(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種金属部材をＡｌまたはＡｌ合金からなる母材で鋳ぐるむアルミニウム鋳物の鋳造方法において、Ｆｅ基合金からなる上記異種金属部材に還元炎の内炎部を当てて１次予熱を行った後、そのＦｅ基合金部材に中性炎の外炎部を直接または間接的に当てて２次予熱を行い、その後、Ｆｅ基合金部材を上記母材で鋳ぐるむことを特徴とするアルミニウム鋳物の鋳造方法。
【請求項２】
上記１次予熱が、上記Ｆｅ基合金部材に上記還元炎の内炎部を当てた後、そのＦｅ基合金部材の表面に付着した水分を除去し、この工程を水分が付着しなくなるまで繰り返す請求項１記載のアルミニウム鋳物の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム鋳物の鋳造方法に係り、特に、異種金属部材をＡｌまたはＡｌ合金で鋳ぐるんでアルミニウム鋳物を鋳造する際の予熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
母材中に異種金属部材を機械的に鋳ぐるんでアルミニウム鋳物を鋳造する従来方法は、異種金属部材を金型の所定位置に配置すると共に、位置ズレが無いように固定した後、金型中にＡｌまたはＡｌ合金からなる母材溶湯を注湯すると共に、その母材溶湯を凝固させ、母材中に異種金属部材を鋳ぐるむものであった。
【０００３】
従来の鋳造方法で作製したアルミニウム鋳物の横断面模式図を図４に示す。
【０００４】
ここで、ＡｌまたはＡｌ合金の熱伝導性が良好であり、ＡｌまたはＡｌ合金の固液共存範囲が狭いと共に、凝固時間が極めて短く、また、鋳ぐるみ時に異種金属部材がＡｌ合金溶湯から熱を奪うため、図４に示すように、異種金属部材３１と母材３２との界面（以下、鋳ぐるみ部と呼ぶ）に、濡れ性不足による隙間（湯廻り不良）３４や湯じわ又は湯境３５といった鋳造欠陥が発生し、アルミニウム鋳物３３の鋳ぐるみ部における接合強度低下が生じてしまう。
【０００５】
また、異種金属部材３１がアルミニウム鋳物３３の表面に露出している場合、鋳ぐるみ部の外観が美麗にならないという問題が生じる。
【０００６】
ここで、異種金属部材を金型に配置する前に、異種金属部材に対して予熱処理を施すことにより、異種金属部材がＡｌ合金溶湯から奪う熱量が低減し、凝固速度が速い場合でもアルミニウム鋳物の鋳造欠陥を減少させることができるため、異種金属部材に対して予熱処理を施した後に鋳ぐるみを行っている。従来の異種金属部材の予熱方法としては、加熱炉やヒータを用いて異種金属部材を予熱する方法が挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱炉を用いる場合、大気雰囲気で加熱すると異種金属部材表面が酸化してしまい、鋳ぐるみ時の濡れ性が悪化するため、不活性ガス雰囲気中または真空中での予熱処理を必要とし、また、設備費が高くなるという問題があった。
【０００８】
ヒータを用いる場合、加熱炉に比べて熱容量が小さいため、所定温度まで昇温するのに長時間を必要とし、異種金属部材表面の酸化が著しくなってしまうという問題があった。
【０００９】
ここで、異種金属部材表面にフラックス含有材で被膜を形成して酸化を防止し、濡れ性を改善させる方法があるが、被膜形成工程が新たに必要となるため、製造コストが上昇するという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題を解決し、鋳ぐるみ部における鋳造欠陥がなく、かつ、安価なアルミニウム鋳物の鋳造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】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、異種金属部材をＡｌまたはＡｌ合金からなる母材で鋳ぐるむアルミニウム鋳物の鋳造方法において、Ｆｅ基合金からなる上記異種金属部材に還元炎の内炎部を当てて１次予熱を行った後、そのＦｅ基合金部材に中性炎の外炎部を直接または間接的に当てて２次予熱を行い、その後、Ｆｅ基合金部材を上記母材で鋳ぐるむものである。
