JPH09239518A - 複合材料の鋳造方法 - Google Patents

複合材料の鋳造方法

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JPH09239518A
JPH09239518A JP5047096A JP5047096A JPH09239518A JP H09239518 A JPH09239518 A JP H09239518A JP 5047096 A JP5047096 A JP 5047096A JP 5047096 A JP5047096 A JP 5047096A JP H09239518 A JPH09239518 A JP H09239518A
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JP
Japan
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casting
sleeve
composite material
conductor
metal
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JP5047096A
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English (en)
Inventor
Tomoomi Hayata
智臣 早田
Ryoichi Shibata
良一 柴田
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常のダイカスト鋳造の要領で、複雑な形状
の鋳造品であっても簡単に鋳造できる複合材料の鋳造方
法およびその装置を提供する。 【解決手段】 材料11の外側に周方向に連続しないよ
うに複数個配置した導電体9あるいは材料11の外側に
配置した少なくとも一部に複数のスリット17を有する
導電体9と、外周に捲回した誘導コイル7とを備えるこ
とにより、材料11をスリーブ2に対して非接触に近い
状態に保持して加熱または保温して製品キャビティ6に
圧入することで解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合材料すなわち
粒子強化複合金属材料および繊維強化複合材料などの複
合金属材料の鋳造方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複合材料の製造は、粉末冶金によるのが
一般的である。粉末冶金は、原料粉末の製造、粉末
の配合・混合、圧粉成形、焼結、後処理の工程で
行なわれるが、圧粉成形の工程で、粉末粒子間の摩擦
や金型面との摩擦が原因となって形状に対しての制約、
および粉末の流動性や型の容量と経済性の面から寸法に
対する制約が生じている。形状に対しては、鋭い隅部や
切込みのある形状、断面変化が極度に大きい形状、逆テ
ーパやダイヤモンドローレットのある形状、圧縮方向に
傾きをもつ溝や孔のある形状のものが製造不可能あるい
は工夫を要する。寸法に対しては、その上限値の一例と
して、一般的な形状で縦また横の寸法180mm、厚さ
50mm以下。加圧面積120cm2以下の数値があ
る。したがって、粉末冶金での複合材料の製造は、高価
であるととともに複雑形状の製造が困難であるといった
問題点がある。
【0003】複合材料の製造を鋳造により行う場合は、
材料として母材の金属と強化材の固体粒子とを予め混合
したインゴットを使用している。この場合においては、
材料の流動性や湯ながれなどの面から、強化材の固体粒
子の量が限定され、所望の複合材料を得られないこと
や、インゴットが粉末冶金などによって製作されるため
高価であるといった問題点がある。
【0004】特開平7−276034には、磁性金属で
被覆した非金属強化繊維(強化材)を、気体中におい
て、定磁場と交番磁場の複合磁場内で、振動を与えてY
字形または漏斗状形の鋳型内に配向集合させてから、繊
維集合塊に溶融マトリックス(母材)金属を溶浸させる
繊維強化複合金属物品の製造方法が開示されている。こ
の方法においては、非金属強化繊維を磁性金属で被覆
して、一旦プリフォームする必要がある。したがって、
工程が増え、生産コストが高くなる。対象物品が繊維
強化複合金属材料であるため、粒子強化複合金属材料に
は必ずしも適用できるとは限らない。などの問題点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
するのは、次のような課題である。通常のダイカスト鋳
造の要領で、複雑な形状の鋳造品であっても簡単に鋳造
できる複合材料の鋳造方法を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明請求項1に記載の複合材料の鋳造方法は、母材
である金属または合金と、強化材である固体粒子とを混
合した材料の周囲に導電体を複数個配置し、導電体の外
部の誘導コイルにより磁場を形成し、加熱および/また
は保温するとともに撹拌して製品キャビティに圧入する
ことを特徴とする。
【0007】請求項2に記載の複合材料の鋳造方法は、
母材である金属または合金と、強化材である固体粒子と
