JPH05311272A

JPH05311272A - 過共晶Ａ１−Ｓｉ系合金における初晶Ｓｉの微細化方法及び微細化剤

Info

Publication number: JPH05311272A
Application number: JP13998692A
Authority: JP
Inventors: Teruo Uno; 照生宇野; Yoshio Watanabe; 良夫渡辺
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1992-05-01
Filing date: 1992-05-01
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】初晶微細化元素であるＰを、過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金溶湯に、経済的に有利に、且つ効率良く、連続
的に添加することの出来る方法を提供することにあり、
また、溶融温度が低く、従って短時間で容易に溶湯に溶
解せしめられ得る、安価に製造することの出来る、初晶
Ｓｉ微細化剤を提供する。【構成】鋳造装置２０に導かれる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系
合金溶湯１２に対して、Ｐを含有する初晶Ｓｉ微細化剤
を添加せしめて、該合金溶湯の凝固時における初晶Ｓｉ
を微細化するに際して、重量基準で、Ｓｉ：９〜１３
％、Ｃｕ：１．５〜４％、Ｐ：１．５〜４％を含み、残
部がＡｌ及び不可避的不純物よりなるＡｌ合金線材を、
前記初晶Ｓｉ微細化剤として、前記合金溶湯内に連続的
に供給せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯の
凝固時における初晶Ｓｉの微細化方法並びにそれに用い
られる初晶Ｓｉ微細化剤に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、Ａｌ−Ｓｉ系合金は、溶融状態
で高い流動性を示し、また凝固時の収縮も少ないことか
ら、鋳物用合金として広く用いられ、特にＳｉ成分の含
有量の高い過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金は、耐摩耗性に優れ
た合金として、鋳物用に広く使用され、更に、近年、押
出材等の展伸用合金としても、その用途が拡大してい
る。

【０００３】ところで、このＳｉ量の多い共晶点（一般
に、Ｓｉ＝１１．６％）以上のＡｌ−Ｓｉ系合金の溶湯
から、所定の形状の鋳塊に連続鋳造法により鋳造する場
合には、一般に、保持炉に収容したＡｌ−Ｓｉ系合金溶
湯を鋳込み樋により鋳造装置に導き、鋳型に該溶湯を供
給し、そして鋳型冷却及び２次冷却によって、所定の形
状の鋳塊とされることとなるが、その際に、過共晶Ａｌ
−Ｓｉ系合金の初晶Ｓｉ粒子は、特にその微細化処理を
施さないと、５０μｍ以上、時には１００μｍ以上の粗
大粒子となる。そして、それによって、押出材の加工
性、切削性、表面の仕上がり性等を著しく低下せしめる
のである。このため、従来から、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合
金においては、その合金溶湯にＰを添加することによ
り、Ａｌ₃Ｐ化合物を形成し、この化合物の核作用によ
り、初晶Ｓｉを微細化せしめる対策が採られているので
ある。

【０００４】ところで、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯に
対するＰの添加は、従来、溶解炉や保持炉に、Ｃｕ−８
％Ｐのような中間合金、或いはＰを含むフラックス形態
の微細化剤を投入することにより、行なわれているが、
この方法では、初晶Ｓｉ微細化剤を直接に溶解炉や保持
炉に投入するものであるために、Ｐの添加歩留りが悪
く、またＰの溶湯への均一な分散が難しい等の問題を内
在している。また、Ｐの添加量は溶湯量に比して著しく
少ないために、溶解炉や保持炉内で濃度が偏り易く、し
かもその一部は沈降したり、溶湯表面に浮上して、有効
に利用されなくなる問題を惹起し、更にこの方法では、
溶湯の炉内保持時間の増加や鋳込み時間の経過と共に、
Ｐの微細化効果が変化し、鋳込み初期と鋳込み後期とで
は、初晶Ｓｉのサイズが変化することもある問題を内在
するものであった。

【０００５】そこで、本願出願人は、先に、特願昭５９
−２６６９０３号（特開昭６１−１４７８６０号）とし
て、鋳込み樋内の溶湯中に、Ｃｕ−Ｐ合金ロッド、或い
はＡｌ細管にＣｕ−Ｐ合金粉末等の初晶Ｓｉ微細粉末を
封入したロッドを連続的に装入せしめ、上記問題に対処
する方策を提案した。しかしながら、この方策において
用いられるロッドにあっても、Ｃｕ−Ｐ合金の溶解温度
が過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯に対して高く、更にＣｕ
−Ｐ合金粉末では溶湯に対する濡れ性が悪く、そのため
に、何れのロッド形態の場合にあっても、溶湯に有効に
Ｐが添加されない場合があることが明らかとなった。

