JP2007119855A - Aluminum alloy molten metal treatment method, treatment device, method for casting aluminum alloy ingot for forging, forged and molded product, and casting apparatus for aluminum alloy ingot - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金溶湯を鋳造する際の、アルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備に関するものである。 The present invention relates to a molten aluminum alloy processing method, a processing apparatus, a forging aluminum alloy ingot casting method, a forged product, and an aluminum alloy ingot casting facility when casting an aluminum alloy molten metal.
エンジンピストン、コンプレッサーピストン等の自動車用摺動部品、或いは、磁気テープのガイド等の電気器具用摺動部材としては、軽量化の要求からアルミニウム合金が使用されている。そして、自動車用摺動部品、或いは、電気器具用摺動部材は、特に、摺動時の耐摩耗性が必要であり、熱膨張の少ないことが必要であるため、共晶Ｓｉを晶出させ、これに耐摩耗性を持たせた共晶系Ａｌ−Ｓｉ系合金が比較的多く使用されている。 As a sliding part for automobiles such as an engine piston and a compressor piston, or a sliding member for electric appliances such as a guide for a magnetic tape, an aluminum alloy is used in order to reduce the weight. In addition, since sliding parts for automobiles or sliding members for electric appliances are particularly required to have wear resistance during sliding and have little thermal expansion, eutectic Si is crystallized out. A relatively large amount of eutectic Al-Si alloy with wear resistance is used.
鍛造の材料は、通常、丸棒をある長さに切断し、横に置いて直径方向に鍛造する横打ち鍛造、或いは、スライス状に切断して金型に置いて、金型形状に鍛造する型鍛造等がある。それら鍛造品の特性、品質は、もととなる材料、材料組織に大きく依存しており、具体的には、冷却速度を高め、組織を細かくコントロールした連続鋳造品が鍛造性を向上させると共に、最終製品の機械的特性の向上が期待され、材料の主流となっている。
丸棒としては、約４インチ径〜１０数インチ径のビレットを押出し、丸棒とする押出棒や、最近では、４インチ未満の細径棒を直接連続鋳造した連鋳棒が使用されている。
このような合金材料の例として、シリコン（Ｓｉ）が１０重量％付近の共晶系Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金を連続鋳造し、塑性加工、析出硬化させることで耐摩耗及び強度向上が図られている。
The forging material is usually a horizontal forging in which a round bar is cut to a certain length and placed sideways and forged in the diametrical direction, or cut into slices and placed in a die forging into a die shape. There are die forging. The characteristics and quality of these forged products depend greatly on the underlying material and material structure. Specifically, a continuous casting product that increases the cooling rate and finely controls the structure improves forgeability, Improvements in the mechanical properties of the final product are expected, making it the mainstream material.
As the round bar, there are used an extruded bar obtained by extruding a billet having a diameter of about 4 inches to several tens of inches to form a round bar, and recently, a continuous cast bar obtained by directly continuously casting a small diameter bar of less than 4 inches. .
As an example of such an alloy material, wear resistance and strength can be improved by continuously casting a eutectic Al-Si-Cu-Mg alloy with silicon (Si) near 10% by weight, plastic working and precipitation hardening. It is illustrated.
このように、アルミニウム合金は、比強度が高く、鉄部品と比して軽量化が可能なので、鋳物、鋳造棒、それらの機械加工品として自動車の分野等に多数利用されている。その際、鋳造したアルミニウム合金は、その組織が微細化していることにより機械的特性が向上し、好ましいので、従来から微細化する方法が検討されてきた。
組織の微細化は合金の化学組成や鋳造温度、冷却速度等の制御によっても可能であるが、これらの諸因子の制御や最適化は困難であり、一般的にはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ等の微細化剤をアルミニウム合金溶湯に添加する方法が用いられてきた。
As described above, aluminum alloys have high specific strength and can be reduced in weight as compared with iron parts. Therefore, aluminum alloys are widely used in the field of automobiles as castings, cast bars, and machined products thereof. At that time, the cast aluminum alloy is preferable because the mechanical properties thereof are improved because the structure is refined, and therefore, a method of refinement has been studied.
Refinement of the structure is also possible by controlling the chemical composition of the alloy, the casting temperature, the cooling rate, etc., but it is difficult to control and optimize these factors, and in general, such as Al-Ti-B A method of adding a micronizing agent to a molten aluminum alloy has been used.
シリコン（Ｓｉ）を８重量％〜１３重量％、銅（Ｃｕ）を２．５重量％〜６．０重量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．３重量％〜１．２重量％、鉄（Ｆｅ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）を０．２重量％〜１．０重量％、チタン（Ｔｉ）とボロン（Ｂ）とをその総計で０．００５重量％〜０．２５重量％含有し、残部がアルミニウム（Ａｌ）及びその他の不純物からなる合金のアルミニウム合金溶湯を、凝固時の冷却速度が４℃／秒以上で連続鋳造し、得られた鋳塊がマクロ組織において等軸晶が面積率で８０％以上を占めると共に、ミクロ組織におけるＡｌ−Ｓｉ共晶組織中のシリコン晶サイズが８μｍ以下とし、更にその鋳塊を加熱すると共に加熱後６０℃／時間未満の初期冷却速度を含む冷却条件で冷却する均質化焼鈍処理を施し、鋳塊の表面硬度をロックウェルＦスケールのＨＲＦで６７〜７５とすることを特徴とするシャー切断性の良い高強度・耐摩耗性アルミニウム合金の鋳造法において、Ｔｉ及びＢは結晶粒の微細化に役立ち、理想的には総計０．１０重量％を、ＴｉとＢの比率を４：１として添加すると、効果が大きくなり、結晶粒が微細化すると、強度特性が向上すると共に、シャー切断性が向上する（特許文献１参照。）。 8 wt% to 13 wt% of silicon (Si), 2.5 wt% to 6.0 wt% of copper (Cu), 0.3 wt% to 1.2 wt% of magnesium (Mg), iron (Fe ) And / or manganese (Mn) in an amount of 0.2 wt% to 1.0 wt%, titanium (Ti) and boron (B) in a total amount of 0.005 wt% to 0.25 wt%, and the balance Is a continuous casting of a molten aluminum alloy of an alloy composed of aluminum (Al) and other impurities at a cooling rate of 4 ° C./second or more during solidification. Under cooling conditions that occupy 80% or more, the silicon crystal size in the Al—Si eutectic structure in the microstructure is 8 μm or less, further heat the ingot and include an initial cooling rate of less than 60 ° C./hour after heating. Homogenized annealing treatment to cool, ingot In the casting method of high-strength and wear-resistant aluminum alloy with good shear cutting property, characterized in that the surface hardness is 67-75 by Rockwell F scale HRF, Ti and B are useful for refining crystal grains, Ideally, when the total amount of 0.10 wt% is added at a ratio of Ti and B of 4: 1, the effect is increased, and when the crystal grains are refined, the strength characteristics are improved and the shear cutting property is improved. (See Patent Document 1).
更に、最近の研究では当該成分付近では、Ｂ単独添加の方が微細化効果が発揮されることが明らかとなってきた（非特許文献１参照。）。 Furthermore, recent studies have revealed that the addition of B alone exhibits a finer effect in the vicinity of the component (see Non-Patent Document 1).
一方、酸化物等の非金属介在物が製品に混入するのを回避するため、アルミニウム合金溶湯中に処理ガスを微細化された気泡状態で放出し、この気泡をアルミニウム合金溶湯全体に分散させてアルミニウム合金溶湯中から水素ガス等の溶存有害ガスや非金属介在物を除去する処理装置が提案されている（特許文献１参照。）。 On the other hand, in order to avoid the inclusion of non-metallic inclusions such as oxides in the product, the processing gas is released in the form of finely divided bubbles into the molten aluminum alloy, and the bubbles are dispersed throughout the molten aluminum alloy. A treatment apparatus for removing dissolved harmful gases such as hydrogen gas and non-metallic inclusions from molten aluminum alloy has been proposed (see Patent Document 1).
ところで、特許文献１には、Ｔｉ−Ｂ合金の添加方法に関する具体的な記述は無い。実際には、単にＴｉ−Ｂ合金を溶解炉又は保持炉にてアルミニウム合金溶湯に添加しただけでは、アルミニウム合金溶湯中でＢはＴｉと反応してＴｉＢ2粒子が生成し、炉底に沈降するため、アルミニウム合金溶湯の上下方向にＢ濃度の差が存在してしまうことになる。従って、アルミニウム合金溶湯の上側ではＢ濃度が低くなっており、目的とする微細化効果が得られなくなる。又、下側のアルミニウム合金溶湯を鋳造した場合には、ＴｉＢ2粒子が製品に混入し、ＴｉＢ2粒子が非常に硬い粒子であるので、製品の切削加工時の工具の磨耗が大きくなるという問題が生じる恐れがある。又、集積したＴｉＢ2粒子が製品に混入すると、製品の機械的特性が低下してしまう問題が生じる恐れがある。
By the way,
又、アルミニウム合金溶湯を処理する溶湯処理装置（ＧＢＦ装置）による処理方法が記載されているで特許文献２には、ＴｉＢ2粒子を除去する具体的な記載が無い。従って、特許文献２に記載されている内容だけでは、ＴｉＢ2粒子を充分に除去することができない。
Further, a processing method using a molten metal processing apparatus (GBF apparatus) for processing a molten aluminum alloy is described, and
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、アルミニウム合金溶湯中のチタン（Ｔｉ）濃度を減少させると共に、ボロン（Ｂ）濃度を安定させ、ＴｉＢ2粒子の混入を抑え、更に、微細結晶粒子を有したアルミニウム合金鋳塊を得るためのアルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, while decreasing the titanium (Ti) concentration of the aluminum alloy in the molten metal, to stabilize the boron (B) concentration, suppresses the incorporation of TiB 2 particles, further, the fine Provided is a molten aluminum alloy treatment method, a processing device, a forging aluminum alloy ingot casting method, a forged product, and an aluminum alloy ingot casting facility for obtaining an aluminum alloy ingot having crystal particles. .
