JPH0125384B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は過共晶Al―Si系合金溶湯の凝固時に
おける初晶Siの微細化方法に係り、特に初晶Si微
細化元素であるＰを、過共晶Al―Si系合金溶湯
に、効果的に且つ効率よく、連続的に添加するこ
とのできる方法に関するものである。 （従来技術とその問題点） Al―Si系合金は、溶融状態で高い流動性を示
し、また凝固時の収縮も少ないことから、鋳物用
合金として広く用いられ、特にSi成分の多い過共
晶Al―Si系合金は耐摩耗性に優れた鋳物用合金
として、その利用が図られている。 ところで、このSi量の多い、共晶点（一般にSi
＝12.7％）以上のAl―Si系合金を用いて、所定の
鋳塊を連続的に鋳造する場合に採用される、一般
的な方法は、保持炉に収容したAl―Si系合金溶
湯を、鋳込樋により所定の鋳造装置に導き、その
まま鋳造装置に鋳込んで、所定の鋳塊とするもの
であるが、この場合、過共晶Al―Si系合金の凝
固時における初晶Siの結晶は、特に微細化処理を
施さない場合には、40ミクロン以上、時には100
ミクロン以上の粗大粒となる。そして、これによ
り、鋳塊の組織が粗くなつて、性質も脆くなる問
題もある。このため、かかる過共晶Al―Si系合
金においては、その合金溶湯にＰを添加すること
によつて、初晶Siを微細化することが行なわれ
る。このＰの添加によつて、AlP化合物を生成さ
せ、そしてこのAlP化合物の造核効果によつて、
初晶Siを微細化するのである。 ところで、従来にあつては、そのような過共晶
Al―Si系合金溶湯に対するＰの添加は、この溶
湯を形成する溶解炉あるいはそれを保持する保持
炉に、ワツフル状、シヨツト状等のCu―８〜15
％Ｐのような中間合金、Ｐを含むフラツクス等の
初晶Si微細化剤を直接投入することにより、行な
われているが、このように初晶Si微細化剤を直接
に炉内の大量の溶湯中に投入して溶解せしめるこ
とに起因して、Ｐの溶湯中への均一な分散が難し
く、また酸化損失、未溶解により、Ｐの歩留りが
悪いという問題が生じていた。そして、Ｐの添加
量は、合金溶湯の量に対して、その比率が著しく
ないために、炉内の溶湯を撹拌したとしても、濃
度が偏りやすく、しかも撹拌中にその一部が沈降
したり、溶湯表面に浮上したりして、有効に利用
されなくなつてしまうのである。 さらに、かかる従来の方法にあつては、鋳込時
間の経過とともに、Ｐの微細化効果が変化してし
まつて、鋳込初期に鋳造された鋳塊部分と後期に
鋳造された鋳塊部分とで、初晶Siの大きさが異な
つてしまい、これに伴つて製品の品質も変化して
しまうという問題も生じていた。Ｐの添加後、時
間の経過とともに、その微細化効果が小さくなる
ため、鋳込初期に鋳造された鋳塊部分は、その初
晶Siが効果的に微細化されるものの、後期におい
ては、その微細化効果が小さくなつて、初晶Siの
大きさが、鋳込初期のそれよりも大きくなつてし
まうのである。 そこで、本発明者等は、先に特願昭59−266903
号として、鋳込樋の溶湯中に、Cu―Ｐ合金ロツ
ド、あるいはAl細管にCu―Ｐ合金粉末等の初晶
Si微細化剤粉末を封入したロツドを連続的に装入
せしめ、上記問題に対処する方策を提案した。し
かしながら、この方策において用いられるロツド
にあつても、Cu―Ｐ合金溶解温度が過共晶Al―
Si系合金溶湯に対して高く、またCu―Ｐ合金粉
末では溶湯に対するぬれが悪く、そのために、い
ずれのロツド形態の場合にあつても、溶湯に有効
にＰが添加されない場合があることが明らかとな
つた。 （解決手段） ここにおいて、本発明は、このような問題を解
決するために為されたものであり、この要旨とす
るところは、鋳造装置に導かれる過共晶Al―Si
系合金溶湯に対して、Ｐを含有する初晶Si微細化
