JPH0192345A - Ａｌ合金鋳物の熱処理方法 - 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、ＡＩ２合金鋳物に対してその機械的性質を向
上させるべく行われる熱処理方法に関する。

（従来の技術） 車両等に搭載されるエンジンのシリンダヘッドは、通常
、その重量の軽減を図るべ（Ａｌ合金鋳物によって形成
される。そして、シリンダヘッドには高温の燃焼熱が作
用するため、シリンダヘッドに適用されるＡｌ合金鋳物
は、その耐熱疲労性を向上させるべく鋳造後において焼
入れ等の溶体化処理ゐく施される。

しかしながら、Ａｌ合金鋳物は、その鋳造時において引
は巣が生じ易く、斯かる引は巣は通常の溶体化処理によ
っては除去されずＡｆ合金鋳物の内部に残留するものと
なる。このように、内部に引は巣を有するＡｆ合金鋳物
がシリンダヘッドに適用された場合には、エンジンの燃
焼熱によってシリンダヘッドが熱疲労してクランクが発
生する等の問題が生じ、斯かる問題は、エンジンの高出
力化に伴って増加する傾向にある。

このような、Ａｌ合金鋳物中にシリンダヘッドの耐熱疲
労性を劣化させる原因となる引は巣が発生することを抑
制すべく、例えば、特開昭５８−８４６６２号公報にも
記載されている如く、気密室内に配置された砂型の内部
に溶湯を注入した後、砂型の湯口を蓋部材で閉塞して気
密室内の気圧を高め、砂型内に注入された溶湯に圧力を
加えるようにされた加圧鋳造法が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如くの加圧鋳造法においては、砂
型内に注入された溶湯は比較的速やかに凝固するため、
引は巣が発生することを充分に抑制することが困難であ
るという問題がある。

これに対し、鋳造されたＡＩ２合金鋳物に対し、溶体化
処理を施すとともに流体圧力を加えるごとにより、Ａｌ
合金鋳物中の引は巣を閉塞する熱間静水圧法を採用する
ことが考えられるが、斯かる熱間静水圧法によってＡＮ
合金鋳物中の引は巣を除去する場合には、約１００１０
０Ｏ／ｃｎｌという高い加圧力をもってＡｊ２合金鋳物
を加圧することが必要とされるので、大掛かりな装置が
必要とされるという不都合がある。

また、Ａｌ合金鋳物に対する溶体化処理を行うに際して
の加熱温度を高めてＡｌ合金鋳物中に含有されるＳｉ（
珪素）の粒状化を促進させ、それにより、Ａｌ合金鋳物
の耐熱疲労性を向上させることが考えられるが、Ａｆｆ
合金鋳物に対する加熱温度を高めた場合には、／１合金
鋳物中に含まれるＡｌｚ　ＣｕＭｇ、Ａｆ！、５Ｃ１Ｊ
２　Ｍｇｚ　、Ｍｇ５Ａｌ１１及びＭｇ２５ｉ等の低融
点化合物が局部的に融解し、融解したこれら低融点化合
物が凝固する際にＡｌ合金鋳物中に巣が形成されてしま
うという不都合がある。

斯かる点に鑑み本発明は、大掛かりな装置が必要とされ
ることなく、鋳造時に内部に発生した引は巣が確実に除
去され、かつ、内部に含有されたＳｉの粒状化が促進さ
れて耐熱疲労性が著しく向上せしめられたＡｌ合金鋳物
を得ることができる、ＡＰ合金鋳物の熱処理方法を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係るＡｆｆｉ合金鋳
物の熱処理方法は、Ａｆ合金鋳物をその中に含まれる低
融点化合物が局部的に融解する加熱温度をもって加熱す
るとともに、７０ｋｇｆ／ｃｒＡ以上の圧力をもって加
圧し、その後、焼入れする溶体化処理を含むものとされ
、より具体的には、加熱温度が５１０〜５６０°Ｃとさ
れ、かつ、Ａｌ合金鋳物に対する溶体化処理時間が２時
間以上とされる。

