JPH0579429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明はクラツド鋳造法に係り、界面が均一状
態に合金化接合したクラツド鋳塊を得る鋳造技術
に関するものである。

（従来の技術） 異質の組成を有する材料を複合させたクラツド
材は、複合された夫々の材料の有する特性を兼備
することができ、単一材では具現できない特性を
発揮することができるので、その製造については
従来から種々に検討実施されている。

即ち、このようなクラツト材を得る一般的な方
法は、夫々の部材を各個に鋳造してから該鋳塊を
面削し、あるいは圧延または押出し等の予成形を
施してから面合わせし、次いで熱間冷間成形加工
を施して所望形状の板あるいは押出しなどによる
ロツド状のクラツド材とするものである。

又このような一般的方法に対し、その面合わせ
工程を省略したクラツド材の製造方法としてクラ
ツド材を構成する一方の部材に他方の部材による
溶融金属を鋳造成形一体化したクラツド鋳造をな
し、このクラツド鋳塊を成形加工してクラツド材
とする方法が特公昭52−31814号公報に提案され
ている。

なお、ろう材をクラツドした材料から複雑な形
状をもつろう付用部品を２次成形加工して得る場
合に、そのろう材が硬くて曲げ加工困難であり直
管でしか使用できないことおよびフラツクスの塗
布が隅部まで的確に行われないことなどを回避す
る方法として、容器内にろう材とフラツクス材の
溶融層を形成し、この中に最終形状に成形加工さ
れた複雑形状部品を挿入浸漬してから引上げるこ
とにより部品表面にろう材とフラツクスの薄層を
形成させることが特開昭60−15088号公報に発表
されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した一般的方法によるものは、面削、圧延
または押出しによる予成形に相当の工数を必要と
すること明かである。

又特公昭52−31814号によるものは、上記の不
利を回避し得るとしても第７図に示すようにクラ
ツド界面に部分的な微小間隙部２１を発生するこ
とが肉眼観察でも確認でき、又マクロ的に微小間
隙部２１が認められないところでもミクロ的に見
ると第５図に示すように境界部分に酸化物が介在
していて境界層が明確に存在したものとなり、し
かも別に第６図に示すように斯うした境界層の一
部が破れて溶融金属が成形体で用いられた一方の
部材域に流れ込んだ状態を形成する部分も発生す
ることが本発明者等の実地検討で確認される。つ
まり酸化物の厚さが薄い部分で前記第６図のよう
に破れ、この破れた部分に溶融金属の熱が集中的
に作用し、該部分の部材を溶解せしめ不均一状態
となるものと言える。又このようなクラツド鋳塊
を熱間成形加工して得られるクラツド材について
も第８図に示すように１〜２mmφの凸部２３およ
びそれが連続したような連続凸部２４が発生し、
品質的に欠陥を残すものとなる。

特開昭60−15088号公報のものは最終形状とさ
れた部品に浸漬塗着するもので、下端から装入
し、上端に達した後、直ちに上端から引出すこと
となるので、ろう材およびフラツクス材の浴中に
存する時間およびそれによる加熱と該加熱による
溶解ないし合金化状態が装入された部品の各部に
おいて夫々に異つたものとならざるを得ず、成程
ろう材およびフラツクスの覆着されたものとして
得られる外観的関係は同じであつても最終成形体
とされた母材との境界面においては非常に異つた
状態が連続的に変化して形成される。即ち形成さ
れたろう材の厚さにむらがあり、境界面における
合金層の形成状態ないし厚さは甚だしく変化した
ものとなり、更には手工業的で、生産性に劣るこ
とは明かである。

「発明の構成」 （問題点を解決するための手段） 可動受台を有する鋳型内にアルミニウムまたは
アルミニウム合金による固体部材をセツトし前記
鋳型と固体部材または固体部材と固体部材との間
に溶融金属を注入すると共に該溶融金属浴面上に
弗化物系フラツクスの溶融層を形成維持せしめつ
つ上記可動受台を降下して前記固体部材と鋳型内
または固体部材と固体部材との間で冷却凝固され
該固体部材と一体化した上記溶融金属による凝固
層を連続的に導出し、前記鋳型内を順次に通過す
る上記固体部材の表面を前記したフラツクス溶融
層に順次接触せしめてから溶融金属に通入し、前
記固体部材外面に上述したフラツクス溶融層と溶
融金属による略一様な熱履歴を与えつつ鋳造する
ことを特徴とするクラツド鋳造法。

