JP3513281B2 - 耐圧・高強度アルミニウムの鋳造法 - Google Patents
耐圧・高強度アルミニウムの鋳造法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の燃料
噴射ポンプ本体、圧縮機、ブラケット等の産業機械構造
用部材として使用可能な耐圧・高強度アルミニウム鋳物
の製造法に関するものである。
噴射ポンプ本体、圧縮機、ブラケット等の産業機械構造
用部材として使用可能な耐圧・高強度アルミニウム鋳物
の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼル機関用燃料噴
射ポンプのケースや油圧ポンプ、クーラー用コンプレッ
サーケース並びに車両用、産業機械用取付けブラケット
類は、高い荷重がかかる又は高い圧力がかかるなどによ
り、高強度で耐圧性をもったアルミニウム鋳物が用いら
れる。このような耐圧・高強度の鋳物を得るため、大半
が金型を用いた鋳造法が適用され、それには、ダイカス
ト鋳造法か又は低圧鋳造法、重力鋳造法が採用されてい
る。
射ポンプのケースや油圧ポンプ、クーラー用コンプレッ
サーケース並びに車両用、産業機械用取付けブラケット
類は、高い荷重がかかる又は高い圧力がかかるなどによ
り、高強度で耐圧性をもったアルミニウム鋳物が用いら
れる。このような耐圧・高強度の鋳物を得るため、大半
が金型を用いた鋳造法が適用され、それには、ダイカス
ト鋳造法か又は低圧鋳造法、重力鋳造法が採用されてい
る。
【０００３】他方、従来から、内燃機関のシリンダヘッ
ドのようにジャケット構造を有するアルミニウム鋳物の
鋳造法としては、外周に当たる部分を鋳鉄や鋼などの鉄
系の金属鋳型にて成型し、ジャケット部や吸気口、排気
口など直線的に型抜き不可能な部分は、砂型による砂中
子型を用いている。アルミシリンダヘッドを金型鋳造す
る場合、鋳造時の圧力は、圧縮空気により０．２〜０．
５kgf/cm２に加圧して鋳造する低圧鋳造法か、又は溶湯
落下時の重力加圧による重力鋳造法に依存している。
ドのようにジャケット構造を有するアルミニウム鋳物の
鋳造法としては、外周に当たる部分を鋳鉄や鋼などの鉄
系の金属鋳型にて成型し、ジャケット部や吸気口、排気
口など直線的に型抜き不可能な部分は、砂型による砂中
子型を用いている。アルミシリンダヘッドを金型鋳造す
る場合、鋳造時の圧力は、圧縮空気により０．２〜０．
５kgf/cm２に加圧して鋳造する低圧鋳造法か、又は溶湯
落下時の重力加圧による重力鋳造法に依存している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の鋳造法にお
いて、低圧鋳造法、重力鋳造法では、熱処理はＴ６処理
ができるため、強度向上を図れる利点があるが、充填時
の圧力が、０．５kgf/cm2程度までと低いため、圧力を
利用した引巣欠陥の防止が困難で、また、空冷金型のた
め冷却速度も低く、結晶も粗い。しかも、微細引巣や結
晶の粗さにより伸びや靱性の向上は難しい。また、鋳造
の生産性に関して、凝固時間が長いという問題がある。
いて、低圧鋳造法、重力鋳造法では、熱処理はＴ６処理
ができるため、強度向上を図れる利点があるが、充填時
の圧力が、０．５kgf/cm2程度までと低いため、圧力を
利用した引巣欠陥の防止が困難で、また、空冷金型のた
め冷却速度も低く、結晶も粗い。しかも、微細引巣や結
晶の粗さにより伸びや靱性の向上は難しい。また、鋳造
の生産性に関して、凝固時間が長いという問題がある。
【０００５】他方、シリンダヘッドなどのジャケット構
造のものの鋳造に関しては、これらの方法は加圧力が低
いため、複雑な砂中子型の使用が可能で、ジャケット構
造を得られ易いという利点がある。しかし、逆に、加圧
が低いため、溶湯を鋳型に充填する際、外周の金型温度
を少なくとも２５０℃以上４００℃近くまで高くしない
と、溶湯が完全に廻らない恐れもある。更に、金型を強
制的に冷却する水冷金型の場合も温度制御に高い技術を
要し、一般的には空冷の金型とし、自然放熱により上記
の温度を保持する構造である。従って、溶湯が充填さ
れ、完全に凝固するまでの時間は金型から放熱する熱量
により決まり、最低４分、大きい鋳物の場合１０分以上
を有する。これにより、冷却速度も非常におそくなり、
組織も粗く、粗大化したものとなり、強度が低いという
問題がある。
造のものの鋳造に関しては、これらの方法は加圧力が低
いため、複雑な砂中子型の使用が可能で、ジャケット構
造を得られ易いという利点がある。しかし、逆に、加圧
が低いため、溶湯を鋳型に充填する際、外周の金型温度
を少なくとも２５０℃以上４００℃近くまで高くしない
と、溶湯が完全に廻らない恐れもある。更に、金型を強