本発明は、以下のような発明である。
（１）溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、アルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去することを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（２）溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯はシリコンを８質量％〜１３質量％、銅を２．５質量％〜６．０質量％、マグネシウムを０．３質量％〜１．２質量％、チタンを０．００４質量％〜０．０２５質量％含有し、アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加することを特徴とする（１）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（３）アルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる時間が３分間以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（４）ボロンを添加してから１０秒以内にアルミニウム合金溶湯を気泡に接触させることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（５）Ａｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中に投入してボロンを添加することを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（６）供給されるアルミニウム合金溶湯を受ける入湯口と、この入湯口から供給されるアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部と、入湯口から貯留部の間に設けられたボロン添加開口と、貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段と、貯留部内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材と、貯留部内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を排出する出湯口と、貯留部内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口とを有することを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（７）気泡発生手段が、下側から気泡状の不活性ガスを噴出する攪拌部材、及び／又は、底面から気泡状の不活性ガスを噴出する貯留部であることを特徴とする（６）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（８）気泡とアルミニウム合金溶湯とが３分以上接触した後に出湯口からアルミニウム合金溶湯が排出されるように貯留部の流路及び容積を設けたことを特徴とする（６）又は（７）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（９）ボロン添加開口からＡｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中へ送り込むボロン供給機構を有することを特徴とする（６）から（８）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１０）貯留部と出湯口との間、又は、出湯口の後に、メカニカルフィルターを設けたことを特徴とする（６）から（９）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１１）貯留部に保温手段が設けられていることを特徴とする（６）から（１０）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１２）溶解炉又は保持炉と、この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させる気泡発生手段を備えた溶湯処理装置と、この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する鋳造装置とを有するアルミニウム合金の鋳造品鋳造システムを用いて、溶解炉又は保持炉と溶湯処理装置との間でアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、溶湯処理装置内で一定時間気泡と接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去したアルミニウム合金溶湯を鋳造装置で鋳造することを特徴とする鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１３）直接冷却式鋳造装置で鋳造することを特徴とする（１２）に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１４）冷却速度を４℃／秒以上にして鋳造することを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１５）（１２）又は（１３）に記載のアルミニウム合金鋳塊の鋳造方法で鋳造されたアルミニウム合金鋳塊を鍛造用素材として用いて製造したことを特徴とする鍛造成形品。
（１６）溶解炉又は保持炉と、この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置と、この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する連続鋳造装置とを有することを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備。
The present invention is as follows.
(1) After adding boron to the molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or holding furnace, the aluminum alloy molten metal is brought into contact with countless bubbles generated by blowing an inert gas into the molten aluminum alloy for a certain period of time. A method for treating molten aluminum alloy characterized by levitating and separating 2 particles.
(2) The aluminum alloy melt supplied from the melting furnace or holding furnace is 8% by mass to 13% by mass of silicon, 2.5% by mass to 6.0% by mass of copper, and 0.3% by mass to 1.% of magnesium. 2% by mass, 0.004% by mass to 0.025% by mass of titanium, and boron is added so that the content becomes 0.019% by mass to 0.035% by mass after the molten aluminum alloy treatment The method for treating molten aluminum alloy according to (1).
(3) The method for treating a molten aluminum alloy according to (1) or (2), wherein the time during which the molten aluminum alloy is brought into contact with air bubbles is 3 minutes or more.
(4) The method for treating molten aluminum alloy according to any one of (1) to (3), wherein the molten aluminum alloy is brought into contact with bubbles within 10 seconds after adding boron.
(5) The method for treating a molten aluminum alloy according to any one of (1) to (4), wherein the Al—B alloy material is continuously charged into the molten aluminum alloy and boron is added. .
(6) A hot water inlet that receives the supplied aluminum alloy molten metal, a storage part that stores the molten aluminum alloy supplied from the hot water inlet, a boron addition opening provided between the hot water inlet and the storage part, and a storage part A bubble generating means for ejecting a bubble-like inert gas, a stirring member that is disposed in the storage unit, is fined by rotation and is uniformly dispersed in the molten aluminum alloy, and contacts the bubbles for a certain period of time in the storage unit An apparatus for treating molten aluminum alloy, comprising: a spout for discharging the molten aluminum alloy; and a dregs opening for taking out dregs floating in the reservoir.
(7) The bubble generating means is a stirrer that ejects a bubble-like inert gas from the lower side and / or a reservoir that jets a bubble-like inert gas from the bottom surface (6) The apparatus for treating molten aluminum alloy according to 1.
(8) The flow path and the volume of the storage portion are provided so that the molten aluminum alloy is discharged from the outlet after the bubbles and the molten aluminum alloy are in contact for 3 minutes or more (6) or (7) The apparatus for treating molten aluminum alloy according to 1.
(9) The molten aluminum alloy according to any one of (6) to (8), characterized by having a boron supply mechanism for continuously feeding the Al—B alloy material into the molten aluminum alloy from the boron addition opening. Processing equipment.
(10) The treatment apparatus for molten aluminum alloy according to any one of (6) to (9), wherein a mechanical filter is provided between the storage section and the hot water outlet or after the hot water outlet. .
(11) The treatment apparatus for molten aluminum alloy according to any one of (6) to (10), wherein a heat retaining means is provided in the storage section.
(12) A melting furnace or holding furnace, a molten metal processing apparatus provided with bubble generating means for generating an infinite number of bubbles by blowing an inert gas into the molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or holding furnace, and the molten metal After adding boron to the molten aluminum alloy between the melting furnace or the holding furnace and the molten metal processing apparatus using an aluminum alloy casting product casting system having a casting apparatus for casting the molten aluminum alloy supplied from the processing apparatus A casting method for an aluminum alloy ingot for forging, characterized in that the molten aluminum alloy is brought into contact with bubbles in the molten metal treatment apparatus for a certain period of time, and TiB 2 particles are floated and separated and removed by a casting apparatus.
(13) The method for casting an aluminum alloy ingot for forging according to (12), wherein the casting is performed by a direct cooling type casting apparatus.
(14) The casting method for an aluminum ingot for forging according to (12) or (13), wherein the casting is performed at a cooling rate of 4 ° C./second or more.
(15) A forged molded product produced by using an aluminum alloy ingot cast by the method for casting an aluminum alloy ingot according to (12) or (13) as a forging material.
(16) Melting furnace or holding furnace, boron adding means for adding boron to the molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or holding furnace, countless bubbles by blowing inert gas into the molten aluminum alloy to which boron is added the by generating air bubble generating means for floating the TiB 2 particles, and the melt processing apparatus having a separation removal means for separating and removing floated TiB 2 particles, continuous casting for casting the molten aluminum alloy is supplied from the molten metal processing apparatus And a casting equipment for an aluminum alloy ingot.
（１）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去するので、アルミニウム合金溶湯中のボロン量を安定させることができる。又、この処理したアルミニウム合金溶湯から得られたアルミニウム合金鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるチタン量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
（２）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加するので、アルミニウム合金の全断面に渡って均一微細なマクロ組織となる。
（３）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる時間が３分間以上であるので、アルミニウム合金溶湯処理としての十分な脱ガス効果と、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（４）に記載の発明によれば、ボロンを添加してから１０秒以内にアルミニウム合金溶湯を気泡に接触させるので、ＴｉＢ2粒子が沈降する前に気泡と確実に接触させることができ、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長するのを防ぐことができる。
（５）に記載の発明によれば、Ａｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中に投入してボロンを添加するので、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長することを防ぐことができ、連続的にアルミニウム合金溶湯中にＡｌ−Ｂ合金材を投入することで、投入するボロン量の運転管理が容易になる。
（６）に記載の発明によれば、貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段を設けたので、アルミニウム合金溶湯中のボロン量を安定させることができる。又、この処理したアルミニウム合金溶湯から得られたアルミニウム合金鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるチタン量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
（７）に記載の発明によれば、気泡発生手段が、下側から気泡状の不活性ガスを噴出する攪拌部材、及び／又は、底面から気泡状の不活性ガスを噴出する貯留部であるので、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（８）に記載の発明によれば、気泡とアルミニウム合金溶湯とが３分以上接触した後に出湯口からアルミニウム合金溶湯が排出されるように貯留部の流路及び容積を設けたので、アルミニウム合金溶湯処理としての十分な脱ガス効果が得られ、アルミニウム合金溶湯に溶け込んだ気体成分が除去でき、その他の不純物を捕捉でき、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（９）に記載の発明によれば、ボロン添加開口からＡｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中へ送り込むボロン供給機構を有するので、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長することを防ぐことができ、連続的にアルミニウム合金溶湯中にＡｌ−Ｂ合金材を投入することで、投入するボロン量の運転管理が容易になる。
（１０）に記載の発明によれば、貯留部と出湯口との間、又は、出湯口の後に、メカニカルフィルターを設けたので、メカニカルフィルターの目詰まりが発生しにくくなり、メカニカルフィルターのメンテナンスの頻度が低減でき、フィルター効果も従来よりも持続させることができる。
（１１）に記載の発明によれば、貯留部に保温手段を設けたので、貯留部におけるアルミニウム合金溶湯の温度低下を抑えてアルミニウム合金溶湯の低粘性が維持でき、不純物の浮上及び／又は沈降が促進され、比重差を利用した不純物分離が促進又は円滑化される。
（１２）に記載の発明によれば、溶解炉又は保持炉と溶湯処理装置との間でアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、溶湯処理装置内で一定時間気泡と接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去するので、ＴｉＢ2粒子の混入を抑えることができ、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を鋳造することができる。
（１３）に記載の発明によれば、直接冷却式鋳造装置で鋳造するので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を容易に鋳造することができる。
（１４）に記載の発明によれば、冷却速度を４℃／秒以上にして鋳造するので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を容易に鋳造することができる。
（１５）に記載の発明によれば、鍛造用素材へのＴｉＢ2粒子の混入が抑えられているので、機械的特性に優れた鍛造成形品とすることができる。
（１６）に記載の発明によれば、溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置を備えているので、アルミニウム合金溶湯へのＴｉＢ2粒子の混入が抑えられているので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を鋳造することができる。
According to the invention described in (1), the molten aluminum alloy is brought into contact with countless bubbles generated by blowing an inert gas into the molten aluminum alloy for a certain period of time, and TiB 2 particles are floated and separated and removed. The amount of boron in the molten aluminum alloy can be stabilized. In addition, the aluminum alloy ingot obtained from the treated molten aluminum alloy can be managed in a state where there is almost no amount of titanium that causes generation of TiB 2 particles that are considered to have an adverse effect on tool wear.
According to the invention described in (2), since boron is added so that the content becomes 0.019% by mass to 0.035% by mass after the aluminum alloy molten metal treatment, it is uniformly fine over the entire cross section of the aluminum alloy. A macro organization.
According to the invention described in (3), since the time for which the molten aluminum alloy is brought into contact with the bubbles is 3 minutes or more, sufficient degassing effect as the molten aluminum alloy treatment and TiB 2 particle removing effect are more reliably ensured. can get.
According to the invention described in (4), since the molten aluminum alloy is brought into contact with the bubbles within 10 seconds after the boron is added, the TiB 2 particles can be reliably brought into contact with the bubbles before settling, and dissolved. It is possible to prevent the TiB 2 particles from growing enormously in the pot in the middle of connecting the molten metal processing apparatus from the furnace or the holding furnace.
According to the invention described in (5), since the Al-B alloy material is continuously put into the molten aluminum alloy and boron is added, in the pot in the middle of connecting the molten metal processing apparatus from the melting furnace or holding furnace. TiB 2 particles can be prevented from growing enormously, and by continuously introducing the Al—B alloy material into the molten aluminum alloy, the operation management of the amount of boron to be introduced becomes easy.
According to the invention described in (6), since the bubble generating means for ejecting the bubble-like inert gas is provided in the reservoir, the amount of boron in the molten aluminum alloy can be stabilized. In addition, the aluminum alloy ingot obtained from the treated molten aluminum alloy can be managed in a state where there is almost no amount of titanium that causes generation of TiB 2 particles that are considered to have an adverse effect on tool wear.
