JP2794536B2 - チクソキャスティング法 - Google Patents
チクソキャスティング法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属材料、特に示差熱分
析曲線において１つの山形吸熱部が現出する金属材料を
用いるチクソキャスティング法に関する。
析曲線において１つの山形吸熱部が現出する金属材料を
用いるチクソキャスティング法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、前記熱的特性を有する金属材料、
例えばＡｌ合金材料としては、ＡＡ規格２０００系合
金、５０００系合金、６０００系合金等が知られてい
る。
例えばＡｌ合金材料としては、ＡＡ規格２０００系合
金、５０００系合金、６０００系合金等が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】チクソキャスティング
法の実施に当っては、Ａｌ合金材料に加熱処理を施して
固相（略固体となっている相、以下同じ）と液相とが共
存する半溶融Ａｌ合金材料を調製し、次いでその半溶融
Ａｌ合金材料を加圧下で鋳型のキャビティに充填し、そ
の後前記加圧下で半溶融Ａｌ合金材料を凝固させる、と
いった方法が採用される。
法の実施に当っては、Ａｌ合金材料に加熱処理を施して
固相（略固体となっている相、以下同じ）と液相とが共
存する半溶融Ａｌ合金材料を調製し、次いでその半溶融
Ａｌ合金材料を加圧下で鋳型のキャビティに充填し、そ
の後前記加圧下で半溶融Ａｌ合金材料を凝固させる、と
いった方法が採用される。
【０００４】しかしながら前記チクソキャスティング法
の実施において、前記Ａｌ合金材料を用いた場合には、
固相相互間の液相を介しての接合がＡｌ合金鋳物全体に
亘って均一に行われず、その結果、Ａｌ合金鋳物の粒状
固相の境界にミクロンオーダの空孔部が発生し易い、と
いう問題があった。
の実施において、前記Ａｌ合金材料を用いた場合には、
固相相互間の液相を介しての接合がＡｌ合金鋳物全体に
亘って均一に行われず、その結果、Ａｌ合金鋳物の粒状
固相の境界にミクロンオーダの空孔部が発生し易い、と
いう問題があった。
【０００５】本発明者等は、前記問題を解決すべく研鑽
を積んだ結果、その問題は、半溶融Ａｌ合金材料におけ
る液相の潜熱が小さく、またその液相の存在時間が極め
て短いことに起因する、ということを究明した。
を積んだ結果、その問題は、半溶融Ａｌ合金材料におけ
る液相の潜熱が小さく、またその液相の存在時間が極め
て短いことに起因する、ということを究明した。
【０００６】本発明は前記研鑽結果を踏まえて開発され
たものであり、特定の熱的特性を有する金属材料を用い
ることによって欠陥の無い鋳物を得ることができる前記
チクソキャスティング法を提供することを目的とする。
たものであり、特定の熱的特性を有する金属材料を用い
ることによって欠陥の無い鋳物を得ることができる前記
チクソキャスティング法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属材料に加
熱処理を施して固相と液相とが共存する半溶融金属材料
を調製し、次いでその半溶融金属材料を加圧下で鋳型の
キャビティに充填し、その後前記加圧下で半溶融金属材
料を凝固させるチクソキャスティング法において、前記
金属材料として、示差熱分析曲線において１つの山形吸
熱部が現出し、且つその山形吸熱部の上昇開始点および
下降終了点間を結ぶ基線を、前記山形吸熱部の頂点およ
び加熱温度軸上のその頂点の温度目盛間を結ぶ温度直線
によって、上昇開始点側の線分と下降終了点側の線分と
に二分割したとき、前記山形吸熱部の上昇線分、前記温
度直線および前記上昇開始点側の線分によって囲まれる
部分の面積Ｓ1 と、前記山形吸熱部の下降線分、前記温
度直線および前記下降終了点側の線分によって囲まれる
