JPH0159345B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は凝固中におけるアルミニウム及びその
合金の粒寸法をコントロールするのに用いられる
アルミニウム−チタン−ホウ素合金から成る結晶
粒微細化剤に関するものである。より具体的に
は、本発明はホウ素を含有するアルミニウム鋳造
合金に特に適した粒微細化剤に関するものであ
る。 （背景及び従来技術） 特 許 アルミニウム鋳物用の微粒細化剤は一般的には
アルミニウムの地内にチタンとホウ素を含有して
いる。これらの粒微細化剤の例は米国特許第
3785807号、第3857705号、第4298408号及び第
3634075号に開示されているのを見出せる。米国
特許第3676111号はホウ素及びチタンを別個に添
加することによるアルミニウム基合金の粒微細化
方法を開示している。この発明は(1)ホウ素をアル
ミニウム基合金に添加せねばならないこと、次に
(2)必要に応じてホウ素を付加的に添加する状態で
チタンを添加するということを教示している。段
階(2)におけるチタン及びホウ素の添加物のための
母合金組成の例は周知のAl−３％Ｂ合金並びに
Al−５％Ti−１％Ｂ母合金に限定されている。
最終の鋳造合金は1.4〜2.2のTi−Ｂ比率を有して
いる。 出版物 アルミニウム粒微細化のための最良のチタン対
ホウ素の比率は幾つかということは幾つかの研究
の主題となつてきた。コルニツシユ（Cornish¹）、
ミヤサカ及びナメカワ²並びにピアソン及びビル
ヒ（Pearson and Birch³）の全てはこの問題を
研究し、微粒細化作用が発生するためには前記
Ti−Ｂの比率は（TiB₂の化学量論値である）2.2
より大きくなければならないという結論に到達し
た。これらの結果はコルニツシユの論文¹から引
用した第１図において多分最も明瞭に示されてい
る。黒丸は高純度アルミニウムにおいて良好に粒
微細化作用を行なつた粒微細化合金組成を表わし
ている。白抜き丸は効果の無い合金を示してい
る。 １ A.J.Cornish：Metal Science（金属科学）、
1975、９巻、477〜484頁。 ２ Y.Miyasaka ＆ Y.Namekawa：Light
Metals（軽金属）、1975、197〜211頁、
AIME、New York 1975。 ３ J.Pearson ＆ M.E.J.Birch：Light
Metals、1984、1217〜1229頁、AIME、New
York 1984。 これらの特許及び参照文献はチタン−ホウ素の
含有量を種々に変化させた場合の結果並びに付加
的添加元素又は付加的処理段階について記載して
ある。 粒微細化作用の有効性はアルミニウム粒微細化
剤の組成に幾分依存するとともに微粒細化されて
いるアルミニウム合金にも依存している。例え
ば、最も有用な市販のアルミニウム基粒微細化剤
は一般的に言つて約３よりも大きなチタン対ホウ
素の比率を有している。実際には、しかしなが
ら、これらの市販の粒微細化剤の効果はばらつき
があり、予想不可能である場合もあつた。かくて
このような問題点の原因及び影響を明らかにする
必要があつた。しかしながら、約１％以上の溶融
ケイ素を含んだアルミニウム合金を鋳造するのに
用いる場合、そのような標準的粒微細化剤は効果
が無いという事が判明した。その理由は多分鋳造
合金における高いケイ素含有成分がチタンの効果
を防げ、粒微細化剤としてのホウ素の効果を増進
させるためと考えられる。 Journal of the Chinese Foundryman's
Association（中国鋳造業者協会誌）の第29巻、
1981年６月号、10〜18頁に記載の「Influence of
Grain Refiner Master Alloy Addition on Ａ
−356 Aluminum Alloy（Ａ−356 アルミニウム
合金に対する粒微細化母合金添加の影響）」なる
報告はこのようなテーマを調査した結果を開示し
ている。鋳造合金Ａ−356は6.5〜7.5％のケイ素
と、0.2〜0.4％のマグネシウムと、各々0.2％より
少ない鉄並びにチタンと、残余のアルミニウム＋
通常の低レベル不純物とを含んでいる。この中国
人による調査はＡ−356合金に対してはAl−４％
Ｂ合金が最良の粒微細化剤であり、次がAl−５
