JP4291750B2 - 温度管理法及び半溶融鋳造法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に固相成分と液相成分とが共存する半溶融・半凝固金属の温度を管理する方法、及び半溶融・半凝固金属を鋳造する半溶融・半凝固鋳造法に関する。

鋳造材料に加熱処理を施して、固相成分と液相成分とが共存する半溶融・半凝固鋳造材料を調製し、次いで、その半溶融・半凝固鋳造材料を攪拌しつつ容器のノズルを介して鋳型に鋳込んだり、鋳型のキャビティに加圧充填する半溶融・半凝固鋳造法が知られている。この鋳造法はチクソキャスティング法(Ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ)又はレオキャスト法(Ｒｈｅｏｃａｓｔｉｎｇ)とも言われている。半溶融・半凝固状態にある合金金属は、ある程度流動性があり、成形中にガスの巻き込みが少なく、結晶粒が均一となるため、鋳造品の機械的性質を向上させることができる。

半溶融・半凝固鋳造法では、容器内の溶湯を温度制御して固液共存状態とするために、半溶融・半凝固状態の溶湯の温度制御が鋳造品の品質管理上重要となっている。そこで、下記特許文献１及び２には、特定のシース熱電対を用いることが開示されている。具体的には、アルミニウムを半溶融状態で金型内に射出して成形する鋳造法の溶融金属の温度測定において、熱電対を溶湯中に間欠的に挿入し、短い応答時間で測定することを目的として、セラミックスコーティングを施したシース熱電対を溶融金属中に浸漬した後、シース熱電対を所定の周波数で揺動させることにより、シース熱電対に付着する溶融金属の成長を抑えている。
特開平９−２１０８０５号公報 特開平１０−２７２５４８号公報

特許文献１及び２に記載の、セラミックコーティングを施したシース熱電対を用いる場合では、熱電対の先端に半溶融状態の溶湯が付着し、繰り返しの測定が不可能となる。又、アルミニウムの付着を避ける為、ビレット表面に触れさせるだけでは、正確な温度測定ができない。温度測定の代わりにビレットの硬度を測定する場合でも同様の問題がある。これは、半溶融状態であっても、液体部が存在する為、一旦接触させると測定部にアルミニウムが付着し酸化アルミニウムとなり、２回目の温度測定以降、この酸化アルミニウムが邪魔をして、正確な温度測定、硬度測定が不可能となるためである。

本発明は、半溶融・半凝固状態の溶湯の温度管理を、熱電対による温度測定に代わる方法で行うことを目的とする。

半溶融・半凝固状態の溶湯の温度管理を非接触で行うことにより、熱電対による接触測定におけるようなアルミニウム等の溶融金属の付着をなくし、繰返し温度測定を可能とした。

即ち、本発明は、半溶融・半凝固鋳造法において、加熱又は冷却による金属組織の変化に基づいて発生する音の音圧及び／又は周波数を測定し、音圧−金属温度及び／又は周波数−金属温度の関係より、金属温度を管理する工程を有する。一具体例としては、半溶融鋳造法において、ビレット加熱による金属組織の変化に基づいて発生する音の音圧及び／又は周波数を測定し、音圧−ビレット温度及び／又は周波数−ビレット温度の関係より、ビレット温度を管理する工程を有する。ここで、半溶融鋳造法が用いられるものであればビレットとしては限定されないが、アルミニウム合金が好ましく例示される。

より具体的には、アルミニウム合金のビレットを用いる半溶融鋳造法では、（１）ビレット加熱時に発生する音の音圧を測定し、音圧が約０．０４Ｐａから約０．０２Ｐａに変化した時点で、ビレット温度を約５８４℃と推定する、（２）ビレット加熱時に発生する音の周波数を測定し、周波数が約４８０Ｈｚから約４５０Ｈｚに変化した時点で、ビレット温度を約５８４℃と推定する。

半溶融・半凝固状態の溶湯の温度管理を非接触で行うことにより、熱電対による接触測定におけるようなアルミニウム等の溶融金属の付着をなくし、繰返し温度測定を可能とした。

本発明を適用し得るビレット材料（鋳造用金属）としては、アルミニウムやその合金、又はマグネシウム合金，亜鉛合金，銅又はその合金，鉄系の合金，等の金属を例示することができるが、これらに限定されるものではない。

