JP5960634B2 - Manufacturing method of casting made of Al-Si-Cu eutectic alloy - Google Patents

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Description

本発明は、Al-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a casting made of an Al—Si—Cu eutectic alloy.

各種金属からなる溶湯へ超音波を照射することにより、溶湯内に音響流や超音波キャビテーションを発生させて溶湯に振動を加え、凝固組織の微細化を図る方法が一般におこなわれている。   Generally, there is a method in which a molten metal made of various metals is irradiated with ultrasonic waves to generate an acoustic flow or ultrasonic cavitation in the molten metal, and the molten metal is vibrated to refine the solidified structure.

そして特許文献1には、過共晶のAl-Si系合金溶湯の冷却過程において該溶湯に超音波振動を付与して初晶α-Alを晶出させる鋳物の鋳造方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a casting method for casting in which primary vibration α-Al is crystallized by applying ultrasonic vibration to the molten eutectic Al—Si alloy melt in the cooling process.

ところで、Al-SiにさらにCuが合金化されたAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品は、Al-Si系合金からなる鋳造品に比してその引張強度が向上することが知られている。   By the way, it is known that a cast product made of an Al-Si-Cu eutectic alloy in which Cu is further alloyed with Al-Si has an improved tensile strength compared to a cast product made of an Al-Si alloy. It has been.

しかしながら、合金にCuが含まれることで、Al-Si-Cu系共晶合金(亜共晶合金、過共晶合金も含むものとする)からなる鋳造品ではCuAl2が生成され、このCuAl2によって鋳造品の延性(もしくは伸び率)が低下することが課題となっている。 However, by including the Cu alloy, Al-Si-Cu-based eutectic alloy CuAl 2 is produced in a casting made of (hypoeutectic alloy, is intended to include also hypereutectic alloy), coined by the CuAl 2 The problem is that the ductility (or elongation) of the product decreases.

特開2011−45909号公報JP 2011-45909 A

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、Al-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品に関し、高い引張強度を有することに加えて延性も向上させることのできるAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and relates to a cast product made of an Al-Si-Cu eutectic alloy. In addition to having high tensile strength, Al-Si- that can improve ductility It aims at providing the manufacturing method of the castings which consist of Cu system eutectic alloy.

前記目的を達成すべく、本発明によるAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法は、Al-Si-Cu系共晶合金を液相線温度以上として該共晶合金の溶湯を生成し、液相線温度以上の温度から共晶温度に低下するまで該溶湯に超音波を照射する第1のステップ、共晶温度を維持しながら前記溶湯への超音波の照射を継続する第2のステップ、第2のステップで得られた溶湯を鋳造して鋳造品前駆体を製造する第3のステップ、前記鋳造品前駆体を時効処理して鋳造品を製造する第4のステップからなるものである。   In order to achieve the above object, a method for producing a cast product comprising an Al-Si-Cu eutectic alloy according to the present invention comprises a molten Al-Si-Cu eutectic alloy at a liquidus temperature or higher. The first step of irradiating the molten metal with ultrasonic waves until the temperature drops from the temperature equal to or higher than the liquidus temperature to the eutectic temperature, the ultrasonic irradiation to the molten metal is continued while maintaining the eutectic temperature. From the second step, the third step of producing the cast product precursor by casting the molten metal obtained in the second step, and the fourth step of producing the cast product by aging the cast product precursor. It will be.

本発明の鋳造方法は、Al-Si-Cu系共晶合金からなる溶湯の冷却過程で液相線温度以上の温度から共晶温度に低下するまでの間に超音波を照射することのみならず、共晶温度を一定時間維持しながら溶湯への超音波の照射を継続することに一つ目の特徴があり、得られた溶湯から鋳造品前駆体を製造した後、この鋳造品前駆体に時効処理をおこなって鋳造品を製造することに二つ目の特徴がある。なお、「共晶温度に低下するまで」とは、厳密に共晶温度であることのみならず、共晶温度付近(たとえば570℃が共晶温度の場合に、570〜580℃程度)をも含む意味である。   The casting method of the present invention not only irradiates the ultrasonic wave during the cooling process of the molten metal composed of the Al—Si—Cu eutectic alloy until the temperature falls from the temperature above the liquidus temperature to the eutectic temperature. The first feature is to continue the irradiation of ultrasonic waves to the molten metal while maintaining the eutectic temperature for a certain period of time, and after producing a cast product precursor from the obtained molten metal, The second feature is to produce a cast product by performing an aging treatment. Note that “until the eutectic temperature is lowered” means not only strictly the eutectic temperature but also around the eutectic temperature (for example, about 570 to 580 ° C. when 570 ° C. is the eutectic temperature). Including meaning.

