JP2015074008A

JP2015074008A - アルミニウム合金の注湯方法

Info

Publication number: JP2015074008A
Application number: JP2013210970A
Authority: JP
Inventors: 雄一古川; Yuichi Furukawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】溶湯に超音波振動を伝えつつ、連続的に注湯することのできる注湯方法の提供。【解決手段】注湯工程（Ｓ１）と、第１超音波加振工程（Ｓ２）と、第２超音波加振工程（Ｓ３）とを含む注湯方法である。注湯工程（Ｓ１）では、超音波ホーン（１）を溶湯（Ｍ１）の流れる方向（Ｄ１）に沿うように注湯口（３）近傍に設置し、溶湯（Ｍ１）を液相線温度よりも５〜１５℃高い温度で注湯する。第１超音波加振工程（Ｓ２）では、超音波振動を超音波ホーン（１）から溶湯（Ｍ１）の一部に与える。第２超音波加振工程（Ｓ３）では、注湯工程（Ｓ１）の後に、超音波ホーン（１）から超音波振動の発生を停止させて、超音波ホーン（１）を注湯口（３）から離脱させて、超音波振動を超音波ホーン（１）から発生させる。【選択図】図１

Description

本発明はアルミニウム合金の注湯方法に関する。

アルミニウム合金からなる溶湯に超音波振動を与えながら、注湯を行う注湯方法がある。

例えば、特許文献１では、超音波振動をラドル内の溶湯にホーンから伝達しつつ、注湯を行う注湯方法が開示されている。

特開２０１１−２００８８３号公報

ところで、溶湯に超音波振動を加えつつ、連続的に注湯を行うことが求められている。特許文献１で開示される注湯方法では、溶湯が超音波振動ホーンに付着して凝固してしまい、厚みのある凝固体が形成することがあった。このような凝固体は連続的に注湯を行うことを困難にさせる。つまり、特許文献１で開示される注湯方法では、連続的に注湯することが難しかった。

そこで、本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、溶湯に超音波振動を伝えつつ、連続的に注湯することのできる注湯方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる注湯方法は、
アルミニウム合金からなる溶湯を型の注湯口に注ぐ注湯方法であって、
超音波ホーンを前記溶湯の流れる方向に沿うように前記注湯口近傍に設置し、前記溶湯を液相線温度よりも５〜１５℃高い温度で注湯する注湯工程と、
超音波振動を前記超音波ホーンから前記溶湯の一部に伝達して、
キャビテーションを前記溶湯の一部に発生させ、又は、前記溶湯の一部を霧状化させて、
さらに、前記溶湯の一部を前記溶湯の残りと混ぜて再溶融させる第１超音波加振工程と、
前記注湯工程の後に、前記超音波ホーンから超音波振動の伝達を停止させて、
前記超音波ホーンを前記注湯口から離脱させて、
超音波振動を前記超音波ホーンから伝える第２超音波加振工程と、を含む。

このような構成によれば、溶湯に超音波振動を伝えつつ、溶湯を連続的に注湯することができる。

本発明によれば、溶湯に超音波振動を伝えつつ、連続的に注湯することのできるアルミニウム合金の注湯方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる注湯方法の模式図である。実施の形態１にかかる注湯方法の模式図である。実施の形態１にかかる注湯方法の模式図である。実施の形態１にかかる注湯方法の模式図である。状態図である。

実施の形態１．
図１〜５を参照して実施の形態１にかかる製造方法について説明する。図１〜４は、実施の形態１にかかる注湯方法の模式図を示す。図５は、状態図を示す。

図１に示すように、溶湯Ｍ１を鋳型２に注湯しつつ、ホーン１から超音波振動を伝える（注湯加振工程Ｓ１）。詳細には、まず、ホーン１を鋳型２の注湯口３近傍に設置する。さらに詳細には、ホーン１は、例えば、ラドル４から注湯口３までの経路内に配置する。また、ホーン１の向きは、溶湯の流れる方向Ｄ１に沿うように固定される。ホーン１は、例えば、窒化ケイ素からなる略円柱状体である。ホーン１は、図示しない超音波振動子により超音波振動を与えられて、超音波振動を伝える。

