszeit von 3 Minuten (Aus gabe 90%).

Dabei ist ein Skin-Effekt, entsprechend demjenigen des Bei spiels 1, in bemerkenswerter Weise aufgetreten, und daher ist die Temperatur des äußeren Schichtabschnitts bezüglich der Temperatur des Hauptkörperabschnitts bevorzugt erhöht worden, so daß der äußere Schichtabschnitt einen semi-geschmolzenen Zustand angenommen hat, in dem feste und flüssige Phasen ko existieren.

Dann ist das Aluminiumlegierungsmaterial I einem zweiten (se kundären) Induktionsheizschritt in der Spule unter Zuständen einer Frequenz f₂ von 1 kHz (konstant) und einer Erregungszeit von 4 Minuten (Ausgabe 50% für die 1 Minute und Ausgabe 37% für die nächsten 3 Minuten) unterzogen worden.

Dies hat verursacht, daß die Temperatur des Hauptkörperab schnitts angehoben worden ist und dieser einen semi-geschmol zenen Zustand angenommen hat, in welchem feste und flüssige Phasen koexistieren.

In dieser Art und Weise ist das Aluminiumlegierungsmaterial I auf 575°C erhitzt worden, was eine gießbare Temperatur ist. Danach ist die metallographische Struktur im semi-geschmolze nen Zustand unter Verwendung eines Abschreckverfahrens fixiert worden und ist untersucht worden. Als Ergebnis daraus ist deutlich geworden, daß die Dendriten in dem äußeren Schicht abschnitt in sphärische feste Phasen transformiert worden sind. In diesem Falle war ein mittlerer Durchmesser der sphä rischen festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 160 µm.

Der Hauptkörperabschnitt hat ebenso sphärische Strukturen auf gewiesen. In diesem Falle war der mittlere Durchmesser der sphärischen festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 120 µm.

Dann ist unter Verwendung des semi-geschmolzenen Aluminiumle gierungsmaterials I, nachdem dieses erhitzt worden ist, und unter Verwendung der Preßgießeinrichtung 1, welche in Fig. 9 gezeigt ist, ein Aluminiumlegierungsgießerzeugnis durch den gleichen Gießvorgang wie beim Beispiel 1 hergestellt worden. Dies ist als Beispiel 1 bezeichnet.

In gleicher Weise sind unter Verwendung des Aluminiumlegie rungsmaterials I zwei Aluminiumlegierungsgießerzeugnisse unter den gleichen Zuständen wie den vorangehend beschriebenen her gestellt worden, mit Ausnahme, daß die Frequenz f₁ beim ersten Induktionsheizschritt geändert worden ist. Diese sind als Bei spiele 2 bzw. 3 bezeichnet.

Die Tabelle 6 zeigt die Beziehung zwischen den Frequenzen f₁ und f₂ in dem ersten und dem zweiten Induktionsheizschritt und dem Ladedruck. Zum Vergleich sind Daten, welche sich auf das Aluminiumlegierungsmaterial I im Beispiel 1 beziehen, als die jenige eines Beispiels 4 in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6

Wie aus der Tabelle 6 hervorgeht, können, wenn die Frequenz f₁ beim ersten Induktionsheizschritt höher eingestellt ist als die Frequenz f₂ beim zweiten Induktionsheizschritt, wie in den Beispielen 1 bis 3, die sphärischen festen Phasen, welche sich aus der Transformation der Dendriten ergeben, in eine Form gebracht werden, die näher an einer sphärischen Form ist, im Vergleich mit denjenigen des Beispiels 4, und daher ist der Ladedruck geringer als in dem Beispiel 4.

Die Frequenz f₁ beim ersten Induktionsheizschritt liegt in ge eigneter Weise im Bereich von 0,8 kHz < f₁ ≦ 50 kHz für das bevorzugte Erhöhen der Temperatur des äußeren Schichtab schnitts. Wenn die Frequenz f₁ niedriger ist als 0,8 kHz oder höher als 50 kHz, dann ist die Effizienz einer Heizoszilla tionsschaltung gering und daher ist dieses Frequenzniveau nicht praktisch.