上記する一つ目の特徴により、まず、溶湯が液相線温度以上の温度状態から超音波照射を実施することで、初晶Siの微細粒状化を図ることができる。この超音波照射にて溶湯中にキャビテーションを発生させたり、あるいは高圧化を図ることにより、合金を非平衡化して結晶析出形態を制御することができる。   According to the first feature described above, first, the primary crystal Si can be finely granulated by performing ultrasonic irradiation from a temperature state in which the molten metal is higher than the liquidus temperature. By cavitation in the molten metal by this ultrasonic irradiation, or by increasing the pressure, the alloy can be non-equilibrium and the crystal precipitation form can be controlled.

そして、溶湯が共晶温度まで低下し、さらにこの共晶温度を一定時間維持している過程で超音波の照射が継続されることにより、非平衡粒状α-Alを晶出させることができる。仮に共晶温度到達後に超音波照射を停止してしまうと、非平衡α-Alと初晶Siの晶出が抑制され、この停止直後に共晶として晶出することとなり、共晶合金における初晶Si晶出が少ないことで鋳造品の耐摩耗性の向上を図ることが難しくなる。   The melt is lowered to the eutectic temperature, and the ultrasonic irradiation is continued in the process of maintaining the eutectic temperature for a certain time, whereby non-equilibrium granular α-Al can be crystallized. If the ultrasonic irradiation is stopped after the eutectic temperature is reached, crystallization of nonequilibrium α-Al and primary Si is suppressed, and immediately after this stop, crystallization occurs as a eutectic. It is difficult to improve the wear resistance of the cast product due to the small amount of crystal Si crystallization.

また、過共晶の場合に初晶Siが増えすぎた状態で共晶温度にて超音波照射を停止してしまうと、非平衡化して高温で晶出した初晶Siの保温効果によって初晶Si間の共晶が徐冷する結果、共晶Siが粗大化するといった問題もあるが、本発明の第2のステップにてこの問題は生じ得ない。   In addition, in the case of hypereutectic, if the ultrasonic irradiation is stopped at the eutectic temperature while the primary crystal Si has increased too much, the primary crystal is caused by the thermal insulation effect of the primary crystal that has crystallized at a high temperature due to non-equilibrium. Although there is a problem that the eutectic Si is coarsened as a result of the slow cooling of the eutectic between Si, this problem cannot occur in the second step of the present invention.

なお、この「一定時間」の一例として1分程度を挙げることができる。   An example of the “certain time” is about 1 minute.

ここで、冷却過程にある金属の溶湯に超音波を照射して振動を付与しながらその凝固を図ることを「ソノ凝固」と称することができる。   Here, solidification while applying vibration by applying ultrasonic waves to a molten metal in the cooling process can be referred to as “Sono solidification”.

なお、本発明者等の検証によれば、溶湯が共晶温度まで低下しない段階で急冷して鋳造工程に移行してしまうと、デンドライト状のα-Alが確認されるものの、非平衡粒状α-Alが晶出しないことが特定されている。   According to the verification by the present inventors, when the molten metal is rapidly cooled to the eutectic temperature and shifted to the casting process, although dendritic α-Al is confirmed, the non-equilibrium granular α It has been specified that -Al does not crystallize.

このようにソノ凝固によって初晶Siが微細化されることで最終的に製造される鋳造品の引張強度が向上する。   In this way, the primary crystal Si is refined by sono-solidification, whereby the tensile strength of the cast product finally produced is improved.

しかしながら、このソノ凝固によって粒状α-Alが晶出しているにも関わらず、最終的に製造される鋳造品の延性(伸び率、破断伸び)が改善されないこともまた本発明者等によって特定されている。   However, it has also been specified by the present inventors that the ductility (elongation rate, elongation at break) of the finally produced cast product is not improved in spite of the granular α-Al being crystallized by sono-solidification. ing.

これは、合金成分がCuを含んでいるためにCuAl2が生成され、これが延性低下の要因となっているためである。 This is because CuAl 2 is generated because the alloy component contains Cu, and this is a cause of a decrease in ductility.

そこで、上記する二つ目の特徴である、鋳造品前駆体に時効処理をおこなって鋳造品を製造するものである。   Therefore, the cast product is manufactured by subjecting the cast product precursor to an aging treatment, which is the second feature described above.

一般に、時効処理をおこなうことで鋳造品の機械的特性、特に硬さが高くなるものであるが、本発明者等の検証によれば、鋳造品前駆体に時効処理をおこなうことで、共晶組織中に偏析したCuAl2を消滅させることができ、もって粒状α-Alによる延性効果を得ることができ、鋳造品の延性を向上できることが特定されている。 Generally, mechanical properties of cast products, especially hardness, are increased by performing aging treatment, but according to the verification by the present inventors, eutectic is obtained by performing aging treatment on the cast product precursor. It has been specified that CuAl 2 segregated in the structure can be eliminated, the ductility effect of granular α-Al can be obtained, and the ductility of the cast product can be improved.

ここで、時効処理としては、溶体化処理を施した後に進んで冷間加工をおこなうことなく、人工時効硬化処理をおこなうT6処理を挙げることができる。   Here, examples of the aging treatment include a T6 treatment in which an artificial age hardening treatment is performed without performing cold working after the solution treatment.