溶湯Ｍ１は、液相線温度よりも５〜１５度高い温度まで加熱されて、注湯される。なお、溶湯Ｍ１の注湯温度は、液相線温度よりも８〜１２度高い温度であると好ましい。溶湯Ｍ１は、アルミニウム合金からなる。このようなアルミニウム合金としては、例えば、亜共晶合金、共晶合金、過共晶合金が挙げられる。亜共晶合金としては、例えば、ＪＩＳ規格に定めるＡＣ４Ｗ、ＡＣ４Ｅ、ＡＣ２Ｃ、ＡＣ８Ｒが挙げられる。また、共晶合金としては、例えば、ＪＩＳ規格に定めるＡＤＣ１２が挙げられる。また、過共晶合金としては、例えば、Ａｌ−１７Ｓｉ−２Ｃｕ、すなわち、質量％で、Ｓｉを１６．５〜１７．４％、Ｃｕを１．５〜２．４％含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる合金などが挙げられる。

溶湯Ｍ１は、ラドル４から注湯口３に向かって落下する。落下の途中で、溶湯Ｍ１はホーン１と接触する。ホーン１は超音波振動している。ホーン１に接触した溶湯Ｍ１の一部は、超音波振動を受けて、霧状体Ａ１となる。霧状体Ａ１がホーン１から溶湯Ｍ１に向かって放出され、再び溶融する。これにより、溶湯Ｍ１の流れが促進される。また、ガスＧ１が、溶湯Ｍ１から放出される。なお、霧状体とは、溶湯が多数の小さな粒子となって、空気中に浮かんだ状態を意味する。この霧状体に含まれる粒子の直径の範囲は、例えば、０．５ｍｍ以下である。また、ホーン１による超音波振動の強さは、溶湯Ｍ１にキャビテーションを発生させる、又は、溶湯Ｍ１を霧状化させる程度の大きさを有する。

ここで、図５は、詳細には、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなる溶湯に超音波振動を与えることで圧力２．８ＧＰａをかけた場合と、溶湯に大気圧と同等の圧力、例えば０．１ＭＰａをかけた場合と、における状態図を示す。図５に示すように、溶湯に超音波振動を与えると、溶湯に圧力が加わり、液相線温度、固相線温度、共晶点などが変化する。ここで、溶湯Ｍ１の材料として、図５に示す組成を有する亜共晶合金ＨＥ１、すなわち、Ａｌ−７％Ｓｉ合金を用いる。すると、液相線温度、固相線温度等が変化するものの、凝固過程が、大気圧と同等の圧力をかけた場合の亜共晶合金と同じであるため、特異組織が出にくくて好ましい。一方、溶湯Ｍ１の材料として、共晶合金を用いると、凝固過程が大気圧と同等の圧力、例えば０．１ＭＰａをかけた場合の亜共晶合金と同様の過程に変化する。また、溶湯Ｍ１の材料として、過共晶合金を用いると、大気圧と同等の圧力をかけた場合の共晶合金と同様の過程に変化する。

続いて、図２に示すように、注湯が完了した後、超音波加振を停止して、注湯口３から上方に引き上げる（加振停止引上工程Ｓ２）。すると、溶湯Ｍ１の一部、すなわち残存溶湯Ｍ２がホーン１の先端に付着する。必要に応じて、本工程の前にラドル４を移動させておいてもよい。

続いて、図３に示すように、再びホーン１から超音波振動を発する（加振霧状化工程Ｓ３）。すると、残存溶湯Ｍ２の一部が霧状化し、霧状体Ａ２がホーン１から放出される。図４に示すように、ホーン１の先端に残存する溶湯Ｍ３は凝固して、薄膜Ｆ１が形成する。加振霧状化工程Ｓ３においてホーン１が伝達する超音波振動は、注湯加振工程Ｓ１においてホーン１が伝達する超音波振動よりも強いと好ましい。加振霧状化工程Ｓ３においてホーン１が伝達する超音波振動は、注湯加振工程Ｓ１においてホーン１が伝達する超音波振動よりも強いと、残存溶湯Ｍ２がより確実に霧状化するからである。

