JP2936295B2 - 低圧鋳造装置の給湯路部材用耐食合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低圧鋳造装置における
溶湯保持炉から金型のキヤビテイ内に溶融金属（溶湯）
を注入するための給湯路の構成材料として有用な耐食合
金に関する。

【０００２】

【従来の技術】低圧鋳造は、シリンダヘツド、シリンダ
ブロツク、クラツチハウジング、ホイール、扇車等のア
ルミニウムおよびアルミニウム合金部材の製造法として
重要な地位を占めている。低圧鋳造装置は、図３に示す
ように、溶湯保持炉１、保持炉１内の溶湯収容るつぼ
２、炉の上方に配置された金型４、炉内の金属溶湯Ｍを
金型４のキヤビテイ４１に注入するための給湯路３等を
以て構成され、金属溶湯Ｍは炉内に圧入される不活性ガ
スの加圧力により給湯路３を介して金型４内に鋳込まれ
る。その保持炉１と金型４との間の湯口部材のまわりに
は、そこを通過する鋳造金属の溶湯温度を維持するため
にガスバーナまたは電気ヒータ等の加熱装置５が配置さ
れている。

【０００３】給湯路３は、炉内の金属溶湯浴に下端部を
浸漬したストーク３１、金型４に着脱可能に組付けられ
る湯口金物３３（その天面には堰３４が形成されてい
る）、およびその両部材を接続する中間ストーク３２等
からなり、湯口金物３３はその天面部として堰３４が形
成されている。従来より、ストーク３１には、ねずみ鋳
鉄や特殊鋳鉄などからなる鋳造品が使用され、中間スト
ーク３２、堰３４を有する湯口金物３３等としては、Ｓ
ＫＤ−６１に代表される熱間金型用合金工具鋼や、特殊
鋳鉄等からなる鋳造品が使用されてきた。なお、図示の
給湯路３の形態は一例であつて、例えば中間ストーク３
２と湯口金物３３とが一体化されたもの、ストーク３１
と中間ストーク３２とが一体成形されたもの、あるいは
湯口金物３３の天面の堰３４を湯口金物３３とは別体と
して形成したもの等、その形状・構造は多岐に亘る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】低圧鋳造装置の給湯路
構成部材について実使用上最も問題となるのは、アルミ
溶湯の接触による腐食（溶損）を生じ易いため、そのメ
ンテナンスの負担が大きく、しかも部材の溶損はアルミ
溶湯の汚染・鋳造品質への悪影響をきたすということで
ある。その対策として、部材の表面にセラミツクス等の
無機材質のコーテイングを施すことが行なわれ、また従
来の金属製部材に代えセラミツクス焼結品を適用するこ
ころみもなされている。

【０００５】しかしながら、無機材質のコーテイング
は、金属製部材との熱膨張差による亀裂・剥離を生じ易
く、保護膜としての信頼性に乏しいものであり、その効
果は少ない。他方、セラミツクスは高度の耐食性を有す
るものゝ、脆性材料であり、機械的衝撃による割れを生
じ易いため、その適用には大きな制約がある。これまで
のところ、機械衝撃の少ないストーク３１については、
緻密質窒化けい素等のエンジニアリングセラミツクスが
実用化されているが、これと異なつて、中間ストーク３
２や湯口金物３３等のように金型４へのセツテイングお
よび取替えの際に強い衝撃が加わる部材では、セラミツ
クスの適用は困難である。

【０００６】このため、中間ストーク３２や湯口金物３
３等の湯口部材については、これまでと同様ＳＫＤ６１
等の合金工具鋼または特殊鋳鉄等の使用を余儀なくされ
ている。この材料は熱伝導率が高く、放熱し易いため、
鋳込温度の管理上前記のように、ガスバーナや電気ヒー
タ等による外部加熱を必要とし、この加熱が部材の腐食
溶損を更に助長し、耐用寿命に悪影響を与えている状況
であり、その耐食性・耐久性の改善を可能とする新たな
材料の開発が強く要望されている。

【０００７】本発明は、上記に鑑み、溶融アルミに対す
る高度の腐食抵抗性を有すると共に、機械衝撃に耐え得
る強度、靱性を備え、また外部加熱の削減ないし省略を
可能とする低熱伝導性を有する給湯路構成材料を提供す
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の低圧
鋳造装置の給湯路部材用耐食合金は、Ｍｏ５〜５０％，
残部Ｔｉおよび不純分からなる化学組成を有している。