このように、本発明による第1のステップ〜第4のステップを実行してAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品を製造することにより、高い引張強度と延性の双方を備えたAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品を製造することができる。   Thus, by performing the first step to the fourth step according to the present invention to produce a cast product made of an Al-Si-Cu eutectic alloy, Al having both high tensile strength and ductility. Cast products made of -Si-Cu eutectic alloy can be manufactured.

以上の説明から理解できるように、本発明のAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法によれば、Al-Si-Cu系共晶合金からなる溶湯の冷却過程で液相線温度以上の温度から共晶温度に低下するまでの間に超音波を照射するとともに、共晶温度を一定時間維持しながら溶湯への超音波の照射を継続し、得られた溶湯から鋳造品前駆体を製造した後にこの鋳造品前駆体に時効処理をおこなって鋳造品を製造することにより、高い引張強度と延性の双方を備えたAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品を製造することができる。   As can be understood from the above description, according to the method for producing a cast product comprising an Al-Si-Cu eutectic alloy of the present invention, the liquid phase is cooled during the cooling process of the molten metal comprising the Al-Si-Cu eutectic alloy. While irradiating the ultrasonic wave from the temperature above the line temperature to the eutectic temperature, and continuing to irradiate the molten metal while maintaining the eutectic temperature for a certain period of time, casting from the resulting molten metal After the precursor is manufactured, the casting precursor is subjected to aging treatment to produce a cast product, thereby producing a cast product made of an Al-Si-Cu eutectic alloy with both high tensile strength and ductility. can do.

本発明の製造方法で適用する鋳造装置を模擬した図である。It is the figure which simulated the casting apparatus applied with the manufacturing method of this invention. 溶湯の時間−温度グラフであって、本発明の製造方法を説明した図である。It is the time-temperature graph of a molten metal, Comprising: It is the figure explaining the manufacturing method of this invention. 実験1(通常凝固の場合とソノ凝固の場合)で使用する合金組成と温度−固相率グラフを示した図である。It is the figure which showed the alloy composition used in Experiment 1 (in the case of normal solidification and the case of sono solidification), and a temperature-solid phase ratio graph. 実験1における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition in Experiment 1, and the structure | tissue photograph figure. 実験2(微細な初晶Si晶出条件)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition and structure | tissue photograph figure in Experiment 2 (fine primary-crystal Si crystallization conditions). 実験3(非平衡α-Al晶出条件)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition and structure | tissue photograph figure in the experiment 3 (non-equilibrium (alpha) -Al crystallization conditions). 実験4(通常凝固とソノ凝固の比較)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition and structure | tissue photograph figure in Experiment 4 (comparison of normal coagulation and sono coagulation). 実験4における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the tensile strength and breaking elongation of the cast in Experiment 4. 実験5(CuAl2による破断伸びへの影響検討)における組織写真図を示した図である。It is a diagram showing a structure photograph view in Experiment 5 (Effect Study of the elongation at break by CuAl 2). 実験5における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the tensile strength and breaking elongation of the cast in Experiment 5. 実験6(ソノ凝固による共晶Siの変化確認)における組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the structure | tissue photograph figure in Experiment 6 (change confirmation of eutectic Si by sono solidification). 実験7(共晶Siの形態による引張特性の変化確認)における組織写真図と引張強度および破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the structure | tissue photograph figure in Experiment 7 (change confirmation of the tensile characteristic by the form of eutectic Si), tensile strength, and elongation at break. 実験8(共晶温度における一定時間の超音波照射の有無による効果検討)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition and structure | tissue photograph figure in Experiment 8 (effect examination by the presence or absence of ultrasonic irradiation for a fixed time in eutectic temperature). 実験8における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the tensile strength and breaking elongation of the cast in Experiment 8. 実験9(初晶Si量と引張特性の関係特定)における組織写真図である。It is a structure photograph figure in experiment 9 (relationship specification of primary crystal Si amount and tensile properties). 実験9における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the tensile strength and breaking elongation of the cast in Experiment 9. 実験10(低Si濃度合金を用いたヘテロ構造の創成)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。It is the figure which showed the time-temperature condition and structure | tissue photograph figure in Experiment 10 (creation of the heterostructure using a low Si concentration alloy). 実験10における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。It is the figure which showed the measurement result of the tensile strength and breaking elongation of the cast in Experiment 10.

以下、図面を参照して本発明のAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法の実施の形態を製造装置とともに説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for producing a casting made of an Al—Si—Cu eutectic alloy of the present invention will be described together with a production apparatus with reference to the drawings.

