JP2001058251A - チクソフォージング法 - Google Patents
チクソフォージング法Info
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- JP2001058251A JP2001058251A JP2000236603A JP2000236603A JP2001058251A JP 2001058251 A JP2001058251 A JP 2001058251A JP 2000236603 A JP2000236603 A JP 2000236603A JP 2000236603 A JP2000236603 A JP 2000236603A JP 2001058251 A JP2001058251 A JP 2001058251A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】金属素材を半溶融状態で金型内へ充填するチク
ソフォージング法において、これを改良して、加熱温度
が低く、且つ加工工程が短縮された半溶融鍛造法を提供
する。 【解決手段】素材として固溶限度内の溶質成分を含む合
金を用い、これを固液共存領域内に加熱する。ダイスと
パンチにより加圧してキャビティ内へ流動させて成形す
る。前記素材を常温から固相線近くの温度に比較的急速
に加熱した後、固相線を越えて材料が柔らかくなる適当
な温度まで緩徐に加熱し、次いで加圧成形工程を行う。
ソフォージング法において、これを改良して、加熱温度
が低く、且つ加工工程が短縮された半溶融鍛造法を提供
する。 【解決手段】素材として固溶限度内の溶質成分を含む合
金を用い、これを固液共存領域内に加熱する。ダイスと
パンチにより加圧してキャビティ内へ流動させて成形す
る。前記素材を常温から固相線近くの温度に比較的急速
に加熱した後、固相線を越えて材料が柔らかくなる適当
な温度まで緩徐に加熱し、次いで加圧成形工程を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はチクソトロフィー
（擬液性）を示す合金素材を半溶融状態にまで加熱し、
これを成型用のキャビティへ加圧充填して、合金成型品
を鍛造するチクソフォージング法に関するもので、特に
その素材の加熱方法に関するものである。
（擬液性）を示す合金素材を半溶融状態にまで加熱し、
これを成型用のキャビティへ加圧充填して、合金成型品
を鍛造するチクソフォージング法に関するもので、特に
その素材の加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用部品から事務用機器部品
まで機械製品の素材としてアルミニウム合金や、マグネ
シウム合金などの軽合金が多く用いられている。これら
軽合金の部品の素材はダイカストその他の鋳造法によっ
て製造されることが多い。
まで機械製品の素材としてアルミニウム合金や、マグネ
シウム合金などの軽合金が多く用いられている。これら
軽合金の部品の素材はダイカストその他の鋳造法によっ
て製造されることが多い。
【０００３】しかしながら、在来の鋳造法では素材たる
金属を、液相線以上の温度にまで加熱し溶湯の状態で鋳
型内へ鋳込むから、鋳型内で冷却される際に樹枝状晶が
発達し、鋳物の強度を低下させたり鋳造欠陥の原因とな
っていた。また、鋳造法では素材の材質がマグネシウム
のように液相線付近の温度で爆発しやすい性質をもつも
のである場合、不活性雰囲気で溶解せねばならず、装置
や操作が複雑となる不具合があった。
金属を、液相線以上の温度にまで加熱し溶湯の状態で鋳
型内へ鋳込むから、鋳型内で冷却される際に樹枝状晶が
発達し、鋳物の強度を低下させたり鋳造欠陥の原因とな
っていた。また、鋳造法では素材の材質がマグネシウム
のように液相線付近の温度で爆発しやすい性質をもつも
のである場合、不活性雰囲気で溶解せねばならず、装置
や操作が複雑となる不具合があった。
【０００４】他方、そのような鋳造欠陥や生産技術上の
困難を克服することを目的に、素材たる金属を一旦溶解
