JPS6142463A - 金属の加圧鋳造方法 - 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】 「発明の目的」 本発明は金属の加圧鋳造方法の創案に係シ、健全な金属
鋳造体を的確に得ることができ、比較的低加圧力によっ
ても高い加圧力によるものと同様な鋳造体を得しめると
共にＭ＆維強化型金属鋳造体などを有効に得しめること
のできる方法を提供しようとするものである。

産業上の利用分野 金属溶湯による加圧鋳造。

従来の技術 金属溶湯の鋳造に際して鋳型内に注入された溶湯に加圧
力を作用させることにより緻密で強度的に優れた鋳造体
を得ることは従来から知られている。溶湯に対する加圧
は加圧パンチによって与えられる。

発明が解決しようとする問題点 上記したような従来の加圧鋳造技術においてはその加圧
によって緻密で強度の高い鋳造体か得られると考えられ
るとしても、実際の鋳造に際しては以下のような問題点
がある。

■　注入された溶湯の全外周面は金型内面に強制的に押
しつけられた状態で凝固が進行し、即ち鋳造体における
凝固はその外周部から内部中心部に向けて進行すること
となる。このため加圧力が外周部から発達した凝固層の
変形抵抗より適切に大きい条件下においては成程その加
圧圧縮作用によって収縮巣や含有ガスによるポロシティ
の発生を防ぎ得るが、加圧力が前記凝固層の変形抵抗に
打勝つに不充分となり、即ち加圧力が時間の経過と共に
発達する凝固層の変形抵抗と平衡化する時点以降におい
てはその圧縮作用が及ばなくなるので凝固層で構成され
る密閉殻内で単に凝固し、この凝固収縮は固体収納より
可成シ大きいので最終的な凝固域にはそれなシの収縮巣
が発生せざるを得ない。

■　従って健全な鋳物を得るためには、例えば５０龍φ
の円柱状鋳物をアルミニウム系溶湯から得る場合におい
て５００Ａｆ／ｄ以上の加圧力を必要とし、前記鋳物の
径が大きくなるに従いこの必要加圧力は急激に上昇する
こととなるので巨大高出力の加圧機構が必要で、実現可
能な鋳物の大きさにも自ら限度がある。

■　鋳物と金型との間にエアギャップが存せず、従って
浴湯中酸化皮膜などの介在物による含有ガスは外部に放
出されることなくトラッノされる。然してガスに関して
は加圧下で凝固させることにより鋳物のガス溶解度が増
大し、ガス含有量のそれなりに多い溶湯でもがスポロシ
ティが発生しないが、鋳造後の熱処理時に固溶していた
ガスが凝集放出され、鋳物にブリスターを発生させるこ
とがある。

■　凝固温度範囲の広い合金系では低融点成分が最終凝
固域部分に集中して偏析が発生する。

この偏析は鋳物の機械的性質などに悪影醤を及を重すこ
とは言うまでもない。

■　繊維強化金属体などを得るような場合に加圧鋳造を
採用することが好ましいことは言うまでもないが、上記
■〜■の問題点が顕著に現われ、その品質低下、品ｆＢ
ｔばらつきにより所期するような強化機能を発揮し得な
い。

「発明の構成」 問題点を解決するだめの手段 本発明は上記したような従来のものの問題点を解決する
ように工夫されたもので、鋳型内に金属溶湯を注入する
と共に加圧パンチによって該溶湯を加圧して鋳造するに
当り、前記加圧パンチ対向部から他の部分より優先的な
熱抽出能を以て溶湯の熱量を抽出することを特徴とする
金属の加圧鋳造方法であシ、又、 鋳型内に金属溶湯を注入すると共に加圧ノソンチによっ
て該溶湯を加圧して鋳造するに当り、上記溶湯に素会毒
強化材を添加し、前記加圧・母ンチ対向部から他の部分
より優先的な熱抽出能を以て溶湯の熱量を抽出すること
を特徴とする金属の加圧鋳造方法である。

