JPH02274367A - 加圧鋳造された金属および合金の内部組織を均一化する方法および装置 - 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〕 本発明は金属の鋳造に関し、より詳しくは、レオキャス
ティング法とスクイズキャスティング法の長所を組み合
わせた方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

レオキャスティング法はこれまでにも広く行われている
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｗｏｒｋｓｈｉｐ　
ａｔ　ＡＭＭＲＣ（１９７７）、　　ＭＣＩＣＲｅｐｏ
ｒｔ＋　　Ｃｏｌｕｍｂｕｓ、　　０ｈｉｏ；　　八、
　　Ｖｏｇｅｌｅｔ　ａｔ、　”５ｏｌｉｄｉｆｉｃａ
ｔｊｏｎ　ａｎｄ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ
ｓ”。

Ｔｈｅ　Ｍｅｔａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　（１９７９Ｌ　
Ｌｏｎｄｏｎ＋　ｐ、５１８；　Ｇ、　Ｓ。

Ｒｅｄｄｙ　ｅｔ　ａｌ、　（１９８５）　Ｊ、ｏｆ　
Ｍａｔ、　Ｓｃｉ、　２０　、３５３５；Ｒ，Ｔ、　５
ｏｕｔｈｉｎ　（１９６６）　Ｊ、　ｒｎｓｔ、　Ｍａ
ｔ、　９４．４０１）。

この鋳造法の考え方は、凝固中の金属合金を強撹拌する
と（半固相処理、ｓｅ＋＊１−ｓｏｌｉｄ　ｐｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇ）、特殊な非デンドライト組織の固体が形成
されるというものである。この組織を持つ部分的に凝固
した金属は、固相率が６０％程度に高くても流動性の高
いスラリー状になる。流動性の高い、半固相状態の非デ
ンドライトスラリーを直接鋳造する方法はレオキャステ
ィング法と呼ばれている。レオキャスティング法で行わ
れる混合・混練操作は、金属マトリクス複合材料の製造
において固体粒子材料を鋳造物の内部に確実に入り込ま
せるために特に重要である。この粒子材料としては、小
板状粒子（ｐｌａｔｅｌｅｔ）　、繊維、ウィスカー、
およびかなり大きい（〉５μ慣）粒子があり、溶融金属
との濡れ性を高めるため表面に特殊な被覆をしたものも
ある。

スクイズキャスティング法は３０年以上前に開発されて
いたが、このＩＯ年程前までは殆ど利用されていなかっ
た。この方法は凝固中に溶融金属に高圧力を負荷するの
で「溶湯鍛造Ｊとも呼ばれている（Ｂ、Ｒ，Ｆｒａｎｋ
ｌｉｎ　（１９８４）　’５ｑｕｅｅｚｅ　ｃａｓｔｉ
ｎｇＢｒｉｔｉｓｈ　Ｆｏｕｎｄｒｙｍａｎ　７？　（
４）＋　１５）　ｏこれと同じあるいは類似の方法の呼
称としては、「押出し鋳造法（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｃ
ａｓｔｉｎｇ）　Ｊ、「液相ブレス法（ｌｉｑｕｉｄ　
ｐｒｅｓｓｉｎｇ　）　Ｊ、「液体金属スタンピング法
（ｌｉｑｕｉｄ　ｍｅｔａｌ　ｓｔａｍｐｉｎｇ　）　
Ｊ、「加圧凝固法（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｚａｔｉｏｎ）　Ｊ　、および「スクイズフォーミ
ング法（ｓｑｕｅｅｚｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　）　Ｊ等が
ある（　Ｇ、　Ｗｉｌｌｉａｍｓ　ｅｔ　ａｔ、　（１
９８１）　ＭｅｔａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　８　
　（７）、　　２６３）。

いわゆる直接処理を行うスクイズキャスティング法にお
いては、まず油圧プレス機内に配置したダイ・セットの
下部ダイに定量の溶融金属を注入する。次に、両方のダ
イを合わせてダイ・キャビティーを溶融金属で充填し、
凝固しつつある鋳造材料に２１０ＭＮ／ｒｒｒまでの圧
力を負荷する。通常、この圧力は３０〜１５０ＭＮ／ｒ
ｒｒ程度である。