剤を添加せしめて、該合金溶湯の凝固時における
Si初晶を微細化するに際して、所定のAl外皮内
に、該Si初晶微細化剤の粉末を粉末状若しくはマ
トリツクス状のAl地中に分散せしめた状態で収
容してなる添加用ロツドを用い、この添加用ロツ
ドを、前記合金溶湯内に連続的に装入せしめるよ
うにしたことにある。 すなわち、本発明においては、炉内に収容され
た溶湯に対して、その溶湯の全量に対応する量の
初晶Si微細化剤を該溶湯中に一挙に添加すること
を止めて、その保持炉等から漸次流出せしめられ
て、所定の鋳造装置に導かれる一部の溶湯に対し
て、対応する量の初晶Si微細化剤を所定形態にお
いて内蔵する添加用ロツドを連続的に添加するよ
うにしたものであり、これによつて、過共晶Al
―Si系合金溶湯中に初晶Si微細化剤を均一に分散
せしめ得るようになつたのである。 しかも、溶湯中に装入、溶解せしめられる添加
用ロツドは、Al外皮にて覆われており、そのた
めに溶湯に容易に溶解され、また初晶Si微細化剤
は、粉末形態においてAlマトリツクス中若しく
はAl粉末中に分散せしめられ、Al地にて包まれ
た状態となつているところから、過共晶Al―Si
系合金溶湯とのぬれ性が向上し、Cu―Ｐ合金粉
末（粒子）、Ｐ粉末等の微細化剤が溶湯にすばや
く分散、溶解せしめられることとなるのであり、
またそのような初晶Si微細化剤は、Al地（マト
リツクス若しくは粉末）、更にはAl外皮により包
まれているために、酸化損失等がなく、歩留りも
より一層向上さしめられることとなるのである。 ところで、かかる本発明において用いられるＰ
を含有する初晶Si微細化剤の粉末としては、一般
に、入手し易いCu―Ｐ合金粉末（若しくは粒
子）、赤リン、黄リンなどが使用される。なお、
Cu―Ｐ合金中のＰ量は適宜に選択され得るもの
であるが、ロツドの溶湯中への装入操作を容易に
する上において、ロツド加工後に適切な強度を有
していることが望ましく、通常Cu―0.5％Ｐ〜Cu
―15％Ｐ合金の粉末が好適に用いられることとな
る。 そして、このような初晶Si微細化剤の粉末を内
蔵した本発明に従う添加用ロツドは、好適には、
次のような二つの方法によつて作成されることと
なる。 すなわち、まず、第１のロツド製造手法は、
Al粉末に所定の初晶Si微細化剤の粉末を機械的
に混合せしめ、そしてその混合粉末を所定のAl
パイプ（細管）内に充填、封入せしめて、ロツド
となすものである。 また、第２のロツド製造手法に従えば、Al粉
末に所定の初晶Si微細化剤の粉末を機械的に混合
して得られる混合粉末を予備圧縮せしめ、次いで
その予備圧縮体を所定のAl缶に封入して、例え
ば350〜500℃程度の押出温度において、熱間押出
することにより、所定の線状の押出成形品を得、
そしてこの押出成形品を添加ロツドとなすもので
ある。この手法に従えば、熱間押出によりAl粉
末は合体せしめられて、一体的なAlマトリツク
スとなり、そのようなAlマトリツクス中に初晶
Si微細化剤が分散した状態で存在する添加用ロツ
ドが得られ、本発明にあつては、そのような形態
のロツドが好適に使用されることとなるのであ
る。 なお、本発明にて用いられる上記如き添加用ロ
ツド内のCu―Ｐ合金粉末やＰ粉末等の初晶Si微
細化剤粉末の粒径や形態、またAlの粒径や形態、
さらにはロツド径やその形状等は、溶湯中への該
添加用ロツドの送り速度、鋳造方法、鋳造量、合
金種、ロツド添加位置から鋳造装置までの距離等
によつて、適宜に選択され得るものである。もち
ろん、ロツドの断面形状は、円形の他にも、帯
（板状）であつても何等差し支えなく、さらには
異形状のロツドも利用できることは言うまでもな
いところである。 また、このような初晶Si微細化剤の粉末を内蔵
した添加用ロツドは、適宜の手段にて、鋳造装置