According to the invention described in (7), the bubble generating means is a stirring member that ejects a bubble-like inert gas from the lower side and / or a reservoir that jets a bubble-like inert gas from the bottom surface. Therefore, the TiB 2 particle removal effect can be obtained more reliably.
According to the invention described in (8), since the flow path and the volume of the storage part are provided so that the molten aluminum alloy is discharged from the outlet after the bubbles and the molten aluminum alloy are in contact for 3 minutes or more, the aluminum alloy A sufficient degassing effect as a molten metal treatment can be obtained, a gas component dissolved in the molten aluminum alloy can be removed, other impurities can be captured, and the TiB 2 particle removing effect can be more reliably obtained.
According to the invention described in (9), since it has a boron supply mechanism that continuously feeds the Al—B alloy material into the molten aluminum alloy from the boron addition opening, it is in the middle of connecting the molten metal treatment device from the melting furnace or holding furnace. It is possible to prevent the TiB 2 particles from growing enormously in the cage, and by continuously introducing the Al—B alloy material into the molten aluminum alloy, the operation management of the amount of boron to be introduced becomes easy.
According to the invention described in (10), since the mechanical filter is provided between the storage part and the hot water outlet or after the hot water outlet, the mechanical filter is less likely to be clogged, and maintenance of the mechanical filter is prevented. The frequency can be reduced and the filter effect can be maintained more than before.
According to the invention described in (11), since the heat retaining means is provided in the storage part, the temperature drop of the molten aluminum alloy in the storage part can be suppressed and the low viscosity of the molten aluminum alloy can be maintained, and the floating and / or sedimentation of impurities. And the impurity separation utilizing the specific gravity difference is promoted or smoothed.
According to the invention described in (12), after adding boron to the molten aluminum alloy between the melting furnace or the holding furnace and the molten metal processing apparatus, the TiB 2 particles are brought into contact with bubbles in the molten metal processing apparatus for a certain period of time. Since it is levitated and separated and removed, mixing of TiB 2 particles can be suppressed, and an aluminum alloy ingot excellent in mechanical properties can be cast.
According to invention of (13), since it casts with a direct cooling type casting apparatus, the aluminum alloy ingot excellent in mechanical characteristics can be cast easily.
According to the invention described in (14), since the casting is performed at a cooling rate of 4 ° C./second or more, an aluminum alloy ingot excellent in mechanical properties can be easily cast.
According to the invention described in (15), since mixing of TiB 2 particles into the forging material is suppressed, a forged product excellent in mechanical properties can be obtained.
According to the invention described in (16), boron adding means for adding boron to the molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or holding furnace, countless bubbles by blowing inert gas into the molten aluminum alloy to which boron is added the by generating air bubble generating means for floating the TiB 2 particles, is provided with the molten metal processing apparatus having a separation and removal means for separating and removing floated TiB 2 particles, suppress contamination of TiB 2 particles into molten aluminum alloy Therefore, an aluminum alloy ingot having excellent mechanical properties can be cast.
＜アルミニウム合金溶湯の処理装置、処理方法＞
本発明のアルミニウム合金溶湯の処理装置について説明する。
尚、以下に溶湯処理装置（ＧＢＦ装置）を例として説明するが、ＳＮＩＦ等の回転子式脱ガス装置にも適用可能である。
<Aluminum alloy molten metal processing equipment and processing method>
The aluminum alloy molten metal treatment apparatus of the present invention will be described.
In addition, although a molten metal processing apparatus (GBF apparatus) is demonstrated below as an example, it is applicable also to rotor degassing apparatuses, such as SNIF.
図１（ａ），（ｂ）は溶湯処理装置の一例を示す説明図であり、図１（ａ）は縦断面図に相当し、図１（ｂ）は蓋を取り除いた貯留槽の平面図に相当する。
図１において、溶湯処理装置２０１は、樋から入湯口２０３ａへ供給されるアルミニウム合金溶湯を貯留部２０３ｂへ溜め、この貯留部２０３ｂから処理されたアルミニウム合金溶湯を、出湯口２０３ｃを介して連続鋳造装置へ出湯する貯留槽２０３と、この貯留槽２０３を覆う蓋２０４とで構成されている。
そして、貯留槽２０３には、図１（ａ）に示すように、蓋２０４で覆った状態で、アルミニウム合金溶湯を処理することによって浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口２０３ｄが設けられている。
1 (a) and 1 (b) are explanatory views showing an example of a molten metal processing apparatus, FIG. 1 (a) corresponds to a longitudinal sectional view, and FIG. 1 (b) is a plan view of a storage tank with a lid removed. It corresponds to.
In FIG. 1, a molten
As shown in FIG. 1 (a), the
又、蓋２０４には、貯留槽２０３を覆った状態で、回転しながら下側（貯留部２０３ｂ内の下側）から処理ガス（不活性ガス、例えば、アルゴンガス。）を噴出する攪拌部材２１０を出し入れするための開口２０４ａが設けられている。
In addition, the stirring
尚、攪拌部材２１０の下側から不活性ガスを気泡状で噴出させる、気泡発生手段の一例を示したが、貯留部２０３ｂの底面から不活性ガスを気泡状で噴出する装置（気泡発生手段）、例えば、管の先端部を略Ｌ字状に曲げ、そこに多数の小孔を形成した導管を底面に配設したもの、又は、それらを組み合わせた装置としても良い。
In addition, although an example of the bubble generation means for injecting the inert gas in the form of bubbles from the lower side of the stirring
攪拌部材は２１０、回転シャフト及び回転子からなる機械的攪拌機構と、この機械的攪拌機構内に併設されたガス吹き込み機構とを備えている。このガス吹き込み機構を通してアルミニウム合金溶湯中に不活性ガス（例えば、アルゴンガス、窒素ガス。）を噴出させることによるバブリング作用により、アルミニウム合金溶湯に混入している水素ガス等の気体成分やＴｉＢ2粒子、低比重の不純物をアルミニウム合金溶湯から浮上させて分離させることができる。その際、機械的攪拌機構は、その攪拌作用によって不活性ガスの気泡をより細かくすると共に、気泡とアルミニウム合金溶湯との接触を促進させてＴｉＢ2粒子、脱ガス効果等を高める働きをする。 The agitation member includes a mechanical agitation mechanism composed of 210, a rotary shaft and a rotor, and a gas blowing mechanism provided in the mechanical agitation mechanism. Gas components such as hydrogen gas and TiB 2 particles mixed in the molten aluminum alloy by bubbling action by injecting an inert gas (for example, argon gas, nitrogen gas) into the molten aluminum alloy through this gas blowing mechanism Impurities with low specific gravity can be levitated and separated from the molten aluminum alloy. At that time, the mechanical stirring mechanism makes the bubbles of the inert gas finer by the stirring action and promotes the contact between the bubbles and the molten aluminum alloy to enhance the TiB 2 particles, the degassing effect, and the like.
不活性ガスの気泡サイズは、不純物、ＴｉＢ2粒子が気泡に付着して浮上すれば、特に限定はされないが、例えば、１ｍｍφ〜４ｍｍφ程度である。 The bubble size of the inert gas is not particularly limited as long as impurities and TiB 2 particles adhere to the bubble and float, but it is, for example, about 1 mmφ to 4 mmφ.
ボロン（Ｂ）の投入は溶解炉と溶湯処理装置２０１との間で行えば良く、アルミニウム合金溶湯が貯留部２０３ｂへ到達するまでに要する時間が１０秒以内であることが好ましい。
Ｂの添加は、貯留槽２０３の入湯口２０３ａ、或いは、図１（ｂ）に二点鎖線で示すように、溶湯処理装置２０１の入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂへ至る流路で、貯留部２０３ｂから入湯口２０３ａへ向かって５０ｃｍ〜１００ｃｍの位置の上側に位置する蓋２０４の部分に設けたボロン添加開口２０４ｂから、例えば、棒状のＡｌ−Ｂ合金を自動送り装置にて投入し、アルミニウム合金溶湯中に溶解させことによりできる。
Boron (B) may be introduced between the melting furnace and the molten
B is added to the
投入するＡｌ−Ｂ合金は、Ａｌ−４％Ｂ、Ａｌ−５％Ｂのものを挙げることができる。そして、Ａｌ−Ｂ合金の形態は、投入量が管理しやすいものであれば、特に制限はされないが、例えば、およそ１０ｍｍφ程度の線条をコイル状に巻いたもの、棒状のもの、破砕状のものなどを挙げることができる。
線状材、棒状材とした場合、投入は１本と限る必要は無く、２本以上同時に投入しても構わない。その際は、それぞれの投入場所に距離をおくことが好ましい。Ｂ投入によるアルミニウム合金溶湯の局所的な温度低下を防ぐことができ、投入したＡｌ−Ｂ合金が未溶解になるのを防止することができるからである。
Examples of the Al-B alloy to be charged include Al-4% B and Al-5% B. The form of the Al-B alloy is not particularly limited as long as the input amount can be easily managed. For example, the Al-B alloy is wound in the shape of a coil, rod-shaped, or crushed in the shape of approximately 10 mmφ. The thing etc. can be mentioned.
When a linear material or a rod-shaped material is used, the number of inputs need not be limited to one, and two or more may be simultaneously input. In that case, it is preferable to set a distance to each charging place. This is because the local temperature drop of the molten aluminum alloy due to the introduction of B can be prevented, and the introduced Al—B alloy can be prevented from becoming undissolved.
自動送り装置は、棒状のＡｌ−Ｂ合金を一定速度で送ることができるものであれば、どのような装置でも利用できる。
ボロン供給装置（自動送り装置）としては、線状材の自動送り装置、棒状材の自動送り装置、ベルトコンベヤーなどを挙げることができる。
As the automatic feeding device, any device can be used as long as it can feed the rod-shaped Al—B alloy at a constant speed.
Examples of the boron supply device (automatic feeding device) include an automatic feeding device for linear materials, an automatic feeding device for rod-shaped materials, and a belt conveyor.
