JPH01298139A - アルミニウム合金鋳物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアルミニウム合金鋳物の製造方法に関し、−層
詳細には、溶湯が凝固した後、所定の温度以上にある時
点で鋳造品を金型から取り出し、直ちに保持炉において
所定の温度範囲内でこれを数１０分保温した後焼入れを
行い、次いで、当該鋳造品に人工時効処理を加えること
により、一般に行われるＴ６処理等の熱処理を加えた鋳
造品と路間等の強度が得られると共に、熱処理段階での
工程数を削減することが出来るアルミニウム合金鋳物の
製造方法に関する。

［発明の背景］ 従来、アルミニウム合金の鋳造品を製造する場合、鋳造
品に所定の熱処理を施してその機械的性質を改善してい
る。特に、強度が必要とされる、例えば、内燃機関用の
シリンダヘッドのような部品を鋳造する場合には、この
熱処理が重要となる。

従来、こうした強度が要求されるアルミニウム合金から
なる鋳造品にはＪＩＳで規定されているところのＴ６処
理を施している。すなわち、第１図に示すように、先ず
、鋳造後、鋳造品を自然放冷し焼なまし処理を行う（線
分ａ）。この間に鋳造品内部の歪を除き結晶粒を微細化
する。次いで、線分すに示すように、当該鋳造品を５０
０℃前後まで加熱しアルミニウムに合金元素が完全に溶
は込んだ固溶体の状態とし、この固溶体の状態から焼入
れによって急冷し、アルミニウムに対して合金元素を過
飽和固溶体の状態とするための、所謂、溶体化処理を施
す。さらに、線分Ｃに示すように、鋳造品を適当な温度
で保温し合金元素を析出させることによって硬化せしめ
る人工時効処理を施している。

然しながら、このＴ６処理の工程中には溶体化処理を施
すべく一旦焼なましした鋳造品を再度加熱するという工
程があり、アルミニウムに合金元素を溶かし込んで均一
なα相にする際に消費する熱エネルギが大量に必要とさ
れる。従って、生−産効率および熱経済上の観点から改
善が望まれている。

そこで、本出願人は既に特開昭第５９−１４７７６３号
公報において、こうした熱処理段階における工程を削減
することを目的とするアルミニウム合金鋳物の製造方法
を提案している。すなわち、このアルミニウム合金鋳物
の製造方法によれば、溶湯が凝固した後、鋳造品を取り
出し、鋳造品の温度が３５０℃以下まで降下しない内に
焼入れを行い、その後、所定温度に保持した状態で人工
時効処理を施すというものである。この場合、焼なまし
した後再度加熱するという工程がなく、工程数が減少す
る利点があるものの、アルミニウムに対して合金元素が
過飽和に溶は込んだ状態が十分に得られないため、合金
元素の析出を十分得られず人工時効処理における十分な
効果が得られないという不都合があることがその後明ら
かとなった。また、鋳造品の肉厚による焼入れ効果にば
らつき等が生じ、品質的に不安定であるという問題点も
存在する。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、アルミニウム合金の溶湯を金型内に加圧充填し
て得られた鋳造品を、例えば、所定の温度である３５０
℃以下まで降下しない内に金型から取り出し、直ちに保
持炉内で所定時間内保温することにより合金元素が溶は
込んだ固溶体を得、その後、鋳造品を速やかに焼入れし
てこの鋳造品の組織を過飽和固溶体の状態とし、その後
、人工時効処理を施すという一連の工程から構成するこ
とにより、熱処理段階における工程数を削減した省エネ
ルギの製造工程を可能とすると共に、従来のＴ６処理を
施した鋳造品に比べ強度的に劣ることのない鋳造品が得
られるアルミニウム合金鋳物の製造方法を提供すること
を目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明はアルミニウム合
金からなる溶湯を金型内に加圧充填し、溶湯が凝固した
後鋳物温度が３５０℃以下に降下しない内に金型から鋳
造品を取り出す第１の工程と、鋳造品の取り出しの後直
ちに当該鋳造品を保持炉において１０分間以上１時間以
下の間所要の溶体化処理温度で保持し、その後、水に浸
漬して焼入れを施す第２の工程と、当該鋳造品に対して
人工時効処理を施す第３の工程とからなることを特徴と
する。

また、本発明は第１工程で中子として水溶性中子を使用
し、第２工程で焼入れの際に当該水溶性中子を水に溶解
させて鋳造品に対する焼入れと共に中子の砂落とし処理
を施すことを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るアルミニウム合金鋳物の製造方法に
ついて好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しなが
ら以下詳細に説明する。