制的に冷却する水冷金型の場合も温度制御に高い技術を
要し、一般的には空冷の金型とし、自然放熱により上記
の温度を保持する構造である。従って、溶湯が充填さ
れ、完全に凝固するまでの時間は金型から放熱する熱量
により決まり、最低４分、大きい鋳物の場合１０分以上
を有する。これにより、冷却速度も非常におそくなり、
組織も粗く、粗大化したものとなり、強度が低いという
問題がある。
【０００６】一方、鋳造時に油圧機構を利用し、機械的
圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造
法においては、加圧力は５００から１０００kgf/cm
2で、速度もゲート部で１０〜４０m/sに達し、鋳型は、
水冷した金型を用いる。このため、充填後、凝固完了す
るまでの時間は５〜２０秒となり、生産性に優れてい
る。しかし、充填時のゲート速度が速いので、空気・ガ
スの巻き込みがあり、ブリスター発生によりＴ６処理は
できないという問題がある。また、給湯時に溶湯の温度
低下が大きいため、厚肉部の冷却制御ができないので引
巣が発生し易く、かつ、充填時に凝固したチル相が混入
している。このため、異質の組織が混在した組織は伸び
の低下、靱性低下がある。
圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造
法においては、加圧力は５００から１０００kgf/cm
2で、速度もゲート部で１０〜４０m/sに達し、鋳型は、
水冷した金型を用いる。このため、充填後、凝固完了す
るまでの時間は５〜２０秒となり、生産性に優れてい
る。しかし、充填時のゲート速度が速いので、空気・ガ
スの巻き込みがあり、ブリスター発生によりＴ６処理は
できないという問題がある。また、給湯時に溶湯の温度
低下が大きいため、厚肉部の冷却制御ができないので引
巣が発生し易く、かつ、充填時に凝固したチル相が混入
している。このため、異質の組織が混在した組織は伸び
の低下、靱性低下がある。
【０００７】
【０００８】更に、ダイカスト法に適用されるアルミニ
ウム材質は、ＡＤＣ１０、１２などのダイカスト用材質
に限定されている。この理由は、高速高圧のアルミニウ
ム溶湯を射出して充填するため、金型との溶着が著し
く、これを防ぐため、Ｆｅ分をアルミニウム合金鋳物材
質より多くしているためである。このため、Ａｌ-Ｆｅ-
Ｓｉ化合物などの折出により強度上に問題がある。この
ようにダイカスト専用材質は限定され、強度上も問題が
ある。
ウム材質は、ＡＤＣ１０、１２などのダイカスト用材質
に限定されている。この理由は、高速高圧のアルミニウ
ム溶湯を射出して充填するため、金型との溶着が著し
く、これを防ぐため、Ｆｅ分をアルミニウム合金鋳物材
質より多くしているためである。このため、Ａｌ-Ｆｅ-
Ｓｉ化合物などの折出により強度上に問題がある。この
ようにダイカスト専用材質は限定され、強度上も問題が
ある。
【０００９】この発明は、従来のダイカスト法において
Ｔ６処理を可能とするとともに、複雑なジャケット構造
のシリンダヘッドなどの鋳造をダイカスト法で可能にし
たアルミニウム鋳物の鋳造方法とアルミニウム鋳物を提
供することを目的とするものである。
Ｔ６処理を可能とするとともに、複雑なジャケット構造
のシリンダヘッドなどの鋳造をダイカスト法で可能にし
たアルミニウム鋳物の鋳造方法とアルミニウム鋳物を提
供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明では、まず鋳造法は金型を用い、油圧機構
による機械的圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダ
イカスト鋳造法とし、溶湯温度を６５０〜７００℃で充
填する。６５０℃以下では、凝固温度との差が１００℃
以下となり、鋳造内に充填する際に凝固を始める恐れも
あり、充填後急速に凝固するため、収縮孔への溶湯補給
も難しく、引巣発生の恐れがある。一方、７００℃以上
では、溶湯の酸化が著しく、Ｍｇ等の成分が減少する等
の問題があり、上記温度範囲とすることにより、これら
の問題を解決できる。
め、この発明では、まず鋳造法は金型を用い、油圧機構
による機械的圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダ
イカスト鋳造法とし、溶湯温度を６５０〜７００℃で充
填する。６５０℃以下では、凝固温度との差が１００℃
以下となり、鋳造内に充填する際に凝固を始める恐れも
あり、充填後急速に凝固するため、収縮孔への溶湯補給
も難しく、引巣発生の恐れがある。一方、７００℃以上
では、溶湯の酸化が著しく、Ｍｇ等の成分が減少する等
