JPH11192542A - 鋳ぐるみ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミナイジング処理による拡散層を薄く均
一に生成して、拡散層における割れの問題を減少させ、
被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金との結合を向上させる
鋳ぐるみ方法の提供。 【解決手段】 被鋳ぐるみ材１の表面にアルミナ粒子が
圧縮空気によって所定時間吹き付けられることにより加
工硬化層が生成される。その後被鋳ぐるみ材１はアルミ
ニウム合金溶湯に浸漬されてアルミナイジング処理が施
され、さらに鋳型内に保持され溶融したアルミニウム合
金が鋳型内に注湯されて鋳ぐるみが行われる。被鋳ぐる
み材１表面に加工硬化層が生成されることによってアル
ミナイジング処理時の反応層２の成長速度が低下し、反
応層を薄く均一に生成させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋳ぐるみ方法に関し、特
に鉄系金属からなる被鋳ぐるみ材がアルミナイジングさ
れ、アルミニウム合金と融着結合されることによって鋳
ぐるまれる鋳ぐるみ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数の素材を組合わせ一体化
させる鋳造技術が知られている。このようにして得られ
た複合素材は、単一素材にはない優れた特性を発揮す
る。例えば、鉄系金属からなる被鋳ぐるみ材が、アルミ
ニウム合金によって鋳ぐるまれ、両者が一体化される。

【０００３】しかし、鉄系金属に何らの処理を施さずに
アルミニウム合金で鋳ぐるむと、鉄系金属の表面には通
常酸化膜が形成されているので、アルミニウム合金との
一体性が得られなかった。そして脱酸処理はきわめて困
難であり、酸洗い等で使用する薬品は有毒な危険物であ
って、作業に熟練を要していた。

【０００４】そこで鋳ぐるみの前に、被鋳ぐるみ材の表
面をアルミナイジング処理することが提案されている。
アルミナイジング処理とは、溶融したアルミニウム又は
アルミニウム合金の中に被鋳ぐるみ材を浸漬させ、被鋳
ぐるみ材の表面とアルミニウムとを拡散反応させる処理
である。アルミナイジング処理後に被鋳ぐるみ材を鋳型
内に保持して、溶融したアルミニウム合金が充填され
る。これにより被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金が融着
結合されるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アルミナイジ
ング処理による拡散層は、鉄とアルミニウムとの拡散結
合によって熱伝導性と機械的強度が向上するものの、衝
撃等に対する強度はそれ程高くなく脆弱であるという欠
点を有するので、拡散層が厚くなると脆くなり、鋳ぐる
み後に拡散層で割れの問題が生じていた。

【０００６】そこで本発明は、アルミナイジング処理に
よる拡散層を薄く均一に生成して、拡散層における割れ
の問題を減少させ、被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金と
の結合を向上させる鋳ぐるみ方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、鉄系金属からなる被鋳ぐるみ材を溶融し
たアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯に浸漬し該被
鋳ぐるみ材の表面をアルミニウムで拡散反応させて取出
すことによってアルミナイジング処理を行い、その後該
被鋳ぐるみ材を鋳型内に保持し、アルミニウム合金溶湯
を該鋳型内に充填して該被鋳ぐるみ材と該アルミニウム
合金を融着結合して鋳ぐるみ品を製造する鋳ぐるみ方法
において、該アルミナイジング処理前に、該被鋳ぐるみ
材の表面に金属又はセラミックスからなる粒子を吹付け
て該表面に加工硬化層を生成する鋳ぐるみ方法を提供し
ている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
鋳ぐるみ方法について図１乃至図４に基づき説明する。

【０００９】はじめに被鋳ぐるみ材料である鉄系金属の
表面に対して加工硬化処理が行われる。この加工硬化処
理は、被鋳ぐるみ材の表面に金属又はセラミックスから
なる粒子を吹付けることによって実行される鍛造の一種
である。好ましい金属粒子としては、鋼粒子、ステンレ
ス粒子であり、セラミックス粒子としては炭化ケイ素、
アルミナ粒子等である。

【００１０】次に、加工硬化処理された被鋳ぐるみ材が
溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯に浸漬
し該被鋳ぐるみ材の表面をアルミニウムで拡散反応させ
て取出すことによってアルミナイジング処理が行われ
る。鉄系金属例えば鋼板の表面に加工硬化層を生成させ
ると、アルミナイジング処理により生成される鋼板表面
の反応層（拡散層）の成長速度が低下するメカニズムは
次のような現象によるものと考えられる。溶融アルミニ
ウム又はアルミニウム合金（以下、溶融アルミニウムと
称す）中へ鉄系金属を浸漬させると、鉄系金属中へアル
ミニウムが拡散すると同時に、溶融アルミニウム中へ鉄
が溶解する。加工硬化層は工ネルギー状態が高いため、
溶融アルミニウム中への鉄の溶解が増加すると考えられ
る。鉄系金属からの鉄の放出のほうが溶融アルミニウム
からのアルミニウムの流入よりも多いので、鉄系金属中
へのアルミニウム拡散により生成する反応層の成長が低
く拡散層が薄くなると考えられる。なお、溶融アルミニ
ウムはアルミナイジング処理中常に攪拌しており、また
鉄系金属の容積と比較し溶融アルミニウムの容積は極め
て大きいため、鉄系金属近傍の鉄の濃度は無視できる。