部分の面積Ｓ2 との間に、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係が
成立するものを用いることを特徴とする。
熱処理を施して固相と液相とが共存する半溶融金属材料
を調製し、次いでその半溶融金属材料を加圧下で鋳型の
キャビティに充填し、その後前記加圧下で半溶融金属材
料を凝固させるチクソキャスティング法において、前記
金属材料として、示差熱分析曲線において１つの山形吸
熱部が現出し、且つその山形吸熱部の上昇開始点および
下降終了点間を結ぶ基線を、前記山形吸熱部の頂点およ
び加熱温度軸上のその頂点の温度目盛間を結ぶ温度直線
によって、上昇開始点側の線分と下降終了点側の線分と
に二分割したとき、前記山形吸熱部の上昇線分、前記温
度直線および前記上昇開始点側の線分によって囲まれる
部分の面積Ｓ1 と、前記山形吸熱部の下降線分、前記温
度直線および前記下降終了点側の線分によって囲まれる
部分の面積Ｓ2 との間に、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係が
成立するものを用いることを特徴とする。
【０００８】
【作用】前記金属材料に加熱処理を施すことによって、
固相周りに液相が存在する半溶融金属材料が調製され
る。この半溶融金属材料において、両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の
間に前記関係を成立させると、液相は大きな潜熱を持
ち、また前記関係から山形吸熱部の上昇線分の傾斜が緩
やかになる、つまり液相の存在時間が長くなる。その結
果、チクソキャスティング法の凝固過程では固相相互間
の液相を介しての接合が鋳物全体に亘り略均一に生起さ
れ、これによりミクロンオーダの空孔部等の欠陥の無い
鋳物を得ることができる。
固相周りに液相が存在する半溶融金属材料が調製され
る。この半溶融金属材料において、両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の
間に前記関係を成立させると、液相は大きな潜熱を持
ち、また前記関係から山形吸熱部の上昇線分の傾斜が緩
やかになる、つまり液相の存在時間が長くなる。その結
果、チクソキャスティング法の凝固過程では固相相互間
の液相を介しての接合が鋳物全体に亘り略均一に生起さ
れ、これによりミクロンオーダの空孔部等の欠陥の無い
鋳物を得ることができる。
【０００９】
【実施例】図１は、チクソキャスティング法によりＡｌ
合金鋳物を鋳造するために用いられる加圧鋳造装置１を
示す。その加圧鋳造装置１は、鉛直な合せ面２ａ，３ａ
を有する固定金型２および可動金型３を備え、両合せ面
２ａ，３ａ間に鋳物成形用キャビティ４が形成される。
固定金型２に金属材料としてのＡｌ合金材料５を設置す
るチャンバ６が形成され、そのチャンバ６はゲート７を
介してキャビティ４下部に連通する。また固定金型２
に、チャンバ６に連通するスリーブ８が水平に付設さ
れ、そのスリーブ８にチャンバ６に挿脱される加圧プラ
ンジャ９が摺動自在に嵌合される。スリーブ８は、その
周壁上部に材料用挿入口１０を有する。
合金鋳物を鋳造するために用いられる加圧鋳造装置１を
示す。その加圧鋳造装置１は、鉛直な合せ面２ａ，３ａ
を有する固定金型２および可動金型３を備え、両合せ面
２ａ，３ａ間に鋳物成形用キャビティ４が形成される。
固定金型２に金属材料としてのＡｌ合金材料５を設置す
るチャンバ６が形成され、そのチャンバ６はゲート７を
介してキャビティ４下部に連通する。また固定金型２
に、チャンバ６に連通するスリーブ８が水平に付設さ
れ、そのスリーブ８にチャンバ６に挿脱される加圧プラ
ンジャ９が摺動自在に嵌合される。スリーブ８は、その
周壁上部に材料用挿入口１０を有する。
【００１０】表１は、Ａｌ合金材料Ａ〜Ｃおよびａ，ｂ