Die Frequenz f₂ im zweiten Induktionsheizschritt liegt in ge eigneter Weise im Bereich von 0,8 kHz < f₂ ≦ 5 kHz für das gleichförmige Erhitzen des Hauptkörperabschnitts. Wenn die Frequenz f₂ niedriger als 0,8 kHz ist, ist sie ebenso nicht praktisch. Wenn andererseits f₂ < 5 kHz, dann wird der äußere Schichtabschnitt in bevorzugter Weise erhitzt, und daher kann nicht der gesamte Hauptkörperabschnitt in gleichförmiger Art und Weise erhitzt werden. Der Grund, warum die Frequenz f₁ hö her als 0,8 kHz definiert ist, ist, daß die Beziehung f₁ < f₂ erfüllt ist.

Wenn andererseits die Frequenz f₁ beim ersten Induktionsheiz schritt niedriger ist als die Frequenz f₂ beim zweiten Induk tionsheizschritt, nämlich f₁ < f₂, treten die folgenden Nacht eile auf: Es wird die Oxidation des äußeren Schichtabschnitts unterstützt, so daß ein dicker Oxidfilm gebildet wird, und ein Teil des äußeren Schichtabschnitts fließt heraus, was zu einem verringertem Ertrag führt.

(B) Mittlerer Durchmesser der sphärischen festen Phasen in dem äußeren Schichtabschnitt in dem semi-geschmolzenen Zustand (Beispiel 1)

Ein Aluminiumlegierungsmaterial I, welches die hypoeutektische Aluminiumlegierungszusammensetzung, welche in Tabelle 3 ge zeigt ist, hatte, ist in einem gerührten Gießverfahren herge stellt worden und hatte einen Durchmesser von 76 mm und eine Länge von 100 mm.

Die Fig. 15A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des Aluminiumlegierungsmaterials I zeigt, und die Fig. 15B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 15A gezeigten wesentlichen Teils. In diesem Falle ist die mittlere Säulenlänge (Blocklän ge) L der Dendrite gleich 172 µm. Die Flächenrate a der α-Al- Kristalle in dem äußeren Schichtabschnitt ist gleich 81% und die Flächenrate b der α-Al-Kristalle in dem Hauptkörperab schnitt ist gleich 76%.

Das Aluminiumlegierungsmaterial I ist in dem Induktionsheiz ofen angeordnet worden und dann einem Induktionsheizen unter Zuständen einer Frequenz f von 1 kHz (konstant) und einer Er regungszeit von 7 Minuten unterzogen worden (Ausgabe 90% für die ersten 3 Minuten, Ausgabe 50% für die nächste 1 Minute und Ausgabe 37% für die letzten 3 Minuten).

In diesem Falle ist der elektrische Widerstandswert des äuße ren Schichtabschnitts geringer als derjenige des Hauptkörper abschnitts, aufgrund der Tatsache, daß die Flächenrate a der α-Al-Kristalle in dem äußeren Schichtabschnitt höher ist als die Flächenrate b der α-Al-Kristalle in dem Hauptkörperab schnitt und der α-Al-Kristall eine gute Leitfähigkeit aufweist. Daher ist in dem äußeren Schichtabschnitt ein be trächtlichter Skin-Effekt aufgetreten, wodurch verursacht wird, daß die Temperatur des äußeren Schichtabschnitts bezü glich des Hauptkörperabschnitts bevorzugt erhöht worden ist, so daß der äußere Schichtabschnitt einen semi-geschmolzenen Zustand angenommen hat mit darin koexistenten festen und flüs sigen Phasen. Ein nachfolgendes Induktionsheizen hat verur sacht, daß die Temperatur des Hauptkörperabschnitts angehoben worden ist, so daß dieser auch einen semi-geschmolzenen Zu stand angenommen hat mit darin koexistenten festen und flüssi gen Phasen.

In dieser Art und Weise ist das Aluminiumlegierungsmaterial auf 575°C erhitzt worden, was eine gießbare Temperatur ist. Dann ist die metallographische Struktur in dem semi-geschmol zenen Zustand durch ein Abschreckverfahren fixiert worden und die metallographische Struktur des äußeren Schichtabschnitts ist untersucht worden, was zu den in Fig. 16 gezeigten Ergeb nissen geführt hat.

Die Fig. 16 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur des äußeren Schichtabschnitts zeigt. Man kann aus Fig. 16 erkennen, daß die Dendrite in dem äußeren Schichtabschnitt durch das Halbschmelzen in sphärische feste Phasen transformiert worden sind. In diesem Falle ist ein mittlerer Durchmesser D der festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 200 µm.

Der Hauptkörperabschnitt weist ebenso eine feine sphärische Struktur auf, aus dem gleichen Grund, wie dem vorangehend be schriebenen.

Dann ist die Form-Temperatur in der Preßgießeinrichtung 1, welche in Fig. 9 gezeigt ist, auf 250°C gesetzt worden und das semi-geschmolzene Legierungsmaterial I (durch das Bezugs zeichen 5 bezeichnet) ist, nachdem es erhitzt worden ist, in der Kammer 6 in der Preßgießeinrichtung 1 angeordnet worden. Der Preßkolben 9 ist betätigt worden, um das semi-geschmolzene Aluminiumlegierungsmaterial I in den Hohlraum 4 einzuladen. In diesem Falle war der Druck zum Laden des semi-geschmolzenen Aluminiumlegierungsmaterials I 8 MPa. Dann ist auf das semi- geschmolzene Aluminiumlegierungsmaterial I, welches in den Hohlraum 4 gefüllt war, ein Preß-Druck ausgeübt worden, indem der Preßkolben 9 an einem Hubende gehalten worden ist, wodurch das Aluminiumlegierungsmaterial I unter einem derartigen Druck verfestigt worden ist, um das Aluminiumlegierungsgießerzeugnis I vorzusehen.

Die Fig. 17 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur des Aluminiumlegierungsgießerzeugnisses I zeigt. Man kann aus Fig. 17 erkennen, daß die metallogra phische Struktur homogen ist.

Dies liegt an der Tatsache, daß das Gießmaterial in festem Zustand durch den Durchgang hindurchgeführt worden ist, ohne Trennung der festen und flüssigen Phasen voneinander, als die ses in den Hohlraum geladen wurde.

(Beispiel 2)

Ein Aluminiumlegierungsmaterial II, welches die in Tabelle 3 gezeigte hypoeutektische Aluminiumlegierungszusammensetzung hatte, ist in einem gerührten Gießverfahren hergestellt worden und hatte einen Durchmesser von 76 mm und eine Länge von 100 mm.

Die Fig. 18A ist eine Mikroskopphotographie, welche die me tallographische Struktur eines äußeren Schichtabschnitts des Aluminiumlegierungsmaterials II zeigt, und Fig. 18B ist eine Wiedergabe eines in Fig. 18A gezeigten wesentlichen Teils. In diesem Falle ist eine mittlere Säulenlänge L der Dendrite gleich 216 µm. Die Flächenrate a der α-Al-Kristalle in dem äußeren Schichtabschnitt ist gleich 82% und die Flächenrate b der α-Al-Kristalle in dem Hauptkörperabschnitt ist gleich 75%.