の問題があり、上記温度範囲とすることにより、これら
の問題を解決できる。
【００１１】なお、ダイカスト鋳造法においても、通常
のダイカスト鋳造法は溶湯を給湯する部分が大気に開放
され、更に充填するスリーブも断熱保温されていないた
め、急速な温度低下がある。そこで、望ましくは、給湯
部をヒーターや断熱材で保温し、大気開放されないセミ
ホットチャンバー或いはホットチャンバー式ダイカスト
鋳造法を用いる。保温した給湯装置を用いると給湯の温
度低下が非常に少ないため、通常の加圧力より低い圧力
で充填しても、凝固収縮するときの溶湯補給が可能で高
温の溶湯を隅々まで充填でき、特に加圧すると効果が著
しい。
のダイカスト鋳造法は溶湯を給湯する部分が大気に開放
され、更に充填するスリーブも断熱保温されていないた
め、急速な温度低下がある。そこで、望ましくは、給湯
部をヒーターや断熱材で保温し、大気開放されないセミ
ホットチャンバー或いはホットチャンバー式ダイカスト
鋳造法を用いる。保温した給湯装置を用いると給湯の温
度低下が非常に少ないため、通常の加圧力より低い圧力
で充填しても、凝固収縮するときの溶湯補給が可能で高
温の溶湯を隅々まで充填でき、特に加圧すると効果が著
しい。
【００１２】充填時の圧力は、５００〜１０００kgf/cm
2とし、望ましくは、凝固完了までこの圧力を保持す
る。特に、耐圧性、高強度を要求される品物は微細な引
巣も問題となり、５００kgf/cm2以下の圧力では、やや
微細な引巣が残る。また、１０００kgf/cm2以上になる
と、高圧効果は一定になり、逆に、金型にかかる圧力に
よる型の割れや型合面隙間より溶湯が吹き出す危険性や
バリ発生などの問題が多くなるためこの圧力を上限とす
る。
2とし、望ましくは、凝固完了までこの圧力を保持す
る。特に、耐圧性、高強度を要求される品物は微細な引
巣も問題となり、５００kgf/cm2以下の圧力では、やや
微細な引巣が残る。また、１０００kgf/cm2以上になる
と、高圧効果は一定になり、逆に、金型にかかる圧力に
よる型の割れや型合面隙間より溶湯が吹き出す危険性や
バリ発生などの問題が多くなるためこの圧力を上限とす
る。
【００１３】充填時にゲートから充填される溶湯の速
度、ゲート速度は０．６〜２．０m/sとする。ゲート速
度０．６m/s以下の速度では水冷した金型に充填する
際、充填される途中で溶湯の先端部が急冷され、型の隅
々まで完全につまることが難しい湯廻不良現象の恐れが
ある。他方、２．０m/s以上では溶湯が乱流状態とな
り、空気・ガスの巻き込み現象が著しくなる。これによ
り、後述する熱処理(Ｔ６)の際、巻き込んだガスが高温
(４９０℃以上)に加熱されると膨張し、アルミニウム鋳
物表面にて、ふくれるブリスター現象が発生する量が多
くなり、鋳物としての品質を満たすことが難しいからで
ある。図２にゲート速度とブリスター発生数との関係を
示す。
度、ゲート速度は０．６〜２．０m/sとする。ゲート速
度０．６m/s以下の速度では水冷した金型に充填する
際、充填される途中で溶湯の先端部が急冷され、型の隅
々まで完全につまることが難しい湯廻不良現象の恐れが
ある。他方、２．０m/s以上では溶湯が乱流状態とな
り、空気・ガスの巻き込み現象が著しくなる。これによ
り、後述する熱処理(Ｔ６)の際、巻き込んだガスが高温
(４９０℃以上)に加熱されると膨張し、アルミニウム鋳
物表面にて、ふくれるブリスター現象が発生する量が多
くなり、鋳物としての品質を満たすことが難しいからで
ある。図２にゲート速度とブリスター発生数との関係を
示す。
【００１４】次に、金型に充填された溶湯は加圧保持し
ながら、水冷した金型で肉厚５〜１０mmの鋳物の中心部
で１０℃/Ｓ以上肉厚１０〜３０mmの鋳物の中心部で４
℃/Ｓ以上の冷却速度で急冷され、凝固する。この冷却
速度より遅いと鋳物の組織が粗くなり、目的の強度特に
伸び、靱性の向上が難しいからである。
ながら、水冷した金型で肉厚５〜１０mmの鋳物の中心部
で１０℃/Ｓ以上肉厚１０〜３０mmの鋳物の中心部で４
℃/Ｓ以上の冷却速度で急冷され、凝固する。この冷却
速度より遅いと鋳物の組織が粗くなり、目的の強度特に
伸び、靱性の向上が難しいからである。
【００１５】最後に、本発明のアルミニウム鋳物の鋳造
法では、熱処理をＴ６処理とするものである。Ｔ６処理
は、４９０〜５２０℃に数時間加熱保持した後、水中に
投じ、水焼入れし、更に１６０〜２００℃に４〜７時間
保持し、焼戻しを行うもので、これにより人工時効硬化
により強度(引張強さ、耐力、ヤング率)を処理前の１．
３〜２．０倍に向上させるものである。しかし、この処
理にはガス・空気を巻き込んでいない鋳物が必要で、少
なくともガス量１０cc/（１００g・アルミ鋳物）以下、
