JP2003205355A - アルミニウム合金の鋳造方法 - Google Patents
アルミニウム合金の鋳造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポロシティに起因する各種特性への悪影響を
無くすことができるアルミニウム合金の鋳造方法を提供
する。 【解決手段】 鋳型内での凝固によりアルミニウム合金
鋳塊を鋳造するにあたり、鋳型への注湯前の溶湯中の水
素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）を測定するとともに、鋳造中は凝
固進行速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）及び固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）が次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関
係を満たすように冷却して鋳造する。
無くすことができるアルミニウム合金の鋳造方法を提供
する。 【解決手段】 鋳型内での凝固によりアルミニウム合金
鋳塊を鋳造するにあたり、鋳型への注湯前の溶湯中の水
素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）を測定するとともに、鋳造中は凝
固進行速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）及び固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）が次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関
係を満たすように冷却して鋳造する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
の鋳造方法に関し、詳細には缶材、建材、自動車材な
ど、様々な用途に適用されるアルミニウム合金製品の元
となる鋳塊の製造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】鋳造のため溶解されたアルミニウム合金
（以下アルミ合金と称す）溶湯は、周囲の雰囲気中に存
在する水分と反応して水素を生成し、この水素を吸収す
る。液相であるアルミ合金溶湯に吸収された水素は、ア
ルミ合金の液相と固相とにおける溶解度の大きな差によ
り、アルミ合金溶湯が凝固する固相内に気体となって放
出され、これが気泡となって封じ込められ、鋳塊内にポ
ロシティとなって残留する。 【０００３】アルミ合金製品を製造する際、上記鋳塊中
に残存するポロシティは、圧延、押出し、熱処理などの
後工程を経た後でも残存することがあり、残存した場合
には各種特性（引張強度、耐力、曲げや張出成形性、延
性、靱性など）に悪影響を与えることになる。そこで、
従来より前記ポロシティの発生を防止するためアルミ合
金溶湯に対して脱ガス処理、例えば塩化物、弗化物など
のフラックスによる脱ガス処理、塩素ガス、窒素ガスな
どのガス吹込みによる脱ガス処理、或いはアルミ合金溶
湯容器をチャンバー内に入れて真空引きする脱ガス処理
を施し、アルミ合金溶湯中の水素ガス量を、例えば０．
５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に低減した後に鋳造すること
が行われている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記脱
ガス処理によってアルミ合金溶湯中の水素ガス量は低減
し、それに伴いポロシティも減少するが、依然としてポ
ロシティが起因して前述の各種特性（引張強度、耐力、
曲げや張出成形性、延性、靱性など）に悪影響を与えて
いる。 【０００５】そこで、本発明は、上記問題点を改善する
ためになしたものであって、その目的は、ポロシティに
起因する各種特性への悪影響を無くすことができるアル
ミニウム合金の鋳造方法を提供するものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の調査、研究を行ってきた。その
結果、アルミ合金材中に１００μｍ以下の大きさのポロ
シティが１ｃｍ2当たり１０個程度存在する場合には、
従来健全とされていたアルミ合金材と、その特性が殆ど
同じであることに着目し、そのような大きさのポロシテ
ィに抑制し得るアルミ合金の鋳造方法を見出し、本発明
を完成させたものである。 【０００７】すなわち、本発明に係るアルミニウム合金
の鋳造方法は、鋳型内での凝固によりアルミニウム合金
鋳塊を鋳造するにあたり、鋳型への注湯前の溶湯中の水
素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）を測定するとともに、鋳造中は凝
