JPH0987773A - 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、固相率が４０％未満の所定の固
相率までは該容器の温度を液相線温度以下１００℃未満
とし（状態Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では該容
器の温度を状態Ａにおける最終温度より低くすることに
よって、該容器内部の該合金を急速に冷却し（状態
Ｂ）、非デンドライト状の微細な初晶を該合金液中に晶
出させ、該合金を成形用金型に供給して加圧成形するよ
うにした。

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、固相率が４０％未満の所定の
固相率までは該容器の温度を液相線温度以下１００℃未
満とし（状態Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では該
容器の温度を状態Ａにおける最終温度より低くすること
によって、該容器内部の該合金を急速に冷却し（状態
Ｂ）、非デンドライト状の微細な初晶を該合金液中に晶
出させてから加圧成形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。また、
固相線が７０〜８０％の半溶融金属をコンテナに挿入
し、押出成形すること（Ｆ）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（Ｇ）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、半溶融成形できるものの、一般的にはデンドラ
イト組織を有する金属であるために、成形時に液相と固
相が分離し不均一な組織が生成される。また、球状組織
を有するチクソビレットを加熱した場合では一般的には
容器がないために成形温度が低く、高い加圧力、高い押
し出し速度が必要である。（Ｇ）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、しかも、煩雑な方法をとることな
く、簡便容易に、所定の固相率を示す成形温度まで短時
間で冷却保持されたにもかかわらず、非デンドライト状
の微細な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、固相率が４０％未満の所定の固相率までは該容器の
温度を液相線温度以下１００℃未満とし（状態Ａ）、該
所定の固相率以上の固相率では該容器の温度を状態Ａに
おける最終温度より低くすることによって、該容器内部
の該合金を急速に冷却し（状態Ｂ）、非デンドライト状
の初晶を該合金液中に晶出させ、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の発明における結晶核の生成方法を、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、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４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。第５の発明では、
第１の発明の容器の加熱を、該容器の外部あるいは内部
に配したヒータにより行ない、冷却を該容器の外部を水
冷、空冷あるいは炉冷のいずれかもしくは該容器内部に
配した水冷管により行うものとした。さらに、第６の発
明では、注湯直後の溶湯を保持する容器をその内部に熱
媒体を封入できる２重構造に形成し、該容器の加熱を該
容器の外部あるいは内部に配したヒータにより行ない、
冷却を該容器の外部を水冷または空冷のいずれかもしく
は該容器内部に配した水冷管により行なうこととした。
また、第７の発明では、第１発明における容器を、金属
製容器または非金属製容器あるいは半導体を含む非金属
材料を複合させた金属製容器とした。さらに、第８の発
明では、第１、第５、第６、第７の発明における、注湯
直後の溶湯を保持する容器は、金属製容器または非金属
製容器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
液体状態の合金や結晶核を有する成形温度以上の固液共
存状態の合金を、たとえば、アルミニウム合金溶湯、マ
グネシウム合金溶湯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、固相率が４０％未満の所定
の固相率までは該容器の温度を液相線温度以下１００℃
未満とし（状態Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では
該容器の温度を状態Ａにおける最終温度より低くするこ
とによって、該容器内部の該合金を急速に冷却し（状態
Ｂ）、非デンドライト状の微細な初晶を該合金液中に晶
出させ、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。

【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８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に示した工
程［３］および［４］における容器の温度変化および半
溶融金属の固相率変化の模式図、図５は図３に示した各
工程の金属組織模式図、図６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７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８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９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３、図
６、図７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
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、マグネシウム合金の溶湯を、治具２
０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、固相率が４０％未満の所定の
固相率までは該容器の温度を液相線温度以下１００℃未
満とし（状態Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では該
容器の温度を状態Ａにおける最終温度より低くすること
によって、該容器内部の該合金を急速に冷却し（状態
Ｂ）、非デンドライト状の微細な初晶を該合金液中に晶
出させ、該合金を成形用金型に供給して加圧成形する。

【０００８】状態Ａとは、注湯直後の容器３０内壁面に
接する溶湯Ｍよりデンドライト状初晶が発生せず、か
つ、微細な球状の初晶が該合金Ｍ全体に均一に生成され
るような状態を意味し、その手段として、本発明では、
固相率が４０％未満の所定の固相率までは該容器の温度
を液相線温度以下１００℃未満とした。一方、状態Ｂと
は、状態Ａの後に溶湯Ｍの初晶のサイズを成長させると
ともに、成形に適した固相率に移行させた状態を意味
し、その手段として、本発明では、容器３０の温度を状
態Ａの最終温度よりも低くして該容器３０内部の該合金
Ｍを急速に冷却するようにした。