(製造装置について)
図1は本発明の製造方法で適用する鋳造装置を模擬した図である。図示する鋳造装置10は、冷却過程にある金属溶湯に超音波を照射して超音波加振しながら凝固させるための装置であり、超音波発生部1、処理容器2、処理容器固定部3、熱電対4、上下プレート5、6、図示しない溶湯温度調整部を備えている。
(About manufacturing equipment)
FIG. 1 is a diagram simulating a casting apparatus applied in the manufacturing method of the present invention. A casting apparatus 10 shown in the figure is an apparatus for irradiating a molten metal in a cooling process with ultrasonic waves and solidifying while ultrasonically oscillating, an ultrasonic generator 1, a processing vessel 2, a processing vessel fixing unit 3, The thermocouple 4, the upper and lower plates 5 and 6, and a melt temperature adjusting unit (not shown) are provided.

超音波発生部1は、超音波伝達部である超音波ホーン7と、この超音波ホーン7の底部に連接される超音波振動子8から大略構成される。超音波ホーン7は、超音波振動子8で発生させた所定方向(本実施形態においては図1に示す矢印方向)の振動エネルギーを被伝達物に伝達する金属製(Ti-6Al-4V(mass%)合金製)の共鳴体である。   The ultrasonic generator 1 is generally composed of an ultrasonic horn 7 that is an ultrasonic transmission unit and an ultrasonic vibrator 8 that is connected to the bottom of the ultrasonic horn 7. The ultrasonic horn 7 is made of a metal (Ti-6Al-4V (mass) that transmits vibration energy in a predetermined direction (in the present embodiment, the arrow direction shown in FIG. 1) generated by the ultrasonic vibrator 8 to the object to be transmitted. %) Alloy).

超音波ホーン7の上端面は被伝達物である処理容器2の底部を当接して載置することが可能な形状を有し、その外周面はホーン自身の空冷効果を高めるためにフィン形状に加工されている。また、超音波振動子8は、図示しない超音波発振器を介して高周波電源に接続されており、所定の振動条件の超音波振動を発生させることが可能である。ここでは、超音波振動の周波数帯は、17kH〜25kHにあることが好ましい。   The upper end surface of the ultrasonic horn 7 has a shape that can be placed in contact with the bottom of the processing container 2 that is a transmission object, and its outer peripheral surface has a fin shape to enhance the air cooling effect of the horn itself. Has been processed. Further, the ultrasonic transducer 8 is connected to a high frequency power source via an ultrasonic oscillator (not shown), and can generate ultrasonic vibration under a predetermined vibration condition. Here, the frequency band of the ultrasonic vibration is preferably in the range of 17 kH to 25 kH.

処理容器2はコップ状の金属製るつぼ(上部内径40mm、底部内径30mm、有効深さ33mmのSUS304製容器)であり、本実施形態ではAl-Si-Cu系合金溶湯が貯留される。   The processing vessel 2 is a cup-shaped metal crucible (a SUS304 vessel having an upper inner diameter of 40 mm, a bottom inner diameter of 30 mm, and an effective depth of 33 mm). In this embodiment, the Al—Si—Cu alloy melt is stored.

処理容器固定部3は上下方向に伸縮可能であるロッド3aを有するエアシリンダであり、ロッド3aの先端にはロッド3aが下方(処理容器2側)に伸長して処理容器2の上端部を押えるための緩衝材3bを備える。処理容器固定部3は、エアシリンダのロッド3aを下方に伸長し、緩衝材3bの下面を処理容器2の上端部に当接し、処理容器2の上端部を超音波ホーン7側に所定圧にて押圧することで処理容器2が動かないように固定することが可能である。   The processing container fixing unit 3 is an air cylinder having a rod 3a that can be expanded and contracted in the vertical direction. The rod 3a extends downward (processing container 2 side) at the tip of the rod 3a to hold the upper end of the processing container 2. The buffer material 3b for this is provided. The processing container fixing part 3 extends the rod 3a of the air cylinder downward, the lower surface of the cushioning material 3b is brought into contact with the upper end part of the processing container 2, and the upper end part of the processing container 2 is brought to a predetermined pressure toward the ultrasonic horn 7 side. It is possible to fix the processing container 2 so that it does not move.

熱電対4は溶湯温度を計測する手段であり、処理容器2内に貯留した溶湯内に浸漬して、溶湯内の所定位置における溶湯温度を測定することが可能である。熱電対4は、図示しない計測記録部に接続されており、計測記録部は計測された溶湯温度を連続してモニターしながら記録することが可能である。また、熱電対4にて計測される溶湯温度により溶湯の冷却過程において形成される結晶組織状態を把握することが可能となり、その結果、所望の結晶組織を有する素材を得ることができる。   The thermocouple 4 is a means for measuring the molten metal temperature, and can be immersed in the molten metal stored in the processing container 2 to measure the molten metal temperature at a predetermined position in the molten metal. The thermocouple 4 is connected to a measurement recording unit (not shown), and the measurement recording unit is capable of recording while continuously monitoring the measured molten metal temperature. Moreover, it becomes possible to grasp | ascertain the crystal structure state formed in the cooling process of a molten metal with the molten metal temperature measured with the thermocouple 4, As a result, the raw material which has a desired crystal structure can be obtained.