貯留槽２０３のサイズ、形状、仕切り壁などは、アルミニウム合金溶湯を好ましくは３分間以上気泡と接触させるように、アルミニウム合金溶湯の流量から計算して設計したものである。又、貯留部２０３ｂの底部の形状は、攪拌により気泡と接触しやすくするのが好ましい。更に、貯留部２０３ｂには、アルミニウム合金溶湯の低粘性を維持させるため、アルミニウム合金溶湯を、例えば、６８０℃〜７５０℃に保持する保温手段が設けられている。
The size, shape, partition wall, and the like of the
不純物を充分に効果的に浮上分離させることができない場合には、予め溶解保持炉のアルミニウム合金溶湯中にフラックスを吹き込んで化学的処理を行うことが好ましい。フラックスとは、金属溶解の際に不純物除去のために添加する助剤であって、不純物と化合させることで目的とする金属相とは別の化合物相を形成させ、両相の分離によって不純物除去を可能ならしめる添加助剤をいう。フラックスとしては、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物をはじめ、フッ化物、臭化物、炭酸化物、硫酸化物、硝酸化物及びこれらを主成分とする混合物が挙げられる。一般的にフラックスは粉状なので、ガス吹き込み機構を流れる不活性ガスをキャリヤーガスとしてアルミニウム合金溶湯中に吹き込むことができる。 When the impurities cannot be floated and separated sufficiently effectively, it is preferable to perform chemical treatment by blowing a flux into the molten aluminum alloy in the melting and holding furnace in advance. Flux is an auxiliary agent that is added to remove impurities during metal dissolution, and forms a compound phase that is different from the target metal phase by combining with impurities and removes impurities by separating both phases. This is an additive that makes it possible. Examples of the flux include chlorides such as calcium chloride, magnesium chloride, sodium chloride, and potassium chloride, fluorides, bromides, carbonates, sulfates, nitrates, and mixtures containing these as main components. In general, since the flux is in powder form, the inert gas flowing through the gas blowing mechanism can be blown into the molten aluminum alloy as a carrier gas.
この溶湯処理装置２０１の後段、例えば、出湯口２０３ｃの後に、不純物の除去を確実にするために従来のメカニカルフィルターを追加機能として用いることも可能である。メカニカルフィルターより先にＴｉＢ2粒子を浮遊させてカス取り出し開口２０３ｄから除去しているので、メカニカルフィルターの目詰まりが発生しにくくなり、メカニカルフィルターのメンテナンスの頻度が低減され、フィルター効果も従来よりも持続させることができる。メカニカルフィルターにはポーラスチューブフィルター、ボールベットフィルター、セラミックフォームフィルター、グラスクロスフィルターなどがある。貯留部２０３ｂと出湯口２０３ｃとの間に、例えば、フィルター用の槽を設けてメカニカルフィルターを設けることもできる。
It is also possible to use a conventional mechanical filter as an additional function in order to ensure removal of impurities after the molten
本発明の溶湯処理装置２０１の動作について説明する。
本発明において、添加するＢと結合するチタン（Ｔｉ）は、Ｂ添加前にアルミニウム合金溶湯中に存在したものであり、原材料として添加したものだけでなく、アルミニウム地金からアルミニウム合金溶湯中に不可避成分として含まれてくるもの、他のリターン材（再生品）からの混入等である。
このようにＴｉを含有したアルミニウム合金溶湯が入湯口２０３ａから供給される。供給されたアルミニウム合金溶湯は貯留部２０３ｂへ流れ込む途中で、ボロン添加開口２０４ｂからＢが添加される。
添加されたＢは、Ｔｉと結合してＴｉＢ2粒子となる。このＴｉＢ2粒子は時間が経過すると、凝集して沈降するが、本発明では溶解炉又は保持炉から導かれたアルミニウム合金溶湯の位置で、本実施例では溶湯処理装置２０１内でＢを添加しているので、凝集する前にＴｉＢ2粒子はアルミニウム合金溶湯と共に貯留部２０３ｂへ移動する。
Operation | movement of the molten
In the present invention, titanium (Ti) bonded to B to be added is present in the molten aluminum alloy before addition of B, and not only added as a raw material but also unavoidable from the aluminum ingot into the molten aluminum alloy. It is included as a component, mixed from other return materials (recycled products), and the like.
Thus, the molten aluminum alloy containing Ti is supplied from the
The added B is combined with Ti to become TiB 2 particles. The TiB 2 particles agglomerate and settle over time, but in the present invention, B is added in the molten
一方、貯留部２０３ｂ内には、不活性ガスが気泡状に噴出されている。アルミニウム合金溶湯と共に移動したＴｉＢ2粒子は貯留部２０３ｂ内で不活性ガスの気泡と接触する。気泡と接触したＴｉＢ2粒子は気泡に付着した状態で気泡と共に浮上する。その結果、ＴｉＢ2粒子はアルミニウム合金溶湯と分離される。ここで、Ｂが添加されてからアルミニウム合金溶湯が気泡に接触するまでの時間が１０秒以内であるのが好ましい。前述したように、ＴｉＢ2粒子は時間が経過すると、凝集して沈降するので、気泡と接触しても気泡に付着した状態で気泡と共に浮上しないものが発生する恐れがあるからである。
攪拌部材２１０が回転することによって貯留部２０３ｂ内の気泡が微細化され、気泡とＴｉＢ2粒子との接触が促進されるので好ましい。更に、沈降したＴｉＢ2粒子を攪拌することで気泡との接触を促進させることができるので好ましい。
浮上したＴｉＢ2粒子は、アルミニウム合金溶湯とは分離された状態で、他の浮上した不純物、カスと一緒にカス取り出し開口２０３ｄから除去される。除去は、定期的な汲み出しによる排出、連続的な排出でも良い。
On the other hand, an inert gas is ejected into the
The rotation of the stirring
The floated TiB 2 particles are separated from the molten aluminum alloy and removed together with other floated impurities and residue from the
貯留部２０３ｂ内を出湯口２０３ｃまで移動する間に一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯は、出湯口２０３ｃから排出される。貯留部２０３ｂ内を出湯口２０３ｃまで移動する間の貯留部２０３ｂの流路及び容積は気泡とアルミニウム合金溶湯が、好ましくは３分以上接触するように設計されているので、ＴｉＢ2粒子は気泡と３分以上接触することになる。
このように、出湯口２０３ｃより排出されたアルミニウム合金溶湯は、ＴｉＢ2粒子の混入が抑えられたものとなっている。
又、溶湯処理装置２０１から排出された時点で、０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるように、Ｂの添加される量が調整されるのが好ましい。例えば、予め調査しておいて、投入量を決めることができる。
The molten aluminum alloy that has been in contact with the air bubbles for a certain period of time while moving in the
Thus, the molten aluminum alloy discharged from the
Moreover, it is preferable that the amount of B added is adjusted so that it becomes 0.019 mass% to 0.035 mass% when discharged from the molten
＜アルミニウム合金鋳塊の鋳造装置、鋳造方法＞
溶解炉でアルミニウム合金溶湯は、シリコン（Ｓｉ）を８質量％〜１３質量％、銅（Ｃｕ）を２．５質量％〜６．０質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．３質量％〜１．２質量％、鉄（Ｆｅ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）を０．２質量％未満含有するように調整されている。更に、アルミニウム合金溶湯には、Ｔｉが０．００４質量％〜０．０２５質量％含有されている。
<Casting apparatus and casting method for aluminum alloy ingot>
In the melting furnace, the molten aluminum alloy is composed of 8 mass% to 13 mass% of silicon (Si), 2.5 mass% to 6.0 mass% of copper (Cu), and 0.3 mass% to 1 of magnesium (Mg). .2% by mass and adjusted to contain less than 0.2% by mass of iron (Fe) and / or manganese (Mn). Further, the molten aluminum alloy contains 0.004% by mass to 0.025% by mass of Ti.
必要に応じて溶解炉から排出されたアルミニウム合金溶湯は保持炉に貯留される。保持炉では、鋳造装置へアルミニウム合金溶湯が導入されるまで、アルミニウム合金溶湯の温度を下げないように、例えば、アルミニウム合金溶湯を７００℃〜８００℃に保持する保温手段で温度を維持している。 The molten aluminum alloy discharged from the melting furnace is stored in a holding furnace as necessary. In the holding furnace, until the molten aluminum alloy is introduced into the casting apparatus, the temperature is maintained by, for example, a heat retaining means for holding the molten aluminum alloy at 700 ° C. to 800 ° C. so as not to lower the temperature of the molten aluminum alloy. .
溶湯処理装置２０１でＢを添加し、溶湯処理後にＢの含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにしている。
ＴｉＢ2粒子の発生の要因となるＴｉ量は、ほとんど存在しない状態に管理されている。
B is added in the molten
The amount of Ti that causes generation of TiB 2 particles is controlled to be almost nonexistent.
本発明のアルミニウム合金は、摺動部材に使用されるため、耐摩耗性が必要である。そのための添加元素としてＳｉを８質量％〜１３質量％含有する。
更に、本発明では、Ｂを０．０１９質量％〜０．０３５質量％含有するのが好ましい。Ｂの含有量をこの範囲とすることにより、Ｓｉの含有量が多い本発明のアルミニウム合金においても、全断面に渡って均一微細なマクロ組織となる。尚、Ｂが０．０１９質量％未満ではアルミニウム合金鋳塊における微細化効果が十分ではなく、Ｂが０．０３５質量％を超えると、それ以上の微細化効果が期待できないので、Ｂを０．０１９質量％〜０．０３５質量％の範囲にするのが好ましい。
Since the aluminum alloy of the present invention is used for a sliding member, wear resistance is required. For that purpose, Si is contained in an amount of 8% by mass to 13% by mass.
Furthermore, in this invention, it is preferable to contain B 0.019 mass%-0.035 mass%. By setting the B content in this range, even in the aluminum alloy of the present invention having a large Si content, a uniform and fine macrostructure is formed over the entire cross section. If B is less than 0.019% by mass, the effect of refinement in the aluminum alloy ingot is not sufficient, and if B exceeds 0.035% by mass, no further refinement effect can be expected. The range of 019% by mass to 0.035% by mass is preferable.
Ｓｉは、冷却速度に応じて平均粒径が２μｍ〜１０μｍ（好ましくは、２μｍ〜３μｍ。）の大きさの共晶粒子となってα晶デンドライトの粒界に分散して存在している。その結果、これが耐摩耗性に効果を発揮する。例えば、金型鋳物では、針状になる場合もあるが、連続鋳造法を用いることにより、冷却速度を速くすることができ、粒状に細かくすることができる。Ｓｉが８質量％未満では、共晶粒子の量が少なく、耐摩耗性の効果が少なくなる。
Ｓｉが共晶点である１１質量％以上の所謂過共晶合金の状態では、共晶粒と共に、Ｓｉが最大粒径１５μｍ〜５０μｍ（好ましくは、１５μｍ〜２５μｍ。）の初晶結晶粒子としてマクロ結晶粒中の全体に分散して晶出する。
尚、初晶粒子は、あまり大きくなると、切削加工時脱落が起こったり、バイト破損を起こしたりすることがあるため、５０μｍを超えないことが望ましい。
Si is present as eutectic particles having an average particle size of 2 μm to 10 μm (preferably 2 μm to 3 μm) depending on the cooling rate, and is dispersed in the grain boundaries of the α-crystal dendrites. As a result, this is effective for wear resistance. For example, a mold casting may be needle-shaped, but by using a continuous casting method, the cooling rate can be increased and the shape can be made finer. If Si is less than 8% by mass, the amount of eutectic particles is small and the effect of wear resistance is reduced.
In a so-called hypereutectic alloy state in which Si is an eutectic point of 11% by mass or more, macromolecules as primary crystal grains having a maximum grain size of 15 μm to 50 μm (preferably 15 μm to 25 μm) together with eutectic grains. Crystallized by being dispersed throughout the crystal grains.