以上の工程を経ると、薄膜Ｆ１を先端に有するホーン１が得られる。これにより、ホーン１の先端には、薄膜Ｆ１が付着しているだけなので、再び、溶湯を注湯させることができる。また、上記した工程を繰り返すことで、超音波振動を与えられた溶湯を連続的に注湯することができる。

また、実施の形態１にかかる注湯方法によれば、ホーンが注湯口近傍に設置されており、さらにホーンの長手方向が、溶湯の流れる方向に沿う。これらにより、溶湯の流れを妨げることが無い、又は、ホーンからの超音波振動を与えることで、溶湯の流れを促進させ得る。また、ダイカスト鋳造法や重力鋳造法において、溶湯との接触による損傷がホーンに発生しにくくさせる。

また、実施の形態１にかかる注湯方法によれば、溶湯中に残存するガスを溶湯の外部へ放出させて、溶湯の品質を高める。また、結晶核を生成し、鋳造品の結晶組織を微細化させる。

また、実施の形態１にかかる注湯方法によれば、注湯温度は、液相線温度よりも５〜１５度高い温度である。これにより、非平衡晶出した共晶が再び溶融することを抑制する。なお、注湯温度が液相線温度よりも５０度高い温度であっても、初晶Ｓｉは再び溶融しない。

また、実施の形態１にかかる注湯方法によれば、加振停止引上工程Ｓ２では注湯が完了した後、超音波加振を停止して、注湯口３から上方に引き上げる。これにより、溶湯をホーンの先端から離れさせて、溶湯がホーンに大量に付着することを抑制することができる。

また、実施の形態１にかかる注湯方法によれば、加振霧状化工程Ｓ３では、再びホーン１から超音波を発する。これにより、ホーンの先端に残存する溶湯を霧状に変化させる。また、ホーンの先端に未だ残存する溶湯を薄膜に変化させる。

なお、実施の形態１にかかる注湯方法では、窒化ケイ素からなるホーンを用いたが、温調設備を有するホーンを用いてもよい。温調設備を有するホーンを用いると、ホーンの温度変化の幅を抑えて、ホーンへの損傷の発生を抑制し得る。

また、実施の形態１にかかる注湯方法では、加振停止引上工程Ｓ２を含むが、超音波振動の伝達を停止したままで、ホーン１を鋳型２から離れるように移動させる工程を加振停止引上工程Ｓ２の代わりに含めてもよい。

また、実施の形態１にかかる注湯方法では、ラドルを用いて注湯したが、ホッパーなどの他の注湯手段を用いてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ダイカスト鋳造方法において、ラドルからスリーブへ給湯する場合にも応用することができる。

１ホーン、３注湯口、
Ａ１、Ａ２霧状体、Ｄ１方向、Ｆ１薄膜、Ｇ１ガス、
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３溶湯、ＨＥ１亜共晶合金、
Ｓ１注湯加振工程、Ｓ２加振停止引上工程、Ｓ３加振霧状化工程。

Claims

アルミニウム合金からなる溶湯を型の注湯口に注ぐ注湯方法であって、
超音波ホーンを前記溶湯の流れる方向に沿うように前記注湯口近傍に設置し、前記溶湯を液相線温度よりも５〜１５℃高い温度で注湯する注湯工程と、
超音波振動を前記超音波ホーンから前記溶湯の一部に伝達して、
キャビテーションを前記溶湯の一部に発生させ、又は、前記溶湯の一部を霧状化させて、
さらに、前記溶湯の一部を前記溶湯の残りと混ぜて再溶融させる第１超音波加振工程と、
前記注湯工程の後に、前記超音波ホーンから超音波振動の伝達を停止させて、
前記超音波ホーンを前記注湯口から離脱させて、
超音波振動を前記超音波ホーンから伝える第２超音波加振工程と、を含むアルミニウム合金の注湯方法。