JPH09137239A - 半溶融金属の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の機械撹拌法や電磁撹拌法によらず、簡
便容易に、かつ、低コストで微細かつ球状のチクソ組織
を有する成形体が得られる半溶融金属の成形方法を提案
するものである。 【解決手段】 結晶核を有する液相線温度以上の液体状
態の合金、または結晶核を有する成形温度以上の固液共
存状態の合金を、内部あるいは外部から加熱または冷却
できる熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以
上の材質であって注湯前に該合金の液相線温度以下に保
持された容器に注湯し成形に適した固相率を示す温度ま
で冷却する過程において、該容器内に該合金を注湯し
て、非樹枝状晶の微細な初晶を該合金液中に晶出させ、
かつ、該容器内の合金の冷却温度分布が均一になるよう
にして急速に冷却し、冷却後に該合金を成形用金型に供
給して加圧成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半溶融金属の成形法
に係り、特に、結晶核を有する液相線温度以上の液体状
態の合金、または結晶核を有する成形温度以上の固液共
存状態の合金を、内部あるいは外部から加熱または冷却
できる熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以
上の材質であって注湯前に該合金の液相線温度以下に保
持された容器に注湯し成形に適した固相率を示す温度ま
で冷却する過程において、該容器内に該合金を注湯し
て、非樹枝状晶の微細な初晶を該合金液中に晶出させ、
かつ、該容器内の合金の冷却温度分布が均一になるよう
にして急速に冷却し、冷却後に該合金を成形用金型に供
給して加圧成形することを特徴とする半溶融金属の成形
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チクソキャスト法は、従来の鋳造法に比
べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で、金型
寿命が長いことや成形サイクルが短いなどの利点があ
り、最近注目されている技術である。この成形法（Ａ）
において使用されるビレットは、半溶融温度領域で機械
撹拌や電磁撹拌を実施するか、あるいは加工後の再結晶
を利用することによって得られた球状化組織を特徴とす
るものである。これに対して、従来鋳造法による素材を
用いて半溶融成形する方法も知られている。これは、た
とえば、等軸晶組織を発生しやすいマグネシウム合金に
おいてさらに微細な結晶を生じせしめるためにＺｒを添
加する方法（Ｂ）や炭素系微細化剤を使用する方法
（Ｃ）であり、またアルミニウム合金において微細化剤
としてＡｌ−５％Ｔｉ−１％Ｂ母合金を従来の２倍〜１
０倍程度添加する方法（Ｄ）であり、これらの方法によ
り得られた素材を半溶融温度域に加熱し初晶を球状化さ
せ成形する方法である。また、固溶限以内の合金に対し
て、固相線近くの温度まで比較的急速に加熱した後、素
材全体の温度を均一にし局部的な溶融を防ぐために、固
相線を超えて材料が柔らかくなる適当な温度まで緩やか
に加熱して成形する方法（Ｅ）が知られている。一方、
ビレットを半溶融温度領域まで昇温し成形する方法と異
なり、球状の初晶を含む融液を連続的に生成し、ビレッ
トとして一旦固化することなく、そのまま成形するレオ
キャスト法（Ｆ）が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（Ａ）の方法は撹拌法や再結晶を利用する方法のいず
れの場合も煩雑であり、製造コストが高くなる難点があ
る。また、マグネシウム合金においては（Ｂ）の場合に
は、Ｚｒが高くコスト的に問題であり、（Ｃ）の方法で
は、炭化物系微細化剤を使用してその微細化効果を十分
に発揮させるためには、酸化防止元素であるＢｅを、た
とえば、７ｐｐｍ程度に低く管理する必要があり、成形
直前の加熱処理時に酸化燃焼しやすく、作業上不都合で
