JP2009195911A - アルミニウム合金鋳物の鋳造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ二ウム合金鋳物の鋳造において、管理が容易でありかつ高価な添加剤を使用することなく、金属組織が微細なアルミ二ウム合金鋳物を鋳造することが可能な方法を提供する。
【解決手段】溶融アルミニウム合金に交流電流５を流しながらこの溶融アルミニウム合金を鋳型の製品キャビティ３に充填し、または製品キャビティに充填された溶融アルミニウム合金に交流電流を流すことによって生じる電磁力が溶融アルミニウム合金に対流を発生させ、溶融アルミ二ウム合金の凝固初期の樹枝状晶が分断されるため、金属組織が微細化したアルミ二ウム合金鋳物を適確に鋳造することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属組織が微細化したアルミニウム合金鋳物を鋳造するのに好適な方法およびその装置に関する。

従来、アルミニウム合金（以下、「アルミ」という）鋳物の耐圧性や機械的性質を向上させるため、アルミの溶湯に金属化合物などを添加して鋳造し、凝固初期のデンドライド（樹枝状晶）を分断してアルミ鋳物の金属組織を微細化することが知られている。
例えば、特許文献1にはアルミ鋳物の製造方法として、アルミ溶湯から酸化物を除去する工程と、アルミ溶湯に接種を行う工程と、アルミ溶湯に水素を添加する工程の組み合わせからなる方法が開示されている。
しかし、このアルミ鋳物の製造方法では、アルミ溶湯を保持している間のアルミ溶湯の経時変化や、鋳型の材質の相異や、アルミ鋳物の形状の相異によりアルミ鋳物の微細化効果に差異が出るため、金属化合物の添加量を調整する必要があり、管理に手間がかかる。しかも、添加する金属化合物が高価であるため、アルミ鋳物の製造コストが嵩むという問題もあった。
特開平９−３１５６６号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アルミ鋳物の鋳造において、管理が容易でありかつ高価な添加剤を使用することなく、金属組織が微細なアルミ鋳物を鋳造することが可能な方法およびその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明におけるアルミ鋳物の鋳造方法は、金属組織が微細化したアルミニウム合金鋳物を鋳造する方法であって、溶融アルミニウム合金に交流電流を流しながらこの溶融アルミニウム合金を鋳型の製品キャビティに充填し、または製品キャビティに充填された溶融アルミニウム合金に交流電流を流すことを特徴とする。

以上の説明から明らかなように本発明は、金属組織が微細化したアルミニウム合金鋳物を鋳造する方法であって、溶融アルミニウム合金に交流電流を流しながらこの溶融アルミニウム合金を鋳型の製品キャビティに充填し、または製品キャビティに充填された溶融アルミニウム合金に交流電流を流すから、交流電流とこれにより生じる磁場によって電磁力が発生し、この電磁力が溶融アルミに対流を発生させて溶融アルミの凝固初期の樹枝状晶が分断されるため、金属組織が微細化したアルミ鋳物を適確に鋳造することが可能になるなどの優れた効果を奏する。

本発明において、溶融アルミに交流電流を流すと、交流電流とこれにより生じる磁場によって電磁力が発生し、この電磁力が溶融アルミに対流を発生させて溶融アルミの凝固初期の樹枝状晶が分断される。これ結果、溶融アルミの金属組織が微細化される。
なお、本発明においては、重力鋳造法の鋳型の湯道部分若しくは製品キャビティの外周部分、または低圧鋳造法のストークに、交流電源に電気的に接続された２個の電極を装着して、溶融アルミに交流電流を流すようにする。

なおまた、溶融アルミに流す前記交流電流の周波数が、５０〜２０００Ｈｚであることが望ましい。５０Ｈｚ未満では電磁力が弱く、また、２０００Ｈｚを超えると、電磁力の方向の変化が早すぎて溶融アルミの動きがそれに追従しない。
またなお、溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流に基づく電磁浸透厚みが、湯道の場合には電極間における湯道直径、または、製品キャビティの場合には電極間における製品キャビティ厚みの１／３〜３倍の範囲であることが望ましい。１／３倍未満では電磁力が弱く、また、３倍を超えると、電磁力の方向の変化が早すぎて溶融アルミの動きがそれに追従しない。
ただし、電磁浸透厚みδ＝√（２／ωμσ）＝√（1 ／πμσｆ）
ここで、μは透磁率［Ｈ／ｍ］、σは電気伝導度［Ｓ／ｍ］、ｆはサイクル数である。

またなお、本発明における溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流の電流値が、溶融アルミニウム合金の自然冷却が可能なものであることが望ましい。
またなお、本発明における溶融アルミに流す交流電流の電流値が、５〜８０Ａの範囲であることがより好ましい。５Ａ未満では電磁力が弱く、また、８０Ａを超えると、溶融アルミは発熱が大きくて再溶解し凝固しにくい。
またなお、本発明において使用する鋳型は、生砂鋳型や自硬性鋳型などの砂型でもよいし、電極構造を考えれば金型であってもよい。

発明の実施例１について図１に基づき詳細に説明する。図１に示す鋳造装置は、いわゆる重力鋳造法によって鋳型に溶融アルミを充填するものであって、この鋳造装置においては、下鋳型１に上鋳型２を重ね合わせて製品キャビティ３と湯道４を形成している。そして、湯道４には、交流電源５に電気的に接続された２個の電極６，７が、各先端部分を前記湯道４内に突出させて装着してある。
なお、図中符号８は掛堰、９は取鍋である。

