JP3115689B2 - チクソフォージング法 - Google Patents
チクソフォージング法Info
- Publication number
- JP3115689B2 JP3115689B2 JP04089365A JP8936592A JP3115689B2 JP 3115689 B2 JP3115689 B2 JP 3115689B2 JP 04089365 A JP04089365 A JP 04089365A JP 8936592 A JP8936592 A JP 8936592A JP 3115689 B2 JP3115689 B2 JP 3115689B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- billet
- solidus
- temperature rise
- die
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はチクソトロフィー（擬
液性）を示す合金素材を半溶融状態にまで加熱し、これ
を成型用のキャビティへ加圧充填して、合金成型品を鍛
造するチクソフォージング法に関するもので、特にその
素材の加熱方法に関するものである。
液性）を示す合金素材を半溶融状態にまで加熱し、これ
を成型用のキャビティへ加圧充填して、合金成型品を鍛
造するチクソフォージング法に関するもので、特にその
素材の加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用部品から事務用機器部品
まで機械製品の素材としてアルミニウム合金や、マグネ
シウム合金などの軽合金が多く用いられている。これら
軽合金の部品の素材はダイカストその他の鋳造法によっ
て製造されることが多い。
まで機械製品の素材としてアルミニウム合金や、マグネ
シウム合金などの軽合金が多く用いられている。これら
軽合金の部品の素材はダイカストその他の鋳造法によっ
て製造されることが多い。
【０００３】しかしながら、在来の鋳造法では素材たる
金属を、液相線以上の温度にまで加熱し溶湯の状態で鋳
型内へ鋳込むから、鋳型内で冷却される際に樹枝状晶が
発達し、鋳物の強度を低下させたり鋳造欠陥の原因とな
っていた。また、鋳造法では素材の材質がマグネシウム
のように液相線付近の温度で爆発しやすい性質をもつも
のである場合、不活性雰囲気で溶解せねばならず、装置
や操作が複雑となる不具合があった。
金属を、液相線以上の温度にまで加熱し溶湯の状態で鋳
型内へ鋳込むから、鋳型内で冷却される際に樹枝状晶が
発達し、鋳物の強度を低下させたり鋳造欠陥の原因とな
っていた。また、鋳造法では素材の材質がマグネシウム
のように液相線付近の温度で爆発しやすい性質をもつも
のである場合、不活性雰囲気で溶解せねばならず、装置
や操作が複雑となる不具合があった。
【０００４】他方、そのような鋳造欠陥や生産技術上の
困難を克服することを目的に、素材たる金属を一旦溶解
した後、固相と液相が混在する領域に冷却し、その状態
で機械的あるいは電磁誘導的手法を用いて強く撹拌し、
樹枝状晶の発達を阻止し、あるいは微細化した後に鋳造
する、いわゆる、レオキャスティング法が知られている
（例えば、特開昭６０−１５２３５８号公報）。また、
マグネシウム合金のように溶融温度付近で激しく酸化現
象を起こす金属を用いる場合、レオキャスティング法を
採用することが、マグネシウム鋳造の専門工場でない限
り容易でないことに鑑み、他の方法が用いられている。
すなわち、レオキャティング法によって鋳造したビレッ
トを購入して、そのビレットを再度、固液混在領域へ加
熱し成形型へ加圧充填する、いわゆる、チクソフォージ
ング法も提案されている。
困難を克服することを目的に、素材たる金属を一旦溶解
した後、固相と液相が混在する領域に冷却し、その状態
で機械的あるいは電磁誘導的手法を用いて強く撹拌し、
樹枝状晶の発達を阻止し、あるいは微細化した後に鋳造
する、いわゆる、レオキャスティング法が知られている
（例えば、特開昭６０−１５２３５８号公報）。また、
マグネシウム合金のように溶融温度付近で激しく酸化現
象を起こす金属を用いる場合、レオキャスティング法を
採用することが、マグネシウム鋳造の専門工場でない限