上プレート5は、処理容器固定部3であるエアシリンダを固定支持するための板状部材である。また、下プレート6は、超音波ホーン7と超音波振動子8とを固定支持するための板状部材である。さらに、上下プレート5、6は、所定間隔を保持した状態で配置されるとともに、超音波加振を行った際に、下プレート6の位置が超音波振動子8の共振の腹の部分となるように配置されている。   The upper plate 5 is a plate-like member for fixing and supporting the air cylinder that is the processing container fixing portion 3. The lower plate 6 is a plate-like member for fixing and supporting the ultrasonic horn 7 and the ultrasonic transducer 8. Further, the upper and lower plates 5 and 6 are arranged in a state where a predetermined interval is maintained, and the position of the lower plate 6 becomes the antinode of resonance of the ultrasonic transducer 8 when ultrasonic vibration is performed. Are arranged as follows.

溶湯温度調整部は、溶湯を加熱または冷却することによって溶湯を所望温度に調整するための手段である。溶湯温度調整部は、溶湯に対して所定の条件(温度・時間)にて温度調整をおこなうことが可能であり、例えば、溶湯が冷却工程において共晶温度に到達したときに、溶湯を共晶温度に保持することが可能なように調節することができる。   The molten metal temperature adjusting unit is means for adjusting the molten metal to a desired temperature by heating or cooling the molten metal. The molten metal temperature adjusting unit can adjust the temperature of the molten metal under predetermined conditions (temperature and time). For example, when the molten metal reaches the eutectic temperature in the cooling step, the molten metal is eutectic. It can be adjusted so that it can be kept at temperature.

次に、以下、上記製造装置を用いた鋳造品の製造方法を説明する。   Next, a method for producing a cast product using the production apparatus will be described below.

(製造方法について)
図2は溶湯の時間−温度グラフであって、本発明の製造方法を説明した図である。
(About manufacturing method)
FIG. 2 is a time-temperature graph of the molten metal and is a diagram illustrating the manufacturing method of the present invention.

図示する製造方法は、Al-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法である。まず、Al-Si-Cu系共晶合金を液相線温度(660℃)以上として共晶合金の溶湯を生成し、液相線温度(660℃)以上の温度から共晶温度に低下するまで該溶湯に超音波を照射する(第1のステップ)。   The manufacturing method shown in the figure is a manufacturing method of a cast product made of an Al—Si—Cu eutectic alloy. First, a molten eutectic alloy is produced with the Al-Si-Cu eutectic alloy at the liquidus temperature (660 ° C) or higher, until the temperature drops from the liquidus temperature (660 ° C) or higher to the eutectic temperature. The molten metal is irradiated with ultrasonic waves (first step).

次に、共晶温度(570℃)を維持しながら、溶湯への超音波の照射を継続する(第2のステップ)。   Next, ultrasonic irradiation to the molten metal is continued while maintaining the eutectic temperature (570 ° C.) (second step).

次に、溶湯を急冷してダイカスト(鋳造)し、鋳造品前駆体を製造する(第3のステップ)。   Next, the molten metal is rapidly cooled and die-cast (cast) to produce a cast product precursor (third step).

最後に、鋳造品前駆体を時効処理して鋳造品を製造するものである(第4のステップ)。   Finally, a casting product is manufactured by aging the casting product precursor (fourth step).

第1のステップにより、溶湯が液相線温度以上の温度状態から超音波照射を実施することで、初晶Siの微細粒状化を図ることができる。   By performing ultrasonic irradiation from a temperature state in which the molten metal is equal to or higher than the liquidus temperature in the first step, primary Si can be finely granulated.

そして、溶湯が共晶温度まで低下し、さらに第2のステップにてこの共晶温度を一定時間維持している過程で超音波の照射が継続されることにより、非平衡粒状α-Alを晶出させることができる。   Then, the molten metal is lowered to the eutectic temperature, and the irradiation of ultrasonic waves is continued in the process of maintaining the eutectic temperature for a certain time in the second step, whereby the non-equilibrium granular α-Al is crystallized. Can be issued.

しかし、合金成分がCuを含んでいるためにCuAl2が生成され、最終的に得られる鋳造品の延性を低下させる要因となるため、このCuAl2を消滅させることが肝要である。 However, since the alloy component contains Cu, CuAl 2 is generated, which causes a reduction in the ductility of the finally obtained cast product. Therefore, it is important to eliminate this CuAl 2 .

そこで、第3のステップにてダイカストを実施して鋳造品前駆体を製造した後、第4のステップにてT6処理等の時効処理を実施して鋳造品を製造することにより、この鋳造品においては、共晶組織中に偏析したCuAl2を消滅させることができ、もって粒状α-Alによる延性効果を得ることができ、鋳造品の延性を向上できることができる。 Therefore, after the die casting is performed in the third step to manufacture the cast product precursor, the cast product is manufactured by performing the aging treatment such as the T6 process in the fourth step. Can eliminate CuAl 2 segregated in the eutectic structure, thereby obtaining the ductility effect due to the granular α-Al, and improving the ductility of the cast product.