の組成を示す。Ａｌ合金材料Ａ〜Ｃは、本発明の範囲内
に含まれるものであるから、以後、便宜的に実施例Ａ〜
Ｃと称し、一方、Ａｌ合金材料ａ，ｂは本発明の範囲内
に含まれないのであるから、以後、便宜的に比較例ａ，
ｂと称す。これら実施例Ａ等は、連続鋳造法の適用下で
鋳造された高品質な長尺連続鋳造材より切出されたもの
であって、その鋳造に当っては初晶α−Ａｌの球状化処
理が行われている。実施例Ａ等の寸法は直径７６mm、長
さ８５mmである。また比較例ａは６０６１合金である。
の組成を示す。Ａｌ合金材料Ａ〜Ｃは、本発明の範囲内
に含まれるものであるから、以後、便宜的に実施例Ａ〜
Ｃと称し、一方、Ａｌ合金材料ａ，ｂは本発明の範囲内
に含まれないのであるから、以後、便宜的に比較例ａ，
ｂと称す。これら実施例Ａ等は、連続鋳造法の適用下で
鋳造された高品質な長尺連続鋳造材より切出されたもの
であって、その鋳造に当っては初晶α−Ａｌの球状化処
理が行われている。実施例Ａ等の寸法は直径７６mm、長
さ８５mmである。また比較例ａは６０６１合金である。
【００１１】
【表１】 実施例Ａについて、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行っ
たところ、図２の結果を得た。図２の示差熱分析曲線ｄ
において、１つの山形吸熱部ｅが現出し、且つその山形
吸熱部ｅの上昇開始点ｆおよび下降終了点ｇ間を結ぶ基
線ｈを、山形吸熱部ｅの頂点ｉおよび加熱温度軸ｊ上の
その頂点ｉの温度目盛間を結ぶ温度直線ｋによって上昇
開始点側の線分ｍと下降終了点側の線分ｎとに二分割し
たとき、山形吸熱部ｅの上昇線分ｏ、温度直線ｋおよび
上昇開始点側の線分ｍによって囲まれる部分の面積Ｓ1
（面積測定はプラニメータによる。これは以下同じ）
と、山形吸熱部ｅの下降線分ｐ、温度直線ｋおよび下降
終了点側の線分ｎによって囲まれる部分の面積Ｓ2 との
比Ｓ1 ／Ｓ2 はＳ1 ／Ｓ2 ＝２．５であり、したがって
両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の間に、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係が
成立する。
たところ、図２の結果を得た。図２の示差熱分析曲線ｄ
において、１つの山形吸熱部ｅが現出し、且つその山形
吸熱部ｅの上昇開始点ｆおよび下降終了点ｇ間を結ぶ基
線ｈを、山形吸熱部ｅの頂点ｉおよび加熱温度軸ｊ上の
その頂点ｉの温度目盛間を結ぶ温度直線ｋによって上昇
開始点側の線分ｍと下降終了点側の線分ｎとに二分割し
たとき、山形吸熱部ｅの上昇線分ｏ、温度直線ｋおよび
上昇開始点側の線分ｍによって囲まれる部分の面積Ｓ1
（面積測定はプラニメータによる。これは以下同じ）
と、山形吸熱部ｅの下降線分ｐ、温度直線ｋおよび下降
終了点側の線分ｎによって囲まれる部分の面積Ｓ2 との
比Ｓ1 ／Ｓ2 はＳ1 ／Ｓ2 ＝２．５であり、したがって
両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の間に、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係が
成立する。
【００１２】このような関係が成立する理由は、α−Ａ
ｌに低融点合金成分であるＭｇが６重量％固溶するため
上昇開始点ｆの温度が下がり、また下降終了点ｇの温度
も低下傾向となるからである。
ｌに低融点合金成分であるＭｇが６重量％固溶するため
上昇開始点ｆの温度が下がり、また下降終了点ｇの温度
も低下傾向となるからである。
【００１３】図３は実施例Ｂの、また図４は比較例ａの
示差熱分析曲線ｄをそれぞれ示す。
示差熱分析曲線ｄをそれぞれ示す。
【００１４】表２は、実施例Ａ〜Ｃおよび比較例ａ，ｂ
に関する、α−Ａｌへの固溶元素または固溶金属間化合
物、固溶量、固溶限、両面積Ｓ1 ，Ｓ2 および比Ｓ1 ／
