JPH1147898A - 半凝固金属の均一組織化成形方法 - Google Patents

半凝固金属の均一組織化成形方法

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JPH1147898A
JPH1147898A JP20572697A JP20572697A JPH1147898A JP H1147898 A JPH1147898 A JP H1147898A JP 20572697 A JP20572697 A JP 20572697A JP 20572697 A JP20572697 A JP 20572697A JP H1147898 A JPH1147898 A JP H1147898A
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JP
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mold
solid
liquid
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heat resistant
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JP20572697A
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English (en)
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Kunio Kitamura
邦雄 北村
Seiro Hachiman
誠朗 八幡
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JFE Steel Corp
Mitsubishi Materials Corp
Leotec KK
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Kawasaki Steel Corp
Leotec KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半凝固金属を素材とする金型成形において、
経済性に優れる均一組織化成形方法を確立する。 【解決手段】 固液共存状態の素材を、断熱性の材料を
塗布または被覆した金型へ供給して成形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、固液共存状態の
素材を金型へ供給して成形を行う方法に関するもので、
経済性に優れる半凝固金属の均一組織化成形方法を提案
するものである。
【0002】固液共存状態からのダイカスト、スクイズ
キャストなどでは、素材をその一部が溶融する温度まで
加熱して金型へ供給し成形する。このような素材はその
一部が溶融した状態では網状に連結した固相の隙間に液
相が保持され全体として固体状で加熱した位置から金型
まで移動させることができ、金型により大きな力がかけ
られると網状の固相は破壊して細かい破片となり全体が
液状となり金型キャビティ内に充満させることができ
る。そしてこの網状の固相が破壊された固液混相状態で
は液相と同様の流動性を示すため複雑な形状の金型にも
適用できる。
【0003】このような固液共存域からの成形は、溶湯
からの成形にくらべ、 ・溶湯より温度が低く、凝固潜熱も少ない。したがっ
て、金型に対する熱負荷が少なく、溶湯では金型の耐熱
性の制約上、工業的にはダイカストできない鉄系材料の
ダイカストが可能である。また、凝固に要する時間が少
なく生産性が向上する。
【0004】・素材の一部が固相であるため凝固収縮が
少なく、成形品の寸法精度が向上する。などの特長を有
し、そのほかにも、介在物、内部欠陥などの減少による
品質特性の向上、歩止りの向上などもある。
【0005】したがって、固液共存域からの鋳造は種々
の長所を有していることから、その製造技術の確立が望
まれている。
【0006】
【従来の技術】固液共存状態の素材を金型内へ供給し成
形すると表面近傍には固相がなく液相のみとなり、内部
は固相と液相が入交じった状態となる現象がある。この
現象は、ダイカスト、スクイズキャスト、及びロール鋳
造等、金型やロールなどを用いる半凝固金属の成形加工
において見られる。
【0007】一方、多元系の合金では固液共存状態での
固相と液相とでは合金成分の含有量が異なるのが通常で
ある。したがって、半凝固金属から製造される成形品
は、液相のみが凝固した表層部と固液混相状態で凝固し
た内部とでは合金成分の含有量が異なったものになる。
【0008】そこで、このような問題を解決するため、
この発明者らは他の発明者と共同で、金型を所定の温度
に予熱して用いることで均一化した組織を得る方法を特
開平6−210422号公報で提案開示した。
【0009】これは、固液共存状態の素材供給前に金型
を予熱しておき、金型に固液共存状態の材料が接したと
きの界面温度を材料の固相線温度以上になるようにし
て、材料が金型に接してから凝固するまでの時間を長く
