JP3028259B2 - アルミニウム合金鋳物の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金鋳物の製造方法

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、アルミニウム合金鋳
物の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近の自動車の制動装置では、ブレーキ
ング時のフェード現象を生じない利点があることから、
従来のドラムブレーキに代わってディスクブレーキの採
用が多くなってきている。
【0003】ところで、このディスクブレーキに使用さ
れているブレーキディスク(ディスクロータ)は、一般に
鋳鉄材料によって形成されていたが、鋳鉄は質量が大き
く、車体軽量化の要請に反する問題がある。
【0004】そこで、最近では例えば特開昭63−11
1331号公報に示されるように、上記ブレーキディス
クをアルミニウム合金鋳物によって製作することが行な
われるようになっている。
【0005】そして、このようなアルミニウム合金鋳物
による自動車用摺動部材の製造に際しては、例えば特開
昭58−93835号公報、特開昭58−93840号
公報、特開昭59−70734号公報、特開昭61−1
77353号公報等に示されているように、炭化ケイ素
繊維やアルミナ・シリカなどのセラミック系強化材を母
材であるアルミニウム合金中に複合分散させることによ
り、剛性および耐摩耗性を向上させる強化方法が一般に
採用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にセラミック系強化材により強化すると、上述の如く耐
摩耗性が向上する半面、機械加工性(切削、研磨などの)
が低下する問題が生じる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1〜6各項
記載の発明は、それぞれ上記の問題を解決することを目
的としてなされたものであって、各々次のように構成さ
れている。
【0008】(1) 請求項1記載の発明の構成 請求項1記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、所定量のセラミック系強化材を含有するアルミニウ
ム合金鋳物の製造方法において、その鋳造過程の凝固工
程において、鋳造完了後に機械加工を施す部分の表面側
を加熱処理することにより、上記セラミック系強化材の
分布量を低減させるようにしたことを特徴とするもので
ある。
【0009】(2) 請求項2記載の発明の構成 請求項2記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、上記請求項1記載の発明の構成において、上記加熱
処理を行う加熱手段が、鋳型に配設された発熱手段であ
ることを特徴とするものである。
【0010】(3) 請求項3記載の発明の構成 請求項3記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、所定量のセラミック系強化材を含有するアルミニウ
ム合金鋳物の製造方法において、その鋳造工程完了後に
おいて、当該鋳造完了後に機械加工を施す部分の表面側
を加熱処理することにより、上記セラミック系強化材の
分布量を低減させるようにしたことを特徴とするもので
ある。
【0011】(4) 請求項4記載の発明の構成 請求項4記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、上記請求項3記載の発明の構成において、上記加熱
処理を行う加熱手段が、鋳造工程完了後の鋳造品の加工
面を外部より加熱する放射加熱手段であることを特徴と
するものである。
【0012】(5) 請求項5記載の発明の構成 請求項5記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、上記請求項1〜4の何れか1項に記載の発明の構成
において、上記セラミック系強化材が、硬質セラミック
粒子(ウィスカーを含む)よりなることを特徴とするもの
である。
【0013】(6) 請求項6記載の発明の構成 請求項6記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
は、上記請求項1〜4の何れか1項に記載の発明の構成
において、上記セラミック系強化材が、炭化ケイ素繊維
であることを特徴とするものである。
【0014】
【作用】本願の請求項1〜6各項記載の発明は、それぞ
れ上記のように構成されている結果、当該各構成に対応
して各々次のような作用を奏する。
【0015】(1) 請求項1記載の発明の作用 請求項1記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、所定量のセラミック系強化材を含有した金属基複
合材であるアルミニウム合金鋳物の製造方法に際し、鋳
造段階最後の凝固工程において、鋳造が完了した後に例
えば切削等の機械加工を施すべき部分に所定の加熱を行
ない、それによって非加工部との間に温度勾配を形成し
て上記セラミック系強化材の加工領域への晶出量を抑制
する。
【0016】その結果、凝固後におけるアルミニウム合
金鋳物の上記加工部は他の部分に比べて部分的に耐摩耗
