JPS63243208A - 過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初晶Ｓｉ微細化材の製造方法 - 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Ａｌ−Ｓｉ系合金における初晶Ｓｉ微
細化材の製造方法に係り、特に初晶Ｓｉを微細化せしめ
得るＰを、効率よく、効果的に且つ連続的に添加し得る
ようにした、ロッド状の初晶Ｓｉ微細化材を有利に製造
する方法に関するものである。

（背景技術） Ａ１−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Ａβ−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Ａｊ２−Ｓｉ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Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯を
、鋳造機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、４０μ
ｍ以上、時には１００μｍ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
る問題を惹起する。このため、かかる過共晶Ａｌ−Ｓｉ
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、ＡＩＰ化合物を生成させ、そしてこ
のＡＩＰ化合物の造核効果によっそ、初晶Ｓｉを微細化
するのである。

従来にあっては、そのような過共晶Ａｊ２−Ｓｉ系合金
熔湯に対するＰの添加は、この溶湯を形成する溶解炉或
いはそれを保持する保持炉に、ワンフル状、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Ｓｉｌ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、濃度が偏り易く、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
と共に、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、時間の経過と共に、その微細化効果が少なく
なるために、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
、その微細化効果が少なくなって、初晶Ｓｔ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、本発明者らは、先に、特願昭５９−２６６９０
３号として、鋳造機の溶湯中に、Ｃｕ−Ｐ合金ロッド或
いはＡ１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Ａｌ−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濡れが悪く、そのた
めに、何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。

また、このようなＡββ細管円内Ｃｕ−Ｐ合金粉末等の
初晶Ｓｉｌ細化材粉末を充填するに際しては、その充填
操作を効率よく行なうことが困難であり、またロッド長
手方向に対してその充填率が変化し、更にロッド切断面
から粉末の流出が認められ、これら現象に起因して、溶
湯へのＰの均一添加が阻害される問題を内在していたの
である。

このため、本発明者らは、更に、特願昭６０−１４９６
６８号として、所定のＡＩ！外皮内に初晶Ｓｉｍ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Ａ１−Ｓｉ合金溶湯内に連続的に装入
せしめるようにした方策を明らかにした。しかしながら
、このような方策にあっても、初晶Ｓｉ微細化元素であ
るＰは、過共晶Ａｆｆ−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が出来るものの、添加用
ロッドとして、初晶Ｓｉ微細化剤粉末とＡ１粉末との混
合粉末を予備圧縮した後、所定のＡ１缶に封入して熱間
押出することにより、得られる押出成形品が用いられる
ものであるところから、かかる添加用ロッドの製造工程
が複雑となり、必然的にコスト高を招来していたのであ
る。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、過共晶Ａ
Ｎ−Ｓｉ系合金溶湯の凝固時におけるＳｉ初品を微細化
するために、該合金溶湯内に連続的に装入、添加せしめ
られるロッド状の初晶ｓｉｌ細化材を容易に且つ安価に
製造することの出来る新規な方法を提供することにある
。

（解決手段） そして、本発明は、かくの如き目的を達成するために、
過共晶ＡＪ−Ｓｉ系合金溶湯の凝固時におけるＳｉ初品
を微細化するために、かかる合金溶湯内に連続的に装入
、添加せしめられるロッド状の初晶Ｓｉｉ細化材を製造
する方法において、（ａ）Ｃｕ−Ｐ合金粉末と／ｌ粉末
とを９０：１０〜１０：９０の比率において機械的に均
一混合して、内包混合粉末を調製する工程と、（ｂ）所
定のＡｌフープを円筒状に曲げる過程において前記内包
混合粉末を供給して、コアードワイヤ法により、該ＡＡ
フープからなる外皮内に該内包混合粉末が充填されてな
るロッドを製作する工程と、（Ｃ）かかるロッドを少な
くとも３００℃の温度で熱処理して、充填されている前
記内包混合粉末を焼結、一体化せしめる工程とを、含む
ことを特徴とするものである。

（作用・効果） すなわち、本発明においては、Ｃｕ−Ｐ合金粉末とＡｌ
粉末とからなる内包混合粉末を調製した後、これを所謂
コアードライヤ法にてロッドと為し、更にこの得られた
ロッドを熱処理することによって、かかる充填せしめら
れた内包混合粉末を焼結、一体化せしめることによって
、目的とする添加用ロッドを製造するようにしたもので
あり、これによって、ロッド内に充填せしめた内包混合
粉末（添加材）の流出を防ぎ、またロッドの軟化により
、そのハンドリング性を向上せしめると共に、かかるロ
ッドの作製を容易ならしめ、更にはその製造コストを有
利に低減せしめ得たものであり、そしてこのようにして
得られた添加用ロッドを用いて、過共晶Ａβ−Ｓｉ系合
金溶湯内に連続的に装入、添加せしめることによって、
かかる合金溶湯中に初晶Ｓｉ微細化剤（Ｐ）が均一に分
散せしめられ得ることとなったのである。