[実験1]
本発明者等は、ソノ凝固により、ミクロ組織を変化させる実験をおこなった。ここで、図3は実験1(通常凝固の場合とソノ凝固の場合)で使用する合金組成と温度−固相率グラフを示した図であり、図4は実験1における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。
[Experiment 1]
The present inventors conducted an experiment to change the microstructure by sonocoagulation. Here, FIG. 3 is a diagram showing an alloy composition and a temperature-solid phase ratio graph used in Experiment 1 (in the case of normal solidification and sono solidification), and FIG. 4 is a time-temperature condition and structure in Experiment 1. It is the figure which showed the photograph figure.

図4で示すように、ソノ凝固によって初晶Siの微細化と非平衡粒状α-Alの晶出を確認することができた。   As shown in FIG. 4, refinement of primary Si and crystallization of nonequilibrium granular α-Al were confirmed by sono-solidification.

また、570℃で急冷するパターンと565℃で急冷するパターンを比較した場合に、共晶温度である563℃に近い温度までソノ凝固をおこなうことにより、α-Al晶出量が増加することが確認された。   In addition, when comparing the pattern that rapidly cools at 570 ° C and the pattern that rapidly cools at 565 ° C, the amount of α-Al crystallization may increase by performing sonosolidification to a temperature close to the eutectic temperature of 563 ° C. confirmed.

[実験2]
本発明者等は、微細な初晶Si晶出条件を検証する実験をおこなった。ここで、図5は実験2(微細な初晶Si晶出条件)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。
[Experiment 2]
The present inventors conducted an experiment to verify fine primary crystal Si crystallization conditions. Here, FIG. 5 is a diagram showing a time-temperature condition and a structure photograph in Experiment 2 (fine primary Si crystallization conditions).

まず、700℃〜660℃の間に超音波照射をおこなった後に急冷するパターンでは、液相線温度(655℃)以上で急冷したにも関わらず、微細な初晶Siが多量に晶出している。このことより、液相線温度以上でも超音波照射をおこなうことで、初晶Si晶出が促進され、初晶Siの微細化が図られることが確認された。   First, in the pattern of rapid cooling after ultrasonic irradiation between 700 ° C and 660 ° C, a large amount of fine primary crystal Si crystallizes despite the rapid cooling above the liquidus temperature (655 ° C). Yes. From this, it was confirmed that the primary crystal Si crystallization was promoted and the primary crystal Si was refined by irradiating the ultrasonic wave even at the liquidus temperature or higher.

また、600℃〜570℃の間に超音波照射をおこなった後に急冷するパターンでは、粗大な初晶Siと微細な初晶Siがともに晶出していることが確認された。この粗大に晶出した初晶Siは、超音波照射によっても破砕されないことが確認された。   Moreover, it was confirmed that both the coarse primary crystal Si and the fine primary crystal Si were crystallized in the pattern of rapid cooling after ultrasonic irradiation between 600 ° C. and 570 ° C. It was confirmed that the coarsely crystallized primary crystal Si was not crushed even by ultrasonic irradiation.

[実験3]
本発明者等は、非平衡α-Alの晶出条件を検証する実験をおこなった。ここで、図6は実験3(非平衡α-Al晶出条件)における時間−温度条件と組織写真図を示した図である。
[Experiment 3]
The present inventors conducted an experiment to verify the crystallization conditions of non-equilibrium α-Al. Here, FIG. 6 is a diagram showing a time-temperature condition and a structure photograph in Experiment 3 (non-equilibrium α-Al crystallization condition).

まず、600℃で1分間超音波照射保持した後に急冷するパターンでは、急冷時に確認されるデンドライト状のα-Alが確認された。なお、600℃では、非平衡粒状α-Alは晶出しない。   First, dendritic α-Al that was confirmed during quenching was confirmed in the pattern of quenching after ultrasonic irradiation and holding at 600 ° C. for 1 minute. At 600 ° C., nonequilibrium granular α-Al does not crystallize.

また、570℃で1分間超音波照射保持した後に急冷するパターンでは、一部α-Alの晶出が確認された。このことより、共晶温度付近で一定時間超音波照射をおこなうことが非平衡粒状α-Al晶出に有効であることが確認された。   Further, in the pattern in which the sample was rapidly cooled after being irradiated with ultrasonic waves for 1 minute at 570 ° C., crystallization of α-Al was partially confirmed. From this, it was confirmed that ultrasonic irradiation for a certain period of time near the eutectic temperature is effective for non-equilibrium granular α-Al crystallization.