り容易でないことに鑑み、他の方法が用いられている。
すなわち、レオキャティング法によって鋳造したビレッ
トを購入して、そのビレットを再度、固液混在領域へ加
熱し成形型へ加圧充填する、いわゆる、チクソフォージ
ング法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チクソ
フォージング法ではレオキャスティング法によって造ら
れたビレットを素材として使用するので、素材を溶融す
る高温の炉を使用せずに品質の優れた鍛造製品が得られ
る効果を達成できる反面、当初のビレットを鋳造する処
から数えると工程が長く複雑で、製品を高価なものとす
る不具合があった。
フォージング法ではレオキャスティング法によって造ら
れたビレットを素材として使用するので、素材を溶融す
る高温の炉を使用せずに品質の優れた鍛造製品が得られ
る効果を達成できる反面、当初のビレットを鋳造する処
から数えると工程が長く複雑で、製品を高価なものとす
る不具合があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は上記した課題
を解消し、従来のチクソフォージング法を改良し、これ
と同等の製品を、短い加工工程で且つ、材料を溶融させ
ないで製造する鍛造法を得ることを目的とするもので、
素材として、温度上昇に伴う状態の変化に伴って固相線
と液相線とに交差する組成割合を有すると共に固溶限度
内の溶質成分を含む合金を用い、これを固液共存領域内
に加熱し、ダイスとパンチにより加圧してキャビティ内
へ流動させて成形するチクソフォージング法において、
前記素材を常温から固相線に達するまで単位時間当たり
の平均上昇温度が所定の温度上昇率となるよう急速に加
熱した後、固相線を越えて材料が柔らかくなる適当な温
度に達するまで単位時間当たりの平均上昇温度が前記温
度上昇率より緩やかな温度上昇率となるよう緩徐に加熱
し、次いで加圧成形工程を行う点に特徴がある。
を解消し、従来のチクソフォージング法を改良し、これ
と同等の製品を、短い加工工程で且つ、材料を溶融させ
ないで製造する鍛造法を得ることを目的とするもので、
素材として、温度上昇に伴う状態の変化に伴って固相線
と液相線とに交差する組成割合を有すると共に固溶限度
内の溶質成分を含む合金を用い、これを固液共存領域内
に加熱し、ダイスとパンチにより加圧してキャビティ内
へ流動させて成形するチクソフォージング法において、
前記素材を常温から固相線に達するまで単位時間当たり
の平均上昇温度が所定の温度上昇率となるよう急速に加
熱した後、固相線を越えて材料が柔らかくなる適当な温
度に達するまで単位時間当たりの平均上昇温度が前記温
度上昇率より緩やかな温度上昇率となるよう緩徐に加熱
し、次いで加圧成形工程を行う点に特徴がある。
【０００７】
【作用】素材金属として、温度上昇に伴う状態の変化に
伴って固相線と液相線とに交差する組成割合を有すると
共に固溶限度内の溶質成分を含む合金では、液相線と固
相線との間に固相と液相とが共存する領域が存在する。
そこで、固溶限度内の溶質成分を含む合金をエネルギー
効率のよい比較的高速で加熱し、素材温度が固相線に達
したとき加熱を緩めると、急加熱と質量効果による温度
分布の不均一が解消して全体が一様な温度になると共
に、液相を生じる。その後は緩徐に加熱されるから、全
体が一様に昇温し液相の割合が増すと共に、一部が過度
に昇温して局部的な樹枝状晶が発生するのが阻止され
る。
伴って固相線と液相線とに交差する組成割合を有すると
共に固溶限度内の溶質成分を含む合金では、液相線と固
相線との間に固相と液相とが共存する領域が存在する。
そこで、固溶限度内の溶質成分を含む合金をエネルギー
効率のよい比較的高速で加熱し、素材温度が固相線に達
したとき加熱を緩めると、急加熱と質量効果による温度
分布の不均一が解消して全体が一様な温度になると共
に、液相を生じる。その後は緩徐に加熱されるから、全
体が一様に昇温し液相の割合が増すと共に、一部が過度
に昇温して局部的な樹枝状晶が発生するのが阻止され
る。
【０００８】
【実施例】この発明を以下の実施例によって説明する。
この実施例では金属素材として１．１質量％のシリコン
を含むアルミニウム合金と、９質量％のアルミニウムと