【００１２】
請求項２の発明は、上記１次予熱が、上記Ｆｅ基合金部材に上記還元炎の内炎部を当てた後、そのＦｅ基合金部材の表面に付着した水分を除去し、この工程を水分が付着しなくなるまで繰り返す請求項１記載のアルミニウム鋳物の鋳造方法である。
【００１４】
以上の構成によれば、異種金属部材をＡｌまたはＡｌ合金からなる母材で鋳ぐるむアルミニウム鋳物の鋳造方法において、Ｆｅ基合金からなる上記異種金属部材に還元炎の内炎部を当てて１次予熱を行った後、そのＦｅ基合金部材に中性炎の外炎部を直接または間接的に当てて２次予熱を行い、その後、そのＦｅ基合金部材を上記母材で鋳ぐるむため、安価で、鋳ぐるみ部における鋳造欠陥がないアルミニウム鋳物を鋳造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明のアルミニウム鋳物の鋳造方法は、異種金属部材の予熱を、予備昇温と脱水処理とを兼ねた１次予熱と、異種金属部材を所定の温度まで短時間で昇温させる２次予熱とに分けて行うものである。また、予熱手段としてガスバーナの炎を用いるものである。
【００１７】
ガスバーナの炎の模式図を図３に示す。
【００１８】
図３に示すように、ガスバーナ２１において、空気量（酸素量）とガス量の比率が適正な中性炎の場合における内炎部２２の反応は、
ＣX ＨY ＋ａＯ2 ＝ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋ｂＣＯ＋ｄＨ2 
であり、ｂＣＯ＋ｄＨ2 が不完全燃焼分である。この不完全燃焼分は外炎部２３において完全燃焼され、その反応は、
ｂＣＯ＋ｅＯ2 ＝ｇＣＯ2 
ｄＨ2 ＋ｆＯ2 ＝ｈＨ2 Ｏ
である。
【００１９】
本発明のアルミニウム鋳物の鋳造方法における異種金属部材の予熱方法の模式図を図１に示す。ここで、図１（ａ）は、１次予熱を、図１（ｂ）は２次予熱を示している。
【００２０】
先ず、ガスバーナ２のガス量と空気量（酸素量）を調整して炎が還元炎（ガス過剰炎）となるようにし、図１（ａ）に示すように、異種金属部材１に還元炎の内炎部が当たるようにガスバーナ２を配置する。その後、異種金属部材１に還元炎の内炎部を当てて１次予熱を行う。例えば、異種金属部材１を約１０秒間予熱した後、異種金属部材１の表面に付着した水分をウエスなどで拭き取り除去し、この工程を水分が付着しなくなるまで繰り返す。
【００２１】
この時、ガスバーナ２の燃焼速度が速すぎたり、異種金属部材１に還元炎の外炎部が当たるようにガスバーナ２を配置すると、異種金属部材１の表面に付着する結露（水分）が一気に蒸発してしまい、異種金属部材１の表面が酸化されてしまうため、燃焼速度が遅く、かつ、昇温速度が遅い（低温の）還元炎の内炎部を用いて１次予熱を行うことが必要である。
【００２２】
異種金属部材１の材質としては、Ｆｅ基合金が挙げられる。
【００２３】
次に、ガスバーナ２のガス量と空気量（酸素量）を調整して炎が中性炎となるようにし、異種金属部材１に中性炎の外炎部を直接当てて２次予熱を行う。
【００２４】
１次予熱および２次予熱を組み合わせて予熱を行うことによって、異種金属部材１を短時間で高温に昇温することができ、かつ、異種金属部材１の表面が酸化されるおそれがない。
【００２５】
この時、還元炎を用いて２次予熱を行うと、外炎部においても不完全燃焼分が残存すると共に、燃焼温度が低くなり、特にＣ2 が“すす”となって異種金属部材１の表面に付着する。更に、ガス成分中の重炭化水素が酸素と接触しない内に温度上昇すると熱分解を起こし、炭素粒子が析出する。これが低温である異種金属部材１に接触すると、炭素粒子が“すす”となって表面に付着する。
【００２６】