しかも、このような本発明に従って製作されるロフト状
の初晶Ｓｉｌ細化材を用いることによって、低い添加温
度、例えば７２０℃程度の溶湯温度下においてのＰ添加
が可能となるのであり、また炉内添加に比較してＰ歩留
りが著しく向上し、更にＰの均一添加が可能となって、
鋳造される鋳塊の底部から頭部まで均一な初晶Ｓｉ粒径
となる利点がある。また、合金溶湯内に連続的に装入、
添加せしめるインライン式添加を行なうため、ロフトサ
イズによっては、既存の結晶粒微細化剤の添加装置をそ
のまま利用出来る利点があり、そしてまた、Ｐ添加量は
ロッドの径、形状、送り速度等で自由に正確にコントロ
ールすることが可能となるのである。更に、本発明に従
う初晶Ｓｉ微細化材ロロッは、コイル状にして保管し得
るものであるところから、その取り扱いが容易である等
という利点も有しているのである。

（具体的構成） ところで、かかる本発明に従って製作される初晶Ｓｉ微
細化材ロッドの内包添加材たる内包混合粉末を構成する
Ｃｕ−Ｐ合金粉末としては、一般に、０．５％〜１５％
程度のＰを含むＣｕ−Ｐ合金を粉末化してなるものが用
いられ、またその粒径としては、一般に２０メツシュ若
しくはそれよりも小さな粒径のものが用いられるが、特
に本発明にあっては、１００μｍ以下の粒径の粉末を用
いることによって、その目的がより一層良好に達成され
ることとなる。

また、かかるＣｕ−Ｐ合金粉末と共に、内包混合粉末を
構成するＡｌ粉末としては、一般に純アルミニウム粉末
（９９％以上のＡ１含量のもの）が用いられ、そしてそ
のようなＡｌ粉末は、１２メツシュ若しくはそれよりも
小さな粒径とされることとなるが、特に本発明にあって
は、１００μｍ以下の微細な粒径のＡｌ粉末として、用
いられることが望ましい。

そして、かかるＣｕ−２合金粉末とＡ１粉末とは、９０
：１０〜１０：９０の比率（重量基準）において機械的
に均一に混合せしめられて、内包混合粉末とされるので
ある。なお、かかるＣｕ−２合金粉末と／ｌ粉末との混
合比率において、Ｃｕ−２合金粉末の配合量が余りにも
低くなると、そのようなＣｕ−Ｐ合金の導入効果が低く
なって、目的とする初晶Ｓｉ微細化効果を得るためには
多量のロッドを添加せしめる必要が生ずる問題があり、
またＣｕ−２合金粉末の配合割合が余りにも大きくなり
過ぎると、溶湯との馴染み性が悪くなり、溶湯中に均一
に分散せしめ得なくなる問題が生ずる。

次いで、このようにして調製された内包混合粉末は、通
常のコアードライヤ法に従って、所定のＡｌフープをフ
ォーミングロール等によって円筒状に曲げる過程におい
て、一般に連続して成形せしめられるＵ字形状のＡｌフ
ープ内に供給され、そして更にロールやダイスによる成
形が施されて、かかるＡｌフープを管状に仕上げ、そし
て必要に応じて、延伸を施し、またその管状の／ｌフー
プの合わせ目を溶接等にて接合せしめて、目的とする添
加用ロッド、即ち／ｌフープからなる外皮内に前記内包
混合粉末が充填されてなるロッドが製作されることとな
る。

このように、コアードライヤ法に従って添加用ワイヤを
製作するようにすることにより、内包混合粉末はＵ字状
等の形態に成形されているＡ１フープの開口部から順次
落とし込まれ、内部に充填せしめられることとなるとこ
ろから、その充填操作が極めて容易となることは勿論、
ロッド長手方向に対して内包混合粉末の充填率が変化し
たり、更には充填操作に基づくところの成分分離による
不均一化が惹起されたりする問題等が、良好に抑制乃至
は阻止されることとなるのである。　　。

なお、このような初晶Ｓｉ徽細化材ロロッの製作に際し
て用いられるＡｌフープは、ＡｌベースのＡ１材料であ
れば、合金系のものであっても同等差支えないが、一般
に純Ａｌ系の材料が好適に用いられ、またフープ厚さに
関しては、目的とする添加用ロッドの径等によって適宜
に定められることとなるが、一般に０．４〜１．４　ｓ
＊程度の厚さの／ｌフープが用いられることとなる。な
お、製作される添加用ロッドの径や形状は、それが適用
される鋳造方法、鋳造量、合金種やロッド添加位置から
鋳造機までの距離等により適宜に決定されることとなる
。

さらに、かくして得られた、Ｃｕ−２合金粉末とＡｌ粉
末との混合粉末が、ｌ外皮内に内包充填せしめられてな
るロッドは、少なくとも３００℃以上の温度下において
熱処理され、これにより、充填されている内包混合粉末
が焼結、一体化せしめられることとなる。なお、この熱
処理条件は、用いた混合粉末の粒度、混合比及び粉末表
面の酸化状態、更には混合粉末の充填率等によって適切
に選択されるものであるが、本発明にあっては、少なく
とも３００℃以上の温度下において熱処理する必要があ
り、特に好ましくは４００〜５５０℃の温度下で約１〜
３Ｈｒ程度加熱処理することが有利に採用される。