１質量％の亜鉛とを含むマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ
合金）とを用いた。図１はそれら金属素材を成形したビ
レットＢｕを示す。この実施例でビレットＢｕは直径７
６ｍｍ（３インチ）、高さ６０ｍｍ、質量４８０ｇの丸
棒状に成形してある。使用したＭｇ−Ａｌ合金の平衡状
態図を図３（ａ）と、Ａｌ−Ｓｉ合金の平衡状態図を図
３（ｂ）とで示す。すなわち、両図は両ビレットＢｕが
共に溶質たるシリコンとアルミニウムとを可溶限度内に
含むことを示している。なお、図３（ｃ）は図３（ａ）
の要部を拡大し、更に液相率を付加して示した。図３
中、Ｅ １ ，Ｅ ２ は液相線、Ｋ １ ，Ｋ ２ は固相線である。
この実施例では金属素材として１．１質量％のシリコン
を含むアルミニウム合金と、９質量％のアルミニウムと
１質量％の亜鉛とを含むマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ
合金）とを用いた。図１はそれら金属素材を成形したビ
レットＢｕを示す。この実施例でビレットＢｕは直径７
６ｍｍ（３インチ）、高さ６０ｍｍ、質量４８０ｇの丸
棒状に成形してある。使用したＭｇ−Ａｌ合金の平衡状
態図を図３（ａ）と、Ａｌ−Ｓｉ合金の平衡状態図を図
３（ｂ）とで示す。すなわち、両図は両ビレットＢｕが
共に溶質たるシリコンとアルミニウムとを可溶限度内に
含むことを示している。なお、図３（ｃ）は図３（ａ）
の要部を拡大し、更に液相率を付加して示した。図３
中、Ｅ １ ，Ｅ ２ は液相線、Ｋ １ ，Ｋ ２ は固相線である。
【０００９】上記ビレットＢｕのうち、マグネシウム合
金からなるビレットＢｕについての加熱工程について説
明する。ビレットＢｕの加熱は不活性雰囲気内で高周
波、あるいは低周波誘導加熱により、図２で示す加熱曲
線に沿って行う。すなわち、２分弱で常温から固相線Ｋ
１ に達する温度Ａ（４７０℃）まで比較的高速で加熱
し、そこから温度Ｂ（５６０℃）まで緩く熱する。これ
によってビレットＢｕの内外の温度差がなくなり全体が
一様な温度に熱っせられると共に、鍛造に適した半溶融
状態に保たれる。この温度における液相成分の比率は約
４６％である。その後に僅かに速度を上げて温度Ｃ（５
８０℃）まで加熱し、その温度を保つ。この温度では液
相割合が６５％に増す。図２から分かるように、常温か
ら前記温度Ａに達するまでの単位時間当たりの平均上昇
温度（以下「温度上昇率」という。）よりも前記温度Ａ
から前記温度Ｃに達するまでの温度上昇率の方が緩やか
である。ここで、温度Ａから温度Ｂ乃至温度Ｃまで加熱
曲線を、図２の２点鎖線で示すように、上記の加熱曲線
より更に緩くしてもよい。なお、温度Ｃよりさらに温度
が上昇すると液相線Ｅ １ に達する。
金からなるビレットＢｕについての加熱工程について説
明する。ビレットＢｕの加熱は不活性雰囲気内で高周
波、あるいは低周波誘導加熱により、図２で示す加熱曲
線に沿って行う。すなわち、２分弱で常温から固相線Ｋ
１ に達する温度Ａ（４７０℃）まで比較的高速で加熱
し、そこから温度Ｂ（５６０℃）まで緩く熱する。これ
によってビレットＢｕの内外の温度差がなくなり全体が
一様な温度に熱っせられると共に、鍛造に適した半溶融
状態に保たれる。この温度における液相成分の比率は約
４６％である。その後に僅かに速度を上げて温度Ｃ（５
８０℃）まで加熱し、その温度を保つ。この温度では液
相割合が６５％に増す。図２から分かるように、常温か
ら前記温度Ａに達するまでの単位時間当たりの平均上昇
温度（以下「温度上昇率」という。）よりも前記温度Ａ
から前記温度Ｃに達するまでの温度上昇率の方が緩やか
である。ここで、温度Ａから温度Ｂ乃至温度Ｃまで加熱
曲線を、図２の２点鎖線で示すように、上記の加熱曲線
より更に緩くしてもよい。なお、温度Ｃよりさらに温度
が上昇すると液相線Ｅ １ に達する。
【００１０】なお、この温度Ｃ以上に加熱すると、鍛造
時の材料の流動が容易となる反面、ビレットが自重で変
形し、ハンドリングが困難となるとともに、樹枝状晶が
発達する。このため、温度を５７０〜５８０℃の範囲に
保のが好ましい。ただし、この範囲の温度でも長時間維
持すると樹枝状晶が発達し、撹拌を必要とするようにな
るが、本発明者は約５分間以内であれば樹枝状晶が生成
