JPH04251633A - アルミニウム合金製品を、低圧下に、ロストフォームキャスティングする方法 - 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】

本発明は、アルミニウム合金の金属製品を、低圧下にロ
ストフォームキャスティングする方法に係り、１９８６
年１１月１７日出願のフランス特許第２６０６６８８号
に記載された方法の改良を構成する。金属の鋳造のため
、ポリスチレンのような有機物質の気泡性成形体（フォ
ーム）でできた模型を使用し、それを粘結剤を含まない
乾燥砂により形成された鋳型に埋設することは、たとえ
ば米国特許第３，１５７，９２４号の開示により当業者
は知っている。工業的には、これらの模型を一般に耐火
性材料のフィルムを用いて被覆し、鋳造物の品質を向上
することを意図する。この種の方法では、鋳造される金
属を、前もって溶融しておいて、砂を横切る給送孔及び
湯道を介して模型と接触させ、それを燃焼させて、主と
して蒸気に変えることにより徐々に前記模型を置き換え
、その蒸気が砂の粒子の間から逃げ去るようにするので
、ロストフォームキャスティング方法と呼称される。 非耐久性の鋳型中の在来の鋳造と比較して、この手法に
よれば、粉末にした耐火性材料の緻密化と塊状化により
、かなり複雑に中子と連絡した剛性の鋳型の事前の製造
を不要にし、鋳造物の回収が容易になり、鋳造材料の再
循環が簡単になる。従って、在来手法よりも簡単であり
、より経済的である。その上、それは前記鋳造物の形状
に関して鋳造物の立案者により大きい自由度をもたらす
。このことは、工業的観点からこの手法がますます魅力
的に思われる理由である。しかしながら、幾つかの欠点
で不利となり、そのうち２つは冶金学的機構により生じ
る。即ち； −　　凝固が比較的遅いことは、得られる鋳造物中で、
液体アルミニウム合金に溶存する水素から生じる気泡の
形成を促進する。 −　　熱的勾配が比較的低いことは押し湯の存在にも拘
らず微小な鋳縮みの形成を促進する。このような欠点を
避ける目的をもって、本出願人らは、フランス特許第２
６０６６８８号において、添加後に金属の凝固部分が４
０重量％を越える前に、０．５〜１．５ＭＰａの最大値
を有する静水的ガス圧を鋳型にかける発明を提案した。 従って、本願の方法は、ロストフォームキャスティング
の在来の段階を包含する。即ち； −　　有機物質の気泡性成形体から形成され、耐火性材
料のフィルムを用いて被覆された、鋳造される製品の模
型を使用する； −　　粘結剤を含まない乾燥砂から形成される鋳型に前
記模型を埋設する； −　　鋳型に溶融金属を充填して前記模型を燃焼させ、
その充填を鋳型の外部と模型を連絡する給送孔を介して
行う； −　　前記模型により発生する蒸気と液体残渣を、その
燃焼中に排除する； −　　溶融金属を凝固させて製品を得る。本出願人らは
この方法を改良して、鋳型が完全に充填されたとき、即
ち金属が模型を完全に置き換え大部分の蒸気が排除され
たとき、ガス圧を鋳型にかけることにした。この操作は
圧力に耐えることができ、加圧したガスの源泉と連絡し
た箱の中に鋳型を置くことにより実施することができる
。 この操作は充填の直後、金属がまだ完全に液体になって
いる間に実施できるが、もし鋳型で凝固中に形成される
固体樹枝状晶の部分が４０％を越えない場合、圧力がこ
の値をえて無視できる効果しか有しないならば、後にな
って操作を行うこともできる。この用法で加えられる圧
力の最高値は、０．５〜１．５ＭＰａが好ましい。これ
らの条件の下では、得られる製品の品質は向上し、この
現象は次の機構により説明されることが分る。 −　　気泡の圧縮は、その体積が凝固中支配している絶
対圧力の比率で実際に低下する。従って、たとえば、１
．１ＭＰａの絶対圧力をかける場合、この圧力は以前は
大気圧だったので、即ち０．１ＭＰａであり、この低下
は約１１の比率で起る。 −　　まだ液体のままの押し湯に加えられる圧力は、凝
固の初めに形成される樹枝状晶のネットワークに前記液
体を押し通すため、鋳型の補給を向上し、従って微小鋳
縮みの準消失を示す。しかしながら、０．５ＭＰａより
高い相対圧力を加えると「スポンジ状収縮孔（ｓｐｏｎ
ｇｙ　　ｓｈｒｉｎｋ　　ｈｏｌｅ）」として知られる
特別な欠陥を生じる場合があることが判明している。こ
