JP3003031B1 - Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法 - Google Patents
Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】Ａｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微細化すること。
【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯にＰを添加し、前記
Ｐを添加した溶湯にＺｎメッキを施した金属基材または
Ｃｕ製の金属基材を極く短時間接触し、前記金属基材を
除去することからなるＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微細
化することからなる。
Ｐを添加した溶湯にＺｎメッキを施した金属基材または
Ｃｕ製の金属基材を極く短時間接触し、前記金属基材を
除去することからなるＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微細
化することからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＡｌ−Ｓｉ合金の
初晶Ｓｉを微細化する方法に関する。
初晶Ｓｉを微細化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋳造用アルミ合金は合金成分によって、
各種のものがあるが、Ａｌ−Ｓｉ合金は溶融状態で高い
流動性を有し、凝固時の収縮も少なく、融点が低く、鋳
造性が優れており、鋳肌が美しいことなどから、代表的
な鋳物用合金として広く使用されている。
各種のものがあるが、Ａｌ−Ｓｉ合金は溶融状態で高い
流動性を有し、凝固時の収縮も少なく、融点が低く、鋳
造性が優れており、鋳肌が美しいことなどから、代表的
な鋳物用合金として広く使用されている。
【０００３】Ａｌ−Ｓｉ合金の二次元状態図のＡｌ側を
示すと図１の通りで、同図から判るように、殆どＳｉを
固溶していないαとＳｉとの共晶である。
示すと図１の通りで、同図から判るように、殆どＳｉを
固溶していないαとＳｉとの共晶である。
【０００４】したがって、組織が粗大であると、甚だし
く脆弱になり、鋳造製品の切削性および機械的性質が低
下する。
く脆弱になり、鋳造製品の切削性および機械的性質が低
下する。
【０００５】これを阻止するために、従来から注湯直前
のＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯中に燐（Ｐ）を添加して、初晶
Ｓｉを微細化することが行われている。
のＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯中に燐（Ｐ）を添加して、初晶
Ｓｉを微細化することが行われている。
【０００６】このように溶湯にＰを添加すると、溶湯中
のＡｌと添加したＰとが結合して、生成されたＡｌＰが
初晶Ｓｉの核物質となるためである。ここにおいて溶湯
中にＡｌＰを形成させるためには、溶湯の温度を初晶温
度よりも約１００℃高くする必要があり、この温度以下
ではＡｌＰの形成が困難なことから、微細化能力が低下
することが知られている。
のＡｌと添加したＰとが結合して、生成されたＡｌＰが
初晶Ｓｉの核物質となるためである。ここにおいて溶湯
中にＡｌＰを形成させるためには、溶湯の温度を初晶温
度よりも約１００℃高くする必要があり、この温度以下
ではＡｌＰの形成が困難なことから、微細化能力が低下
することが知られている。
【０００７】しかしながら、溶湯温度の低下をおそれ
て、溶湯温度を過度に上昇させると、溶湯中に水素ガス
が多量に溶解し、凝固時に鋳物中にピンホールを形成す
るので、不都合である。
て、溶湯温度を過度に上昇させると、溶湯中に水素ガス
が多量に溶解し、凝固時に鋳物中にピンホールを形成す
るので、不都合である。
【０００８】また、金型の温度が低い場合には、溶湯の
凝固時に一時的に大きな収縮を生じて、いわゆる引け不
良を発生しやすいことから、金型の温度を高温にして鋳
造することが行われている。この場合には、金型の温度
管理が困難であり、凝固時間が長くなるという欠点があ
る。
凝固時に一時的に大きな収縮を生じて、いわゆる引け不
良を発生しやすいことから、金型の温度を高温にして鋳
造することが行われている。この場合には、金型の温度
管理が困難であり、凝固時間が長くなるという欠点があ
る。
【０００９】以上に述べた従来の手段の問題点を考慮し
て、この発明の主目的はＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓ
ｉを従来の手段よりもさらに微細化する簡易な方法を提
供することにある。
て、この発明の主目的はＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓ
ｉを従来の手段よりもさらに微細化する簡易な方法を提
供することにある。
【００１０】この発明のさらに目的とするところは、引
け不良を発生することなく、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初
晶Ｓｉを簡易な手段で微細化する方法を提供することに
ある。
け不良を発生することなく、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初
晶Ｓｉを簡易な手段で微細化する方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明のＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微細化する
方法は、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯にＰを添加することと、
極く短時間、亜鉛（Ｚｎ）メッキを施した金属基材ある
いは銅（Ｃｕ）から成る金属基材に接触させることとか
らなる。
に、この発明のＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微細化する
方法は、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯にＰを添加することと、
極く短時間、亜鉛（Ｚｎ）メッキを施した金属基材ある
いは銅（Ｃｕ）から成る金属基材に接触させることとか
らなる。
【００１２】
【発明の説明】Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の温度は８００℃
程度の高温度であり、この溶湯にＰを添加した後、Ｚｎ
でメッキを施した金属基材またはＣｕを接触させると、
ＺｎまたはＣｕは、溶湯中のＰと化合してＺｎＰまたは
ＣｕＰを生成し、また、常温のＺｎメッキを施した金属
基材またはＣｕから成る金属基材の周囲の溶湯の温度は
局部的に４００℃程度に低下する。
程度の高温度であり、この溶湯にＰを添加した後、Ｚｎ
でメッキを施した金属基材またはＣｕを接触させると、
ＺｎまたはＣｕは、溶湯中のＰと化合してＺｎＰまたは
ＣｕＰを生成し、また、常温のＺｎメッキを施した金属
基材またはＣｕから成る金属基材の周囲の溶湯の温度は
局部的に４００℃程度に低下する。
【００１３】４００℃程度におけるＰ化合物は、ＺｎＰ
あるいはＣｕＰが安定である。したがって、溶湯Ａｌ−
Ｓｉ−ＰからＰが分解されて、メッキされていたＺｎあ
るいはＣｕｂ５Ｐと結合してＺｎＰまたはＣｕＰを生成
する。つまり、溶湯中に生成され凝縮していたＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｐは一時的に分解することになる。
あるいはＣｕＰが安定である。したがって、溶湯Ａｌ−
Ｓｉ−ＰからＰが分解されて、メッキされていたＺｎあ
るいはＣｕｂ５Ｐと結合してＺｎＰまたはＣｕＰを生成
する。つまり、溶湯中に生成され凝縮していたＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｐは一時的に分解することになる。
【００１４】しかしながら、Ｚｎメッキを施した金属基
材またはＣｕから成る金属基材と溶湯Ａｌ−Ｓｉ−Ｐと
の接触時間は、わずか約５秒程度の短時間であるから、
接触後の溶湯は再びもとの約８００℃に戻る。
材またはＣｕから成る金属基材と溶湯Ａｌ−Ｓｉ−Ｐと
の接触時間は、わずか約５秒程度の短時間であるから、
接触後の溶湯は再びもとの約８００℃に戻る。
【００１５】約８００℃においては、ＺｎＰあるいはＣ
ｕＰは極めて不安定であるために、直ちに分解して溶湯
は再びＡｌ−Ｓｉ−Ｐを形成する。
ｕＰは極めて不安定であるために、直ちに分解して溶湯
は再びＡｌ−Ｓｉ−Ｐを形成する。
【００１６】ところで、溶湯中に浮遊するＡｌ−Ｓｉ−
Ｐの結晶は、時間の経過とともに結晶同志が相互に接触
して結合してクラスター化して、初晶Ｓｉの核物質であ
る結晶数を減少させる。
Ｐの結晶は、時間の経過とともに結晶同志が相互に接触
して結合してクラスター化して、初晶Ｓｉの核物質であ
る結晶数を減少させる。
【００１７】従って、この発明の方法によってＡｌ−Ｓ
ｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化させた後、その溶湯を
直ちに注湯凝固すると、従来溶湯にＰのみを添加する場
合に比較して、遥かに初晶Ｓｉが微細化されたＡｌ−Ｓ
ｉ合金製品を得ることができる。
ｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化させた後、その溶湯を
直ちに注湯凝固すると、従来溶湯にＰのみを添加する場
合に比較して、遥かに初晶Ｓｉが微細化されたＡｌ−Ｓ
ｉ合金製品を得ることができる。
【００１８】
【実験例１】Ｓｉの含有量が２３％である日本工業規格
（ＪＩＳ）ＡＣ９Ａ合金（Ｐ添加済み）５Ｋｇを電気炉
で溶解し、溶融温度を８３０℃とした。鋳型は鋳鉄製
で、その温度を１５０℃とした。この鋳型の中央部に溶
湯の冷却温度測定用の熱電対を設置した。
（ＪＩＳ）ＡＣ９Ａ合金（Ｐ添加済み）５Ｋｇを電気炉
で溶解し、溶融温度を８３０℃とした。鋳型は鋳鉄製
で、その温度を１５０℃とした。この鋳型の中央部に溶
湯の冷却温度測定用の熱電対を設置した。
【００１９】この溶湯を黒鉛坩堝を用いて汲み出して鋳
型に鋳造したが、この発明の方法を適用するために、坩
堝内の溶湯にＺｎメッキを施した鉄製の金網あるいはＣ
ｕ製の金網を約５秒間浸漬させた。
型に鋳造したが、この発明の方法を適用するために、坩
堝内の溶湯にＺｎメッキを施した鉄製の金網あるいはＣ
ｕ製の金網を約５秒間浸漬させた。
【００２０】この実験において、初晶温度（７３０℃）
から凝固が完了したと考えられる５００℃までの冷却速
度は１０℃／秒であった。
から凝固が完了したと考えられる５００℃までの冷却速
度は１０℃／秒であった。
【００２１】凝固後の初晶Ｓｉの粒径はＺｎメッキを施
した鉄製の金網の場合には２５μｍであり、Ｃｕ製の網
の場合には２６μｍであった。
した鉄製の金網の場合には２５μｍであり、Ｃｕ製の網
の場合には２６μｍであった。
【００２２】
【実験例２】予めＰを添加してあるＡＣ９Ａ合金３００
Ｋｇをガス炉で溶解して内燃機関用のピストン製品を鋳
造して、従来の方法による結果と、この発明の方法によ
る結果とを比較した。ピストン用金型は形状が複雑であ
るので、冷却速度を定量的に扱うことができないが、代
表的な肉厚を１００ｍｍとした。
Ｋｇをガス炉で溶解して内燃機関用のピストン製品を鋳
造して、従来の方法による結果と、この発明の方法によ
る結果とを比較した。ピストン用金型は形状が複雑であ
るので、冷却速度を定量的に扱うことができないが、代
表的な肉厚を１００ｍｍとした。
【００２３】従来は保持炉内の溶湯を柄杓で汲み出し
て、そのまま鋳造するが、この発明の方法による実験に
おいては、金型の湯口の部分にＺｎのメッキを施した鉄
製の金網を載置し、柄杓で汲み上げた溶湯を金網の上か
ら注湯して、溶湯にＺｎを接触させた。
て、そのまま鋳造するが、この発明の方法による実験に
おいては、金型の湯口の部分にＺｎのメッキを施した鉄
製の金網を載置し、柄杓で汲み上げた溶湯を金網の上か
ら注湯して、溶湯にＺｎを接触させた。
【００２４】溶湯の温度は８３０℃と７９０℃との２種
類とし、金型温度を３５０℃と４００℃とに変化させ
て、引け不良の有無を判定した。
類とし、金型温度を３５０℃と４００℃とに変化させ
て、引け不良の有無を判定した。
【００２５】その結果、溶湯の温度を８３０℃とした場
合における従来の方法では、初晶Ｓｉの平均粒径が７０
μｍであった。これに対して、この発明の方法による
と、その初晶Ｓｉの平均粒径が３０μｍであって、従来
法に比べて２分の１以下に微細になっていた。
合における従来の方法では、初晶Ｓｉの平均粒径が７０
μｍであった。これに対して、この発明の方法による
と、その初晶Ｓｉの平均粒径が３０μｍであって、従来
法に比べて２分の１以下に微細になっていた。
【００２６】また、溶湯温度を７９０℃に低下した場合
においては、初晶Ｓｉの平均粒径が１１５μｍであり、
８３０℃の場合に比べて粗大化したのに対して、この発
明の方法によると３８μｍであって、８３０℃の場合に
比べて極めて僅かな変化であった。
においては、初晶Ｓｉの平均粒径が１１５μｍであり、
８３０℃の場合に比べて粗大化したのに対して、この発
明の方法によると３８μｍであって、８３０℃の場合に
比べて極めて僅かな変化であった。
【００２７】さらに、金型温度を変化させて引け不良の
有無を判定した結果は、次の表１にに示す通りであっ
た。
有無を判定した結果は、次の表１にに示す通りであっ
た。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】以上に詳細に説明したところから自明で
あるように、この発明のＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微
細化する方法によれば、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯による鋳
造において、特別熟練を要するような作業を必要とする
ことなく、従来よりも遥かに微小な初晶Ｓｉを得ること
ができる。従って、鋳造された製品は、その切削性およ
び機械的性質が向上する。
あるように、この発明のＡｌ−Ｓｉ合金の初晶Ｓｉを微
細化する方法によれば、Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯による鋳
造において、特別熟練を要するような作業を必要とする
ことなく、従来よりも遥かに微小な初晶Ｓｉを得ること
ができる。従って、鋳造された製品は、その切削性およ
び機械的性質が向上する。
【００３０】さらに、この発明の方法によれば、従来の
方法に比べてＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯の温度が低くても、
初晶Ｓｉが粗大化することが無く、また、金型温度が低
下しても引け不良を発生することが無く、工業的効果に
おいて極めて有利である。
方法に比べてＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯の温度が低くても、
初晶Ｓｉが粗大化することが無く、また、金型温度が低
下しても引け不良を発生することが無く、工業的効果に
おいて極めて有利である。
【図１】Ａｌ−Ｓｉ合金の二次元状態図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森中 真行 静岡県磐田郡豊田町上本郷152番地の３ メタルサイエンス有限会社内 (56)参考文献 特開 昭59−225872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−147860（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/02 B22D 21/04
Claims (1)
- 【請求項１】Ｐを添加したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯にＺｎ
メッキを施したＣｕ製の金属基材を極めて短期間接触さ
せて前記溶湯の温度を局部的に低下させることと、前記
Ｚｎメッキを施したＣｕ製の金属基材を前記短時間後に
前記溶湯から除去して前記溶湯の温度を最初の温度に戻
し以後の時間の経過とともに結晶同志を相互に接触結合
してクラスター化することとから成るＡｌ−Ｓｉ合金の
溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10276354A JP3003031B1 (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法 |
| US10/090,676 US6554053B2 (en) | 1998-08-25 | 2002-03-05 | Method of minimizing the size of primary silicon in Al-Si alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10276354A JP3003031B1 (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3003031B1 true JP3003031B1 (ja) | 2000-01-24 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10276354A Expired - Fee Related JP3003031B1 (ja) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | Ａｌ−Ｓｉ合金の溶湯の初晶Ｓｉを微細化する方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6554053B2 (ja) |
| JP (1) | JP3003031B1 (ja) |
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| US20090049990A1 (en) * | 2007-08-23 | 2009-02-26 | William Christopher Schutte | Steamer insert apparatus |
| JP5861254B2 (ja) * | 2010-12-21 | 2016-02-16 | 株式会社豊田中央研究所 | アルミニウム合金製鋳物およびその製造方法 |
| CN102925765B (zh) * | 2012-11-30 | 2015-05-20 | 中国矿业大学 | 一种铝-磷-锶-稀土合金变质剂及其制备工艺 |
| US8907470B2 (en) | 2013-02-21 | 2014-12-09 | International Business Machines Corporation | Millimeter wave wafer level chip scale packaging (WLCSP) device and related method |
| CN111304474A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-19 | 浙江今飞凯达轮毂股份有限公司 | Al-Ti-B-Sr-RE中间合金及其制备方法 |
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