この場合、燃焼温度が低いため、異種金属部材１を短時間で高温に昇温させることができなくなり、必然的に２次予熱時間が長くなるため、異種金属部材１の表面が酸化されてしまう。また、空気量（酸素量）が過剰な酸化炎（空気過剰炎）を用いて２次予熱を行うと、燃焼に寄与しない遊離Ｏ2 が異種金属部材１の表面の酸化を促進してしまう。
【００２７】
尚、異種金属部材１が、例えば、円筒型の中空リング形状で、かつ、リング径が大きい場合、異種金属部材１に外炎部が直接当たるようにして２次予熱を行っても、異種金属部材１の各部の温度にバラツキが生じ、延いては、鋳ぐるみ後のアルミニウム鋳物の品質にバラツキがでてしまう。このため、このような形状の異種金属部材１を用いる場合、図１（ｂ）に示すように、異種金属部材１を台上に載置し、異種金属部材１中央部の台に炎を当てると共に、炎を台から反射させ、この反射炎を異種金属部材１に当てて２次予熱を行う。
【００２８】
すなわち、異種金属部材１に間接的に炎を当てて２次予熱を行うことで、異種金属部材１の各部の温度を均一にした状態で昇温することができる。また、台と異種金属部材１との間にスペーサ３，３を配置し、異種金属部材１を底上げした状態で２次予熱を行うことにより、異種金属部材１の外周部にも炎が廻るようになり、更に効果的に２次予熱を行うことができるようになる。
【００２９】
予熱後の異種金属部材の鋳ぐるみ方法の横断面模式図を図２に示す。
【００３０】
図２に示すように、１次および２次予熱を施した異種金属部材１を金型４の所定位置に配置すると共に、位置ズレが無いように固定した後、金型４中にＡｌまたはＡｌ合金からなる母材溶湯５を注湯すると共に、その母材溶湯５を凝固させ、母材中に異種金属部材１を鋳ぐるんでアルミニウム鋳物を作製する。
【００３１】
したがって、本発明のアルミニウム鋳物の鋳造方法によれば、異種金属部材に還元炎の内炎部を当てて１次予熱を行った後、その異種金属部材に中性炎の外炎部を直接または間接的に当てて２次予熱を行っているため、表面を酸化させることなく短時間で高温に異種金属部材を予熱することができる。
【００３２】
また、１次および２次予熱を施した後の異種金属部材を母材で鋳ぐるむため、安価で、鋳ぐるみ部における鋳造欠陥がないアルミニウム鋳物を鋳造することができる。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
先ず、外径がφ２００ｍｍ、内径がφ１８０ｍｍ、高さが２０ｍｍで、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０）からなる円筒型の中空リング材を作製する。
【００３４】
次に、中空リング材の表面に付着した切粉および切削油を除去すべく、超音波洗浄機を用いて中空リング材を超音波洗浄した後、４０℃程度に保持した乾燥庫内に入れて乾燥を行う。また、中空リング材を載置するための鋼板も同様に超音波洗浄した後、ガスバーナで約５分間加熱し、結露によって鋼板に付着した水分を蒸発させる。
【００３５】
次に、鋼板の上に中空リング材を載置し、還元炎の内炎部で中空リング材を直接約１０秒間予備予熱した後、結露により付着した水分をウエスにより拭き取る。この工程を４回繰り返して、還元炎の内炎部を当てても中空リング材の表面が結露しないようにする。
【００３６】
その後、ガスバーナの流速を高めると共に、空気量とガス量を調整して炎を中性炎とし、その中性炎の外炎部が、中空リング材中央部の鋼板に当たるように調整する。
【００３７】
次に、鋼板に向けて中性炎の外炎部を当てると共に、鋼板から反射した外炎部を中空リング材に５分間当てて、中空リング材の外径部温度を約２５０℃に昇温させる。
【００３８】
その後、中空リング材を金型の所定位置に配置すると共に、位置ズレが無いように固定した後、金型中にＡｌ合金（ＪＩＳ  ＡＣ４Ｃ）からなる母材溶湯を注湯すると共に、その母材溶湯を凝固させ、母材に中空リング材を鋳ぐるんでクランクプーリを作製する。