した後、固相と液相が混在する領域に冷却し、その状態
で機械的あるいは電磁誘導的手法を用いて強く撹拌し、
樹枝状晶の発達を阻止し、あるいは微細化した後に鋳造
する、いわゆる、レオキャスティング法が知られている
（例えば、特開昭６０−１５２３５８号公報）。また、
マグネシウム合金のように溶融温度付近で激しく酸化現
象を起こす金属を用いる場合、レオキャスティング法を
採用することが、マグネシウム鋳造の専門工場でない限
り容易でないことに鑑み、他の方法が用いられている。
すなわち、レオキャティング法によって鋳造したビレッ
トを購入して、そのビレットを再度、固液混在領域へ加
熱し成形型へ加圧充填する、いわゆる、チクソフォージ
ング法も提案されている。
困難を克服することを目的に、素材たる金属を一旦溶解
した後、固相と液相が混在する領域に冷却し、その状態
で機械的あるいは電磁誘導的手法を用いて強く撹拌し、
樹枝状晶の発達を阻止し、あるいは微細化した後に鋳造
する、いわゆる、レオキャスティング法が知られている
（例えば、特開昭６０−１５２３５８号公報）。また、
マグネシウム合金のように溶融温度付近で激しく酸化現
象を起こす金属を用いる場合、レオキャスティング法を
採用することが、マグネシウム鋳造の専門工場でない限
り容易でないことに鑑み、他の方法が用いられている。
すなわち、レオキャティング法によって鋳造したビレッ
トを購入して、そのビレットを再度、固液混在領域へ加
熱し成形型へ加圧充填する、いわゆる、チクソフォージ
ング法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チクソ
フォージング法ではレオキャスティング法によって造ら
れたビレットを素材として使用するので、素材を溶融す
る高温の炉を使用せずに品質の優れた鍛造製品が得られ
る効果を達成できる反面、当初のビレットを鋳造する処
から数えると工程が長く複雑で、製品を高価なものとす
る不具合があった。
フォージング法ではレオキャスティング法によって造ら
れたビレットを素材として使用するので、素材を溶融す
る高温の炉を使用せずに品質の優れた鍛造製品が得られ
る効果を達成できる反面、当初のビレットを鋳造する処
から数えると工程が長く複雑で、製品を高価なものとす
る不具合があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は上記した課題
を解消し、従来のチクソフォージング法を改良し、これ
と同等の製品を、短い加工工程で且つ、材料を溶融させ
ないで製造する鍛造法を得ることを目的とするもので、
素材として固溶限度内の溶質成分を含む合金を用い、こ
れを固液共存領域内に加熱し、ダイスとパンチにより加
圧してキャビティ内へ流動させて成形するチクソフォー
ジング法において、前記素材を常温から固相線近くの温
度に比較的急速に加熱した後、固相線を越えて材料が柔
らかくなる適当な温度まで緩徐に加熱し、次いで加圧成
形工程を行う点に特徴がある。
を解消し、従来のチクソフォージング法を改良し、これ
と同等の製品を、短い加工工程で且つ、材料を溶融させ
ないで製造する鍛造法を得ることを目的とするもので、
素材として固溶限度内の溶質成分を含む合金を用い、こ
れを固液共存領域内に加熱し、ダイスとパンチにより加
圧してキャビティ内へ流動させて成形するチクソフォー
ジング法において、前記素材を常温から固相線近くの温
度に比較的急速に加熱した後、固相線を越えて材料が柔
らかくなる適当な温度まで緩徐に加熱し、次いで加圧成
形工程を行う点に特徴がある。
【０００７】本発明によれば、素材金属として固溶限度
内の溶質成分を含む合金、すなわち、固相線と液相線と
を有し、溶質成分を共晶割合で含むものを除く合金で
は、液相線と固相線との間に固相と液相とが共存する領
域が存在する。そこで、固溶限度内の溶質成分を含む合
金をエネルギー効率のよい比較的高速で加熱し、素材温
度が固相線近くに達したとき加熱を緩めると、急加熱と
質量効果による温度分布の不均一が解消して全体が一様
な温度になると共に、液相を生じる。その後は緩徐に加
