JPS6210248A - 過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初晶Ｓｉの微細化方法 - 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】 （技術分野） 本発明は過共晶ＡＩ！−５ｉ系合金溶湯の凝固時におけ
る初晶Ｓｉの微細化方法に係り、特に初晶Ｓｉ微細化元
素であるＰを、過共晶Ａβ−Ｓｉ系合金溶湯に、効果的
に且つ効率よく、連続的に添加することのできる方法に
関するものである。

（従来技術とその問題点） Ａｌ−Ｓｉ系合金は、溶融状態で高い流動性を示し、ま
た凝固時の収縮も少ないことから、鋳物用合金として広
く用いられ、特にＳｉ成分の多い過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合
金は耐摩耗性に優れた鋳物用合金として、その利用が図
られている。

ところで、このＳｉ量の多い、共晶点（一般にＳ　ｉ　
＝　１２．７％）以上のＡｌ−５ｉ系合金を用いて、所
定の鋳塊を連続的に鋳造する場合に採用される、一般的
な方法は、保持炉に収容したＡＮ−Ｓｉ系合金溶湯を、
鋳造槽により所定の鋳造装置に導き、そのまま鋳造装置
に鋳込んで、所定の鋳塊とするものであるが、この場合
、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の凝固時における初晶Ｓｉの
結晶は、特に微細化処理を施さない場合には、４０ミク
ロン以上、時には１００ミクロン以上の粗大粒となる。

そして、これにより、鋳塊の組織が粗くなって、性質も
脆くなる問題もある。このため、かかる過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金においては、その合金溶湯にＰを添加すること
によって、初晶Ｓｉを微細化することが行なわれる。こ
のＰの添加によって、ＡＬＰ化合物を生成させ、そして
このＡｌ１Ｐ化合物の造核効果によって、初晶Ｓｉを微
細化するのである。

ところで、従来にあっては、そのような過共晶Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金溶湯に対するＰの添加は、この溶湯を形成する
溶解炉あるいはそれを保持する保持炉に、ワツフル状、
ショット状等のＣｕ−８〜１５％Ｐのような中間合金、
Ｐを含むフラックス等の初晶Ｓｉ微細化剤を直接投入す
ることにより、行なわれているが、このように初晶Ｓｉ
徽細化剤を直接に炉内の大量の溶湯中に投入して溶解せ
しめることに起因して、Ｐの溶湯中への均一な分散が難
しく、また酸化損失、未溶解により、Ｐの歩留りが悪い
という問題が生じていた。そして、Ｐの添加量は、合金
溶湯の量に対して、その比率が著しく少ないために、炉
内の溶湯を攪拌したとしても、濃度が偏りやすく、しか
も攪拌中にその一部が沈降したり、溶湯表面に浮上した
りして、有効に利用されなくなってしまうのである。

さらに、かかる従来の方法にあっては、鋳込時間の経過
とともに、Ｐの微細化効果が変化してしまって、鋳込初
期に鋳造された鋳塊部分と後期に鋳造された鋳塊部分と
で、初晶Ｓｉの大きさが異なってしまい、これに伴って
製品の品質も変化してしまうという問題も生じていた。

Ｐの添加後、時間の経過とともに、その微細化効果が小
さくなるため、鋳込初期に鋳造された鋳塊部分は、その
初晶Ｓｉが効果的に微細化されるものの、後期において
は、その微細化効果が小さくなって、初晶Ｓｉの大きさ
が、鋳込初期のそれよりも大きくなってしまうのである
。

そこで、本発明者等は、先に特願昭５９−２６６９０３
号として、鋳造槽の溶湯中に、Ｃｕ−Ｐ合金ロッド、あ
るいはＡｌ細管にＣｕ−Ｐ合金粉末等の初晶ｓｉ微細化
剤粉末を封入したロッドを連続的に装入せしめ、上記問
題に対処する方策を提案した。しかしながら、この方策
において゛用いられるロッドにあっても、Ｃｕ−Ｐ合金
溶解温度が過共晶Ａ／！−Ｓｉ系合金溶湯に対して高く
、またＣｕ−Ｐ合金粉末では溶湯に対するぬれが悪く、
そのために、いずれのロッド形態の場合にあっても、溶
湯に有効にＰが添加されない場合があることが明らかと
なった。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、このような問題を解決するた
めに為されたものであり、その要旨とするところは、鋳
造装置に導かれる過共晶Ａβ−Ｓｉ系合金溶湯に対して
、Ｐを含有する初晶Ｓｉ微細化剤を添加せしめて、該合
金溶湯の凝固時におけるＳｉ初晶を微細化するに際して
、所定のＡｌ外皮内に、１ｆｓｉ初晶微細化剤の粉末を
粉末状若しくはマトリックス状のＡｌ地中に分散せしめ
た状態で収容してなる添加用ロッドを用い、この添加用
ロッドを、前記合金溶湯内に連続的に装入せしめるよう
にしたことにある。