を混合した材料の周囲に少なくとも一部に複数のスリッ
トを有する導電体を配置し、導電体の外部の誘導コイル
により磁場を形成し、加熱および/または保温するとと
もに撹拌して製品キャビティに圧入することを特徴とす
る。
【0008】請求項3に記載の複合材料の鋳造方法は、
請求項1または請求項2に記載の複合材料の鋳造方法に
おいて、前記材料の少なくとも一部を金属または合金の
みの材料としたことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明においては、スリーブにあるいは材料の
収容部の周囲に、導電体を周方向に連続しないように複
数個配置している。あるいは、少なくとも一部に複数の
スリットを有する導電体を配置している。したがって、
この導電体を介して外部のコイルから内部の材料へ誘導
電流を生じさせて、固体の材料を半溶融状態あるいは溶
融状態まで加熱し、撹拌することができる。また、溶融
状態からは不活性ガスによる冷却により半溶融状態まで
撹拌しながら冷却することもできる。これらの作用によ
り、材料に含まれるデンドライト相を破断して、粒状の
結晶を得ることが可能となる。また、溶融または半溶融
状態の材料および各々の導電体には電磁誘導による電流
が発生し、それらの誘導電流と磁場の相互作用による電
磁体積力が材料をスリーブ表面から遠ざける方向に作用
して材料とスリーブの接触を防止する方向に働く。この
ため接触による温度低下も少ない。
【0010】以上の材料とスリーブとの接触を防止する
電磁体積力について説明する。図6に示すように、互い
に連続しない複数個の導電体9の周囲を絶縁材8で囲ん
でなる鋳込みスリーブ2に材料11を収納し、誘導コイ
ル7に交流電流7aを流した場合には、高周波交番磁界
中の電磁誘導原理に従い、導電体9の表面電流9aと、
材料11の表面電流11aは位相が180゜異なって、
相互反発力(ローレンツ斥力)が発生して、材料11を
スリーブ2内面部表面に非接触で保持する。しかも、こ
の場合、互いに連続しない複数個の導電体9からの漏れ
磁場が材料1に作用して、スリーブ2を冷却することに
より剛性が保たれた状態でも材料1に対する加熱保温が
容易に行える。同じく、図7に示すように、相互間にス
リット17を形成した導電体9の内側に絶縁性の鋳込み
スリーブ2を配置した場合にも、導電体9と材料11と
に相互反発力(ローレンツ斥力)が発生して、材料11
をスリーブ2内面部表面に非接触で保持する。また、ス
リット17からの漏れ磁場によりスリーブ2が冷却され
ても材料11に対する加熱保温が容易に行える。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明による複合材料の鋳造方法
の一実施の形態について説明する。まず、複合材料の鋳
造に使用する鋳造装置の縦断面図を図1に、横断面図を
図4に示して説明する。図1に示される鋳造装置1は、
材料11を収容するスリーブ2と、固定型5と可動型4
とにより構成される製品キャビティ6への材料11の圧
入手段であるプランジャー3と、スリーブ2の周囲に配
置された誘導コイル7を備える。スリーブ2は、図4に
示される周方向に不連続となるように配置した導電体9
を非導電性の物質である絶縁材8で囲んで形成してあ
り、導電体9の内部には冷却媒体通路である冷却水パイ
プ10が貫通している。図1に示される冷却水パイプ1
0は、冷却水入口14からの冷却水を導電体9内に導
き、導電体9の熱を奪った後に冷却水出口12に排出さ
せる。スリーブ2の外周に配設された誘導コイル7は、
5ターンの銅製コイルとしている。
【0012】複合材料の鋳造に使用する鋳造装置の他の
態様の横断面図を図5に示して説明する。図5に示され
る鋳造装置1のスリーブ2は、内筒部15と外筒部16
とからなる。内筒部15は、低熱伝導材であるサイアロ
ンからなる。また、外筒部16は、スリット17によっ
て、不連続に配置された導電体9で構成されている。ま
た、各導電体9には冷却水通路18が貫通している。ス
リーブ2の外周には誘導コイル7を配設している。他の
部分については前述のものと同様であるので説明は省略
する。
【0013】したがって、これらの鋳造装置によれば、
材料の一部または全部をスリーブに対して非接触状態に
保持して加熱保温して、初晶が実質的に粒状化した半溶
融状態を得ることができる。また、内筒部に低熱伝導材
であるサイアロンを用いると、材料が熱を奪われること
が少なく、材料表面への凝固片の発生が少ない。さら
に、スリーブあるいは外筒部に冷却用媒体通路を設けて
冷却するので、材料および電磁誘導による昇温を抑える
とともに、スリーブの機械精度あるいは内筒部と外筒部
の適性な嵌合効果を持続できる。
【0014】鋳造装置1を使用しての複合材料の鋳造は
次の〜の手順で行われる。 図1に示される鋳造装置1のスリーブ2内に、材料
11を供給する。 誘導コイル7に作動して、導電体9を介して、材料
11に誘導電流を生じさせて、材料11を溶融状態ある
いは半溶融状態まで加熱する。このとき、材料は11
は、図2に示される形状となり、プランジャー3との接
触面を除いて、スリーブ2とは非接触状態に保持され