熱されるから、全体が一様に昇温し液相の割合が増すと
共に、一部が過度に昇温して局部的な樹枝状晶が発生す
るのが阻止される。また、固液限度内の溶質成分を含む
合金は、初晶として出晶するα相の形体がセル状又は花
弁状となり球状に近い形状であるため、初晶として樹脂
状結晶（デンドライト）が出晶する亜共晶型合金に比べ
て半溶融状態における流動性が優れている。
内の溶質成分を含む合金、すなわち、固相線と液相線と
を有し、溶質成分を共晶割合で含むものを除く合金で
は、液相線と固相線との間に固相と液相とが共存する領
域が存在する。そこで、固溶限度内の溶質成分を含む合
金をエネルギー効率のよい比較的高速で加熱し、素材温
度が固相線近くに達したとき加熱を緩めると、急加熱と
質量効果による温度分布の不均一が解消して全体が一様
な温度になると共に、液相を生じる。その後は緩徐に加
熱されるから、全体が一様に昇温し液相の割合が増すと
共に、一部が過度に昇温して局部的な樹枝状晶が発生す
るのが阻止される。また、固液限度内の溶質成分を含む
合金は、初晶として出晶するα相の形体がセル状又は花
弁状となり球状に近い形状であるため、初晶として樹脂
状結晶（デンドライト）が出晶する亜共晶型合金に比べ
て半溶融状態における流動性が優れている。
【０００８】
【発明の実施の形態】この発明を以下の実施例によって
説明する。この実施例では金属素材として１１質量％の
シリコンを含むアルミニウム合金と、８質量％のアルミ
ニウムと１質量％の亜鉛とを含むマグネシウム合金（Ａ
Ｚ９１Ｄ合金）とを用いた。図１はそれら金属素材を成
形したビレットＢｕを示す。この実施例でビレットＢｕ
は直径７６ｍｍ（３インチ）、高さ６０ｍｍ、質量４８
０ｇの丸棒状に成形してある。使用したＭｇ−Ａｌ合金
の平衡状態図を図３（ａ）と、Ａｌ−Ｓｉ合金の平衡状
態図を図３（ｂ）とで示す。すなわち、両図は両ビレッ
トＢｕが共に溶質たるシリコンとアルミニウムとを可溶
限度内に含むことを示している。なお、図３（ｃ）は図
３（ａ）の要部を拡大し、更に液相率を付加して示し
た。
説明する。この実施例では金属素材として１１質量％の
シリコンを含むアルミニウム合金と、８質量％のアルミ
ニウムと１質量％の亜鉛とを含むマグネシウム合金（Ａ
Ｚ９１Ｄ合金）とを用いた。図１はそれら金属素材を成
形したビレットＢｕを示す。この実施例でビレットＢｕ
は直径７６ｍｍ（３インチ）、高さ６０ｍｍ、質量４８
０ｇの丸棒状に成形してある。使用したＭｇ−Ａｌ合金
の平衡状態図を図３（ａ）と、Ａｌ−Ｓｉ合金の平衡状
態図を図３（ｂ）とで示す。すなわち、両図は両ビレッ
トＢｕが共に溶質たるシリコンとアルミニウムとを可溶
限度内に含むことを示している。なお、図３（ｃ）は図
３（ａ）の要部を拡大し、更に液相率を付加して示し
た。
【０００９】上記ビレットＢｕのうち、マグネシウム合
金からなるビレットＢｕについての加熱工程について説
明する。ビレットＢｕの加熱は不活性雰囲気内で高周
波、あるいは低周波誘導加熱により、図２で示す加熱曲
線に沿って行う。すなわち、常温から固相線に達する温
度Ａ（４７０℃）まで比較的高速で加熱し、そこから温
度Ｂ（５６０℃）まで緩く熱する。これによってビレッ
トＢｕの内外の温度差がなくなり全体が一様な温度に熱
っせられると共に、鍛造に適した半溶融状態に保たれ
る。この温度における液相成分の比率は約４６％であ
る。その後に僅かに速度を上げて温度Ｃ（５８０℃）ま
で加熱し、その温度を保つ。この温度では液相割合が６
５％に増す。ここで、温度Ａから温度Ｂ乃至温度Ｃまで
加熱曲線を、図２の２点鎖線で示すように、上記の加熱
曲線より更に緩くしてもよい。
金からなるビレットＢｕについての加熱工程について説
明する。ビレットＢｕの加熱は不活性雰囲気内で高周
波、あるいは低周波誘導加熱により、図２で示す加熱曲
線に沿って行う。すなわち、常温から固相線に達する温
度Ａ（４７０℃）まで比較的高速で加熱し、そこから温
度Ｂ（５６０℃）まで緩く熱する。これによってビレッ
トＢｕの内外の温度差がなくなり全体が一様な温度に熱
っせられると共に、鍛造に適した半溶融状態に保たれ