固進行速度Ｖ（ｍｍ／秒）及び固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）が次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関
係を満たすように冷却して鋳造するものである。以下に
本発明を詳細に説明する。 【０００８】上述したように、アルミ合金は、溶湯状態
のとき、大気中に含まれる水蒸気を主にアルミニウム合
金溶湯表面で還元することによって水素が溶湯中にとけ
込むことが知られている。その水素は、鋳造で凝固する
際、固相の溶解度が低いため固体中に水素ガスとして放
出され、鋳塊中に残存する。加えて、従来の鋳造の一般
的な考え方は、鋳造するアルミニウム合金溶湯を水素の
絶対量の少ないアルミニウム合金溶湯に処理し、凝固進
行速度Ｖ（ｍｍ／秒）を遅く、固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）を大きくして水素ガスを液相中に追い出
して鋳造するというものであるため、鋳塊中に大きなポ
ロシティが残存し、ポロシティに起因する各種特性への
悪影響を無くすことができなかったと思われる。 【０００９】これに対して、本発明に係る鋳造方法で
は、鋳型への注湯前の溶湯中の水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）
を測定するとともに、鋳造中は凝固進行速度Ｖ（ｍｍ／
秒）及び固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍｍ）を次
式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関係を満たすように冷
却して鋳造するので、アルミ合金溶湯中に発生した水素
ガスは早い凝固進行速度により、水素ガスポロシティ同
士が結合して大きくなる前に、非常に小さいサイズで固
定され小さなポロシティに抑えることができる。また、
固液共存領域の温度勾配が小さいほど、固液共存領域が
厚くなり、複雑なデンドライトが形成されやすくなるた
め、その複雑なデンドライトにより水素ガスの凝集が妨
げられ、小さなポロシティに抑えることができる。また
加えて、水素ガス量が少ないほど、ポロシティの大きさ
を小さくできる。すなわち、水素ガス量を低め（Ｈ
↓）、早い凝固進行速度（Ｖ↑）、少ない固液共存領域
の温度勾配（Ｇ↓）にするほど、前記凝固進行速度及び
温度勾配のそれぞれの作用が相乗的に作用し、鋳造後の
鋳塊内のポロシティを小さなポロシティにすることがで
きる。 【００１０】而して、次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56
の関係を満たすように冷却して鋳造することによって、
鋳塊内のポロシティの大きさを、前述の各種特性（引張
強度、耐力、曲げや張出成形性、延性、靱性など）に悪
影響を与えない１００μｍ以下の大きさに抑えることが
できる。なお、前記式における係数は、上述した調査、
研究データを重回帰計算して求めたものである。 【００１１】また、調査によれば、本発明と同じように
鋳塊の内部欠陥の低減を狙った従来技術は、鋼の鋳造に
関わるものが多く、例えば、特開昭５４−３７０３２号
公報に提案の発明では、温度勾配を調整して、本発明と
同じく内部欠陥の低減を目指しているが、この発明は鋼
の鋳造である上に、溶湯中の水素ガス量や凝固進行速度
まで考慮されていない。 【００１２】また、アルミに関するものでは、例えば特
開平４−３０９４５１号公報に提案のものが上げられ
る。この提案の発明は、アルミニウム合金鋳物の加圧付
加鋳造方法において、注湯直前の溶湯中の水素ガス濃度
を０．０５〜０．１８ｃｃ／１００ｇにし、０．４〜
１．５ＭＰａを加圧して圧力容器内で鋳造し、デンドラ
イトセル・サイズが２０〜１００μｍとなる冷却速度で
凝固させるとともに、鋳物のポロシティ率（１−鋳物の
密度／理想密度）を０．０１以下にするというものであ
る。 【００１３】しかし、上記提案の方法では、ポロシティ
率を小さくすることでアルミ鋳物の機械的特性が向上す
ることは期待できるが、０．４〜１．５ＭＰａの圧力容
器内で鋳造するため、複雑な加圧機構を備える設備が必
要であり、その設備無くしてはポロシティの制御ができ
ないという大きな欠点がある。これに対して本発明方法
では大気圧で制御が可能となるため、簡単な設備での作
り込みが可能となる。また、大気圧とデンドライトの成
長形態などのポロシティの生成状況が異なり、根本的に
異なった制御式が必要となる。また、ポロシティによる
機械的な特性は、ポロシティの面積率ではなく、最大サ
イズのポロシティ群のサイズによる影響の方が大きいた
め、本発明方法では、下記実施例で説明するようにポロ
シティサイズの大きい５個を代表値として制御式を規定
している。従って、提案の発明のようにポロシティ率を
０．０１以下の規定では正確に表現できてなかった欠点
を克服し、より汎用性が高い制御式で機械的特性を表現