そして、このような熱処理によって、添加用ロッド内に
内包される混合粉末は焼結、一体化されたものとなると
ころから、フープ接合面やロッド切断面からの内包混合
粉末の流出は良好に阻止され、またＣｕ−Ｐ粒子とＡｌ
との反応相が形成され、これによって溶湯中への分散性
が向上せしめられ、また溶湯へのＰの均一添加が可能と
なるのであり、しかもロッド製作に際してのロールフォ
ーミング操作等により加工硬化されたロッドは効果的に
軟化せしめられ、以て曲げ等のハンドリング性が向上し
て、溶湯への添加作業において優れた特徴を発揮するの
である。

なお、かくして得られたＣｕ−２合金粉末とＡ１粉末と
の混合粉末を内包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Ａｌ−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
とにより、目的とする添加効果を発揮するものであり、
その添加形態としては、例えば本発明者らの先の出願に
係る特願昭５９−２６６９０３号や特願昭６０−１４９
６６８号に開示の手法等が適宜に採用されることとなる
。

（実施例） 本発明の理解を更に容易にするために、本発明の実施例
を以下に示すが、本発明が、かかる例示の実施例の他に
も、また上記した本発明の詳細な説明の他にも、本発明
の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づ
き種々なる変形、修正、改良等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は、言うま
でもないところである。

なお、以下の実施例中、また前記具体的な説明中の百分
率や比は、特に断わりのない限り、何れも重量基準によ
るものである。

下記第１表に示されるＣｕ−Ｐ粉末及び、ｌ粉末を用い
て、それらを所定の混合比にて機械的に均一に混合せし
めた後、得られた混合粉末を、コアードライヤ法により
、幅＝２５鶴、厚さ：０．８龍のＡ１フープ（ＡＩｌｏ
ｏ−０）からなる外皮内に内包充填せしめて、二種の添
加用ロッド（ワイヤ）を製造した。即ち、Ａｌフープを
その長手方向に順次Ｕ字型断面形状にロールフォーミン
グせしめ、そしてその開口部から前記混合粉末を落とし
込んで充填せしめ、更にかかるＡｌフープを管状に成形
することにより、目的とする添加用ロッド（ワイヤ）を
製作した。

そして、この得られた二種の添加用ロッドに対して、そ
れぞれ４５０℃Ｘ２ＨｒＯ熱処理を施した。この熱処理
後のそれぞれの添加用ロッドにおける混合粉末のミクロ
組織を、顕微鏡により調査したところ、何れも混合粉末
が焼結していることが認められた。

第　　　１　　　表 次いで、ＡＮ−１７％５ｉ−４，５％Ｃｕ　−０，５５
％Ｍｇ組成のＡ３９０合金溶湯を用いて、直径が１５０
龍のビレットを連続鋳造するに際して、上記の添加用ロ
ッド（初晶Ｓｉｉ細化材）を、それぞれ鋳造樋を通じて
鋳型に導かれる該合金溶湯中に連続的に装入せしめるこ
とにより、添加を行なった。

そして、かかる二種の添加用ロッドを用いて得られたそ
れぞれの合金鋳塊（ビレット）について、そのＰの添加
歩留りと共に、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２表に示した。なお
、Ｐの目標含有量は、何れも１１００ｐｐとした。

第　　　２　　　表 かかる第２表の結果から明らかなように、本発明に従っ
て得られるＣｕ−Ｐ合金粉末とＡｌ粉末とからなる混合
粉末を内包するロッドを熱処理して、焼結一体化せしめ
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、炉内添加の場合におけるＰの添加
歩留りが１０〜３０％であることを考えると、Ｐの歩留
りが大幅に向上し、また初晶Ｓｉ微細化能が常に優れて
おり、且つその微細化の程度も鋳込初期と後期とで差の
ないことが認められるのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯の凝固時におけるＳ
   ｉ初晶を微細化するために、該合金溶湯内に連続的に装
   入、添加せしめられるロッド状の初晶Ｓｉ微細化材を製
   造する方法にして、 Ｃｕ−Ｐ合金粉末とＡｌ粉末とを９０：１０〜１０：９
   ０の比率において機械的に均一混合して、内包混合粉末
   を調製する工程と、 所定のＡｌフープを円筒状に曲げる過程において前記内
   包混合粉末を供給して、コアードワイヤ法により、該Ａ
   ｌフープからなる外皮内に該内包混合粉末が充填されて
   なるロッドを製作する工程と、 かかるロッドを少なくとも３００℃の温度で熱処理して
   、充填されている前記内包混合粉末を焼結、一体化せし
   める工程とを、 含むことを特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における
   初晶Ｓｉ微細化材の製造方法。
2. （２）前記Ｃｕ−Ｐ合金粉末が、２０メッシュ若しくは
   それよりも小さな粒径のものであり、また前記Ａｌ粉末
   が、１２メッシュ若しくはそれよりも小さな粒径のもの
   である特許請求の範囲第１項記載の製造方法。