(57)【要約】      （修正有）【課題】溶湯表面の酸化膜を還元する還元性化合物が酸化された酸化物が成形型のキャビティの内壁面に付着しても、急速冷却鋳造によって、良好な表面の鋳造製品を得ることができるアルミニウム合金の鋳造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金から成る溶湯を成形型のキャビティに注湯して冷却し、前記成形型から鋳造製品を取り出す際に、該溶湯の表面に形成される酸化膜を還元する還元性化合物が存在するキャビティ内に、ストロンチウムを６０〜１５０ｐｐｍ含有する溶湯を注湯し、前記キャビティ内の溶湯を８００℃／分以上の冷却速度で冷却することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金から成る溶湯を成形型のキャビティに注湯して冷却し、前記成形型から鋳造製品を取り出す際に、
該溶湯の表面に形成される酸化膜を還元する還元性化合物が存在するキャビティ内に、ストロンチウムを６０〜１５０ｐｐｍ含有する溶湯を注湯し、
前記キャビティ内の溶湯の冷却速度を、前記鋳造製品の樹枝状結晶の間隔が平均で２０μｍ以下となるように調整することを特徴とするアルミニウム合金の鋳造方法。
【請求項２】
成形型のキャビティに充填された溶湯の冷却速度を、８００℃／分以上とする請求項１記載のアルミニウム合金の鋳造方法。
【請求項３】
成形型として、強制冷却手段が設けられた成形型を用いる請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金の鋳造方法。
【請求項４】
還元性化合物として、マグネシウム窒素化合物である請求項１〜３のいずれか一項記載のアルミニウム合金の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミニウム合金の鋳造方法に関し、更に詳細にはアルミニウム合金から成る溶湯を成形型のキャビティに注湯して冷却し、前記成形型から鋳造製品を取り出すアルミニウム合金の鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者等は、先に下記特許文献１において、成形型のキャビティ内にアルミニウム合金の溶湯を注湯して鋳造する際に、キャビティ内に存在させた還元性化合物によって溶湯表面の酸化皮膜を還元しつつ、キャビティ内に溶湯を充填するアルミニウム合金の鋳造方法を提案した。
【特許文献１】特開２００２−２１９５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に提案された鋳造方法によれば、キャビティ内での溶湯の流動性を著しく向上でき、内壁面に塗型剤を塗布することなくキャビティに溶湯を充分に充填できるため、キャビティに充填された溶湯の急速冷却を可能にでき、良好な外観の鋳造製品を得ることができる。
ところで、成形型のキャビティ内の還元性化合物は、溶湯表面の酸化皮膜を還元して酸化物となって、大部分は溶湯内に取り込まれる。
しかし、成形型のキャビティに充填された溶湯を急速冷却する急速冷却鋳造では、鋳造条件の変動等を受けたとき、得られる鋳造製品の表面に割れが形成される、いわゆる面引け現象が発生することがある。
この面引け現象は、成形型のキャビティの内壁面を洗浄した直後には発生しないこと、面引け現象が発生しても、キャビティの内壁面を洗浄すると、面引け現象が発生しなくなる。このため、面引け現象は、キャビティの内壁面の一部に酸化物が残留した部分が、局部的に断熱状態となって発生したものと考えられる。
かかる酸化物の残留部分が局部的な断熱状態となって発生する面引け現象は、キャビティに充填された溶湯を、冷却速度が８００℃／分以上で急速冷却する急速冷却鋳造の領域において顕著である。
【０００４】
この面引け現象は、成形型のキャビティの内壁面を度々洗浄することによって防止できるが、キャビティの内壁面を度々洗浄することは、その生産性を低下することになる。特に、急速冷却鋳造の場合には、キャビティの内壁面洗浄による生産性の低下は顕著である。
