JPH04138842A - 結晶微細化用合金及びその製造方法 - 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又はアルミニウム合金を鋳造する
際に、鋳造組織の結晶粒を微細化するために前記アルミ
ニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に添加する結晶微
細化用合金及びその製造方法に関し、特にＴｉ及びＢを
含有するアルミニウム合金からなる結晶微細化用合金及
びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる溶湯
を鋳造するに際して、得られる鋳塊の結晶粒を微細化す
るために、前記アルミニウム又はアルミニウム合金の溶
湯中にＴｉ及びＢの元素を含む結晶微細化剤（Ａｆ−Ｔ
ｉ−Ｂ合金）を添加する技術が周知である。Ａｆ−Ｔｉ
−Ｂ合金が結晶微細化能力を有する理由は、中間合金中
のＴｉＢ２及びＴｉＡノ。等の化合物が結晶粒の核とし
て作用する外、ＴｉとＢが結晶の増殖作用を助長するた
めであると考えられている。また、結晶微細化用合金中
において、ＴｉＢ２及びＴ　ｉ　Ａｊ’３等の化合物が
微細である程、また均一に分散している程、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金鋳塊の微細化効果が上がること
が報告されている。

この微細化用合金はロッド状で溶湯中に添加される。而
して、この微細化用合金ロッドはブロペルチ又はスピー
デム等のベルトホイール連続鋳造圧延方式により、又は
直径が約１００ｍｍのインゴットから圧延及び伸線加工
により、直径が約１０ｍｍのコイル状ロッドとして製造
されている。

しかしながら、上述のベルトホイール連続鋳造圧延方式
により、又は１００■径インゴツトから製造した微細化
用合金ロッドでは冷却速度が遅いため、ＴｉＢ２とＴｉ
Ａｆ。の組織が針状になってしまう。従って、組織が粗
く、結晶の核となる能力としては不十分である。このた
め、従来の微細化用合金ロッドでは十分な微細化効果を
得にくい。

従って、この微細化用合金ロッドをインラインにて鋳込
直前の機内の溶湯中に添加した後、鋳塊の組織微細化の
効果が現れる迄に時間がかかり、鋳塊の初期に凝固した
部分は結晶微細化の効果が得られない。このため、この
初期凝固部分は製品の所要特性を満足できず、再溶解処
分等になるため、従来は鋳塊の歩留が低いという難点が
ある。また、微細化剤の添加量が多い場合には、微細化
効果が不安定となる。これによっても、鋳塊の製造歩留
が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
十分な納品微細化効果が得られると共に、この微細化効
果の速効性が優れており、鋳塊の歩留を向上させること
ができる結晶微細化用合金及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る結晶微細化用合金は、Ｔｉ及びＢを含有す
るアルミニウム合金であって、ＴｉＡｆ。晶出物の粒径
が１５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る結晶微細化用合金の製造方法は、Ｔｉ及び
Ｂを含有するアルミニウム合金の溶湯を連続鋳造法によ
り鋳造し、前記溶湯が凝固するときの冷却速度を２００
℃／秒以上にして、得られた鋳塊中のＴｉＡｆ。の晶出
物の粒径を１５μｍ以下にすることを特徴とする。

［作用］ 本願発明者等は、結晶粒の微細化効果が優れた結晶微細
化用合金を開発すべく種々実験研究を重ねた結果、この
合金中のＴ　ｉ　Ａ　ｆ　３品出物の粒径が１５μｍ以
下であると、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯
中にこの結晶微細化用合金を添加した場合に、その添加
による鋳造組織微細化の効果が速やかにかつ十分に現れ
て鋳塊の歩留が向上することを見い出した。また、その
添加量が多い場合でも、その微細化効果は安定している
。

また、本願発明者等は、Ｔ　Ｉ及びＢを含有するアルミ
ニウム合金の溶湯を連続鋳造により鋳造すると共に、溶
湯の冷却速度を２００℃／秒以上にして急冷凝固させる
ことにより、Ｔ　Ｉ　Ａ　ｆ　３晶出物の粒径を１５μ
ｍ以下にすることができることを見い出した。但し、こ
の溶湯の冷却速度とは固液共存領域における溶湯の温度
勾配をいう。

