JP4930855B2 - 鋳物の鋳造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋳物の鋳造方法、より詳しくは、結晶方向を制御した鋳物の鋳造方法に関する。
従来、材料の結晶方向を制御する方法として応力を印加する方法と磁場を印加する方法は公知である。応力を印加する方法は特定方向からしか配向制御できない。磁場を印加する方法は、非接触でも任意の配向制御が可能であるという特徴を有する。しかし、その方法は磁気異方性を有する物質のみが対象となる（特許文献１）。従って、従来のいずれの方法でも磁気異方性を有しない材料に対して任意の方向に配向制御することはできない。
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたもので、鋳物の鋳造方法において、磁気異方性を有しない材料に対して任意の方向に配向制御することができる鋳造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明における鋳造方法は、溶湯に結晶粒を微細化する金属化合物を添加する工程と、磁気トルクにより該金属化合物の方向を揃える工程と、方向の揃った金属化合物を核として該金属化合物の周りから溶湯の凝固を開始することを特徴とする。
本発明によれば、任意の方向に配向した鋳物の製造を磁気異方性を有した核を媒介して凝固中に達成する。
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明は、溶湯に結晶粒を微細化する金属化合物を添加する工程と、磁気トルクにより該金属化合物の方向を揃える工程と、方向の揃った金属化合物を核として該金属化合物の周りから溶湯の凝固を開始することを特徴とする。
ここで、本発明において、「溶湯」とは液相線以上の温度の溶融した金属又は金属合金をいう。本発明において「溶湯」は、a軸、b軸、ｃ軸の磁化率差のない立方晶の実用金属を母材とする。例えば、アルミニウム、銅などである。
「溶湯」の一例としては、Ａl-Ｓi系の共晶合金が挙げられる。「溶湯」がアルミ溶湯の場合には、例えば、Ａl-６mass％Ｓi合金が挙げられる。これにより、Ａlの結晶が回転可能な条件を作ることができる。
「溶湯」の一例としては、Ａl-Ｓi系の共晶合金が挙げられる。「溶湯」がアルミ溶湯の場合には、例えば、Ａl-６mass％Ｓi合金が挙げられる。これにより、Ａlの結晶が回転可能な条件を作ることができる。
また、「結晶粒を微細化する金属化合物」には、例えば、チタン合金が挙げられる。チタン合金のうち、Ｔi-Ｂ系またはＡｌ-Ｔｉ-Ｂ系の合金が好ましい。更に、この金属化合物はＴiＢ２であることが好ましい。また、金属化合物の大きさは、メジアン径で１乃至７μｍ、より好ましくは、２．５乃至３．１μｍであることが好ましい。
以下、実施例に基づき発明を説明する。図１は、本発明の実施例に用いるＴiＢ２の結晶磁気異方性を確認した予備実験である。
図1において、容器1の中に水Ｗと金属化合物ＩとしてのＴiＢ２を入れ、分散させ、静磁場を印加した場合と、印加しなかった場合で、Ｘ線結晶構造解析（ＸＲＤ測定）を行なった。
ここで、磁場の印加は超伝導磁石を用いて行なった。
図２に、このＸＲＤ測定の結果を示す。図２において、磁場を印加しなかった場合（上部）と比べて、磁場（４．５Ｔ）を印加した場合（下部）は、回折ピーク（１００）及び（１１０）が増加し、一方、回折ピーク（１０１）が減少した。この結果、ＴiＢ２のｃ軸と磁場印加方向は平行になることが推定できた。
図1において、容器1の中に水Ｗと金属化合物ＩとしてのＴiＢ２を入れ、分散させ、静磁場を印加した場合と、印加しなかった場合で、Ｘ線結晶構造解析（ＸＲＤ測定）を行なった。
ここで、磁場の印加は超伝導磁石を用いて行なった。
図２に、このＸＲＤ測定の結果を示す。図２において、磁場を印加しなかった場合（上部）と比べて、磁場（４．５Ｔ）を印加した場合（下部）は、回折ピーク（１００）及び（１１０）が増加し、一方、回折ピーク（１０１）が減少した。この結果、ＴiＢ２のｃ軸と磁場印加方向は平行になることが推定できた。
