JPS63281765A - アルミニウム合金鋳物のナトリウム元素添加方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、アルミニウム合金鋳物の必要な部位にナト
リウム元素を局部的に添加する方法に関するものである
。

従来の技術 Ｍ’　−Ｓｉ系のアルミニウム合金により製品を鋳造す
る場合等には、鋳物肉厚が不均一だと鋳物各部の凝固時
間が異る結果、引は巣や割れ等の鋳造欠陥を生じ易い。

そのため、鋳物肉厚ができる限り均一な厚さになるよう
に鋳造製品および鋳型の設計を行ない、鋳造欠陥が発生
し易い部分的な厚肉部を極力無くすようにしている。し
かし、鋳造製品によっては、大きな力を受ける部位のよ
うに、強度上の理由等から他の部位より厚い鋳物肉厚を
必要とする部分があって、肉厚の均一化にも限度がある
。

そこで、肉厚が不均一な鋳造製品の場合、引は巣や割れ
等の鋳造欠陥の発生を防止する目的で、アルミニウム合
金中にナトリウム元素を添加する方法が従来より行なわ
れている。これは、るつぼ内の＠融アルミニウム合金中
に、予めナトリウム元素を２０ＰＰＭ程度添加しておき
、このナトリウム元素を添加した溶融アルミニウム合金
を鋳型に注湯して鋳造するもので、例えば、第４図に示
すように保持用るつぼ１内の溶融アルミニウム合金２の
中に、金属ナトリウムまたはナトリウム添加用フラック
ス３を、ホスホライザ４により浸漬して、溶融アルミニ
ウム合金２と金属ナトリウムまたはナトリウム添加用フ
ラックス３を反応させ、溶融アルミニウム合金２の中に
ナトリウム元素を添加する方法を採っており、この場合
のナトリウム元素の添加は、るつぼ単位で一度に大量の
アルミニウム合金に対して行い、添加された溶融アルミ
ニウム合金を、必要量ずつ汲み出して鋳造を実施してい
る。

発明が解決しようとする問題点 アルミニウム合金の鋳造製品における引は巣等の鋳造欠
陥を防止するために有効なナトリウム元素の添ｈａ量は
、第５図においてｙ軸に製品中のナトリウム元素残留量
を、ｙ軸に鋳造欠陥（引は巣）の発生量をそれぞれ取っ
て表わした鋳造欠陥の発生量とナトリウム元素残留量の
関係を示すグラフから解るように、ナトリウム元素の含
有量を２０ＰＰＭ以上に保持する必要があり、ナトリウ
ム元素の含有量が２０ＰＰ）１未満では、鋳造欠陥を防
止する効果が極端に減少してしまう。

また、るつぼ１内の溶融アルミニウム合金２の中に添加
されたナトリウム元素は、添加直後よりその量が減少し
、第６図においてｙ軸にナトリウム元素添加後の経過時
間を、ｙ軸に溶融アルミニウム合金中のナトリウム元素
残留間をそれぞれ取って表したナトリウム元素の消耗速
度を示すグラフから解るように、含有量が３０ＰＰ）ｉ
となるようにナトリウム元素を添加した場合、添加後約
１時間で含有量が２０ＰＰＭ以下に減少して鋳造欠陥の
防止効果が失われてしまう。

したがって、前記した従来のナトリウム元素の添加方法
の場合には、ナトリウム元素の添加後約１時間以内に鋳
造を行なわなければ、鋳造欠陥の防止を有効に図り得ず
、時間的な制約がある等の問題点があった。また、るつ
ぼ１内の溶融アルミニウム合金２の全体が、ナトリウム
元素を２０Ｆ’ＰＭ以上含有するように均一に添加する
ため、鋳型内に注湯される溶融アルミニウム合金は、ナ
トリウム元素の添加を必要とする鋳造欠陥が発生し易い
部分のほかに、添加を必要としない他の部分にも、ナト
リウム元素を２０ＰＰＭ以上含有する溶融アルミニウム
合金２が供給されることとなって無駄が多いとともに、
その分ナトリウム元素が余分に必要となるという問題点
があった。

また、前記した従来のナトリウム元素の添加方法では、
ナトリウム元素の添加をるつぼ単位で一度に大量のアル
ミニウム合金に対して行い、添加された溶融アルミニウ
ム合金を、必要量ずつ汲み出して使用するため、るつぼ
１内に残った溶融アルミニウム合金２に含有されるナト
リウム元素の量が時間の経過とともに漸次減少すること
となり、必要に応じてナトリウム元素を追加添加して常
時２０ＰＰＭ以上含有した状態を維持するように管理す
る必要があった。

ざらに、低圧鋳造機の場合のように、保持用るつぼが密
閉されている場合には、ナトリウム元素を添加するのに
長時間を要するため、適切な添加時期における追加添加
が困難である等の問題点があった。

