JPS61293653A - アルミニウム合金の鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合金相手成分との共晶に相当する時に多量の
アルミニウムを含有するアルミニウム合金を、間隔、即
ち凝固による第二次樹技状技間隔を減らすことによって
改善された強度値を達成する為の鋳造法に関する。

アルミニウム合金の工業的性質、特に強度、伸張限界お
よび伸び率が鋳塊の微粒子炭によって改善できることは
公知である。アルミニウム合金の場合に強度特性ができ
るだけ小さい樹技状技間隔−第二次樹枝状技の間隔−の
数および細かさに左右されることは周知である。ファン
ドリー（Ｆｏｕｎｄｒｙ）　：１９６３年３月、第７８
〜８２頁によれば、アルミニウム合金、即ちアルミニウ
ムーベース合金の微粒子炭は、異種結晶分として例えば
二硼化チタンを含有している予備合金（Ｖｏｒ　ｌｅｇ
　ｉｅｒｕｎｇ）を鋳造前にアルミニウム合金中に添加
することによって改善される。

米国特許第３，２５９．９４８号から、コバルトまたは
ニッケルーベース合金より成る鋳塊の微粒子炭を鋳造型
内部表面中に結晶分をいれることによって改善できるこ
とが公知である。この結晶分、例えばアルミン酸コバル
トおよび珪酸コバルトを上記米国特許明細書に従ってワ
ックス型に塗布し、次いでそのワックス模型を耐火性成
形体材料より成る泥状粘土に浸漬しそしてワックス模型
の一部を溶融することによって型内部表面に埋め込む（
浸漬）。米国特許第３，０１９゜４９７号明細書による
と、同様に粒子微細化の目的で、結晶分を耐火物質と浸
漬の為に混合しそしてワックス模型に塗布する。米国特
許第３，１５８．９１２号明細書によると、浸漬の為の
耐火物質に上記の明細書におけるのと同様に結晶分とし
てアルカリ土類金属または還元性金属酸化物を添加する
。米国特許第３．１５７，９２６号明細書も同様に実施
しており、ニッケルー■−酸化物、コバルト−■−酸化
物および一■−酸化物およびニッケルーコバルト−水酸
化物が結晶分として挙げられている。上記の各米国特許
明細書の結晶分は第二次樹技状技間隔を減らすのに有効
でなく、それ故に共晶に至らない（ｕｎ　ｔｅｒ　−ｅ
ｕ　ｔｅｋ　ｔ　ｔ　５ｃｈｅｎ）アルミニウム合金の
強度の改善に有効でなく、該改善は上記各米国特許明細
書によって提案されていない。アルミニウムーベース溶
融物について、微粒鋳塊を得る為に型壁に埋め込むのに
適している適当な結晶分は未だ見出されていない。ファ
ンドリー：　１９６３によれば、アルミニウム合金の微
粒子炭は結晶分を予備合金と一緒に添加することによっ
て改善される。しかしながらこれは信頼性およびできる
だけ小さい第二次樹技状技間隔に関しては満足されてな
い。ドイツ特許第９６３，６４２号明細書は、鋳塊粒子
の表面が、成形体材料の添加によって影響をうけそして
その表面が鋳造用金属との化学反応によって放出される
鉛と合金化することを教えている。周縁脱炭を減らす為
にドイツ特許出願公告筒１．２７１，９０９号明細書に
よると成形物質に、融点が鋳造温度と鋳造型の燃焼温度
との間にある還元性保護物質を添加している。ドイツ特
許出願公告筒１，２６５，３５６号明細書は、鋳造型を
その型空間において水素を放出する金属水素化物で処理
することを開示している。水素は例えば鋳造材料として
注入される鉄の酸化物外皮を還元し、それによって流動
性を高めるべきである。アルミニウムの鋳造外皮の酸化
アルミニウムが水素で還元できることは公知である。

その上、アルミニウム合金の鋳造の際に水素が存在して
いることは、気泡が形成されるので非常に望ましくない
ことである。

上記のドイツ特許明細書は、鋳塊が型中に導入される物
質によってその表面において影響されうろことしか明か
にしていない。

改善された微粒子炭、特に共晶に到らないアルミニウム
合金の減少した第二次樹枝状枝間隔を達成する問題は、
この場合には論及されていないし、またそれらに記載さ
れた手段では解決できない。

本発明の課題は、アルミニウム合金の微粒子炭および特
にそれを調節する際の信頼性を本質的に改善することで
ある。

この課題は、始めに記した種類の方法において、ミクロ
の範囲にある沢山の凹凸を有する鋳造型内壁を製造し、
その内壁に塩漬合物の薄い層を設け、その際に塩漬合物
のカチオンが主としてアルカリ金属＝および／またはア
ルカリ土類金属のそれより成りそしてアニオンが主とし
てハロゲンのそれより成り、且つ該塩漬合物液体温度が
アルミニウム合金の鋳造温度より低く調整されているこ
とによって解決される。