そこで、本発明の課題は、溶湯表面の酸化膜を還元する還元性化合物が酸化された酸化物が成形型のキャビティの内壁面に付着しても、急速冷却鋳造によって、良好な表面の鋳造製品を得ることができるアルミニウム合金の鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、前記課題を解決すべく検討した結果、ストロンチウムを含有する溶湯を、還元性化合物が存在するキャビティ内に充填することによって、溶湯表面の酸化膜を還元する還元性化合物が酸化された酸化物が成形型のキャビティの内壁面に付着しても、急速冷却鋳造によって、良好な表面の鋳造製品を得ることができることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、アルミニウム合金から成る溶湯を成形型のキャビティに注湯して冷却し、前記成形型から鋳造製品を取り出す際に、該溶湯の表面に形成される酸化膜を還元する還元性化合物が存在するキャビティ内に、ストロンチウムを６０〜１５０ｐｐｍ含有する溶湯を注湯し、前記キャビティ内の溶湯の冷却速度を、前記鋳造製品の樹枝状結晶の間隔が平均で２０μｍ以下となるように調整することを特徴とするアルミニウム合金の鋳造方法にある。
【０００６】
かかる本発明は、成形型のキャビティに充填された溶湯の冷却速度を、８００℃／分以上の急速冷却鋳造に好適に適用できる。
この様な急速冷却鋳造には、成形型として、強制冷却手段が設けられた成形型を用いることが好ましい。
また、還元性化合物として、マグネシウム窒素化合物を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、溶湯表面の酸化膜を還元する還元性化合物が酸化された酸化物が成形型のキャビティの内壁面に付着し、キャビティの内壁面が局所断熱状態となっても、鋳造製品の表面に面引けの発生を防止できる。
その理由は、ストロンチウムを含有するアルミニウム合金は、そのマトリックスの粒状化と融点低下効果とによって、収縮応力に対する延びを向上できることにあると考えられる。つまり、キャビティの内壁面が局所断熱状態となって、鋳造製品の表面近傍に収縮応力斑ができても、ストロンチウムを含有するアルミニウム合金から成る鋳造製品は、収縮応力斑に対応して収縮でき、面引き現象の発生を防止できる。
その結果、キャビティの内壁面が局所断熱状態になり易い急速冷却鋳造でも、鋳造を繰り返した成形型を用いて、良好な外観の鋳造製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明では、ストロンチウムを６０〜１５０ｐｐｍ（好ましくは８０〜１３０ｐｐｍ）含有するアルミニウム合金の溶湯を用いることが肝要である。
ここで、ストロンチウムの含有量が６０ｐｐｍ未満の場合は、得られる鋳造製品に面割れが発生し易い。一方、ストロンチウムの含有量が１５０ｐｐｍを越える場合は、得られる鋳造製品の肌荒れが顕著になる。
この様に、ストロンチウムを所定量含有するアルミニウム合金の溶湯は、アルミニウム合金とアルミニウムーストロンチウム母合金とを混合して溶融することによって得ることができる。
【０００９】
かかるストロンチウムを所定量含有するアルミニウム合金の溶湯を、成形型のキャビティに充填した後、キャビティ内の溶湯を急速冷却する。
この溶湯の冷却速度は、得られる鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔が平均で２０μｍ以下となるように調整する必要がある。
鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔が平均で２０μｍを越える場合は、溶湯の冷却速度が遅く、成形型から取り出した鋳造製品に溶体化処理及び焼き入れを施すことが必要と成り易い。
かかる鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔と溶湯の冷却速度との関係を図１に示す。この図１は、実験室的に溶湯の冷却速度を種々変更することによって、得られた鋳造製品の一部分を採取し、電子顕微鏡によって樹枝状結晶（デンドライト）の間隔を測定して得たものである。図１において、測定して得られた樹枝状結晶（デンドライト）の間隔を「ＤＡＳII値」として縦軸に示し、横軸に溶湯の冷却速度を示した。