ある。一方、アルミニウム合金においては、単に微細化
剤を添加するだけでは５００μｍ程度であり、１００μ
ｍ以下の微細な結晶粒の組織を得ることは容易ではな
い。このため、多量に微細化剤を添加する方法（Ｄ）が
あるが、微細化剤が炉底に沈降しやすく工業的には難し
く、かつコストも高い。さらに（Ｅ）の方法では、固相
線を超えてから緩やかに加熱して素材の均一加熱と球状
化を図ることを特徴とするチクソ成形法が提案されてい
るが、通常のデンドライト組織を加熱してもチクソ組織
（初晶デンドライトが球状化されている）には変化しな
い。しかも（Ａ）〜（Ｅ）のいずれのチクソ成形法にお
いても半溶融成形するために、一旦液相を固化しそのビ
レットを再度半溶融温度領域まで昇温する必要があり、
従来鋳造法に比べてコスト高になる。また、（Ｆ）の方
法では、球状の初晶を含む融液を連続的に生成供給する
ため、コスト的、エネルギ的にもチクソキャストよりも
有利であるが、球状組織と液相からなる金属原料を製造
する機械と最終製品を製造する鋳造機との設備的連動が
煩雑である。本発明は、上述の従来の各方法の問題点に
着目し、ビレットを使用することなく、簡便容易に、容
器内の金属の温度分布を均一に保ちながら急速に冷却し
て、球状化した初晶を有する半溶融金属を得て、加圧成
形することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明においては、第１の発明では、結晶核
を有する液相線温度以上の液体状態の合金、または結晶
核を有する成形温度以上の固液共存状態の合金を、内部
あるいは外部から加熱または冷却できる熱伝導率（室
温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の材質であって注
湯前に該合金の液相線温度以下に保持された容器に注湯
し成形に適した固相率を示す温度まで冷却する過程にお
いて、該容器内に該合金を注湯して、非樹枝状晶の微細
な初晶を該合金液中に晶出させ、かつ、該容器内の合金
の冷却温度分布が均一になるようにして急速に冷却し、
冷却後に該合金を成形用金型に供給して加圧成形するこ
ととした。また、第２の発明では、第１の発明における
合金の冷却過程で、容器の上部および下部を中央部に比
べてより多く加熱するか、または、熱伝導率が１．０ｋ
ｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保温材料で該容器上部および該
容器下部を保温しつつ、該合金を冷却することとした。
さらに、第３の発明では、合金の冷却過程では、容器上
部を該容器中央部に比べてより多く加熱し該容器下部を
保温するか、または該容器上部を保温し該容器下部を該
容器中央部に比べて多く加熱しつつ、該合金を冷却する
ようにした。また、第４の発明では、第１ないし第３の
発明において、予め冷却工程に先立って、容器上部およ
び該容器下部を該容器中央部に比べてより多く加熱する
か、または、該容器の中央部のみを冷却して、該容器の
中央部を該容器上部および該容器下部に比べて低温に保
持したうえ、あるいは該容器下部を該容器上部および該
容器中央部よりも高温に保持するように加熱したうえ、
該合金を該容器内へ入れて冷却することとした。そし
て、第５の発明では、第１ないし第４の発明において、
結晶核の生成方法は、液相線温度に対して加熱度を３０
０℃未満に保持された合金溶湯を該合金の融点よりも低
い温度の治具の表面に接触させることとした。さらに、
第６の発明では、第１ないし第４の発明において、溶湯
に接触させる治具は、金属製治具または非金属製治具、
あるいは半導体を含む非金属材料を複合させた金属製治
具とし、かつ該治具の内部あるいは外部から該治具を冷
却することができるようにした。また、第７の発明で
は、第１ないし第４の発明において、結晶核の生成を、
治具または容器のいずれかもしくは両方に接触する合金
溶湯に振動を与えることとした。さらに、第８の発明で
は、第１ないし第４の発明において、液相線温度に対す
る加熱度は１００℃未満に保持した合金溶湯を、治具を
使用することなく直接、断熱容器に注ぐようにした。