上記の手順は下記の通りである。

ａ）開放状態の雌ダイを予熱し、油圧プレスのベツド上
に配置し、この雌ダイのキャビティー内に秤量した溶融
金属を注入する。圧力を負荷するまでに金属の初期冷却
がある程度起こる。

ｂ）上部ダイあるいはポンチ（雄ダイ）を降ろして液状
金属と接触させ且つダイ内の金属をシールし、負荷圧力
が所定レベルに達するまで下降を続ける。圧力が負荷さ
れるまでの経過時間を極力短くして、ダイ内にある金属
の早期凝固を防止する。

Ｃ）溶融金属全部が凝固を完了するまで圧力を維持する
。この期間中に金属はダイ表面に強制的に密着させられ
る。

ｄ）上部ポンチを元の位置に戻して、凝固した鋳造物を
取り出す。

加圧することによって、比較的急速に凝固した、ボアの
無い細粒材が得られる。機械的性質は普通の鋳物よりも
常に優れており、熱間加工材の長手方向と横方向の中間
の性質になる。出発材が安価で、プレス機の容量も小さ
く、機械加工も少なくて済むので、低コストである。

しかし、スクイズキャスティング法では、鋳型内で生ず
る冷却の勾配とそれにより凝固時に生ずる不均一性、例
えば偏析およびデンドライトの形成を防止することはで
きない。そこで、スクイズキャスティング法とレオキャ
スティング法とを組み合わせれば良好な結果が期待でき
る。

Ｃ，Ｓ、　Ｒｅｄｄｙ　（インド特許１６１１５２＾、
　１９８７　’）が報告しているスクイズキャスティン
グ装置では、金属または合金の溶湯を受ける非磁性のダ
イと、交流駆動式の固定子と、上記のダイ内に嵌入する
鉛直のラムとが用いられる。固定子は、デンドライトの
形成を防止する攪拌を行うために電磁場を発生させるも
のであり、水冷された管状コイルで巻かれている。Ａ　
ｌ−４Ｃｕ−８Ｓ　ｉ合金についてスクイズキャスティ
ングの実験を行った結果によると、攪拌を行って得られ
た鋳造物のミクロ組織は通常の鋳型で得られる鋳造物よ
りも優れていた。合金のデンドライトパターンは攪拌に
よってほぼ球状に変化した。

上記の方法はある程度までは有用ではあるが、本発明者
の検討によれば、不均一性を解消する観点からはスクイ
ズキャスティング法で電磁攪拌しただけでは不十分であ
るという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記問題を解消し、加圧鋳造された金属およ
び合金の内部組織を均一化する方法および装置を堤供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明によれば、鋳型内で、まだ凝固前
の流動状態の金属または合金に、鋳型内で、作動する攪
拌・攪乱手段による混練作用を施すことにより、凝固時
に鋳造金属の内部組織を細長いデンドライトが実質的に
無い、微細球状セルを有する極微細粒Ｍ１ｗｉとするこ
とを特徴とする加圧鋳造された金属および合金の内部組
織を均一化する方法によって達成される。

本発明の方法を実施するための装置は、溶融した金属ま
たは合金を注入して鋳造するための鋳型を保持するダイ
と、鋳型空隙内に嵌入して凝固進行中の溶融金属を加圧
するためのラムとを有し、鋳型内のまだ液状の金属中で
作動する機械的に駆動される撹拌・攪乱手段を更に有す
ることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、粉末冶金法、半固相処理法、液体金属含浸法
等によって通常製造される金属マトリクス複合材料の製
造に伴う種々の問題を解決するために特に適している。

実際、高性能の金属マトリクス複合材料を得るための重
要な条件は、金属と鉱物質粒子とを強固に密着且つ結合
させること、すなわち強化材を流動状態の金属で十分に
濡らすことである。

しかし、殆どのマトリクス−強化材系において、濡れは
無いか非常に乏しい。すなわち、液体金属を強化材の表
面に密着させるためには、かなり大きな単位面積当たり
エネルギーが必要になる。

−船釣な状況下では、濡れ挙動やそれに関係する表面エ
ネルギーは無視できる事項である。しかし、複合材料の
製造においては、粒径の小さい（半径１〜５μｍ程度以
下の）強化材を用いることが有利である。そのため体積
に対する表面積の比を太き（することになり（例えばｌ
　Ｑ　４　ｃ　ｍ　Ｚ／　ｃ　ｍ３）　、表面エネルギ
ー項が無視できなくなる。特に、アスペクト比（長さ／
直径の比）が１０を超えるサブミクロンの繊維やウィス
カーの場合にはこのことが非常に重要になる。