せず、むしろα相を球状化した状態になることが確認で
きた。このため、この範囲の温度にビレットを保持し、
比較的短時間内に次の工程に移るのが好ましい。
時の材料の流動が容易となる反面、ビレットが自重で変
形し、ハンドリングが困難となるとともに、樹枝状晶が
発達する。このため、温度を５７０〜５８０℃の範囲に
保のが好ましい。ただし、この範囲の温度でも長時間維
持すると樹枝状晶が発達し、撹拌を必要とするようにな
るが、本発明者は約５分間以内であれば樹枝状晶が生成
せず、むしろα相を球状化した状態になることが確認で
きた。このため、この範囲の温度にビレットを保持し、
比較的短時間内に次の工程に移るのが好ましい。
【００１１】なお、上記は、マグネシウム合金のビレッ
トＢｕについての加熱工程について説明したが、アルミ
ニウム合金のビレットＢｕについての加熱工程は、温度
条件が若干異なるものの、他は略同一である。
トＢｕについての加熱工程について説明したが、アルミ
ニウム合金のビレットＢｕについての加熱工程は、温度
条件が若干異なるものの、他は略同一である。
【００１２】このようにして温度Ｃ（５８０℃）の保持
したビレットＢｕを、図４で示す鍛造型１へ入れて成形
が行われる。鍛造型１は上部にパンチ２と協働するダイ
ス３が形成され、下部に鍛造製品の雌型をなすキャビテ
ィ４を備えた金型が配置されている。なお、この説明で
は金型の型割りの仕方は従来と大差なく、且つ、重要で
ないので図面および説明を省略する。
したビレットＢｕを、図４で示す鍛造型１へ入れて成形
が行われる。鍛造型１は上部にパンチ２と協働するダイ
ス３が形成され、下部に鍛造製品の雌型をなすキャビテ
ィ４を備えた金型が配置されている。なお、この説明で
は金型の型割りの仕方は従来と大差なく、且つ、重要で
ないので図面および説明を省略する。
【００１３】ダイス３は上方に開く円形のダイス孔３ａ
を有し、ダイス孔３ａは前記ビレットＢｕよりやゝ大径
に形成され、その底部の中央には前記金型のキャビティ
４に通じるランナ５が開口している。５ａはランナ５の
途中に介在させた周知のゲートである。
を有し、ダイス孔３ａは前記ビレットＢｕよりやゝ大径
に形成され、その底部の中央には前記金型のキャビティ
４に通じるランナ５が開口している。５ａはランナ５の
途中に介在させた周知のゲートである。
【００１４】ダイス孔３ａへ投入された半溶融状態のビ
レットＢｕはパンチ２により図４で示すように変形され
キャビティ４へ充填される。なお、図中、ビレットＢｕ
は表面の酸化皮膜Ｂ１と内部の酸化されていない部分Ｂ
２に分けて図示してある。図５はパンチ２の加圧力を示
す。
レットＢｕはパンチ２により図４で示すように変形され
キャビティ４へ充填される。なお、図中、ビレットＢｕ
は表面の酸化皮膜Ｂ１と内部の酸化されていない部分Ｂ
２に分けて図示してある。図５はパンチ２の加圧力を示
す。
【００１５】まず、図４(a) はパンチ２がダイス孔３ａ
へ進入してビレットＢｕに当接した状態を示す。この状
態からパンチ２による加圧力が増すと、図４(b) で示す
ようにビレットＢｕの下面がランナ５内へ膨出し、酸化
皮膜が破れて酸化されていない部分が流動し始めてい
る。そして、パンチ２が一層進出すると、図４(c) の状
態を経て、図４(d) のようにキャビティ４へ充填され
る。ビレットＢｕがダイス３ａへ進入してから充填が終
了する迄の時間は約２秒である。
へ進入してビレットＢｕに当接した状態を示す。この状
態からパンチ２による加圧力が増すと、図４(b) で示す
ようにビレットＢｕの下面がランナ５内へ膨出し、酸化
皮膜が破れて酸化されていない部分が流動し始めてい
る。そして、パンチ２が一層進出すると、図４(c) の状
態を経て、図４(d) のようにキャビティ４へ充填され
る。ビレットＢｕがダイス３ａへ進入してから充填が終
了する迄の時間は約２秒である。
【００１６】パンチ２はキャビティへの充填が終了した
後、充填終了時の約２倍の高圧を材料に印加し約６秒
間、その高圧状態に維持した後、型を開いて製品を取り
出す。なお、鍛造型１は成形前に２８０〜３６０℃の範
囲で予熱され、内部には二酸化炭素その他の不活性ガス
が供給されている。また、ビレットＢｕはダイス孔３ａ
やランナ５内で多少冷却されるが、パンチ２によって一
