JP3818943B2

JP3818943B2 - チクソキャスティング用ビレットおよびこのビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法

Info

Publication number: JP3818943B2
Application number: JP2002189229A
Authority: JP
Inventors: 雅之土屋; 宏明上野; 智章牛込; 進西川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Kogi Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Kogi Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004025283A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の半溶融成形に使用するビレットおよびそのビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法に係り、とりわけ優れた製造経済の下に、ビレット表面に生じた酸化膜のビレット内質への侵入防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チクソキャスティング法による鋳造用素材としてのビレットは、大気中で半溶融状態に加熱されるに際し、その表面に鉄の酸化膜を生じる。この酸化膜は、ビレットの半溶融状態での保形性にある程度寄与するものであるが、ビレットの加熱時またはスリーブ投入時にビレットが変形すると、この酸化膜がその後の射出成形時においてビレット内質に異物として侵入するおそれがあり、その結果製品強度の低下を招来することがある。
【０００３】
従来は、上記不具合を克服するため、例えば特開平５−４２３５２号公報に記載されているように、ビレット表面を予め脱炭することで、表面脱炭被覆層を形成して、ビレットの半溶融状態での保形性を向上させ、射出成形時にビレット内質への酸化膜の侵入を防止し、これによって所望の製品強度を得ていた。
【０００４】
しかるに、表面脱炭被覆層の形成には、大気中で７００℃〜１０００℃の範囲での２０分間以上の熱処理、または水分を含む還元性雰囲気中で７００℃〜１２００℃の範囲での１０分間以上の熱処理を別途施す必要があることから、優れた製造経済を実現することが望めなかった。この理由から、射出成形の際のビレット内質への酸化膜の侵入防止を低廉に実現し得る、チクソキャスティング用ビレットおよびこのビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法の開発が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明は、特にチクソキャスティング法による鋳造を、射出成形時に酸化膜のビレット内質への侵入を伴わず、しかも低廉に行うことができる、チクソキャスティング用ビレットおよびこのビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、間欠引抜きにより連続鋳造されるチクソキャスティング用ビレットにおいて、オシレーションマークの間隔を１０ｍｍ以下とするとともに、オシレーションマークの引抜き方向と直交する断面に対する最大傾斜角を４５°以下としたことを特徴としている。
【０００７】
すなわち、本発明は、ビレットの加熱状態での保形性を高いレベルで実現することで、射出成形時における酸化膜のビレット内質への侵入防止を、優れた製造経済の下に実現するために、上記従来技術のような高価な熱処理を別途施す代わりに、連続鋳造時にビレット表面に発生する酸化膜を有利に活用することを前提としている。具体的には、間欠引抜きによる連続鋳造材に生じるオシレーションマークの間隔を１０ｍｍ以下とするとともに、オシレーションマークの引抜き方向と直交する断面に対する最大傾斜角を４５°以下としたビレットを用いてチクソキャスティング法による鋳造を可能としたものである。
【０００８】
ここで、オシレーションマークとは、連続鋳造時に断続的な引抜きによって鋳肌に生じる縞模様であって、引抜きによる凝固界面の移動と停止に伴う不連続な界面が、引抜きストロークに応じたピッチで現れるものであり、一般鋳造品の湯じわあるいは湯境に相当するものである。
【０００９】
本発明者は、ビレットを間欠引抜きにより連続鋳造して製造する際に、連続鋳造材に生ずるオシレーションマークの間隔と、オシレーションマークの引抜き方向と直交する断面に対する最大傾斜角（以下、単に「最大傾斜角」と称する）とが、射出成形時の酸化膜のビレット内質への侵入に影響を及ぼすとの見地に基づき、上記間隔および最大傾斜角を適宜選択することで、優れた製造経済の下に射出成形時の酸化膜のビレット内質への侵入を有利に防止するに至った。上記間隔および最大傾斜角を適宜選択することがそれぞれ、酸化膜のビレット内質への侵入を有利に防止する理由は、以下のとおりである。
【００１０】
ビレット表面には、間欠引抜きにより連続鋳造を行う際に、オシレーションマークが形成され、このオシレーションマークによりその表面には小さな凹凸が生じるが、連続鋳造時およびビレット加熱時に、この凹凸に沿う形に酸化膜が形成される。この凹凸が半径方向に作用する応力に対する補強のリブとなって保形性を高め、これにより、射出成形時にビレットの変形に基づく酸化膜のビレット内質への侵入を防止することができる。したがって、オシレーションマークの間隔が小さくなるほど、上記のような効果が高められ、その結果ビレットの保形性が向上する。
【００１１】
また、ビレットを水平連続鋳造装置によって間欠引抜きにより連続鋳造して製造する場合には、ビレット上下において温度差が生じ易い。この温度差が小さい場合のオシレーションマークは垂直方向つまり引抜き方向に直交する方向に近くなる一方、温度差が大きい場合はビレットの上側がその下側よりも高温となり易いことから、オシレーションマークは引抜き側に傾斜する。オシレーションマークの傾斜が垂直方向つまり引抜き方向に直交する方向に近くなるほど、半径方向に作用する応力に対する補強作用が高まり、その結果ビレットの保形性が向上する。
【００１２】
ちなみに、オシレーションマークの間隔は、連続鋳造時の間欠引抜きにおける一回の引抜きストロークを適宜選択することにより制御することができる。また、オシレーションマークの最大傾斜角は、たとえば水平連続鋳造の場合、上記のように、ビレット上下における温度差を適宜選択すること、具体的にはビレットを製造する水平連続鋳造装置の一次モールドのモールド長と間欠引抜きにおける引抜き停止時間とを好適に選択することにより制御することができる。