液状金属と濡れ性の低い粒子とを十分に密着させるのに
必要な力は、溶融金属と接触している粒子の周りを取り
囲んでいるガス（あるいは空気）の気泡の内部圧力と関
係する。この圧力は、関係弐Ｐ＝２Ｔ／ｒ（Ｔ＝液体金
属の表面張力、ｒ＝粉粒子平均半径）で算出される。し
たがって、小径粒子および微細粒子の場合に表面張力に
打ち勝つためには、液体金属に負荷する圧力を大きくし
なければならない。

現実に、金属マｌ−ＩＪクス複合材料を加圧含浸処理に
より製造する際には、殆どの場合１００ｂａｒあるいは
それ以上の含浸圧力で処理している。

溶融合金が強化材に対して濡れ性を持たない場合、粉末
状あるいは繊維状の強化材の間隙に溶融合金を侵入させ
るためには上記レベルの圧力が必要になる。このレベル
の圧力は、加圧ダイキャスティングでは通常用いられて
いるが、このような圧力下で強化材（典型的にはＳ　ｉ
　Ｃ，ＡｌｚＯ３のような脆いセラミックス）をどのよ
うにして支持し、含浸中に所望の強化材分布および方位
を維持するかという新たな問題が生ずる。

上記のような系の複雑な問題点の一つに重力偏析がある
。通常、強化材は溶融マトリクス合金との間にかなりの
比重差がある（マトリクスにＺｎ−Ａｌを用いた場合に
は強化材の方が比重が小さい）。したがって、溶融合金
と強化材を混合して静置しておけば、強化材は溶湯表面
に浮上してくることになる。この重力偏析の生ずる速度
は、強化材とマトリクスとの比重差、強化材の表面積／
体積比、および固相の体積率に関係する。強化材が非常
に微細な粉末状の場合や、マトリクスに対する粒子の比
率が高い場合には、偏析はゆっくりと起こる。構造用複
合材料の多くは、強化材の比率が１５〜４０体積％の範
囲である。この体積率は一般的に偏析防止には不十分で
ある。しかし、マトリクス合金のかなりの部分が微細に
分割された固相状態で存在すれば、固相の総体積率は偏
析防止に十分な大きさになる。この状況は、部分的に凝
固した状態の金属を攪拌する半固相スラリー処理すなわ
ちレオキャスティング法によって実現することができる
。このようにして形成される半固相スラリーには幾つか
の興味深い特徴がある。

このスラリーはチキソトロピー（揺変性）挙動を示し、
スラリーの粘度が剪断速度と逆の関係にある。攪拌を強
力にするほど、スラリーの流動性が高まる。

この挙動は固相の体積率の影響を受け、固相率が高くな
ると同じ剪断速度に対する粘度が高くなり、あるいは両
者を入れ換えた関係になり、同じ粘度を得るのに撹拌を
より強力にすることが必要になる。固相率〉３０％の場
合、攪拌を停止すると、スラリーの剪断速度が急減して
硬直し１．固体に近い状態になる。しかし、攪拌を再開
すると、始めの内は攪拌トルクが非常に大きいが、剪断
速度の増加に伴ってスラリーの流動性が高まり、攪拌ト
ルクは剪断速度に対して指数関数的に減少する。

本発明の方法を行うことにより、以上に説明した全ての
利点が鋳型内で直ち←実現できる。通常行われているよ
うに、本発明の方法においても、先ず液体金属または合
金より前または一緒に、鋳型内に強化材（粉末状、粒状
、繊維状、ウィスカー状等）を装入し、その状態で、均
一な半固相スラリー処理をするために必要な操作、すな
わち液相線を横切って冷却・加熱を繰り返す操作を行う
。

上記のプロセスを本発明に従って実際に行う場合を以下
で説明する。

添付図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図に、凝固前の流動状態の合金を鋳型内で作動する
機械的な手段によって混練するスクイズキャスティング
用ダイ・ラム装置を示す。