この方法では公知の方法に比較して実質的に高い強度値
および伸び率が達成される。このことは、出願人の考え
では、本発明に従う方法の場合には金属溶融物が、金属
溶融物の注入後にできるだけ希薄な液状であるべき塩漬
合物の助けによってチル型（Ｆｏｒｍｓｃｈａ　Ｉ　ｅ
ｎ）内壁の極めて徽細な孔およびその他の凸凹をも充填
することに起因している。金属はそこにおいて最初に冷
却されそして凝固し、その結果沢山の結晶中心が、チル
型の幾何学的形状によって与えられる熱搬出の方向によ
って既に結晶上有利な向きで未だ液状の鋳塊と結合して
おりそしである種の特有の結晶芽として有効に成り得る
。更に、溶融物により破砕樹技状技を鋳塊の中心領域に
運搬することによって、そこにおける微細な樹枝形成凝
固先端部の成長に加えて内部における微粒子炭が更に改
善されるしまた余り有効でない型内壁領域に運搬するこ
とによっても沢山のある種の結晶芽がもたらされる。凹
凸および孔ををするセラミック型に乾燥および燃焼後に
液体温度が合金の鋳造温度より低い薄い塩層を設けるこ
とによって、塩漬合物は、合金を鋳込む際に液化する薄
いフィルム状の層として同時に凹凸の深みに入り込みそ
して薄い層の為に鋳込まれたアルミニウムが孔の中に進
入することも妨害する。カチオンが主としてアルカリお
よび／またはアルカリ土類金属より成りそしてアニオン
が主としてハロゲンよりなる塩は、本発明者の実験によ
れば、樹技状技間隔を減らすことを確実に実現する。

本発明を有利な実施形態によって以下に更に詳細に説明
する。

アルミニウム鋳造の際に出来るだけ小さい冷却凝不足凝
固間隔を達成する為には、１０から数百オングストロー
ムの程度の直径を有する結晶中心が必要であり、その結
果凹凸の幾何学的形状が特に重要である。更に本発明は
、出来るだけ多く、型内壁１ｃｍ２当たり１０Ｓより多
くそして直径に対する深さまたは割れ目幅に対する深さ
の比が１：３より多い凹凸を造るの有利である。

凹凸は孔、破損角、すじおよび割れ目の形並びに殊に連
続する微結晶の破損角、即ち外に向かって広がった開口
を有する鋳塊に与えられる濾斗状の窪みを形成すること
が有利である。

幾何学的形状で特に有利な凹凸は例えば、貝殻状新註を
生じる傾向のあるセラミック材料を主として１０μｍよ
り小さい特別に細かく破砕された粒子を型内壁に配列す
ることによって得られる。これを、例えばバインダー、
例えば二酸化珪素を基礎とするものも含有する水性系ま
たはアルコール系の泥状物にワックス模型を浸漬、即ち
漬けることによって行う。また、製造方法故に適当な孔
の大きさおよび／または適当な微粒度を有している他の
セラミック粉末も利用できる。

塩漬合物が一種以上のアルカリ金属−および／またはア
ルカリ土類金属偽ハロゲン化合物またはをアルカリ−お
よび／またはアルカリ土類金属の有機金属化合物を追加
的に含有していることによって、酸素残留物の除去、特
に型の孔のそれを達成できる。アルカリ金属−および／
またはアルカリ土類金属偽ハロゲン化合物としては、シ
アナート、シアニド、ロダニド、ヘキサ−および／また
はテトラシアノ化合物：アミンまたはアミド等、アルカ
リシアニド、−シアナートおよび−ロダニドに化学的に
類似の化合物がある。酸素残留物のこの除去は、空気に
接しての鋳造の際にだけでなく、約１０−　”Ｔｏｒｒ
の減圧下での鋳造の際にも有効である。この場合この追
加的な塩は基金混合物の約２〜４０重ｉｔχ添加するな
が有利である。塩添加量はその量を、鋳造の際に放出さ
れるガスによって鋳塊表面に気泡を形成せず、その放出
ガスが分子状酸素を含有しておらずそして更に塩がチル
型の予備加熱の圧力−および温度条件下に安定な水和物
を生じないような量に制限するのが有利である。

塩漬合物を溶液の状態および／または微細懸濁物の状態
で燃焼型中に注入しそして鋳造することによって型内壁
の上に塗布しそして次いで乾燥することによって、内壁
およびその孔入口に種々の塩を同時に且つ均一な極めて
細かい分布状態で付け、更に微細に粉砕した溶解してな
いかまたは非常に僅かしか溶解していない懸濁状態の塩
を内壁に塗布する。鋳造温度のもとで、種々の塩を完全
混和することで迅速に液化する。