（作用） 可動受台を有する鋳型内にアルミニウムまたは
アルミニウム合金による固体部材をセツトし、該
固体部材と鋳型との間に溶融金属を注入すると共
に該溶融金属浴面上に弗化物系フラツクスの溶融
層を形成維持せしめつつ可動受台を降下して前記
固体部材と鋳型内で冷却凝固し該固体部材と一体
化した溶融金属凝固層を連続的に抽出することに
より、鋳型内を順次に通過する上記固体部材の外
面を前記フラツクス溶融層に順次接触せしめ、こ
の固体部材外面における酸化物を除去する。又こ
のような酸化物除去に続いて直ちに溶融金属に接
触しその表面にその凝固層を一体化して形成す
る。

このようにして順次に導入される固体部材に対
し、前記フラツクス溶融層と溶融金属から与えら
れる熱エネルギーないし熱履歴は略一様であり、
上記のように固体部材とその表面に形成された溶
融金属凝固層の界面においては一様な合金化が図
られ、強固に接合した界面が形成される。

このようにして得られたクラツド鋳塊を熱間、
冷間成形加工してクラツド材とすると各層の厚さ
が一定状態で界面は強固安定したものとなり、表
面に凸部などが発生することがない。即ちこのよ
うなクラツド鋳塊を成形加工したときの表面に発
生する凸部は固体部材表面に存在する酸化物によ
り該固体部材と溶融金属凝固層との接合が不確実
となり、界面に生じた微小間〓に存在するガスが
その後の熱間加工などで膨張、集合し、更には剥
離して、所謂フクレとしてクラツド材表面に発生
するものと推定されるが、上記のような作用関係
から酸化物がなくなり、しかも界面において均一
な合金層が形成されることにより強固な接合が得
られると共に微小間隙もなく、上述したようなフ
クレの発生原因となるガスおよび接合不安定部が
存在しないことになるものと推定される。

更に本発明の仔細について説明すると、本発明
における弗化物系フラツクスは溶融状態で固体部
材たるアルミニウムまたはアルミニウム合金材表
面の酸化物を除去する作用をなすものであればよ
い。例えばKF−AlF₃系のフラツクスは斯うした
酸化物除去効果が大きく、しかもアルミニウムま
たはアルミニウム合金に対し耐腐食性を有するの
で好ましい。このKF−AlF₃系フラツクスは
KF56wt％近傍で共晶点（562℃）をもつが、共
晶点を外れる割合でKF−AlF₃を含有したとして
も溶融金属の注入温度をフラツクスの融点以上に
しておけばフラツクスは溶融し、固体部材表面の
酸化物除去をなし得る。このようなKF−AlF₃系
フラツクスは、KF、AlF₃を主剤とし、これに
CaF₂、NaF、LiF、LiAlF₄、Li₃AlF₆などの弗化
物を含有させることもできる。KF−AlF₃系フラ
ツクスは、KF、AlF₃の単体化合物でもよいし、
KF、AlF₃の錯化合物、例えばKAlF₄、K₂AlF₅、
K₃AlF₃などの単味あるいは混合物であつてよい。

前記したアルミニウムまたはアルミニウム合金
部材は、たとえばグラビテイ鋳造または半連続鋳
造の如き鋳造方法で、スラブまたは中実あるいは
中空のビレツトなどの鋳塊とし、該鋳塊をそのま
まあるいは面削し、またはこれに予備的な成形加
工を施し、所望の寸法として用いる。

クラツド鋳造については第１図に示すように鋳
型１０の底部に可動受台１を設け、鋳型１０内に
はアルミニウムまたはアルミニウム合金による固
体部材２を位置せしめ、これを可動受台１にセツ
トし、固体部材２と鋳型１０との間の鋳型空間３
に溶融金属５を注入して鋳型１０による冷却効果
で漸次凝固せしめ、凝固部４を前記固体部材２と
共に可動受台１に支持協動させて鋳型１０の下方
に導出し、上記のような溶融金属５の表面に溶融
フラツクス層６を形成維持するために前記固体部
材２の周面一部または全部に前述したような弗化
物系フラツクスの塗布層７を形成したものを用
い、これを順次に導入しフラツクス層６に補給す
る。

あるいは第２図に示すように第１水冷鋳型１１
内に樋またはタンデイツシユ１２から注湯して固
体部材２を凝固造形し、これを可動受台１に上記
同様にセツトして第２水冷鋳型たる前記鋳型１０
内を通過せしめ、該鋳型１０については第１図と
同様の関係とし、フラツクスの補給については粉
状または棒状とされたものを適当な導入手段で送
入するものである。