Ｓ2を示す。
に関する、α−Ａｌへの固溶元素または固溶金属間化合
物、固溶量、固溶限、両面積Ｓ1 ，Ｓ2 および比Ｓ1 ／
Ｓ2を示す。
【００１５】
【表２】 表２、図３から明らかなように、実施例Ｂにおいてはα
−Ａｌに低融点金属間化合物であるＭｇＺｎ2 が固溶し
ていることから両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の間に、Ｓ1／Ｓ2 ≧
２．５の関係が成立し、また実施例Ｃにおいても同様で
ある。
−Ａｌに低融点金属間化合物であるＭｇＺｎ2 が固溶し
ていることから両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の間に、Ｓ1／Ｓ2 ≧
２．５の関係が成立し、また実施例Ｃにおいても同様で
ある。
【００１６】一方、表２、図４から明らかなように、比
較例ａにおいてはα−Ａｌに金属間化合物Ｍｇ2 Ｓｉが
少量しか固溶していないので上昇開始点ｆの温度が高
く、そのため両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の比Ｓ1 ／Ｓ2 はＳ1 ／
Ｓ2 ＝２．１７であってＳ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係は成
立していない。これは比較例ｂにおいても同様である。
較例ａにおいてはα−Ａｌに金属間化合物Ｍｇ2 Ｓｉが
少量しか固溶していないので上昇開始点ｆの温度が高
く、そのため両面積Ｓ1 ，Ｓ2 の比Ｓ1 ／Ｓ2 はＳ1 ／
Ｓ2 ＝２．１７であってＳ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係は成
立していない。これは比較例ｂにおいても同様である。
【００１７】次に、実施例Ａを誘導加熱装置の加熱コイ
ル内に設置し、次いで周波数 １ｋＨｚ、最大出力 ３
７ｋＷの条件で加熱して、固相と液相とが共存する半溶
融状態の実施例Ａを調製した。この場合、固相率は５０
％以上、６０％以下に設定される。
ル内に設置し、次いで周波数 １ｋＨｚ、最大出力 ３
７ｋＷの条件で加熱して、固相と液相とが共存する半溶
融状態の実施例Ａを調製した。この場合、固相率は５０
％以上、６０％以下に設定される。
【００１８】その後、図１に示すように、半溶融状態の
実施例Ａ（符号５）をチャンバ６に設置し、加圧プラン
ジャ９の移動速度 ０．０７ｍ／sec 、金型温度 ３５
０℃の条件で実施例Ａを加圧しつつゲート７を通過させ
てキャビティ４内に充填した。そして、加圧プランジャ
９をストローク終端に保持することによってキャビティ
４内に充填された実施例Ａに加圧力を付与し、その加圧
下で実施例Ａを凝固させてＡｌ合金鋳物を得た。
実施例Ａ（符号５）をチャンバ６に設置し、加圧プラン
ジャ９の移動速度 ０．０７ｍ／sec 、金型温度 ３５
０℃の条件で実施例Ａを加圧しつつゲート７を通過させ
てキャビティ４内に充填した。そして、加圧プランジャ
９をストローク終端に保持することによってキャビティ
４内に充填された実施例Ａに加圧力を付与し、その加圧
下で実施例Ａを凝固させてＡｌ合金鋳物を得た。
【００１９】また実施例Ｂ，Ｃおよび比較例ａ，ｂを用
い、前記同様の鋳造作業を行ってＡｌ合金鋳物を得た。
い、前記同様の鋳造作業を行ってＡｌ合金鋳物を得た。
【００２０】各Ａｌ合金鋳物よりテストピースを作製
し、次いで各テストピースに熱処理を施し、その後各テ
ストピースを用いて引張り試験を行ったところ、表３の
結果を得た。
し、次いで各テストピースに熱処理を施し、その後各テ
ストピースを用いて引張り試験を行ったところ、表３の
結果を得た。
【００２１】表３において、Ｑ値は、Ｑ＝σB ＋１５０
×ｌｏｇδ（ただし、σB は引張強さを、またδは伸び
をそれぞれ示す）で表わされ、強度および延性を総合的
