(57)【要約】  本発明は、軽金属溶湯特にアルミニウム溶湯から作られた鋳造部品を熱処理する方法に関し、複雑な形状を備えた鋳造物の固有応力を特に効果的に排除することができ、同時にフレームワークの一連の製造に安価で効率的に使用できる。この目的のため、個々の鋳造部品は、焼鈍処理後に急冷するかまたは鋳造温度から急冷して、急冷後に低温に冷却して、且つ低温冷却に引き続いて、塩溶融物に浸漬して通常の圧力で水が沸騰する温度以上である高温に直ちに上昇される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属溶湯特にアルミニウム溶湯から作られた鋳造部品を熱処理する方法であって、
前記鋳造部品を、焼鈍処理後に急冷するかまたは鋳造温度から急冷し、急冷処理後に低温まで冷却し、且つ低温冷却に引き続いて塩溶融物中に浸漬して高温まで急加熱し、
前記高温が、通常圧力で水の沸騰温度以上であることを特徴とする鋳造部品を熱処理する方法。
【請求項２】
前記鋳造部品が、水で急冷されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記低温が、−１８０℃未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記低温に冷却するため、前記鋳造部品が液体窒素に浸漬されること特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳造部品の中心部温度が実質的に前記低温に等しくなるまで、前記鋳造部品が前記低温まで冷却されること特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記塩溶融物が、少なくとも１５０℃に加熱されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記塩溶融物が、少なくとも２５０℃に加熱されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記塩溶融物が、少なくとも９８ｗｔ％の塩濃度を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
硝酸塩及び／またはクロム酸塩が、特に、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３またはＮａ２ＣｒＯ４のような、アルカリ金属の硝酸塩及びクロム酸塩またはアルカリ土類金属の硝酸塩及びクロム酸塩が、前記塩として使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳造部品が、シリンダヘッドであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋳造部品が、原動機部材であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽金属溶湯特にアルミニウム溶湯から作られた鋳造部品を熱処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最大強度は、特別な用途において高応力となる軽金属で製造された鋳造部品で要求される。これは、アルミニウムから製造された内燃機関エンジン、特にディーゼルエンジンの場合のシリンダヘッドに特に適用され、実際の操作では点火圧力を一定に増加するためにかなりの負荷にさらされる。
【０００３】
軽金属材料の高強度は、鋳造後に熱処理を施した適切な合金を選択することにより得ることができる。したがって、例えば、熱処理の可能なアルミニウム合金においては、Ｔ６／Ｔ７熱処理のように呼ばれている処理によって、強度水準をかなり上げることができる。溶体化処理後に、これら鋳物を水浴中で急冷してその後加熱状態に維持した場合に、最大に増加した能力が存在する。
【０００４】
しかしながら、水急冷の利点は、特に複雑な形の部材の急冷によって、高い固有（内部）応力が発生する可能性があるという決定的な欠点に直面する。固有応力が急冷した部材に強度の増加を確実にもたらすが、これらの強度は、固有応力に起因する不利益によって取り消されるか、またはこの不利益のほうが大きくなることもある。
【０００５】
急冷に伴う不利益を改善するために、熱的な後処理が、１９８３年のHeat Treatingの第３０頁に公開されたT. Coucherの論文「アルミニウムの急熱法(uphill quenching)：ほとんど知られていない再生処理」に提示されている。この論文の中で、急冷後に鋳造部材は、温度が約−１９６℃である液体窒素の浴に浸漬される。これらの鋳造部品に均一な温度分布が定着するまで、鋳造部品はこの低温に保持される。
【０００６】
均一な温度分布が達成されると直ちに、既知の方法にしたがって、低温まで冷却された部材は、高温にすぐに急熱される。冷却された部材は、この急熱法ために高温噴流にさらされるか、または高温水浴に浸漬される。
【０００７】
高温への急熱法が、急冷の際に鋳造部品に作り出された応力プロフィルを略釣り合わせる。この効果は、急冷の際に温度勾配の減少が鋳造部品の中心部から始まり、外側区域の方向へと形成されることで説明できる。冷却した結果として収縮しようとする縁部層のため、かなりの圧縮応力が鋳物の縁部層と中央区域との間に生じる。
【０００８】
鋳造部品を低温に冷却しその後直ちに再加熱した場合、中心部区域が冷えた状態に維持されたまま縁部層が暖められる。外側区域は、中心部によって膨脹が妨害されるため、加熱の結果として圧縮応力に支配され、これは、急冷の結果として作り出される圧縮応力の正確な反転である。その結果、低温への冷却の後の急な再加熱は、実施された処理及び部材に発生する応力の双方に関して、急冷工程と反対になる。
【０００９】
