JPH115142A - 鋳造用金属スラリーの製造方法 - Google Patents

鋳造用金属スラリーの製造方法

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JPH115142A
JPH115142A JP9156347A JP15634797A JPH115142A JP H115142 A JPH115142 A JP H115142A JP 9156347 A JP9156347 A JP 9156347A JP 15634797 A JP15634797 A JP 15634797A JP H115142 A JPH115142 A JP H115142A
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JP
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metal
slurry
solid
molten metal
container
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JP9156347A
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English (en)
Inventor
Shunzo Aoyama
俊三 青山
Taketoshi Ishida
武敏 石田
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Ahresty Corp
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Ahresty Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固相率が一定で且つ金属組織が均一でチク
ソトロピー性に優れた半凝固金属スラリーを容易に製造
できるようにする。 【解決手段】 スラリー作製容器内1にあらかじめ固
体金属小片Kを入れておき、そこに溶融金属Mを注入し
て攪拌すると共に、攪拌翼2をスラリー作製容器内で回
転させながら上下動させ、且つ溶融金属に対する固体金
属小片の添加量を8.5%〜12%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、鋳造用金属スラリ
ーの製造方法に関するものである。ここで鋳造用金属ス
ラリーとは、溶融状態の金属(液相)と固体状態の金属
(固相)が共存し微細な固相粒子と液相とが混在する半
凝固金属スラリーからなるものを言い、半凝固鋳造法
(レオキャスト)に使用するための金属スラリーや、半
溶融鋳造法(チクソキャスト)に使用するビレットを鋳
造するための金属スラリー等として使用される。
【0002】
【従来の技術】この種の金属スラリーは、初晶が液状マ
トリックスにより互いに分離した状態に維持し、その結
晶粒子ができるだけ微細で且つ均一な非樹枝状、好まし
くは球形状であることが望まれる。
【0003】従来では、容器に収容した溶融金属を撹拌
しながら容器の外側から冷却して半凝固金属スラリーを
製造していた為、容器に収容した溶融金属中に温度のば
らつきが生じやすく、安定した固相率でしかも初晶を良
好な粒径に球形状化することが非常に難しかった。即
ち、半凝固金属スラリーを製造するにあたって、容器外
周の温度条件や容器の材料、及び溶融金属の撹拌方法や
撹拌条件等を適性に組み合わせて管理コントロールする
必要があり、その為に安定した操業状態を維持するのが
非常に難しかった。
【0004】そこで本願出願人は先に、溶融した金属
と、該溶融金属と同基若しくは同じ組成を有する金属材
からなる固体金属小片とを混合して半凝固金属スラリー
とする鋳造用金属スラリーの製造法(特開平9ー573
99号公報参照)を提案した。この方法によれば、上記
の様な不具合を解消して固相率がほぼ一定な半凝固金属
スラリーを容易に製造できるが、一定量以上の固体金属
小片が溶融金属中にうまく混合せず、金属スラリーの固
相率をあまり高くできないという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な従来
の不具合に鑑みてなされたものであり、固相率が50%
以上で一定な半凝固金属スラリーを容易且つ短時間に作
製できると共に、得られた半凝固金属スラリーの金属組
織が均一でチクソトロピー性(高速流動させたとき、急
激な粘性低下を起こす特性)に優れたものとなる鋳造用
金属スラリーの製造方法を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】斯る目的を達成する本発
明の鋳造用金属スラリーの製造方法は、溶融した金属
と、該溶融金属と同基若しくは同じ組成を有する金属材
からなる固体金属小片とを混合して半凝固金属スラリー
となすようにした鋳造用金属スラリーの製造方法におい
て、スラリー作製容器内にあらかじめ前記固体金属小片
を入れておき、そこに前記溶融金属を注入して攪拌する
ようにした事を特徴としたものである。この際、前記溶
融金属を注入して撹拌するのに攪拌翼を用い、該攪拌翼
を前記スラリー作製容器内で回転させながら上下動させ
るようにすることが好ましい。また、前記溶融金属の注
入時の温度は、液相線温度(TL )〜TL +30℃の範
囲とすることが好ましい。そして前記溶融金属に対する