性が低くなり、加工性が良好となる。
【0017】(2) 請求項2記載の発明の作用 請求項2記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、上記請求項1記載の発明のアルミニウム合金鋳物
の製造方法の構成における加熱処理を、鋳鉄自体に配設
されている発熱手段、例えばヒータなどによって容易に
行ない得るようにしている。
【0018】従って、温度管理が容易で凝固過程にある
溶湯の加工部と非加工部間の温度勾配の形成も正確かつ
簡単に実現することができる。
【0019】(3) 請求項3記載の発明の作用 請求項3記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、所定量のセラミック系強化材を含有した金属基複
合材であるアルミニウム合金鋳物の製造方法に際し、鋳
造工程最後の凝固工程完了後において、鋳造が完了した
後に例えば切削等の機械加工を施すべき部分に所定の加
熱を行ない、それによって上記凝固後の加工部を再溶融
し非加工部との間に温度勾配を形成して上記加工部に晶
出しているセラミック系強化材を非加工部側へ移動さ
せ、最終的に加工領域への晶出量を低減する。
【0020】その結果、再凝固後におけるアルミニウム
合金鋳物の上記加工部は他の部分に比べて部分的に耐摩
耗性が低くなり、加工性が良好となる。
【0021】(4) 請求項4記載の発明の作用 請求項4記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、上記請求項3記載の発明のアルミニウム合金鋳物
の製造方法の構成における加熱処理を、凝固完了後の鋳
造品の加工面を外部より加熱する放射加熱手段、例えば
レーザ光照射手段などによって容易に行ない得るように
している。
【0022】従って、温度管理が容易で上記凝固完了後
の鋳造品の加工部と非加工部間の温度勾配の形成も正確
かつ簡単に実現することができるようになる。
【0023】(5) 請求項5記載の発明の作用 請求項5記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、上記請求項1〜4の何れか1項に記載の発明のア
ルミニウム合金鋳物の製造方法において、上記セラミッ
ク系強化材が、硬質セラミック粒子よりなっている。
【0024】セラミック粒子は、例えば炭化ケイ素(Si
C)、アルミナ(Al23)、アルミナ・シリカ(Al2SiO
3)、窒化ケイ素(SiN2)、チタン酸カリウム(K2O6T
iO2)に代表されるように、母材であるアルミニウム合
金の強化材として熱膨張係数を低下させるとともに硬度
や耐摩耗性を向上させるなど有効な作用を発揮する。
【0025】(6) 請求項6記載の発明の作用 請求項6記載の発明のアルミニウム合金鋳物の製造方法
では、上記請求項1〜4の何れか1項に記載の発明の構
成における上記セラミック系強化材として、特に炭化ケ
イ素繊維が採用されている。
【0026】炭化ケイ素(カーボランダム)SiCは、硬
度が極めて高く、それを母材であるアルミニウム合金と
複合化すると、耐摩耗性が飛躍的に向上する。
【0027】
【発明の効果】従って、本願発明のアルミニウム合金鋳
物の製造方法によると、製造されたアルミニウム合金製
鋳造品の加工面の加工性を良好にしながら、しかも本体
自体の耐摩耗性を高くすることが可能となる。
【0028】
【実施例】
(1) 第1実施例 図1は、本願発明の第1実施例に係るアルミニウム合金
製ブレーキ・ディスクの鋳造方法を実施する鋳造装置を
示している。
【0029】先ず図中符号1は鋳物鋳造用の砂型により
構成される鋳型であり、該鋳型1内には、ブレーキディ
スクモールド用のモールドキャビティー2が設けられて
いる。
【0030】そして、さらに該鋳型1内のモールドキャ
ビティー部2内には次に述べるような所定重量比のアル
ミニウム基合金溶湯3が充填されるようになっている。
【0031】従って、先ず、上記モールドキャビティー
2内に例えばセラミック系粒子としてSiC20wt%を
含むアルミニウム合金溶湯(JIS・AC4C)3を、通
常のアルミニウム合金を鋳造するように湯口4より注ぎ
込み、同モールドキャビティー2内に充填する。一方、
該鋳型1中の成型される製品部分10のディスク通気口
5を形成する中子6の中には鋳鉄温度操作用の電気抵抗
式ヒータ7が埋め込まれていて、上記注湯前の状態から
当該中子6を一定の温度に加熱維持している(例えば約
250℃)。
【0032】そして、上記製品部分10の外側の両面部
付近の鋳型1の温度は外部雰囲気に接していて常温であ
るので、上述のようにして注がれた溶湯3の両ディスク
プレート形成部9はそれぞれに温度差を生じ、それに伴
って同溶湯3の冷却は外側から優先的に進行するように
なる。この場合、凝固工程の初期では、外側表層部に生
じた晶出部が内側(中子部)6へ向って細長く伸びて柱状
晶を形成する。このときに上記溶湯3中に存在するSi
C硬質粒子が当該柱状晶に押されて内側へ移動する。そ
して、例えば型砂の種類、両面の温度差、注湯温度、デ
ィスクプレート形状(厚み)、粒子の種類などにより、こ
の時のSiC硬質粒子の移動量が決まる。
【0033】本実施例の場合、ディスクプレートの厚み
は6mmであり、その時の硬質粒子の平均移動距離は約0.