れは次のように説明される。鋳造合金が比較的大きい凝
固温度範囲を有する場合、糊状区域が製品の内部に発生
し、その上、押し湯と収縮孔の生じている局部の間の間
隔が製品の厚さに対して大きい場合は、糊状区域は鋳型
への金属補給を越える著しい負荷降下を生じ、その結果
として押し湯自体が外圧の影響の下にその役割を果たす
ことができず、換言すれば、形成される収縮孔を充分に
速やかに補給することができないのである。凝固温度範
囲が比較的大きいため、製品の「表皮」（金属／砂界面
に存在する部分）は遥かに長い間脆いので、砂の上にガ
スの使用により発生する外圧はこの表皮を製品の内部に
向けて押し下げ、１部のガスを樹枝状晶の間から収縮孔
の方に浸透させ、こうして所謂「スポンジ状」収縮孔を
発生し、それは良好な機械的性質を得ることに関しては
在来の収縮孔と同様に有害なのである。従って、製品を
比較的大きい凝固温度範囲を有するアルミニウム合金で
鋳造せねばならない場合で、かつ前記製品の形状が、押
し湯と、厚さに対比して臨界区域として知られる収縮孔
区域との間に、比較的大きい間隔を生じる場合では、た
とえば圧力の使用を省くことにより、これらの現象を避
けるのが望ましい。しかしながら、ほかには鋳造物の品
質に著しい改良をもたらす、この圧力下の鋳造の手法を
やめたのは惜しいことであろう。この理由により本出願
人は、この課題を解決するように試みて、０．５ＭＰａ
以下の相対圧力の使用によりスポンジ状収縮孔をなくし
て、気泡をうまく圧縮する結果を生じることを発見した
。フランス特許第２６０６６８８号のように、本発明は
、有機物質の気泡性成形体からできた、つくるべき製品
の模型を、粘結剤を含まない乾燥砂の浴により形成され
る鋳型に埋設し、次で溶融金属を鋳型に充填した後で、
金属の凝固した部分が４０重量％を越える前に、静水的
ガス圧を鋳型に加える、金属、特にアルミニウム合金の
製品のロストフォームキャスティングの方法から成る。 本発明は、３０℃より高い凝固温度範囲を有し、かつそ
の形状が臨界区域から押し湯を隔てる長さと、その長さ
に対して上方にある製品の平均の厚さの半分と比Ｒが１
０より高いようなアルミニウム合金の製品の鋳造に使用
することが不可欠であって、加える相対圧力が０．１〜
０．５ＭＰａであることを特徴とする。かようにして、
本発明は、比較的大きい凝固温度範囲を有し、比Ｒが１
０より高いような特定の形状を有するアルミニウム合金
製品に基本的方法を応用することから成る。その形状は
、換言すれば、最終時点で凝固が起る領域と、押し湯の
間の距離Ｌが、この距離に対して上方にある製品の平均
の厚さｅに対比して比較的大きい。この比は事実として
、押し湯と臨界区域の間にある製品の部分のモジュール
Ｍに対するＬの比であり（このＭは鋳造で使用されるパ
ラメータであって、平均で厚さの半分、即ちｅ／２に相
当する）、従って（Ｌ／Ｍ）＝（Ｌ／（ｅ／２））＝２
Ｌ／ｅである。この比により、スポンジ状収縮孔を生じ
ないで加えることのできる最高圧力値を固定することが
できる。かようにして、比が高い程、圧力の値は低くな
る。フランス特許第２６０６６８８号で使用される最低
値の圧力０．５ＭＰａに対しては、Ｒが１０に近かった
ことが判明した。従って、Ｒがもっと高い場合、０．５
ＭＰａよりも低い圧力を使用することが必要で、それは
０．１ＭＰａまで落すことができる。この値以下では圧
力は無視できる効果しか示さないので、それをなくする
ことができる。本発明は、たとえばＡｌ−Ｃｕ，Ａｌ−
Ｃｕ−Ｍｇ，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍ
ｇ合金のような大きな凝固温度範囲を有する合金、並び
に珪素含有量が好ましくは９重量％以下のＡｌ−Ｓｉ−
Ｍｇ亜共晶合金に適用し得ることが好ましい。 本発明は添付図面を使用して説明することができる。図
１はＡＳ５Ｕ３Ｇ合金（重量組成、珪素５％，銅３％，
マグネシウム１％，残余アルミニウム）の製品の顕微鏡
写真であって、Ｒは１５に等しく、鋳造時に加えた圧力
は１．１ＭＰａであった。図２は同じ製品の顕微鏡写真
であるが、加えた圧力が０．３０ＭＰａに過ぎなかった
。図１は、ガスによる樹枝状晶の浸透及びスポンジ状収
縮孔に対応する黒色の区域の存在を示し、それらの区域
は図２には実際上存在しない。

