(57)【要約】【課題】鋳造製品の製造過程あるいはその他製品の製造過程で発生する切りくずを利用することによって、鋳造材の組織を微細化し強度を向上させる。【解決手段】母材金属切りくずを鋳型にあらかじめ投入し、溶解炉で溶解された金属母材溶湯を鋳型に流し込む。このことにより、切りくずが鋳造材結晶粒の核生成サイトとなり、凝固速度が向上するため、鋳造材の組織を微細化し強度を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と同一組成を有する金属切りくずを鋳型にあらかじめ投入し、その後、溶解炉で溶解した金属母材溶湯を前記鋳型内へ流し込むことによって、鋳造材の組織を微細化することを特徴とする鋳造材の組織微細化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳造材の組織微細化方法によって作製された鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造材の組織を微細化する方法およびそれによって作製された鋳造材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造材は、一般的に粗大で柱状の組織（柱状組織）を有しているため、組織が不均一でかつ強度が低い。そのため、現在、鋳造材の組織を微細化する方法として、母材溶湯中に結晶粒微細化剤を少量だけ添加する方法がある（非特許文献１）。この結晶粒微細化剤には、主にアルミニウム−チタン合金、アルミニウム−チタン−ボロン合金およびアルミニウム−チタン−カーボン合金がある。
【０００３】
鋳造材の組織を微細化するためのその他の方法として、熱間鍛造法がある（非特許文献２）。この方法は、鋳造材を再結晶温度以上に加熱し、その温度のもとで変形を供して動的再結晶を生じさせ、鋳造材の組織を微細化する方法である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】神尾彰彦; 軽金属, 56(2006) 496.
【非特許文献２】宮川大海，坂木庸晃; 金属学概論，朝倉書店 (1994).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の結晶粒微細化剤を添加する方法では、結晶粒微細化剤のコストは非常に高く、製造しているメーカも数社に限られている。また、結晶粒微細化剤を添加することで、少量であるがチタン、ボロンおよびカーボンが不純物元素として鋳造材に取り込まれてしまう欠点も有する。そのため、これらの微細化剤を用いて作製した製品は、リサイクルする際に元の製品に適用することができなく、不純物元素の量が多くても問題ない製品へのリサイクル（カスケードリサイクル）のみに限定されてしまう。
【０００６】
後者の熱間鍛造法では、変形を供するため、鋳造材の形状が変化する。そのため、熱間鍛造法を導入することは、複雑な形状を精度良く製造可能な鋳造法の特長を失う欠点がある。さらに、熱間鍛造法を供することは、鋳造後の工程を増やすために製品のコストを高くする欠点を有する。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、結晶粒微細化剤を添加する方法や熱間鍛造法とは異なり、鋳造製品の製造過程あるいはその他製品の製造過程などで発生する切りくずを利用することによって、鋳造材の組織を微細化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、母材と同一組成を有する金属切りくずを鋳型にあらかじめ投入し、その後、溶解炉で溶解した金属母材溶湯をその鋳型内へ流し込む。鋳型に流れ込んだ母材金属溶湯によって、鋳型内部の切りくずが溶解し、その際、金属切りくずが鋳造材の結晶粒の核生成サイトとなり、かつ冷却速度を向上させるため、鋳造材の結晶粒径が小さくなる。このことにより、鋳造材の組織を微細化することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の鋳造材の組織微細化方法によって作製された鋳造材を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にて使用する切りくずの具体例である純アルミニウムの切りくずを示した写真である。
【図２】金型に設置した純アルミニウムの切りくずを示した写真である。
【図３】比較材として作製した純アルミニウム鋳造材の組織を示した写真である。
【図４】切込量０．２ｍｍの純アルミニウム切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材の組織写真である。左写真および右写真は、それぞれ切りくず投入量が１０ｇおよび１６ｇで作製した鋳造材の組織写真である。
【図５】切込量０．６ｍｍの純アルミニウム切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材の組織写真である。左写真および右写真は、それぞれ切りくず投入量が１０ｇおよび１６ｇで作製した鋳造材の組織写真である。
【図６】切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材と切りくずを用いないで作製した鋳造材の摩耗特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態は、母材と同一組成を有する金属切りくずを鋳型にあらかじめ投入し、溶解炉で溶解された金属母材溶湯を鋳型に流し込むことによって、鋳造材の組織を微細化する方法である。鋳造材の組織を微細化することで、強度を向上させることができる。また、鋳造製品の製造に必要な母材金属の重量の一部を切りくずでまかなうことが可能であるため、溶解炉における母材金属の溶解量を減少することができ、その結果、溶解に必要なエネルギーを節減することができるメリットも有する。また、使用する金属切りくずは、母材と同様の組成を有するため、製品への不純物の混入も防ぐことが可能である。
【００１２】
本実施形態に係る鋳造材の組織微細化方法は、具体的に、以下の手順でおこなわれる。
【００１３】
（１）母材金属の切りくずを鋳型に投入する。このとき、切りくずができるだけ鋳型に均一に分散するようにセットする。
（２）母材金属を溶解炉にて溶解し、鋳型に母材金属溶湯を流し込む。そのとき、金型に流れ込んだ母材金属溶湯によって、金型内部の切りくずの一部あるいは全部が溶解する。その際、金属切りくずが鋳造材の結晶粒の核生成サイトとなり、かつ冷却速度を向上させるため、鋳造材の結晶粒径が小さくなる。
【００１４】
以下、本実施形態の具体例について説明する。
【００１５】
図１は、具体例として使用した純アルミニウム切りくずの写真を示す。実施で使用した切りくずは、旋盤加工にて得られた流れ型の切りくずであるが、他の加工法で得られたいかなる種類の切りくずでも良い。
【００１６】
図２は、具体例として、純アルミニウムの切りくずを鋳型に設置した写真を示す。切りくずは、母材金属溶湯の湯流れを遮らないように、出来る限り金型の外側に設置することが好ましい。
【００１７】
図３は、比較材として作製した純アルミニウム鋳造材の組織を示す。この具体化した実施例では、溶湯の質量を２００g、溶解温度を７５０℃、金型を室温とした。
【００１８】
図４は、具体例として純アルミニウムの切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材の組織を示した写真である。ここで使用した純アルミニウム切りくずは、切込量０．２ｍｍとして旋盤加工により作製したものである。また、鋳型に投入する切りくずの投入量を１０ｇあるいは１６ｇとし、かつ純アルミニウム溶湯の量を２００ｇとした。なお、純アルミニウム溶湯の温度は７５０℃、鋳型の温度は室温である。図３および図４を比較すると、切りくずを用いて作製した鋳造材組織の方が微細になっている。また、切りくずの投入量が多い方が、鋳造材組織が微細化していることが分かる。
【００１９】
図５は、具体例として純アルミニウムの切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材の組織を示した写真である。ここで使用した純アルミニウム切りくずは、切込量０．６ｍｍとして旋盤加工により作製したものである。また、金型に投入した切りくずの投入量を１０ｇあるいは１６ｇとし、かつ純アルミニウム溶湯の量を２００ｇとした。なお、溶解炉で溶解する純アルミニウムの溶解温度は７５０℃、金型は室温とした。図４および図５を比較すると、小さな切込量で作製した切りくずの方が鋳造材の組織を効果的に微細化している。
【００２０】
図６は、切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材と切りくずを用いないで作製した鋳造材の摩耗特性を比較したグラフである。この図より、切りくずを用いて作製した純アルミニウム鋳造材の摩耗量は小さい。よって、切りくずを用いることによって、純アルミニウム鋳造材の組織が微細化し、強度が向上することが分かる。
【００２１】
本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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