層の加圧が行われると、その変形抵抗により材料の温度
が増し流動性の低下はほとんどない。
後、充填終了時の約２倍の高圧を材料に印加し約６秒
間、その高圧状態に維持した後、型を開いて製品を取り
出す。なお、鍛造型１は成形前に２８０〜３６０℃の範
囲で予熱され、内部には二酸化炭素その他の不活性ガス
が供給されている。また、ビレットＢｕはダイス孔３ａ
やランナ５内で多少冷却されるが、パンチ２によって一
層の加圧が行われると、その変形抵抗により材料の温度
が増し流動性の低下はほとんどない。
【００１７】なお、本実施例では、アルミニウム合金、
マグネシウム合金の軽合金についてのみ例示したが、鉄
等の軽合金でない他の合金にも適応できるのは言うまで
もない。
マグネシウム合金の軽合金についてのみ例示したが、鉄
等の軽合金でない他の合金にも適応できるのは言うまで
もない。
【００１８】
【発明の効果】この発明は以上のように、鍛造に際して
素材を半溶融状態に加熱するに際し、その加熱速度を制
御して全体を急速且つ一様に加熱するものであるから、
従来のレオキャスティング法で必要とした溶解作業を要
することなく、効率よく半溶融状態が得られ、従来のチ
クソフォージング法で得られたと同様の品質の優れた金
型成形が可能となり、廉価に製品を提供できる効果があ
る。
素材を半溶融状態に加熱するに際し、その加熱速度を制
御して全体を急速且つ一様に加熱するものであるから、
従来のレオキャスティング法で必要とした溶解作業を要
することなく、効率よく半溶融状態が得られ、従来のチ
クソフォージング法で得られたと同様の品質の優れた金
型成形が可能となり、廉価に製品を提供できる効果があ
る。
【図１】素材たるビレットＢｕの外観図である。
【図２】素材の加熱曲線である。
【図３】素材の平衡状態図である。
【図４】成形工程を示す工程図である。
【図５】成形時のパンチ７の加圧曲線である。
１・・・鍛造型 ２・・・パンチ ３・・・ダイス ３ａ・・ダイス孔 ４・・・キャビティ ５・・・ランナ ５ａ・・ゲート Ｂ・・・ビレットＥ １ 、Ｅ ２ ・・液相線 Ｋ １ 、Ｋ ２ ・・固相線
Claims (1)
- 【請求項１】素材として、温度上昇に伴う状態の変化に
伴って固相線と液相線とに交差する組成割合を有すると
共に固溶限度内の溶質成分を含む合金を用い、これを固
液共存領域内に加熱し、ダイスとパンチにより加圧して
キャビティ内へ流動させて成形するチクソフォージング
法において、前記素材を常温から固相線に達するまで単
位時間当たりの平均上昇温度が所定の温度上昇率となる
よう急速に加熱した後、固相線を越えて材料が柔らかく
なる適当な温度に達するまで単位時間当たりの平均上昇
温度が前記温度上昇率より緩やかな温度上昇率となるよ
う緩徐に加熱し、次いで加圧成形工程を行うチクソフォ
ージング法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04089365A JP3115689B2 (ja) | 1992-03-14 | 1992-03-14 | チクソフォージング法 |
| US08/637,031 US5638889A (en) | 1992-03-14 | 1996-04-24 | Semi-molten metal molding apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04089365A JP3115689B2 (ja) | 1992-03-14 | 1992-03-14 | チクソフォージング法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000236603A Division JP2001058251A (ja) | 2000-01-01 | 2000-08-04 | チクソフォージング法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05261504A JPH05261504A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3115689B2 true