Das Aluminiumlegierungsmaterial II ist in dem Induktionsheizo fen angeordnet worden und ist dann einem Induktionsheizen un ter den gleichen Bedingungen wie in dem Beispiel 1 unterzogen worden. Dann ist das Aluminiumlegierungsmaterial II auf 575°C erhitzt worden, bei welcher Temperatur das Material II in ei nem semi-geschmolzenen Zustand war mit darin koexistenten fe sten und flüssigen Phasen, und welche Temperatur eine gießbare Temperatur war. Danach ist die metallographische Struktur in dem semi-geschmolzenen Zustand durch ein Abschreckverfahren fixiert worden und die metallographische Struktur des äußeren Schichtabschnitts ist untersucht worden, was zu dem in Fig. 19 gezeigten Ergebnis geführt hat.

Die Fig. 19 ist eine Mikroskopphotographie, welche die metal lographische Struktur des äußeren Schichtabschnitts zeigt. Man kann aus Fig. 19 erkennen, daß die Dendrite in dem äußeren Schichtabschnitt durch das Semi-Schmelzen in sphärische feste Phasen transformiert worden sind. In diesem Falle ist ein mittlerer Durchmesser D der festen Phasen der α-Al-Kristalle gleich 230 µm.

Dann ist unter Verwendung des semi-geschmolzenen Aluminiumle gierungsmaterials II, nachdem dieses erhitzt worden ist, und unter Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Preßgießeinrichtung 1 ein Aluminiumlegierungsgießerzeugnis II durch den gleichen Gießvorgang wie in dem Beispiel 1 hergestellt worden. In die sem Falle war der Druck zum Laden des semi-geschmolzenen Alu miniumlegierungsmaterials II 14 MPa.

Die Fig. 20A und 20B sind Mikroskopphotographien, welche jeweils die metallographischen Strukturen verschiedener Ab schnitte des Aluminiumlegierungsgießerzeugnisses II zeigen. Wie aus dem Vergleich der Fig. 20A und 20B hervorgeht, sind die metallographischen Strukturen nicht homogen.

Dies liegt daran, daß, als das semi-geschmolzene Aluminiumle gierungsmaterial II in den Hohlraum geladen worden ist, ein Verstopfen des Durchgangs (mit einem Durchmesser von 10 mm) mit dem Material II aufgetreten ist, was zu einer Separation der festen und flüssigen Phasen voneinander geführt hat, da der mittlere Durchmesser D der festen Phasen in dem äußeren Schichtabschnitt 230 µm groß war.

Aus dem Vergleich der Fig. 17 mit den Fig. 20A und 20B erkennt man, daß der mittlere Durchmesser D der sphärischen festen Phasen in dem äußeren Schichtabschnitt des semi-ge schmolzenen Aluminiumlegierungsmaterials in einem fest/flüs sig-Phasen-Koexistenzzustand wünschenswerterweise im Bereich von D ≦ 200 µm liegt.

Dann sind Teststücke aus den Aluminiumlegierungsgießerzeugnis sen I und II in den Beispielen 1 und 2 hergestellt worden und einer T6-Behandlung unterzogen worden, entsprechend der vor angehend beschriebenen, und sind dann einem Zugtest unterzogen worden, was zu den in Tabelle 7 gezeigten Ergebnissen geführt hat. In Tabelle 7 entsprechen Teststücke I und II den Alumini umlegierungsgießerzeugnissen I bzw. II.