鋳塊の流動性を改善する為に、鋳造前に行う型の予備加
熱は、この場合同時に、使用する塩の乾燥にも役立つ。

溶剤としては水および／またはアルコールが適している
。

ナトリウム−リチウム−クロライド−フルオライドで主
として組成される塩漬合物を融点が６５０℃以下である
セラミック製型の内壁の被覆に用いることによって、塩
漬合物の非常に迅速な液化が達成できる。この塩漬合物
の場合には、特にカリウムの塩と比較して低い水和安定
性を有する個々の塩相互のペアーの低融点塩混合物が存
在している。

Ｌｉｃｌ、ＮａＦ　、　ＮａｃｌおよびＮａ　、Ｆｅ　
（ＣＮ）　ｈより成る水性−および／またはアルコール
性溶液が特に適している。この場合塩混合物の予備溶融
および粉砕は必要ない。弗化ナトリウムは水溶性である
。塩化リチウムでイオン交換することによって２〜３時
間後に微粒子の弗化リチウムが沈澱する。

塩漬合物の溶液および／または懸濁物が分散剤を含有し
ていることによって、若干時間後に溶液から弗化リチウ
ムとして分離し、懸濁状態で維持されそして型内壁に塩
漬合物の均一な分布が促進される。分散物とし、ては例
えばメチルセルロースが適している。

塩漬合物の溶液および／または懸濁物がセラミック型の
内壁のぬれ性を改善する助剤、例えば界面活性剤を添加
することでも、乾燥の際に塩漬合物を均一に分布させる
ことを促進する効果がある。

以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明する。

実験は、第二次樹枝状枝間隔が約４０〜５０μｍである
ことを明かにしている。一方従来技術に従って硼化チタ
ン予備合金と混合する材料は同じ鋳造条件下に約８０〜
９０μｍのそれであることが判っている。

大践炭」 ８ｎｕｗの直径を有する各へつの引張試験用模型で構成
されている２０のワックス棒状物を製造し、その際に引
張試験試料は注入口の廻りに環状に配置しそしてそれぞ
れ環状の上部切断面および下部切断面を備えている。

ワックス葡萄房状物（Ｗａｃｈｓ　ｔｒａｕｂｅｎ）を
、水性バインダー、フィラーとしての細粉砕珪酸亜鉛（
＜３０μｍ）および二酸化珪素より成る懸濁物中に浸漬
することによって最初の被覆を設けそして大きな珪酸塩
ジルコン粉末を吹きつける。乾燥後に更に六つの層を浸
漬、砂吹きつけ処理および乾燥によって、約８１の壁厚
さのセラミ・ツク製型が得られるように通例の方法で設
ける。

この型を加圧下にオートクレーブ中でワックスを除きそ
してついで約８００℃のもとで燃焼させる。

更に、１１当たり２０ｇのＬｉｃｌ、　２０ｇのＮａＦ
　。

５ｇのＮａ＊Ｆｅ（ＣＮ）　ｂ、４０ｇのＮａｃｌ、　
Ｉｇのメチルセルロースおよび０．１ｇの界面活性剤よ
り成る水性液を添加する。

この溶液を、相前後、してセラミック製型中に充填し、
直ちに再び鋳込みそして、場合によっては洗浄したセラ
ミック粒子を除く為に濾過する。

次いでセラミック製型を約４７０℃に加熱し、加温状態
で減圧鋳造装置において使用しそして約２５０℃の型温
度のもとてアルミニウム合金と一緒にＧＡＩ−５ｉ７Ｍ
ｇ０．６を７００℃の溶融温度のもとで１０−”Ｔｏｒ
ｒにて充填する。

アルミニウム溶融物は空気雰囲気下で予備溶融されてお
り、次いで洗浄ガス混合物によって脱気されそして減圧
下で後脱気されている。

溶解灼熱および硬化を含む通例の熱処理の後に、僅かな
誤差のもとて以下の強度値が得られる。

抗張力Ｒ＠　＞　３４０　Ｎ／ｍｍ２ 伸長限界Ｒｒｏｚ　＞　２８０　Ｎ／ｍｍ”破断時伸び
率Ａ５　＞　６．５χ 大旌拠」 平均５１１１ｍの壁厚さそして結点のところで１５ｍｍ
の壁厚さの飛行機構造部材のワックス型を実施例１に記
載の方法によって処理しワックスぶどう房状物を集め、
セラミック製チル型で覆い、オートクレーブ中で加圧下
にワックスを除き、次いで約８００℃のもとで燃焼させ
る。

更に、１１当たり２０ｇのＬｉｃｌ、２０ｇのＮａＦ　
％５ｇのＮａ、Ｆｅ（ＣＮ）ａ、４０ｇのＮａｃ　ｌ、
１ｇのメチルセルロースおよび０．１ｇの界面活性剤よ
り成る水性液を添加する。