【０００５】

【発明の実施の形態】結晶核を有する液相線温度以上の
液体状態の合金、または結晶核を有する成形温度以上の
固液共存状態の合金を、内部あるいは外部から加熱また
は冷却できる熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈ
ｒ℃以上の材質であって注湯前に該合金の液相線温度以
下に保持された容器に注湯し成形に適した固相率を示す
温度まで冷却する過程において、該容器内に該合金を注
湯して、非樹枝状晶の微細な初晶を該合金液中に晶出さ
せ、かつ、該容器内の合金の冷却温度分布が均一になる
ようにして急速に冷却し、冷却後に該合金を成形用金型
に供給して加圧成形することにより、安定した機械的性
質を保有する優れた成形体が得られる。具体的な容器の
温度管理方法は、第２、第３ならびに第４の発明に示す
ように、合金の冷却過程で、容器の上部および下部を中
央部に比べてより多く加熱するか、または、熱伝導率が
１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保温材料で該容器上部
または該容器下部を保温しつつ、該合金を冷却したり、
容器上部を該容器中央部に比べてより多く加熱し該容器
下部を保温するか、または該容器上部を保温し該容器下
部を該容器中央部に比べて多く加熱しつつ、該合金を冷
却するようにしたり、あるいは、予め冷却工程に先立っ
て、容器上部および該容器下部を該容器中央部に比べて
より多く加熱するか、または、該容器の中央部のみを冷
却して、該容器の中央部を該容器上部および該容器下部
に比べて低温に保持したうえ、あるいは該容器下部を該
容器上部および該容器中央部よりも高温に保持するよう
に加熱したうえ、該合金を該容器内へ入れて冷却するこ
とにした。また、結晶核の生成方法は、液相線温度に対
して加熱度を３００℃未満に保持された合金溶湯を該合
金の融点よりも低い温度の治具の表面に接触させること
とした。さらに、溶湯に接触させる治具は、金属製治具
または非金属製治具、あるいは半導体を含む非金属材料
を複合させた金属製治具とし、かつ該治具の内部あるい
は外部から該治具を冷却することができるようにした。
そして、第７の発明では、結晶核の生成を、治具または
容器のいずれかもしくは両方に接触する合金溶湯に振動
を与えることとした。また、第８の発明では、液相線温
度に対する加熱度は１００℃未満に保持した合金溶湯
を、治具を使用することなく直接、断熱容器に注ぐよう
にした。

【０００６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１〜図９は本発明の実施例に係り、図１は
最大固溶限以上の組成の亜共晶アルミニウム合金の半溶
融金属の成形方法を示す工程説明図、図２は最大固溶限
内組成のマグネシウム合金あるいはアルミニウム合金の
半溶融金属の成形方法を示す工程説明図、図３は球状初
晶の生成から成形までの工程説明図、図４は図３に示し
た各工程における金属組織の模式図、図５は図３に示し
た工程３における容器内金属の冷却温度変化の比較図、
図６は容器の各温度管理の説明図、図７は代表的なアル
ミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ系合金の平衡状態図、図
８は代表的なマグネシウム合金であるＭｇ−Ａｌ系合金
の平衡状態図、図９は本発明例の成形品の金属組織を示
す顕微鏡写真の模写図である。なお、図１０は比較例の
成形品の金属組織を示す顕微鏡写真の模写図である。

【０００７】本発明においては、図１、図２、図７、図
８に示すように、まず、（１）液相線温度に対して過熱
度を３００℃未満に保持した最大固溶限以上の組成の亜
共晶アルミニウム合金あるいは最大固溶限内組成のマグ
ネシウム合金またはアルミニウム合金の溶湯を、該合金
の融点よりも低い温度の治具２０の表面に接触させる
か、あるいは、（２）液相線温度に対する過熱度は１０
０℃未満に保持した結晶核の生成を促す元素を含むアル
ミニウム合金、マグネシウム合金の溶湯を、治具２０を
使用せずに直接、内部あるいは外部から加熱かつ冷却で
きる熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上
の材質であって注湯前に該合金の液相線温度以下に保持
された所定厚みの容器３０に注湯し、成形に適した固相
率を示す温度まで冷却する過程において、容器３０の上
部および下部を中央部に比べてより多く加熱するか、ま
たは、熱伝導率が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保温
材料で該容器上部または該容器下部を保温しつつ該容器
３０内に該合金を注ぐか、あるいは、容器上部を該容器
中央部に比べてより多く加熱し該容器下部を保温する
か、または該容器上部を保温し該容器下部を該容器中央
部に比べて多く加熱しつつ該容器３０内に該合金を注ぐ
か、あるいは、予め冷却工程に先立って、容器上部およ
び該容器下部を該容器中央部に比べてより多く加熱する
か、または、該容器３０の中央部のみを冷却して、該容
器３０の中央部を該容器上部および該容器下部に比べて
低温に保持したうえ、あるいは、該容器下部を該容器上
部および該容器中央部よりも高温に保持するように加熱
したうえ、該容器３０内に該合金を注湯して、非樹枝状
晶の微細な初晶を該合金液中に晶出させ、かつ、該容器
３０内の合金の冷却温度分布が均一になるようにして急
速に冷却し、冷却後に該合金を成形用金型８０に供給し
て加圧成形するようにした。

【０００８】上述の冷却過程における容器３０および容
器３０内の合金の温度管理を、整理してまとめたもの
を、図６に示した。図６の（ａ）〜（ｇ）は、それぞ
れ、第２発明〜第４発明に記載の温度管理方法に対応し
ている。