前記固体金属小片の添加量は、8.5%〜12%とする
ことが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明を適用し得る鋳造用金属と
しては、従来から半凝固鋳造法(レオキャスト)や半溶
融鋳造法(チクソキャスト)などに用いられているアル
ミニウムやその合金、又はマグネシウム合金,亜鉛合
金,銅又はその合金、或いは工場レベルでは未だ実現し
ていない鉄系合金等の金属を挙げることができる。
【0008】そして、本発明に用いる固体金属小片とし
ては、上挙の鋳造用金属と同種のもの、すなわち、鋳造
用金属と同基若しくは同じ組成を有する金属材を使用す
る。また、用いる固体金属小片の大きさ形状は、溶融金
属への溶解性や添加量の調整のしやすさ等を考慮すれば
1つの塊状のものよりも小さい粒状のものの方が好まし
いが、製造に伴う金属酸化物の発生混入を抑制するため
にも直径3mm以上の粒状、好ましくは表面積ができる
だけ小さい球形状に形成することが好ましい。固体金属
小片の粒径が3mm以下では、球形状に形成したとして
も使用する固体金属小片全体から見た場合に表面積が大
きくなってしまうので好ましくない。
【0009】本発明に係る半凝固金属スラリーは、スラ
リー作製容器中で溶融金属と固体金属小片を混合させる
ことにより作製される。この時、スラリー作製容器内に
あらかじめ所要量の固体金属小片を入れておき、そこに
所要量の溶融金属を注ぎ入れて攪拌混合するようにな
す。即ち、溶融金属中に固体金属小片を投入して攪拌す
ると、固体金属小片が溶融金属の表面に浮いて残留した
りスラリー作製容器内の上部と底部で温度差が生じやす
くなり、そのため作製された金属スラリーが不均質とな
りがちになるので、固体金属小片をあらかじめスラリー
作製容器内に入れておき、そこに溶融金属を注ぎ入れて
攪拌混合するものである。
【0010】また、スラリー作製容器内で溶融金属と固
体金属小片を撹拌混合する場合、図1に示すごとく攪拌
翼2を用い、且つその攪拌翼2をスラリー作製容器1内
で回転させながら上下動させることが好ましい。そうす
れば、固体金属小片Kを溶融金属Mに効率良く溶解させ
ることが出来ると共に、スラリー作製容器1内の上部と
底部で温度差が生じることもなく、より均質な金属スラ
リーを得ることが可能となる。
【0011】尚、図1において符号3は、スラリー作製
容器1に収容した溶融金属Mと固体金属小片Kを適正な
温度に保持するための浴4とヒーター5を備えた浴槽を
示し、6は攪拌翼2を回転動作させるための駆動用モー
ターを示し、7は攪拌翼2を上下動させるための昇降用
シリンダーを示す。
【0012】スラリー作製容器1は、その中に収容する
溶融金属Mと反応せずしかも熱伝導率が10W/(m・
K)より大きな値をもつ材料、具体的には窒化ケイ素や
サイアロン,アルミナ,マグネシア等のファインセラミ
ックスなどの材料を用いて形成することが好ましい。そ
うすれば、中に収容した溶融金属Mの温度コントロール
が容易になると共に、溶融金属Mがスラリー作製容器1
と反応して汚染されようなことがなく、しかもスラリー
作製容器1が損傷(溶損)せずに長持ちし、メンテナン
スが容易となる。
【0013】尚、スラリー作製容器1の形状並びに大き
さは限定されるものではないが、最低限1鋳造(1ショ
ット)に必要な金属量(溶湯量)を収容し得る程度の容
積があれば良い。1鋳造(1ショット)に必要な金属量
(溶湯量)を収容すれば、特にレオキャスト法を実施す
る場合に、鋳造サイクルに合わせて1鋳造毎に半凝固金
属スラリーを作製してそのまま鋳造機に供給することが
可能となる。
【0014】また、あらかじめ固体金属小片を収容した
スラリー作製容器内に溶融金属を注入する際の溶融金属
の温度は、液相線温度(TL )〜(TL )+30℃の範
囲にすることが好ましい。注入時の溶融金属の温度が液
相線温度以下では、固相粒子が微細化せずに大きくなっ
たり粒径がばらついてしまい、(TL )+30℃以上で
は初晶が粗大化してしまい、良好なチクソトロピー性が
得られなくなってしまうからである。
【0015】更に、溶融金属に対する固体金属小片の添
加量は、8.5%〜12%とすることが好ましい。実験
では、溶融金属に対する固体金属小片の添加量が6.8
%以上になると50%以上の固相率がえられたが、固体
金属小片の添加量が少ないと半凝固金属スラリーになる
到達温度が高くなり共晶温度になるまでに初晶の成長に
よる粒径の粗大化が見られるので、実用上では固体金属
小片の添加量を8.5%以上とするのが好ましい。ま
た、固体金属小片の添加量の増加に伴ってスラリーの到
達温度は低下するが、およそ8.5%添加した時点で目
立った温度低下は生じなくなる。これは、およそ8.5
%添加した時点で共晶温度付近まで温度が下がっている
ため、それ以上添加しても初晶の生成と成長は終わり共
晶の生成のみに熱量が使われているためと考察する。し
かし、固体金属小片の添加量が12%以上になると、固
体金属小片が溶解しきれなくなって、ミクロ組織中に偏
析が見られるようになるので、固体金属小片を12%以
上添加するのは好ましくない。
【0016】
【実施例】次に、鋳造用金属として鋳物用アルミニウム
合金であるAC4Cを用いた実施例について説明する。
この実施例で用いたAC4Cの液相線温度(TL )は約
880Kであり、固体金属小片は共試材であるAC4C
を溶解させて平均粒径約10mmの粒状に成形したもの
を用いて、下記の条件で実施した。