これら第１、第２図の示すものは本発明方法を
実施する若干例であつて、本発明はこのような設
備に限定されるものでないことは当然であり、要
するに適当な厚さ以上の溶融フラツクス層６を溶
融金属５面に形成維持した状態で実施でき、この
フラツクス層６に固体部材２の表面が接触するこ
とによりその表面酸化物を除去する。前記塗布層
７を形成するためのフラツクスはアルコールや水
などの液体に懸濁させたものを使用することがで
きるし、又静電塗装等で塗着することもできる。
溶融フラツクス層は場合によつては鋳型内に予め
フラツクスを投入した状態で溶湯を鋳型１０内に
注入しても短時間内に溶湯表面に溶融展開するこ
とができ、フラツクスの形態としても粉末状、ケ
ーキ状の如きの何れでもよい。

前記のように可動受台１と共に鋳型１０の下方
に導出される固体部材２および凝固部４の移動に
伴い、溶融フラツクス層６および溶融金属５は相
対的に部材２の下部から上部に向け移動すること
となり、溶融フラツクス層６は溶融金属５面上に
浮上するのでフラツクスの巻き込みは皆無でその
後の加工に支障を来すことはない。しかも溶融フ
ラツクス層６が固体部材２の表面と接触すること
により瞬間的に該固体部材２表面の酸化物を溶解
除去して部材２と溶融金属との濡れ性を良好と
し、密着一体化にした凝固部４を形成接合し且つ
一様な熱履歴によつて均一な合金層を形成して強
固なクラツド鋳塊となる。この状況は具体的にそ
の１例を第４図の顕微鏡写真として示す如くで部
材２と凝固部４のクラツド界面は第５図のように
酸化物の介在で明確に区分されたものでなく、又
第６図のように溶融金属の流れ込んだ部分を形成
することもなくて、略一定の幅をもつた均一な合
金層を介し強固安定に接合されたものとなる。勿
論このような界面において微小間隙の存在する余
地もなく的確に接合しているから、該鋳塊を圧延
または押出し加工し、更には延伸加工しても表面
に凸部（フクレ）の発生することがないし、強度
の曲げ加工などを施し複雑な形状をもつ部品を製
造しても凝固部４の剥離することはなくなり品質
的に優れたクラツド材を得ることができる。

本発明によるものは更に第３図に示すような態
様で実施することができる。即ち鋳型１０の両側
内面にそつてコイル１８をガイドロール１９で案
内しながら導入し、固体部材であるこれらのコイ
ル１８，１８間に溶融金属５を注入すると共に該
溶融金属浴面に溶融フラツクス層６を形成維持
し、可動受台１に凝固一体化した部分を受けて順
次導出するものである。即ち本発明によるものは
固体部材２は複数層としたものに溶融金属４をク
ラツド鋳造してもよいわけで、又溶融金属の一側
若しくは両側に固体部材、特に薄板とした固体部
材２を用いることができる。このようにすると、
例えば薄板を純Al系あるいは組成、素性のはつ
きりしたAl合金のものとし、溶融金属４をスク
ラツプなどから得たものとすることができ、コス
ト低廉で、しかもクラツド材の表面は組成、素性
のはつきりしたものとすることができるから各種
の用途に有利に適用できる。勿論スクラツプに限
らず耐熱あるいは強度などの特性のある合金材と
することもできる。なお固体部材２の温度が高け
れば所要の合金組成をもつ凝固層４が容易且つ確
実に形成されるので、固体部材２の厚みが溶融金
属５ないしその凝固部４の厚さに対し比較的大き
く、あるいはその熱容量の大きい場合には該部材
２を予め加熱しておくことが好ましい。このよう
な部材２に対する加熱温度は相対的な厚み差、熱
容量差などによつて変化し、一概に定めることは
できないが、更に界面合金層を厚くしたい場合に
はより高温とし、固体部材が溶融金属５ないしそ
の凝固部４によつて加熱され、溶融金属層５に接
触するときに固相線温度近傍あるいはこの温度よ
りも僅かに高温となるように予熱することが好ま
しい。

固体部材２としてはアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を広く採用することができ、その組成
は特に限定する必要がない。又凝固層４を形成す
る溶融金属５としてもアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金は固よりZn、Cu合金などを採用し得
る。又鋳造雰囲気は大気中でもよいが、不活性ガ
ス雰囲気とすることもできる。