（作　用） 上述の如くの、本発明に係るＡＡ合金鋳物の熱処理方法
においては１，１２合金鋳物が５１０〜５６０°Ｃの温
度をもって加熱されるとともに７０ｋｇｆ／ｃｆｆｌの
圧力をもって加圧されることにより、Ａｆ合金鋳物中に
含有された低融点化合物が局部的に融解し、鋳造時に／
１合金鋳物の内部に形成された引は巣に充填される。

このようにされることにより、Ａｌ合金鋳物の内部に生
じた引は巣が、融解した低融点化合物によって閉塞され
るので、引は巣が確実に除去された耐熱疲労性に優れた
Ａｌ合金鋳物が得られる。

また、Ａｌ合金鋳物に対する溶体化処理が比較的高温の
もとで行われるので、比較的短時間でＡｌ合金鋳物中に
おけるＳｉの粒状化が促進され、それにより、さらに耐
熱疲労性に優れた高品質のＡｌ合金鋳物が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面及び顕微鏡写真を参
照して説明する。

第１図は、本発明に係るＡｌ合金鋳物の熱処理方法を実
現すべく用いられる熱処理装置を概略的に示す。第１図
において、Ａｊ２合金鋳物２は、例えば、Ｃｕ（銅）が
１．０〜１．５重量％、Ｓｉが４゜５〜５．５重量％、
　Ｍｇ　（マグネシウム）が０．４〜０．６重量％、Ｚ
ｎ（亜鉛）が０．３重量％以下、Ｆｅ（鉄）が０．６重
量％以下、　Ｍｎ　（マンガン）が０．５重量％以下、
及び、Ａｉ（アルミニウム）が残部とされた成分組成を
有するＡＣ４Ｄ合金とされている。斯かるＡｌ合金鋳物
２は、るつぼ４内に配されており、るつぼ４は、内壁面
にヒータ６が装着された加熱炉８内に配されている。

加熱炉８内には、圧力通路１０の一端部が開口せしめら
れており、圧力通路１０の他端部は圧力通路１２に連結
されている。圧力通路１２の一端部には、アルゴンガス
あるいは窒素ガス等の不活性ガスが高圧で封入されたガ
スボンベ１４に連結されている。そして、圧力通路１２
における圧力通路１０が連結された部位を挟む２箇所に
は、バルブ１６及び１８が介装されており、バルブ１６
が閉状態をとるとともにバルブ１８が開状態をとるとき
、ガスポンベ１４内に封入された不活性ガスが、圧力通
路１２及び１０を通じて加熱炉８内に導入され、また、
バルブ１８が閉状態をとるとともにバルブ１６が開状態
をとるとき、加熱炉８内に導入された不活性ガスが圧力
通路１０及び１２を通じて排出される。

斯かる構成とされる熱処理装置が用いられて、Ａｆｆｉ
合金鋳物２に対する熱処理が行われるに際しては、るつ
ぼ４内にＡｆｆｉ合金鋳物２が収納され、るつぼ４が加
熱炉８内に配置された後、縦軸に加熱温度ＴＨがとられ
横軸に時間Ｔがとられて表される第２図に示される如く
、ヒータ６によってＡｌ合金鋳物２に対する加熱温度Ｔ
Ｈが約５５０″Ｃまで上昇せしめられ、その温度が約５
０分間維持される。

このようにして、Ａ（合金鋳物２に対する加熱温度ＴＨ
が約５５０℃に維持された状態において、バルブ１６が
閉状態をとるとともにバルブ１８が開状態をとり、ガス
ボンベ１４内に封入された不活性ガスが加熱炉８内に導
入される。それにより、Ａｆｆｉ合金鋳物２が、縦軸に
加圧力ＩＰがとられ横軸に時間Ｔがとられて表される第
３図に示される如く、約９０　ｋｇ　ｆ　／　ｃＩＩＩ
の圧力をもって約３０分間加圧される。このようにして
、／１合金鋳物２に対し、約５５０℃の加熱温度ＴＨを
もっての加熱、及び、約９０ｋｇｆ／ｃｉｌｌの圧力を
もっての加圧が行われた後には、例えば、約４８５°Ｃ
の加熱温度ＴＨをもって約４時間の溶体化処理（焼入れ
）、さらに、１８０°Ｃの加熱温度をもって約６時間の
焼戻し処理が行われる。