【0017】
【表1】
【0018】得られた金属スラリーの組織写真を画像解
析して、初晶の固相率(面積率)と粒径(等価円直径)
及び形状(円形度係数)の測定を行なった。その結果
を、下記の表2に示す。また、溶融金属の注入時温度を
893Kとし、固体金属小片の添加量を100gにして
作製した金属スラリーの作製直後と60秒後の金属組織
を図2及び図3にそれぞれ示す。
【0019】
【表2】
【0020】表2に示した測定結果から、以下のことが
理解される。 初晶の固相率は、固体金属小片の添加量の増加に伴っ
て上昇する傾向にあり、固体金属小片の添加量が少ない
場合には溶融金属の注入時温度が高いほど低くなる傾向
が見られる。溶融金属温度893Kで固体金属小片の添
加量が140gの時に固相率が低下しているのは、固体
金属小片が溶解しきれなかったためと考察される。これ
らの結果から、固相率50%以上の金属スラリーを得る
ためは、各溶融金属温度範囲について、固体金属小片を
80g(6.8%)以上添加する必要があることが解っ
た。 初晶の粒径は、固体金属小片の添加量の増加に伴って
小さくなる傾向にあり、注入時の溶融金属の温度が低い
方が小さくなっている。そして、注入時の溶融金属の温
度に関係なく固体金属小片の添加量が60g(5.1
%)からすべて平均粒径が50μm以下の微細な組織と
なっているが、80g(6.8%)以下のものではまだ
初晶の成長過程なので、スラリーの温度降下により初晶
粒径は粗大化するものと考察される。 初晶の形状は、固体金属小片の添加量が100g
(8.5%)までは増加に伴って円形に近くなる傾向に
あるが、100g(8.5%)以上では円形度係数の上
昇は見られない。これは、固体金属小片の添加量が10
0g(8.5%)以上での温度降下がなかったことによ
るものと考察される。 また、作製した金属スラリーの作製直後と60秒後の
金属組織を見ると、60秒後の方が固相率が上昇し、全
体に固相の粒径が50μm以下で微細な球形状化して非
常に良好な半凝固金属スラリーとなっていることが確認
できる。
【0021】
【発明の効果】本発明の鋳造用金属スラリーの製造方法
によれば、均質でチクソトロピー性に優れた金属組織と
なり且つ固相率が50%以上で一定な半凝固金属スラリ
ーを短時間に作製することが出来る。
【0022】しかも、従来と同様な機械的撹拌方式であ
るにもかかわらず、スラリー作製容器の温度条件や溶融
金属の撹拌方法や撹拌条件等の組み合わせが比較的簡単
且つラフなもので良く、安定した操業状態を維持するの
が容易となる。
【0023】また、本願人が先に提案した従来法(特開
平9ー57399号公報参照)に比べて、固体金属小片
が溶融金属に対して均一に攪拌混合されるようになった
ので、金属スラリー作製時の溶融金属の温度範囲をより
広く設定することが可能となる。即ち、従来法では溶融
金属の温度を液相線温度(TL )〜(TL )+30℃の
範囲に設定する必要があったが、本法によれば、更に高
い温度でも固体金属小片を増やすことで適正な半凝固金
属スラリーを作製することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法を実施するための装置の一例
を示す模式図。
【図2】 本発明の方法で作製した半凝固金属スラリ
ー(AC4Cの例)作製直後の金属組織を示す顕微鏡写
真。
【図3】 本発明の方法で作製した半凝固金属スラリ
ー(AC4Cの例)作製後60秒後の金属組織を示す顕
微鏡写真。
【符号の説明】
M…溶融金属 K…固体金属小
片 1…スラリー作製容器 2…攪拌翼 3…浴槽浴 4…浴 5…ヒーター 6…駆動用モー
ター 7…昇降用シリンダー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融した金属と、該溶融金属と同基若し
    くは同じ組成を有する金属材からなる固体金属小片とを
    混合して半凝固金属スラリーとなすようにした鋳造用金
    属スラリーの製造方法において、スラリー作製容器内に
    あらかじめ前記固体金属小片を入れておき、そこに前記
    溶融金属を注入して攪拌するようにした事を特徴とする
    鋳造用金属スラリーの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記溶融金属を注入して撹拌するのに攪
    拌翼を用い、該攪拌翼を前記スラリー作製容器内で回転
    させながら上下動させるようにした事を特徴とする請求
    項1記載の鋳造用金属スラリーの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記溶融金属に対する前記固体金属小片
    の添加量を8.5%〜12%とした請求項1の鋳造用金
    属スラリーの製造方法。
JP9156347A 1997-06-13 1997-06-13 鋳造用金属スラリーの製造方法 Pending JPH115142A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870885B2 (en) 2004-12-10 2011-01-18 Magnus Wessen Method of and a device for producing a liquid-solid metal composition
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