【０００９】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明の耐食合金はＭｏ含有Ｔｉ基合金である。純Ｔｉ
は、溶融アルミに対し、鋳鉄系や合金工具鋼系等の従来
の給湯路材料に勝る腐食抵抗性を示すが、両者の差異は
それ程大きくはない。本発明の耐食合金を、ＴｉとＭｏ
の合金としたのは、Ｍｏの添加により、腐食抵抗性を大
きく高めることができるとの知見に基づくものである。
その腐食抵抗性はＭｏ含有量を多くする程、顕著となる
が、Ｍｏの増量は反面において合金の靱性の低下を付随
する。そこで、本発明は、腐食抵抗性の改善効果を十分
に発現させるためにＭｏ含有量の下限を５％とし、他方
機械衝撃が加わる湯口金物や中間ストーク等の湯口部材
に要求される靱性を確保するために、５０％を上限とし
ている。

【００１０】図１は、Ｔｉ−Ｍｏ合金の耐溶融アルミ腐
食抵抗性に及ぼすＭｏ含有量の影響を示している。縦軸
の腐食溶損比は、溶融アルミ（温度：７５０℃）との接
触により生じる腐食溶損を、従来材である合金工具鋼
（ＳＫＤ６１相当材）の腐食溶損を１とする比率で表し
ている。Ｍｏ添加による腐食抵抗性の改善効果は顕著で
あり、Ｍｏ量を５％以上とすることにより、腐食溶損を
従来材の１／２以下に低減でき、その腐食抵抗性は、Ｍ
ｏ量の増加に伴つてより強化されることがわかる。ま
た、図２におけるグラフ（ａ）は、Ｔｉ−Ｍｏ合金のＭ
ｏ含有量による伸び（％）の変化、グラフ（ｂ）は引張
強さ（ｋｇｆ／ｍｍ² ）の変化をそれぞれ示している。
図示のように、Ｍｏの増量に伴つて伸びおよび引張強さ
の低下をみるが、Ｍｏ量の上限を５０％と規定すること
により、０．５％以上の伸びが保持され、引張強さも十
分なレベルにあり、これにより給湯路構成部材として、
ストーク３１はむろん、機械衝撃が加わる湯口金物３３
や中間ストーク３２等の湯口部材としての実用に耐える
靱性が確保される。

【００１１】本発明の耐食合金は、従来の鋳鉄系または
合金工具鋼系の給湯路材料に比べて低い熱伝導率κを有
している。その熱伝導率κは、Ｍｏ含有量により若干異
なるが、概ね０．０２〜０．０４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃と、従来の材料、例えばＳＫＤ６１合金工具鋼
（κ：約０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）や特殊鋳
鉄（κ：約０．１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）に比し著
しく低い。この低熱伝導性の耐食合金を湯口部材に適用
することにより、そこを通過する溶融アルミの降温が抑
制され、溶湯温度維持のための外部加熱を必要としてい
る従来の給湯路と異なつて、その外部加熱を削減しない
しは省略することが可能となる。

【００１２】湯口部材に対する上記外部加熱の削減ない
し不要化は、むろん熱エネルギの節減を意味するのみに
とどまらない。鋳造時の給湯路の外部加熱は前述のよう
に、溶融アルミによる部材の腐食溶損の促進因子として
作用するものであり、この外部加熱の削減ないし省略が
可能であることは、本発明の耐食合金を適用した給湯路
部材の実使用における腐食抵抗・耐用寿命の改善効果
が、前記図１に示した腐食溶損試験における従来材との
差異よりも拡大し、より顕著なものとなることを意味し
ている。

【００１３】また、本発明のＴｉ基合金は、その熱膨張
係数αが、約７×１０^-6〜８×１０ ^-6／℃と、従来の給
湯路材料である鋳鉄系材料（例えば特殊鋳鉄のα：１１
×１０^-6〜１２×１０^-6／℃）や合金工具鋼系材料（例
えば、ＳＫＤ６１のα：１０×１０^-6〜１１×１０^-6／
℃）に比べて小さい。このことは、その給湯路部材の表
面に、例えば溶融アルミの付着防止等を目的としてセラ
ミツクス等のコーテイング皮膜を被覆形成して使用する
場合において、両者の熱膨張量の差によるコーテイング
皮膜の亀裂・剥離を生じにくく、保護膜として安定に機
能させることを可能とする。

【００１４】本発明の耐食合金からなる給湯路構成部材
は、高周波溶解等により所定の化学組成に溶製された合
金溶湯を砂型または金型等による鋳造に付して得られる
鋳造体として、または所定組成の合金粉末を焼結原料と
し、熱間静水等方加圧焼結法等を適用して焼成品として
製造することができる。

【００１５】本発明の耐食合金を用いて形成される給湯
路構成部材の形状・構造は従来のそれと同様に、例えば
図３に示したように、ストーク３１、中間ストーク３
２、堰３４を有する湯口金物３３等を、それぞれ個別の
部材として製作したもの、あるいは、所望より中間スト
ーク３２と湯口金物３２とが一体化されたものや、スト
ーク３１と中間ストーク３２とが一体化されたもの等、
その形態の設計は自由である。

