JP5544639B2 - 鋳造品の熱処理方法および鋳造品の熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造品の熱処理方法および鋳造品の熱処理装置に関する。

例えばアルミニウムまたはその合金からなる鋳造品は、硬度等の調整を目的として各種の熱処理が行われる（特許文献１、特許文献２）。

特表２００９−５１３８３３ 特開２００３−７１５５７

ところで、アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理を大気下で行うと、鋳造品の周囲の雰囲気中の酸素によって表面が酸化してしまい、見た目の色調がねずみ色となって、光沢のある所望の色調が得られないという課題がある。このため、例えば炉内を減圧して窒素充填し、低酸素濃度雰囲気中で熱処理することも考えられるが、減圧や窒素充填する等の装置が必要となり、装置全体が大型化してしまい、また操作も厄介になるという課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは所望の色調の鋳造品を得ることができる鋳造品の熱処理方法および鋳造品の熱処理装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る鋳造品の熱処理方法は、密閉式の熱処理炉内に鋳造品を投入して、該熱処理炉内を加熱して前記鋳造品を熱処理する、鋳造品の熱処理方法において、前記熱処理時に、前記熱処理炉内に、鋳造品を投入すると共に、前記熱処理炉内の、投入した前記鋳造品の周りであって、前記熱処理炉内を加熱する熱源と前記鋳造品との間に、複数の可燃物を投入し、熱処理時に、前記鋳造品を加熱して熱処理するのと同時に前記可燃物も加熱して燃焼させることを特徴とする。

前記可燃物に、炭または練炭を好適に用いることができる。
アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理に特に好適である。
また、前記熱処理炉が密閉式の電気炉の場合に特に効果がある。

また、本発明に係る鋳造品の熱処理装置は、密閉式の熱処理炉内に載置された鋳造品を加熱して該鋳造品を熱処理する、鋳造品の熱処理装置において、前記熱処理炉は、有底筒状をなす外筒体と、該外筒体内に配置され、前記鋳造品が投入される有底筒状をなす内筒体と、前記外筒体と前記内筒体との間の空間内に配置された熱源と、前記内筒体内であって、前記鋳造物の周りに複数配置され、可燃物を収容可能な耐熱性の容器を具備し、前記鋳造品の熱処理時に、前記容器内に収容された可燃物が前記熱源により加熱されて燃焼されることを特徴とする。

前記可燃物に、炭または練炭を好適に用いることができる。
アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理に特に好適である。
また、前記熱処理炉が密閉式の電気炉の場合に特に効果がある。

請求項１、５記載の構成にすることによって、熱処理時に可燃物が燃焼するので炉内の雰囲気中の酸素が消費され、酸素濃度が低下することで、鋳造品の表面の酸化が抑制されて、より光沢色調にて熱処理され、外観品質が向上し、所望の色調の熱処理された鋳造品を得ることができる。
請求項２、６記載のように可燃物に炭あるいは練炭を用いることで、雰囲気中の酸素をより多く消費でき、炉内の酸素濃度がより低下することで、鋳造品の外観品質がより向上し、所望の色調の熱処理された鋳造品を得ることができる。
請求項３、７記載の構成のように、アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理に好適である。
特に、請求項４、８の構成とすることで、雰囲気中の酸素消費を好適に行え、鋳造品の表面の酸化が抑制されて、より光沢色調にて熱処理され、外観品質が向上し、所望の色調の熱処理された鋳造品を得ることができる。

本実施の形態における熱処理装置の概略的な断面図である。 容器の説明図である。 鋳造品の正面写真図である。 鋳造品の底面写真図である。 本熱処理品の表面の電子顕微鏡写真である。 従来品の表面の電子顕微鏡写真である。 本熱処理品の表面および従来品の表面の蛍光Ｘ線成分分析のグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は鋳造品の熱処理装置１０の一例を示す概略的な断面図である。本実施の形態の熱処理装置１０は縦型のバッチ炉となっている。
熱処理装置１０は、有底円筒状をなす外筒体１２と、有底円筒状をなし、外筒体１２内に載置される内筒体１４の二重筒体状を成す熱処理炉を有する。
外筒体１２は断熱材により構成されている。

外筒体１２の内壁面と内筒体１４の外壁面との間には所要の空間が形成され、この空間内に電気ヒーター１６が配設されていて、この電気ヒーター１６により内筒体１４内に載置される鋳造品が加熱されるようになっている。
鋳造品は、適宜な格子壁を有する収納箱１８内に、適宜な支持具（図示せず）により互いの外壁面が接しないように支持されて収容される。
２０は蓋体であり、外筒体１２および内筒体１４の上面側を閉塞するものである。

また、図示しないが、熱処理装置１０は、電気ヒーター１６に電力を供給する電源部を備えている。さらに熱処理装置１０は、熱処理炉内の温度を検出するセンサー、および、センサーにより検出される熱処理炉内の温度を所要設定温度となるように制御する温度制御装置（図示せず）を備えている。

内筒体１４内には本発明にしたがって、豆炭等の可燃物が収容可能な耐熱性の容器２２が配置される。
この容器２２は、空気が良く進入するように網状の側壁部を有する、上面側が解放された容器に形成されている。容器２２は、吊下具２４により内筒体１４の上縁に係止可能となっていて（図２）、内筒体１４内下部に吊り下げ状態で支持されている。２６は灰受皿である。容器２２は、熱処理炉内の空気（酸素）を良好に消費可能なように、上記のように、内筒体１４の下部に位置するように配置すると好適である。

容器２２は、可燃物の交換、補充等のために、内筒体１４の上方に引き上げ可能となっている。なお、容器２２は、内筒体１４内に固定的に配置されるものであってもよい。
また、容器２２は、熱処理炉の大きさに応じて、適宜複数個、内筒体１４の周方向に適宜間隔をおいて配置されるようになっている。