第２図は本発明に係るアルミニウム合金鋳物の製造方法
の工程の流れを説明するフローチャートである。すなわ
ち、同図に示すステップ１において、製品毎に定まる所
定の鋳造条件でアルミニウム合金からなる溶湯を低圧鋳
造法により金型内のキャビティに所定の圧力で加圧充填
する。その際、金型内に配置する中子には特に以下に述
べる方法によって製造した中子を用いる。すなわち、石
膏、硫酸マグネシウム、耐火物を原料として夫々の粉末
を混合して水を加えることによってスラリー状とする。

このスラリーを型に流し込んで乾燥させ、所定形状の中
子を製造する。この中子には水に浸漬することにより溶
解する性質がある。次いで、ステップ２に示すように、
加圧充填された溶湯が凝固した後、当該金型から鋳造品
を取り出すことになるが、その取り出しは鋳造品の温度
が３５０℃以下にならない間に行う。３５０℃以下に鋳
造品の温度が下降すると次段の工程で行う溶体化処理上
問題があるからである。この場合、鋳造品の取出温度は
３５０℃が最低温度であって、好ましくは、３８０℃〜
４５０℃である。

その後、ステップ３において、前記の取り出した鋳造品
を直ちに加熱温度が所定温度、好適には、通常、アルミ
ニウム合金鋳物に溶体化処理を施す場合の加熱温度であ
る５００℃に設定された保持炉で１時間以内、好ましく
は、１０分以上で且つ３０分以内保温する。そして、ス
テップ４に示すように、保持炉から取り出した鋳造品を
水に浸漬して焼入れを行う。焼入れを行った後、ステッ
プ５に示すように、適当な温度、例えば、２００℃に鋳
造品を加温しながら数時間人工時効処理を施し、組織中
に合金元素を析出させて時効硬化させる。

なお、第３図は上述の一連の工程に対応する時間の経過
と鋳造品の温度の関係を示すタイムチャートである。

そこで、本発明に係るアルミニウム合金鋳物の製造方法
によって、実際に鋳造した具体的な実験例について述べ
る。

〔実験例１〕 先ず、第４図は鋳造条件として、ＪＩＳ　ＡＣ２Ｂ相当
のアルミニウム合金からなる溶湯の温度を６８０℃、加
圧力０．２８　ｋｇ／　ａｍ’で低圧鋳造を行い、その
後、前記ステップ２乃至５の工程を経て製造した鋳造品
の組織を倍率４００倍で観察した結果のスケッチ図であ
る。この場合、ステップ２における鋳造品の取出温度を
４５０℃、ステップ３において保持炉で５００℃に１０
分間加温した。

その後、焼入れを行い、人工時効処理は２００℃で加温
しながら４時間行ったものである。

〔実験例２〕 第５図が当該実験例に係る鋳造品の組織を４００倍の倍
率で観察したそのスケッチ図である。

この場合、鋳造条件は前記実験例１と同様であり、ステ
ップ２における鋳造品を取り出した時の温度が３８０℃
であって、ステップ３における保持炉内での５００℃に
加温する時間を２０分間とした。その後の処理は同様で
ある。

ここで、第６図は同様の鋳造条件で鋳造後、その後、本
発明による製造方法とは異なり、Ｔ６処理を施した鋳造
品の同倍率の組織スケッチ図であり、第７図は焼入れ処
理のみを施した鋳造品の組織スケッチ図である。

次に、第４図乃至第７図に基づいて組織の観察によって
得られる知見を述べ、併せて本発明に係るアルミニウム
合金鋳物の製造方法の効果に言及する。

第６図において、参照符号１０を付して○で囲繞する部
分は鋳造時に晶出した共晶シリコンであり、同様に、第
７図においても、参照符号１２は晶出物の共晶シリコン
を示す。第６図と第７図の比較から容易に諒解されるよ
うに、アルミニウム合金の凝固時の晶出物の形状は、所
謂、Ｔ６処理を施した場合、丸みを帯びた滑らかな形状
をとる（第６図参照）。これに対し、焼入れのみを施し
たものにおいては晶出物の形状が角張った尖鋭な形状を
している。こうした晶出物の形状の違いは直接機械的性
質に反映する。

すなわち、Ｔ６処理が施された鋳造品は強度的にもまた
靭性的にも大きいことは周知の通りである。

これに対し、第４図に示した鋳造品は、前述した通り、
金型から鋳物を取り出した後直ちに行った保持炉内での
保温時間が１０分間であり、第５図に示した鋳造品では
２０分間保持炉で保温している。この差は第４図に示す
晶出物の共晶シリコンと第５図に示す晶出物の共晶シリ
コンの形状の違いとなって顕在化する。すなわち、１０
分間保温の場合の共晶シリコン２２に比べ２０分間保温
に係る共晶シリコン２６はその形状がＴ６処理に係る共
晶シリコン１０に似て丸みを帯びた形状を呈している。