【００１６】本発明の耐食合金をストーク３１、中間ス
トーク３２、湯口金物３３等の各部材に適用する場合に
おいては、例えばストーク３１は、中間ストーク３２や
湯口金物３３等に比べて溶融アルミとの接触時間が長
く、より高度の腐食抵抗性が要求される反面、機械衝撃
の作用は少なく、他方中間ストーク３２や湯口金物３３
等は溶融アルミとの接触時間が短い反面、機械衝撃に対
する抵抗性をより多く必要とするので、前者に対しては
Ｍｏ含有量を高目に設定し、後者に対してはそれをやゝ
低目に設定した合金組成として給湯路全体のバランスを
図るのも一法である。

【００１７】本発明の耐食合金を用いて形成される給湯
路構成部材は、必ずしもその全肉厚を本発明の合金とす
る必要はなく、溶融アルミと接触する表面層のみを本発
明の耐食合金で形成し、残余の肉厚部分には適当な他種
材料を適用して積層構造とすることもむろん可能であ
る。

【００１８】また、給湯路の構成は、本発明の耐食合金
で形成された部材と、他種材料で形成された部材との組
合せとすることも自由である。代表的には、ストーク３
１をセラミツクス（例えば緻密質窒化けい素セラミツク
ス）の焼成品とし、これと組合わされる中間ストーク３
２や湯口金物３３等に本発明のＴｉ基合金を適用するこ
とが挙げられる。このようにセラミツクス焼成品と組合
わせた給湯路を構成する場合において、本発明の耐食合
金が前述したように低熱膨張率を有していることは有利
であり、合金工具鋼等の従来の給湯路材料をセラミツク
ス焼成品と組合せる場合に比べて、両者の熱膨張量の差
が小さく、従つてそれらの組立・セツテイング上の困難
が緩和され、実使用時における弛み・ガタツキを生じに
くく、組付けの安定性が高められるという利点が得られ
る。

【００１９】

【実施例】実施例１ チタンおよびモリブデン粉末（粒度：３２５メツシユア
ンダー）を乾式混合後、鋼製カプセルに充填して脱気密
封し、これを熱間静水等方加圧焼結処理（温度：１１０
０〜１２００℃，加圧力：１１００ｋｇｆ／ｃｍ² ，保
持時間：２Ｈｒ）に付し供試合金ブロツクを製作した。
各供試ブロツクについて、溶融アルミ腐食試験、引張り
試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４１）、並びに熱伝導率（ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃，ａｔ２０℃）、熱膨張率
（℃^-1，ａｔ２０〜４００℃）の測定を行つた。

【００２０】供試材の化学組成および各測定結果を、従
来の代表的な給湯路材料であるＳＫＤ６１鋳造材（０．
４Ｃ−１．０Ｓｉ−５．０Ｃｒ−１．３Ｍｏ−１．０Ｖ
−Ｆｅ）の測定結果と併せて表１に示す。なお、溶融ア
ルミ腐食試験は、試験片（４０×１７×５．５ｔ，ｍ
ｍ）を純アルミ溶融浴（浴温：７５０℃）に２４時間浸
漬した後の腐食溶損深さ（ｍｍ）を測定し、これをＳＫ
Ｄ６１の腐食溶損深さ（ｍｍ）に対する比率に換算して
示した。表中、伸び欄の「＊」は、供試材が硬脆で測定
不能であつたことを表している。図１は、表１に示した
腐食試験結果を、図２は機械試験結果をそれぞれ図示し
たものである。

【００２１】

【表１】

【００２２】表および図に示したとおり、発明例の耐食
合金Ｎo.１〜５は、Ｍｏの適量含有により、従来の代表
的な給湯路材料である合金工具鋼ＳＫＤ６１（Ｎo.１０
４）を大きく凌ぐ改良された腐食抵抗性を有し、かつ機
械衝撃が加わる湯口金物や中間ストーク等の湯口部材と
しての実用に耐える強靱性を備えている。また、その熱
伝導率は、従来材に比べて著しく小さく、熱膨張係数も
小さい。なお、Ｎo.１０３（純Ｔｉ材）およびＮo.１０
２（Ｍｏ：２．０％）は、従来材であるＮo.１０４に比
し、腐食抵抗性の改善効果が小さく、他方Ｎo.１０３
（Ｍｏ：６０％）は、腐食抵抗性にすぐれてはいるもの
ゝ、硬脆で伸びがなく、機械衝撃が加わる湯口金物や中
間ストーク等としての適用性に欠ける。