すなわち、本発明においては、炉内に収容された溶湯に
対して、その溶湯の全量に対応する量の初晶Ｓｉ微細化
剤を該溶湯中に一挙に添加することを止めて、その保持
炉等から漸次流出せしめられて、所定の鋳造装置に導か
れる一部の溶湯に対して、対応する量の初晶５ｉｌ）細
化剤を所定形態において内蔵する添加用ロッドを連続的
に添加するようにしたものであり、これによって、過共
晶Ａβ−Ｓｉ系合金溶湯中に初晶Ｓｉ微細化剤を均一に
分散せしめ得るようになったのである。

しかも、溶湯中に装入、溶解せしめられる添加用ロッド
は、Ａｌ外皮にて覆われており、そのために溶湯に容易
に溶解され、また初晶Ｓｉｌ細化剤は、粉末形態におい
てＡｌマトリックス中若しくはＡｌ粉末中に分散せしめ
られ、Ａｌ地にて包まれた状態となっているところから
、過共晶、１ｌ−５ｉ系合金溶湯とのぬれ性が向上し、
Ｃｕ−Ｐ合金粉末（粒子）、Ｐ粉末等の微細化剤が溶湯
にすばやく分散、溶解せしめられることとなるのであり
、またそのような初晶Ｓｉ微細化剤は、Ａｆ地（マトリ
ックス若しくは粉末）、更にはＡｌ外皮により包まれて
いるために、酸化損失等がなく、歩留りもより一層向上
せしめられることとなるのである。

ところで、かかる本発明において用いられるＰを含有す
る初晶５ｉｌ微細化剤の粉末としては、一般に、入手し
易いＣｕ−Ｐ合金粉末（若しくは粒子）、赤リン、黄リ
ンなどが使用される。なお、Ｃｕ−Ｐ合金中のＰ量は適
宜に選択され得るものであるが、ロッドの溶湯中への装
入操作を容易にする上において、ロッド加工後に適切な
強度を存していることが望ましく、通常Ｃｕ　−０，５
％Ｐ〜Ｃｕ−１５％Ｐ合金の粉末が好適に用いられるこ
ととなる。

そして、このような初晶Ｓｉ微細化剤の粉末を内蔵した
本発明に従う添加用ロッドは、好適には、次のような二
つの方法によって作成されることとなる。

すなわち、まず、第１のロッド製造手法は、Ａｌ粉末に
所定の初晶Ｓｉ微細化剤の粉末を機械的に混合せしめ、
そしてその混合粉末を所定のＡｊ２パイプ（細管）内に
充填、封入せしめて、ロッドとなすものである。

また、第２のロッド製造手法に従えば、Ａｌ粉末に所定
の初晶Ｓｉ微細化剤の粉末を機械的に混合して得られる
混合粉末を予備圧縮せしめ、次いでその予備圧縮体を所
定のＡｌ缶に封入して、例えば３５０〜５００℃程度の
押出湯度において、熱間押出することにより、所定の線
状の押出成形品を得、そしてこの押出成形品を添加ロッ
ドとなすものである。この手法に従えば、熱間押出によ
りＡＩｔ粉末は合体せしめられて、一体的なＡＡマトリ
ックスとなり、そのようなＡ／マトリックス中に初晶Ｓ
ｉ微細化剤が分散した状態で存在する添加用ロッドが得
られ、本発明にあっては、そのような形態のロッドが好
適に使用されることとなるのである。

なお、本発明にて用いられる上記如き添加用ロッド内の
Ｃｕ−Ｐ合金粉末やＰ粉末等の初晶Ｓｉ微細化剤粉末の
粒径や形態、またＡｌの粒径や形態、さらにはロッド径
やその形状等は、溶湯中への該添加用ロッドの送り速度
、鋳造方法、鋳造量。