第１図は横軸に冷却速度をとり、縦軸にＴｉＡｌ３晶出
物の粒径をとって両者の関係を示すグラフ図である。こ
の第１図に示すように、冷却速度（’Ｃ／秒）の対数と
、ＴｉＡｌ３晶出物粒径（μｍ）との間には、略直線関
係が存在し、冷却速度が２００　　（’Ｃ／秒）以上の
場合に、ＴｉＡｌ３の粒径が１５μｍ以下になる。また
、この場合に、他の晶出物ＴｉＢｚも結晶微細化用合金
中に均一に分散する。一方、冷却速度が遅くなると、Ｔ
　ｉ　Ｂ　２品出物が粗大化し、微細なＴｉＢ２粒子が
結晶粒界に集合してしまってこのＴ　ｉ　Ｂ　２粒子を
均一に分散させることができなくなる。これに対し、前
述のごとく、２００で７秒以上の冷却速度で急冷凝固さ
せると、ＡｆとＴ　ｉ　Ｂ　２は一挙に凝固してＴｉＢ
２が合金中に均一に分散する。

第２図及び第３図は夫々冷却速度が２００℃／秒及び２
℃／秒の場合のＴ　ｉ　Ｂ　２粒子の分散状態を示す金
属顕微鏡組織写真である。この第２図に示すように、冷
却速度が２００℃／秒である場合は、黒い塊状のＴｉＡ
ｆａ粒子の外に、黒点状に存在するＴｉＢｓ＋粒子がこ
の合金中に均一に分散している。一方、第３図に示すよ
うに、冷却速度が２℃／秒の場合には、黒点状のＴｉＢ
２粒子は局部的に偏在している。また、塊状のＴ　ｉ　
Ａ　１３粒子もその大きさが第２図の場合に比して大き
い。従って、溶湯冷却速度を２００℃／秒以上に設定す
ることにより、Ｔ　Ｉ　Ａ　１３粒子が微細であり、Ｔ
ｉＢ２粒子が均一に分散した結晶微細化用合金が得られ
る。

上述の２００℃／秒以上の冷却速度を得るためには、Ｔ
ｉ及びＢを含有するＡＩ！合金の溶湯を連続鋳造法によ
り直径が２０ｍｍ以下の小径棒状の鋳塊になるように鋳
造し、その際に、この鋳塊の引抜速度を８００ｍｍ　／
分量上に設定すれば良い。

第４図は連続鋳造装置の鋳型の内径（ｍｍ）　、即ち得
られる鋳塊の直径と、この鋳塊の引抜速度（ｍｍ／分）
と、冷却速度（℃／秒）との関係を示す図である。この
第４図に示すように、直径が２０ｍｍ以下の鋳塊を８０
０ｍｍ　／分量上の引抜速度で引き抜くことによって、
２００℃／秒以上の冷却速度が得られる。

なお、この２００℃／秒以上の冷却速度を得るための連
続鋳造条件は、必ずしも上述の棒径及び弓抜速度の範囲
に限定されるものではない。例えば、連続鋳造鋳型の冷
却能とか、鋳塊引き出し後の冷却条件等を考慮して前述
の溶湯冷却速度条件を作ることができる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例により製造された結晶微細化用合
金による微細化効果を、比較例の合金の微細化効果と比
較して説明する。

先ず、実施例合金の製造方法について説明する。

横型連続鋳造装置により、Ａｆ−５Ｔｉ−ＩＢの比率で
Ｔｉ及びＢを含仔するＡｆ合金溶湯を直径が２０＋ｎｍ
の鋳塊に連続鋳造した。この連続鋳造工程における鋳造
条件は、鋳造温度が７２０乃至７３０℃、鋳造速度が８
００ｍｍ　／分、鋳型の冷却水量が３０１／分である。

この場合の溶湯の冷却速度は２００℃／秒であり、得ら
れた鋳塊におけるＴ　ｒ　Ａ　、Ｅ３の結晶粒径は１５
μｍであった。この鋳塊を圧延した後、伸線加工し、直
径がＩＯｍｏ＋のロッドに加工した。