（実施例） 本発明によるものの具体的な実施例について説
明すると以下の如くである。

実施例 １ JIS3003合金を常法により溶製し、半連続鋳造
して180mm×60mmの断面で、長さ1000mmの鋳塊と
した。該鋳塊は脱脂後予熱炉で480℃の温度に加
熱し、該加熱鋳塊を200×100mmの半連続鋳造鋳型
における可動受台１上に第９図に示すように垂直
にセツトし、鋳型１０の上部には耐火材８を設
け、該耐火材８の周側に溶湯溜り９が設けられた
設備においてこの溶湯溜り９に対し別途に溶製さ
れた730℃のJIS4045による組成をもつた溶融金属
５を順次に耐火材８部分を介して鋳型１０内に供
給せしめ、しかもこの溶融金属５面にフラツクス
ビン１６から75wt％KAlF₄と25wt％K₃AlF₆の割
合とされた弗化物系フラツクス粉末を供給し、即
ち導入される加熱鋳塊２の単位長さ当り該フラツ
クスを0.1ｇ／cm・minの割合で供給しながら、
200mm／minの鋳造速度でホツトトツプ鋳造した。

即ち上記のように供給されたフラツクス粉末は
溶融金属５に接すると直ちに溶融して該溶融金属
５上に溶融フラツクス層６を形成し、該溶融フラ
ツクス層６を介して鋳塊２が溶融金属５内に通入
され、鋳型１０により冷却された鋳塊２の周面に
クラツド層である凝固部４を形成したものとして
可動受台１により導出された。

このようにして得られたクラツド鋳塊について
その鋳塊２と凝固部４との界面部分に関しミクロ
的に顕微鏡観察したものが前記第４図であり、均
一な合金層が形成され強固且つ安定に接合してい
ることが確認された。またこのような鋳塊につい
てのマクロ的な断面構成は第１０図に示す通りで
あつて第７図に示したように肉眼的に観察できる
関隙部２１は皆無であつた。

又このクラツド鋳塊を常法によつて面削後、熱
間および冷間圧延を施し、厚さ0.2mmの板材とし
たところ熱間圧延材は固より、冷間圧延材におい
てもその表面は平滑で凸部の発生は全くなく、品
質の優れたクラツド材を得ることができた。

なお上記のような本発明によるものに対し、比
較例としてフラツクス粉末の供給を排出し、従
つてフラツクス層６の形成およびこのフラツクス
層６による加熱鋳塊２に対する作用のない外は、
すべてが上記条件に従つた方法によりクラツド鋳
塊を得、このクラツド鋳塊を観察したところ、鋳
塊２と凝固部４との間にはマクロ的に間隙部２１
が全周的に発生していた。

又上述したJIS3003合金鋳塊の予熱温度を560℃
とし、その他の条件は上記同様としてクラツド鋳
塊を得た比較例のものについてその鋳塊２と凝
固部４との境界部についてマクロ的に観察した結
果は肉眼的には間隙部２１の認められないところ
があるにしても60％近い割合で間隙部２１を認め
た。しかもこの間隙部２１の認められない部分に
ついてミクロ的に観察した結果は第４図のような
酸化物層が確認され、又第５図のように酸化物が
破れて溶融金属がJIS3003合金鋳塊２の領域に流
れ込んだものと認められる部分が確認され、均一
な接合が得られず、合金化も不均一である。

更にこれらのクラツド鋳塊を前記した本発明の
実施例のように面削し、熱間圧延、冷間圧延した
ところ、熱間圧延材においてはm²当り10個以上の
凸部が発生し、冷間圧延材においても形状は若干
異るにしても同数ないしそれ以上の凸部が発生し
ていて品質的に本発明によるものとは隔段に相違
するものであつた。

実施例 ２ Fe：0.44％、Si：0.25％、Cu：0.13％、Mn：
0.82％、Mg：1.2％の組成を有する溶融アルミニ
ウム合金を金型鋳造し、断面が180×60mmで長さ
が1000mmの鋳塊を得た。該鋳塊を脱脂後、その表
面にKAlF₄：80wt％と、K₃AlF₆：5wt％およビ
Li₃AlF₆：15wt％からなるフラツク粉末を30ｇ／
の割合で水に懸濁させたスラリーをスプレーガ
ンで400ml／m²の割合で塗布した。このフラツク
スを塗布した鋳塊を乾燥後、予熱炉で480℃に加
熱し、該加熱鋳塊を720℃で加熱溶融された
JIS1080の組成を有する溶融金属により実施例１
に示した下段の鋳造装置でクラツド鋳造した。