【００１１】上述したようにアルミナイジング処理は鉄
系金属とアルミニウムとの一体化のために必要である
が、反応層が厚すぎるとその脆性により割れが生じ、結
果的に鉄系金属とアルミニウムとの一体性を低下させる
ことになる。はじめに加工硬化処理が行われているので
アルミナイジング処理において拡散層を薄く形成するこ
とができ、割れの可能性を減らすことができる。

【００１２】次にアルミナイジング処理された被鋳ぐる
み材を鋳型内に保持し、アルミニウム合金溶湯を鋳型内
に充填して該被鋳ぐるみ材と該アルミニウム合金を融着
結合して鋳ぐるみ品を製造する。

【００１３】実験１ 加工硬化処理と反応層の厚さとの関係を調べるために、
鉄系の被鋳ぐるみ材としてＪＩＳ−ＳＰＣＣを用意し、
またアルミナイジング処理で用いられる溶融アルミニウ
ム合金を用意した。被鋳ぐるみ材に様々な加工硬化処理
をする代わりに、鉄の含有量が互いに異なる４種の溶融
アルミニウム合金を用意した。第１の溶融アルミニウム
合金は、アルミニウムとケイ素から構成される鉄の含有
量がゼロの溶融アルミニウム合金、第２乃至第４の溶融
アルミニウム合金はアルミニウムとケイ素から構成され
るアルミニウム合金の中に、アルミニウムと鉄から構成
されるアルミニウム合金を加えることにより、溶融アル
ミニウム合金中の鉄の含有量を１重量％、３重量％、５
重量％に調整したものである。

【００１４】アルミナイジング処理は、溶融アルミニウ
ム合金を７００℃に保持し、被処理鉄系金属材を２４０
秒間浸漬することによって行われた。図１に示されるグ
ラフから明らかなように、溶融アルミニウム中の鉄含有
量が増加するにしたがい、反応層の厚さは増加する。こ
れは、溶融アルミニウム中の鉄の含有量が増加すると被
処理鉄系金属から溶融アルミニウム中への鉄の溶解が抑
制され、逆に、被処理鉄系金属材へのアルミニウムの拡
散による反応層生成が増加するためである。溶融アルミ
ニウム中の鉄の含有量が少ないことは、加工硬化層の工
ネルギー状態が高く、溶融アルミニウム中への鉄の溶解
が増加することと同義であり、加工硬化処理により反応
層を薄くできることが図１に示されるデータによって等
価的に把握することができる。

【００１５】実験２ 次に、加工硬化処理条件と被鋳ぐるみ材の加工硬化層の
硬さの関係を実験により調べた。まずＪＩＳ ＳＰＣＣ
鋼板を被鋳ぐるみ材として用意し、加工硬化層形成用粒
子として粒度＃８０のアルミナＡｌ₂Ｏ₃粒子を、鋼板表
面に圧縮空気圧３ｋｇｆ／ｃｍ²にて吹き付けた。吹付
け時間を２秒の場合（試料Ａ）と５秒の場合（試料Ｂ）
とし、これにより生成された鋼板表面の加工硬化層のビ
ッカース硬さを測定した。また比較材としては、加工硬
化処理を行わないＪＩＳ ＳＰＣＣ鋼板のビッカース硬
さを測定した。実験結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】 表１から明らかなように、加工硬化処理を行っていない
場合にはビッカース硬さが１４４Ｈ_Vであったが、試料
Ａでは１９１Ｈ_V 試料Ｂでは２９３Ｈ_Vであり、粒子吹
き付け時間を長くするほど被鋳ぐるみ材の硬度が高くな
ることがわかる。

【００１７】実験３ 次に、上記した試料Ａ、Ｂ及び比較材について、アルミ
ナイジング処理条件と被鋳ぐるみ材の反応層の厚さとの
関係を実験により調べた。具体的には、純度９９．７
％、温度６９０℃の溶融アルミニウムに、浸漬時間を３
０秒、６０秒、１２０秒として被鋳ぐるみ材を浸漬さ
せ、浸漬時間の相違及び加工硬化処理の相違に起因する
る反応層の厚さを計測した。実験結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】 図２に示されるグラフは表２に基づき、それぞれの試料
についての浸漬時間と反応層の厚さとの関係を示したも
のである。グラフから明らかなように、浸漬時間を３０
秒から、６０秒、１２０秒へと増加させると、生成され
る反応層の厚さは、いずれの場合もほぼ増加しているこ
とが判る。また、加工硬化層の硬度が高くなるにつれて
反応層の厚さが薄くなることが判る。