【０００６】このため、本願出願人は、更に、特願昭６
０−１４９６６８号（特公平１−２５３８４号）とし
て、初晶Ｓｉ微細化剤の粉末とアルミ粉末を機械的に混
合し、その混合粉末をアルミ管中に封入してロッドと為
し、このロッドを鋳込み樋内を通過する過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金溶湯中に連続的に添加せしめることにより、初
晶Ｓｉ粒子を微細化する方法を提案した。しかしなが
ら、この方法にあっても、初晶Ｓｉ微細化剤として使用
するＣｕ−Ｐ合金粉末は浮上し易く、また赤燐、黄燐等
は、この方法でも、酸化ロスが或る程度発生することが
認められ、更に微細化剤粉末とアルミ粉末との混合粉末
を圧縮成形し、そして押出しを行なうことにより、添加
用ロッドを作製する手法は、ロッドの製造工程が複雑と
なり、必然的にロッドの価格が高くなる問題を内在して
いる。また、このような添加用ロッドは、その融点が低
い程、溶湯への添加時に短時間で溶解せしめられ、均一
に分散せしめられ得るものであるが、上記特願昭６０−
１４９６６８号に示される添加用ロッドの場合にあって
も、この点は充分に考慮されておらず、更に低融点の添
加用ロッドの開発が望まれているのである。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、初晶微細化元素であるＰを、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合
金溶湯に、経済的に有利に、且つ効率良く、連続的に添
加することの出来る方法を提供することにあり、また、
溶融温度が低く、従って短時間で容易に溶湯に溶解せし
められ得る、安価に製造することの出来る、初晶Ｓｉ微
細化剤を提供することにある。

【０００８】

【解決手段】そして、本発明は、かかる課題解決のため
に、鋳造装置に導かれる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯に
対して、Ｐを含有する初晶Ｓｉ微細化剤を添加せしめ
て、該合金溶湯の凝固時における初晶Ｓｉを微細化する
に際して、重量基準で、Ｓｉ：９〜１３％、Ｃｕ：１．
５〜４％、Ｐ：１．５〜４％を含み、残部がＡｌ及び不
可避的不純物よりなるＡｌ合金線材を、前記初晶Ｓｉ微
細化剤として、前記合金溶湯内に連続的に供給せしめる
ことを特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初晶
Ｓｉの微細化方法を、その要旨とするものである。

【０００９】また、本発明は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金
溶湯に対して添加せしめられ、かかる溶湯の凝固時にお
ける初晶Ｓｉ粒子を微細化するための微細化剤として、
重量基準で、Ｓｉ：９〜１３％、Ｃｕ：１．５〜４％、
Ｐ：１．５〜４％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純
物よりなるＡｌ合金線材からなる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合
金用初晶Ｓｉ微細化剤をも、その要旨とするものであ
る。

【００１０】

【具体的構成】要するに、本発明では、炉内の過共晶Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金溶湯に対して初晶Ｓｉ微細化剤を一度に
添加することを止め、その代わりに、炉から鋳造装置に
鋳込み樋等を通じて導かれる溶湯に対して、かかる鋳込
み樋の部分で、溶湯量に対応する量の微細化剤を、添加
用ロッドの形態において連続的に供給するようにしたも
のであり、そしてその際に、かかる合金溶湯中に装入さ
れて溶解せしめられる微細化剤としての添加用ロッド
を、その合金組成を工夫したアルミ合金にて形成するこ
とにより、その溶融温度を低くして、樋内の溶湯に添加
しても、先に提案された混合粉末等からなる添加用ロッ
ドより、短時間で容易に溶解し、以てＰが素早く合金溶
湯中に分散して、初晶Ｓｉの微細化に有効に作用するこ
ととなったのである。

【００１１】また、そのような本発明に従う合金組成の
アルミ合金からなる添加用ロッドにあっては、Ｐが合金
成分として合金組織中に含有されているため、先の公知
の粉末混合ロッドでは多少問題となる、溶湯中への添加
時の酸化損失についても、殆ど発生しない特徴を有する
のであり、更にそのようなアルミ合金からなる添加用ロ
ッドは、微細化剤の混合粉末を圧縮成形した後に押し出
してロッドと為すような、複雑な工程を経ることなく、
製造可能であるため、そのようなロッドを経済的に有利
に製造することが出来、その価格を安価とし得る利点が
ある。