【００１０】
図１から明らかな様に、鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔が平均で２０μｍ以下となる溶湯の冷却速度は８００℃／分以上の領域である。
この様な高速の冷却速度を呈し得る成形型としては、強制冷却手段を具備する成形型、例えば水冷用のジャケットを具備する成形型を好適に用いることができる。
更に、成形型のキャビティの内壁に塗型剤を塗布すると、冷却速度が低下するため、塗型剤を塗布しないことが好ましい。
また、冷却速度が著しく速い成形型を用いて鋳造する際には、成形型のキャビティ内に溶湯を可及的に迅速に充填することが必要である。しかし、溶湯の表面には酸化皮膜が形成されており、内壁面に塗型剤が塗布されていないキャビティには、溶湯を迅速に充填することが困難である場合が多い。
【００１１】
このため、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を、キャビティ内に在る還元性化合物によって還元しつつ、成形型のキャビティに溶湯を充填する。還元性化合物によって酸化皮膜が還元され、酸化皮膜がなくなった溶湯の流動性は向上され、塗型剤が内壁面に塗布されていないキャビティ内にも迅速に溶湯を充填できるからである。
この還元性化合物としては、マグネシウムガスと窒素ガスとの反応によって形成できるマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を好適に用いることができる。かかるマグネシウムガスと窒素ガスとの各々を別々に成形型のキャビティに導入することによって、キャビティ内でマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を生成できる。
かかる成形型のキャビティ内に充填されたアルミニウム合金から成る溶湯を急速冷却し、成形型を型開きして取り出した鋳造製品は、良好な外観を呈するものである。
しかも、マグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）の酸化物（ＭｇＯ）等がキャビティの内壁面に付着し、キャビティの内壁面が局所断熱状態となった成形型でも、良好な外観の鋳造製品を得ることができる。
このことは、ストロンチウムを６０〜１５０ｐｐｍ（好ましくは８０〜１３０ｐｐｍ）含有するアルミニウム合金から成る鋳造製品では、キャビティの内壁面が局所断熱状態となって、鋳造製品の表面近傍に収縮応力斑ができても、この鋳造製品は、収縮応力斑に対応して収縮でき、面引き現象の発生を防止できることを示す。
この様に、本発明によれば、キャビティの内壁面に付着し、キャビティの内壁面が局所断熱状態となった成形型でも、キャビティの内壁面を洗浄することなく良好な外観の鋳造製品を急速冷却鋳造によって得ることができるため、鋳造製品の生産性を著しく向上できる。
【実施例１】
【００１２】
水冷用のジャケットを具備し且つキャビティの内壁に塗型剤を塗布しなかった複数個の成形型を用いて、アルミニウム合金の鋳造を行った。
この際に、ジャケットに水を流して強制冷却する成形型のキャビティ内に、マグネシウムガスと窒素とを送り込み、キャビティ内に還元性化合物であるマグネシウム窒素化合物（Ｍｇ3Ｎ2）を生成させた後、ストロンチウムを８０ｐｐｍ含有するアルミニウム合金の溶湯を注湯して冷却を開始した。
冷却完了後に、成形型を型開きして取り出した鋳造製品について、面引け及び肌荒れの有無を調査した。
更に、ジャケットに流す水の温度を種々変更し、得られた鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔を測定し、図１のグラフから冷却速度を求めた。
その結果、冷却速度を５０００℃／分程度まで高くしても、得られた鋳造製品に面引け及び肌荒れは見られなかった成形型（以下、成形型Ｉと示す）と、冷却速度が４０００℃
