JP2949715B2 - 塑性加工用金属の鋳造方法 - Google Patents

塑性加工用金属の鋳造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、後工程で塑性加工される金属の鋳造方
法、特に、電子機器、計測機器、医療機器、情報通信機
器等に用いられる銅合金細線用の鋳造材やその他の塑性
加工用合金鋳造材を製造する場合に顕著な効果を発揮す
る鋳造方法に関する。
〔従来の技術〕
首記した如き用途の銅合金細線は、例えば、冷却鋳型
を用いた横型(水平)の間歇引き出し方式の連続鋳造設
備を利用して先ず原材料となる銅合金の鋳造材を作り、
次いで、これを伸線していく過程である線径になったら
再加熱、焼入れの溶体化処理を行い、その後、熱処理→
伸線加工を何回か繰り返して所望の線径の製品に仕上げ
ると言う手順で製造されている。
このプロセスの初頭に挙げた横型の連続鋳造設備は、
るつぼ(鋳造炉)の下部に直接、自己潤滑性と熱伝導性
に優れる水冷黒鉛鋳型を取付け、るつぼ内の金属溶湯を
その鋳型に鋳込んで水平方向に鋳塊を引き出すものであ
る。
なお、鋳造材をるつぼの下方に引き抜く堅型の連鋳設
備もあるが、鋳型を冷却して鋳込む金属を鋳型内で凝固
させる点は横型、堅型とも同じである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の鋳造方法では、鋳込み開始と同時に冷却鋳型に
よる冷却が始まるため、鋳造材が内部に多量の共晶を生
じるなどして安定な固溶体となり難い。そのため、鋳造
後の溶体化処理が不可欠になる。
ところが、この後工程での溶体化処理時の冷却は一般
に厳密な速度管理がなされておらず、安定性に欠ける。
従って、これが原因で溶体化処理特性がばらつき、結果
として製品特性がばらつくと言う問題がある。
また、鋳込み金属を鋳型内で凝固させると、凝固殻と
鋳型との間に摩擦が起こり、鋳造材の表面に疵やクラッ
クなどの欠陥が生じ易い。特に、上記の摩擦が堅型の連
鋳設備よりも大きくなる横型連鋳設備の場合、その傾向
が強く、この表面欠陥と溶体化処理時に生じる表面の酸
化膜が細線への伸線加工、テープ等への圧延加工と云っ
た塑性加工を困難にする。
このほか、鋳造後に溶体化処理を行うと再加熱による
エネルギーロスが発生し、製品コストに影響する。
この発明の課題は、かゝる問題点を無くした塑性加工
用金属の鋳造方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記の問題点を無くすため、この発明の方法において
は、るつぼから一連の鋳型に流し込む銅合金の溶融金属
を、その金属の溶体化処理温度以上の温度に加熱保持し
た鋳型内で上記溶体化処理温度以上融点未満温度に保持
すると共に、鋳型通過後、鋳型の出口のすぐ近くに設置
した冷却装置に通して冷却し、さらにその鋳込み金属の
凝固部と未凝固部の固液界面を既凝固部からの熱伝導に
よる冷却でほゞ一定位置に保ちながら後工程で塑性加工
する鋳造材を一定速度で連続的に鋳造する。
なお、この方法において、鋳型を鋳込み金属の融点以
上の温度に加熱保持して上記固液界面を鋳型の出口近く
に保持すること、鋳造径をd〔mm〕、鋳造速度をV〔mm
/min〕、鋳型出口部から冷却部までの距離をL〔mm〕と
したときの鋳造制御を、 の条件を満足するように行うこと、或いは、鋳型と冷却
装置との間で鋳造材を不活性雰囲気下におくことは、い
ずれも好ましいことである。
〔作用〕
この発明の方法における鋳型内での鋳込み金属の温度
状態は、例えば、第3図に示す3つのケースが考えられ
る。
ケース1は、るつぼで溶解させた金属が融点(Tm)を
越える温度で鋳型2に進入し、鋳型の出口直前までTm以
上の温度が保たれる場合で、鋳型をTm以上に加熱保持す
ることによってその状態を作り得る。この場合、鋳込み
金属の固液界面はTmラインとの交点部、つまり鋳型の出
口部(図のa点)にある。
ケース2はTmを越える温度で流入した金属が鋳型の途
中でTmを下回る温度となり、溶体化処理温度(Ts)又は
それを上回る温度で鋳型から出てくる場合で、このとき