[実験4]
本発明者等は、通常凝固とソノ凝固による鋳造品の引張強度と破断伸びを検証する実験をおこなった。ここで、図7は実験4(通常凝固とソノ凝固の比較)における時間−温度条件と組織写真図を示した図であり、図8は実験4における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 4]
The present inventors conducted experiments to verify the tensile strength and elongation at break of cast products by normal solidification and sonosolidification. Here, FIG. 7 is a diagram showing a time-temperature condition and a structure photograph in Experiment 4 (comparison between normal solidification and sono solidification), and FIG. 8 is a measurement result of tensile strength and breaking elongation of the cast product in Experiment 4. FIG.

図8より、ソノ凝固による初晶Siが微細化された結果、引張強度が向上している。   As shown in FIG. 8, the tensile strength is improved as a result of the refinement of primary crystal Si by sono-solidification.

また、ソノ凝固によって粒状α-Alが晶出したにも関わらず、破断伸びは改善されていない。   Moreover, although the granular α-Al crystallizes by sono-solidification, the elongation at break is not improved.

この実験結果より、破断伸びが改善されていない理由として共晶組織中に晶出するCuAl2が影響していると考えられる。 From this experimental result, it is considered that CuAl 2 crystallized in the eutectic structure is influenced as the reason why the elongation at break is not improved.

[実験5]
本発明者等は、CuAl2による破断伸びへの影響を確認するべく、Al-Si系合金とAl-Si-Cu系合金からなる鋳造品の引張強度と破断伸びを検証する実験をおこなった。ここで、図9は実験5(CuAl2による破断伸びへの影響検討)における組織写真図を示した図であり、図10は実験5における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 5]
The present inventors conducted an experiment to verify the tensile strength and elongation at break of a casting made of an Al—Si based alloy and an Al—Si—Cu based alloy in order to confirm the effect of CuAl 2 on the elongation at break. Here, FIG. 9 is a diagram showing a structure photograph in Experiment 5 (examination of influence on breaking elongation by CuAl 2 ), and FIG. 10 shows measurement results of tensile strength and breaking elongation of the cast product in Experiment 5. FIG.

図10より、粒状α-Alが大量に晶出しても、Cuが含まれていることで破断伸びが著しく低下することが確認された。   From FIG. 10, it was confirmed that even when granular α-Al crystallizes in a large amount, the elongation at break is significantly reduced due to the inclusion of Cu.

これに対し、T6処理を実施することでCuAl2が消滅し、破断伸びが改善することが確認された。これは、CuAl2が消滅することでα-Alの延性効果が得られた結果であると考えられる。 On the other hand, it was confirmed that the CuAl 2 disappears and the elongation at break improves by performing the T6 treatment. This is considered to be a result of obtaining the ductility effect of α-Al by the disappearance of CuAl 2 .

[実験6]
本発明者等は、ソノ凝固による共晶Siの変化を確認する実験をおこなった。ここで、図11は実験6(ソノ凝固による共晶Siの変化確認)における組織写真図を示した図である。
[Experiment 6]
The present inventors conducted experiments to confirm the change of eutectic Si due to sono-solidification. Here, FIG. 11 is a diagram showing a structure photograph in Experiment 6 (confirmation of eutectic Si change by sono-solidification).

図11より、ソノ凝固により、微細な初晶Siが多数晶出し、共晶Siは粗く晶出することが確認された。   From FIG. 11, it was confirmed that by sono solidification, a large number of fine primary crystal Si was crystallized and eutectic Si crystallized coarsely.

[実験7]
本発明者等は、共晶Siの形態による引張特性の変化を確認する実験をおこなった。ここで、図12は実験7(共晶Siの形態による引張特性の変化確認)における組織写真図と引張強度および破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 7]
The present inventors conducted experiments to confirm changes in tensile properties due to the morphology of eutectic Si. Here, FIG. 12 is a diagram showing a structure photograph in Experiment 7 (confirmation of change in tensile properties depending on the form of eutectic Si) and measurement results of tensile strength and elongation at break.

図12より、共晶Siの粗さは、引張強度にも破断伸びにも影響を及ぼし、微細な共晶Siが好ましいことが確認された。なお、ソノ凝固によって共晶Siは粗くなり易いため、引張強度を低下させることから、共晶Siの微細化や共晶Siを減らす必要がある。   From FIG. 12, it was confirmed that the roughness of eutectic Si has an influence on tensile strength and elongation at break, and fine eutectic Si is preferable. Since eutectic Si is likely to become coarse due to sono-solidification, the tensile strength is reduced, so it is necessary to refine eutectic Si and reduce eutectic Si.

[実験8]
本発明者等は、共晶温度における一定時間の超音波照射の有無による効果を確認する実験をおこなった。ここで、図13は実験8(共晶温度における一定時間の超音波照射の有無による効果検討)における時間−温度条件と組織写真図を示した図であり、図14は実験8における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 8]
The present inventors conducted an experiment to confirm the effect of the presence or absence of ultrasonic irradiation for a certain time at the eutectic temperature. Here, FIG. 13 is a diagram showing a time-temperature condition and a structure photograph in Experiment 8 (examination of the effect of the presence or absence of ultrasonic irradiation for a certain time at the eutectic temperature), and FIG. It is the figure which showed the measurement result of tensile strength and breaking elongation.