％Ti−１％Ｂ合金であり、Al−５％Ti合金が最
下位の粒微細化剤であると報告している。第２図
はそのようなデータをグラフによつて表示したも
のである。 前述のコルニツシユの文献はTi−Ｂの比率を
グラフで表わしている。即ち第１図がこのコルニ
ツシユの文献の結果を示している。その結果は
Ti−Ｂの比率が約２より大きくないと有効な結
果が得られないことを明瞭に示している。 １ 48の比率にある合金の結果は全て貧弱な粒微
細化効果しか示さなかつた（粗粒）。最良の粒
微細化効果はTiB₂の化学量論比率である。 ２ 22のTi−Ｂ以上の場合に得られることが判
明した。 前述したピアソン及びビルヒの参照文献も又
Ti：Ｂの比率は2.22なる化学量論値を超えたもの
であるべきことを教示している。３％Ti−１％
Ｂを含む粒微細化剤が最適の組成であると報告さ
れている。 かくて、Al−７％Si鋳造合金（Ａ−356合金）
について行なわれた中国の研究結果はより高純度
の（低Si含有の）アルミニウムに対するコルニツ
シユ¹並びにピアソン及びビルヒ³の結果と相反す
るものである。我々自身の実験室的研究において
は、前記中国の実験結果が確認されているが、
Al−４％Ｂ合金を操業規模において用いた場合
には多くの問題点が出現した。かくて、高いケイ
素含有のアルミニウム鋳造合金に対する満足すべ
き粒微細化剤は存在しないように思われた。 （発明の目的） 本発明の１つの目的はケイ素含有アルミ合金を
微粒細化するのに特に適した母合金を提供するこ
とである。 本発明の別の目的は当業界において周知のプロ
セスによつて容易に製造することの出来る母合金
を提供することである。 他の目的は本発明の以下の説明、図面及び実施
例から当業者ならば容易に認識することが出来よ
う。 （発明の要約） 本発明の母合金は、１％より多いケイ素を含有
する市販のアルミニウム合金を粒微細化出来る母
合金であつて、重量で1.5〜７％のチタンと、1.5
〜７％のホウ素と、アルミニウム＋不純物の残余
からなり、前記チタン（Ti）とホウ素(B)の比率
Ti：Ｂが0.25〜1.8であり母合金内に75容積％を
こすホウ化物がホウ化物混合体の形状で存在する
ことを特徴とする。 表１の組成はこの発明の母合金の成分組成範囲
と好ましい範囲を示している。このクラスのアル
ミニウム母合金を製造する場合には多くの源から
の不純物が製品内に存在する。これらのいわゆる
「不純物」は必ずしも常に有害なものではなく、
あるものは実際利益をもたらすものであり、例え
ば鉄及び銅のように無害なものもある。またホウ
化物混合体とは、ALB₂＋TiB₂の混合体を示す。 前記「不純物」の幾つかは製造工程から生ずる
残留元素として存在する可能性があり、又は投入
物質内に偶然含まれることが考えられる。例えば
ケイ素、マンガン、ナトリウム、リチウム、カル
シウム、マグネシウム、バナジウム、亜鉛及びヂ
ルコニウムがそのような不純物である。 実際の現場においては、ある種の不純物元素を
最大及び１又は最小値限界内に保持して一様な製
品を得るようにすることが行なわれているが、こ
の技術は当業界において周知であり、これらの合
金を溶解及び処理する技術の範囲内に含まれてい
る。ナトリウム、リチウム、カルシウム、亜鉛及
びヂルコニウムは一般的に言つて可能な限り低い
値に保持されねばならない。 かくて、本発明の合金はこのクラスの合金にお
いて通常関係する限界値内において、前述の又は
他の不純物を含むことが出来る。本発明の正確な
機構は完全にわかつている訳ではないが、チタン
対ホウ素の比を所要の如く制御することにより、
ケイ素を含むアルミニウム合金を効果的に粒微細
化するのに必要欠くべからざる、適正にバランス
を保つたアルミニウムとチタンのホウ化物の混合
物が得られるものと考えられる。 【表】 例 KBF₄とK₂TiF₆の塩混合物を溶融アルミニウ
ムと反転させることにより５種類の実験的合金を
炉製した。ここではこの塩混合物を「溶剤」と称
する。表２に示すように前記反応操作より得られ
た種々のAl−Ti−Ｂ合金とともに３種類の組成
の溶剤と３つの異なる反応温度を採用した。 【表】 これらの実験的合金はAl−７％Si合金のため
の粒微細化剤として用いられた。それぞれの合金
は一般的に言つて粒微細化剤として有効であつ