第１図の装置は、従来のスクイズキャスティング用プレ
スで作動し、ダイ１が肩張り状の抜取部材２と鋳型３と
を保持している。ダイ１および抜取部材２は鋼その他の
硬い金属または合金で作られている。鋳型３は底板３ａ
および円錐台状の側壁３ｂの二つの部分を有し、鋳造し
ようとする金属または合金に対して固着性の少ないセラ
ミックス等の材料で作られている。鋳型は鋼製でもよい
が、その場合には鋳造開始前に固着防止処理（セラミッ
クスの微粉をスラリー状にして吹き付ける）を施す。ダ
イの内壁は、鋳型の外壁と適合する円錐台形にして、凝
固後の鋳造物を引抜き易くしである。ダイｌの側部には
、熱電対５を容れるための孔４が機械加工により開けら
れている。加熱コイル６がダイの周囲を取り巻いている
。

鋳造される金属に固着しないセラミックス等の材料で作
られた混練あるいは撹乱板８を頂部にネジ止め（あるい
はその他の従来手段で固定）したシャフト７が、抜取部
材２および底板３ａの中心に開けた孔の中を慴動するよ
うにしである。シャフトの下端は、シャフトを自在に制
御して上下移動させることができる従来のクランク・ロ
ッド機構（図示せず）に連結してあり、撹乱板８の変位
範囲が鋳型の底板３ａからの所定距離になるようにしで
ある。

撹乱板８に設けた複数の孔９は、底板３ａの上面に突き
出た複数のピン１０と嵌め合わさるようになっている。

撹乱板８が下止点にある時、孔９が対応するピンＩＯで
閉塞され、凝固した鋳造物が取り出し易くなる。

従来のプレスを用いてラム１１で鋳型内を加圧すること
ができる。

第１図の装置は以下のように作動する。

攪乱仮日を下止点にした状態で、コイル６により鋳造に
適した温度に加熱した鋳型３に、溶融した金属または合
金（強化材を含有するまたは含有しない）を充填する。

次に、上記の機構で撹乱板８を上下運動させながら、ラ
ム１１を鋳型３内に降下させて鋳造金属を加圧する。撹
乱板８が変位すると、液体金属は強制的に孔９を通過さ
せられて複数の液流に分割された後、高い混練・混合効
率で混ざり合う。鋳型内の金属が冷却および部分的凝固
により粘度が高まり、それにより撹乱板８が下止点で停
止するまで、すなわち撹乱板８が鋳型３の底板３ａの上
に載ってピン１０が孔９を塞ぐまで、上記の混練動作を
継続させる。孔を開けた撹乱板の代わりに適当なメツシ
ュサイズのスクリーンを用いれば、ピン１０を省略する
ことができる。

本発明の半固相スラリー処理を利用する場合、コイル６
あるいは混練手段自体に内蔵した加熱手段またはこれら
両方を用いた適当な加熱手段によって、鋳型内温合物の
温度を制御する。これは、電気的に（混練手段の撹乱板
あるいは軸に抵抗加熱器を内蔵させる）あるいは高温の
流体を循環させることにより行うことができる。

次に、ダイおよび鋳型を従来のように冷却した後、抜取
部材２を押し上げて鋳型３と鋳造物とをダイｌから取り
外す。このようにして、撹乱板８の上面が鋳造物の底面
に固着せず、再使用可能な状態で容易に離脱できる。

撹乱板の混練作用により冷却中の金属を撹拌する本発明
の方法は、従来のかなり効率的な攪拌方法よりも有利で
ある。それは、流動している金属が単に振動させられあ
るいは局所的に混合されるばかりでなく、実際に鋳型内
全体を循環させられる上、更に、効率的な細粒化が行わ
れ、必要ならば急冷することができ、凝固時の変形が少
ないか全く無いので機械加工コストを低減できるからで
ある。

更に、雰囲気からの汚染が殆ど無い状態で鋳型内の金属
全体を混練するので、従来のレオキャスティング法で頻
繁に起きていたような溶融金属中への残留ガスの巻き込
みが無い。そのため、鋳造物の性質を最適化することが
できる。

本発明で行う混練作用の効率を左右する種々の因子につ
いて説明する。

撹乱板が上下運動する際にその両面間で生ずる圧力降下
は下式（１）で算出される。

ここで、 ｒは、撹乱板の形状・寸法、例えば孔の形状・個数・寸
法、に依存する因子（５〜２ｏの値を取る）、 ηは溶湯の動的粘度、 ■は、撹乱板の孔を通過する混合体の体積流速（ｃｍ’
／５ｅｃ）で表した撹乱板の平均速度であり、液体金属
の実際の流速をＶ、撹乱板の直径をＤとすればπＤ”ｖ
で表される。

