JPH0987768A

JPH0987768A - 半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法

Info

Publication number: JPH0987768A
Application number: JP7244111A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sato; 智佐藤; Mitsuru Adachi; 充安達
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の機械攪拌法や電磁攪拌法によらず、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過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金
の製造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
態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ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過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、
断熱効果を有する断熱容器の中において、所定の液相率
を示す成形温度まで冷却しつつ５秒間〜６０分間保持す
ることにより、液中に微細な初晶を該合金液中に晶出さ
せるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半溶融過共晶Ａｌ
−Ｓｉ合金の製造方法に係り、特に、結晶核を有する液
相線温度以上の液体状態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ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過共
晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、断熱効果を有する断熱容器の中に
おいて、所定の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ５
秒間〜６０分間保持することにより、液中に微細な初晶
を発生させる加圧成形用半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の
製造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。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
のままそれを成形するレオキャスト法（Ｂ）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。しかも、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，
（Ｂ）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
ストより有利であるが、球状組織と液相とからなる金属
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という難点がある。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、しかも、煩雑な方法をとることなく、簡便
容易に、加圧成形するための微細な初晶を有する半溶融
過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】このような問題点を解
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過共晶Ａｌ−
Ｓｉ合金、または、結晶核を有する成形温度以上の固液
共存状態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、断熱効果を有する
断熱容器の中において、所定の液相率を示す成形温度ま
で冷却しつつ５秒間〜６０分間保持することにより、液
中に微細な初晶を該合金液中に晶出させることとした。
また，第２の発明では、第１の発明における結晶核の生
成方法を、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
具に接触させることとした。さらに、第３の発明では、
第２の発明の治具を、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表面に塗布した金属
製治具、もしく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
該治具を冷却させることが出来るようにした。また、第
４の発明では、結晶核の生成を、治具または断熱容器の
いずれか、もしくは両方に接触する過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金溶湯に振動を与えることとした。第５の発明では、第
１の発明や第２の発明の過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、Ｐを
０．００５％〜０．０３％添加した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金とした。また、第６の発明では第５の発明のＰに加
え、０．００５％〜０．０３％のＳｒ、または０．００
１％〜０．０１％のＮａ、あるいはその２種を同時に添
加した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金とした。

【０００５】

【発明の実施の形態】結晶核を有する液相線以上の液体
状態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金や結晶核を有する成形温度
以上の固液共存状態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、断熱効
果を有する断熱容器の中で成形温度まで冷却しつつ５秒
間〜６０分間保持することによって、液中に微細な粒状
の初晶を発生させた半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金が得ら
れる。この半溶融状態の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、均質な組織の優れた成形体が
得られる。

【０００６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図６は本発明の実施例に係
り、図１は過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の半溶融金属の製造か
ら成形までを示す工程説明図、図２は極微細な初晶Ｓｉ
の生成から成形までの工程説明図、図３は図２に示した
各工程の金属組織模式図、図４はＡｌ−Ｓｉ系２元合金
平衡状態図、図５は本発明例の金属組織を示す顕微鏡写
真の模写図、図６は比較例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４に示すよう
に、まず、液相線に対して過熱度を３００℃未満に保持
した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯を、その合金の融点よ
りも低い温度の治具に接触させて液中に結晶核を発生さ
せ、その断熱容器内において、所定の液相率になるまで
冷却しつつ、液相線温度以下でかつ共晶温度以上あるい
は共晶温度の状態に５秒間〜６０分間保持することで微
細な初晶を多数発生させる。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は初
晶の晶出量が少ないために、共晶点を越える温度の半溶
融状態では液相率が高い。そのため、目標の液相率が低
い場合には、合金が共晶温度に達しその一定温度で凝固
（共晶反応）が進行している状態で適当な時間保持する
必要がある。所定の液相率とは、加圧成形に適する液相
の量比を意味し、ダイカスト鋳造、スクイズ鋳造などの
高圧鋳造では液相率は２０％〜９０％、好ましくは３０
％〜７０％（３０％未満では素材の成形性が劣り、７０
％以上では素材が柔らかいためハンドリングが難しいば
かりでなく、均一な組織が得難くなる）とし、押出法や
鍛造法では０．１％〜７０％、好ましくは０．１％〜５
０％（５０％以上では組織の不均一が生じる惧れがあ
る）とする。また、本発明でいう断熱容器とは、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性容器、もしくは半
導体を含む非金属材料を複合させた金属性容器とし、か
つ、該容器の内部あるいは外部から該容器の加熱または
冷却が可能なものである。