る。この温度における液相成分の比率は約４６％であ
る。その後に僅かに速度を上げて温度Ｃ（５８０℃）ま
で加熱し、その温度を保つ。この温度では液相割合が６
５％に増す。ここで、温度Ａから温度Ｂ乃至温度Ｃまで
加熱曲線を、図２の２点鎖線で示すように、上記の加熱
曲線より更に緩くしてもよい。
【００１０】なお、この温度Ｃ以上に加熱すると、鍛造
時の材料の流動が容易となる反面、ビレットが自重で変
形し、ハンドリングが困難となるとともに、樹枝状晶が
発達する。このため、温度を５７０〜５８０℃の範囲に
保つのが好ましい。ただし、この範囲の温度でも長時間
維持すると樹枝状晶が発達し、撹拌を必要とするように
なるが、本発明者は約５分間以内であれば樹枝状晶が生
成せず、むしろα相を球状化した状態になることが確認
できた。このため、この範囲の温度にビレットを保持
し、比較的短時間内に次の工程に移るのが好ましい。
時の材料の流動が容易となる反面、ビレットが自重で変
形し、ハンドリングが困難となるとともに、樹枝状晶が
発達する。このため、温度を５７０〜５８０℃の範囲に
保つのが好ましい。ただし、この範囲の温度でも長時間
維持すると樹枝状晶が発達し、撹拌を必要とするように
なるが、本発明者は約５分間以内であれば樹枝状晶が生
成せず、むしろα相を球状化した状態になることが確認
できた。このため、この範囲の温度にビレットを保持
し、比較的短時間内に次の工程に移るのが好ましい。
【００１１】なお、上記は、マグネシウム合金のビレッ
トＢｕについての加熱工程について説明したが、アルミ
ニウム合金のビレットＢｕについての加熱工程は、温度
条件が若干異なるものの、他は略同一である。
トＢｕについての加熱工程について説明したが、アルミ
ニウム合金のビレットＢｕについての加熱工程は、温度
条件が若干異なるものの、他は略同一である。
【００１２】このようにして温度Ｃ（５８０℃）に保持
したビレットＢｕを、図４で示す鍛造型１へ入れて成形
が行われる。鍛造型１は上部にパンチ２と協働するダイ
ス３が形成され、下部に鍛造製品の雌型をなすキャビテ
ィ４を備えた金型が配置されている。なお、この説明で
は金型の型割りの仕方は従来と大差なく、且つ、重要で
ないので図面および説明を省略する。
したビレットＢｕを、図４で示す鍛造型１へ入れて成形
が行われる。鍛造型１は上部にパンチ２と協働するダイ
ス３が形成され、下部に鍛造製品の雌型をなすキャビテ
ィ４を備えた金型が配置されている。なお、この説明で
は金型の型割りの仕方は従来と大差なく、且つ、重要で
ないので図面および説明を省略する。
【００１３】ダイス３は上方に開く円形のダイス孔３ａ
を有し、ダイス孔３ａは前記ビレットＢｕよりやゝ大径
に形成され、その底部の中央には前記金型のキャビティ
４に通じるランナ５が開口している。５ａはランナ５の
途中に介在させた周知のゲートである。
を有し、ダイス孔３ａは前記ビレットＢｕよりやゝ大径
に形成され、その底部の中央には前記金型のキャビティ
４に通じるランナ５が開口している。５ａはランナ５の
途中に介在させた周知のゲートである。
【００１４】ダイス孔３ａへ投入された半溶融状態のビ
レットＢｕはパンチ２により図４で示すように変形され
キャビティ４へ充填される。なお、図中、ビレットＢｕ
は表面の酸化皮膜Ｂ１と内部の酸化されていない部分Ｂ
２に分けて図示してある。図５はパンチ２の加圧力を示
す。
レットＢｕはパンチ２により図４で示すように変形され
キャビティ４へ充填される。なお、図中、ビレットＢｕ
は表面の酸化皮膜Ｂ１と内部の酸化されていない部分Ｂ
２に分けて図示してある。図５はパンチ２の加圧力を示
す。
【００１５】まず、図４（ａ）はパンチ２がダイス孔３
ａへ進入してビレットＢｕに当接した状態を示す。この
状態からパンチ２による加圧力が増すと、図４（ｂ）で
示すようにビレットＢｕの下面がランナ５内へ膨出し、
酸化皮膜が破れて酸化されていない部分が流動し始めて
いる。そして、パンチ２が一層進出すると、図４（ｃ）
の状態を経て、図４（ｄ） のようにキャビティ４へ充