【実施例】本発明は次の実施態様によって更に充分に理
解されよう。内燃機関のシリンダヘッドを同じアルミニ
ウム合金（ＡＳ５Ｕ３Ｇ）から製造した。それらのシリ
ンダヘッドは図３及び４に示す２つの型の形状を有し、
それぞれ腹板（ｗｅｂ）１又は４、臨界区域に対応する
弯曲部（ｂｏｗ）２又は５、及び押し湯３又は６から構
成された。これらの型のそれぞれについて、臨界区域の
寸法、即ち厚さｅ′と幅ｌ′を測定し、腹板の寸法：即
ち厚さｅ，幅Ｌを測定して、比Ｌ／ｅ及びＲ＝Ｌ／Ｍの
値を決定した。それぞれの型のシリンダヘッドを２つの
バッチに分割し鋳造時にバッチ毎に０．３ＭＰａの相対
圧力又は１．１ＭＰａの相対圧力のどちらかに付した。 鋳型からはずした後、シリンダヘッドの品質をスポンジ
状収縮孔に関してチェックした。表１に結果をまとめた
。Ｒ＝７．６の値では加える圧力がいくらでもスポンジ
状収縮孔は現われないことが判明した。従って、図３の
シリンダヘッドでは在来方法を適用することができた。 他方で、比Ｌ／Ｍが１５．４に等しい図４に示すシリン
ダヘッドでは、スポンジ状収縮孔は１．１ＭＰａ以下で
現われるが０．３ＭＰａ以下で現われない。従ってこれ
らのシリンダヘッドは使用し得るためには本発明方法に
より鋳造しなければならない。本発明は、特に自動車用
エンジンのシリンダヘッドや高い機械的特性を要するあ
らゆる製品の製造に適用される。

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡＳ５Ｕ３Ｇ合金製品の顕微鏡写真（圧力１．
１ＭＰａの場合）を示す。

【図２】ＡＳ５Ｕ３Ｇ合金製品の顕微鏡写真（圧力０．
３０ＭＰａの場合）を示す。

【図３】シリンダヘッド（Ｒ＝Ｌ／Ｍ＝７．６）を示す
。

【図４】シリンダヘッド（Ｌ／Ｍ＝１５．４）を示す。

【符号の説明】

１，４　　　　　　腹板 ２，５　　　　　　弯曲部 ３，６　　　　　　押し湯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機物質の気泡性成形体からできた、
   つくるべき製品の模型を、粘結剤を含まない乾燥砂の浴
   により形成される鋳型に埋設し、ついで溶融金属を鋳型
   に充填した後で、金属の凝固した部分が４０重量％を越
   える前に、静水的ガス圧を鋳型に加えることから成り、
   ３０℃より高い凝固温度範囲を有し、かつその形状が、
   臨界区域から押し湯を隔てる長さの、その長さに対して
   上方の製品の平均の厚さの半分に対する比Ｒが１０より
   大きいようなアルミニウム合金の製品の鋳造に使用する
   方法であって、加える相対圧力が０．１〜０．５ＭＰａ
   であることを特徴とする、金属、特にアルミニウム合金
   の製品をロストフォームキャスティングする方法。
2. 【請求項２】　　比Ｒが高い程、加える圧力を低くする
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】　　アルミニウム合金が、Ａｌ−Ｃｕ，Ａ
   ｌ−Ｃｕ−Ｍｇ，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ
   及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ合金であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の方法。