【０００９】容器３０の厚みに関しては、注湯された
後、容器壁面に接する溶湯より樹枝状の初晶が発生せ
ず、しかも成形直前に容器内から半溶融金属を取り出し
た段階で容器内部に凝固層が残らない厚みとすることが
望ましく、その厚みは、合金の種類および容器３０内の
合金の重量により適宜決定される。また、「成形に適し
た固相率」とは，加圧成形に適する固相の量比を意味
し、ダイカスト鋳造、スクイズ鋳造などの高圧鋳造では
固相率は１０％〜８０％、好ましくは３０％〜７０％
（７０％以上では素材の成形性が劣り、３０％以下では
素材が軟らかいためハンドリングが難しいばかりでな
く、均一な組織が得にくくなる）とし、押出法や鍛造法
では、３０％〜９９．９％、好ましくは５０％〜９９．
９％（５０％以下では組織の不均一が生じる惧れがあ
る）とする。

【００１０】また、「液相線温度以下の温度」とは、速
やかに容器内金属の温度を成形温度まで低下させても、
容器壁面に接する溶湯より樹枝状の初晶が発生せず、し
かも成形直前に容器内から半溶融金属を取り出した段階
で容器内部に凝固層が残らない温度を意味しており、そ
の値は、合金および容器内の合金の重量により異なる。
また、本発明でいう「容器」とは、金属性容器または非
金属性容器とするか、あるいは半導体を含む非金属材料
を表面に塗布した金属製容器、もしくは半導体を含む非
金属材料を複合させた金属製容器とする。非金属材料を
金属製容器の表面に塗布するのは、メタルの付着防止に
効果的である。また、容器を加熱する手段として、該容
器の内部あるいは外部をヒータで加熱する以外に、導電
性の容器を用いた場合は高周波による誘導加熱も含むも
のとする。

【００１１】具体的には、以下のとおりの手順により作
業を進める。図３および図４の工程［１］においてラド
ル１０内に入れられた完全液体である金属Ｍを工程
［２］において、（ａ）冷却用治具２０を用いて低温溶
湯（必要に応じて結晶核生成を促進する元素も添加）か
ら結晶核を発生させ、工程［３］−０においてあらかじ
め液相線温度以下の所定の温度に保持された容器３０に
注ぐ、または、（ｂ）微細組織生成促進元素を含む融点
直上の低温溶湯を直接工程［３］−０においてあらかじ
め液相線温度以下に保持された容器３０に注ぐ、のいず
れかの方法により多数の結晶核を含む液相線直下あるい
は直上の合金を得る。

【００１２】次に工程［３］において、該合金を半溶融
状態で保持し、導入された結晶核から微細な粒状（非デ
ンドライト状）の初晶を生成させる。このようにして、
得られた所定の固相率を有する金属Ｍを、たとえば、工
程［４］のようにダイキャストの射出スリーブ７０に挿
入した後、ダイカストマシンの金型キャビティ８０ａ内
で加圧成形して成形品を得る。

【００１３】図１、図２、図３、図４に示す本発明と従
来のチクソキャスト法、レオキャスト法、の違いは図よ
り明らかである。すなわち、本発明では従来法のよう
に、半溶融温領域で晶出したデンドライト状の初晶を機
械撹拌や電磁撹拌で強制的に破砕球状化することはな
く、半溶融温度領域での温度低下とともに液中に導入さ
れた結晶核を起点として晶出、成長する多数の初晶が合
金自身が持っている熱量により（必要に応じて外部から
加熱保持されることも有り得る）連続的に球状化される
ものであり、また、チクソキャスト法におけるビレット
の再昇温による半溶融化の工程が省かれているため極め
て簡便な方法である。