できた。なお、本発明方法は、機械的特性を左右する最
大サイズのポロシティの制御を可能とする制御式であ
り、大気圧下ではその効果は普遍的なものとなる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係るアルミニウム
合金の鋳造方法を適用するための鋳造用鋳型の断面説明
図である。 【００１５】鋳型１は、有底の円筒状の鋳型である。そ
の鋳型１の外周には抵抗加熱ヒータ２がハウジング３と
共に取付けられ、これら鋳型１と抵抗加熱ヒータ２、ハ
ウジング３が鋳型１の底部４を下にして架台５上に縦置
きされる。底部４の外底下方には冷却手段であるノズル
６が設けられている。この冷却手段への冷却媒体は空冷
及び水冷が可能なように構成されている。従って、鋳型
１内に注湯されたアルミ合金溶湯に対して、冷却手段で
あるノズル６からの冷却媒体の量や媒体を空気又は水に
変えることで底部４からの冷却が制御できるとともに、
鋳型１の外周の抵抗加熱ヒータ２の出力を変化させるこ
とで、更には抵抗加熱ヒータ２とハウジング３とを上昇
させることで鋳型１の上下方向での冷却が制御でき、鋳
型１の底部４からの示方性凝固鋳造が行える。 【００１６】 【実施例】上記構成の鋳造用鋳型を用いて、ＪＩＳＡ６
０６１アルミ合金の溶湯中の水素ガス量を変えて示方性
凝固をさせる鋳造を行った。この時の鋳型１のサイズは
内径４５ｍｍ、長さ１２５ｍｍ、側面の肉厚２０ｍｍ、
底面の肉厚２ｍｍとした。水素ガス量は、攪拌を実施す
ることで０．１〜１．０ｐｐｍまで増加させた。また、
冷却手段は空冷（０〜１００Ｌ／分）及び水冷（０〜２
０Ｌ／分）とし、外周の抵抗加熱ヒータ出力を変化させ
ることにより、次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ 0.56の関係
を満たすように冷却して大気中で鋳造した。 【００１７】なお、上記実施例における水素ガス量、凝
固進行速度及び固液共存領域の温度勾配の測定は以下の
要領で行った。 （１）水素ガス量Ｈ：ＬＥＣＯ水素法（不活性ガス溶融
熱伝導度法）による。 （２）凝固進行速度Ｖ：鋳型底面から５、２５、４５ｍ
ｍの位置に熱電対を挿入し、この３位置の温度が凝固点
を通過する時間（ｔ５、ｔ２５、ｔ４５）を測定し、５
〜２５ｍｍの間の平均凝固進行速度を２０／（ｔ２５−
ｔ５）で計算する。同様に２５〜４５ｍｍの間の平均凝
固進行速度を２０／（ｔ４５−ｔ２５）で計算する。そ
れらの平均値をとることにより、２５ｍｍ位置での凝固
進行速度とした。また、２５ｍｍ位置でサンプルを切出
し、上記水素ガス量を測定した。 （３）固液共存領域の温度勾配Ｇ：２５ｍｍ位置での温
度の縦軸に、時間を横軸に測定し、凝固が開始した直後
のグラフの傾きにより、冷却速度（Ｋ／秒）を測定す
る。冷却速度を凝固進行速度（ｍｍ／秒）で割ることに
より、固液共存領域の温度勾配（Ｋ／ｍｍ）を計算し
た。 【００１８】上記鋳造において設定に基づいて得られた
水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）、凝固進行速度Ｖ（ｍｍ／
秒）、固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍｍ）の各値、
並びに（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値とポロシティ最大
サイズは表１に示す通りである。なお、ポロシティ最大
サイズは、鏡面研磨した１ｃｍ2のサンプルを光学顕微
鏡で観察し、このエリア内の大きい５個のポロシティの
平均とした。 【００１９】 【表１】 【００２０】表１から明らかなように、上記鋳造におい
ては、（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値は全て水素ガス量
Ｈよりも高く制御して鋳造されており、従ってポロシテ
ィの最大サイズは１００μｍ以下に抑えられている。ま
た、いずれの材料も鋳塊ままの機械的な特性は、引張強
度：２３０ＭＰａ、伸び：８％、絞り：１０％、切欠強
度比（切欠引張強度／０．２％耐力）：２．０とこれま
での健全な鋳塊より得られていた各値と変わらないもの
であった。また、上記鋳塊を８０％圧下加工した後の機
械的な特性も、引張強度：２３０ＭＰａ、伸び：２５
％、絞り：４５％、切欠強度比：２．５と健全なものと
変わらないものであった。 【００２１】因みに、比較例として、上記実施例と同様
の要領で次式：Ｈ＞４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関係を満た
すように冷却して鋳造した。この鋳造において設定に基
づいて得られた水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）、凝固進行速度
Ｖ（ｍｍ／秒）、固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍ
ｍ）の各値、並びに（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値とポ
ロシティ最大サイズは表２に示す通りである。 【００２２】 【表２】 【００２３】表２から明らかなように、この鋳造におい
ては、（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値は全て水素ガス量
Ｈよりも低く制御して鋳造されており、従ってポロシテ
ィの最大サイズは１００μｍより大きい値になってい
る。また、いずれの材料も鋳塊ままの機械的な特性は、
引張強度：２００ＭＰａ、伸び：２％、絞り：４％、切
欠強度比：１．２と上記実施例の鋳塊より得られた各値
と比較して劣るものであった。また、鋳塊を８０％圧下
加工した後の機械的な特性も、引張強度：２００ＭＰ
ａ、伸び：１５％、絞り：３０％、切欠強度比：１．９
と上記実施例のものと比較して劣るものであった。 【００２４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアル
ミニウム合金の鋳造方法によれば、従来の脱ガス処理に
よってアルミ合金溶湯中の水素ガス量を、例えば１．０
ｃｃ／１００ｇＡｌ以下、より好ましくは０．５ｃｃ／
１００ｇＡｌ以下に低減した後で、次式：Ｈ＜４．６Ｖ
2.13／Ｇ0.56の関係を満たすように冷却して鋳造するこ
とにより、大気中での鋳造であっても、ポロシティに起
因する各種特性への悪影響の無いアルミニウム合金鋳塊
を鋳造することができる。
の鋳造方法に関し、詳細には缶材、建材、自動車材な
ど、様々な用途に適用されるアルミニウム合金製品の元
となる鋳塊の製造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】鋳造のため溶解されたアルミニウム合金
（以下アルミ合金と称す）溶湯は、周囲の雰囲気中に存
在する水分と反応して水素を生成し、この水素を吸収す
る。液相であるアルミ合金溶湯に吸収された水素は、ア
ルミ合金の液相と固相とにおける溶解度の大きな差によ
り、アルミ合金溶湯が凝固する固相内に気体となって放
出され、これが気泡となって封じ込められ、鋳塊内にポ
ロシティとなって残留する。 【０００３】アルミ合金製品を製造する際、上記鋳塊中
に残存するポロシティは、圧延、押出し、熱処理などの
後工程を経た後でも残存することがあり、残存した場合
には各種特性（引張強度、耐力、曲げや張出成形性、延
性、靱性など）に悪影響を与えることになる。そこで、
従来より前記ポロシティの発生を防止するためアルミ合
金溶湯に対して脱ガス処理、例えば塩化物、弗化物など
のフラックスによる脱ガス処理、塩素ガス、窒素ガスな
どのガス吹込みによる脱ガス処理、或いはアルミ合金溶
湯容器をチャンバー内に入れて真空引きする脱ガス処理
を施し、アルミ合金溶湯中の水素ガス量を、例えば０．
５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に低減した後に鋳造すること
が行われている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記脱
ガス処理によってアルミ合金溶湯中の水素ガス量は低減
し、それに伴いポロシティも減少するが、依然としてポ
ロシティが起因して前述の各種特性（引張強度、耐力、
曲げや張出成形性、延性、靱性など）に悪影響を与えて
いる。 【０００５】そこで、本発明は、上記問題点を改善する
ためになしたものであって、その目的は、ポロシティに
起因する各種特性への悪影響を無くすことができるアル
ミニウム合金の鋳造方法を提供するものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の調査、研究を行ってきた。その
結果、アルミ合金材中に１００μｍ以下の大きさのポロ
シティが１ｃｍ2当たり１０個程度存在する場合には、
従来健全とされていたアルミ合金材と、その特性が殆ど
同じであることに着目し、そのような大きさのポロシテ
ィに抑制し得るアルミ合金の鋳造方法を見出し、本発明
を完成させたものである。 【０００７】すなわち、本発明に係るアルミニウム合金
の鋳造方法は、鋳型内での凝固によりアルミニウム合金
鋳塊を鋳造するにあたり、鋳型への注湯前の溶湯中の水
素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）を測定するとともに、鋳造中は凝
固進行速度Ｖ（ｍｍ／秒）及び固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）が次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関
係を満たすように冷却して鋳造するものである。以下に
本発明を詳細に説明する。 【０００８】上述したように、アルミ合金は、溶湯状態