【０００９】上述の「４０％未満の所定の固相率」と
は、容器の温度を状態Ａの最終温度よりも低くしても容
器壁面に接する溶湯よりデンドライト状初晶の発生の起
こらない固相率を意味しており、その値は合金の種類に
よって異なる。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、本発明で言う容器とは、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。容器の内部に封入される媒体は一旦
加熱されれば冷えにくく、また、冷却する場合は容器外
部から容易に冷やすことが可能なものであればよく、例
えば、ＮａＮＯ₂ 、ＫＮＯ₂ などの低融点の溶融塩など
がある。

【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５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］（詳しくは工程［３］−ｏ）
においてあらかじめ液相線温度以下１００℃未満、好ま
しくは５０℃未満に保持された容器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］−ｏにおいてあらかじめ液相線
温度以下１００℃未満、好ましくは５０℃未満に保持さ
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。このとき、該容器
３０の温度を該合金の固相率が４０％未満の所定の固相
率までは液相線以下１００℃未満、好ましくは５０℃未
満に保持し（状態Ａ）（［３］−ａ）、それ以上の固相
率では容器３０の温度を状態Ａにおける最終温度より低
くすることによって、容器３０内部の合金Ｍを急速に冷
却し（状態Ｂ）、融体の温度低下に伴う固相率の増加に
つれて球状の初晶として成長する（［３］−ｂ）。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、
例えば、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、ダイキャ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および図５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
却用治具２０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２の発明、第５の発明で示した
数値限定理由について以下に説明する。

【００１５】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３
００℃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。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のパイプ
を使用してもよい。

【００１６】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、断熱性が大きすぎるため、溶湯量
が多い条件では（例えば、数ｋｇ以上）、特に容器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、能率が悪く、かつ、生成した
球状初晶や共晶組織も粗くなり成形性や機械的性質が低
下する。また、容器３０の温度が液相線温度以上の場合
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。

【００１７】一方、溶湯Ｍの固相率が４０％未満の所定
の固相率を示すまで冷却される際に、容器３０の温度が
液相線温度以下１００℃以下の場合は該容器に溶湯Ｍが
接する部位よりデンドライト状の初晶が発生し、また、
容器内の金属の温度分布も不均一になる。また、容器３
０の温度を溶湯Ｍの固相率が４０％をこえる状態におい
ても液相線温度以下１００℃未満に保持する場合、保持
時間が長くなり能率が悪く、かつ、生成した球状初晶や
共晶組織が粗くなり成形性や機械的性質が低下する。な
お、容器３０の温度は溶湯保持の際に一定値に限定され
るものではなく、必要に応じて加熱および冷却するもの
とする。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、通気性のあるセラミック容器を容器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Ｂｅ，Ｃａ、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。

【００１８】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は、容器内において共晶Ｓｉを発
生させ、固相率を２０％以上にさせる必要がある。その
場合、共晶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など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、鍛造法など種々の
加圧成形法も含まれる。

【００１９】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２
０に接触した時に固体状に金属が治具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１
００℃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。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／ｃ
ｍ² 、射出速度１．５ｍ／ｓ、製品キャビティ形状１０
０×１５０×１０ｍｍ，金型温度２３０℃とした。

【００２０】

【表１】

【００２１】比較例１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
ために微細な球状初晶が得られず、図９に示すように粗
大な不定形の初晶しか得られない。比較例２では鋳造温
度が高すぎるために、容器３０内において残存する結晶
核がほとんどないため、比較例１と同様な現象を示す。
比較例３では容器素材の熱伝導率が小さく、溶湯Ｍが所
定の固相率を示す温度までの保持時間が長くなり、能率
が悪い。初晶サイズも大きく、成形品内部に成分偏析が
発生する。比較例４では容器３０内の半溶融金属の液相
率が高いために、デンドライト状の初晶が多く発生し、
また液相率が高いために成形品内部の成分偏析が多い。
比較例５では容器３０の温度が低すぎるために、容器３
０の内壁に生成したデンドライト状の凝固層が容器中心
部の球状初晶に混在することになり、偏析を含む不均質
な組織を示す。一方、比較例６は容器３０の温度が高す
ぎるため、冷却板でできた結晶核がほとんど消滅し、デ
ンドライトの初晶しか得られない。比較例７では治具２
０を使用しない場合であるが、微細化剤を含まない合金
であるため、結晶核の発生が少なく、比較例１と同様な
現象を示す。