に判定してＡｌ合金鋳物の品質を決定するものである。
なお、テストピースＡ〜Ｃおよびａ，ｂはＡｌ合金材料
の実施例Ａ〜Ｃおよび比較例ａ，ｂにそれぞれ対応す
る。
×ｌｏｇδ（ただし、σB は引張強さを、またδは伸び
をそれぞれ示す）で表わされ、強度および延性を総合的
に判定してＡｌ合金鋳物の品質を決定するものである。
なお、テストピースＡ〜Ｃおよびａ，ｂはＡｌ合金材料
の実施例Ａ〜Ｃおよび比較例ａ，ｂにそれぞれ対応す
る。
【００２２】
【表３】 図５は、表２，３に基づいて、テストピースＡ〜Ｃおよ
びテストピースａ，ｂに関し、比Ｓ1 ／Ｓ2 とＱ値との
関係をグラフ化したものである。図中、点Ａ〜Ｃおよび
ａ，ｂはテストピースＡ〜Ｃおよびテストピースａ，ｂ
にそれぞれ対応する。
びテストピースａ，ｂに関し、比Ｓ1 ／Ｓ2 とＱ値との
関係をグラフ化したものである。図中、点Ａ〜Ｃおよび
ａ，ｂはテストピースＡ〜Ｃおよびテストピースａ，ｂ
にそれぞれ対応する。
【００２３】表３，図５から明らかなように、テストピ
ースＡ〜Ｃは同ａ，ｂに比べ高強度、且つ高延性であっ
て高品質である。
ースＡ〜Ｃは同ａ，ｂに比べ高強度、且つ高延性であっ
て高品質である。
【００２４】これは、次のような理由による。即ち、半
溶融状態の実施例Ａ〜Ｃにおいて、前記面積Ｓ1 はα−
Ａｌと、それに固溶した低融点成分であるＭｇ、または
ＭｇおよびＺｎの潜熱に、また同Ｓ2 はそれよりも高融
点の成分の潜熱にそれぞれ対応し、したがって両面積Ｓ
1 ，Ｓ2 の間に前記関係が成立していることから液相は
大きな潜熱を持ち、また前記関係から山形吸熱部ｅの上
昇線分ｏの傾斜が緩やかになる、つまり液相の存在時間
が長くなる。その結果、チクソキャスティング法の凝固
過程では固相相互間の液相を介しての接合がＡｌ合金鋳
物全体に亘りほぼ均一に生起され、これによりミクロン
オーダの空孔部等の欠陥の無いＡｌ合金鋳物を得ること
ができるからである。
溶融状態の実施例Ａ〜Ｃにおいて、前記面積Ｓ1 はα−
Ａｌと、それに固溶した低融点成分であるＭｇ、または
ＭｇおよびＺｎの潜熱に、また同Ｓ2 はそれよりも高融
点の成分の潜熱にそれぞれ対応し、したがって両面積Ｓ
1 ，Ｓ2 の間に前記関係が成立していることから液相は
大きな潜熱を持ち、また前記関係から山形吸熱部ｅの上
昇線分ｏの傾斜が緩やかになる、つまり液相の存在時間
が長くなる。その結果、チクソキャスティング法の凝固
過程では固相相互間の液相を介しての接合がＡｌ合金鋳
物全体に亘りほぼ均一に生起され、これによりミクロン
オーダの空孔部等の欠陥の無いＡｌ合金鋳物を得ること
ができるからである。
【００２５】テストピースａ，ｂが低強度、且つ低延性
である理由は、図４から明らかなように、液相の潜熱が
小さく、またその液相の存在時間が極めて短いので、Ａ
ｌ合金鋳物においてミクロンオーダの空孔部が発生して
いるからである。
である理由は、図４から明らかなように、液相の潜熱が
小さく、またその液相の存在時間が極めて短いので、Ａ
ｌ合金鋳物においてミクロンオーダの空孔部が発生して
いるからである。
【００２６】なお、本発明はＡｌ合金材料に限定されな
い。
い。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、前記のような熱的特性
を具備する金属材料を用いることにより、欠陥の無い健
全な鋳物を得ることが可能なチクソキャスティング法を
提供することができる。
を具備する金属材料を用いることにより、欠陥の無い健
全な鋳物を得ることが可能なチクソキャスティング法を
提供することができる。
【図１】加圧鋳造装置の縦断面図である。
【図２】一実施例の示差熱分析曲線である。
【図３】他の実施例の示差熱分析曲線である。
【図４】比較例の示差熱分析曲線である。
【図５】比Ｓ1 ／Ｓ2 とＱ値との関係を示すグラフであ
る。
る。