のとき、大気中に含まれる水蒸気を主にアルミニウム合
金溶湯表面で還元することによって水素が溶湯中にとけ
込むことが知られている。その水素は、鋳造で凝固する
際、固相の溶解度が低いため固体中に水素ガスとして放
出され、鋳塊中に残存する。加えて、従来の鋳造の一般
的な考え方は、鋳造するアルミニウム合金溶湯を水素の
絶対量の少ないアルミニウム合金溶湯に処理し、凝固進
行速度Ｖ（ｍｍ／秒）を遅く、固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）を大きくして水素ガスを液相中に追い出
して鋳造するというものであるため、鋳塊中に大きなポ
ロシティが残存し、ポロシティに起因する各種特性への
悪影響を無くすことができなかったと思われる。 【０００９】これに対して、本発明に係る鋳造方法で
は、鋳型への注湯前の溶湯中の水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）
を測定するとともに、鋳造中は凝固進行速度Ｖ（ｍｍ／
秒）及び固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍｍ）を次
式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関係を満たすように冷
却して鋳造するので、アルミ合金溶湯中に発生した水素
ガスは早い凝固進行速度により、水素ガスポロシティ同
士が結合して大きくなる前に、非常に小さいサイズで固
定され小さなポロシティに抑えることができる。また、
固液共存領域の温度勾配が小さいほど、固液共存領域が
厚くなり、複雑なデンドライトが形成されやすくなるた
め、その複雑なデンドライトにより水素ガスの凝集が妨
げられ、小さなポロシティに抑えることができる。また
加えて、水素ガス量が少ないほど、ポロシティの大きさ
を小さくできる。すなわち、水素ガス量を低め（Ｈ
↓）、早い凝固進行速度（Ｖ↑）、少ない固液共存領域
の温度勾配（Ｇ↓）にするほど、前記凝固進行速度及び
温度勾配のそれぞれの作用が相乗的に作用し、鋳造後の
鋳塊内のポロシティを小さなポロシティにすることがで
きる。 【００１０】而して、次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56
の関係を満たすように冷却して鋳造することによって、
鋳塊内のポロシティの大きさを、前述の各種特性（引張
強度、耐力、曲げや張出成形性、延性、靱性など）に悪
影響を与えない１００μｍ以下の大きさに抑えることが
できる。なお、前記式における係数は、上述した調査、
研究データを重回帰計算して求めたものである。 【００１１】また、調査によれば、本発明と同じように
鋳塊の内部欠陥の低減を狙った従来技術は、鋼の鋳造に
関わるものが多く、例えば、特開昭５４−３７０３２号
公報に提案の発明では、温度勾配を調整して、本発明と
同じく内部欠陥の低減を目指しているが、この発明は鋼
の鋳造である上に、溶湯中の水素ガス量や凝固進行速度
まで考慮されていない。 【００１２】また、アルミに関するものでは、例えば特
開平４−３０９４５１号公報に提案のものが上げられ
る。この提案の発明は、アルミニウム合金鋳物の加圧付
加鋳造方法において、注湯直前の溶湯中の水素ガス濃度
を０．０５〜０．１８ｃｃ／１００ｇにし、０．４〜
１．５ＭＰａを加圧して圧力容器内で鋳造し、デンドラ
イトセル・サイズが２０〜１００μｍとなる冷却速度で
凝固させるとともに、鋳物のポロシティ率（１−鋳物の
密度／理想密度）を０．０１以下にするというものであ
る。 【００１３】しかし、上記提案の方法では、ポロシティ
率を小さくすることでアルミ鋳物の機械的特性が向上す
ることは期待できるが、０．４〜１．５ＭＰａの圧力容
器内で鋳造するため、複雑な加圧機構を備える設備が必
要であり、その設備無くしてはポロシティの制御ができ
ないという大きな欠点がある。これに対して本発明方法
では大気圧で制御が可能となるため、簡単な設備での作
り込みが可能となる。また、大気圧とデンドライトの成
長形態などのポロシティの生成状況が異なり、根本的に
異なった制御式が必要となる。また、ポロシティによる
機械的な特性は、ポロシティの面積率ではなく、最大サ
イズのポロシティ群のサイズによる影響の方が大きいた
め、本発明方法では、下記実施例で説明するようにポロ
シティサイズの大きい５個を代表値として制御式を規定
している。従って、提案の発明のようにポロシティ率を
０．０１以下の規定では正確に表現できてなかった欠点
を克服し、より汎用性が高い制御式で機械的特性を表現
できた。なお、本発明方法は、機械的特性を左右する最
大サイズのポロシティの制御を可能とする制御式であ
り、大気圧下ではその効果は普遍的なものとなる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係るアルミニウム