十分な混合が行われる乱流が得られるのは、Ｄ■ρ／η
（レイノルズ数、ここでρは金属の密度）の値が２以上
の場合である。

したがって、この関係を（１）式に代入すると、混合に
最適な乱流を起こすのに必要な圧力降下量Δｐは下式（
２）で与えられる。

したがって、必要な圧力降下量（すなわち撹乱板に負荷
すべき圧力）は直径りの２乗に反比例する。

また、別の解析（Ｔ、Ｗ、　Ｃ１ｙｎｅ　ｅｔ　ａｌ、
、　ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａＪ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎ　１８八（１９Ｂ？）、　１５１９）によれば、メ
ツシュタイプの撹乱板（すなわち円筒状の障害物を同じ
方向に向けて束ねた形の撹乱板）の場合については、撹
乱板の両面間での圧力勾配がある臨界値を超えたときに
乱流が開始し、良好な混合が行われる。

撹乱板の厚さをＨとすれば、圧力勾配はΔＰ／Ｈで表さ
れる。上記の条件が満たされた状態では、ここで、 ■は撹乱板の空隙の体積率、 ｒは撹乱板のグリッドのメツシュの平均半径、ηおよび
ρは既に定義した通りである。

上記の関係式を用いると、圧力降下量１０ＭＰａで乱流
による十分な混合が行われる（　ｖ　＝　０．５、メツ
シュ半径＝０．１ｃｍ、攪乱板厚さ＝０．３ｃｍとした
場合）。

関係式（２）と（３）は、混練手段（撹乱板）の理論係
数（混練手段の形状に依存する）が乱流の生ずる条件に
ついて下記の関係で決定されるという点で等価であると
考えられる。

π　　　　　　　　　　　　　ｒ　ｖ 従って、ｆを大きくする（混練手段の効率を高める）た
めには、ｒ（孔の寸法）およびＶ（空隙体積率）を小さ
くシ（小径孔を少数用い）、且つ撹乱板の厚さを厚（す
る必要がある。

以上に説明した手法は、鋳型に溶融金属を充填するのと
同時あるいは鋳造の前に添加することができる強化材（
ウィスカー、短繊維、粒状物、フレーク、小板状粒子、
等）を合金に添加・混合した場合にも適用できることも
重要な点である。この強化材としては、従来の強化用化
合物、例えば強化用セラミックスあるいは金属酸化物（
例えば、結晶質またはアモルファスのＳ　ｉ　Ｃ，Ｓ　
ｉ３Ｎ、、ＡｆＮ、ＢＮ等）を用いることができる。こ
れら強化材の添加は、従来のレオキャスティング法では
通常２段階で行う必要があったが、本発明では１回で行
うことができる。

本発明で行う非常に効率的かつ強力な混合作用により、
強化材と溶融金属との濡れも向上するので、強化鋳造物
の均一性も高まる。すなわち、既に詳細に説明したよう
に、粒子を効果的に濡らすのに必要な圧力は、粒子表面
の曲率半径の減少に比例して増加する。したがって、本
発明で用いる非常に強力な混合圧力の下では、非常に小
さい粒子を完全に濡らすことができる。

撹乱板の運動について重要な事項は、直線往復運動に加
えて、複合的な運動をさせることができるということで
ある。例えば、撹乱板を回転させながら上下運動させて
、撹乱板の孔を通過させることにより、液体金属中に直
線的な流動の代わりに螺線状の流動を起こさせることが
できる。

撹乱板の他の態様としては、例えばその外表面が撹乱板
の変位中に鋳型内壁の変化に合わせて変化するようにし
てもよい。例えば、長さ方向に沿って直径を徐々に大き
くした形の鋳型を用い、これと対応してリムが張り出し
、テーパのある鋳型壁との接触を保つようにした撹乱板
を組み合わせて用いることができる。勿論、上記説明し
た以外の形状の撹乱板を用いることもできる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。