【００１４】上述した各工程、すなわち、図１に示す冷
却治具への注湯工程、初晶の生成、球状工程、成形工程
のそれぞれにおいて設定された鋳造条件、球状化条件お
よび成形条件や第１の発明、第２の発明、第４の発明、
第８の発明で示した数値限定理由について以下に説明す
る。鋳造温度が融点に対して３００℃以上高ければ、あ
るいは治具２０の表面温度が融点以上の場合では、
（１）結晶の核発生が少なく、しかも、（２）容器に注
がれた時の溶湯Ｍの温度が液相線よりも高いために残存
する結晶核の割合も少なく、初晶のサイズが大きくな
る。このため、鋳造温度は液相線に対する過熱度が３０
０℃未満とし、治具の表面温度は、合金の融点よりも低
くする。なお、液相線に対する過熱度を１００℃未満と
することにより、さらに好ましくは５０℃以下にするこ
とにより、また治具２０の温度を合金Ｍの融点よりも５
０℃以上低くすることにより、より微細な初晶サイズと
することができる。治具２０に溶湯Ｍを接触させる方法
としては、治具の表面を溶湯Ｍを移動させる場合（傾斜
した治具２０へ溶湯を流す）と、溶湯中を治具２０が移
動する場合の２種類がある。なお、ここで言う治具と
は、溶湯が流下する際に冷却作用を溶湯に与えるものを
言うが、これに代えて、たとえば給湯機に筒状のパイプ
を使用してもよい。

【００１５】容器３０は、液相線直下に低下した溶湯を
所定の固相率まで冷却保持するために用いるものである
が、容器３０の熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍ
ｈｒ℃未満の場合は、断熱性が良いため、容器３０に注
がれた溶湯Ｍが所定の固相率を示す温度まで冷却保持さ
れる時間が長くなり、作業能率が悪く、かつ，生成した
球状初晶も粗くなり成形性が低下する。ただし、容器内
の溶湯量が少ない場合は１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満
でも冷却に必要な保持時間は短くなる。また、容器３０
の温度が液相線温度よりも高い場合は、該容器に注がれ
た時の溶湯Ｍの温度が液相線よりも高いために残存する
結晶核の割合も少なく、初晶のサイズが大きくなる。ま
た、溶湯Ｍの固相率が成形に適した固相率を示すまで冷
却される際に、容器上部および容器下部が加熱もしくは
保温されない場合、該容器の上部および下部の溶湯Ｍが
接する部位よりデンドライト状の初晶が発生したり、凝
固層が成長し容器内の金属の温度分布も不均一になるた
め、容器内部に凝固層が残り成形が困難になる。このた
め、注湯後の冷却過程では容器上部および容器下部を容
器中央部より加熱したりあるいは保温し、必要に応じて
注湯後の冷却過程だけでなく、注湯前にあらかじめ該容
器の上部、下部を加熱する。

【００１６】容器３０は熱伝導率以外は特に限定される
ものではなく，溶湯との濡れ性が悪いものが好ましい。
また、通気性のある容器を容器３０として使用する場合
あるいは長時間保持される場合、マグネシウム合金およ
びアルミニウム合金は酸化しやすいため、容器外部を所
定の雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気など）にするこ
とが好ましい。また金属性容器を使用する場合において
も、マグネシウム合金は酸化しやすいので不活性雰囲気
やＣＯ２雰囲気にすることが望ましい。また、酸化防止
を図るために予め金属溶湯に、マグネシウム合金ではＢ
ｅ、Ｃａを、アルミニウム合金ではＢｅを添加すること
が望ましい。なお、容器３０の形状は筒状に限定される
ものではなく、その後の成形法に適した形状が可能であ
る。なお、高圧鋳造では成形直前の固相率が８０％以上
であれば成形時の変形抵抗が高く良好な品質の成形品を
得ることができない。また１０％以内では均一な組織を
有する成形品を得ることができない。このため、前述し
たとおり成形時の固相率は、１０％〜８０％とすること
が望ましい。さらに、実質の固相率を３０％〜７０％に
することにより、さらに均質でかつ高品質の成形材を容
易に加圧成形できる。また、共晶組成に近いＡｌ−Ｓｉ
系合金を成形する場合、液相率を８０％以内に低下させ
る必要がある時は、Ｓｉの改良元素であるＮａやＳｒな
どを添加することは共晶Ｓｉを微細化し延性を向上させ
るのに好都合である。加圧成形する手段としては、スク
イズ鋳造法やダイキャスト鋳造法に代表される高圧鋳造
法に限定されるものではなく、押し出し法、鍛造法など
の加圧成形する種々の方法が含まれる。