ｄ 示差熱分析曲線 ｅ 山形吸熱部 ｆ 上昇開始点 ｇ 下降開始点 ｈ 基線 ｉ 頂点 ｊ 加熱温度軸 ｋ 温度直線 ｍ 上昇開始点側の線分 ｎ 下降開始点側の線分 ｏ 上昇線分 ｐ 下降線分２，３ 固定、可動金型（鋳型） ４ キャビティ ５ Ａｌ合金材料（金属材料）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 21/06 Ｃ２２Ｃ 21/06 21/10 21/10
Claims (2)
- 【請求項１】 金属材料（５）に加熱処理を施して固相
と液相とが共存する半溶融金属材料（５）を調製し、次
いでその半溶融金属材料（５）を加圧下で鋳型（２，
３）のキャビティ（４）に充填し、その後前記加圧下で
半溶融金属材料（５）を凝固させるチクソキャスティン
グ法において、前記金属材料として、示差熱分析曲線
（ｄ）において１つの山形吸熱部（ｅ）が現出し、且つ
その山形吸熱部（ｅ）の上昇開始点（ｆ）および下降終
了点（ｇ）間を結ぶ基線（ｈ）を、前記山形吸熱部
（ｅ）の頂点（ｉ）および加熱温度軸（ｊ）上のその頂
点（ｉ）の温度目盛間を結ぶ温度直線（ｋ）によって、
上昇開始点側の線分（ｍ）と下降終了点側の線分（ｎ）
とに二分割したとき、前記山形吸熱部（ｅ）の上昇線分
（ｏ）、前記温度直線（ｋ）および前記上昇開始点側の
線分（ｍ）によって囲まれる部分の面積Ｓ1 と、前記山
形吸熱部（ｅ）の下降線分（ｐ）、前記温度直線（ｋ）
および前記下降終了点側の線分（ｎ）によって囲まれる
部分の面積Ｓ2 との間に、Ｓ1 ／Ｓ2 ≧２．５の関係が
成立するものを用いることを特徴とするチクソキャステ
ィング法。 - 【請求項２】 前記金属材料はＡｌ合金であって、Ａｌ
よりも低融点で、且つ含有量ＡがＡ≧６重量％である合
金成分と、残部Ａｌとよりなる、請求項１記載のチクソ
キャスティング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253125A JP2794536B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | チクソキャスティング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253125A JP2794536B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | チクソキャスティング法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08120383A JPH08120383A (ja) | 1996-05-14 |
| JP2794536B2 true JP2794536B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17246853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6253125A Expired - Fee Related JP2794536B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | チクソキャスティング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794536B2 (ja) |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP6253125A patent/JP2794536B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08120383A (ja) | 1996-05-14 |
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