〔実施例１〕 第１図に示した構成のスクイズキャスティング装置を用
いた。各部の概略寸法は、ダイの直径１３０ｍｍ、上端
開口６０ｍｍ、鋳型内径４５ｍｍ、高さ８０ｍｍ、撹乱
板および鋳型はいずれもステンレス鋼製であり且つ表面
を離型剤で保護処理してあり、撹乱板の孔径は約１．２
〜３ｍｍであった。撹乱板の行程は４０ｍｍであった。

ダイと鋳型を６００°Ｃに加熱し、９００°Ｃに保持し
た７０／３０アルミニウム一シリコン合金の溶湯を鋳型
内に注入した。

撹乱板を速度４ｃｍ／ｓで上下運動させながら、鋳型空
隙内に嵌入する重＠１ｋｇの鋼製ピストンを鋳型内に挿
入し、その上から５ＭＰａの圧力をプレスで負荷した。

加熱を停止して全体を２〜３”Ｃ／ｍｉｎの速度で冷却
した。

７分後に、粘度が著しく増加して撹乱板の連動が停止し
たところで、鋳型を強制空冷して冷却を加速した。

冷却後、ダイから鋳造サンプルを取り出し、通常の方法
で内部組織を調べた。

上記と同様の条件で、但し加圧下での混練は行わずに鋳
造した比較材に比べて、本発明に従って得られたサンプ
ルは非常に微細粒の、均一な組織であった。

〔実施例２］ 実施例１とほぼ同様の構造で、但し撹乱板として１ｍｍ
メツシュのスチールワイヤ製スクリーンを２層にした装
置を用いた。鋳型空隙は直径５０ｍｍ、長さ７０ｍｍで
あった。鋳型を２１０°Ｃに加熱し、Ｐ　ｂ　３０　／
　Ｓ　ｎ合金（融点２７０°Ｃ）の溶湯（温度３００°
Ｃ）を注入した。

実施例１と同様に鋳型を閉鎖し、５ｂａｒの圧力を負荷
し、撹乱板を速度０．３ｍ／ｓｅｃで作動開始させ、こ
の動的状態で合金を鋳型と熱的平衡状態にさせた。熱的
平衡に近づく過程で固相の形成が開始し、温度が約２４
０°Ｃ（固相率にして３０体積％）になったところで圧
力を１０倍に上げ、ダイを強制空冷した。撹乱板は約２
０ＳｅＣ間上下連動を持続した後、鋳型の底板上で停止
した。

鋳型を開け、凝固した合金を取り出して組織を調べた結
果、Ｐｂ−３ｎ共晶マトリクス中に、はぼ球状の高ｐｂ
粒子（約５μｍの大きさ）が均一に分布していた。

〔実施例３］ 実施例２と同様な、但し炭素鋼製鋳型（直径５０ｍｍ、
長さ７０ｍｍ）とした装置を用いた。鋳造前に、通常の
グラファイト／ボロンナイトライド系離型剤を吹付液の
形で鋳型内面に塗布した。

撹乱板として、厚さ１０ｍｍのステンレス’Ｍ＋＋Ｆｉ
に半径２ｍｍの孔を列状に設けたものを用いた。攪拌手
段のシャフト７を中空状とし、その中に電源に接続した
加熱コイルを内蔵させた。ここで発生した熱がシャフト
に沿って伝導し撹乱板に伝達されてこれを所定温度に維
持する。

鋳型を４００°Ｃに加熱し、Ａ３５７Ａｆ！／Ｓｉ／Ｍ
ｇ鋳造合金の溶湯（温度６６０°Ｃ）を、５μｍの炭化
シリコン粒子２０体積％と一緒に注入した。

鋳型を通常のように閉鎖してから、攪拌器の往復運動（
速度０．５ｍ／５ｅｃ）を開始すると共に２ＭＰａの一
軸圧力を負荷した。鋳型内の温度が約６１５°Ｃになっ
たときに、合金の一部が凝固を開始した。撹乱板の運動
に更に力が必要になった（力が１００Ｎを超えた）とこ
ろで攪拌を停止し、圧力を５０　Ｍ　Ｐ　ａに増加させ
た。強制空冷を行った。

凝固後、合金の組織を調べた結果、高Ｓｉ共晶マトリク
ス中に初晶アルミニウム固溶体の球状デンドライト（粒
径約２μｍ）が存在する微細なマトリクス中にＳｔＣ粒
子が非常に均一に分布していた。