【０００８】具体的には、以下のとおりの手順により作
業を進める。図２および図３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、冷却用治具２０を用いて溶湯から結晶
核を発生させ断熱効果を有するセラミック製容器３０
（セラミックコ−ティング容器３０Ａ）に注ぐ方法によ
り多数の結晶核を含む液相線直下の合金を得る。つぎに
工程［３］において、該断熱容器３０（または３０Ａ）
において該合金を半溶融状態で保持する。この間、導入
された結晶核から極微細な初晶Ｓｉが生成し（［３］−
ａ）、固相率の増加につれて初晶Ｓｉが周囲に初晶αを
伴って粒状に成長する。このようにして得られた所定の
液相率を有する金属Ｍを例えば［３］−ｂのようにダイ
キャストの射出スリ−ブ４０に挿入した後ダイカストマ
シンの金型キャビティ５０ａ内で加圧成形して成形品を
得る。

【０００９】図１、図２、図３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
融温度領域で晶出した初晶を機械撹拌や電磁撹拌で強制
的に破砕微細化することはなく、液中に導入された結晶
核を起点として半溶融温度領域での温度低下および共晶
温度での保持時間とともに晶出、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）連続的に粒状化され
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。上述した各工程、すなわち図１
に示す冷却用治具２０への注湯工程、初晶の生成、粒状
化工程のそれぞれにおいて設定された鋳造条件、粒状化
条件および第２の発明、第５の発明、第６の発明で示し
た数値限定理由について以下に説明する。

【００１０】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）断熱
効果を有する断熱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低く、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３００℃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、また、治具２
０の温度を合金Ｍの融点よりも５０℃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。な
お、初晶Ｓｉの微細化剤としてＰを含む場合、溶湯の温
度が低すぎると微細化剤として寄与するＡｌＰが凝集し
てその効果が失われるため、液相線に対する過熱度は３
０℃以上とする。

【００１１】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、例えば、給湯機の筒状パイプを使用しても
よい。液相線直下に低下した溶湯を保持する断熱容器３
０は、発生した初晶を粒状にし所定時間後に希望する液
相率にするために、断熱効果を有するものとする。その
材質は限定されるものでなく、保温性を有し、しかも、
溶湯との濡れ性が悪いものが好ましい。また、通気性の
あるセラミック容器を断熱容器３０として使用する場合
には、半溶融合金の酸化を防止するために、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
ことができる。なお、断熱容器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。また、断熱容器でなくセラミック製の射出ス
リ−ブへ直接投入するようにしてもよい。その断熱容器
３０での保持時間が５秒未満であれば、希望する液相率
を示す温度にすることが容易ではなく、また粒状の初晶
を生成することが困難である。一方、保持時間が６０分
を越えると生成した粒状初晶や共晶組織が粗くなり機械
的性質が低下する。このため保持時間は５秒〜６０分と
する。なお、高圧鋳造では成形直前の液相率が２０％未
満であれば成形時の変形抵抗が高く良好な品質の成形品
を得ることが容易でない。また、９０％を越えると均一
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液相率は２０％〜９０％と
することが好ましい。さらに、実質の液相率を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。

【００１２】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、押出法、鍛造法などの加圧成形す
る種々の方法が含まれる。

【００１３】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出来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、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属で、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に接触した時に固体状に金属が治具２
０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。