合金の鋳造方法を適用するための鋳造用鋳型の断面説明
図である。 【００１５】鋳型１は、有底の円筒状の鋳型である。そ
の鋳型１の外周には抵抗加熱ヒータ２がハウジング３と
共に取付けられ、これら鋳型１と抵抗加熱ヒータ２、ハ
ウジング３が鋳型１の底部４を下にして架台５上に縦置
きされる。底部４の外底下方には冷却手段であるノズル
６が設けられている。この冷却手段への冷却媒体は空冷
及び水冷が可能なように構成されている。従って、鋳型
１内に注湯されたアルミ合金溶湯に対して、冷却手段で
あるノズル６からの冷却媒体の量や媒体を空気又は水に
変えることで底部４からの冷却が制御できるとともに、
鋳型１の外周の抵抗加熱ヒータ２の出力を変化させるこ
とで、更には抵抗加熱ヒータ２とハウジング３とを上昇
させることで鋳型１の上下方向での冷却が制御でき、鋳
型１の底部４からの示方性凝固鋳造が行える。 【００１６】 【実施例】上記構成の鋳造用鋳型を用いて、ＪＩＳＡ６
０６１アルミ合金の溶湯中の水素ガス量を変えて示方性
凝固をさせる鋳造を行った。この時の鋳型１のサイズは
内径４５ｍｍ、長さ１２５ｍｍ、側面の肉厚２０ｍｍ、
底面の肉厚２ｍｍとした。水素ガス量は、攪拌を実施す
ることで０．１〜１．０ｐｐｍまで増加させた。また、
冷却手段は空冷（０〜１００Ｌ／分）及び水冷（０〜２
０Ｌ／分）とし、外周の抵抗加熱ヒータ出力を変化させ
ることにより、次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ 0.56の関係
を満たすように冷却して大気中で鋳造した。 【００１７】なお、上記実施例における水素ガス量、凝
固進行速度及び固液共存領域の温度勾配の測定は以下の
要領で行った。 （１）水素ガス量Ｈ：ＬＥＣＯ水素法（不活性ガス溶融
熱伝導度法）による。 （２）凝固進行速度Ｖ：鋳型底面から５、２５、４５ｍ
ｍの位置に熱電対を挿入し、この３位置の温度が凝固点
を通過する時間（ｔ５、ｔ２５、ｔ４５）を測定し、５
〜２５ｍｍの間の平均凝固進行速度を２０／（ｔ２５−
ｔ５）で計算する。同様に２５〜４５ｍｍの間の平均凝
固進行速度を２０／（ｔ４５−ｔ２５）で計算する。そ
れらの平均値をとることにより、２５ｍｍ位置での凝固
進行速度とした。また、２５ｍｍ位置でサンプルを切出
し、上記水素ガス量を測定した。 （３）固液共存領域の温度勾配Ｇ：２５ｍｍ位置での温
度の縦軸に、時間を横軸に測定し、凝固が開始した直後
のグラフの傾きにより、冷却速度（Ｋ／秒）を測定す
る。冷却速度を凝固進行速度（ｍｍ／秒）で割ることに
より、固液共存領域の温度勾配（Ｋ／ｍｍ）を計算し
た。 【００１８】上記鋳造において設定に基づいて得られた
水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）、凝固進行速度Ｖ（ｍｍ／
秒）、固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍｍ）の各値、
並びに（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値とポロシティ最大
サイズは表１に示す通りである。なお、ポロシティ最大
サイズは、鏡面研磨した１ｃｍ2のサンプルを光学顕微
鏡で観察し、このエリア内の大きい５個のポロシティの
平均とした。 【００１９】 【表１】 【００２０】表１から明らかなように、上記鋳造におい
ては、（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値は全て水素ガス量
Ｈよりも高く制御して鋳造されており、従ってポロシテ
ィの最大サイズは１００μｍ以下に抑えられている。ま
た、いずれの材料も鋳塊ままの機械的な特性は、引張強
度：２３０ＭＰａ、伸び：８％、絞り：１０％、切欠強
度比（切欠引張強度／０．２％耐力）：２．０とこれま
での健全な鋳塊より得られていた各値と変わらないもの
であった。また、上記鋳塊を８０％圧下加工した後の機
械的な特性も、引張強度：２３０ＭＰａ、伸び：２５
％、絞り：４５％、切欠強度比：２．５と健全なものと
変わらないものであった。 【００２１】因みに、比較例として、上記実施例と同様
の要領で次式：Ｈ＞４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関係を満た
すように冷却して鋳造した。この鋳造において設定に基
づいて得られた水素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）、凝固進行速度
Ｖ（ｍｍ／秒）、固液共存領域の温度勾配Ｇ（Ｋ／ｍ
ｍ）の各値、並びに（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値とポ
ロシティ最大サイズは表２に示す通りである。 【００２２】 【表２】 【００２３】表２から明らかなように、この鋳造におい