【００２３】実施例２（実機使用試験） （１）給湯路の構成 図３の低圧鋳造装置における給湯路を、本発明の耐食合
金（Ｍｏ：４０．０％）からなる中間ストーク３２，湯
口金物３３の各湯口部材（いずれも熱間静水等方加圧焼
結品）と、別途用意したセラミツクス焼成品ストーク３
１（緻密質窒化けい素セラミツクス）とを組合せて形成
（発明例）。

【００２４】比較例として、上記湯口部材における中間
ストーク３２を特殊鋳鉄品，湯口金物３３をＳＫＤ６１
合金工具鋼製鋳造品（化学組成は実施例１のＮo.１０４
と同じ）に代えた以外は、上記発明例と同一の構成を有
する給湯路を形成（従来例）。

【００２５】（２）低圧鋳造 従来例の給湯路では、保持炉１と金型４との間の湯口部
材（湯口金物３３，中間ストーク３２）に対しガスバー
ナによる外部加熱（湯口金物の内面温度を６５０℃に保
持）を施し、発明例では、その外部加熱を省略してアル
ミホイールの低圧鋳造（鋳造金属：ＪＩＳ Ｈ５２０２
ＡＣ−２Ａ）を行う。上記発明例の低圧鋳造における
湯口部材の内面に対するアルミの付着状態は、従来例に
おけるそれと同程度であり、付着したアルミ地金の除去
作業を適宜実施しながら、低圧鋳造を反復実施した結
果、従来例では、約２ヶ月の使用で、湯口部材の腐食溶
損が著しいため使用不能となり、これに対し、発明例で
は、８ヶ月の使用経過後も湯口部材の腐食溶損は軽微
で、更に継続使用の可能な状態を維持していることが観
察された。

【００２６】また、上記発明例および従来例における給
湯路の中間ストーク３２および湯口金物３３の各部材の
内面に、アルミ付着防止材として、窒化ボロン（ＢＮ）
のコーテイング（膜厚：約２０〜１００μｍ）をスプレ
ーにより形成して前記と同じアルミホイールの低圧鋳造
を行つた。その結果、従来例ではコーテイング膜の亀裂
・剥離が早期に発生してアルミ付着防止効果は少なく、
また湯口部材の腐食進行状態もコーテイング膜のない場
合と殆んど同じであるのに対し、発明例ではコーテイン
グ膜の亀裂・剥離が少なく、そのアルミ付着防止効果と
して、アルミ地金の除去作業が約２回／月程度に減少す
ると共に、腐食溶損の進行も緩慢化し、１０ヶ月の使用
時点において、引き続き使用可能な健全性を維持してい
ることが観察された。

【００２７】

【発明の効果】本発明のＭｏ含有Ｔｉ基耐食合金は、溶
融アルミに対し、従来の給湯路材料である鋳鉄系や合金
工具鋼系材料では得られないすぐれた腐食溶損抵抗性を
有し、その改良された腐食溶損抵抗性により、給湯路の
耐用寿命の向上、メンテナンスの軽減等の効果が得られ
る。

【００２８】また、本発明の合金は、熱伝導率が著しく
小さいので、これを湯口金物や中間ストーク等の湯口部
材に適用することにより、湯口部材を通過する際の溶融
アルミの降温が少なくなるほか、湯口部材の内面に対す
るアルミの付着も減少し、また溶湯温度の維持に不可欠
とされていた湯口部材に対する外部加熱を削減ないし省
略することも可能となる。アルミの付着の減少により給
湯路のメンテナンスは更に軽減され、他方外部加熱の削
減ないし省略は低圧鋳造のコストの低減効果をもたら
す。

【００２９】更に、本発明の合金は熱膨張率が小さいの
で、セラミツクス材料との組合せ使用が容易であり、例
えば部材表面にアルミの付着防止等を目的として形成さ
れるセラミツクスコーテイングの保護膜機能が安定に保
持され、またセラミツクス焼成品部材と組合された給湯
路を構成する場合にも、熱膨張量の差異に起因する組立
・セツテイング上の困難は少なく、弛み・ガタツキ等の
ない安定な組立構造を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ−Ｍｏ合金の耐溶融アルミ腐食抵抗性とＭ
ｏ含有量の関係を示すグラフである。

【図２】Ｔｉ−Ｍｏ合金の機械的性質とＭｏ含有量の関
係を示すグラフである。

【図３】低圧鋳造装置の例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：溶湯保持炉，２：るつぼ，３：給湯路，３１：スト
ーク，３２：中間ストーク，３３：湯口金物，３４：分
流子，４：金型，５：加熱装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 隆 兵庫県尼崎市西向島町64番地 株式会社 クボタ 尼崎工場内 (56)参考文献 特開 平２−34264（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−287028（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 14/00 B22D 18/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｏ５〜５０％，残部実質的にＴｉから
   なる低圧鋳造装置の給湯路部材用耐食合金。