作用 加圧・母ンチ対向部位からの熱抽出能が他の部分からの
熱抽出能より適当に高められることにより該加圧パンチ
による加圧条件下での溶湯凝固が加圧パンチに向けて略
平行状態に進行し、加圧・母ンチ部分が最終的な凝固完
了時点まで溶融状態を維持する。従って該加圧ノｆンチ
による加圧力は溶湯に対して凝固完了時点まで有効に一
作用し、得られる鋳造体の全般が均質で、しか−と） も強度、伸びその他の特性値の高い状態と１〜て得られ
ることになる。

実施例 本発明によるものの具体的な実施態様を適宜に添附図面
を参照して説明すると、本発明方法を実施する鋳造設備
の概要は第１．２図に示す通りで、底部鋳型３上に周側
鋳型２を設け、該周側鋳型２に対し加圧パンチ１が作用
するが、前記底部鋳型３には冷却水を導入する冷媒通人
部６が形成され、又周側鋳型２には加熱手段５が設けら
れ、しかも該周側鋳型２の成形面と前記した加圧パンチ
１の成型面には低熱伝導材４がそれぞれ設けられている
。アルミニウム合金溶湯を注入して加圧鋳造するような
場合において周側鋳型３が例えば５００℃に加熱されて
いるような条件下においては低熱伝導材４を用いる必要
がないが、４００℃未満のような条件下では図示された
ような低熱伝導材４によって成型面を形成し鋳型側壁部
分からの熱抽出を抑制準ることか好ましい。この低熱伝
導材としては例えばＳＬ、Ｎ４成形体又はこれに準じた
ものが用いられる。

具体的な加圧鋳造過程の概要は第２図に示す通りで、底
部鋳型３面から冷却凝固が水平状態で上方に進行し、７
ａ−７ｎのように凝固界面が加圧パンチ側に移動する。

即ちこのような本発明方法によると加圧・（ンチ側は最
終段階において、しかもその・ぐンチ面全般が同時的に
凝固される。

然して本発明者等は斯様な関係を有効に得しめる条件に
ついて検討した結果によると加圧パンチ対向面からの熱
抽出能を他の部分、即ち周側鋳型ないし加圧ｉ？ンチに
おける熱抽出能の約３倍以上とすることが好ましく、こ
の程度以下では特に加圧パンチ側において第２図に示す
ような凝固界面７１〜Ｉｎの進行を見ない中に周側鋳型
からの凝固層形成が認められる傾向があるのに対し、約
３倍以上とすることによって斯様な傾向を有効に回避で
きるので好ましい。又コ士、記のように凝固境界面が水
平状に上昇するこ実施することができ、このような締維
強化制としてはカーボン４４−紐、ＳｉＣ繊維、〃２ｏ
３縁維、＆Ｃウィスカーなどがあり、粒子強化拐として
はＳｔＣ、ＡＴＯｓ　、　５ｉｓＮ４などの粒子相があ
る。

上記のようにしてパンチ側に向けてノー次に凝固が進行
する本究明方法ＶＣよるならＹＪ匠米の加圧鋳造法によ
る問題点を解消し、以下に列挙するような利点′！ｃ−
１７しめることができる。

■　比較的低加圧力で従来法に」：る＾加圧力と同様な
健全な鋳造体を得ることが口Ｊ能で、例えば１０〜１０
０蛇／ｃｄ程度の加圧力で従来法による５００館／ｍ以
上の加圧力を用いたものと同等の鋳造体が得られる。

■　上記のことから例えば２００關φのような大型円柱
状鋳物でも３０）ン根度の小８Ｍなブレス機構で製造し
得る。

■　酸化皮膜や射存ガスを凝固過程において加圧パンチ
側に浮上分離することが町１ｊヒで、鋳物の内部に包含
されるそれらの量を極力小さくできるので鋳造後に熱処
理を施してもブリスターを発生することがない。