填される。ビレットＢｕがダイス３ａへ進入してから充
填が終了する迄の時間は約２秒である。
ａへ進入してビレットＢｕに当接した状態を示す。この
状態からパンチ２による加圧力が増すと、図４（ｂ）で
示すようにビレットＢｕの下面がランナ５内へ膨出し、
酸化皮膜が破れて酸化されていない部分が流動し始めて
いる。そして、パンチ２が一層進出すると、図４（ｃ）
の状態を経て、図４（ｄ） のようにキャビティ４へ充
填される。ビレットＢｕがダイス３ａへ進入してから充
填が終了する迄の時間は約２秒である。
【００１６】パンチ２はキャビティへの充填が終了した
後、充填終了時の約２倍の高圧を材料に印加し約６秒
間、その高圧状態に維持した後、型を開いて製品を取り
出す。なお、鍛造型１は成形前に２８０〜３６０℃の範
囲で予熱され、内部には二酸化炭素その他の不活性ガス
が供給されている。また、ビレットＢｕはダイス孔３ａ
やランナ５内で多少冷却されるが、パンチ２によって一
層の加圧が行われると、その変形抵抗により材料の温度
が増し流動性の低下は殆どない。
後、充填終了時の約２倍の高圧を材料に印加し約６秒
間、その高圧状態に維持した後、型を開いて製品を取り
出す。なお、鍛造型１は成形前に２８０〜３６０℃の範
囲で予熱され、内部には二酸化炭素その他の不活性ガス
が供給されている。また、ビレットＢｕはダイス孔３ａ
やランナ５内で多少冷却されるが、パンチ２によって一
層の加圧が行われると、その変形抵抗により材料の温度
が増し流動性の低下は殆どない。
【００１７】なお、本実施例では、アルミニウム合金、
マグネシウム合金の軽合金についてのみ例示したが、鉄
等の軽合金でない他の合金にも適応できるのは言うまで
もない。
マグネシウム合金の軽合金についてのみ例示したが、鉄
等の軽合金でない他の合金にも適応できるのは言うまで
もない。
【００１８】
【発明の効果】この発明は以上のように、鍛造に際して
素材を半溶融状態に加熱するに際し、その加熱速度を制
御して全体を急速且つ一様に加熱するものであるから、
従来のレオキャスティング法で必要とした溶解作業を要
することなく、効率よく半溶融状態が得られ、従来のチ
クソフォージング法で得られたと同様の品質の優れた金
型成形が可能となり、廉価に製品を提供できる効果があ
る。また、固液限度内の溶質成分を含む合金は、初晶と
して出晶するα相の形体がセル状又は花弁状となり球状
に近い形状であるため、初晶として樹脂状結晶（デンド
ライト）が出晶する亜共晶型合金に比べて半溶融状態に
おける流動性が優れている。このため、固溶限度内の溶
質成分を含む合金は、亜共晶型合金のように素材溶製時
に樹脂状結晶を破砕する必要はなく鋳造したままで使用
することができる。
素材を半溶融状態に加熱するに際し、その加熱速度を制
御して全体を急速且つ一様に加熱するものであるから、
従来のレオキャスティング法で必要とした溶解作業を要
することなく、効率よく半溶融状態が得られ、従来のチ
クソフォージング法で得られたと同様の品質の優れた金
型成形が可能となり、廉価に製品を提供できる効果があ
る。また、固液限度内の溶質成分を含む合金は、初晶と
して出晶するα相の形体がセル状又は花弁状となり球状
に近い形状であるため、初晶として樹脂状結晶（デンド
ライト）が出晶する亜共晶型合金に比べて半溶融状態に
おける流動性が優れている。このため、固溶限度内の溶
質成分を含む合金は、亜共晶型合金のように素材溶製時
に樹脂状結晶を破砕する必要はなく鋳造したままで使用
することができる。
【図１】素材たるビレットＢｕの外観図である。
【図２】素材の加熱曲線である。
【図３】素材の平衡状態図である。
【図４】成形工程を示す工程図である。
【図５】成形時のパンチ７の加圧曲線である。
１ 鍛造型 ２ パンチ ３ ダイス ３ａ ダイス孔 ４ キャビティ ５ ランナ ５ａ ゲート Ｂ ビレット
Claims (1)
- 【請求項１】素材として固溶限度内の溶質成分を含む合
金を用い、これを固液共存領域内に加熱し、ダイスとパ
ンチにより加圧してキャビティ内へ流動させて成形する
チクソフォージング法において、前記素材を常温から固