組織観察によりマクロ的には以上の知見が得られる。ま
た、鋳造後直ちに２０分間程度所定の温度を保持して焼
入れを行えば、Ｔ６処理における溶体化処理に近い状態
の飽和固溶体を得ることが可能である。実際、このこと
は第８図において示す硬度を測定したグラフからも裏付
けられる。すなわち、横線は時効硬化中の経過時間であ
り、縦線はマイクロビッカース硬度計にて測定したアル
ミニウム固溶体のα相中、例えば、第４図に示すα相２
０．２４の硬度の値である。

ここで、曲線３０は第４図に示した組織について測定し
たものであり、曲線３２は第５図で示した組織について
測定したものである。曲線３４は第７図で示した焼入れ
のみを施した鋳造品組織の硬度を測定したものである。

これら曲線３０．３２．３４の変化から明らかなように
、保持炉内で２０分間保持した組織の曲線が最も短時間
で時効硬化が進行する。これは加温保持する際にα相中
に合金元素が十分溶は込んだため、その後、焼入れによ
って形成された過飽和固溶体のα相中に溶は込んでいた
合金元素が析出し急激に硬度が増加したものと考えられ
る。

以上のことは、溶体化処理後の人工時効処理を短時間で
Ｔ６処理のように行うことが可能であるということを意
味する。従って、溶体化処理前の焼なまし、加熱といっ
た工程を省いたことと併せて工程の時間短縮が可能とな
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、鋳造後１、金型より鋳
造品を取り出した後、直ちに保持炉によって数１０分加
温保持することにより、アルミニウム固溶体のα相への
合金元素の溶は込みを十分促進させ、その後の焼入れに
よって過飽和固溶体を形成するようにしている。従って
、従来技術に係るＴ６処理のように溶体化処理に先　。

立って鋳造品を加熱する必要なしに十分に合金元素が固
溶した過飽和固溶体を得ることが出来、その後の人工時
効処理によってＴ６処理を施した鋳造品に比べて強度等
において遜色のない鋳造品を得ることが出来る。従って
、熱経済的に省力化を可能とすると共に、工程数が削減
し、その製造効率が向上するという効果が得られる。

また、実施態様において詳述したように、鋳造にあたり
水溶性の中子を使用し、焼入れの際に中子の抄着としを
同時に行えば、製造効率が大幅に向上する効果も奏する
。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、ＪＩＳ　ＡＣ２Ｂのアルミニウム合金に代替し
てＡＣＩＡＳＡＣ２Ａ、　ＡＣ４Ｂ等のアルミニウム合
金等でも路間等の効果が得られ、また、ダイカスト鋳造
法にも適用出来る等、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の改良並びに設計の変更が可能なことは勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係るＴ６処理を含むアルミニウム合
金鋳物の製造方法の工程を示すタイムチャート、 第２図は本発明に係るアルミニウム合金鋳物の製造方法
の工程を説明するフローチャート、第３図は本発明に係
るアルミニウム合金鋳物の製造方法に係るタイムチャー
ト、 第４図および第５図は本発明に係る製造方法を用いて製
造したアルミニウム合金鋳物の組織スケッチ図、 第６図は鋳造後、Ｔ６処理を施した場合の鋳造品の組織
スケッチ図、 第７図は鋳造後、直ちに焼入れ処理をした場合の鋳造品
の組織スケッチ図、 第８図はマイクロビッカース硬度計で測定した時効経過
に伴う各試料の硬度の変化を示すグラフである。 １０、Ｌ２．２２．２６・・・晶出物としての共晶シリ
コン２０．２４・・・アルミニウム合金固溶体中のα相
時闇

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金からなる溶湯を金型内に加圧充
   填し、溶湯が凝固した後鋳物温度が３５０℃以下に降下
   しない内に金型から鋳造品を取り出す第１の工程と、鋳
   造品の取り出しの後直ちに当該鋳造品を保持炉において
   １０分間以上１時間以下の間所要の溶体化処理温度で保
   持し、その後、水に浸漬して焼入れを施す第２の工程と
   、当該鋳造品に対して人工時効処理を施す第３の工程と
   からなることを特徴とするアルミニウム合金鋳物の製造
   方法。
2. （２）請求項１記載の方法において、第１工程では中子
   として水溶性中子を使用し、第２工程で焼入れの際に当
   該水溶性中子を水に溶解させて鋳造品に対する焼入れと
   共に中子の砂落とし処理を施すことを特徴とするアルミ
   ニウム合金鋳物の製造方法。