の固液界面は鋳型の途中(図のb点)にある。
さらに、ケース3は溶融金属がTmぎりぎりの温度で鋳
型に流入し、鋳型出口まではTs又はこれを上回る温度が
保たれる場合で、固液界面は鋳型の入口部のc点にあ
る。
いずれにしても、このように、鋳込み金属を鋳型内で
Ts以上の温度に保持して鋳型を出た直後に急冷すると、
鋳造と同時に溶体化が行われ、溶体化のための再加熱が
不要になるばかりでなく、冷却鋳型を用いる場合に比べ
て鋳型と内部金属の摩擦が小さくなって摩擦に起因した
表面疵等が付き難くなる。
また、この際に、冷却条件、鋳造速度を安定させて鋳
込み金属の固液界面をほぼ一定位置に保つと、鋳造材の
冷却速度が一定し、溶体化処理状態が長手方向にも均一
化するため、製品特性のばらつきが非常に小さくなる。
さらに、鋳型の出口のすぐ近くに冷却装置があると、
鋳型を出た鋳造材が高温のまゝで大気に触れる時間が極
く僅かになるため、以後の塑性加工に悪影響を及ぼす表
面酸化が抑制される。
なお、表面の酸化防止効果は、鋳型と冷却装置の間を
不活性雰囲気にすれば更に高まる。
また、鋳型の加熱温度をTm以上にして第3図のケース
1或いはこれに近い状態を作り出すと、鋳型と凝固殻の
摩擦が充分に小さくなって摩擦に起因した肌荒れや表面
疵等の表面欠陥がより有効に防止されるほか、更なる高
温からの冷却により第3図から明らかなように冷却速度
も一段と早まるため、従来法で望めなかった特性を得る
ことも可能になる。
このほか、鋳型制御を、 の条件が満たされるように行うと、前述の銅合金の場合
には特に、優れた特性を示す導体が得られる。
なお、この発明で云う溶体化処理温度は、所期の溶体
化効果(同じ金属でも使用目的等によって要求度合が異
なる)を得るための温度であって、1点に特定されるも
のではない。
〔実施例〕
この発明の方法でCu−3.0wt%Ni−0.6wt%Si合金材を
試作した。この際に用いた鋳造装置の概要を第1図と第
2図に示す。これ等の装置は、いずれも、つるぼ1の側
部に黒鉛鋳型2を水平に取付けてある。また、るつぼ1
と鋳型2には加熱用のヒータ3を取付け、さらに、鋳型
の出口前方に水等を冷却剤とする冷却装置4と鋳造材7
の引き抜きローラ5を配置してある。このほか、第2図
の装置は、鋳型の出口部から冷却装置までをジャケット
9で包囲して9の内部にArガス等の不活性ガス10を導入
するようにしてある。6はるつぼ内に収納された溶湯、
8は鋳造材の固液界面を示す。
これ等の装置による鋳造は、鋳型をダミーバーで塞い
でおき、鋳造開始当初はそのダミーバーを5で引抜くよ
うにすれば、鋳型2を最初から加熱しておくことができ
る。
さて、試作試験では、先ず、第1図の装置を用いて、
溶湯温度=1130℃、鋳型温度=1000℃、鋳型から冷却装
置までの距離l=30mm、鋳造速度V=120mm/min、鋳造
制御値K=5×10-1の条件で8mmφ、長さ10mの上記組成
の銅合金線を作った。この試作をNo.1とする。
次に、第2図の装置を用いて、溶湯温度=1130℃、鋳
型温度1100℃、冷却装置までの距離l=10mm、鋳型速度
V=50mm/min、K=6×10-1でNo.1と同一サイズ、組成
の銅合金線を作った。これを試料No.2とする。
また、比較のため、水冷黒鉛鋳型を用いた従来の横型
連続鋳造機で、No.1、No.2の試料と同一サイズ、組成の
銅合金線を鋳型内で冷却、凝固して鋳造した。これをN
o.3とする。
以上のようにして鋳造した各試料のうち、No.1、No.2
はそのまゝで、一方、No.3は960℃×3時間の熱処理→
水焼入れをして、各試料とも1mmφまで伸線加工した。
また、この後、450℃×3時間の熱処理後0.254mmφまで
伸線加工、さらに400℃×3時間の熱処理後に0.04mmφ
まで伸線加工、300℃×3時間の熱処理を順次実施し
た。そして、得られた線材について、約1000m間隔で40
箇所の導電率と引張強さを測定し、長手方向のバラツキ
を調査した。この結果を表1に示す。
また、各線材について、最終の40μm径になるまでの
伸線加工中の断線状況を調べたところ、No.1材は1回、
No.2材は0回、No.3材は12回の断線があった。