7mであった。そして、加工しろが0.5mmであり、本実施
例では、その加工領域部分から強化材であるSiC硬質
粒子を完全に取り除くことが出来た。その結果が、例え
ば図2の顕微鏡写真に示されている。該写真から明らか
なように、本実施例方法によって製造されたブレーキデ
ィスク鋳造品では、その加工領域に該当する部分(A)に
は黒く見えるSiC硬質粒子が略完全に除去されてお
り、従来のような強化機能がなくなっていることが分か
る。そして、(A)部から除去されたSiC硬質粒子(粒径
10μm)は非加工部である(B)部に集中している。従っ
て、上記(A)部と(B)部の各ビッカース硬度を測定して
見ると、(A)部がHv=60に対して(B)部はHv=83
であり、(A)部の硬度は十分に低下している。
【0034】なお、最表面側の鋳肌面は凝固が早いため
にSiC硬質粒子が若干存在するが、厚さは極めて薄く
実際上は殆んど問題にはならない。
【0035】(2) 第2実施例 次に、図2は本願発明の第2実施例に係るアルミニウム
合金製ブレーキディスクの鋳造方法を実施する鋳造装置
を示している。
【0036】先ず図中符号11は、鋳造完了後の鋳造品
であるブレーキディスク12を温度緩衝用のルーズサン
ド13を介して収納した砂容器である。そして、上記ブ
レーキディスク12を構成する鋳造素材は上記実施例同
様硬質粒子としてのSiC20wt%を含むアルミニウム
基合金溶湯(JIS・AC4C)であり、このままの状態
では先にも述べたように機械加工は困難をきわめて、実
用性に乏しい。
【0037】一方、鋳造が完了したままの該ブレーキデ
ィスク12の通気口部5には温度操作用のヒータ7がル
ーズサンド13といっしょに入っている。そして、その
ディスクプレート部12aの上部には当該ディスクプレ
ート部12a加熱用の放射加熱装置、例えばレーザ光照
射装置16が設けられており、該レーザ光照射装置16
により加熱して、加工面の表層部が溶融したら加熱を停
止する。
【0038】このとき、ヒータ7により加熱された固相
部の温度が350℃で反対側溶融部の表層部の外部雰囲
気が常温であるので、それらの間には温度勾配が生じ、
それに伴って外側から優先的に凝固が始まり、上述の第
1実施例と同じようにSiC硬質粒子の移動が起こる。
但し、この場合、加熱方法からして溶融深さが浅いので
(約1mm)、一回の加工処理では上記SiC硬質粒子の移
動量が少ない。従って後の機械加工を含めてこれを3〜
4回繰り返すことにより上記第1実施例と同様の状態を
実現する。
【0039】この結果、同様に加工部域のSiC硬質粒
子晶出量が低減されて耐摩耗性が低くなり、機械加工性
が向上する。
【0040】なお、以上の各実施例では、アルミニウム
基合金母材中に単一の強化材SiCを複合化する場合に
ついて説明したが、本願発明は強化材として複数種の強
化材を所定の重量比で組合せることによって更に良好に
特性を向上させるようにしたものに適用しても良いこと
は、もちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願発明の第1実施例に係るアルミニ
ウム合金鋳物の製造方法を実施する鋳造装置の構成を示
す断面図である。
【図2】図2は、同第1実施例によって製造されたブレ
ーキディスクのディスクプレート部切断面の金属組織状
態を示す顕微鏡写真である。
【図3】図3は、本願発明の第2実施例に係るアルミニ
ウム合金鋳物の製造方法を実施する鋳造品溶融処理装置
の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1は鋳型、3はアルミ基合金溶湯、5は通気口、6は中
子、7はヒータ、12はブレーキディスク、12aはブ
レーキディスクのディスクプレート部である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 27/04 B22D 19/14 B22D 29/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定量のセラミック系強化材を含有する
    アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、その鋳造過
    程の凝固工程において、鋳造完了後に機械加工を施す部
    分の表面側を加熱処理することにより、上記セラミック
    系強化材の分布量を低減させるようにしたことを特徴と
    するアルミニウム合金鋳物の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記加熱処理を行う加熱手段が、鋳型に
    配設された発熱手段であることを特徴とする請求項1記
    載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
  3. 【請求項3】 所定量のセラミック系強化材を含有する
    アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、その鋳造工
    程完了後において、当該鋳造完了後に機械加工を施す部
    分の表面側を加熱処理することにより、上記セラミック
    系強化材の分布量を低減させるようにしたことを特徴と
    するアルミニウム合金鋳物の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記加熱処理を行う加熱手段が、鋳造工
    程完了後の鋳造品の加工面を外部より加熱する放射加熱
    手段であることを特徴とする請求項3記載のアルミニウ
    ム合金鋳物の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記セラミック系強化材が、硬質セラミ
    ック粒子であることを特徴とする請求項1〜4の何れか
    1項に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記セラミック系強化材が、炭化ケイ素
    繊維であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項
    に記載のアルミニウム合金鋳物の製造方法。
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