に導かれる過共晶Al―Si系合金溶湯に対して連
続的に装入せしめられ、漸次溶解せしめられるこ
ととなるが、その一つの有効な実施形態が、第１
図に示されている。 すなわち、第１図において、１０は溶湯保持炉
としての保温炉であり、その内部に共晶点以上の
Si含量の過共晶Al―Si系合金溶湯１２が収容さ
れている。そして、その保温炉１０内の合金湯１
２は、出湯口１４から鋳込樋１６に導かれ、更に
この鋳込樋１６内を流れて、供給口１８から鋳造
装置２０に鋳込まれるようになつている。これに
よつて、過共晶Al―Si系合金ビレツト２２が連
続的に製造されるのである。 かかる鋳込み樋１６によつて導かれる合金溶湯
１５には、本発明に従つて、Ｐを含む初晶Si微細
化剤を内蔵させる添加用ロツド２６が装入せしめ
られて、溶解させられることとなるが、本例にお
いては、第２図または第３図に示される如き構造
のロツドとされているのである。すなわち、Cu
―８％Ｐの合金粒の如き微細化剤粉末３０は、第
２図においてはAlマトリツクス３２中に分散せ
しめられた状態で内蔵され、そしてそれが細管状
（肉厚0.5〜２mm、外径５〜15mm）のAl外皮３４に
て被覆された構造となつており、また第３図にお
いては、微細化剤粉末３０とAl粉末３６との混
合粉末がAl外皮３４内に密に充填された構造と
されているのである。 また、かかる添加用ロツド２６は、第１図に示
されるように、コイル状に巻回された状態とされ
ており、このロツド２６が、送りローラの如き給
送装置２８によりコイル部２４から漸次取り出さ
れて、その先端側から鋳込樋１６内の合金溶湯１
５中に装入せしめられるのである。そして、合金
溶湯１５中に装入されたロツド２６は、溶湯の熱
によつて溶湯中に溶け出し、それとともに、その
内部にAlマトリツクス３２若しくはAl粉末３６
内に分散して存在する微細化剤３０が溶湯中に入
り込むようになる。なお、ロツド２６は、合金溶
湯１５の流量に応じて連続的に溶湯１５中に送り
出され、これによつて添加用ロツド２６内の微細
化剤３０が、予め定められた割合で合金溶湯１５
中に添加されることとなるのである。 なお、添加用ロツド２６の溶湯１５への装入位
置としては、かかるロツド２６が鋳込樋１６内の
合金溶湯１５に十分に溶解され得、かつ微細化剤
３０が十分にその微細化効果を発揮し得る位置が
適宜に選定されることとなる。例えば、本例にお
いては、微細化剤３０としてCu―８％Ｐ粉末が
用いられており、その場合には、溶湯１５の温度
が比較的高く、鋳込みまでの滞留時間が比較的長
くとれる保温炉１０の出湯口１４付近が装入位置
とされている。 また、本発明は、例示の具体例の他にも、本発
明を逸脱しない範囲において当業者の知識に基づ
いて種々なる変形を加えた形態において実施され
得るものであり、本発明が、そのような実施形態
のものをも、その範囲に含むものであること、言
うまでもないところである。 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明は、初晶Si微細化
剤の粉末が、Alマトリツクス若しくはAl粉末か
らなるAl地中に分散せしめられた形態において、
Al外皮からなる添加用ロツドとして、目的とす
る合金溶湯の流れの中に装入せしめられ、溶解せ
しめられるものであるところから、かかる合金溶
湯とのぬれ性が向上し、また微細化剤粉末が溶湯
にすばやく分散、溶解せしめられることとなり、
低添加温度、例えば720℃程度で、微細化剤の添
加操作を行うことが可能となるのであり、更には
Ｐ歩留りが著しく向上し、かつＰの均一添加が可
能となつて、鋳塊の底部から頭部まで、均一な初
晶Si粒径となるのである。 また、初晶Si微細化剤は、Alマトリツクス若
しくはAl粉末、更にはAl外皮により包まれてい
るところから、その酸化損失などがなく、この見