【００１９】以上により、鋼板表面に加工硬化層を形成
することにより拡散反応速度が低下し、反応層の厚みが
抑制されることがわかる。

【００２０】図３乃至図５は試料Ａ、試料Ｂ、及び比較
材の浸漬時間が３０秒の場合の金属組織を示す倍率２０
０倍の顕微鏡写真である。これらの図において、右側の
灰色部分は被鋳ぐるみ材１であり、スジ状の白色部分２
は反応層であり、左側の黒色部分は空間である。なお白
色部分２の表面（左側面）は波状となっているが、これ
は加工硬化層形成のときの粒子の衝突の跡である。これ
らの写真からも明らかなように、加工硬化層が形成され
ていない比較材では試料Ａや試料Ｂに比較して反応層２
が厚く形成されており、試料Ｂの反応層が試料Ａの反応
層よりも薄く形成されていることが判る。

【００２１】なお本発明による鋳ぐるみ方法は上述した
実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲
に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の鋳ぐるみ方法によれば、
金属又はセラミックスからなる粒子が被鋳ぐるみ材表面
に吹付けられて表面に加工硬化層が生成されるので、溶
融したアルミニウム又はアルミニウム合金に被鋳ぐるみ
材が浸漬された際に被鋳ぐるみ材表面におけるアルミニ
ウム合金等との拡散反応の速度を低下させることが可能
となり、拡散反応によって生成される比較的脆弱な反応
層の成長を抑制して薄く均一な反応層にすることができ
る。そのために反応層の脆さが改善され、鋳ぐるみの後
に、反応層における割れによる不良品の発生や破損を極
めて少なくすることができ、製品に対する信頼性が飛躍
的に向上し、また総合的に安価な製品製造が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミナイジング処理における溶融アルミニウ
ム合金中の鉄の含有量と反応層の厚さとの関係を示すグ
ラフ。

【図２】加工硬化処理を施した被鋳ぐるみ材Ａ、Ｂと加
工硬化処理を施さない比較材について、浸漬時間と反応
層の厚さとの関係を示すグラフ。

【図３】被鋳ぐるみ材被処理表面にアルミナ粒子の吹付
けを２秒間施し、その後溶融したアルミニウムに被鋳ぐ
るみ材を浸漬して拡散反応させることにより生成された
反応層を示す金属組織顕微鏡写真。

【図４】被鋳ぐるみ材被処理表面にアルミナ粒子の吹付
けを５秒間施し、その後溶融したアルミニウムに被鋳ぐ
るみ材を浸漬して拡散反応させることにより生成された
反応層を示す金属組織顕微鏡写真。

【図５】被鋳ぐるみ材に加工硬化処理を施さずに、溶融
したアルミニウムに被鋳ぐるみ材を浸漬して拡散反応さ
せることにより生成された反応層を示す金属組織顕微鏡
写真。

【符号の説明】

１ 被鋳ぐるみ材 ２ 反応層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 憲仁 神奈川県川崎市川崎区殿町３−25−１ い すゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)発明者 劉 悟玄 神奈川県藤沢市土棚８番地 いすゞ自動車 株式会社藤沢工場内 (72)発明者 新矢 伸昭 神奈川県川崎市川崎区殿町３−25−１ い すゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)発明者 上野 正巳 神奈川県川崎市川崎区殿町３−25−１ い すゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)発明者 新田 真 東京都千代田区外神田３−15−１ リョー ビ株式会社東京本社内 (72)発明者 西 直美 東京都千代田区外神田３−15−１ リョー ビ株式会社東京本社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系金属からなる被鋳ぐるみ材を溶融し
   たアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯に浸漬し該被
   鋳ぐるみ材の表面をアルミニウムで拡散反応させて取出
   すことによってアルミナイジング処理を行い、 その後該被鋳ぐるみ材を鋳型内に保持し、 アルミニウム合金溶湯を該鋳型内に充填して該被鋳ぐる
   み材と該アルミニウム合金を融着結合して鋳ぐるみ品を
   製造する鋳ぐるみ方法において、 該アルミナイジング処理前に、該被鋳ぐるみ材の表面に
   金属又はセラミックスからなる粒子を吹付けて該表面に
   加工硬化層を生成することを特徴とする鋳ぐるみ方法。