〔実施例４〕 実施例３と同様な鋳型と攪拌手段の組み合わせ（鋳型直
径５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）を用いた。

Ｐｂ／８０ｗｔ％Ｓｎ合金（融点−２０２’Ｃ）を用い
た。ＳｉＣウィスカー（Ｔｏｋａｉ　　Ｃａｒｂｏｎ社
製のＴｏｋａｍａｘ：２μｍ、等級２）を鋳型内に注入
した。ウィスカーの量は、合金に対して約１２体積％で
あった。鋳型を２００　”Ｃに加熱し、約３００°Ｃ（
融点より約１００°Ｃ高温）にスーパーヒートした溶融
合金を注入した。

ダイを閉鎖した後、混練手段を０．１ｍ／ｓｅｃで作動
開始すると共に５ＭＰａの圧力を負荷した。

鋳型を放冷した。

合金の温度が液相線からｌＯ°Ｃ以内になったときに混
練スピードを０．５ｍ／ｓｅｃに増加させた。

合金の凝固が進んで混純に対する抗力が約１００、Ｎま
で増加したところで、攪拌手段の運動を停止し、圧力を
５０ＭＰａに上昇させた。強制空冷により引き続き冷却
を行った。

鋳型を開け、合金の組織を調べた結果、ウィスカーが凝
集せずに均一に分布していた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従ってスクイズキャスティング法を
行うための装置の例を示す断面図である。 ｌ：ダイ、２：抜取部材、３：鋳型、 ３ａ：鋳型の底板、３ｂ：鋳型の側壁、４：熱電対用の
孔、５：熱電対、 ６：加熱コイル、７：攪拌手段のシャフト、８：攪拌手
段の撹乱板、 ９：撹乱板の孔、１０：ビン、 １１：ラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型内で、まだ凝固前の流動状態の金属または合金
   に、鋳型内で作動する攪拌・攪乱手段の運動による混練
   作用を施すことにより、凝固時に鋳造金属の内部組織を
   細長いデンドライトが実質的に無い、微細球状セルを有
   する極微細粒組織とすることを特徴とする加圧鋳造され
   た金属および合金の内部組織を均一化する方法。 ２、溶融金属の充填前または充填と一緒に強化粒子材料
   を鋳型内に添加し、形成された混合物に凝固中に施され
   る混練作用により上記粒子材料を均一に分布させること
   を特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記粒子材料と金属マトリクスの微細粒とが混合中
   にある程度結合することを特徴とする請求項２記載の方
   法。 ４、前記粒子材料として、粉末状、微小板状、ウィスカ
   ー状、および長繊維状もしくは短繊維状の金属酸化物ま
   たはセラミックスから選択された１種または２種以上の
   材料を用いることを特徴とする請求項２記載の方法。 ５、溶融した金属または合金を注入して鋳造するための
   鋳型を保持するダイと、鋳型空隙内に嵌入して凝固進行
   中の溶融金属を加圧するためのラムとを有し、鋳型内の
   まだ液状の金属中で作動する機械的に駆動される攪拌・
   攪乱手段を更に有することを特徴とする、請求項１記載
   の方法を実施するための装置。 ６、前記攪拌・攪乱手段として、鋳型内で往復運動する
   、貫通孔を有する攪拌・攪乱板を用い、この攪拌・攪乱
   板の運動により液状金属を上記貫通孔を強制通過させる
   ことにより強度の混練・混合作用を行うことを特徴とす
   る請求項５記載の装置。 ７、前記攪拌・攪乱板をダイと鋳型壁とを貫通した通路
   内を慴動するシャフトに固定し、このシャフトをクラン
   ク・ロッド機構で前後進運動させるようにしたことを特
   徴とする請求項５記載の装置。 ８、前記攪拌・攪乱手段が内部から加熱されることを特
   徴とする請求項６記載の装置。 ９、前記攪拌・攪乱手段の外形が鋳型空隙の内形に適合
   するようにしたことを特徴とする請求項５記載の方法。 １０、前記攪拌・攪乱手段が鋳型底にある時に前記貫通
   孔に嵌め合わさる栓部材を鋳型底に設け、攪拌・攪乱手
   段の自由表面を平坦にして鋳造物に固着しないようにし
   たことを特徴とする請求項６記載の装置。