第４図及び第５図は、夫々、砂型によって鋳造されたＡ
Ｃ４ＤＣ１０断面、及び、砂型によって鋳造された後、
約５５０℃に加熱されるとともに約９０ｋｇｆ／ｃｉの
圧力をもって加圧されたＡＣ４ＤＣ１０断面を、５倍の
倍率をもって示す顕微鏡写真である。

第４図及び第５図の写真において、白色部分に点在する
黒色部分がＡＣ４Ｄ合金中に形成された引は巣であり、
第５図の写真に示されるＡＣ４ＤＣ１０断面には引は巣
が殆ど認められない。斯かる結果より、ＡＣ４０合金を
約５５０°Ｃに加熱するとともに約９０ｋｇｆ／ｃｆｆ
ｌの圧力をもって加圧することにより、ＡＣ４Ｄ合金中
に含まれる低融点化合物が局部的に融解して、それが鋳
造時にＡＣ４ＤＣ１０内部に形成された引は巣に充填さ
れ、それにより、引は巣が確実に除去されたＡ、Ｃ４Ｄ
合金が得られたことが認められる。

なお、上述の例においては、Ａｉ合金鋳物２に対して、
５５０°Ｃの加熱温度をもっての加熱及び約９０ｋｇｆ
／ｃｒＭの圧力をもっての加圧が行われた後に、４８５
°Ｃの加熱温度をもっての焼入れが行われるようにされ
ているが、Ａｆｆｉ合金鋳物２に対する焼入れに際して
の加熱温度を必ずしも低下させる必要はなく、例えば、
５５０℃の加熱温度が保たれた状態でＡ℃合金鋳物２に
対する焼入れが行われるようにされてもよい。

このようにして、本発明に係る熱処理方法が適用されて
得られた。１１合金鋳物の引張り強さについて、縦軸に
金型によって鋳造されたＡＣ，４Ｄ合金の引張り強さＴ
Ｓがとられ、横軸にＡＣ４ＤＣ１０対する溶体化処理温
度ＴＴがとられて表される第６図を参照して説明する。

第６図において実線で示される如く、ＡＣ４ＤＣ１０引
張り強さＴＳは、ＡＣ４ＤＣ１０対する溶体化処理温度
ＴＴの上昇に伴って大なるものとなる。しかしながら、
溶体化処理温度ＴＴが約５４０℃を越えると内部に含ま
れるＡｉｚ　ＣｕＭｇ、Ａｊ２ｓ　　Ｃｕ２Ｍｇｚ　。

Ｍｇｓ　ＡＬ＋及びＭｇ２５ｔ等の低融点化合物が融解
し、斯かる低融点化合物が凝固する際にＡｌ合金鋳物の
内部に巣が形成されることにより、引張り強さＴＳが低
下するものとなる。これに対し、例えば、ＡＣ４０合金
に対する溶体化処理温度ＴＴが約５４０°Ｃを越えた状
態において、ＡＣ４ＤＣ１０約９０ｋｇｆ／ｃＡの圧力
をもって加圧した場合には、融解した低融点化合物が凝
固する際に巣が形成されることが回避されるので、第６
図において−点鎖線で示される如く、引張り強さＴＳが
低下することなく内部に含まれるＳｉの粒状化が促進さ
れ、耐熱疲労性に優れたＡ！合金鋳物が得られることに
なる。

以下に、本発明に係る熱処理方法に基づく熱処理が施さ
れたＡ４２合金鋳物と従来の熱処理が施されたＡｌ合金
鋳物とを用いて、夫々の耐熱疲労性を比較する実験を行
って得られた結果について述べる。