この結晶微細化用合金のロッドをインラインにおいて、
鋳込み直前の樋内の純アルミニウム（純度９３．９％）
溶湯中に連続的に添加した。この結晶微細化用合金の添
加量は０．００７重量％及び０．０１５重量％である。

一方、比較例合金の場合は、縦型連続鋳造装置によりＡ
ｌ−５Ｔｉ−ＩＢ金合金溶湯を直径が１２０ｍｍの鋳塊
に連続鋳造した。この場合の鋳造温度は７２０乃至７３
０℃、鋳造速度は２５０ｍｍ　／分、冷却速度は１２０
７／分である。この条件で、溶湯の冷却速度は２℃／秒
であり、得られた合金中のＴｉＢ２の結晶粒径は２５μ
ｍであった。その後、この鋳塊を圧延した後、伸線加工
し、直径カ月Ｏｍｍのロッドに加工した。そして、この
結晶微細化用合金のロッドを実施例の場合と同様に、純
アルミニウム溶湯中に、０．００７重量％及び０．０１
５重量％添加した。

下記第１表は実施例及び比較例の結晶微細化用合金を純
アルミニウム溶湯に添加した場合の微細化効果を示す。

第１表 但し、第５図乃至第８図は、結晶微細化用合金を添加し
て鋳造した純アルミニウム合金鋳塊のマクロ組織を示す
金属組織写真である。また、第１表において、◎ｌｏｔ
△、×は結晶微細化効果が優れているものかみ順に示す
ものである。

この第１表及び第５図乃至第８図に示すように、本実施
例の結晶微細化用合金を添加した場合は、添加量がいず
れの場合も顕著な結晶微細化効果が得られた。一方、比
較例の結晶微細化用合金を添加した場合は、０．０１５
重量％の添加で若干の微細化効果は認められるものの、
十分ではない。また、０．００７重量％の添加量の場合
は、添加効果が全く認められなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る結晶微細化用合金は
、Ｔ　ｉＡ！。晶出物の粒径を１５μｍ以下に微細化し
たから、このＴｉＡｌ３晶出物及びＴｉＢｚ晶出物を均
一に分散させることができ、この結晶微細化用合金をア
ルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯中に添加するこ
とにより、極めて優れた結晶微細化効果を得ることがで
きる。また、添加後、速やかに結晶微細化効果を得るこ
とができるので、結晶粒を微細化せんとする鋳塊の歩留
を向上させることができる。

更に、本発明方法により、前述の微細なＴｉＡノ。晶出
物及びＴｉＢ２晶出物が均一に分散された結晶微細化用
合金を、確実にかつ容易に製造することができる。

従って、本発明は、鍛造用鋳造棒及び各種の圧延製品用
鋳塊等の鋳造組織の微細化に極めて有効であり、工業的
価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却速度とＴ　ｉ　Ａ　１３粒径との関係を示
すグラフ図、第２図及び第３図は夫々溶湯の冷却速度が
２００℃／秒及び２℃／秒の場合のＴｉＢ２粒子の分散
状態を示す金属組織写真（倍率；５００倍）、第４図は
鋳型内径と、引抜速度と、冷却速度との関係を示す図、
第５図乃至第８図は鋳塊のマクロ組織を示す金属組織写
真（倍率；約１倍）である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｔｉ及びＢを含有するアルミニウム合金であって
   、ＴｉＡｌ＿３晶出物の粒径が１５μｍ以下であること
   を特徴とする結晶微細化用合金。
2. （２）Ｔｉ及びＢを含有するアルミニウム合金の溶湯を
   連続鋳造法により鋳造し、前記溶湯が凝固するときの冷
   却速度を２００℃／秒以上にして、得られた鋳塊中のＴ
   ｉＡｌ＿３の晶出物の粒径を１５μｍ以下にすることを
   特徴とする結晶微細化用合金の製造方法。
3. （３）前記鋳塊は直径が２０ｍｍ以下の棒材であり、８
   ００ｍｍ／分以上の引抜速度で連続鋳造することを特徴
   とする請求項２に記載の結晶微細化用合金の製造方法。