合金種、ロッド添加位置から鋳造装置までの距離等によ
って、適宜に選択され得るものである。もちろん、ロッ
ドの断面形状は、円形の他にも、帯（板状）であっても
何等差し支えなく、さらには異形状のロフトも利用でき
ることは言うまでもないところである。

また、このような初晶５ｉｌ微細化剤の粉末を内蔵した
添加用ロッドは、適宜の手段にて、鋳造装置に導かれる
過共晶Ａｊ２−Ｓｉ系合金溶湯に対して連続的に装入せ
しめられ、漸次溶解せしめられることとなるが、その一
つの有効な実施形態が、第１図に示されている。

すなわち、第１図において、１０は溶湯保持炉としての
保温炉であり、その内部に共晶点以上のＳｉ含景の過共
晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯１２が収容されている。そして
、その保温炉１０内の合金溝１２は、出湯口１４から鋳
造樋１６に導かれ、更にこの鋳造槽１６内を流れて、供
給口１８から鋳造装置２０に鋳込まれるようになってい
る。これによって、過共晶ｆｉ、１−Ｓｉ系合金ビレッ
ト２２が連続的に製造されるのである。

かかる鋳込み樋１６によって導かれる合金溶湯１５には
、本発明に従って、Ｐを含む初晶Ｓｉ微細化剤を内蔵さ
せる添加用ロフト２６が装入せしめられて、溶解させら
れることとなるが、本例においては、第２図または第３
図に示される如き構造のロッドとされているのである。

すなわち、Ｃｕ−８％Ｐの合金粒の如き微細化剤粉末３
０は、第２図においてはＡｌマトリックス３２中に分散
せしめられた状態で内蔵され、そしてそれが細管状（肉
厚０．５〜２　ｓｕｎ、外径５〜１５ｆｉ）の／ｌ外皮
３４にて被覆された構造となっており、また第３図にお
いては、微細化剤粉末３０とＡｌ粉末３６との混合粉末
がＡＩ！外皮３４内に密に充填された構造とされている
のである。

また、かかる添加用ロッド２６は、第１図に示されるよ
うに、コイル状に巻回された状態とされており、このロ
フト２６が、送りローラの如き給送装置２８によりコイ
ル部２４から漸次取り出されて、その先端側から鋳造槽
１６内の合金溶湯１５中に装入せしめられるのである。

そして、合金溶湯１５中に装入されたロッド２６は、溶
湯の熱によって溶湯中に溶は出し、それとともに、その
内部にＡｌマトリックス３２若しくはＡｌ粉末３６内に
分散して存在する微細化剤３０が溶湯中に入り込むよう
になる。なお、ロッド２６は、合金溶湯１５の流量に応
じて連続的に溶湯１５中に送り出され、これによって添
加用ロッド２６内の微細化剤３０が、予め定められた割
合で合金溶湯１５中に添加されることとなるのである。

なお、添加用ロッド２６の溶湯１５への装入位置として
は、かかるロッド２６が鋳造槽１６内の合金溶湯１５に
十分に溶解され得、かつ微細化剤３０が十分にその微細
化効果を発揮し得る位置が適宜に選定されることとなる
。例えば、本例においては、微細化剤３０としてＣｕ−
８％Ｐ粉末が用いられており、その場合には、溶湯１５
の温度が比較的高く、鋳込みまでの滞留時間が比較的長
くとれる保温炉１０の出湯口１４付近が装入位置とされ
ている。

また、本発明は、例示の具体例の他にも、本発明を逸脱
しない範囲において当業者の知識に基づいて種々なる変
形を加えた形態において実施され得るものであり、本発
明が、そのような実施形態のものをも、その範囲に含む
ものであること、言うまでもないところである。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明は、初晶Ｓｉ微細化剤の粉
末が、Ａｌマトリックス若しくはＡβ粉末からなるＡｌ
地中に分散せしめられた形態において、Ａｌ外皮からな
る添加用ロッドとして、口約とする合金溶湯の流れの中
に装入せしめられ、溶解せしめられるものであるところ
から、かかる合金溶湯とのぬれ性が向上し、また微細化
剤粉末が溶湯にすばやく分散、溶解せしめられることと
なり、低添加温度、例えば７２０℃程度で、微細化剤の
添加操作を行うことが可能となるのであり、更にはＰ歩
留りが著しく向上し、かつＰの均一添加が可能となって
、鋳塊の底部から頭部まで、均一な初晶Ｓｉ粒径となる
のである。