■　合金の場合でも偏析を防ぐことができる。

［Ｆ］　それぞれの部分における急冷凝固は確保される
ので加圧鋳造の特徴としての急冷凝固による組織の微細
化、高密度化を有効に得しめ、鋳物の機掴的性質向上が
得られる。

［Ｆ］　アルミナ繊維やカー？ン繊維などを用いた繊維
強化型金属部体又は粒子状強化材を用いた金属部体を得
る場合においても細かい繊維間空隙又は粒子間空隙に溶
湯が適切に浸入して繊維との密着が全般的に得られ、高
品質の複合材が得られる。

本発明によるものの具体的な鋳造例について従来法によ
る比較例と共に説明すると以下の如くである。

鋳造例１ Ｍ　−４％　Ｃｕ合金を１５０’ｍｍφで長さ２００ｍ
ｍの鋳塊として得るに当り、前記したような本発明に従
い周側鋳型を５００℃に加温し底部鋳型には２１／ｍｉ
ｎの割合で冷却水を通人せしめて冷却しつつ７００℃の
前記合金浴湯を注入し、加圧パンチによって１００Ａｙ
／ｄの加圧力を作用せしめ鋳造した。前記した底部鋳型
からの冷却水による熱抽出能は周側鋳型からの熱抽出能
の５倍程度である。

又これに対し比較例としてビレッ］・サイズとしては上
記と同じものを従来法に従い底部を含めた鋳型全体の温
度が３００℃の条件下で７００℃の同じ合金溶湯を注入
し、１００ｋＬｉ／−の加圧力を作用させて加圧鋳造し
た。

即ち上記のようにして得られた本発明による鋳塊と比較
例による鋳塊についてＩ＃造ままの特性を測定した結果
は次の第１表に示す通ｐであって、本発明によるものが
何れの特性においても各部間に殆んど変化がないと共に
高い値を示し、特に伸びにおいては外周部で吃２倍、中
心部では３倍近い値を示している。

第　　１　　表 鋳造例２ ．４ｔ−７％ＳＬ　−０，４％均合金を鋳造例１と同じ
寸法のビレットに鋳造するに当って、鋳造例１と全く同
じ条件で本発明による鋳造体を得た。

これに対し比較例として、ビレット寸法、鋳型温度は鋳
造例１において述べた比較材と同じであるが、合金溶湯
の温度は７６０℃となし、又加圧・９ンチによる加圧力
は１００ＯＡＩＩ／ｃＩＩで実施した。得られた各ビレ
ットについての特性値を鋳造例１と同じに測定した結果
は次の第２表の如くである。

第　　２　　表 即ちこの場合においても本発明材は殆んどばらつきのな
い特性値を示しているのに対し比較材は倒れの特性値に
おいてもばらつきが大でおシ、又中心部においては大き
な収縮巣が生じていて、１０００Ａｆ／ｄのような高い
圧力を加えても健全な鋳塊が得られていない。

鋳造例３ 内径１００ｍ１＋、深さ２００朋で、厚さ２０龍の５Ｌ
ｌＮ４成形体を内面に装着した金属鋳型を用い、該鋳型
を３００℃に予熱した状態で、７００℃に予熱した外径
１００ｍｍ、長さ１００朋の＆Ｃウィスカー成形体（市
販品）を装入し、該成形体の上方から温度７５０℃のμ
ｍ１％Ａ４−０．６％＆合金浦湯を注入し、加圧パンチ
を下降させて溶湯に１００Ａ９／ｃＩＩの圧力を負荷さ
せながら加圧パンチと対向する鋳型底部に付設された冷
却機構に４１／ｍｉｎの冷却水を通水して前記加圧力で
溶湯が含浸されたＳｔＣウィスカー成形体を底部から上
方に順次凝固を進行させ１，４／−１％Ａ４＋−０，６
％ＳＬ合金マトリックスのＳｔＣウィスカＶｆ（ＳｉＣ
ウィスカーの容積比）１５褒の複合材ビレットを鋳造し
た。