【００１３】
したがって、本発明では、ビレット表面に形成されたオシレーションマークの間隔およびその最大傾斜角の好適な選択の下で、所望なビレットを予め作製し、その結果チクソキャスティング法による鋳造を、射出成形時に酸化膜のビレット内質への侵入を伴わずに、しかも低廉に行うことを実現することができる。
【００１４】
かかる発明においてより好ましくは、上記最大傾斜角を１５°以下とする。これによれば、射出成形時に、ビレット自身の変形を完全に防止することができるので、酸化膜がビレット内質に侵入することを有利に防止することはもちろん、ビレット自身の変形がないので、ビレットのロボットによる搬送時やスリーブ投入時などにおいて、引っ掛かりやつかみ損などを有利に防止することができる。
【００１５】
また、本発明は、以上に示したチクソキャスティング用ビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法に関するものでもある。このような鋳造方法によれば、ビレット表面に形成されたオシレーションマークの間隔およびその最大傾斜角を好適に選択することにより、所望のビレットを予め作製し、その結果、チクソキャスティング法による鋳造を、射出成形時に酸化膜のビレット内質への侵入を伴わずに、しかも低廉に行うことを実現することができる。
【００１６】
上記鋳造方法において、ビレットの固相率を３０〜５０％とするのが好ましい。ここで固相率とは、チクソキャスティング法による鋳造を行う際に、ビレットを半溶融状態に加熱するときの固相の割合をいうものである。上述したように、ビレットの表面に形成される強固な酸化膜の存在によって、ビレットの保形性が向上するので、本発明では、従来に比してさらに低固相率での半溶融成形が可能になり、より肉薄、すなわち肉厚２ｍｍ以下の製品が製造可能となる。
【００１７】
【実施例】
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、鉄-炭素系の半溶融成形に広く用いられる亜共晶鋳鉄の溶湯が貯留されるタンディッシュの耐火壁１に連設された水平連続鋳造装置を示している。この水平連続鋳造装置は、円筒状でその軸方向が水平に設置された一次モールド１０および二次モールド２０と、図示しない引抜き装置を備えている。一次モールド１０は黒鉛−セラミックス複合体からなるもので、耐火壁１の溶湯出口に気密的に接合され、その外周には水冷ジャケット１１が設けられている。また、二次モールド２０は、周方向に分割され、径方向に移動自在にセットされたＣｕ合金からなる複数の分割体２０ａからなり、各分割体２０ａは、図示しない流体圧シリンダまたはスプリング等の付勢部材により内側に付勢される。また、各分割体２０ａの外周には水冷ジャケット２１が設けられている。
【００１８】
溶湯は、自重によりタンディッシュ内から一次モールド１０内に供給されて冷却されることにより凝固シェルが生成し、凝固が内部まで進んで鋳片に形成される。そして、この鋳片は二次モールド２０を通過し、その際に鋳片と各分割体２０ａとの間の隙間をなくすように、鋳片に各分割体２０ａが押付けられる。鋳片は、二次モールド２０の下流側に設置された引抜き装置により引抜かれ、このようにして連続鋳造が行われる。
【００１９】
図１に示す一次モールド１０と二次モールド２０の内壁の長さＬ１、Ｌ３、一次モールド１０の水冷ジャケットの長さＬ２、および一次モールドの内径を表１に示すように設定し、実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例４の連続鋳造装置を作製した。一方、表２に示す成分を有する亜共晶鋳鉄を調製し、この亜共晶鋳鉄を、各連続鋳造装置が接続されているタンディッシュ内で１４００℃〜１４２０℃の溶湯の状態に保持した。そして、これら実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例４につき、表１に示す引抜きストロークおよび停止時間の条件下で、内径５０ｍｍの二次モールドから排出される鋳片を、引抜き装置によって水平に引抜く連続鋳造試験を行った。その後この鋳片を長さ５０ｍｍに切断して、半溶融成形用ビレットを作製した。なお、実施例１の連続鋳造装置により作製したビレットの外観写真を図２に示すとともに、比較例１の連続鋳造装置により作製したビレットの外観写真を図３に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
以上の連続鋳造試験により、寸法および成分が同一で、オシレーションマークの間隔およびその最大傾斜角が異なるビレットを作製し、高周波誘導加熱装置によりビレット内部温度を半溶融温度領域である１２３０℃まで加熱した。
【００２３】
図４は、チクソキャスティング法により、ビレットから製品を製造する射出成形装置を示すものである。この射出成形装置は、固定側金型３０と、固定側金型３０に対してビレットＢの通過方向（矢印の方向）に着脱可能な可動側金型３１と、固定側金型３０と可動側金型３１との間に位置して円筒状をなす酸化膜トラップゲート３２と、固定側金型３０の可動側金型３１とは逆側に配接された円筒状スリーブ３３と、スリーブ３３の内側に配置されてビレットＢの通過方向に移動自在のプランジャ３４とを備えている。固定側金型３０は、ビレット通過用空隙３０ａを画成している。また、可動側金型３１は、酸化膜トラップ分流子３１ａ、湯道３１ｂおよび製品部３１ｃを画成している。そして、スリーブ３３は、ビレット通過用空隙３０ａへ連通する空隙３３ａを画成している。
【００２４】
本発明者は、上述したように製造したビレットを、図示しないパレットでハンドリングし、図４に示すスリーブ３３の空隙３３ａに投入し、プランジャ３４により加圧して、空隙３３ａからビレット通過用空隙３０ａ、酸化膜トラップ分流子３１ａおよび湯道３１ｂを介して製品部３１ｃまで押込み、これによって射出成形を行った。なお、射出成形は、スリーブ３３の内径および射出チップ外径を５５ｍｍとするとともに、射出速度を０．１ｍ／ｓｅｃとして層流充填条件とした。
【００２５】
そして、ビレットの空隙３３ａへの投入時における変形の程度を目視により判定するとともに、空隙３３ａでビレットが変形して酸化膜がビレット内質に侵入したか否かを、製品表面部を目視することにより判定した。その結果をオシレーションマークの間隔およびその最大傾斜角とともに表３に示す。空隙３３ａに投入されたビレットが保形性を維持して円柱形状であれば、酸化膜は、図４の酸化膜トラップゲート３２および酸化膜トラップ分流子３１ａによって捕捉され、酸化膜がビレット内質に侵入することはないが、空隙３３ａでビレットが変形すると、その変形程度により、上記捕捉が不完全で酸化膜がビレット内質に侵入し、製品中に酸化膜が混入する。
【００２６】
【表３】