この溶液を、相前後してセラミック製型中に充填し、直
ちに再び鋳込みそして、場合によっては洗浄したセラミ
ック粒子を除く為に濾過する。

次いでセラミック製型を約４７０℃に加熱し、加温状態
で減圧鋳造装置において使用しそして約２５０℃の型温
度のもとでアルミニウム合金と一緒にＧＡＩＳｉ７Ｍｇ
０．６を７００℃の溶融温度のもとで１０−　”Ｔｏｒ
ｒにて充填する。

アルミニウム溶融物は空気雰囲気下で予備溶融されてお
り、次いで洗浄ガス混合物によって脱気されそして減圧
下で後脱気されている。

溶解灼熱および硬化を含む通例の熱処理の後に、微細鋳
造部材より成る平面体試料について僅かな誤差のもとて
以下の強度値が得られる。

抗張力Ｒ，：　３５０〜３６ＯＮ／ｍｍ”伸長限界Ｒｐ
ｏ、　Ｚ：　２９０〜３１０　Ｎ／ｍｍｚ破断時伸び率
Ａ、＝５〜７χ 本発明の処置をせずに公知の型において同じ溶融物を鋳
造した場合には、以下の値が得られる。

抗張力Ｒ，：　３００　Ｎ／ｎｏ＋” 伸長限界１？ＰＯ，ｆｆｉ：　２０ＯＮ／ｍ＋ｓ２破断
時伸び率Ａ、：３χ 従って、本発明を用いることによって工業的値の抗張力
、伸長限界および破断時伸び率が非常に改善される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）合金相手成分との共晶に相当する時に多量のアルミ
   ニウムを含有するアルミニウム合金を、間隔、即ち凝固
   による第二次樹枝状枝間隔を減らすことによって改善さ
   れた強度値を達成する為の鋳造法において、ミクロの範
   囲において非常に粗面の鋳造型内壁を製造し、その内壁
   に塩混合物の薄い層を設け、その際に塩混合物のカチオ
   ンが主としてアルカリ金属−および／またはアルカリ土
   類金属のそれより成りそしてそれのアニオンが主として
   ハロゲンのそれより成り、且つ該塩混合物液体温度がア
   ルミニウム合金の鋳造温度より低く調整されているこの
   を特徴とする、上記アルミニウム合金の鋳造法。 ２）鋳造型の内壁が１ｃｍ＾２当たり１０＾５より多い
   凹凸を有しており、該凹凸の直径に対する深さまたは割
   れ目幅に対する深さの比が１：３より多い特許請求の範
   囲第１項記載の鋳造法。 ３）鋳造型の内壁を形成する耐熱性物質を、粉砕するこ
   とにより得られる微細な粒子状酸化物粉末から、 酸化物粉末、フィラーおよびバインダーより成る懸濁物
   中にワックス模型を浸漬し、乾燥しそしてバインダーに
   より酸化物セラミックスの形成下に燃焼させることによ
   って製造する特許請求の範囲第２項記載の鋳造法。 ４）用いる塩混合物に追加的に一種以上のアルカリ金属
   −および／またはアルカリ土類金属偽ハロゲン化合物を
   シアナート、シアニド、ロダニド、ヘキサ−および／ま
   たはテトラシアノ化合物、アミンまたはアミドおよび／
   またはこれらの類似物、アルカリシアニド、−シアナー
   トおよび−ロダニドに化学的に類似の化合物および／ま
   たは、アルカリ−および／またはアルカリ土類金属の有
   機系塩および／または有機金属化合物の形で含有する特
   許請求の範囲第１項から第３項のいずれか一つに記載の
   鋳造法。 ５）ナトリウム−リチウム−クロライド−フルオライド
   から主として構成される塩混合物を融点が６５０℃以下
   であるセラミック製型の内壁の被覆に用いる特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずれか一つに記載の鋳造
   法。 ６）Ｌｉｃｌ、ＮａＦ、ＮａｃｌおよびＮａ＿４Ｆｅ（
   ＣＮ）＿６より成る水性−および／またはアルコール性
   溶液を用いる特許請求の範囲第５項記載の鋳造法。 ７）塩混合物を溶液の状態および／または微細懸濁物の
   状態で燃焼型中に注入し鋳造することによって型内壁の
   上に塗布しそして次いで乾燥する特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいずれか一つに記載の鋳造法。 ８）塩混合物の溶液および／または懸濁物が分散剤、例
   えばメチルセルロースを含有している特許請求の範囲第
   ７項記載の鋳造法。 ９）塩混合物の溶液および／または懸濁物にセラミック
   型の内壁のぬれ性を改善する助剤、例えば界面活性剤を
   添加する特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれ
   か一つに記載の鋳造法。