出来ればガス量５cc/（１００g・アルミ鋳物）以下の含
有量が望ましい。図３は、Ｔ６処理したものとしていな
いものとの応力−歪線図である。
法では、熱処理をＴ６処理とするものである。Ｔ６処理
は、４９０〜５２０℃に数時間加熱保持した後、水中に
投じ、水焼入れし、更に１６０〜２００℃に４〜７時間
保持し、焼戻しを行うもので、これにより人工時効硬化
により強度(引張強さ、耐力、ヤング率)を処理前の１．
３〜２．０倍に向上させるものである。しかし、この処
理にはガス・空気を巻き込んでいない鋳物が必要で、少
なくともガス量１０cc/（１００g・アルミ鋳物）以下、
出来ればガス量５cc/（１００g・アルミ鋳物）以下の含
有量が望ましい。図３は、Ｔ６処理したものとしていな
いものとの応力−歪線図である。
【００１６】上記この発明の鋳造法に用いられるアルミ
ニウム鋳物の材質としては、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ
４Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２
の材料群の中から一種を選択使用するのが好適である。
特に、靱性を必要とする鋳物には、ＡＣ４Ｃ、４ＣＨが
最適である。
ニウム鋳物の材質としては、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ
４Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２
の材料群の中から一種を選択使用するのが好適である。
特に、靱性を必要とする鋳物には、ＡＣ４Ｃ、４ＣＨが
最適である。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【実施例】この発明の鋳造法を用いてディーゼル機関用
燃料噴射ポンプケース本体を試作し、また、比較例とし
て、従来のダイカスト鋳造及び低圧鋳造法を用いて試作
した。それぞれの条件は表１の通りである。その結果
は、表２の通りであって、強度、靱性ともに優れている
ことが確かめられた。また、図１にそれらの引張強さと
伸びの測定結果を示している。
燃料噴射ポンプケース本体を試作し、また、比較例とし
て、従来のダイカスト鋳造及び低圧鋳造法を用いて試作
した。それぞれの条件は表１の通りである。その結果
は、表２の通りであって、強度、靱性ともに優れている
ことが確かめられた。また、図１にそれらの引張強さと
伸びの測定結果を示している。
【００２５】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【発明の効果】本発明の最も重要な特性は強度である。
それをもたらしている要因は熱処理Ｔ６処理・人工時効
強化による強度向上でこの処理により引張強さと耐力、
縦弾状係数(ヤング率)及び硬さが大幅に向上する。更
に、冷却速度の制御による結晶の微細化と加圧による引
巣の抑制が伸びの向上に大きく寄与しており、欠陥の影
響は伸びを大幅に向上させる効果がある。
それをもたらしている要因は熱処理Ｔ６処理・人工時効
強化による強度向上でこの処理により引張強さと耐力、
縦弾状係数(ヤング率)及び硬さが大幅に向上する。更
に、冷却速度の制御による結晶の微細化と加圧による引
巣の抑制が伸びの向上に大きく寄与しており、欠陥の影
響は伸びを大幅に向上させる効果がある。
【００３１】
【図１】本発明鋳造法によって得られる鋳物と比較例の
引張強さと伸びの測定結果を示すグラフである。
引張強さと伸びの測定結果を示すグラフである。
【図２】鋳造時のゲート速度とブリスター発生数との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図３】Ｔ６処理したものとしないものとを比較して示
す応力−歪線図である。
す応力−歪線図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22D 17/00,17/02
B22D 17/22,17/32
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウム鋳物製圧力容器、若しくは
機械構造部材の製造法であって、鋳造法はダイカスト鋳
造法とし、６５０〜７００℃の溶湯をセミホットチャン
バー或いはホットチャンバー方式で注湯し、ゲート速度
は０．６〜２．０m/sとし、鋳物凝固開始から凝固完了
迄は５００〜１０００kgf/cm２の圧力保持、５〜１０mm
の肉厚中心部で１０℃/Ｓ以上、１０〜３０mmの肉厚中
心部で４℃/Ｓ以上の冷却速度で鋳造し、さらに熱処理
をＴ６処理としたことを特徴とする耐圧・高強度アルミ