【００３９】
（比較例１）
実施例１と同様の中空リング材を用い、溶解炉の対流雰囲気中で中空リング材を１０分間加熱保持して予熱を行い、中空リング材の外径部温度を約９０℃に昇温する。
【００４０】
その後、中空リング材を金型の所定位置に配置すると共に、位置ズレが無いように固定した後、金型中にＡｌ合金（ＪＩＳ  ＡＣ４Ｃ）からなる母材溶湯を注湯すると共に、その母材溶湯を凝固させ、母材に中空リング材を鋳ぐるんでクランクプーリを作製する。
【００４１】
（比較例２）
実施例１と同様の中空リング材を用い、ヒータで中空リング材を２０分間加熱保持して予熱を行い、中空リング材の外径部温度を約２００℃に昇温する。
【００４２】
その後、中空リング材を金型の所定位置に配置すると共に、位置ズレが無いように固定した後、金型中にＡｌ合金（ＪＩＳ  ＡＣ４Ｃ）からなる母材溶湯を注湯すると共に、その母材溶湯を凝固させ、母材に中空リング材を鋳ぐるんでクランクプーリを作製する。
【００４３】
（比較例３）
ガスバーナによる１次予熱を行わない以外は実施例１と同様にしてクランクプーリを作製する。
【００４４】
実施例１および比較例１〜３のクランクプーリについて、予熱後の中空リング材の表面酸化の有無およびその表面色、クランクプーリの鋳ぐるみ部における鋳造欠陥の有無について評価を行った。その評価結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0003711715.tif 000002
【００４６】
表１に示すように、実施例１のクランクプーリにおいては、予熱後の中空リング材表面に酸化は観察されず、表面は金属色を呈していた。また、クランクプーリの鋳ぐるみ部に鋳造欠陥は観察されず、鋳ぐるみ性は良好であった。
【００４７】
これに対して、比較例１のクランクプーリにおいては、予熱後の中空リング材表面に酸化が観察され、表面は茶褐色を呈していた。また、クランクプーリの鋳ぐるみ部の略全体に亘って湯廻り不良が観察された。
【００４８】
比較例２および３のクランクプーリにおいては、比較例１ほどではないものの、予熱後の中空リング材表面に酸化が観察され、表面は薄茶色を呈していた。また、クランクプーリの鋳ぐるみ部には部分的に湯廻り不良が観察された。
【００４９】
したがって、中空リング材をガスバーナで２段階にわけて予熱することで、中空リング材の表面を酸化させることなく短時間で高温に昇温させることができ、その後、その中空リング材をＡｌ合金母材で鋳ぐるむことにより、鋳ぐるみ部に鋳造欠陥の無いクランクプーリを得ることができる。
【００５０】
本発明のアルミニウム鋳物の鋳造方法は、車両用クランクプーリの鋳造方法に適用することができるが、特にこれに限定するものではなく、この他にも、異種金属部材をＡｌまたはＡｌ合金で鋳ぐるんでなるアルミニウム鋳物全般に亘って適用することができることはいうまでも無い。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｆｅ基合金からなる異種金属部材を２段階に分けて予熱し、その２段階の予熱処理後のＦｅ基合金部材を母材で鋳ぐるむことで、安価で、鋳ぐるみ部における鋳造欠陥がないアルミニウム鋳物を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルミニウム鋳物の鋳造方法における異種金属部材の予熱方法の模式図である。
【図２】予熱後の異種金属部材の鋳ぐるみ方法の横断面模式図である。
【図３】ガスバーナの炎の模式図である。
【図４】従来の鋳造方法で作製したアルミニウム鋳物の横断面模式図である。
【符号の説明】
１  異種金属部材
【図１】
0003711715.tif 000003
【図２】
0003711715.tif 000004
【図３】
0003711715.tif 000005
【図４】
0003711715.tif 000006