〔効果〕 以上述べたように、この発明の方法によれば、鋳込み
金属を鋳型内で溶体化処理温度以上の温度、より好まし
くは鋳型の出口近くまでは融点を越す温度に保持して鋳
造を出た直後に急冷するので、鋳造と同時に溶体化が完
了し、後工程での溶体化処理が不要になる。
また、冷却速度が一定すること、溶体化処理状態が長
手方向の各部で均一化すること、鋳型内での保持温度を
上げることによって高温からの急冷が可能なことによ
り、導電率、引張り強さ等の諸特性に優れ、しかも、そ
の特性が長手方向の各部で安定している鋳造材を得るこ
とができる。
さらに、鋳型の加熱温度が融点を越えている場合は勿
論、融点以下でも金属の鋳型との摩擦が冷却鋳型を用い
る従来法よりも大巾に小さくなるため、疵や肌荒れ等の
表面欠陥が生じ難く、これに加えて冷却装置が近接して
いること、或いは冷却部までが活性雰囲気におかれるこ
とによる表面の酸化抑制効果が得られることから、細線
への伸線加工性、テープ箔等への圧延加工性が向上す
る。
このほか、鋳造から最終伸線までの連続一貫生産が容
易になり、溶体化のための再加熱が省かれることによる
省エネ効果もあるため、細径導線等の最終製品の生産性
向上、コスト削減にも寄与できる。
なお、この発明は、溶体化処理を積極的に行う合金、
中でも電気、電子機器に用いる極細導体用銅合金等の鋳
造に特に適するが、後工程での溶体化処理が不要なこ
と、製品の諸特性を改善し得ること、塑性加工に影響す
る表面欠陥が減少することを考えると、塑性加工される
他の金属の鋳造にも有効である。
また、実施例は、横型の鋳造装置を用いる場合につい
て述べたが、堅型の鋳造装置を用いて実施する場合に
も、その有効性が充分に発揮される。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、いずれも、この発明の方法の実施
に用いる鋳造装置の一例の概要を示す断面図、第3図は
鋳型内での温度状態を示す線図である。 1……るつぼ、2……鋳型、 3……ヒータ、4……冷却装置、 5……引き抜きローラ、6……溶湯、 7……鋳造材、8……固液界面、 9……ジャケット、10……不活性ガス。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/04 114

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】るつぼから一連の鋳型に流し込む銅合金の
    溶融金属を、その金属の溶体化処理温度以上の温度に加
    熱保持した鋳型内で上記溶体化処理温度以上融点未満の
    温度に保持すると共に、鋳型通過後、鋳型の出口のすぐ
    近くに設置した冷却装置に通して冷却し、さらにその鋳
    込み金属の凝固部と未凝固部の固液界面を既凝固部から
    の熱伝導による冷却でほぼ一定位置に保ちながら後工程
    で塑性加工する鋳造材を一定速度で連続的に鋳造するこ
    とを特徴とする塑性加工用金属の鋳造方法。
  2. 【請求項2】上記鋳型の加熱温度を鋳込み金属の融点以
    上の温度にして鋳込み金属の固液界面を鋳型の出口近く
    に保持する請求項(1)に記載の塑性加工用金属の鋳造
    方法。
  3. 【請求項3】鋳造径をd〔mm〕、鋳造速度V〔mm/mi
    n〕、鋳造出口部から冷却部までの距離をL〔mm〕とし
    たときの鋳造制御を、 の条件を満足するように行う請求項(1)又は(2)記
    載の塑性加工用金属の鋳造方法。
  4. 【請求項4】鋳型と冷却装置との間で鋳造材を不活性雰
    囲気下におく請求項(1)乃至(3)のいずれかに記載
    の塑性加工用金属の鋳造方法。
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CN115673273B (zh) * 2022-11-04 2023-11-14 河南科技大学 一种连铸过程中固液界面形状获取方法及装置

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