JP3115689B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=13968682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04089365A Expired - Fee Related JP3115689B2 (ja) | 1992-03-14 | 1992-03-14 | チクソフォージング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3115689B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW541354B (en) * | 1999-01-07 | 2003-07-11 | Otsuka Chemical Co Ltd | Surface treating agent and surface treating method for magnesium parts |
-
1992
- 1992-03-14 JP JP04089365A patent/JP3115689B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05261504A (ja) | 1993-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4510987A (en) | Method and apparatus for casting metal alloys in the thixotropic state | |
| EP1018383B1 (en) | Die casting method | |
| JP3049648B2 (ja) | 加圧成形方法および加圧成形機 | |
| US5575325A (en) | Semi-molten metal molding method and apparatus | |
| US5630466A (en) | Process for shaping metal materials in a semi-solid state | |
| US5979534A (en) | Die casting method | |
| JPH0251703B2 (ja) | ||
| Thirugnanam | Modern high pressure die-casting processes for aluminium castings | |
| JP2002534272A (ja) | 半固体金属の熱加圧室式ダイカスティング | |
| US5803154A (en) | Thixocasting process | |
| JP3115689B2 (ja) | チクソフォージング法 | |
| JPH10158772A (ja) | ロッカーアームおよびその製造方法 | |
| JPH1192849A (ja) | ロードホイール及びその製造方法 | |
| JP3487315B2 (ja) | ダイカスト鋳造方法 | |
| CN113399642B (zh) | 一种匀加速压室孕育半固态流变的压铸方法 | |
| JP2001058251A (ja) | チクソフォージング法 | |
| JP2001252754A (ja) | アルミホイール及びその製造方法 | |
| JPH0910893A (ja) | 半溶融成形用金属の製造装置 | |
| JP3783275B2 (ja) | 半溶融金属の成形方法 | |
| US20040050523A1 (en) | Process for transforming a metal alloy into a partially-solid/partially-liquid shaped body | |
| JP3339333B2 (ja) | 溶融金属の成形方法 | |
| JP2832662B2 (ja) | 高強度構造部材の製造方法 | |
| JPH03221253A (ja) | チクソキャスト法 | |
| JP3473214B2 (ja) | 半溶融金属の成形方法 | |
| JP2832691B2 (ja) | チクソキャスティング法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |