JPS6155576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過共晶アルミニウム―珪素合金の初晶
珪素微細化法に係る。

アルミニウム―珪素合金は添加元素含有量に従
つて３群に類別されることが当業者に公知であ
る。Siを約12.5重量％含有する合金を共晶と呼
び、Siをこの値より少い量又は多い量含有する合
金をそれぞれ亜共晶又は過共晶と呼ぶ。

本発明に於いては、製造過程における冷却の際
に実質的に初晶珪素を含有する固体相、次にアル
ミニウム―珪素共晶系を相次いで生じる二元及び
多元過共晶合金のみを考察する。

このような合金は特に内燃機関のジヤケツトの
鋳造による製造の際に用いられる。その理由は硬
い初晶珪素がより柔らかい共晶マトリツクス中に
埋入されているこの種の結晶構造が特に潤滑剤の
滞留及び摩擦作用に有利な微孔質を呈する表面を
形成する傾向があるためである。しかしながら、
有利な結果を得るためにはこれらの結晶は100μ
ｍを超えない大きさでなければならない。

ところで、特に大きい寸法の鋳造部品について
は、この要求を満たすのは困難である。

このために、これらの合金を製造する際に、液
体金属中で発達中心の個数を増加させ、且つ冷却
過程中に小さい寸法の結晶を形成させる“微細化
剤”と呼ぶ元素又は化合物を添加するようになつ
た。

文献中には多数の微細化剤が記載されている。
しかしながら、これらの微細化剤は各々特有の効
果を有するので無差別に使用することはできな
い。

ある微細化剤は初晶珪素に対して作用を有して
いるのに対し、他の微細化剤は、反対に共晶の珪
素結晶にしか作用しない。１つの相の結晶を微細
化すると同時に他の相の結晶を増大し得るものさ
えある。

S.T.CHIUは、METALLKUNDE 1966年 ５
月第57号の彼の論文“Al―Si合金の改良に対する
種々の元素の効果（The effect of various
elements on the modification of Al―Si
Alloys）”中でこれらの元素の特異性を示してお
り、特に第399頁第４表に初晶珪素を微細化し得
る濃度と共に元素のリストを掲げている。この表
にはクロム、モリブテン、マンガン、タングステ
ン、燐、硫黄、沃素、銅、銀、亜鉛、錫、鉛、ニ
ツケル、カドミウム、水銀が見られる。

この論文中、第396頁第２表には、前記のすべ
ての元素と反対に、過共晶合金に添加したマグネ
シウムは初晶珪素を増大して共晶結晶を微細化す
る効果を有することが示されている。

ところで、本出願人は特に燐による過共晶合金
の結晶微細化について広く研究した結果、驚くべ
きことに、微細化剤がすでに添加されている合金
にマグネシウムを添加すると、微細化は損われず
かえつて増強されることを認めた。このことは
CHIUによる教示に反している。更に本出願人は
この補足的微細化作用が直ちに消えるものである
こと、即ち前記作用が時間の経過につれて消滅
し、従つてその効果による最大の利益を得るため
には鋳造の直前にこのマグネシウムを添加しなけ
ればならないことを知見した。

このように本発明は燐を含有する微細化剤が予
め添加されている過共晶アルミニウム―珪素合金
の初晶珪素微細化法に係り、本発明の特徴は前記
合金の鋳造直前にマグネシウムを含有する物質を
添加することである。合金は従来の方法で調製さ
れ、燐50乃至1000ppm又はそれに相当する量の
燐含有物質の一つが添加されており、これにマグ
ネシウムを添加する。マグネシウムは元素状態又
はアルミニウム―マグネシウム母合金であつてよ
く、金属くず、粉末の形状又は十分な速度で溶解
し得る大きさの塊状片の形状であつてもよい。

使用量は、最終合金中のマグネシウム含有量が
500ppmに達することを可能にする如きものであ
るが、組成中にマグネシウムを含有する合金を加
工する場合には、所望の含有量に達するのに必要
な量を添加してもよい。本願明細書中でいう最終
合金中のマグネシウム含有量の値（500ppm）
は、この合金に添加されたマグネシウムの残存し
ている量をさしており、もともとの（出発）合金
中に存在していたマグネシウムの量は含まない。
添加は鋳造の瞬間にできる限り近い瞬間に、且つ
いずれにせよ鋳造前30分以内に行う。何故なら
ば、この期間をすぎると微細化効果は小さくなり
実用上零になるからである。最適の微細化条件を
得るためには鋳造前５分以内に添加を行うのが好
ましい。

このようにして燐のみの存在下で得られるもの
と比較して初晶珪素の大きさは約半分に減少でき
る。また、結晶を所望の大きさにするためのこの
ような微細化に必要な燐の量を減らして、この量
をマグネシウムの量によつて補償することもでき
る。このことはこのメタロイドの消費を減じて製
造用炉中に存在する量を減少させるという利点を
有する。

次の諸実施例によつて本発明を説明する。

実施例 １ 数10ppmの燐を含む、温度765℃の極めて純粋
なAS17（Si17重量％、残部Alの二元合金）の金
属浴からサンプルを採取し、これを13秒で凝固さ
せた。このサンプルを検査した結果、平均約50μ
ｍの大きさの初晶珪素を有していることが判つ
た。

次に同じ浴にマグネシウム0.1％を添加し、導
入２分後に前と同じ条件で新たなサンプルを採取
し、凝固させ、検査した。このとき結晶の大きさ
は25μｍに達していた。マグネシウムの導入１時
間後に同じ操作を繰り返すと、40μｍの結晶が観
察され、この微細化用元素の効果の消えやすさが
示された。

実施例 ２ AS17の金属浴を三つに分けて、その各々に10
乃至50ppmの異なる量の燐を添加した。その
各々についてサンプルを採取し、それを13秒で凝
固させ、その構造を検査した。観察された初晶珪
素の大きさはそれぞれ20―40―60μｍであつた。

前記の各々にMg0.1％を添加し、元素導入の２
分後に、マグネシウム未処理合金に対して行つた
のと同じ操作を行つた。各サンプルの結晶粒の大
きさはそれぞれ11―19―32μｍであつた。

従つてマグネシウムは初晶珪素の結晶粒の大き
さをほぼ２分の１にする効果を有することがわか
る。

実施例 ３ 温度780℃のAS17U4G（Si17％，Cu約４％，
Mg約１％，残部Alからなる合金）の浴に15％の
燐を含有する銅燐を、浴の燐含有量が700ppmに
達するように添加し、いくらかの量の液体を牽引
用試験片の形状で鋳造するために採取した。凝固
後、これらの試験片について観察される初晶珪素
結晶の大きさは50μｍを超えていた。

残りの浴にマグネシウム0.6％を添加し、この
導入及び溶解後直ちに他のサンプルを採取した。
これらのサンプルの凝固後の結晶粒の大きさは30
μｍを示し、従つて微細化用元素としてのマグネ
シウムの役割が確認された。

本発明は過共晶アルミニウム合金の微細化に用
いることができ、特にこれらの合金が内燃機関の
ジヤケツト又は摩擦を受ける他のあらゆる部品の
製造のためのものである場合に非常に有用であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燐含有物質が既に添加されている合金にマグ
   ネシウム含有物質を最終合金中でのマグネシウム
   含有量が少くとも500ppmに達しうる量で鋳造前
   30分以内に添加することを特徴とする燐含有物質
   とマグネシウム含有物質を用いる過共晶アルミニ
   ウム―珪素合金の初晶珪素微細化法。 ２ マグネシウム含有物質を鋳造前５分以内に添
   加することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。