【００１４】治具２０に溶湯Ｍを接触させることにより
結晶核を多数含む液相線以下の半溶融合金を得ることは
可能であるが、さらに多数の結晶核を発生させ均一で微
細な組織を得るために、Ｐを添加する。また、所定の液
相率における残液が凝固後に形成する共晶組織を微細に
し良好な機械的性質を得るために、ＳｒあるいはＮａも
しくはその２種を添加する。Ｐは、０．００５％未満で
あれば初晶Ｓｉの微細化効果は小さく、０．０３％を越
えて添加してもそれ以上の効果を期待できないので、Ｐ
は０．００５％〜０．０３％とする。Ｓｒは、０．００
５％未満であれば共晶Ｓｉの微細化効果は小さく、０．
０３％を越えて添加するとＡｌ−Ｓｉ−Ｓｒ化合物を晶
出し機械的性質を劣化させるので、Ｓｒは０．００５％
〜０．０３％とする。Ｎａは０．００１％未満であれば
共晶Ｓｉの微細化効果は小さく、０．０１％を越えて添
加すると共晶Ｓｉが粗大化するため、Ｎａは０．００１
％〜０．０１％とする。表１に半溶融金属の製造条件お
よび組織観察による評価の結果を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】比較例７では、溶湯Ｍを接触させる治具２
０の温度が高すぎるために結晶核の発生が少なく、この
ために微細な初晶が得られず、粗大な初晶となる。比較
例８では、鋳造温度が高すぎるために、セラミック製容
器３０内において残存する結晶核がほとんどなく、比較
例７と同様な現象を示す。比較例９では、保持時間が長
いために液相率が少なく成形には適さない。また、初晶
サイズも大きい。比較例１０では、セラミック容器３０
内での保持時間が短くしかも液相率が高いために、成分
偏析が多く発生する。比較例１１は、断熱容器中で凝固
させたものであり、図６に示すように角棒状の粗大な初
晶が多く見られる。

【００１７】一方、本発明例１〜６では、図５に示すよ
うな、加圧成形に適する約１５０μｍ以下の微細な粒状
の初晶を有する均質な組織が得られる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明に係る半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方
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、断熱効果を有する断熱容器の中にお
いて、所定の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ５秒
間〜６０分間保持することにより、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に接触させ
ることにより結晶核を発生させて、微細かつ粒状化した
初晶を該合金の液中に発生させ、所定の液相率まで保持
する。その後半溶融状態の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
粒状の組織を有する成形体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る過共晶Ａｌ−Ｓｉ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】本発明の実施例に係る粒状初晶の生成から成形
までの工程説明図である。

【図３】図２に示した各工程の金属組織模式図である。

【図４】本発明の実施例に係るＡｌ−Ｓｉ２元系平衡状
態図である。

【図５】本発明例の金属組織を示す顕微鏡写真の模写図
である。

【図６】比較例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３０断熱容器（セラミック製容器）３０Ａセラミックコ−ティング金属容器４０射出スリ−ブ５０金型５０ａ金型キャビティＭ金属（溶湯）ｔ温度Ｔ時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶核を有する液相線温度以上の液体状
態の過共晶Ａｌ−Ｓｉ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過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、
断熱効果を有する断熱容器の中において、所定の液相率
を示す成形温度まで冷却しつつ５秒間〜６０分間保持す
ることにより、液中に微細な初晶を該合金液中に晶出さ
せることを特徴とする加圧成形用半溶融過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ合金の製造方法。
【請求項２】結晶核の生成方法は、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に接触させることとする請
求項１記載の半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法。
【請求項３】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
表面に塗布した金属製治具、もしく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させることが出来るよ
うにした請求項２記載の半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の
製造方法。
【請求項４】結晶核の生成を、治具または断熱容器の
いずれか、もしくは両方に接触する過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金溶湯に振動を与えることとする請求項１記載または請
求項２記載の半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法。
【請求項５】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、Ｐを０．００
５％〜０．０３％含む過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金とした請求
項１記載または請求項２記載の半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ
合金の製造方法。
【請求項６】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を、０．００５％
〜０．０３％のＳｒおよび０．００１％〜０．０１％の
Ｎａのうち１種あるいは２種を含む過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金とした請求項５記載の半溶融過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の
製造方法。