斯かる比較実験は、約５５０°Ｃに加熱されるとともに
約９０Ｋｇｆ／ｃｆｆｌの圧力をもって加圧される溶体
化処理が施されたＡＣ４ＤＣ１２及び、約５２５°Ｃに
加熱される溶体化処理が施されたＡＣ４ＤＣ１２対し、
バーナーによる約２０秒間の加熱（２５０°Ｃ）と水に
よる約１０秒間の冷却（室温）とを夫々１５００回繰り
返して行い、その後、夫々のＡＣ４ＤＣ１２生じたクラ
ックの長さを比較することにより行われた。

その結果、約５５０°Ｃに加熱されるとともに約９０Ｋ
　ｇ　ｆ　／　ｃｒＡの圧力をもって加圧される溶体化
処理が施されたＡＣ４ＤＣ１２生じたクランクの長さが
３〜３．５ｍｍであるのに対し、約５２５°Ｃに加熱さ
れる溶体化処理が施されたＡＣ４ＤＣ１２生じたクラッ
クの長さは４〜５　ｍｍであることが認められた。

斯かる結果より、本発明に係る熱処理方法に基づく熱処
理が施されたＡｌ合金鋳物の耐熱疲労性は、従来の熱処
理が施されたＡＡ合金鋳物の耐熱疲労性に比して１．２
〜１．５倍程度向上していることがわかる。

以下に、本発明に係る熱処理方法において、低融点化合
物が局部的に融解する温度をもって加熱されるＡｌ合金
鋳物に対する加圧力を７０ｋｇｆ／ｃｙＭ以上に設定し
た理由について、縦軸にＡｌ合金鋳物の引張り強さＴＳ
がとられ、横軸にＡｌ合金鋳物に対する加圧力ＩＰがと
られて表される第７図、及び、縦軸にＡｌ合金鋳物の密
度ＡＤがとられ、横軸に、１１合金鋳物に対する加圧力
ＩＰがとられて表される第８図を参照して述べる。

第７図及び第８図より、ＡＩ２合金鋳物に対する加圧力
が７０〜１００　ｋｇｆ／ｃ＋ｆｌに変化する際に、Ａ
ｌ合金鋳物の引張り強さＴＳ及び密度ＡＤが大となるこ
とが認められる。これは、Ａｌ合金鋳物が加熱される際
に融解した低融点化合物が、Ａｌ合金鋳物に対する加圧
力によって充分に引は巣に充填されたことを示している
。従って、加熱されるＡＩ！。

合金鋳物に対する加圧力は７０ｋｇｆ／ｃｆｆ１以上に
設定される。

また、Ａｌ合金鋳物に対する焼入れの前に行われる溶体
化処理に際しての加熱温度ＴＨが５１０〜５６０°Ｃの
範囲に設定されるのは、以下の理由に基づく。即ち、加
熱温度Ｔ　Ｈが５１０°Ｃ未満である場合には、低融点
化合物が充分に融解しないので、Ａｆｆｉ合金鋳物中の
引は巣に充填されるに充分な量の融解した低融点化合物
が得られず、また、加熱温度ＴＨが５６０°Ｃを越える
場合にはＡｆ合金鋳物の組織が変化する、あるいは、Ａ
ｌ合金鋳物を所定の形状に保つことが困難である等の不
都合が生じるためである。