【００１２】なお、本発明で使用される添加用ロッド
は、重量基準で、Ｓｉ：９〜１３％、Ｃｕ：１．５〜４
％、Ｐ：１．５〜４％を含み、残部がＡｌ及び不可避的
不純物よりなるＡｌ合金線材であって、かかる添加用ロ
ッド中のＳｉ量を９〜１３％としたのは、ロッド全体の
融点を下げることにより、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯
中で急速に溶解可能ならしめるためである。従って、か
かるＳｉ量が９％未満となると、ロッドの融点を下げる
効果が充分でないばかりでなく、Ｐの添加歩留りも低下
する。また、１３％を越えるようになると、ロッド素材
の溶解鋳造時に粗大な過共晶Ｓｉ粒子が形成されるた
め、ロッドの加工が困難となる。

【００１３】また、初晶Ｓｉ微細化元素たるＰは、Ｃｕ
と共に、Ａｌに合金化されて、含有せしめられることと
なるが、その含有量が１．５％よりも少なくなると、一
定量の溶湯に対するロッド添加量が増加するため、急速
溶解の点において好ましくなく、またその含有量は、高
くなればなる程、少量のロッドを添加することにより、
微細化の目的は達成出来るが、４％を越えるようになる
と、押出用鋳塊の製造や押出加工が困難となって、通常
の線材加工手法により、目的とするロッドの経済的な製
造が困難となる。

【００１４】さらに、Ｃｕは、Ｓｉと同様に、ロッド全
体の融点を下げることにより、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金
溶湯中で急速に溶解可能ならしめる目的をもって含有せ
しめられ、その含有量が１．５％未満となると、ロッド
の融点を下げる効果が充分でないばかりでなく、Ｐの添
加歩留りも低下する。また、４％を越えるようになる
と、ロッドの加工が困難となる。

【００１５】そして、このような本発明に従うＡｌ合金
組成からなる添加用ロッドは、通常の線材の製造工程に
従って容易に製造され得るものであり、例えば、所定の
Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯中に、Ｃｕ−Ｐ合金等を、全体と
して目的とする合金組成となるように添加して溶解せし
め、鋳造を行なった後、所定のサイズに押し出し、常法
に従って所定太さの線材に加工することにより、得るこ
とが可能である。

【００１６】本発明にあっては、上記のようにして得ら
れる、所定の合金組成のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｐ合金から
なる添加用ロッドを、初晶Ｓｉ微細化剤として用い、適
宜の手段にて、鋳造装置に導かれる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系
合金溶湯に対して、連続的に装入せしめられ、漸次溶解
せしめられることとなるが、その一つの有効な実施形態
が、図１に示されている。

【００１７】すなわち、図１において、１０は、溶湯保
持炉としての保温炉であり、その内部に、共晶点以上の
Ｓｉ含量の過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯１２が収容され
ている。そして、その保温炉１０内の合金溶湯１２は、
出湯口１４から鋳込み樋１６に導かれ、更にこの鋳込み
樋１６内を通過して、溶湯供給口１８から鋳造装置２０
に導かれて、鋳造されるようになっている。これによっ
て、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金鋳塊２２が連続的に製造さ
れるのである。

【００１８】また、鋳込み樋１６により、鋳造装置２０
に導かれる合金溶湯１５には、本発明に従う合金組成を
有するＰ添加用ロッド２６が、初晶Ｓｉ微細化剤として
装入され、連続的に溶解せしめられる。この添加用ロッ
ド２６は、図示しない所定の供給装置によって連続的に
供給せしめられ、その先端が樋１６内の合金溶湯１５に
装入され、かかる溶湯１５の熱により溶湯１５中に溶け
出し、それと共に、該ロッド２６中の微細化成分（Ｐ）
が、溶湯１５内に分散せしめられる。なお、ロッド２６
は、鋳造装置２０に導かれる合金溶湯１５の量に応じ
て、連続的に溶湯１５内に送られ、定められた割合で、
合金溶湯１５中に微細化剤が添加されることとなる。

【００１９】このように、本発明に従って、鋳造装置２
０に導かれる合金溶湯１５中に供給され、溶解せしめら
れる添加用ロッド２６は、その融点が低いものであると
ころから、７００℃程度の低温溶湯に対しても、効果的
に微細化剤（Ｐ）を添加出来るばかりでなく、添加温度
が低いため、酸化損失が殆どない特徴を有しているので
ある。