【００１７】溶湯Ｍを接触させる治具２０は、溶湯の温
度を低下させることができるものであればその材質を限
定するものではないが、特に熱伝導率の高い銅、銅合
金、アルミ合金などの金属で、しかも一定の温度以下に
維持できるように冷却管理された治具２０は結晶核を多
く生成するので好ましい。なお、溶湯Ｍが治具２０に付
着するのを防ぐために非金属材料を塗布するのは効果的
である。塗布する方法としては、機械的、化学的、ある
いは物理的方法のいずれでも構わない。なお、治具２０
を用いずに微細球状の初晶を得る場合、液相線に対する
加熱度を１００℃未満にするのは、容器３０に注いだ合
金を、結晶核を有する液体状態，または結晶核を有する
成形温度以上の固液共存状態にするためである。注がれ
た容器３０内の溶湯温度が高ければ、所定の固相率まで
温度が低下するために時間がかかりすぎ能率が悪い．ま
た注がれた溶湯Ｍの湯面が酸化されたり、あるいは燃焼
したりするために不都合である。

【００１８】表１に成形前の半溶融金属の条件および成
形材の品質を示す。成形は図３に示すように、半溶融金
属をスリーブに挿入し、その後スクイズ鋳造機を用いて
行なった。成形条件は，加圧力９５０ｋｇｆ／ｃｍ² 、
射出速度１．０ｍ／ｓ、鋳造品重量（ビスケット含む）
３０ｋｇ、金型温度２３０℃とした。

【００１９】

【表１】

【００２０】比較例１では熱伝導率が小さく、かつ注湯
後の容器の加熱、保温が不適切なため、成形までの保持
時間が長く、かつ容器内部に凝固層が生成されるため、
半溶融合金を取り出すことができず成形ができない。比
較例２では熱伝導率が小さいために成形までの保持時間
が長い。比較例３では容器の加熱保温が不適切なため、
容器内部に凝固層が生成されるため、半溶融合金を取り
出すことができず成形工程に移行できない。比較例４で
は容器肉厚が厚く、しかも容器の加熱保温が不適切なた
め、不定形初晶が発生し、また容器内部に凝固層が生成
されるため、半溶融金属を取り出すことができず成形で
きない。比較例５では鋳造温度が高いため、容器内にお
いて残存する結晶核がほとんどないため、図１０に示す
ような粗大な不定形の初晶しか得られない。比較例６で
は冷却治具の温度が高いために、結晶核の発生が少な
く、微細球状の初晶が比較例５と同様に粗大な不定形の
初晶しか得られない。比較例７では固相率が少ないため
に、成形品内部の偏析が多い。

【００２１】一方、本発明例８〜１４では、容器３０内
の金属の温度分布を均一に保ちながら急速に冷却させ、
簡便容易に非樹枝状晶の微細な初晶を有する半溶融金属
を得て、該合金を成形用金型に供給して加圧成形するこ
とにより、２００μｍ以下の微細な球状の初晶を有する
均質な組織の成形体が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に関わる半溶融金属の成形方法では、（１）結晶
核を有する液相線温度以上の液体状態の合金，または，
結晶核を有する成形温度以上の固液共存状態の合金を、
あるいは、（２）液相線温度に対して過熱度を３００℃
未満に保持された合金溶湯を該合金の融点よりも低い温
度の治具の表面に接触させることにより結晶核を発生さ
せて、微細かつ球状化した初晶を液中に発生させた該合
金を、内部あるいは外部から加熱かつ冷却できる熱伝導
率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の容器に注
湯し、成形に適した固相率を示す温度まで冷却する過程
において、該容器の中央部に比べて容器上部および容器
下部をより加熱するか、または、熱伝導率が１．０ｋｃ
ａｌ／ｍｈｒ℃未満の保温材料で容器上部および容器下
部を保温することにより、または該容器の中央部のみ冷
却することにより、または該容器上部を該容器中央部に
比べてより加熱し該容器下部を保温するか、または該容
器下部を保温し該容器上部を該容器中央部に比べてより
加熱することにより、非樹枝状晶の微細な初晶を該合金
中に晶出させ、かつ該容器内の合金の温度分布を均一に
保持して急速に冷却した後、該合金を成形用金型に供給
して加圧成形することにより、従来の機械撹拌法、電磁
撹拌法によらず、簡便容易にかつ、低コストで微細かつ
球状の組織を有する成形体が得られる。また、液相線温
度に対する過熱度は１００℃未満に保持した結晶核の生
成を促す元素を含むアルミニウム合金溶湯、マグネシウ
ム合金溶湯を治具を使用せず直接に、容器の中に注ぎ、
所定の固相率を示す成形温度まで冷却しつつ保持するこ
とにより、同様に、微細かつ球状化した初晶を発生させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る最大固溶限以上の組成の亜共晶ア
ルミニウム合金の半溶融金属の成形方法を示す工程説明
図である。