さらに、Ａｌ合金鋳物に対する焼入れ処理を含む溶体化
処理時間が２時間以上とされるのは以下の理由に基づく
。即ち、焼入れ処理を含む溶体化処理時間が、夫々、１
時間、２時間、３時間及び４時間とされた４種類のＡＣ
４Ｄ合金Ｔ、、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の引張り強さＴＳの
違いを表す第９図に示される如く、Ａｌ合金鋳物に対す
る溶体化処理時間が２時間未満である場合には、へ！合
金鋳物に充分な引張り強さＴＳが得られず、また、Ａｌ
合金鋳物に含有されるＳｉが充分に粒状化しないために
、充分な耐熱疲労性を有するＡｌ合金鋳物が得られない
という不都合が生じるためである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るＡｌ合金鋳
物の熱処理方法によれば、Ａｌ合金鋳物を５１０〜５６
０°Ｃの温度をもって加熱するとともにＡｆ合金鋳物に
対する加圧を行うことにより、Ａｌ合金鋳物中に含まれ
る低融点化合物が局部的に融解して、鋳造時にＡＩ！合
金鋳物の内部に形成された引は巣に充填されるので、大
掛かりな装置等が必要とされることなく、引は巣が確実
に除去された耐熱疲労性にイ■れたＡｌ合金鋳物を得る
ことができる。また、Ａｌ合金鋳物に対する溶体化処理
が比較的高温のもとで行われるので、比較的短時間でＡ
ｌ合金鋳物中に含有されたＳｉの粒状化が促進され、そ
れにより、さらに耐熱疲労性に優れた高品質のＡｆ合金
鋳物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＡｌ合金鋳物の熱処理方法の一例
を実現すべく用いられる熱処理装置を示す概略構成図、
第２図及び第３図は本発明に係る熱処理方法の一例に基
づく溶体化処理の説明に供　１されるグラフ、第４図は
砂型によって鋳造されたＡＣ４ＤＣ１０断面を示す顕微
鏡写真、第５図は砂型によって鋳造されて本発明に係る
熱処理方法の一例に基づく熱処理が施されたＡＣ４ＤＣ
１０断面を示す顕微鏡写真、第６図は溶体化処理時にお
けるＡＰ合金鋳物に対する加熱温度と／１合金鋳物の引
張り強さとの関係を示すグラフ、第７図は溶体化処理時
におけるＡｆｆｉ合金鋳物に対する加圧力とＡｌ合金鋳
物の密度との関係を示すグラフ、第８図は溶体化処理時
におけるＡｆｆｉ合金鋳物に対する加圧力と、１１合金
鋳物の引張り強さとの関係を示すグラフ、第９図はＡｌ
合金鋳物に対する溶体化処理時間とＡｌ合金鋳物の引張
り強さとの関係を示すグラフである。 図中、２はＡｆｆｉ合金鋳物、６はヒータ、８は加熱炉
、１４はガスボンベである。 特許出願人　　　マツダ株式会社 代理人　弁理士　神　原　貞　昭 第６図 ＋４　　１２　　　Ｔ３　　　Ｔ４ 第７図 １）Ｊ 第８図 ＋ｐ　２００（に９’／ｃｍ２） １ＪＵ 手続補正書 １、事件の表示 昭和４２年特許願第１５０ｇｇ９号 ２、発明の名称 ＡＪ−合金鋳物の熱処理方法 ３、補正をする者 事件との関係、　　特許出願人 住　　所　　広島県安芸郡府中町新地３番／号名　称　
　（３／３）マツダ株式会社 代表者古田徳昌 ４・代　理　人〒１５０ ６、　補正により増加する発明の数　な　し７、補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明へジ；、ＩＩＦ、、、Ｊ≦（
％　を頁な説ｊ月の弓８、補正の内容　　　　ｌ）≧、 （１）明細書中、第８頁１６行及び１８〜１９行、及び
、第１５頁１３行及び１５〜１６行ｒＡＣ４Ｄ合金の断
面」とあるをｒＡＣ４Ｄ合金の内゛部金属組織」に訂正
する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ合金鋳物をその中に含まれる低融点化合物が
   局部的に融解する加熱温度をもって加熱するとともに７
   ０ｋｇｆ／ｃｍ＾２以上の圧力をもって加圧し、次いで
   、焼入れする溶体化処理を含んで成るＡｌ合金鋳物の熱
   処理方法。
2. （２）上記加熱温度が５１０〜５６０℃とされ、かつ、
   上記Ａｌ合金鋳物に対する溶体化処理時間が２時間以上
   とされていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のＡｌ合金鋳物の熱処理方法。