／分を越えたとき、得られた鋳造製品に若干の面引けが見られた成形型（以下、成形型II
と示す）とが存在したが、この鋳造製品に見られた若干の面引けは許容できる範囲内であった。
かかる成形型IIであっても、キャビティの内壁を洗浄することによって、得られた鋳造
製品に面引け及び肌荒れは全く見られなくなった。このことは、成形型IIでは、キャビテ
ィの内壁面に酸化物等が付着し、キャビティの内壁面が局所断熱状態となったものと考えられる。
この様に、還元性化合物が存在するキャビティ内に、所定量のストロンチウムを含有するアルミニウム合金の溶湯を注湯し、冷却速度が４０００℃／分もの速度で冷却する急速冷却鋳造の際に、キャビティの内壁面が局所断熱状態となって、鋳造製品の表面近傍に収縮応力斑ができても、鋳造製品は収縮応力斑に対応して収縮でき、面引け及び肌荒れのない良好な外観の鋳造製品を得ることができる。
【実施例２】
【００１３】
実施例１において、アルミニウム合金の溶湯に含まれいるストロンチウム量を６０ｐｐｍとした他は、実施例１と同様にして急速冷却鋳造を行い、その結果を図２に示す。図２の曲線Ａは、実施例１で用いた成形型Ｉを用いて得た鋳造製品の面引き率である。
更に、図２の曲線Ｂは、実施例１で用いた成形型IIを、そのキャビティの内壁面を洗浄
することなく用いて得た鋳造製品の面引き率を示す。
また、比較例として、アルミニウム合金の溶湯中のストロンチウム含有量を１０ｐｐｍ未満とした他は、実施例１と同様にして急速冷却鋳造を行い、その結果を図２に併せて示す。図２の曲線Ｘが成形型Ｉを用いて得た鋳造製品の面引き率であり、曲線Ｙが成形型II
を用いて得た鋳造製品の面引き率を示す。
図２から明かな様に、還元性化合物が存在する成形型のキャビティ内に、６０ｐｐｍのストロンチウムを含有するアルミニウム合金の溶湯を注湯して急速冷却鋳造することによって、成形型IIの様に、キャビティの内壁面に酸化物等が付着し、キャビティの内壁面が局所断熱状態となっても、得られる鋳造製品の面引き率を著しく低下できる。
【実施例３】
【００１４】
実施例１において、冷却速度を２０００℃／分に固定し、アルミニウム合金の溶湯に含まれいるストロンチウム量を種々変更した他は、実施例１と同様にして急速冷却鋳造を行い、その結果を図３示す。図３の曲線Ｆが成形型Ｉを用いて得た鋳造製品の面引き率及び
外観荒さを示し、曲線Ｇが成形型IIを用いて得た鋳造製品の面引き率及び外観荒れを示す
。この外観荒れは、鋳造製品の表面に形成された複数個の窪みの深さの平均値である。
図３に示す面引き率のデータから明かな様に、還元性化合物が存在する成形型のキャビティ内に、６０ｐｐｍ以上、特に８０ｐｐｍ以上のストロンチウムを含有するアルミニウム合金の溶湯を注湯して急速冷却鋳造することによって、キャビティの内壁面が局所断熱状態の成形型IIでも、得られる鋳造製品の面引き率を著しく低下できることが判る。
但し、アルミニウム合金の溶湯にストロンチウムを１５０ｐｐｍを越えて添加すると、成形型Ｉを用いても、図３に示す外観荒れのデータから明かな様に、得られる鋳造製品の
肌荒れ現象が顕著になる。
尚、成形型IIを用いた場合には、アルミニウム合金の溶湯にストロンチウムを１３０ｐ
ｐｍを越えて添加すると、図３の外観荒れのデータから明らな様に、得られる鋳造製品の肌荒れ現象が発生し易くなる傾向にある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】冷却速度と鋳造製品の樹枝状結晶（デンドライト）の間隔との関係を示すグラフである。
【図２】冷却速度と鋳造製品の面引き率との関係を示すグラフである。
【図３】溶湯に含有されるストロンチウム量と鋳造製品の面引き率及び外観荒れとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１６】
Ａ，Ｆ，Ｘ  成形型Ｉを用いたデータ
Ｂ，Ｇ，Ｙ  成形型IIを用いたデータ
【図１】
2006167762.tif 000002
【図２】
2006167762.tif 000003
【図３】
2006167762.tif 000004