即ち鋳塊に塗布されたフラツクスは溶融金属に
接すると直ちに溶融して該溶融金属面にフラツク
ス溶融層として展開被覆した条件下で実施例１と
同じに鋳造された。

得られたクラツド鋳塊について観察したとこ
ろ、マクロ的およびミクロ的の何れにおいても実
施例１におけると同様に良好な接合が得られてお
り、又界面において均一な合金層が形成されてい
て、強固に接合していることが確認された。

実施例 ３ JIS3003合金を半連続鋳造法により125mmφで、
長さ1000mmのビレツトに鋳造した。

該ビレツトを面削して120mmφとし、脱脂後、
予熱炉で300℃に加熱し、該加熱ビレツトを160mm
φの半連続鋳造鋳型における可動受台上に垂直状
として配設し、730℃のJIS 1050溶融金属を注入
して120mm／minの鋳造速度でホツトトツプ鋳造
した。この鋳造に際して前記ビレツトと溶融金属
の境界部分に75wt％KAlF₄と25％K₃AlF₆からな
る弗化物系フラツクス粉末を、境界の単位長さ当
り0.06ｇ／cm・minの割合で供給した。即ちこの
フラツクスは溶融金属に接すると直ちに溶融して
溶融金属面上に溶融フラツクス層を形成し、該フ
ラツクス層を介しビレツトは溶融金属中に導入さ
れた。

上記のようにして得られたクラツド鋳塊につい
て観察したところ、実施例１のものと同様にマク
ロ、ミクロとも良好な接合が得られ、界面は均一
な合金層となつており、強固に接合していること
を確認した。

又このクラツド鋳塊を150mmφに面削後、400℃
に予熱し、押出速度3.7ｍ／min、面圧58.6Kg／mm²
で押出加工し、16mmφの押出材としたが、該押出
材には凸部の発生が認められず、品質の優れたク
ラツド材を得ることができた。これに対し溶融金
属上にフラツクス層を設けることなく行つた比較
例の場合には、その他が同じ条件で得られたクラ
ツド鋳塊は境界部にマクロ的に間隙の発生が境界
長さに対して25％近い割合で認められ、品質的に
劣ることは明かであつた。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは面合わ
せ工程を省略した有利な工程で目的のクラツド鋳
塊を得しめ、しかもクラツド界面における酸化物
を有効に除去し、該クラツド界面における微小間
隙の発生をなからしめると共に均一な合金層を形
成して強固な接合状態を得しめ、従つてこれを更
に成形加工して得られる製品において１〜２mmφ
の小凸部などの欠陥を発生することがでなく、品
質的に卓越したクラツド材を得しめるものであつ
て、工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであつ
て、第１図と第２図はそれぞれ本発明方法を実施
する設備の概要を示した断面的説明図、第３図は
更に別の本発明方法を実施設備の概要についての
断面的説明図、第４図は本発明によつて得られた
クラツド鋳塊について部材とクラツド層の境界部
分における金属の組織を示した顕微鏡写真、第５
図と第６図は夫々従来法によるものについての第
４図と同様な顕微鏡写真、第７図は従来法による
鋳塊のマクロ的断面構成を示した断面図、第８図
は従来の鋳塊を用い加工成形して得られるクラツ
ド材の表面における欠陥部（凸部）の発生状況を
示す説明図、第９図は実施例において採用された
鋳造設備の説明図、第１０図は実施例で得られた
鋳塊の断面図である。 然してこれらの図面において、１は可動受台、
２は固体部材、３は鋳型空間、４は凝固部、５は
溶融金属、６は溶融フラツクス層、７はフラツク
スの塗布層、８は耐火材、９は溶湯溜り、１０は
鋳型、１４は冷却水、１６はフラツクスビン、１
８はコイル、１９はガイドロール、２１は間隙部
を示すものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可動受台を有する鋳型内にアルミニウムまた
   はアルミニウム合金による固体部材をセツトし、
   前記鋳型と固体部材または固体部材と固体部材と
   の間に溶融金属を注入すると共に該溶融金属浴面
   上に弗化物系フラツクスの溶融層を形成維持せし
   めつつ上記可動受台を降下して前記固体部材と鋳
   型内または固体部材と固体部材との間で冷却凝固
   され該固体部材と一体化した上記溶融金属による
   凝固層を連続的に導出し、前記鋳型内を順次に通
   過する上記固体部材の表面を前記したフラツクス
   溶融層に順次接触せしめてから溶融金属に通入
   し、前記固体部材表面に上述したフラツクス溶融
   層と溶融金属による略一様な熱履歴を与えつつ鋳
   造することを特徴とするクラツド鋳造法。