又このものに対し比較のために、従来の加圧装置を用い
、金型温度３５０℃、加圧力１０００ｋＶ／ｄとし、そ
の他は上記したところと全く同じ条件でμｍ１％Ａ４−
０．６％＆合金マトリックスのＳｔＣウィスカーＶｆ　
１５％の複合材ビレットを得た。

上記のようにして得られた本発明材および比較材につい
てその複合性を評価するため、それらビレット内の比重
分布測定および６ｏｏトン押出し機を用いて２０＋ｍφ
の押出し棒を作成し、５４０℃Ｘ　２　ｈｒ加熱。ＷＱ
、１６０℃Ｘ５ｈｒ加熱のＴ６処理を施し、その機械的
性質を測定した結果は次の第３表に示す通りである。

第３表 即ち従来法では中心部が凝固完了するまで凝固に伴うシ
ュリンケージを補給するのに十分な圧力を負荷させるこ
とができず、ビレットの中心部にシュリンケージキャビ
ティが生じ、強化材とマトリックスとの接着強度が小さ
くなる。

その結果押出し棒においても７トリツクスと強化材との
接着強度が小さく、比較材においては強化材の補強効果
が小さく、特に耐力が向上していない。

これに対し本発明によるものはビレットの全般に１００
＃／７の圧力を負荷させながら凝固させ得るので強化材
とマトリックスの間でのシニリンケージキャビティの生
成を防ぐことができ、均質な比重をもった複合ビレット
を得ることができ、しかもマトリックスと強化材との接
着強度が大きく、押出し棒でも補強効果の優れた材料を
得ることができる。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは従来の加圧鋳造
法による問題点を有効に解決し、均一な特性値をもって
鋳造体を簡易に得しめることができるもので、特に加圧
力の比較的低い条件によっても従来法による高い加圧力
の場合と同等ないしそれ以上の効果を得しめることから
この種加圧鋳造設備の簡易化、或いは適用されるべき糾
遺体の寸法範囲拡大を有利にもたらし、繊維ないし粒子
を配合した強化材などに関し、そのマトリックス中に酊
湯を有効に滲透せしめて好ましい強化機能を発揮し得る
等の効果を有しておシ、工業的にその効果の大きい発明
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるものの技術的内容を示すもので、第
１図は本発明方法を実施するだめの設備についての断面
図、第２図はその加圧鋳造操作についての説明図である
。 然してこれらの図面において、１は加圧パンチ、２は周
側鋳型、３は底部鋳型、４は低熱伝導材、５は加熱手段
、６は冷媒通入部、７は溶湯の冷却によ、′）凝固界面
を示すものである。 特昨出願人　　日本軽金属株式会社 発　　　明　　　者　　　渡　　　辺　　　修　−部間
　　　　　　　　　　　　　味　　　杓　　　彰　　　
部同　　　　　　　　　　　　　佐　　　藤　　　京　
　　旬間　　　　　　　　　　　　大　　　野　　　昭
　　　自第　　／　　福１ 第　２１ち１ 抄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型内に金属溶湯を注入すると共に加圧ンチによつ
   て該溶湯を加圧して鋳造するに当り、前記加圧パンチ対
   向部から他の部分より優先的な熱抽出能を以て溶湯の熱
   量を抽出することを特徴とする金属の加圧鋳造方法。 ２、鋳型内に金属溶湯を注入すると共に加圧パンチによ
   つて該溶湯を加圧して鋳造するに当り、上記溶湯に強化
   材を添加し、前記 加圧パンチ対向部から他の部分より優先的な熱抽出能を
   以て溶湯の熱量を抽出することを特徴とする金属の加圧
   鋳造方法。