次いで、アルミニウムとＴiＢ２の整合性について検討する。図３に、アルミニウムの結晶方位が揃うメカニズムを整理した図を示す。
図３において、ＴiＢ２の〔２０００〕とＡlの〔１１０〕が接合し、ＴiＢ２の〔０００２〕とＡlの〔１１１〕が接合する。ＴiＢ２の結晶磁気異方性から、ＴiＢ２の〔０００1〕と磁場は平行、即ち、磁場とアルミニウムの〔１１１〕は平行な結晶が得られると考えられる。
図1と同様な方法で、容器1の中にＡl-６mass％Ｓi合金の溶湯と金属化合物ＩとしてのＴiＢ２を添加し、分散させ、磁場を印加した場合と、印加しなかった場合で、Ｘ線結晶構造解析（ＸＲＤ測定）を行なった。なお、Ａl-６mass％Ｓi合金の溶湯はガラス-スラグ法で予め不純物を取り除いている。実験条件は、表２の通りである。即ち、溶湯にＴiＢ２を添加する工程と、磁気トルクによりＴiＢ２の方向を揃える工程と、方向の揃ったＴiＢ２を核として該ＴiＢ２の周りから溶湯の凝固を開始させ鋳物を得た。表1に実験条件を示す。
なお、本発明において、ＴiＢ２の他にＴｉ、Ｂを添加しているが、基本的には、ＴiＢ２の〔２０００〕が活用できればよい。
図４に、実施例２のＸＲＤ測定の結果を示す。図４はサンプル1乃至４に磁場を印加しなかった場合（サンプル１及び３）と、磁場（１０Ｔ）を印加した場合（サンプル２、４）で（表1）、各サンプルが凝固した鋳物と参照用アルミニウム（ＪＣＰＤＳデータ）を比較した結果を示す。
この結果、アルミニウム（１１１）と磁場印加方向は平行になることが確認できた。
上記の説明から明らかなように、本発明は、溶湯に結晶粒を微細化する金属化合物を添加する工程と、磁気トルクにより該金属化合物の方向を揃える工程と、方向の揃った金属化合物を核として該金属化合物の周りから溶湯の凝固を開始することから、磁気異方性を有しない材料に対して任意の方向に配向制御することができた。
上記の説明から明らかなように、本発明は、溶湯に結晶粒を微細化する金属化合物を添加する工程と、磁気トルクにより該金属化合物の方向を揃える工程と、方向の揃った金属化合物を核として該金属化合物の周りから溶湯の凝固を開始することから、磁気異方性を有しない材料に対して任意の方向に配向制御することができた。
尚、本実施例においては、アルミ溶湯を用いたが、銅溶湯でも同様の効果は得られる。また、添加する金属化合物としてはＴiＢ２である必要はない。ＴiＢ２であると、接種剤として使用されているので、結晶粒の微細化のみならず機械的性質などを向上させることが知られているので実用的である。
本発明は、磁気異方性を有しない材料の溶湯に対して任意の方向に配向制御することができるため、その実用的効果は著大である。
１ 容器
Ｗ 水
Ｉ 金属化合物
Ｗ 水
Ｉ 金属化合物
Claims (8)
- 溶湯に結晶粒を微細化する金属化合物を添加する工程と、磁気トルクにより該金属化合物の方向を揃える工程と、方向の揃った金属化合物を核として該金属化合物の周りから溶湯の凝固を開始することを特徴とする鋳物の鋳造方法。
- 溶湯に添加した金属化合物の結晶方向を磁気トルクにより配向させながら溶湯を凝固させることを特徴とする鋳物の鋳造方法。
- 前記溶湯は、立方晶（ＢＣＣ）で非磁性体であるアルミニウム又は銅の溶湯を使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳物の鋳造方法。
- 前記溶湯は、Ａl-Ｓi系の共晶合金であることを特徴とする請求項３に記載の鋳物の鋳造方法。
- 前記金属化合物は、チタン合金であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋳物の鋳造方法。
- 前記金属化合物はＴi-Ｂ系またはＡｌ-Ｔｉ-Ｂ系の合金であることを特徴とする請求項５に記載の鋳物の鋳造方法。
- 前記金属化合物はＴiＢ２であることを特徴とする請求項６に記載の鋳物の鋳造方法。
- 前記金属化合物はメジアン径で１乃至７μｍであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の鋳物の鋳造方法。
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