If the primary crystal particles become too large, they may fall off during cutting or breakage of the cutting tool. Therefore, it is desirable that the primary crystal particles do not exceed 50 μm.
この初晶は、共晶より大きく、均一に分散させれば、更に耐摩耗性が増す。耐摩耗性が必要な場合は、この初晶を出すために１１質量％以上の過共晶合金とするのが好ましい。 但し、Ｓｉが１３質量％を超えると、溶製温度が高くなり、ガス吸収が多くなったり、鋳造温度として高温が必要となって鋳造が難しくなり、又、初晶粒子の断面内での分散が均一でなく、断面内での偏析が多くなる結果、機械的特性が劣化する。従って、過共晶合金として、実用的なのは、Ｓｉは１３質量％が上限である。 This primary crystal is larger than the eutectic, and if it is uniformly dispersed, the wear resistance is further increased. When wear resistance is required, it is preferable to use a hypereutectic alloy of 11% by mass or more in order to produce this primary crystal. However, when Si exceeds 13% by mass, the melting temperature becomes high, gas absorption increases, casting temperature becomes high and casting becomes difficult, and dispersion of primary crystal particles in the cross section Is not uniform, and segregation in the cross section increases, resulting in deterioration of mechanical properties. Therefore, as a hypereutectic alloy, the upper limit of Si is 13% by mass.
Ｓｉの共晶粒子、初晶粒子の粒径を前述の範囲に抑えるためには、鋳造時の冷却速度が大きい方がよく、鋳造法としては直接冷却鋳造方法、例えば、縦型の半連続鋳造法、或いは、水平の連続鋳造法を用いるのが好ましい。特に、棒状の鋳塊を得る場合に鋳造棒径が１００ｍｍφ以下（好ましくは、２５ｍｍφ〜５０ｍｍφ。）の小さい径の方が好ましい。小さい径の鋳塊は、冷却速度を大きくすることができ、更に表面と中心部との差を小さくすることができるからである。
冷却速度は、４℃／秒以上が好ましい。この冷却速度以上であると、ＤＡＳ（２次デンドライトアームスペース）も細かくなり（例えば、平均１５μｍ以下。好ましくは１０μｍ以下。）、この結果、デンドライトサイズが小さくなることにより、デンドライト間に発生する金属間化合物も小さくなるので好ましい。
尚、ＤＡＳの大きさは、例えば、軽金属学会発行の『軽金属（１９９８年）、Ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１、ｐ．４５』に記載の『デンドライトアームスペーシングの測定方法』に従って測定できる。
In order to keep the particle size of Si eutectic particles and primary crystal particles within the above-mentioned range, it is better that the cooling rate at the time of casting is large. As a casting method, a direct cooling casting method, for example, vertical semi-continuous casting is preferred. It is preferable to use a method or a horizontal continuous casting method. In particular, when obtaining a bar-shaped ingot, the smaller diameter of the cast bar diameter is preferably 100 mmφ or less (preferably 25 mmφ to 50 mmφ). This is because the ingot having a small diameter can increase the cooling rate and further reduce the difference between the surface and the central portion.
The cooling rate is preferably 4 ° C./second or more. When this cooling rate is exceeded, DAS (secondary dendrite arm space) also becomes finer (for example, an average of 15 μm or less, preferably 10 μm or less). As a result, the metal generated between the dendrites is reduced by reducing the dendrite size. Since the intermetallic compound is also small, it is preferable.
The size of DAS is described in, for example, “Light Metal (1998), Vol. 38, no. 1, p. 45 ”can be measured according to the“ Dendrite arm spacing measurement method ”.
本発明のアルミニウム合金鋳塊は、直接冷却鋳造方法にて直接細径材を連続鋳造棒として鋳造し、その後表面をピーリングするような製造方法によって得られた細径材であるので、通常のビレットから押出しによって製造される細径材よりも冷却速度が速いため、初晶、共晶Ｓｉをより微細にすることができるので好ましい。 Since the aluminum alloy ingot of the present invention is a small diameter material obtained by a production method in which a direct thin diameter material is cast as a continuous casting rod by a direct cooling casting method and then the surface is peeled, a normal billet Since the cooling rate is faster than that of the small-diameter material manufactured by extrusion, the primary crystal and the eutectic Si can be made finer, which is preferable.
Ｓｉの共晶粒子は、粗大になると、切削時脱落しやすくなり、又、初晶Ｓｉ同様、組織の均一性が乏しくなる。従って、平均１０μｍ以下が好ましい。このためには、前述の細径サイズの連続鋳造方式の方が望ましい。更に、鋳造後、均質化熱処理（例えば、４９０℃〜５００℃で数時間保持。）を実施することにより、Ｓｉの共晶粒子は、片状であったものが球状になり、又、温度を高温、時間を長時間にすることでα晶中の過飽和のＳｉを初晶へ凝集させることができ、結晶粒の大きさを大きくするようなコントロールも可能となる。そこで、均質化熱処理を加えることが好ましい。 When the eutectic particles of Si are coarse, they are likely to fall off during cutting, and the uniformity of the structure is poor as in the case of primary Si. Accordingly, the average value is preferably 10 μm or less. For this purpose, the above-described small-diameter continuous casting method is more desirable. Further, by performing a homogenization heat treatment (for example, holding at 490 ° C. to 500 ° C. for several hours) after casting, the Si eutectic particles are in the form of flaky particles, and the temperature is changed. By increasing the temperature and the time for a long time, supersaturated Si in the α crystal can be aggregated into the primary crystal, and control to increase the size of the crystal grains is also possible. Therefore, it is preferable to apply a homogenization heat treatment.
アルミニウム合金素材は、丸棒に鋳造されて鍛造用に使用されることを目的としている。鍛造としては、熱間鍛造、冷間鍛造のいずれの場合もある。本発明のアルミニウム合金は、材料のマクロ結晶粒を微細にし、均一化しているので、鍛造性が向上し、変形能が向上し、特に、最大加工率を大きくすることができる。 The aluminum alloy material is intended to be used for forging after being cast into a round bar. Forging may be either hot forging or cold forging. In the aluminum alloy of the present invention, since the macro crystal grains of the material are made fine and uniform, the forgeability is improved, the deformability is improved, and in particular, the maximum working rate can be increased.
上記条件での鋳造組織は、全面に渡って粒状で微細なマクロ結晶となる。粗大な粒状晶では、鍛造性が落ちるため、マクロ結晶粒径は、平均３００μｍ以下（好ましくは、５０μｍ〜１００μｍ。）が好ましい。これ以上では、例えば、据え込み時の据え込み率があがらなかったり、自由鍛造面にしわが入ったり、ひどい場合は罅割れが入ったりする。 The cast structure under the above conditions becomes granular and fine macrocrystals over the entire surface. For coarse granular crystals, forgeability is reduced, and the average macrocrystal grain size is preferably 300 μm or less (preferably 50 μm to 100 μm). Above this, for example, the upsetting rate at the time of upsetting does not increase, the free forging surface is wrinkled, and in severe cases, cracks are generated.
ここで、「全面に渡って」とは、鋳造品の断面観察における９８％以上の視野において柱状晶或いは羽毛状晶との混在が見られない状態である。
ここで、「微細な粒状晶」とは、通常実施されるマクロ的方法によって観察した場合、目視でその状態は確認できるが、目視レベルでは粒径計測できない状態のものである。試料を研磨後、偏光エッチング処理して偏光顕微鏡にて計測できるレベルのものである。
Here, “over the entire surface” is a state in which mixing of columnar crystals or feather-like crystals is not observed in a visual field of 98% or more in the cross-sectional observation of the cast product.
Here, the “fine granular crystals” are those in a state where the state can be visually confirmed when observed by a macroscopic method that is usually performed, but the particle size cannot be measured at the visual level. After polishing the sample, it is of a level that can be measured with a polarizing microscope after being subjected to polarization etching treatment.
全面粒状晶でないと、例えば、粒状晶と柱状晶が混在したり、羽毛状晶が混在したりすると、それを素材として据え込みなどの成形を実施した時に、変形能に部分的な差が出るために均一な変形が得られなくなり、例えば、据え込み鍛造を施した場合、円形の素材を用いてもその成形品が真円とならないことがある。 If the entire surface is not a granular crystal, for example, if a granular crystal and a columnar crystal are mixed, or if a feather crystal is mixed, there is a partial difference in deformability when molding such as upsetting by using it as a raw material. Therefore, uniform deformation cannot be obtained. For example, when upsetting forging is performed, the molded product may not be a perfect circle even if a circular material is used.
ここで、「鍛造性」とは、熱間又は冷間での据え込み率を変えたときの割れの発生する限界によって比較できる。据え込み率が高いほど割れが発生しにくいことになるので、鍛造性が良い。或いは、同一据え込み率で、自由面に割れ、穴等の欠陥、オレンジピール等の表面肌不良がでないほど鍛造性が良いと評価する。 Here, “forgeability” can be compared based on the limit at which cracking occurs when the upsetting rate between hot and cold is changed. As the upsetting rate is higher, cracking is less likely to occur, so forgeability is better. Alternatively, it is evaluated that the forgeability is so good that there is no crack on the free surface, defects such as holes, and surface skin defects such as orange peel at the same upsetting rate.
Ｃｕは、鍛造後の溶体化処理により、析出硬化による強度向上を狙うと共に、合金マトリックスを強化し、Ｓｉの共晶結晶粒、Ｓｉの初晶結晶粒をマクロ結晶粒中に保持し、それらの脱落を阻止する。
その結果、耐摩耗性に貢献するので好ましい。Ｃｕが２．５質量％未満では、その効果が少なく、添加量の増加に従って効果は大きくなるが、６．０質量％を超えては、その効果は、それ以上に上がらず、鍛造時の割れ等鍛造時の問題が出てくる。
Cu aims to improve the strength by precipitation hardening by solution treatment after forging, strengthens the alloy matrix, holds the eutectic crystal grains of Si and the primary crystal grains of Si in the macro crystal grains, and Prevent dropping out.
As a result, it contributes to wear resistance, which is preferable. If the Cu content is less than 2.5% by mass, the effect is small and the effect increases as the amount added increases. However, if the Cu content exceeds 6.0% by mass, the effect does not increase any more, and cracking occurs during forging. Problems arise during equal forging.
Ｍｇは、同様に溶体化により、析出時効硬化による機械的特性向上に寄与するが、０．３質量％未満では、効果が乏しく、１．２質量％を超えると、鋳造時の酸化物が増し、機械的特性が低下或いは鍛造時の割れが発生しやすくなる。 Similarly, Mg contributes to improvement of mechanical properties by precipitation age hardening by solution, but if it is less than 0.3% by mass, the effect is poor, and if it exceeds 1.2% by mass, the oxide during casting increases. In addition, mechanical properties are deteriorated or cracking during forging is likely to occur.