することにより、この時間内で内部の固相の一部が表層
部に移動し全体が均一な固液混相状態となったのち凝固
させ、均一化した組織の成形製品を得るものである。
【0010】しかしながら、この方法によって組織の均
一化は達成されるものの、この方法は、金型を高温に予
熱・保持する必要があり、その分熱エネルギなどの損失
があること、予熱により金型の寿命が短縮されることな
どの問題があり、加えて、鉄系等の融点の高い材料を成
形する場合、金型の予熱温度を工具鋼(金型の材料)の
耐熱温度を超える1000℃以上とする必要があるため、こ
のような高融点材料には適用できないという問題があっ
た。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
問題点を有利に解決しようとするもので、経済性に優れ
るとともに鉄系などの高融点材料にも適用できる、固液
混相状態における固相と液相とが一様に分散した状態で
凝固し均一組織化できる半凝固金属の成形方法を提案す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】種々検討の結果、金型の
温度が低くても、金型と素材との界面に断熱性の材料を
配することが、均一な組織の成形製品を得るのに極めて
有効であることを見出し、この発明を達成したものであ
る。すなわち、この発明の要旨とするところは以下の通
りである。
【0013】固液共存状態の素材を、断熱性の材料を
塗布または被覆した金型へ供給して成形を行い、固相粒
子が液相中への均一分散を経る凝固制御を施すことを特
徴とする半凝固金属の均一組織化成形方法(第1発
明)。
【0014】第1発明において、断熱性の材料を、熱
硬化性樹脂を焼き付けたもの(第2発明)、セラミック
ス(第3発明)またはガラス(第4発明)とする半凝固
金属の均一組織化成形方法。
【0015】
【発明の実施の形態】この発明に至った経緯とその作用
効果について以下に述べる。固液共存域の素材を金型に
供給して成形する際、冷却速度が速いと、液相のみの成
形体表層部が急速に冷却凝固し、成形体の表層部は素材
での液相のみが凝固した組織となる。一方、その内部は
固液混相の凝固した組織となることから、成形体の表層
部と内部との組織は不均一なものになる。
【0016】このような問題を解決するため、この発明
者らは他の発明者と共同で、前記したように金型を高温
に予熱する方法を特開平6−210422号公報で提案した
が、エネルギ損、金型の寿命の短縮および高融点材料に
適用不可などの問題があることから、金型の温度が低く
ても均一な組織の成形製品が得られる方法について種々
実験・検討を行った。
【0017】その結果、素材と接する金型の表面に断熱
性の材料を塗布または被覆することで、成形体表層部の
凝固を遅らせ、上記の金型を高温に予熱する場合と同様
に均一な組織の成形製品が得られることが明らかとなっ
た。
【0018】そして、断熱性の材料としては、素材がア
ルミ合金の様に低融点材料の場合は、ポリイミド樹脂、
フェノール樹脂、メラニン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂およびフッソ樹脂等の熱硬化性樹脂が
適しており、これらのワニスを金型に塗布して焼き付け
ることでよく、この方法により樹脂は薄くかつ均一強固
に金型に被覆できる。また、素材が鉄系や銅系等の高融
点材料の場合はガラスまたはセラミックスが断熱性の材
料として適している。ガラスは、粉末状のガラスの懸濁
液を金型に塗布し焼き付けて被覆することでよく、セラ
ミックスは、フレームプレイティングあるいは、その粉
末を水ガラス等のバインダとともに塗布し焼き付けて金
型に被覆することでよい。
【0019】
【実施例】
実施例1 4.5 mass% Cu のAl合金を 628℃ の温度の固液共存域
(固相率:0.7 )に加熱し、図1に示す寸法諸元のSK
D61の金型へ供給して成形し、その成形状況及び成形製
品の金属組織を調査した。
【0020】ここで、図1は、実施例に用いた金型の寸
法諸元を示す説明図で、1は成形品、2は上金型および
3は下金型であり、下金型3に素材を供給したのち直ち
に上金型2を押込み成形品1を得る。
【0021】上記成形条件としては、金型には、断熱性
の材料としてポリイミド樹脂(PI樹脂)を用いて、そ
のワニスを金型表面に塗布し200 ℃の温度で2時間保持
して硬化させ、厚さ:0.05mmの断熱層を被覆したもの
と、金型表面になんら被覆処理を施さなかったものとを
用い、上金型2の押し込み速度および金型(上下金型2
および3)の温度を換えてそれぞれ成形を行ったもの
で、これらの条件と調査結果とを表1にまとめて示す。
【0022】
【表1】
【0023】なお、金属組織は成形製品から試片を採取
し、金属組織を観察したもので、金属組織写真とした場
合、白く見える部分が固液共存状態で固相であった部
分、黒く見える部分が固液共存状態で液相であった部分
であるので、成形製品の表層部が黒色の組織で占められ
ている場合不均一組織とし、表層部にも黒色と白色とが
入り交じった組織の場合均一な組織とした。
【0024】表1から明らかなように試料 No.1および