地からしても、Ｐの歩留りが向上せしめられ得る
こととなつたのであり、更にはインライン式添加
であるために、ロツドサイズによつては、既存の
結晶粒微細化剤添加装置を利用することができる
点を享受し得、また添加用ロツドはコイル状にし
て保管できるところから、その取り扱いも容易で
ある等の特徴も有しているのである。 しかも、本発明においては、Ｐの添加量を、ロ
ツドの形状、送り速度等で、自由に且つ正確にコ
ントロールすることが可能である利点も有してい
るのである。 （実施例） Al―18％Si合金溶湯を用いて、直径が150mmの
ビレツトを連続鋳造するに際して、Cu―８％Ｐ
の中間合金からなる初晶Si微細化剤を、各種の形
態において該合金溶湯に添加せしめた。 すなわち、先ず、従来法として、第１図の保持
炉１０内に、Cu―８％Ｐの全量を添加せしめて、
鋳造を行なう実験を行なつた。また、比較法とし
て、Al細管内にCu―８％Ｐ粉末のみを充填せし
めてなるロツドを用い、これを、第１図のように
して合金溶湯中に連続的に装入せしめて、鋳造を
行なつた。 さらに、本発明法にあつては、Al粉末とCu―
８％Ｐ粉末とを１：１の割合で混合せしめてなる
混合粉末を予備圧縮した後、それをAl缶に封入
して、熱間押出することにより得られたCu―８
％Ｐ粉末がAlマトリツクス中に分散状態にて保
持された、第２図に示される如き添加用ロツド２
６を用いて、第１図に示される如く、合金溶湯中
に連続的に装入せしめて、鋳造を行なつた。 そして、上記三種の方法にて得られた合金鋳塊
（ビレツト２２）について、そのＰの添加歩留り
とともに、その鋳込初期、中期、終期の初晶Si粒
径について調べ、その結果を、下記第１表に示し
た。なお、Ｐの目標含有量は、従来法、比較法お
よび本発明法の何れにおいても、100ppmとされ
た。

【表】 かかる第１表から明らかなように、本発明に従
うAlマトリツクス中にCu―Ｐ合金粉末を分散せ
しめてなる添加用ロツドを用いて、これを合金溶
湯中に装入した場合にあつては、Ｐの歩留りが大
幅に向上し、また初晶Si微細化能も非常に優れて
おり、且つその微細化の程度も、鋳込初期と後期
とで差のないことが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施形態を示す説明図であ
り、第２図および第３図は、それぞれ第１図にお
いて用いられる添加用ロツドの異なる例を示す断
面説明図である。 １０：保温炉、１２，１５：過共晶Al―Si系
合金溶湯、１６：鋳込樋、２０：鋳造装置、２
２：ビレツト（鋳塊）、２６：添加用ロツド、３
０：初晶Si微細化剤、３２：Alマトリツクス、
３４：Al細管、３６：Al粉末。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳造装置に導かれる過共晶Al―Si系合金溶
   湯に対して、Ｐを含有する初晶Si微細化剤を添加
   せしめて、該合金溶湯の凝固時におけるSi初晶を
   微細化するに際して、 所定のAl外皮内に、該初晶Si微細化剤の粉末
   を粉末状若しくはマトリツクス状のAl地中に分
   散せしめた状態で収容してなる添加用ロツドを用
   い、この添加用ロツドを、前記合金溶湯内に連続
   的に装入せしめるようにしたことを特徴とする過
   共晶Al―Si系合金における初晶Siの微細化方法。 ２ 前記添加用ロツドが、前記初晶Si微細化剤粉
   末とAl粉末との混合粉末を所定のAlパイプ内に
   充填したものである特許請求の範囲第１項記載の
   微細化方法。 ３ 前記添加用ロツドが、前記初晶Si微細化剤粉
   末とAl粉末との混合粉末を予備圧縮した後、所
   定のAl缶に封入して、熱間押出することにより
   得られた押出成形品である特許請求の範囲第１項
   記載の微細化方法。