また、初晶５ｉｌ）細化剤は、Ａｌマトリックス若しく
はＡＮ粉末、更にはＡｌ外皮により包まれているところ
から、その酸化損失などがなく、この見地からしても、
Ｐの歩留りが向上せしめられ得ることとなったのであり
、更にはインライン式添加であるために、ロッドサイズ
によっては、既存の結晶粒微細化剤添加装置を利用する
ことができる利点を享受し得、また添加用ロッドはコイ
ル状にして保管できるところから、その取り扱いも容易
である等の特徴も有しているのである。

しかも、本発明においては、Ｐの添加量を、ロッドの形
状、送り速度等で、自由に且つ正確にコントロールする
ことが可能である利点も有しているのである。

（実施例） 、１１！−１８％Ｓｉ合金溶湯を用いて、直径が１５０
ｍのビレットを連続鋳造するに際して、Ｃｕ−８％Ｐの
中間合金からなる初晶Ｓｉ微細化剤を、各種の形態にお
いて該合金溶湯に添加せしめた。

すなわち、先ず、従来法として、第１図の保持炉１０内
に、Ｃｕ−８％Ｐの全量を添加せしめて、鋳造を行なう
実験を行なった。また、比較法として、ＡＩ細管内にＣ
ｕ−８％Ｐ粉末のみを充填せしめてなるロッドを用い、
これを、第１図のようにして合金溶湯中に連続的に装入
せしめて、鋳造を行なった。

さらに、本発明法にあっては、Ａβ粉末とＣｕ−８％Ｐ
粉末とを１：１の割合で混合せしめてなる混合粉末を予
備圧縮した後、それをＡｌ缶に封入して、熱間押出する
ことにより得られたＣｕ−８％Ｐ粉末がＡｌマトリック
ス中に分散状態にて保持された、第２図に示される如き
添加用口・ノド２６を用いて、第１図に示される如く、
合金溶湯中に連続的に装入せしめて、鋳造を行なった。

そして、上記三種の方法にて得られた合金鋳塊（ビレッ
ト２２）について、そのＰの添加歩留りとともに、その
鋳込初期、中期、終期の初晶Ｓｉ粒径について調べ、そ
の結果を、下記第１表に示した。なお、Ｐの目標含有量
は、従来法、比較法および本発明法の何れにおいても、
１１００ｐｐとされた。

かかる第１表から明らかなように、本発明に従うＡ／マ
トリックス中にＣｕ−Ｐ合金粉末を分散せしめてなる添
加用ロッドを用いて、これを合金溶湯中に装入した場合
にあっては、Ｐの歩留りが大幅に向上し、また初晶Ｓｉ
微細化能も非常に優れており、且つその微細化の程度も
、鋳込初期と後期とで差のないことが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施形態を示す説明図であり、第２
図および第３図は、それぞれ第１図において用いられる
添加用ロッドの異なる例を示す断面説明図である。 １０：保温炉 １２．１５：過共晶Ａｌ−５ｔ系合金溶湯１６：鋳込樋
　　　　　　　２０：鋳造装置２２：ビレット（鋳塊）
　　　２６：添加用ロッド３０：初晶Ｓｉ微細化剤 ３２７Ａｌ７小リツクス ３４：Ａβ細管　　　　　　３６：、６１粉末第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳造装置に導かれる過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯
   に対して、Ｐを含有する初晶Ｓｉ微細化剤を添加せしめ
   て、該合金溶湯の凝固時におけるＳｉ初晶を微細化する
   に際して、 所定のＡｌ外皮内に、該初晶Ｓｉ微細化剤の粉末を粉末
   状若しくはマトリックス状のＡｌ地中に分散せしめた状
   態で収容してなる添加用ロッドを用い、この添加用ロッ
   ドを、前記合金溶湯内に連続的に装入せしめるようにし
   たことを特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初
   晶Ｓｉの微細化方法。
2. （２）前記添加用ロッドが、前記初晶Ｓｉ微細化剤粉末
   とＡｌ粉末との混合粉末を所定のＡｌパイプ内に充填し
   たものである特許請求の範囲第１項記載の微細化方法。
3. （３）前記添加用ロッドが、前記初晶Ｓｉ微細化剤粉末
   とＡｌ粉末との混合粉末を予備圧縮した後、所定のＡｌ
   缶に封入して、熱間押出することにより得られた押出成
   形品である特許請求の範囲第１項記載の微細化方法。