る。 図2に示されるプランジャー3を摺動させて、材料
11を製品キャビティ6内に圧入する。 材料11が冷却され硬化した後、可動型4を取り外
して、成形品(図示せず)を得る。材料11には、母材
である金属または合金と、強化材である固体粒子とを混
合したものをもちいるが、図1に示されるスリーブ2内
に、Aに金属、Bに金属と固体粒子とを混合したものを
供給して、半溶融状態まで加熱し製品キャビティ6内に
圧入すると、図3に示される13Aの部分だけが複合材
料である成形品13を成形することもできる。この組合
わせには、金属、合金、金属と、固体粒子とを混合した
もの、合金と固体粒子とを混合したもの中からいろいろ
と選択でき、そのぞれを使用する部位に関してもに自由
度が高い。
【0015】(実施例) 鋳造装置 スリーブ形状: 内径50mm、外径80mm コイル :周波数20kHz、電流約500A ゲート速度 :10m/秒 加圧力 :90MPa 材料 A:アルミニウム(Al)に40重量%のシリコンカーバイド(Si C)の固体粒子を混合したもの B:アルミニウム(Al) 鋳造品:部分的に複合材料Al−40%SiCとなるアルミニウム柱状部材 以上の条件で、図1に示される鋳造装置1のスリーブ2
内に材料A、Bを供給し、材料A、Bの温度を590℃
±5℃に制御して誘導撹拌を行った後、製品キャビティ
6にプランジャー3により圧入して加圧成形を実施し
た。スリーブ2内の半溶融状態の材料11は図2のよう
な形状となり、底部を除き材料11とスリーブ2との接
触はなかった。また、スリーブ2の温度は約250℃に
維持することができた。その結果、図3に示されるAの
部分がAl−40%SiCとなり、Bの部分がAlとな
る柱状部材が得られた。
【0016】
【発明の効果】本発明によると次のようなすぐれた効果
を奏する。 (イ)通常のダイカスト鋳造の要領で複合材料が鋳造で
きる。したがって、複雑な形状の鋳造品であっても簡単
に鋳造でき、生産コストが低減できるとともに生産性を
向上できる。 (ロ)部分的に複合材料とした鋳造品を鋳造できる。し
たがって、高価な複合材料を必要な部分に限定して使用
できる。 (ハ)母材である金属または合金と、強化材である固体
粒子とを予め混合して成形した予備インゴットを製作す
ることもできる。 (ニ)以上により、複合材料の生産コストを低減できる
とともに、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による複合材料の鋳造方法の説明図(そ
の1)、鋳造装置の縦断面図
【図2】本発明による複合材料の鋳造方法の説明図(そ
の2)
【図3】本発明による複合材料の鋳造方法の説明図(そ
の3)
【図4】鋳造装置の横断面図
【図5】鋳造装置の他の態様の横断面図
【図6】電磁体積力についての説明図(その1)
【図7】電磁体積力についての説明図(その2)
【符号の説明】
1 鋳造装置 2 スリーブ 3 プランジャー 4 可動型 5 固定型 6 製品キャビティ 7 誘導コイル 8 絶縁材 9 導電体 10 冷却水パイプ 11 材料 12 冷却水出口 13 成形品 14 冷却水入口 15 内筒部 16 外筒部 17 スリット 18 冷却水通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 1/10 C22C 1/10 G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材である金属または合金と、強化材であ
    る固体粒子とを混合した材料の周囲に導電体を複数個配
    置し、導電体の外部の誘導コイルにより磁場を形成し、
    加熱および/または保温するとともに撹拌して製品キャ
    ビティに圧入することを特徴とする複合材料の鋳造方
    法。
  2. 【請求項2】母材である金属または合金と、強化材であ
    る固体粒子とを混合した材料の周囲に少なくとも一部に
    複数のスリットを有する導電体を配置し、導電体の外部
    の誘導コイルにより磁場を形成し、加熱および/または
    保温するとともに撹拌して製品キャビティに圧入するこ
    とを特徴とする複合材料の鋳造方法。
  3. 【請求項3】前記材料の少なくとも一部を金属または合
    金のみの材料としたことを特徴とする請求項1または請
    求項2に記載の複合材料の鋳造方法。
JP5047096A 1996-03-07 1996-03-07 複合材料の鋳造方法 Pending JPH09239518A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015037807A (ja) * 2013-07-11 2015-02-26 クルーシブル インテレクチュアル プロパティ エルエルシーCrucible Intellectual Property Llc コールドるつぼを介して流体を配分するためのマニホールドガスケット
CN106312009A (zh) * 2015-06-08 2017-01-11 恩格尔奥地利有限公司 成型机和用于感应加热的方法

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