尚、Ｆｅ、Ｍｎは添加しないでも鍛造性は良いが、添加の必要がある場合は、０．２質量％未満が、粗大な金属間化合物の発生を抑える意味で好ましい。
ＦｅとＭｎは、固溶強化、再結晶抑制として使用されるが、主として鋳造条件、例えば、鋳造径が太くなって凝固速度が遅い場合、Ｓｉ共晶よりも粗大な金属間化合物を晶出する可能性があるため、機械的特性を阻害低下させる要因となるので、いずれも必要に応じて０．２質量％未満に抑えるのが好ましい。
In addition, although forgeability is good even if Fe and Mn are not added, when addition is necessary, less than 0.2% by mass is preferable in terms of suppressing generation of coarse intermetallic compounds.
Fe and Mn are used as solid solution strengthening and recrystallization suppression, but mainly crystallize an intermetallic compound coarser than Si eutectic when the casting diameter is large and the solidification rate is slow, for example. Since there is a possibility, it becomes a factor that hinders and lowers the mechanical properties. Therefore, it is preferable that both be suppressed to less than 0.2% by mass as necessary.
本発明のアルミニウム合金のミクロ結晶粒の状態は、そのα晶はＤＡＳ（２次デンドライトアーム間隔）で１５μｍ以下となっている。ＤＡＳが１５μｍを超えると、デンドライトの形状が花弁状となるので、前述のＦｅ、Ｍｎ添加効果で記したＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物、又、更に新たなＡｌ−Ｍｇ系晶出物等が花弁状のα晶デンドライトの間に蓄積しやすくなり、α晶同士の結晶粒界が脆くなり、マクロ組織が微細であっても、良好な機械的特性が得られず、鍛造性も落ちることとなる。 As for the state of micro crystal grains of the aluminum alloy of the present invention, the α crystal is 15 μm or less in terms of DAS (secondary dendrite arm interval). When the DAS exceeds 15 μm, the dendritic shape becomes a petal shape. Are likely to accumulate between the petal-like α-crystal dendrites, the crystal grain boundaries between α-crystals become brittle, and even if the macrostructure is fine, good mechanical properties cannot be obtained and forgeability is reduced. It becomes.
次に、鋳造方法について説明する。 Next, a casting method will be described.
図２は本発明のアルミニウム合金及び棒状鋳塊の鋳造設備の一例を示す工程図である。 図２において、溶解保持炉（溶解工程）は、アルミニウム合金用の原材料を溶解し、アルミニウム合金溶湯を得るためのものである。
溶湯処理装置（溶湯処理工程）は、溶解保持炉からのアルミニウム合金溶湯中のＴｉＢ2粒子、アルミニウム酸化物及び水素ガスをインラインで除去するためのものである。
FIG. 2 is a process diagram showing an example of the casting equipment for the aluminum alloy and the bar-shaped ingot of the present invention. In FIG. 2, a melting and holding furnace (melting step) is for melting a raw material for an aluminum alloy to obtain a molten aluminum alloy.
The molten metal treatment device (molten treatment step) is for removing in-line TiB 2 particles, aluminum oxide and hydrogen gas in the molten aluminum alloy from the melting and holding furnace.
そして、溶湯処理装置は、図１で説明したように、溶解保持炉（溶解工程）から供給されるアルミニウム合金溶湯を受ける入湯口２０３ａと、この入湯口２０３ａから供給されたアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部２０３ｂと、入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂの間に設けられたボロン添加開口２０４ｂと、貯留部２０３ｂ内に不活性ガスを気泡状に噴出する気泡発生手段と、貯留部２０３ｂ内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材２１０と、貯留部２０３ｂ内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を連続鋳造装置（連続鋳造工程）に向けて排出する出湯口２０３ｃと、貯留部２０３ｂ内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口２０３ｄとを有するアルミニウム合金溶湯の溶湯処理装置２０１である。
As shown in FIG. 1, the molten metal treatment apparatus stores a
連続鋳造装置（連続鋳造工程）は、溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯から、後述するように、アルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造するもので、本実施例では、水平式の連続鋳造装置である。
同調切断装置（切断工程）は、連続鋳造装置で鋳造したアルミニウム合金連続鋳造棒を、定尺に切断するものである。
熱処理装置（熱処理工程）は、同調切断装置で切断した定尺のアルミニウム合金連続鋳造棒を均質化熱処理するものである。
ピーリング装置〔外周除去装置（外周除去工程）〕は、熱処理装置で熱処理したアルミニウム合金連続鋳造棒の外周部分を除去するものである。
矯正装置〔曲がり矯正装置（矯正工程）〕は、熱処理装置で熱処理したアルミニウム合金連続鋳造棒の内部を次の非破壊検査装置で検査する場合、アルミニウム合金連続鋳造棒の内部を精度よく検査できるようにするためにアルミニウム合金連続鋳造棒の曲がりを矯正するものである。
非破壊検査装置（非破壊検査工程）は、矯正装置で曲がりを矯正したアルミニウム合金連続鋳造棒の内部に、欠陥があるかないかを検査するものである。
The continuous casting apparatus (continuous casting process) is for casting an aluminum alloy continuous casting rod from the molten aluminum alloy supplied from the molten metal processing apparatus, as will be described later. In this embodiment, the continuous casting apparatus is a horizontal continuous casting apparatus. is there.
The synchronized cutting device (cutting step) is for cutting an aluminum alloy continuous cast bar cast by a continuous casting device into a fixed length.
The heat treatment device (heat treatment step) is for homogenizing heat treatment of a fixed aluminum alloy continuous cast bar cut by a synchronous cutting device.
The peeling device [periphery removing device (periphery removing step)] removes the outer peripheral portion of the aluminum alloy continuous cast bar heat-treated by the heat treatment device.
The straightening device [bending straightening device (rectifying process)] is capable of accurately inspecting the inside of an aluminum alloy continuous cast bar when the inside of the aluminum alloy continuous cast bar heat treated by the heat treatment device is inspected by the following nondestructive inspection device. Therefore, the bending of the aluminum alloy continuous casting rod is corrected.
The nondestructive inspection device (nondestructive inspection step) is for inspecting whether or not there is a defect inside the aluminum alloy continuous cast bar whose curvature has been corrected by a correction device.
アルミニウム合金棒の製品仕様によっては、矯正装置、非破壊検査装置を省略し、溶解保持炉→溶湯処理装置→連続鋳造装置→同調切断装置→ピーリング装置→熱処理装置（ホモ、均質化処理を兼ねる。）の順とすることもできる。
そして、図２の内、溶解保持炉、連続鋳造装置、熱処理装置（ホモ）をミニマム鋳造システムとして配設することにより、連続鋳造装置における鋳造材の連続鋳造、熱処理装置（ホモ）による熱処理を連続して実施でき、棒材の鋳造が連続して行える。
Depending on the product specifications of the aluminum alloy rod, the straightening device and the nondestructive inspection device are omitted, and the melting and holding furnace → the molten metal processing device → the continuous casting device → the synchronized cutting device → the peeling device → the heat treatment device (also serving as homogenization and homogenization processing). ).
In FIG. 2, a melting and holding furnace, a continuous casting apparatus, and a heat treatment apparatus (homo) are arranged as a minimum casting system, so that continuous casting of the cast material in the continuous casting apparatus and heat treatment by the heat treatment apparatus (homo) are continuously performed. It is possible to carry out the casting of the bar material continuously.
＜連続鋳造装置＞
図３は水平連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
図３において、アルミニウム合金溶湯１を溜めるタンディッシュ３０２には、側壁に開口３０２ａが設けられている。
耐火性板状体３０３は、タンディッシュ３０２の外側に開口３０２ａを囲むように取り付けられ、開口３０２ａに連通する注湯孔３０３ａが設けられている。
筒状の鋳型３０４は、中心軸がほぼ水平となるように耐火性板状体３０３に取り付けられ、鋳型３０４とアルミニウム合金溶湯１との間の円周上へ、耐火性板状体３０３と鋳型３０４との間から気体を供給する気体供給路３０４ａと、鋳型３０４とアルミニウム合金連続鋳造棒２との間の円周上へ潤滑油を供給する潤滑油供給路３０４ｂと、出口でアルミニウム合金連続鋳造棒２の周囲へ冷却水を供給する冷却水供給路３０４ｃとが設けられている。
上記したタンディッシュ３０２〜鋳型３０４によって水平連続鋳造装置３０１が構成されている。
<Continuous casting equipment>
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a horizontal continuous casting apparatus.
In FIG. 3, an opening 302 a is provided on a side wall of a
The refractory plate-
The
The above-described
次に、アルミニウム合金鋳塊の一例として、アルミニウム合金連続鋳造棒２の鋳造について説明する。
図１に示した溶湯処理装置２０１から図３に示すタンディッシュ３０２内へ供給されたアルミニウム合金溶湯１は、耐火性板状体３０３の注湯孔３０３ａから、中心軸がほぼ水平となるように保持された鋳型３０４内へ供給され、鋳型３０４の出口で強制冷却されてアルミニウム合金連続鋳造棒２となる。
ここで、タンディッシュ３０２内に貯留するアルミニウム合金溶湯１の組成について説明する。
アルミニウム合金溶湯１は、特に、Ｓｉを８質量％〜１３質量％（好ましくは、９質量％〜１１質量％。）含有するものは、アルミニウム合金連続鋳造棒２中のＡｌとＳｉとが微細な共晶と称する層状構造を構成するため、機械的特性に優れ、かつ、硬質なＳｉによって耐摩耗性が向上するために好ましい。
アルミニウム合金連続鋳造棒２の合金成分の組成比は、例えば、ＪＩＳ Ｈ １３０５に記載されているような光電測光式発光分光分析装置によって確認できる。
Next, casting of an aluminum alloy
The
Here, the composition of the
In particular, the
The composition ratio of the alloy components of the aluminum alloy
水平連続鋳造装置３０１について説明したが、冷却速度を大きくすることができ、棒形状の鋳造ができる直接冷却式鋳造装置であれば、他に縦型連続鋳造装置、縦型半連続鋳造、ＤＣ連続鋳造装置、ホットトップ鋳造装置、気体加圧式ホットトップ鋳造装置、電磁場鋳造装置、双ロール式連続鋳造機などを用いることができる。
気体加圧式ホットトップ鋳造装置では、ホットトップ鋳造方式においてヘッダーと鋳型との間から気体を供給することにより、鋳型と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、鋳塊の品質が高まる。
又、電磁場鋳造装置とは、鋳型の代わりに電磁コイルを置き、電磁コイルによって溶湯を保持してその表面を鋳型と接触しないようにコントロールし、その状態で水を直接掛ける。即ち、鋳型と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、気体加圧式ホットトップ鋳造装置と同じように、鋳型からの伐熱がなく、表面偏析のないものができる。
The horizontal
In the gas pressure type hot top casting device, by supplying gas from between the header and the mold in the hot top casting system, the ingot can be cooled and solidified only by water cooling without contact with the mold. Rise.
In the electromagnetic field casting apparatus, an electromagnetic coil is placed in place of the mold, the molten metal is held by the electromagnetic coil, and the surface thereof is controlled so as not to come into contact with the mold, and water is directly applied in this state. That is, since the ingot can be cooled and solidified only by water cooling without contacting with the mold, there is no heat from the mold and no surface segregation, as in the case of the gas pressure hot top casting apparatus.