2のこの発明の適合例は、断熱性の材料を被覆した金型
を用いているので、材料は金型キャビティ内へ充満し、
均一化した組織の成形製品が得られている。その際、金
型は低温度であるため予熱時間は短時間でよく、素材よ
り持ち込まれる熱により加熱されるため、連続的に成形
を行う場合は、その連続成形途中で加熱する必要はなか
った。
【0025】これらに対し、断熱性の材料を被覆してい
ない金型を用いた比較例の試料No.3および4は、組織
は均一であるが、金型温度が高く、そのため予熱に長時
間を要し、成形を連続的に行う場合でも、その間で加熱
を続ける必要があった。さらに、比較例の試料No. 5お
よび6は、金型の温度が低く予熱時間は短くてすむが、
断熱性の材料を被覆してない金型を用いているため、成
形製品の組織が不均一であった。
【0026】実施例2 C:1mass%、Si:1mass%の鋳鉄合金を1200℃の温度
の固液共存域(固相率:0.7 )に加熱し、前掲図1に示
した寸法諸元のSKD61の金型へ供給して成形し、その
成形状況および成形製品の金属組織を調査した。
【0027】この成形条件として、金型には、断熱性の
材料として、サイアロンをフレームプレーティングによ
り厚さ:0.1 mmに被覆したもの、ガラスを焼き付けて厚
さ:0.3 mmに被覆したものおよび金型表面に何ら被覆処
理を施さなかったものを用い、上金型2の押し込み速度
を変えてそれぞれ成形を行ったもので、これらの条件と
調査結果とを表2にまとめて示す。
【0028】
【表2】 なお、金属組織は実施例1と同様の方法により調査し
た。
【0029】表2から明らかなように、この発明に適合
する試料No. 7〜10のこの発明の適合例は、断熱性の材
料を被覆した金型を用いているので、金型温度が500 ℃
と鋳鉄の成形にとっては低い温度であっても、材料は金
型キャビティ内へ充満し、均一化した組織の成形製品が
得られている。
【0030】これらに対し、断熱性の材料を被覆してな
い金型を用いた比較例の試料No. 11および12は、成形製
品の組織が不均一になっている。
【0031】なお、上記において金型温度を500 ℃とし
ているが、この温度は、成形を連続的に行った場合、素
材より持ち込まれる熱量と自然放冷による熱量とがバラ
ンスし、金型を加熱または冷却することなく操業できる
温度であった。
【0032】
【発明の効果】この発明は、固液共存状態の素材を金型
へ供給して成形する際、断熱性の材料を塗布または被覆
した金型を用いるもであり、この発明によれば、金型の
予熱による熱エネルギ損や金型寿命の短縮を解消し、均
一化した組織の成形製品が得られるものであって、半凝
固金属の成形方法として有利に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に用いた金型の寸法諸元を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 成形品 2 上金型 3 下金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B22D 18/02 B22D 18/02 M (72)発明者 北村 邦雄 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 八幡 誠朗 東京都千代田区大手町1−6−1 大手町 ビル2F 知財サービス株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固液共存状態の素材を、断熱性の材料を
    塗布または被覆した金型へ供給して成形を行い、固相粒
    子が液相中への均一分散を経る凝固制御を施すことを特
    徴とする半凝固金属の均一組織化成形方法。
  2. 【請求項2】 断熱性の材料が、熱硬化性樹脂を焼き付
    けたものである請求項1に記載の半凝固金属の均一組織
    化成形方法。
  3. 【請求項3】 断熱性の材料が、セラミックスである請
    求項1に記載の半凝固金属の均一組織化成形方法。
  4. 【請求項4】 断熱性の材料が、ガラスである請求項1
    に記載の半凝固金属の均一組織化成形方法。
JP20572697A 1997-07-31 1997-07-31 半凝固金属の均一組織化成形方法 Withdrawn JPH1147898A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100865657B1 (ko) 2007-12-17 2008-10-29 한국과학기술연구원 반응고 금속 슬러리 제조용 주형, 반응고 금속 슬러리 제조장치, 반응고 금속 슬러리 제조 방법 및 반응고 금속슬러리
JP2015006681A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 アイシン精機株式会社 ダイカスト金型用表面処理被膜およびダイカスト金型部材への表面処理被膜の形成方法

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Effective date: 20041005