【００２０】なお、添加用ロッド２６の溶湯１５への装
入位置としては、かかるロッド２６が鋳込み樋１６内の
合金溶湯１５に充分に溶解され、且つ微細化元素（Ｐ）
が充分にその微細化効果を発揮し得る位置が適宜に選択
されることとなる。而して、本発明に従う添加用ロッド
２６は、その融点が低いために、鋳込み樋１６の鋳造装
置２０への溶湯供給口１８により近接した位置におい
て、溶湯１５に対して添加用ロッド１６を装入すること
が可能となるのである。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に明らかにするが、本発明が、例示の具体例の他にも、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者の知識
に基づいて種々なる変形を加えた形態において実施され
得ることは、言うまでもなく、本発明が、また、そのよ
うな実施形態のものをも、その範疇に含むものであるこ
とが、理解されるべきである。

【００２２】先ず、Ａｌ−１７％Ｓｉ−４％Ｃｕ−０．
５％Ｍｇ合金溶湯を用いて、直径が２００ｍｍのビレッ
トを連続鋳造するに際して、本発明に従うＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．３の合金組成の各種の添加用ロッド（２６）を使用
して、図１の要領にて、Ｐを連続的に１５０ｐｐｍ添加
した。また、比較のために、本発明に従う合金組成の添
加用ロッド（２６）に代えて、下記表１に示されるＮ
ｏ．４〜Ｎｏ．７の合金組成の比較用ロッドを用いて、
同様な鋳造操作を行なった。更に、従来法として、炉
（１０）内の合金溶湯（１２）に対して、Ｃｕ−８％Ｐ
合金を、Ｐで１５０ｐｐｍ相当量添加した。そして、こ
れらの方法にて得られた合金鋳塊（ビレット２２）につ
いて、そのＰの添加歩留りと共に、その鋳込み初期、中
期、終期の初晶Ｓｉ粒径について調べ、その結果を、下
記表１に示した。なお、合金組成が、それぞれ、Ａｌ−
１４％Ｓｉ−４．９％Ｃｕ−２．２％Ｐ、Ａｌ−１１％
Ｓｉ−３．８％Ｃｕ−５％Ｐである添加用ロッドについ
ては、ロッドの製造が困難であるために、鋳造操作を実
施することが出来なかった。

【００２３】

【表１】

【００２４】かかる表１の結果から明らかなように、本
発明に従う添加用ロッド（２６）：Ｎｏ．１〜３を用い
た場合にあっては、Ｐの添加歩留りが極めて高く、初晶
Ｓｉ微細化能も非常に優れており、且つその微細化の程
度も鋳込み初期と後期とで差のないことが認められる。
一方、従来のＣｕ−Ｐ合金を炉内添加する方法では、Ｐ
のロスが大きく、充分な微細化効果が得られなかった。
また、比較用ロッド：Ｎｏ．４〜７の如くＣｕ，Ｓｉ，
Ｐの添加量が範囲外の場合にあっても、Ｐのロスが大き
く、充分な微細化効果が得られなかった。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、初晶Ｓｉ微細化剤として、所定の合金組成のＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ−Ｐ合金からなるＡｌ合金線材を用い、目的
とする合金溶湯の流れの中に装入せしめて、溶解・含有
せしめるものであるところから、合金溶湯との濡れ性が
向上し、且つ微細化剤が溶湯に素早く分散・溶解せしめ
られ得ることに加えて、更に融点が低くされているた
め、７００℃程度の低温溶湯に対しても効果的に添加出
来るばかりでなく、添加温度が低いために、酸化損失も
有利に抑制され得る特徴があり、更に複雑な製造工程を
要することなく、線材としての製造が可能であるところ
から、価格が易くなり、大きな経済的利点を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０保温炉１２，１５合金溶湯１４出湯口１６鋳込み樋１８溶湯供給口２０鋳造装置２６添加用ロッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造装置に導かれる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系
合金溶湯に対して、Ｐを含有する初晶Ｓｉ微細化剤を添
加せしめて、該合金溶湯の凝固時における初晶Ｓｉを微
細化するに際して、重量基準で、Ｓｉ：９〜１３％、Ｃｕ：１．５〜４％、
Ｐ：１．５〜４％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純
物よりなるＡｌ合金線材を、前記初晶Ｓｉ微細化剤とし
て、前記合金溶湯内に連続的に供給せしめることを特徴
とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初晶Ｓｉの微細
化方法。
【請求項２】重量基準で、Ｓｉ：９〜１３％、Ｃｕ：
１．５〜４％、Ｐ：１．５〜４％を含み、残部がＡｌ及
び不可避的不純物よりなるＡｌ合金線材からなる過共晶
Ａｌ−Ｓｉ系合金用初晶Ｓｉ微細化剤。