た。しかしながら、金属29、40、31及び37は特に
効果が目立つものであつた。というのは製品がよ
り清浄な微細組織を有していたからである。表３
は試験結果をまとめて示したものである。 【表】 別のシリーズの合金が他の溶剤比の効果を検査
するために準備された。表４は前記溶剤比率と採
用した反応温度を示す。 【表】 これらのAl−Ti−Ｂ母合金の鋳造アルミニウ
ム−７％ケイ素合金に対する粒微細化効果を調べ
た結果、金属No.56は全シリーズの中で最も効果の
高い母合金であることがわかつた。金属56は30：
70の溶剤比率と、760℃の反応温度を備えている。 ２つのシリーズの試験結果から言えることは、
本発明の最良の実験態様がTi−Ｂの比率が0.7：
１から1.4：１の範囲内にあり（好ましくは約
１：１の値にあり）溶剤の比が30：70にある場合
に得られそうであるということである。この結論
を検証するために、45Kgの実験合金（No.３−40）
が作られ、試験された。この合金は3.1％のチタ
ンと3.2％のホウ素を含んでいた。前述した合金
56において示したように３−40合金は760℃の温
度で30：70の溶剤比により反応させることで作成
された。 合金３−40は７％Si、0.3％Mg、0.1％Fe及び
0.02％Tiを含む市販合金番号356の粒を粒微細化
するのに用いられた。鋳造温度は725℃であり、
鋳造に先立ち溶湯と微粒細化剤が接触していた時
間は５分間であつた。 従来技術の合金、５％Ti−１％Ｂ合金及びAl
−３％Ｂが実験合金３−40と同一の条件下で用い
られた。試験結果は第３図においてグラフとして
示されている。従来技術合金の平均粒寸法が曲線
ａとしてプロツトされており、合金３−40の平均
粒寸法は曲線ｂとしてプロツトされている。これ
らのデータは本発明の合金が従来技術の合金より
もすぐれているということを明白に示している。 別の試験において、市販のアルミニウム合金No.
319（６％Si、3.5％Cu、１％Fe、１％Zn及び0.5
％Mnを含む）も又前述の３つの母合金によつて
微粒細化された。第４図はこの試験結果をグラフ
により表わしたものである。この場合もまた本発
明の合金（No.３−40）は従来技術合金にくらべて
すぐれていた。従来技術合金である５％Ti−１
％Ｂ合金はTiとＢの比が５：１である周知の市
販母合金である。 前述した全ての母合金の金属組織学的調査が行
なわれた。本発明の母合金はかなりの量のアルミ
ニウム及びチタンのホウ化物混合体を含んでい
た。即ち、金属組織学的検査によれば約75容積％
から90容積％を超えるホウ化物混合体が含まれて
いた。このことは単純にホウ化チタン相（特に
TiB₂）及びアルミ化チタン（TiAl₃）が好ましい
ということを教示する既知の技術内容と合致して
いない。

【図面の簡単な説明】

第１図はコルニツシユの論文の結果を示す図、
第２図はＡ−356合金に対する粒微細化合金の添
加効果を示す図、第３図は市販アルミニウム合金
No.356に対する従来技術の粒微細化合金と本発明
に係る粒微細化合金の効果を比較した図、第４図
は市販アルミニウム合金No.319に対する第３図と
同様な図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １％より多いケイ素を含有する市販のアルミ
   ニウム合金を粒微細化出来る母合金において、重
   量で1.5〜７％のチタンと、1.5〜７％のホウ素
   と、アルミニウム＋不純物の残余からなり、前記
   チタン（Ti）とホウ素(B)の比率Ti：Ｂが0.25〜
   1.8であり母合金内に75容積％をこすホウ化物が
   ホウ化物混合体の形状で存在することを特徴とす
   る母合金。 ２ 母合金内に90容積％を越すホウ化物が、ホウ
   化物混合体の形状で存在する、特許請求の範囲第
   １項による母合金。 ３ 市販のアルミニウム合金は、合金319、合金
   Ａ−356及び合金Al−７％Tiから成る群から選択
   された、特許請求の範囲第１項による母合金。 ４ Ti：Ｂの比率が0.7〜1.4である、特許請求の
   範囲第１項による母合金。 ５ Ti：Ｂの比率が約１である、特許請求の範
   囲第１項による母合金。 ６ ３重量％のチタンと、３重量％のホウ素とを
   含有する、特許請求の範囲第１項による母合金。