Tabelle 7

Wie aus der Tabelle 7 hervorgeht, weist das Teststück I im Beispiel 1 eine höhere Festigkeit und eine größere Duktilität auf als diejenigen des Teststücks II im Beispiel 2. Dies liegt an dem Unterschied der metallographischen Strukturen der Alu miniumlegierungsgießerzeugnisse I und II und ursprünglich an dem Unterschied zwischen den mittleren Durchmessern D der fe sten Phasen in den äußeren Schichtabschnitten der semi-ge schmolzenen Gießmaterialien.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein semi-geschmolzenes Gießmaterial, in dem feste und flüssige Phasen koexistieren. Eine Mehrzahl von zusammengesetzten festen Phasen, welche Flüssig- und Festphasenbereiche aufweisen, und eine Mehrzahl von ein zelnen festen Phasen existieren als die festen Phasen in einem äußeren Schichtabschnitt des semi-geschmolzenen Gießmaterials. Wenn die Schnittfläche des Festphasenbereichs durch A wiedergegeben ist, und wenn die Schnittfläche des Festphasen bereichs in einer der zusammengesetzten festen Phasen durch B wiedergegeben ist, dann ist die Flüssigkeitseinschlußrate P der zusammengesetzten festen Phase definiert als P = {B/(A + B)} × 100 (%). Die Flüssigkeitseinschlußrate P der einzelnen festen Phase ist gleich 0 (%). Wenn zwei Gruppen aus einer Klasse der festen Phase ausgewählt werden, beispielsweise durch erste und zweite gerade Linien, so daß sie eine Mehrzahl von festen Phasen umfassen, sind Mittelwerte M₁ und M₂ der Flüssigkeitseinschlußraten von beispielsweise sechs festen Phasen in der ersten und der zweiten Gruppen wiedergegeben durch M₁ = (P₁ + P₂ --- + P₅ + P₆)/6 und M₂ = (P₄ + P₇ --- + P₁₀ + P₁₁)/6, und ein Mittelwert M_M der Mittelwerte M₁ und M₂ ist im Bereich von M_M ≧ 20% gesetzt. Somit ist es möglich, das Aus fließen der flüssigen Phasen aus dem äußeren Schichtabschnitt in dem semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießmaterial zu verhin dern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießma terials durch

1. - Aussetzen des Thixogieß-Materials, das einen äußeren Schichtab schnitt mit Dendriten um einen äußeren Umfang eines Hauptkör perabschnitts herum aufweist, einer Hitzebehandlung, um ein semi-geschmolzenes Gießmaterial mit darin koexistenten festen und flüssigen Phasen zu erzeugen, wobei
2. - die Dendriten durch Erhöhen der Temperatur des äußeren Schichtabschnitts bezüglich des Hauptkörperabschnitts in sphärische feste Phasen transformiert werden, um den äußeren Schichtabschnitt in einen semi-geschmolzenen Zustand zu bringen.

2. Verfahren zur Herstellung eines semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießma terials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bevorzugte Erhöhen der Temperatur des äußeren Schichtab schnitts durch Induktionsheizen erreicht wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießma terials durch

1. - Aussetzen des Thixogieß-Materials, das einen äußeren Schichtab schnitt mit Dendriten um einen äußeren Umfang eines Hauptkör perabschnitts herum aufweist, einer Hitzebehandlung, um ein semi-geschmolzenes Gießmaterial mit darin koexistenten festen und flüssigen Phasen zu erzeugen, bei der -
ein erster und ein zweiter Induktionsheizschritt verwendet werden, wobei
2. - beim ersten Induktionsheizschritt die Dendriten durch Erhöhen der Temperatur des äußeren Schichtabschnitts bezüglich des Hauptkörperabschnitts in sphärische feste Phasen transformiert werden, um den äußeren Schichtabschnitt in einen semi-ge schmolzenen Zustand zu bringen, und
3. - beim zweiten Induktionsheizschritt die Temperatur des Hauptkör perabschnitts erhöht wird, um diesen in einen semi-geschmolze nen Zustand zu bringen, wobei
4. - die Frequenz f₁ beim ersten Induktionsheizschritt höher als die Frequenz f₂ beim zweiten Induktionsheizschritt ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines semi-geschmolzenen Thixogieß-Gießma terials nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießmaterial eine Aluminiumlegierung umfaßt und daß die Frequenz f₁ bei dem ersten Induktionsheizschritt im Bereich von 0,8 kHz < f₁ ≦ 50 kHz gesetzt ist und daß die Frequenz f₂ in dem zweiten Induktionsheizschritt im Bereich von 0,8 kHz ≦ f₂≦ 5 kHz gesetzt ist.