ては、（４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56）の値は全て水素ガス量
Ｈよりも低く制御して鋳造されており、従ってポロシテ
ィの最大サイズは１００μｍより大きい値になってい
る。また、いずれの材料も鋳塊ままの機械的な特性は、
引張強度：２００ＭＰａ、伸び：２％、絞り：４％、切
欠強度比：１．２と上記実施例の鋳塊より得られた各値
と比較して劣るものであった。また、鋳塊を８０％圧下
加工した後の機械的な特性も、引張強度：２００ＭＰ
ａ、伸び：１５％、絞り：３０％、切欠強度比：１．９
と上記実施例のものと比較して劣るものであった。 【００２４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアル
ミニウム合金の鋳造方法によれば、従来の脱ガス処理に
よってアルミ合金溶湯中の水素ガス量を、例えば１．０
ｃｃ／１００ｇＡｌ以下、より好ましくは０．５ｃｃ／
１００ｇＡｌ以下に低減した後で、次式：Ｈ＜４．６Ｖ
2.13／Ｇ0.56の関係を満たすように冷却して鋳造するこ
とにより、大気中での鋳造であっても、ポロシティに起
因する各種特性への悪影響の無いアルミニウム合金鋳塊
を鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金の鋳造方法を適
用するための鋳造用鋳型の断面説明図である。 【符号の説明】 １：鋳型 ２：抵抗加熱ヒータ
３：ハウジング ４：鋳型の底部 ５：架台
６：ノズル
用するための鋳造用鋳型の断面説明図である。 【符号の説明】 １：鋳型 ２：抵抗加熱ヒータ
３：ハウジング ４：鋳型の底部 ５：架台
６：ノズル
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２２Ｄ 7/06 Ｂ２２Ｄ 7/06 Ｋ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 鋳型内での凝固によりアルミニウム合金
鋳塊を鋳造するにあたり、鋳型への注湯前の溶湯中の水
素ガス量Ｈ（ｐｐｍ）を測定するとともに、鋳造中は凝
固進行速度Ｖ（ｍｍ／秒）及び固液共存領域の温度勾配
Ｇ（Ｋ／ｍｍ）が次式：Ｈ＜４．６Ｖ2.13／Ｇ0.56の関
係を満たすように冷却して鋳造することを特徴とするア
ルミニウム合金の鋳造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002006265A JP2003205355A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | アルミニウム合金の鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002006265A JP2003205355A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | アルミニウム合金の鋳造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003205355A true JP2003205355A (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=27645083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002006265A Pending JP2003205355A (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | アルミニウム合金の鋳造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003205355A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4549424B1 (ja) * | 2009-06-29 | 2010-09-22 | 宇部興産ホイール株式会社 | アルミニウム合金溶湯中の水素分析方法 |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002006265A patent/JP2003205355A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4549424B1 (ja) * | 2009-06-29 | 2010-09-22 | 宇部興産ホイール株式会社 | アルミニウム合金溶湯中の水素分析方法 |
| JP2011007705A (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-13 | Ube Kosan Wheel Kk | アルミニウム合金溶湯中の水素分析方法 |
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