媒質の音のある状態での圧力は、音の無い様態での圧力を中心として振動・変化する。本発明において、音圧とは、この媒質の圧力の振動・変化部分を言う。音圧及び／又は周波数を測定するには、市販の音量計を用いることができる。

ビレットを加熱すると、ビレット内のアルミニウム合金等の組織の変化に伴い、音圧が変化する。これは、常温では、アルミニウム合金が固体状態であったものが、加熱に伴い、液体状態に変化し、振動数が変化する為である。固−液状態の温度域で音圧が変化する為、この音圧とビレット温度との関係により、実温度を推定することが可能となる。同様に、ビレット温度の変化に伴い、発生する音の周波数も変化する。この為、この周波数とビレット温度との関係から、実温度を推定することが可能となる。本発明は、上記の音圧、周波数を制御因子とした温度管理及び制御方法である。

以下、実施例を示す。
径８０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒状のアルミニウム合金（成分は、Ｃｕ：３％、Ｓｉ：８％、Ｍｇ：０．１％、残Ａｌ）を周波数３ＫＨｚで誘導加熱した。

加熱工程で、音量計として騒音計（リオン社製）を用いて集音し、音圧レベル（ｄＢ）から音圧（Ｐａ）に換算した。音圧が０.０４Ｐａから０.０２Ｐａになった時点で加熱を停止した。図１に、別途測定した、加熱時のビレット温度と音圧の関係を示す。音圧が０.０４Ｐａから０.０２Ｐａになった時の温度を測定すると、５８４℃±２℃であり、ほぼ固相５０％液相５０％であることを確認した。

同様に、加熱工程で測定した騒音計データから周波数を解析し、周波数が４８０ＨＺから４５０Ｈｚに変化した時点で加熱を停止した。図２に、別途測定した、加熱時に発生する音の周波数と音圧の関係を示す。図１と図２より、周波数が４８０ＨＺから４５０Ｈｚに変化した場合も、ビレット温度は同じく５８４℃±２℃であり、ほぼ固相５０％液相５０％であることを確認した。

この結果より、ビレット加熱時に発生する音の音圧及び／又は周波数を測定することにより、常温では固体状態であったビレット内のアルミニウム合金組織が、加熱に伴い、液体状態に変化する温度域を非接触で正確に管理することができることが分かる。

半溶融・半凝固状態の溶湯の温度管理を非接触で行うことにより、半溶融・半凝固鋳造法により作製された鋳造品の品質向上に役立つ。

加熱時に発生する音のビレット温度と音圧の関係を示す図。 加熱時に発生する音の周波数と音圧の関係を示す図。

Claims (6)

1. 半溶融鋳造状態を有する金属の温度管理法において、誘導加熱により発生する音の音圧及び／又は周波数を測定し、加熱による金属組織の変化に基づく音圧−金属温度及び／又は周波数−金属温度の関係より、金属温度を管理することを特徴とする温度管理法。
2. 半溶融鋳造法において、誘導加熱により発生する音の音圧及び／又は周波数を測定し、加熱による金属組織の変化に基づく音圧−金属温度及び／又は周波数−金属温度の関係より、金属温度を管理する工程を有することを特徴とする半溶融鋳造法。
3. 半溶融鋳造法において、ビレットを誘導加熱することにより発生する音の音圧及び／又は周波数を測定し、金属組織の変化に基づく音圧−ビレット温度及び／又は周波数−ビレット温度の関係より、ビレット温度を管理する工程を有することを特徴とする半溶融鋳造法。
4. 前記ビレットがアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項３に記載の半溶融鋳造法。
5. 成分がＣｕ：３％、Ｓｉ：８％、Ｍｇ：０．１％、残Ａｌであるビレットを誘導加熱することにより発生する音の音圧を測定し、音圧が０．０４Ｐａから０．０２Ｐａに変化した時点で、ビレット温度を５８４℃±２℃と推定することを特徴とする請求項４に記載の半溶融鋳造法。
6. 成分がＣｕ：３％、Ｓｉ：８％、Ｍｇ：０．１％、残Ａｌであるビレットを誘導加熱することにより発生する音の周波数を測定し、周波数が４８０Ｈｚから４５０Ｈｚに変化した時点で、ビレット温度を５８４℃±２℃と推定することを特徴とする請求項４に記載の半溶融鋳造法。

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