相線近くの温度に比較的急速に加熱した後、固相線を越
えて材料が柔らかくなる適当な温度まで緩徐に加熱し、
次いで加圧成形工程を行うチクソフォージング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236603A JP2001058251A (ja) | 2000-01-01 | 2000-08-04 | チクソフォージング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236603A JP2001058251A (ja) | 2000-01-01 | 2000-08-04 | チクソフォージング法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04089365A Division JP3115689B2 (ja) | 1992-03-14 | 1992-03-14 | チクソフォージング法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001058251A true JP2001058251A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=18728619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000236603A Pending JP2001058251A (ja) | 2000-01-01 | 2000-08-04 | チクソフォージング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001058251A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10346265A1 (de) * | 2003-10-06 | 2005-05-04 | Daimler Chrysler Ag | Werkzeug und Verfahren zum Thixoschmieden von Schmiedeteilen aus Stahl |
| CN104624917A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-05-20 | 西安交通大学 | 径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺 |
-
2000
- 2000-08-04 JP JP2000236603A patent/JP2001058251A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10346265A1 (de) * | 2003-10-06 | 2005-05-04 | Daimler Chrysler Ag | Werkzeug und Verfahren zum Thixoschmieden von Schmiedeteilen aus Stahl |
| DE10346265B4 (de) * | 2003-10-06 | 2005-08-04 | Daimlerchrysler Ag | Werkzeug und Verfahren zum Thixoschmieden von Schmiedeteilen aus Stahl |
| CN104624917A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-05-20 | 西安交通大学 | 径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺 |
| CN104624917B (zh) * | 2014-12-26 | 2017-02-01 | 西安交通大学 | 径向锻应变诱发法制备半固态铜合金多通道阀体的工艺 |
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