ニウム鋳物の製造法。 - 【請求項２】 アルミニウム鋳物の材質をＡＣ２Ａ、Ａ
Ｃ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１
０、ＡＤＣ１２の材料群の中から選ばれた一種とし、請
求項１のダイカスト鋳造法で鋳造することを特徴とする
耐圧・高強度アルミニウム鋳物の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23335195A JP3513281B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 耐圧・高強度アルミニウムの鋳造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23335195A JP3513281B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 耐圧・高強度アルミニウムの鋳造法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003386410A Division JP2004114159A (ja) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | 耐圧・高強度アルミニウム鋳物・シリンダヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0957415A JPH0957415A (ja) | 1997-03-04 |
| JP3513281B2 true JP3513281B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=16953792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23335195A Expired - Lifetime JP3513281B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 耐圧・高強度アルミニウムの鋳造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3513281B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR9901553A (pt) * | 1999-05-19 | 2001-01-16 | Ford Brasil Ltda | Liga à base de alumìnio para a produção de cabeçotes de motor sem tratamento térmico |
| US7264037B2 (en) | 2003-07-02 | 2007-09-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Molding of slurry-form semi-solidified metal |
| JP5042384B1 (ja) * | 2011-09-05 | 2012-10-03 | 株式会社浅沼技研 | 鋳造装置及び鋳造方法 |
| DE112013005619T5 (de) | 2012-11-22 | 2015-08-27 | Kabushiki Kaisha F.C.C. | Verfahren zur Herstellung eines gefügten Elements und ein gefügtes Element |
| WO2015087907A1 (ja) | 2013-12-13 | 2015-06-18 | 昭和電工株式会社 | アルミニウム合金製ターボコンプレッサホイール用素形材およびターボコンプレッサホイールの製造方法 |
| BR112022012558A2 (pt) * | 2020-01-15 | 2022-09-06 | Honda Motor Co Ltd | Método para fundir componente, e componente |
-
1995
- 1995-08-17 JP JP23335195A patent/JP3513281B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0957415A (ja) | 1997-03-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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