JPH0673740B2 - アルミニウム合金鋳物のナトリウム元素添加方法 - Google Patents

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 Al−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、引け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、引け巣や割れ
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、るつぼ内の溶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、必要量づ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け巣等の鋳造欠
陥を防止するために有効なナトリムウ元素の添加量は、
第５図においてｘ軸に製品中のナトリウム元素残留量
を、ｙ軸に鋳造欠陥（引け巣）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20PPM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ｘ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
素残留量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30PPM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20PPM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
ナトリムウ原子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。

さらに、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、引け
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、引け巣等の鋳造欠陥の
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
方法の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、
鋳造欠陥の発生し易い部位を形成するキャビティ内へ突
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
前記鋳造欠陥の発生し易い部位の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し
て中空部を形成する突出型部により、厚肉部分の肉厚を
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
部的でかつ集中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、前記鋳抜き型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
Cl）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16c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、鋳抜き型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（NaCl）お
よび塩化カリウム（KCl）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12重量％と、塩
化ナトリウムを44重量％と、塩化カリウムを44重量％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、鋳抜き型16の頭部16bの下面の垂直リブ16aに囲ま
れた凹部18は、鋳造時にナトリウム元素添加用のフラッ
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S₁が形成される位置の周辺の厚
肉部分、特に鋳造後に雌ねじが形成されるボルト挿通孔
S1の内周付近にナトリウム元素が局部的に、かつ集中的
に添加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20PPM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け巣等の鋳
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
抜き型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抜き
型16として塩中子を使用しているので、鋳抜き型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抜き型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て、鋳造品に中空
部を形成する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ができる。またシリ
ンダヘッド以外のあ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、肉圧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。

発明の効果 以上説明したように、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
へ突出して中空部を形成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局部的
でかつ集中的に溶出させるので、ナトリウム元素を必要
最少限の添加量で、引け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、鋳造作業となるととも
に、保持用る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す説明図、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
素残留量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
の鋳抜き型、16b……頭部、16c……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、S₁……シリンダヘッドボルト用の挿
通孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、鋳造欠陥の発生し易い部位を形成する
   キャビティ内へ突出して中空部を形成する突出型部の表
   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前記鋳造欠陥の発生
   し易い部位の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. 【請求項２】前記突出型部が、ボルト挿通孔を形成する
   中子で、その表面にナトリウム元素供給層が形成されて
   い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。