他方、特開昭６１−３７３５９号公報には、アルミニウ
ム合金鋳物の場合に共晶Ｓｉの晶出により機械的性質が
低下する欠点を改善する方法として、金属ナトリウムお
よび／またはナトリウム塩を主成分とする混合物を、鋳
型の注湯口に配設して溶融アルミニウム合金を注湯する
ことにより添加するか、または溶融アルミニウム合金が
鋳型ホッパへ投入されてから凝固するまでの間に添加し
て、最終鋳造品における共晶組織の微細化を図るアルミ
ニウム合金鋳造品の製造方法について記載されている。

このアルミニウム合金鋳造品の製造方法においては、ナ
トリウム元素が添加された直後に、溶融アルミニウム合
金が鋳型内に鋳込まれるため、添加されたナトリウム元
素の時間経過による減少はないが、この方法ではナトリ
ウム元素を湯口から流入する溶融アルミニウム合金全体
にほぼ均一に添加することを目的としているため、引は
巣の発生を防止する場合のように、ナトリウム元素の添
加を必要とする部分に局部的に添加することはできず、
また、添加を必要とする部分に充分な量を添加するため
には多量のナトリウム元素が必要とされるという不都合
があった。

この発明は上記問題点に鑑みなされたもので、ナトリウ
ム元素を必要最少限の添加量で、引は巣等の鋳造欠陥の
発生を効果的に防止するとともに、従来の添加方法の場
合のように、るつぼ内のナトリウム元素の濃度管理を必
要としないアルミニウム合金鋳物のナトリウム元素添加
方法め提供を目的としている。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための手段としてこの発明は、ア
ルミニウム合金鋳物を鋳造するにあたり、鋳型のうちキ
ャビティ内へ突出する突出型部の表面にナトリウム元素
供給層を形成しておき、溶融アルミニウム合金を鋳型内
に注湯することによりナトリウム元素を前記ナトリウム
元素供給層から溶融アルミニウム合金中に溶出させるこ
とを特徴としている。

作　　　用 上記の方法によれば、鋳型のうちキャビティ内へ突出す
る突出型部により、厚内部分の肉厚を強度不足を生じな
い範囲で薄肉にし、かつ突出型部に形成されたナトリウ
ム元素供給層からナトリウム元素を局部的に添加するこ
とができるので、必要最少限のナトリウム元素の添加量
で鋳造欠陥の発生が効果的に防止される。

実施例 以下、この発明の方法の一実施例を第１図ないし第３図
に基き説明する。

第１図はアルミニウム合金製のシリンダヘッドを鋳造す
る鋳型のシリンダヘッドボルト用の挿通孔が形成される
側縁部付近を示すもので、鋳型１１は、外型１２と上側
の砂中子１３および下側の砂中子１４とによりキャビテ
ィ１５が形成されており、このキャビティ１５の広く形
成された垂直な空間１５ａ内のほぼ中央には、シリンダ
ヘッドボルト用の挿通孔を形成するとともに、キャビテ
ィ１５の空間１５ａ内に突出する突出型部である鋳抜き
型１６が、その上部を前記上側の砂中子１３に支持させ
て垂直に設けられている。

また、前記鋳扱き型１６は、溶融アルミニウム合金と接
触しても変化しないようにするため、塩化ナトリウム（
Ｎａ　Ｃｅ　）等のアルミニウム合金より融点の高い塩
類から成る塩中子で、第２図に示すように、下面外周に
環状の垂直リブ１６ａを備えた円板状の頭部１６ｂを円
柱状の軸部１６Ｇの上端に有する形状に予め形成したも
のを用いる。

そして、鋳扱き型１６の軸部１６Ｃの外周にはナトリウ
ム元素供給層１７が形成されている。このナトリウム元
素供給層１７はナトリウム添加用のフラックスからなる
もので、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、塩化ナトリウム
（Ｎａ（Ｊりおよび塩化カリウム（Ｋ　Ｃｆｆ１　）の
混合物の層である。またこのフラックスの各成分の混合
比を変えることにより反応添加温度、すなわち混合物が
溶けて溶融アルミニウム合金中にナトリウム元素が添加
される温度を調整することができる。例えば、フッ化ナ
トリウムを１２２重丸と、塩化ナトリウムを４４重量％
と、塩化カリウムを４４重Φ％との混合物により前記ナ
トリウム元素供給層１７を形成する。

なお、鋳扱き型１６の頭部１６ｂの下面の垂直リブ１６
ａに囲まれた凹部１８は、鋳造時にナトリウム元素添加
用の７ラツクスが反応した際に生じるナトリウム元素以
外のスラグを溜めるスラグ溜めであり、また１９は湯道
である。