前述したミクロ組織を得るには、なるべく１００ｍｍφ以下の細径で連続鋳造を行うことが好ましい。特に、３０ｍｍφ以下の鋳造の冷却速度が最も好ましく、１５℃／秒程度にまで向上し、望ましいＤＡＳを持ったα晶が得られる。
又、過冷却が大きくなって粗大な初晶Ｓｉ、その他晶出物の晶出を抑えることができる。
特に、５０ｍｍφ以下の細径にて連続鋳造を行うことにより、鋳造速度を大きくとれ、冷却速度が大幅に改善される。このためには、水平にて鋳造することにより、これが可能となる。
In order to obtain the microstructure described above, it is preferable to perform continuous casting with a small diameter of 100 mmφ or less as much as possible. In particular, a cooling rate of casting of 30 mmφ or less is most preferable, and the cooling rate is improved to about 15 ° C./second, and an α crystal having a desirable DAS can be obtained.
In addition, crystallization of coarse primary crystal Si and other crystallized substances can be suppressed by increasing supercooling.
In particular, by performing continuous casting with a small diameter of 50 mmφ or less, the casting speed can be increased and the cooling speed can be greatly improved. This can be done by casting horizontally.
このような鋳造装置と方法で鋳造したアルミニウム合金鋳塊は、アルミニウム合金溶湯中のＢ量を安定させて運転できるので好ましい。又、鋳造した鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるＴｉ量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
「アルミニウム合金溶湯中のＢ濃度を管理する」とは、Ｂ濃度を運転中にその変動範囲を一定範囲に制御することである。その結果、ＴｉＢ2粒子の発生を抑えることができ、ＴｉＢ2粒子が鋳造品に混入するのを抑えることができる。更に、鋳造品を成形した製品はＴｉＢ2粒子の混入を抑えたものとなり、機械的特性が良好な製品を得ることができる。
「安定させて運転する」とは、時間経過（アルミニウム合金溶湯の上、下）によるＢ濃度のばらつきを抑制して運転することである。
「溶解炉と溶湯処理装置との間でＢを添加」とは、溶湯処理装置に直接添加する場合で説明したが、前述した添加位置条件を満たせば、溶解炉と溶湯処理装置との間で添加することが可能である。
An aluminum alloy ingot cast by such a casting apparatus and method is preferable because it can be operated with the B amount in the molten aluminum alloy stabilized. Further, the cast ingot can be managed in a state where there is almost no amount of Ti that causes generation of TiB 2 particles that are considered to have an adverse effect on tool wear.
“Managing the B concentration in the molten aluminum alloy” means controlling the variation range of the B concentration to a certain range during operation. As a result, it is possible to suppress the occurrence of TiB 2 particles, it is possible to suppress the TiB 2 particles are mixed into the casting. Further, a product obtained by molding a cast product is one in which mixing of TiB 2 particles is suppressed, and a product having good mechanical characteristics can be obtained.
“Stable operation” means to operate while suppressing variation in B concentration over time (above and below the molten aluminum alloy).
“Adding B between the melting furnace and the molten metal processing apparatus” has been described in the case of adding directly to the molten metal processing apparatus. However, if the above-described addition position condition is satisfied, between the melting furnace and the molten metal processing apparatus. It is possible to add.
＜鍛造用素材の説明＞
以上のようにして鋳造された棒状の鍛造用アルミニウム合金鋳塊を更に所定の長さに切断して、必要に応じて表面切削処理を施し、熱間鍛造用素材、冷間鍛造用素材を製造することができる。
<Description of forging materials>
The rod-shaped forging aluminum alloy ingot cast as described above is further cut into a predetermined length and subjected to surface cutting treatment as necessary to produce a hot forging material and a cold forging material. can do.
本発明に用いる鍛造用素材は、前述の本発明の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法で鋳造されたものである。
棒状材は、更にシャー切断によって所定の長さに切断され、必要に応じて面削処理を施して、次工程に送られる。
＜鍛造成形工程＞
The forging material used in the present invention is cast by the above-described casting method of an aluminum alloy ingot for forging according to the present invention.
The rod-shaped material is further cut into a predetermined length by shear cutting, and is subjected to a face grinding process if necessary, and is sent to the next step.
<Forging process>
本発明での鍛造は型鍛造であり、本発明に用いる鍛造装置の構成の一例を、図４に基づいて説明する。
鍛造装置６０１は、鍛造機６１１と、下ダイセットプレート６１２に取り付けられた下金型６２２と、上ダイセットプレート６１３に取り付けられた上金型６２５とを含むものである。
尚、上ダイセットプレート６１３は、ガイドポスト６１４で案内されて下ダイセットプレート６１２に接離する。
Forging in the present invention is die forging, and an example of the configuration of a forging device used in the present invention will be described with reference to FIG.
The forging
The upper die set
次に、本発明に用いる金型の一例の断面図を図５に示す。
鍛造用金型６２１は、金属素材から鍛造成形品を鍛造するための下金型６２２と上金型６２５、及び、成形品を下金型６２２内から取り出すためのノックアウトピン６２７を含んで構成されている。
下金型６２２は、中心部に鍛造成形孔６２２ａが設けられている。そして、必要に応じて、スプレー前後移送装置（図示省略。）、スプレー回転装置（図示省略。）を備え、シャフト（図示省略。）を介して、スプレー前後装置に取り付けられた潤滑剤スプレーノズル（図示省略。）を有している潤滑剤塗布装置を設置することができる。
Next, FIG. 5 shows a cross-sectional view of an example of a mold used in the present invention.
The forging
The
本発明は、熱間、温間、冷間を問わないで適用することができる。一般には、鍛造の温度条件（金型、素材）により、鍛造用素材の流動性が変わり、それに合わせた金型の設計をする。 The present invention can be applied regardless of whether it is hot, warm or cold. Generally, the fluidity of the forging material changes depending on the forging temperature conditions (mold, material), and the die is designed according to it.
準備した鍛造用素材３を上金型６２５、下金型６２２によって形成される空間（鍛造成形孔６２２ａ）に押し込み、成形品を鍛造成形する。又、成形された素形材はノックアウトピン６２７によって下金型６２２から取出される。
尚、鍛造に際しては鍛造用金型６２１内周に潤滑剤を塗布してから実施するのが好ましい。
又、鍛造用素材３には、必要に応じて、潤滑剤処理を施すのが好ましい。
The prepared forging
Note that forging is preferably performed after applying a lubricant to the inner periphery of the forging
The forging
＜成形品の特徴＞
（イ）共晶Ｓｉを微細化でき、（ロ）初晶Ｓｉの発生を抑え、（ハ）有害なＴｉＢ2粒子の混入を抑え、（ニ）α晶のＤＡＳを小さくでき、（ホ）マクロ結晶粒が全面微細粒状化したものとなる、特徴を有した素材を鍛造成形したものであるので、その結果、鍛造性が向上しているため、従来の耐摩耗性アルミニウム合金で得られなかった良好な熱間、冷間鍛造性が得られ、機械的特性についても良好な成形品となる。
<Features of molded products>
(B) The eutectic Si can be refined, (b) the generation of primary crystal Si can be suppressed, (c) harmful TiB 2 particles can be prevented from mixing, (d) the DAS of the α crystal can be reduced, and (e) the macro. Since the crystal grain is made by forging a material with features that make the entire surface finely granulated, as a result, the forgeability is improved, so it could not be obtained with conventional wear resistant aluminum alloys Good hot and cold forgeability is obtained, and the molded article has good mechanical properties.
図１に示す溶湯処理装置２０１、図３に示す水平連続鋳造装置３０１を用い、アルミニウム合金溶湯の処理前のＴｉ量、処理後のＢ量を変化させて、３５ｍｍφのアルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造した。
尚、アルミニウム合金溶湯の他の組成は、Ｓｉを１０．５質量％、Ｃｕを２．５質量％、Ｍｇを０．５質量％、Ｆｅを０．１７質量％、Ｍｎを０．０１質量％とした。
そして、Ｂの添加は、ロール状に巻かれたＡｌ−５％Ｂ合金材を入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂの間の位置、貯留部２０３ｂから入湯口２０３ａへ向かって５０ｃｍの位置に設けたボロン添加開口２０４から連続的な投入で実施した。
又、入湯口２０３ａから供給されたアルミニウム合金溶湯が出湯口２０３ｃから排出されるまでの時間は５分で、不活性ガスとしてアルゴンガスをバブリングさせた。
又、アルミニウム合金連続鋳造棒から試料をサンプリングしてマクロ観察し、微細化（組織状態）、内部の欠陥などを評価した。
A molten
The other composition of the molten aluminum alloy is as follows: Si 10.5% by mass, Cu 2.5% by mass, Mg 0.5% by mass, Fe 0.17% by mass, Mn 0.01% by mass. It was.
Then, the addition of B is boron provided by placing an Al-5% B alloy material wound in a roll shape at a position between the
Further, it took 5 minutes for the molten aluminum alloy supplied from the
Further, samples were sampled from an aluminum alloy continuous casting rod and macro-observed to evaluate miniaturization (structure state), internal defects, and the like.
＜微細化の評価＞
微細化の評価は、鋳造品の横断面を全面エッチングして目視及び拡大鏡で観察し、３段階で評価した。
面積率において粒状晶が７０％未満の場合を×とし、面積率において粒状晶が７０％以上９８％未満の場合を△とし、面積率において粒状晶が９８％以上の場合を○とし、後述する表１及び表２に示した。
尚、面積率において粒状晶が多い程、微細化が良好である。
＜欠陥の評価＞
欠陥の評価は、鋳造品の横断面ミクロ組織を倍率３４０倍の光学顕微鏡で１０視野観察し、欠陥が１つでも観察された場合を×とし、欠陥が１つも観察されない場合を○とし、後述する表２に示した。
＜刃具寿命の評価＞
刃具寿命の評価は、ＮＣ旋盤を用い、径が６５ｍｍで、長さが６０ｍｍの試験片表面を、回転数３０００ｒｐｍ、送り０．０３ｍｍ／回転、切り込み０．０２ｍｍの条件で、先端２Ｒの超硬チップで１００回切削した後、端面にできたバリの高さを測定した。
バリの高さが１．０ｍｍ未満の場合を○とし、バリの高さが１．０ｍｍ以上の場合を×とし、後述する表２に示した。
尚、バリの高さは低い程、刃具寿命が良い。
<Evaluation of miniaturization>
Evaluation of miniaturization was performed in three stages by etching the entire cross section of the cast product and observing it visually and with a magnifying glass.
The case where the granular crystal is less than 70% in the area ratio is x, the case where the granular crystal is 70% or more and less than 98% in the area ratio is Δ, and the case where the granular crystal is 98% or more in the area ratio is ○, which will be described later. The results are shown in Tables 1 and 2.
In addition, refinement | miniaturization is so favorable that there are many granular crystals in an area rate.