可燃物としては、炭、練炭（豆炭を含む）が好適であるが、これに限定されず、その他の固形燃料を用いることができる。場合によっては、練香のような可燃物であってもよいが、炎や煙が少ないものの方が、鋳造品に悪影響を及ぼさないので好適である。可燃物としては、取り扱い性から、豆炭が最適である。
可燃物の量は、熱処理炉の大きさによって適宜選択される。すなわち、熱処理中に、熱処理炉内の酸素を消費できるだけの量を、容器２２内に収容しておくとよい。

上記実施の形態では、熱処理装置１０として、円筒型の縦型炉を例にあげて説明したが、箱型であってもよく、また横型炉であってもよい。さらには、熱処理中に、可燃物の燃焼によって炉内の酸素が消費可能であれば、連続炉であってもよい。
なお、熱源としては、電気ヒーターの場合が好適である。熱源が電気ヒーターの場合には、燃焼方式ではないので、炉内の酸素が消費されず、鋳造品の酸化が起こりやすいからである。

次に、上記熱処理装置１０により鋳造品の熱処理を行う方法を説明する。
適宜リフト装置（図示せず）によって、蓋体２０を取り外す。また、収納箱１８を外に取り出し、収納箱１８内に、熱処理すべき鋳造品を収容する。さらに、容器２２を引き上げ、内部に豆炭等の可燃物を必要量収容し、再度内筒体１４内に吊り下げる。

リフト装置によって、収納箱１８を内筒体１４内に搬入し、また、蓋体２０によって熱処理炉を閉塞して準備を完了する。
図示しない電源を投入して、電気ヒーターに通電し、熱処理炉内を加熱する。例えばアルミニウムの溶体化処理の場合には、熱処理炉内の温度が、４５０〜５５０℃の範囲内の所要設定温度となるように、温度制御装置によって温度管理をし、所要時間熱処理を行う。

熱処理炉内が加熱されることによって、豆炭等の可燃物も加熱され、熱処理炉内に酸素が存在することから、可燃物が着火され、可燃物が燃焼する。
バッチ式の熱処理炉は密閉式であるので、可燃物の燃焼により、次第に酸素が消費され、熱処理炉内の酸素濃度が低くなる。これにより、鋳造品の酸化が抑制される。

図３は、車両のブレーキ装置の部品であるキャリパボディのアルミニウム鋳造品を熱処理（溶体化処理）した場合の表面状態を示す正面写真図、図４はその底面写真図である。各図中、左側が本実施形態の熱処理装置１０を用いて熱処理（可燃物：豆炭の燃焼）したサンプル、各図中、右側が従来の、可燃物を燃焼させない熱処理装置を用いて熱処理したサンプルである。左側の本実施品の方が右側の従来品よりも明らかに光沢があることがわかる。

アルミニウムまたはその合金の表面が酸化されると、鋳造品表面に粒状物質が多く確認できる。図５は、本熱処理品の表面の電子顕微鏡写真、図６は従来品の表面の電子顕微鏡写真である。従来品の表面に多くの粒状物が確認できる。従来品の表面に形成される粒状物は、図７の蛍光Ｘ線成分分析のグラフに示されるように、ＳｉおよびＭｇの酸化物である。これらの粒状酸化物が多く形成される結果、光沢が失われ、ねずみ色の色調となる。

以上の実施の形態では、アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理について説明したが、鉄またはその合金等の他の金属の鋳造品の熱処理においても同様に適用できる。

１０ 熱処理装置
１２ 外筒体
１４ 内筒体
１６ 電気ヒーター
１８ 収容箱
２０ 蓋体
２２ 容器
２４ 吊り具
２６ 灰受皿

Claims (8)

1. 密閉式の熱処理炉内に鋳造品を投入して、該熱処理炉内を加熱して前記鋳造品を熱処理する、鋳造品の熱処理方法において、
   前記熱処理時に、前記熱処理炉内に、鋳造品を投入すると共に、前記熱処理炉内の、投入した前記鋳造品の周りであって、前記熱処理炉内を加熱する熱源と前記鋳造品との間に、複数の可燃物を投入し、
   熱処理時に、前記鋳造品を加熱して熱処理するのと同時に前記可燃物も加熱して燃焼させることを特徴とする鋳造品の熱処理方法。
2. 前記可燃物に、炭または練炭を用いることを特徴とする請求項１記載の鋳造品の熱処理方法。
3. アルミニウムまたはその合金からなる鋳造品の熱処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の鋳造品の熱処理方法。
4. 前記熱処理炉が密閉式の電気炉であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の鋳造品の熱処理方法。
5. 密閉式の熱処理炉内に載置された鋳造品を加熱して該鋳造品を熱処理する、鋳造品の熱処理装置において、
   前記熱処理炉は、
   有底筒状をなす外筒体と、
   該外筒体内に配置され、前記鋳造品が投入される有底筒状をなす内筒体と、
   前記外筒体と前記内筒体との間の空間内に配置された熱源と、
   前記内筒体内であって、前記鋳造物の周りに複数配置され、可燃物を収容可能な耐熱性の容器を具備し、
   前記鋳造品の熱処理時に、前記容器内に収容された可燃物が前記熱源により加熱されて燃焼されることを特徴とする鋳造品の熱処理装置。
6. 前記可燃物が炭または練炭であることを特徴とする請求項５記載の鋳造品の熱処理装置。
7. 前記鋳造品は、アルミニウムまたはその合金からなることを特徴とする請求項５または６記載の鋳造品の熱処理装置。
8. 前記熱処理炉が、密閉式の電気炉であることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の鋳造品の熱処理装置。