次に、この実施例の作用を説明する。

鋳型１１のキャビティ１５内に溶融アルミニウム合金が
湯道１９を介して流入すると、鋳造されるシリンダヘッ
ドＳ（第３図参照）の厚肉部分となるシリンダヘッドボ
ルトの挿通孔Ｓ１の形成位置は、鋳抜き型１６により強
度不足とならない範囲で余分な肉を盗んで肉厚の均一化
が図られるとともに、強度付与のためなおも肉厚が厚い
部分については、鋳抜き型１６の軸部１６ｃの外周に形
成されたナトリウム元素供給層１７が、高温の溶融アル
ミニウム合金と接触して反応し、挿通孔Ｓｌが形成され
る位置の周辺の厚肉部分にナトリウム元素が局部的に、
かつ集中的に添り口されることにより鋳造欠陥の発生が
防止される。

したがって、鋳造されるシリンダヘッドＳは、溶融アル
ミニウム合金が凝固する際に、遅れて凝固するシリンダ
ヘッドボルト用の挿通孔Ｓ１が形成されている厚肉部分
にナトリウム元素が２０ＰＰＨ以上の所定の含有濃度に
添加されているため、この厚肉部分に発生し易い引は巣
等の鋳造欠陥の発生が有効に防止される。

また、ナトリウム元素供給層１７に溶融アルミニウム合
金が接触し、ナトリウム元素が反応添加される際に発生
するナトリウム元素以外のスラグは、浮き上がってスラ
グ溜め１８に捕獲される。

そして、鋳造されたシリンダヘッドＳのシリンダヘッド
ボルト用の挿通孔Ｓ１に残された鋳扱き型１６と、スラ
グ溜め１８に捕獲されたスラグとは、最終形状に機械加
工される際に他の加工代と共に削り取られる。

なお、本実施例においては鋳型の突出型部である鋳扱き
型１６として塩中子を使用しているので、鋳扱き型１６
に砂中子を使用した場合に比べて、ナトリウム元素供給
層１７を容易に、かつ厚く形成することができる。

また上記実施例においては、鋳型の突出型部としてシリ
ンダヘッドボルト用の挿通孔を形成する鋳扱き型１６の
場合を説明したが、他に詰込み中子や一般の砂中子等の
一部としてキャビティ内へ突出形成された突出型部にナ
トリウム元素供給層を形成することにより、同様に実施
することかできる。またシリンダヘッド以外の必らゆる
鋳造製品におけるの鋳造欠陥の防止に応用することがで
き、特に複雑形状の鋳物部品のように、肉厚の均一化が
困難な製品を鋳造する場合に適用すれば、鋳造欠陥の防
止という面で大きな効果が得られる。

発明の詳細 な説明したように、この発明のアルミニウム合金鋳物の
ナトリウム元素添加方法は、鋳型のうちキャビティ内へ
突出する突出型部の表面にナトリウム元素供給層を形成
しておき、溶融アルミニウム合金を鋳型内に注湯するこ
とによりナトリウム元素を前記ナトリウム元素供給層か
ら溶融アルミニウム合金中に）容量させるので、ナトリ
ウム元素を必要最少限の添加量で、引は巣等の鋳造欠陥
の発生を効果的に防止することができる。

また、るつぼ内でナトリウム元素を添加する従来の添加
方法の場合のように、るつぼ内のナトリウム元素の含有
濃度の管理を必要としないので、鋳造作業が容易となる
とともに、保持用やつぼが密閉されているため、従来に
おいてはナトリウム元素を添加する方法以外の鋳造欠陥
対策が採られていた低圧鋳造機による鋳造の場合にも適
用することができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の方法の一実施例を示す
もので、第１図はシリンダヘッド鋳造用の鋳型の要部を
示す縦断面図、第２図は突出型部としての鋳抜き型を示
す縦断面図、第３図はキャビティ内でナトリウム元素が
反応添加された状態を示す説明図、第４図は従来のナト
リウム元素添加方法を示″￥説明図、第５図は鋳物中の
ナトリウム元素残留量と鋳造欠陥の発生量との関係を示
すグラフ、第６図はナトリウム元素添加後のナトリウム
元素残留Φの経時変化を示すグラフである。 １１・・・鋳型、　１３．１４・・・砂中子、　１５・
・・キャビティ、　１５ａ・・・広く形成された垂直な
空間、　１６・・・突出型部としての鋳扱き型、　１６
ｂ・・・頭部、　１６Ｇ・・・軸部、　１７・・・ナト
リウム元素供給層、　１８・・・スラグ溜め、　１９・
・・湯道、Ｓ・・・シリンダヘッド、　Ｓｌ・・・シリ
ンダへラドホルト用の挿通孔。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武　久 （ほか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金鋳物を鋳造するにあたり、鋳型
   のうちキャビティ内へ突出する突出型部の表面にナトリ
   ウム元素供給層を形成しておき、溶融アルミニウム合金
   を鋳型内に注湯することによりナトリウム元素を前記ナ
   トリウム元素供給層から溶融アルミニウム合金中に溶出
   させることを特徴とするアルミニウム合金鋳物のナトリ
   ウム元素添加方法。
2. （２）前記突出型部が、所定の面にナトリウム元素供給
   層を形成した中子であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のアルミニウム合金鋳物のナトリウム元素
   添加方法。