JPH048135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は分散強化合金鋳物の製造方法に関し、
特にアルミニウム合金等の金属に強化用微粒子を
分散させることにより、強度等を向上させること
ができる分散強化合金鋳物の製造方法に関する。

〔従来技術〕

金属マトリツクス中に高温でも安定な硬く微細
な粒子を分散、複合させた分散強化型合金は公知
である。例えば、アルミニウムとマトリツクスと
するものではSAP（Sintered Aluminum
Powder）がよく知られている。この金属マトリ
ツクス中に分散されている微粒子は、金属の転移
を妨げ、強度を向上させる。このため、金属マト
リツクス中に存在する微粒子は、量が多くかつ均
一に分散している程強度が向上する。

ところで、かかる分散強化合金鋳物を製造する
ためには、溶湯と強化用微粒子を混入させる工程
が必要となる。この溶湯中に強化用微粒子を混入
させる時期の違いにより、従来は次の２つの製造
方法が行われている。

第１の従来法は、炉の中で溶湯と強化用微粒子
を撹拌混合し、（例：ボルテツクス法）、それを金
型に重量鋳造で鋳込むものである。

この第１の従来法においては、一般にセラミツ
ク等からなる強化用微粒子の溶湯との濡れ性がよ
くないことおよび比重の差等により、炉中での撹
拌を止めると強化用微粒子が分離、浮上しやすい
くなり、また、炉から金型に鋳込むまでに時間が
かかること、さらには重力鋳造法における溶湯の
凝固時間が長いこと等により、強化用微粒子の分
離傾向は増々大きくなり、従つて、均一な分散が
確保できないという問題がある。また、炉内の撹
拌装置が必要となり、スペースをとるとともに、
コスト高になるという問題がある。

この対策として、強化用微粒子と溶湯の濡れ性
を改善することが考えられ、強化用微粒子の表面
に濡れ性改善用のコーテイング層を設けたり、溶
湯に濡れ性を改善する成分を添加する等の方法が
採られているが、必ずしも十分なものではなく、
かつコスト高の要因となつている。

第２の従来法は、金型に溶湯を鋳込む経路の途
中で強化用微粒子を混入させるものである。この
方法には、溶湯に渦巻流を起こさせることにより
混入する渦巻鋳造法、溶湯流中に高速で強化用微
粒子を混入させる噴射分散法等がある。

しかしながら、第２の従来方法では、金型に流
れ込む流体に強化用微粒子を混入させるものであ
るため、量的に限界があり、かつ分散量が少ない
という問題がある。また、一般に重力鋳造による
ため凝固時間が長く、強化用微粒子が凝縮する等
して均一な分散状態が得られないという問題があ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来技術の問題を解決するため
になされたもので、強化用微粒子を金属マトリツ
クス中に均一に分散させることのできる分散強化
合金鋳物の製造方法を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

かかる目的は、本考案によれば、製品キヤビテ
イとゲートを郭定する上下に分割された金型と、
このゲートに連通し、一時的に溶湯の湯溜り部と
なるスリーブと、溶湯を加圧するプランジヤとを
備えた竪型加圧鋳造装置を用いた分散強化合金鋳
物の方法であつて、 前記スリーブ内に強化用微粒子を載置し、次い
でスリーブ内に溶湯を注ぎ込むことにより、強化
用微粒子を溶湯中に撹拌懸濁させ、続いてゲート
を介して製品キヤビテイに溶湯を導入した後、プ
ランジヤで溶湯を加圧することを特徴とする分散
強化合金鋳物の製造方法によつて達成される。

次に、本発明の構成を図面を参考にして説明す
る。

本発明においては、竪型加圧鋳造装置を使用す
る。なお、本発明では、竪型加圧鋳造装置は、竪
型ダイカスト装置、高圧鋳造装置を含むものとす
る。すなわち、本発明は、スリーブ内に一担溶湯
を滞留させることができ、かつ加圧可能な装置で
あれば適用することができる。

本発明において使用する強化用の微粒子として
は、高温でアルミニウムマトリツクス中に安定に
存在し、強度低下の原因となる成長や粗大化が生
じないことが必要である。この条件を具える微粒
子としては、酸化物、窒化物、炭化物、金属等が
ある。具体的には、SiC、TiC、ZrC、WC、
NbC、TiN、BN、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO、SiO₂、
ZrO₂、Fe₂O₃、CuO、黒鉛、Ｗ、Coを使用する
ことができる。

この微粒子の粒経は、十分な分散強化を得るた
めには5μ以下であることが望ましい。

本発明の分散強化合金鋳物の製造方法を、第１
図および第２図に示す竪型加圧鋳造装置を例に採
り説明する。

第１図は竪型加圧鋳造装置の要部断面図であ
り、１は上型、２は下型である。この上型１と下
型２により製品キヤビテイ３が郭定される。型
１，２の中央にはプランジヤスリーブ４が設けら
れており、このプランジヤスリーブ４内には加圧
プランジヤ５とカウンタプランジヤ６が摺動自在
に嵌挿されている。この両方のプランジヤ５，６
の先端には、それぞれ加圧チツプ７とカウンタチ
ツプ８が装着されている。また、製品キヤビテイ
３とプランジヤスリーブ４は、ゲート９を介して
連通されている。なお、１０は注湯口であり、１
１は押し出しピンである。

まず、型締めを行い、カウンタチツプ８により
ゲート９を閉じ、加圧プランジヤ５を引き上げて
図に示す状態とする。次いで、注湯口１０等から
強化用微粒子１３をスリーブ内のカウンタチツプ
８に投入する。続いて、第２図に示す如く、注湯
口１０から溶湯１２を注ぎ、この溶湯流で強化用
微粒子１３を撹拌させ、溶湯１２中に懸濁させ
る。その後、直ちにカウンタチツプ８を徐々に下
げ、静かに溶湯１２を製品キヤビテイ３に導入す
る。製品キヤビテイ内に1/4〜1/3溶湯が導入され
たとき、加圧プランジヤ５により溶湯１２を加圧
し、溶湯１２を製品キヤビテイ３に充填する。凝
固後、型を開き、押し出しピン１１により製品を
取り出す。

なお、第３図ａ，ｂに示すように、注湯口１０
をスリーブに対し偏心させたり、または第４図に
示すように、スリーブに対する注湯口１０の位置
を高くしたり、角度を急にすることによつて、溶
湯の撹拌能力を向上させることができる。

〔発明の作用〕 本発明においては、スリーブ内の強化用微粒子
１３は、注ぎ込まれる溶湯１２により撹拌混合さ
れ、強化用微粒子１３が分離、浮上する間もなく
直ちに製品キヤビテイ３内に導入される。その
後、直ぐ加圧され、溶湯１２は急速に冷却、凝固
する。

〔発明の効果〕

このため、本発明においては、次のような効果
を奏する。

(イ) 落下する溶湯により強化用微粒子が撹拌さ
れ、その後直ちに鋳込まれ、かつ凝固速度が速
いため、強化用微粒子が均一に分散した鋳物が
できる。このため、鋳物の機械的強度が大幅に
向上する。

(ロ) 従来からある竪型加圧鋳造装置をそのまま、
または必要に応じ若干改善したものを用いるこ
とができ、従来法の如く、特別に撹拌機や微粒
子噴出装置を必要としないため、コスト低減を
図ることができる。また、同じ理由でメンテナ
ンスが容易となる。

実施例 第１図に示す竪型加圧鋳造装置を用いてロツカ
アームを製造した。

まず、型閉めし、スリーブ４内のカウンタチツ
プ８上に、強化用微粒子として粒経1μのアルミ
ニウム（Al₂O₃）微粒子１３を、溶湯１２に対し
重量３％載置した。続いてスリーブ４内に720℃
のアルミ合金溶湯１２（JIS AC5A）を注湯し、
このアルミ合金溶湯１２の落下によりアルミナ微
粒子１３を撹拌混合する。次いで、その撹拌が静
止しないうちに、カウンタチツプ８を下げ、ゲー
ト９を開けて製品キヤビテイ３内にアルミ合金溶
湯１２を導くとともに、加圧プランジヤ５により
加圧し、製品キヤビテイ３内にアルミ合金溶湯１
２を充填する。この注湯完了から製品キヤビテイ
３内への充填完了までの時間は約３秒であつた。

この結果得られたロツカーアームの150℃での
高温疲労強度は、前述の第１の従来法に比べ、約
25％向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する竪型加圧鋳造装置の
断面図、第２図は溶湯で強化用微粒子を撹拌して
いる様子を示す竪型加圧鋳造装置の部分断面図、
第３図は、注湯口をスリーブに対し偏心させた竪
型加圧鋳造装置の部分断面図であり、ａは横断面
図、ｂは縦断面図、第４図は、注湯口の位置、角
度を変えた竪型加圧鋳造装置の部分断面図であ
る。 １……上型、２……下型、３……製品キヤビテ
イ、４……プランジヤスリーブ、５……加圧プラ
ンジヤ、６……カウンタプラジヤ、７……加圧チ
ツプ、８……カウンタチツプ、９……ゲート、１
０……注湯口、１１……押し出しピン、１２……
溶湯、１３……強化用微粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製品キヤビテイとゲートを郭定する上下に分
   割された金型と、このゲートに連結し、一時的に
   溶湯の湯溜り部となるスリーブと、溶湯を加圧す
   るプランジヤとを備えた竪型加圧鋳造装置を用い
   た分散強化合金鋳物の製造方法であつて、 前記スリーブ内に強化用微粒子を載置し、次い
   でスリーブ内に溶湯を注ぎ込むことにより、強化
   用微粒子を溶湯中に撹拌懸濁させ、続いてゲート
   を介して製品キヤビテイに溶湯を導入した後、プ
   ランジヤで溶湯を加圧することを特徴とする分散
   強化合金鋳物の製造方法。