このように構成したものは、溶融アルミを入れた取鍋９を傾けて、掛堰８から製品キャビティ３内に、湯道４を介して溶融アルミを注入し充填する。そして、この溶融アルミの注入の途中で、２個の電極６，７間に交流電圧を印加して、周波数が２ｋＨｚ、電流値が６０Ａの交流電流を湯道４内の溶融アルミに流す。こうして交流電流を湯道４内の溶融アルミに流すことにより、交流電流とこれにより生じる磁場によって電磁力が発生し、この電磁力が溶融アルミに対流を発生させて溶融アルミの凝固初期の樹枝状晶（デンドライト）が分断されて、デンドライト分断組織が生成される。これ結果、溶融アルミの金属組織が微細化されることになる。
溶融アルミの製品キャビティ３内への充填完了後、交流電圧の印加を止め、かつ、溶融アルミをそのまま放置して冷却し完全に凝固させる。その後、上鋳型２を下鋳型１から分離し、溶融アルミが凝固して成るアルミ鋳物を下鋳型１から取り出す。

上述のアルミ鋳物の金属組織を顕微鏡で拡大して写真に撮り、その写真を図２で示す。図２の写真によると、アルミ鋳物は、初晶のアルファ層が微細化されたきれいな金属組織を有していることが分かる。
なお、金属化合物などの微細化剤を添加せず、かつ従来の一般的な鋳造方法により鋳造して得られたアルミ鋳物の金属組織を、顕微鏡で拡大して写真に撮り、その写真を図３で示す。図３の写真から、微細化剤を添加せず、かつ従来の鋳造方法により得られたアルミ鋳物は、樹枝状晶の金属組織を有していることが分かる。

発明の実施例２について図４に基づき詳細に説明する。図４に示す鋳造装置は、いわゆる低圧鋳造法によって鋳型にアルミ溶湯を充填するものであって、この鋳造装置においては、密閉式の保持炉２１内に坩堝２２が設置してある。また、前記保持炉２１の上面には、製品キャビティ２３を画成した上・下金型２４，２５が蓋部材２６を介在させて載置してあり、前記製品キャビティ２３内は、前記蓋部材２６に垂設されたストーク２７を介して前記坩堝２２内に連通接続している。そして、前記下金型２５の下部と前記ストーク２７の中部の間には、交流電源２８に電気的に接続された２個の電極２９，３０が、各先端部分を前記製品キャビティ２３内および前記湯道４内にそれぞれ突出させて装着してある。

このように構成したものは、２個の電極２９，３０間に交流電圧を印加して、周波数が２ｋＨｚ、電流値が８０Ａの交流電流を、ストーク２７内の溶融アルミに流しながら、保持炉２１内を加圧して坩堝２２内のアルミ溶湯を、ストーク２７を介して上・下金型２４，２５の製品キャビティ２３に充填する。こうして交流電流をストーク２７内の溶融アルミに流すことにより、交流電流とこれにより生じる磁場によって電磁力が発生し、この電磁力が溶融アルミに対流を発生させて溶融アルミの凝固初期の樹枝状晶（デンドライト）が分断されて、デンドライト分断組織が生成される。これ結果、溶融アルミの金属組織が微細化されることになる。
溶融アルミの製品キャビティ２３内への充填完了後、交流電圧の印加を止め、かつ、溶融アルミをそのまま放置して冷却し完全に凝固させる。その後、上金型２４を下鋳型２５から分離し、溶融アルミが凝固して成るアルミ鋳物を下鋳型２５から取り出す。

このアルミ鋳物の金属組織を顕微鏡で拡大して撮った写真によると、実施例１と同様に、図２で示すように、アルミ鋳物は、初晶のアルファ層が微細化されたきれいな金属組織を有していることが分かる。

本発明の実施例１の鋳造装置を示す模式図である。 本発明の鋳造法によって鋳造したアルミ鋳物の金属組織を示す顕微鏡写真である。 微細化剤を添加せず、かつ従来の鋳造方法により得られたアルミ鋳物の金属組織を示す顕微鏡写真である。 本発明の実施例２の鋳造装置を示す模式図である。

Claims (6)

1. 金属組織が微細化したアルミニウム合金鋳物を鋳造する方法であって、
   溶融アルミニウム合金に交流電流を流しながらこの溶融アルミニウム合金を鋳型の製品キャビティに充填し、または製品キャビティに充填された溶融アルミニウム合金に交流電流を流すことを特徴とするアルミニウム合金鋳物の鋳造方法。
2. 溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流の周波数が、５０〜２０００Ｈｚであ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鋳物の鋳造方法。
3. 溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流に基づく電磁浸透厚みが、湯道の場合には電極間における湯道直径、または、製品キャビティの場合には電極間における製品キャビティ厚みの１／３〜３倍の範囲であ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鋳物の鋳造方法。
4. 溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流が、溶融アルミニウム合金の自然冷却が可能なものであ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鋳物の鋳造方法。
5. 溶融アルミニウム合金に流す前記交流電流の電流値が、５〜８０Ａの範囲であ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鋳物の鋳造方法。
6. 請求項１に記載のアルミニウム合金鋳物の鋳造方法を実施するための装置であって、
   重力鋳造法における鋳型の湯道部分若しくは製品キャビティの外周部分、または低圧鋳造法におけるストークに、交流電源に電気的に接続された２個の電極を装着し、
   これにより、湯道内を流れる溶融アルミニウム合金、製品キャビティ内の溶融アルミニウム合金、またはストーク内を流れる溶融アルミニウム合金に交流電流を流すことを特徴とするアルミニウム合金鋳物の鋳造装置。