図14より、570℃での超音波照射保持により、α-Alが増加して破断伸びが向上した。ただし、照射保持しない場合に比して引張強度が若干低下した。初晶Siの増加(保持0sでは13.2area%、保持45sでは18.2area%)の影響であると考えられる。   From FIG. 14, α-Al was increased and elongation at break was improved by ultrasonic irradiation holding at 570 ° C. However, the tensile strength was slightly reduced as compared with the case where irradiation was not held. This is thought to be due to the increase in primary Si (13.2 area% at retention 0s, 18.2area% at retention 45s).

[実験9]
本発明者等は、初晶Si量と引張特性の関係を特定する実験をおこなった。ここで、図15は実験9(初晶Si量と引張特性の関係特定)における組織写真図であり、図16は実験9における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 9]
The present inventors conducted experiments to identify the relationship between the amount of primary Si and tensile properties. Here, FIG. 15 is a structural photograph in Experiment 9 (identification of the relationship between the amount of primary Si and tensile properties), and FIG. 16 is a diagram showing the measurement results of the tensile strength and breaking elongation of the cast product in Experiment 9. .

図15,16より、初晶Si量(面積率)の増加に伴い、引張強度、破断伸びはともに低下することが確認された。また、ソノ凝固による初晶Si量の増加は引張強度を低下させていると考えられる。   15 and 16, it was confirmed that both the tensile strength and the elongation at break decrease as the primary Si amount (area ratio) increases. Moreover, it is thought that the increase in the amount of primary Si due to sono-solidification decreases the tensile strength.

この実験より、初晶Siを減らすために、低Si濃度の過共晶Al-Si-Cu系合金の利用が好ましいことが特定された。さらに、初晶Siが良好な影響を及ぼす耐摩耗性との比較による、適切なSi量の検討が必要である。   From this experiment, it was determined that the use of a hypereutectic Al-Si-Cu alloy having a low Si concentration is preferable in order to reduce primary Si. Furthermore, it is necessary to examine the appropriate amount of Si by comparing it with the wear resistance that primary Si has a good effect.

[実験10]
本発明者等は、低Si濃度合金を用いたヘテロ構造の創成を試みた。ここで、図17は実験10(低Si濃度合金を用いたヘテロ構造の創成)における時間−温度条件と組織写真図を示した図であり、図18は実験10における鋳造品の引張強度と破断伸びの測定結果を示した図である。
[Experiment 10]
The present inventors tried to create a heterostructure using a low Si concentration alloy. Here, FIG. 17 is a diagram showing a time-temperature condition and a structure photograph in Experiment 10 (creation of a heterostructure using a low Si concentration alloy), and FIG. 18 is a diagram showing tensile strength and fracture of a cast product in Experiment 10. It is the figure which showed the measurement result of elongation.

図18より、低Si合金を使用することで、初晶Siを抑制できることが確認された。   From FIG. 18, it was confirmed that primary Si can be suppressed by using a low Si alloy.

また、初晶Siが抑制されることで、引張強度は改善し、破断伸びも僅かに改善することが確認された。   Moreover, it was confirmed that the tensile strength was improved and the elongation at break was slightly improved by suppressing the primary crystal Si.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…超音波発生部、2…処理容器、3…処理容器固定部、4…熱電対、5…上プレート、6…下プレート、7…超音波ホーン、8…超音波振動子、10…鋳造装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic generating part, 2 ... Processing container, 3 ... Processing container fixing | fixed part, 4 ... Thermocouple, 5 ... Upper plate, 6 ... Lower plate, 7 ... Ultrasonic horn, 8 ... Ultrasonic vibrator, 10 ... Casting apparatus

Claims (1)

Al-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法であって、
Al-Si-Cu系共晶合金を液相線温度以上として該共晶合金の溶湯を生成し、液相線温度以上の温度から共晶温度に低下するまで該溶湯に超音波を照射する第1のステップ、
共晶温度を維持しながら前記溶湯への超音波の照射を継続する第2のステップ、
第2のステップで得られた溶湯を鋳造して鋳造品前駆体を製造する第3のステップ、
前記鋳造品前駆体を時効処理して鋳造品を製造する第4のステップからなるAl-Si-Cu系共晶合金からなる鋳造品の製造方法。
A method for producing a casting made of an Al-Si-Cu eutectic alloy,
First, an Al-Si-Cu eutectic alloy is formed at a liquidus temperature or higher to form a molten metal of the eutectic alloy, and the molten metal is irradiated with ultrasonic waves until the temperature drops from the liquidus temperature to the eutectic temperature 1 step,
A second step of continuing the irradiation of ultrasonic waves to the molten metal while maintaining the eutectic temperature;
A third step of producing a cast product precursor by casting the molten metal obtained in the second step;
A method for producing a cast product comprising an Al-Si-Cu eutectic alloy comprising a fourth step of producing a cast product by aging the cast product precursor.
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