【図２】本発明に係る最大固溶限内組成のマグネシウム
合金あるいはアルミニウム合金の半溶融金属の成形方法
を示す工程説明図である。

【図３】本発明に係る球状初晶の生成から成形までの工
程説明図である。

【図４】図３に示した各工程における金属組織の模式図
である。

【図５】図３に示した工程３における容器内金属の冷却
温度変化の比較図である。

【図６】本発明に係る容器の各温度管理の説明図であ
る。

【図７】本発明に係る代表的なアルミニウム合金である
Ａｌ−Ｓｉ系合金の平衡状態図である。

【図８】本発明に係る代表的なマグネシウム合金である
Ｍｇ−Ａｌ系合金の平衡状態図である。

【図９】本発明例の成形品の金属組織を示す顕微鏡写真
の模写図である。

【図１０】比較例の成形品の金属組織を示す顕微鏡写真
の模写図である。

【符号の説明】

１０ ラドル ２０ 治具（冷却用治具） ３０ 容器（断熱容器またはセラミック製容器） ４０ ヒータ ５０ 保温カバー ６０ 搬送装置 ７０ 射出スリーブ ８０ 金型 ８０ａ 金型キャビティ Ｍ 溶湯金属（合金） Ｔ 容器内合金温度 ｔ 保持時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 康則 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産株式会社宇部機械・エンジニアリ ング事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶核を有する液相線温度以上の液体状
   態の合金、または結晶核を有する成形温度以上の固液共
   存状態の合金を、内部あるいは外部から加熱または冷却
   できる熱伝導率（室温）が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以
   上の材質であって注湯前に該合金の液相線温度以下に保
   持された容器に注湯し成形に適した固相率を示す温度ま
   で冷却する過程において、 該容器内に該合金を注湯して、非樹枝状晶の微細な初晶
   を該合金液中に晶出させ、かつ、該容器内の合金の冷却
   温度分布が均一になるようにして急速に冷却し、冷却後
   に該合金を成形用金型に供給して加圧成形することを特
   徴とする半溶融金属の成形方法。
2. 【請求項２】 合金の冷却過程では、容器の上部および
   下部を中央部に比べてより多く加熱するか、または、熱
   伝導率が１．０ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保温材料で該
   容器上部および該容器下部を保温しつつ、該合金を冷却
   することを特徴する請求項１記載の半溶融金属の成形方
   法。
3. 【請求項３】 合金の冷却過程では、容器上部を該容器
   中央部に比べてより多く加熱し該容器下部を保温する
   か、または該容器上部を保温し該容器下部を該容器中央
   部に比べて多く加熱しつつ、該合金を冷却することを特
   徴する請求項１記載の半溶融金属の成形方法。
4. 【請求項４】 予め冷却工程に先立って、容器上部およ
   び該容器下部を該容器中央部に比べてより多く加熱する
   か、または、該容器の中央部のみを冷却して、該容器の
   中央部を該容器上部および該容器下部に比べて低温に保
   持したうえ、あるいは該容器下部を該容器上部および該
   容器中央部よりも高温に保持するように加熱したうえ、
   該合金を該容器内へ注湯して冷却することを特徴する請
   求項１記載ないし請求項３記載の半溶融金属の成形方
   法。
5. 【請求項５】 結晶核の生成方法は、液相線温度に対し
   て加熱度を３００℃未満に保持された合金溶湯を該合金
   の融点よりも低い温度の治具の表面に接触させることと
   する請求項１記載ないし請求項４記載の半溶融金属の成
   形方法。
6. 【請求項６】 溶湯に接触させる治具は、金属製治具ま
   たは非金属製治具、あるいは半導体を含む非金属材料を
   複合させた金属製治具とし、かつ該治具の内部あるいは
   外部から該治具を冷却することができるようにした請求
   項１記載ないし請求項４記載の半溶融金属の成形方法。
7. 【請求項７】 結晶核の生成を、治具または容器のいず
   れかもしくは両方に接触する合金溶湯に振動を与えるこ
   ととする請求項１記載ないし請求項４記載の半溶融金属
   の成形方法。
8. 【請求項８】 液相線温度に対する加熱度は１００℃未
   満に保持した合金溶湯を、治具を使用することなく直
   接、断熱容器に注ぐ請求項１記載ないし請求項４記載の
   半溶融金属の成形方法。