<Evaluation of defects>
Defect evaluation is performed by observing 10 cross-sectional microstructures of a cast product with an optical microscope with a magnification of 340 times, and observing that even one defect is observed as x, and observing that no defect is observed as ◯. The results are shown in Table 2.
<Evaluation of blade life>
The tool life was evaluated by using an NC lathe, a test piece surface having a diameter of 65 mm and a length of 60 mm on the surface of a tip 2R carbide under the conditions of a rotational speed of 3000 rpm, a feed of 0.03 mm / rotation, and a cutting depth of 0.02 mm. After cutting 100 times with a chip, the height of the burr formed on the end face was measured.
The case where the height of the burr is less than 1.0 mm is indicated by “◯”, and the case where the height of the burr is 1.0 mm or more is indicated by “x”.
The lower the burr height, the better the tool life.
この表１に、比較例１〜比較例８（Ｎｏ１〜Ｎｏ８）と、実施例１〜実施例１１（Ｎｏ９〜Ｎｏ１９）とを示した。
この比較例１〜比較例８（Ｎｏ１〜Ｎｏ８）と、実施例１〜実施例１１（Ｎｏ９〜Ｎｏ１９）とから分かるように、アルミニウム合金溶湯の溶湯処理後におけるＢの含有量は、０．０１５質量％未満になると、微細化が期待できずに羽毛状晶となり、０．０１５質量％以上、０．０１９質量％未満になると、組織の微細化にバラツキが発生して粒状晶と羽毛状晶とになり、０．０１９質量％以上になると、組織の微細化が期待できる。
尚、Ｂの含有量が０．０３５質量を超えると、組織の微細化は、前述したように、更なる微細化が期待できない。
従って、アルミニウム合金溶湯の溶湯処理後におけるＢの含有量は、０．０１５質量％〜０．０３５質量％にするのが好ましい。
In Table 1, Comparative Examples 1 to 8 (No1 to No8) and Examples 1 to 11 (No9 to No19) are shown.
As can be seen from Comparative Examples 1 to 8 (No1 to No8) and Examples 1 to 11 (No9 to No19), the B content after the molten aluminum alloy treatment is 0.015. If the amount is less than mass%, the formation of fine crystals cannot be expected, and if it is 0.015 mass% or more and less than 0.019 mass%, the fine structure is not uniform and granular crystals and feather crystals are formed. Therefore, when the content is 0.019% by mass or more, the structure can be expected to be refined.
In addition, when content of B exceeds 0.035 mass, the refinement | miniaturization of a structure | tissue cannot expect further refinement | miniaturization as mentioned above.
Therefore, the B content after the molten aluminum alloy is preferably 0.015% by mass to 0.035% by mass.
この表２に、比較例９、比較例１０（Ｎｏ２１、Ｎｏ２２）と、実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）とを示した。
比較例９（Ｎｏ２１）から分かるように、アルミニウム合金連続鋳造棒の鋳造の開始から時間が経過すると共にＴｉ量が増加し、鋳造終了前のＴｉ／Ｂ量の比はＴｉＢ2粒子とほぼ同じ比率になっている（ＴｉＢ2粒子として製品に混入。Ｂ量に対して微細化が促進されず、刃具寿命が悪くなっている。）。
又、比較例１０（Ｎｏ２２）から分かるように、Ｔｉ、Ｂの傾向は実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）とほぼ同様であるが、ガスが排出されていないために内部欠陥があり、刃具寿命が悪くなっている。尚、ガスが排出されていないため、貯留部でＴｉＢ2粒子が生成しても気泡と接触して浮上しないため、貯留部内でＴｉＢ2粒子が沈降し、製品に混入しているものと考えられる。
Table 2 shows Comparative Example 9 and Comparative Example 10 (No21, No22), Example 12, and Example 13 (No23, No24).
As can be seen from Comparative Example 9 (No. 21), the amount of Ti increases as time elapses from the start of casting the aluminum alloy continuous casting rod, and the ratio of Ti / B amount before the end of casting is almost the same as that of TiB 2 particles. (TiB 2 particles are mixed in the product. Refinement is not promoted with respect to the amount of B, and the tool life is deteriorated.)
As can be seen from Comparative Example 10 (No. 22), the tendency of Ti and B is almost the same as that of Example 12 and Example 13 (No. 23 and No. 24), but there is an internal defect because the gas is not discharged. The tool life is getting worse. In addition, since the gas is not discharged, even if TiB 2 particles are generated in the reservoir, they do not float in contact with the air bubbles, so it is considered that the TiB 2 particles settle in the reservoir and are mixed into the product. .
これに対し、実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）では、アルミニウム合金連続鋳造棒の鋳造の開始から終了までＴｉ量及びＢ量の変化が少なく、組織の微細化によって内部欠陥が無く、刃具寿命の良いアルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造することができる。 On the other hand, in Example 12 and Example 13 (No23, No24), there is little change in the amount of Ti and B from the start to the end of the casting of the aluminum alloy continuous casting rod, there is no internal defect due to the refinement of the structure, It is possible to cast aluminum alloy continuous cast bars with a long tool life.
１ アルミニウム合金溶湯
２ アルミニウム合金連続鋳造棒
３ 鍛造用素材
２０１ 溶湯処理装置
２０３ 貯留槽
２０３ａ 入湯口
２０３ｂ 貯留部
２０３ｃ 出湯口
２０３ｄ カス取り出し開口
２０４ 蓋
２０４ａ 開口
２０４ｂ ボロン添加開口
２１０ 攪拌部材
３０１ 水平連続鋳造装置
３０２ タンディッシュ
３０２ａ 開口
３０３ 耐火性板状体
３０３ａ 注湯孔
３０４ 鋳型
３０４ａ 気体供給路
３０４ｂ 潤滑油供給路
３０４ｃ 冷却水供給路
６０１ 鍛造装置
６１１ 鍛造機
６１２ 下ダイセットプレート
６１３ 上ダイセットプレート
６１４ ガイドポスト
６２１ 鍛造用金型
６２２ 下金型
６２２ａ 鍛造成形孔
６２５ 上金型
６２７ ノックアウトピン
DESCRIPTION OF
Claims (16)
ことを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理方法。 After addition of boron melting furnace or molten aluminum alloy is supplied from the holding furnace, a myriad of bubbles caused by blowing an inert gas into the aluminum alloy melt was molten aluminum alloy is contacted predetermined time, the TiB 2 particles Lift and separate,
A method for treating molten aluminum alloy, comprising:
アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。 The molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or holding furnace is 8% to 13% by mass of silicon, 2.5% to 6.0% by mass of copper, and 0.3% to 1.2% by mass of magnesium. , Containing 0.004 mass% to 0.025 mass% of titanium,
Boron is added so that the content becomes 0.019% by mass to 0.035% by mass after the aluminum alloy molten metal treatment.
The processing method of the molten aluminum alloy according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。 The time for contacting the molten aluminum alloy with the bubbles is 3 minutes or more,
The processing method of the aluminum alloy molten metal of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。 The molten aluminum alloy is brought into contact with the bubbles within 10 seconds after adding boron.
The method for treating a molten aluminum alloy according to any one of claims 1 to 3, wherein:
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。 Continuously adding Al-B alloy material into molten aluminum alloy and adding boron;
The method for treating a molten aluminum alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein:
この入湯口から供給されるアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部と、
入湯口から貯留部の間に設けられたボロン添加開口と、
貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段と、
貯留部内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材と、
貯留部内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を排出する出湯口と、
貯留部内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口とを有する、
ことを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理装置。 A hot water inlet that receives the supplied aluminum alloy melt,
A storage section for storing molten aluminum alloy supplied from the inlet;
Boron addition opening provided between the hot water inlet and the reservoir,
A bubble generating means for injecting a bubble-like inert gas into the reservoir;
An agitating member that is disposed in the storage unit and is made finer by rotating, and uniformly dispersed in the molten aluminum alloy;
A hot water outlet that discharges the molten aluminum alloy that has been in contact with the bubbles for a certain period of time in the reservoir,
A debris extraction opening for extracting debris levitated in the storage section;
A processing apparatus for molten aluminum alloy characterized by the above.
ことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。 The bubble generating means is a stirrer that ejects a bubble-like inert gas from the lower side and / or a reservoir that jets a bubble-like inert gas from the bottom surface.
The apparatus for treating molten aluminum alloy according to claim 6.
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。 The flow path and volume of the reservoir were provided so that the molten aluminum alloy was discharged from the outlet after the bubbles and the molten aluminum alloy contacted for 3 minutes or more.
The apparatus for treating a molten aluminum alloy according to claim 6 or 7, wherein:
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。 Having a boron supply mechanism for continuously feeding the Al-B alloy material into the molten aluminum alloy from the boron addition opening;
The apparatus for treating a molten aluminum alloy according to any one of claims 6 to 8, wherein the apparatus is a molten aluminum alloy.
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。 A mechanical filter was provided between the reservoir and the hot water outlet, or after the hot water outlet.
The apparatus for treating a molten aluminum alloy according to any one of claims 6 to 9, wherein the apparatus is a molten aluminum alloy.
ことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。 A heat retaining means is provided in the reservoir,
The apparatus for treating a molten aluminum alloy according to any one of claims 6 to 10, wherein:
ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。 From a melting furnace or a holding furnace, a molten metal processing apparatus provided with bubble generating means for generating an infinite number of bubbles by blowing an inert gas into the molten aluminum alloy supplied from the melting furnace or the holding furnace, and from the molten metal processing apparatus After adding boron to the molten aluminum alloy between the melting furnace or the holding furnace and the molten metal processing apparatus using a cast product casting system of an aluminum alloy having a casting apparatus for casting the supplied molten aluminum alloy, the molten metal treatment Cast the aluminum alloy molten metal, which is brought into contact with bubbles in the apparatus for a certain period of time, and floats and removes TiB 2 particles by a casting apparatus.
A casting method of an aluminum alloy ingot for forging characterized by the above.
ことを特徴とする請求項１２に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。 Casting with direct cooling casting equipment,
The method for casting an aluminum alloy ingot for forging according to claim 12.
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。 Casting at a cooling rate of 4 ° C / second or more,
The method for casting an aluminum alloy ingot for forging according to claim 12 or claim 13,
ことを特徴とする鍛造成形品。 The aluminum alloy ingot cast by the aluminum alloy ingot casting method according to claim 12 or claim 13 is used as a forging material,
A forged molded product characterized by that.
この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置と、
この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する連続鋳造装置とを有する、
ことを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備。 A melting furnace or holding furnace;
Boron addition means for adding boron to the molten aluminum alloy supplied from this melting furnace or holding furnace, inactive gas is blown into the molten aluminum alloy to which boron is added to generate innumerable bubbles to float TiB 2 particles A molten-metal treatment apparatus provided with bubble generating means, separation / removal means for separating and removing floating TiB 2 particles, and
A continuous casting device for casting the molten aluminum alloy supplied from the molten metal processing device,
An aluminum alloy ingot casting facility characterized by that.
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