【００２２】一方、本発明例８〜１８では、図８に示す
様な１５０μｍ以下の微細な球状の初晶を有する均質な
組織が得られ、しかも良好な外観の成形体が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係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、固相率が４０％未満の所定の固相率までは該容
器の温度を液相線温度以下１００℃未満とし（状態
Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では該容器の温度を
状態Ａにおける最終温度より低くすることによって、該
容器内部の該合金を速やか冷却し（状態Ｂ）、非デンド
ライト状の初晶を該合金液中に晶出させ、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に示した工程［３］および［４］における
容器の温度変化および半溶融金属の固相率変化の模式図
である。

【図５】図３に示した各工程の金属組織模式図である。

【図６】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７】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８】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９】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） Ｔａ 容器温度 ｔ 時間または温度 ｔａ 溶湯温度 ｔｈ 保持時間 ｆｓ 固相率

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【手続補正書】

【提出日】平成８年６月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【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、固相率が４０％未満の所定の固相率までは該容器の
温度を液相線温度以下１００℃未満とし（状態Ａ）、該
所定の固相率以上の固相率では該容器の温度を状態Ａに
おける最終温度より低くすることによって、該容器内部
の該合金を急速に冷却し（状態Ｂ）、非デンドライト状
の初晶を該合金液中に晶出させ、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の表面に接触させ
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４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。第５の発明では、
液相線温度に対する過熱度を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。第６の発明では、第１の発明の容器の加
熱を、該容器の外部あるいは内部に配したヒータにより
行ない、冷却を該容器の外部を水冷、空冷あるいは炉冷
のいずれかもしくは該容器内部に配した水冷管により行
うものとした。さらに、第７の発明では、注湯直後の溶
湯を保持する容器をその内部に熱媒体を封入できる２重
構造に形成し、該容器の加熱を該容器の外部あるいは内
部に配したヒータにより行ない、冷却を該容器の外部を
水冷または空冷のいずれかもしくは該容器内部に配した
水冷管により行なうこととした。さらに、第８の発明で
は、第１、第５、第６、第７の発明における、注湯直後
の溶湯を保持する容器は、金属製容器または非金属製容
器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
た金属製容器とした。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】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２
０に接触した時に固体状に金属が治具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、液相線に対する過熱度を１
００℃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。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／ｃ
ｍ² 、射出速度１．５ｍ／ｓ、製品キャビティ形状１０
０×１５０×１０ｍｍ，金型温度２３０℃とした。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２２Ｄ 18/02 Ｂ２２Ｄ 18/02 Ｊ (72)発明者 安達 充 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 (72)発明者 阪本 達雄 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、固相率が４０％未満の所定の固
   相率までは該容器の温度を液相線温度以下１００℃未満
   とし（状態Ａ）、該所定の固相率以上の固相率では該容
   器の温度を状態Ａにおける最終温度より低くすることに
   よって、該容器内部の該合金を急速に冷却し（状態
   Ｂ）、非デンドライト状の微細な初晶を該合金液中に晶
   出させ、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】 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記載の半溶融金属の成形方法。
3. 【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
   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２記載の半溶融金属の成形方法。
4. 【請求項４】 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記載または請求項２記載の半溶融金属
   の成形方法。
5. 【請求項５】 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記載の半溶融金属の成形方
   法。
6. 【請求項６】 固液共存状態の合金を保持する容器の加
   熱を、該容器の外部あるいは内部に配したヒータにより
   行ない、冷却を該容器の外部を水冷、または空冷あるい
   は炉冷のいずれか、もしくは該容器内部に配した水冷管
   により行なうものとする請求項１記載の半溶融金属の成
   形方法。
7. 【請求項７】 固液共存状態の合金を保持する容器をそ
   の内部に熱媒体を封入できる２重構造に形成し、該容器
   の加熱を該容器の外部あるいは内部に配したヒータによ
   り行ない、冷却を該容器の外部を水冷または空冷のいず
   れか、もしくは該容器内部に配した水冷管により行なう
   ものとする請求項１記載の半溶融金属の成形方法。
8. 【請求項８】 注湯直後の溶湯を保持する容器は、金属
   製容器または非金属製容器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請求項１記
   載または請求項５ないし請求項７記載の半溶融金属の成
   形方法。