【００２７】
［判定結果］
実施例１〜実施例４では、ビレットの安定した保形性を得ることができたことから、酸化膜がビレット内質に侵入することはなかった。特に実施例１および実施例３では、オシレーションマークの間隔およびその最大傾斜角が共に小さいことから、ビレットの保形性を高いレベルで実現することができた。以上の結果を確認するために、図５に実施例１の連続鋳造装置によって作製したビレットで製造した製品の表面写真を掲載する。これによれば、酸化膜の製品への混入は見受けられない。
【００２８】
これに対し、比較例１〜比較例４では、ビレットの安定した保形性を得ることができなかったことから、酸化膜がビレット内質に侵入した。以上の結果を確認するために、図６に比較例１の連続鋳造装置によって作製したビレットで製造した製品の表面写真を掲載する。これによれば、酸化膜の製品への混入がはっきりと見受けられる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、チクソキャスティング法による鋳造により製品を製造するに当たって、その素材となるビレットに形成されるオシレーションマークの間隔と、オシレーションマークの引抜き方向と直交する断面に対する最大傾斜角とを最適に設定したので、ビレットの安定した保形性を実現し、ひいては酸化膜のビレット内質への侵入を有利に防止することができることから、極めて有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いた水平連続鋳造装置の概要を示す側断面図である。
【図２】実施例１で製造されたビレットの外観を示す写真である。
【図３】比較例１で製造されたビレットの外観を示す写真である。
【図４】本発明の実施例で用いた射出成形装置の概要を示す側断面図である。
【図５】実施例１のビレットにより製造した製品の表面を示す写真である。
【図６】比較例１のビレットにより製造した製品の表面を示す写真である。
【符号の説明】
１０…一次モールド、２０…二次モールド、３０…固定側金型、３１…可動型金型、３２…トラップゲート、３３…スリーブ、３４…プランジャ。

Claims

間欠引抜きにより連続鋳造されるチクソキャスティング用ビレットにおいて、オシレーションマークの間隔を１０ｍｍ以下とするとともに、オシレーションマークの引抜き方向と直交する断面に対する最大傾斜角を４５°以下としたことを特徴とするチクソキャスティング用ビレット。
前記最大傾斜角を１５°以下としたことを特徴とする請求項１に記載のチクソキャスティング用ビレット。
請求項１または２に記載のチクソキャスティング用ビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法。
固相率を３０〜５０％としたことを特徴とする請求項３に記載のチクソキャスティング用ビレットを使用して加圧鋳造する鋳造方法。