実地試験の結果、鋳造部品が既知の急熱法を用いて製造することができ、従来の急冷のみを行った鋳造部品に比べ固有応力が改善されるが、しかしながら、この操作様式は、特に大規模なシリーズ生産の場合に効果が不十分になることが判明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した先行技術に対して、本発明に目的は、複雑な形状を備えた鋳物に固有応力を特に効果的に抑制するとともに、同時にシリーズ生産の枠組みにおいて安価で能率的に使用可能である方法を作り出すことである。
【００１１】
上述した先行技術に対して、本発明に目的は、本発明にしたがい軽合金溶湯特にアルミニウム溶湯から作られた鋳造部品を熱処理する方法によって達成された。この鋳造部品は、焼鈍処理の後に急冷するか或いは加熱した鋳物を急冷し、急冷後に低温に冷却され、低温冷却引き続いて塩溶融物に浸漬して急速に高温に上昇させる。この温度は通常の圧力で水の沸騰温度以上である。
【００１２】
本発明は、急激な加熱のため塩溶融物を用いることによって、この目的ために先行技術で用いた不十分な効果の水流の急熱法を改良する考えに基づく。本発明にしたがい塩溶融物を使用する利点は、この種の溶融物が通常の圧力で水の沸騰点以上の温度に加熱できることにある。故に、塩溶融物は、難なく１５０℃以上の温度に加熱することができる。したがって、この低温と塩溶融物温度との間に可能な限り大きな温度差異を達成するために、２５０℃以上の塩溶融物の温度を作り出すことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
急熱を急激に起こさせる際、熱伝達のための薬剤として塩溶融物を使用する別の利点は、塩溶融物とそれぞれの鋳物との間の熱伝達が、鋳物を単に水流に浸す先行技術より非常に優れていることにある。さらに、非常に高温にもかかわらず、水流よりも実質的に良好に制御できるということにある。
【００１４】
結果として、熱処理工程全体の成果の基礎となる温度勾配は、本発明の予め低温に冷却した鋳造部品を塩溶融物中で処理する急熱法によって、従来の方法と比較して非常に改善することができる。大きな温度勾配が、急冷後のそれぞれの鋳造部品に存在する固有応力に基本的に大きな補償作用を作り出す。
【００１５】
したがって、本発明は、熱処理を施した鋳物に安価で且つ確実に実施できる方法を提供し、さらに、この方法は、従来技術にしたがい製造された部品に比較して、性質が改良された鋳造部品にもたらす。したがって、軽金属特にアルミニウムから作られた高品質の部材は、これらの鋳造部品が例えば内燃機関のシリンダヘッドのような特に複雑で精密な構造形状を有する場合、本発明にしたがう方法を用いて製造することができる。
【００１６】
原則的に、本発明は、それぞれの鋳造部品が如何に急冷を行ったかに関りなく、適用することができる。しかしながら、それ自体が水または比較的激しく作用する急冷剤で既知の状態で急冷された場合、本発明は特に有効であることが判明した。
【００１７】
急冷後鋳造部品が冷却される低温度と、極度に冷却された鋳造部品が急熱される塩溶融物の急熱温度と、の間で可能な限り大きな差異を求めること考慮して、その低温が−１８０℃未満である場合、それは利点である。この低温まで冷却するためには、急冷される鋳造部品を通常の圧力で約−１９６℃の液体窒素に浸漬することにより達成できる。
【００１８】
極度の冷却と急熱法浴の間に存在する温度差異による効果を引き上げるために、すでに上述した本発明にしたがう別の形態は、塩溶融物は少なくとも１５０℃特に少なくとも２５０℃に加熱することを条件とする。
【００１９】
高い浴温度を確実に達せでき、且つこの溶融物の一様で高い熱伝導性を個々に処理される鋳造部品に対して確実に伝わるように、本発明で用いられるこの塩溶融物の塩濃度は、好ましくは少なくとも９８ｗｔ％である。この場合、硝酸塩及び／またはクロム酸塩、特にＮａＮＯ３、ＫＮＯ３またはＮａ２ＣｒＯ４のようなアルカリ金属の硝酸塩及びクロム酸塩またはアルカリ土類金属の硝酸塩及びクロム酸塩が、この塩として使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ＡｌＳｉ７ＭｇＣｕ０．５のアルミニウム合金のシリンダヘッドの鋳物の実地試験が、本発明にしたがうこの方法の効果を見事に立証した。５２０℃の温度で前もって行われる焼鈍処理の後、シリンダヘッドは約６０℃の水中で冷却された。空気中で小休止段階の後、液体窒素中で−１９６℃の低温冷却を行った。この冷却時間は、それぞれのシリンダヘッドが均質一定の温度分布になるまで続けられた。この状態が達成されると直ちに、約２４０℃まで急加熱された。
【００２１】
この目的のために、シリンダヘッドは、５２ｗｔ％のＮａＮＯ３、４６．４ｗｔ％のＫＮＯ３、１．３ｗｔ％のＮＯ２、および０．２４ｗｔ％のＮａ２ＣｒＯ４からなり塩浴中で２５０℃以上の温度にして浸漬された。最初の試行において、低温から高温にこのように急熱されたシリンダヘッドは、水で洗浄して室温まで冷却された。これは、シリンダヘッドに付着する溶融物の残存を確実に洗い落とすことに役立つ。第２の試行において、急熱されたシリンダヘッドは静止空気中にさらに長い時間に渡って室温まで冷却された。
【００２２】
図１は、本発明にしたがう熱処理をした際の鋳物温度Ｔを経過時間に対して表示した。この場合、急熱したシリンダヘッドを水で洗浄した冷却試行は、「急熱法＋水」で図示し、一方急熱後の冷却を空気中で行った試行は、「急熱法＋空気」で表記した。
【００２３】
本発明にしたがう操作方法を適用することによって、焼鈍処理に引き続きいて部材を水中でなくて空気中で比較的遅く急冷する場合は、慣用手順において達成されたのに近い範囲にまで、シリンダヘッドの固有応力を減少することができる。
【００２４】
図２は、本発明にしたがう方法の結果を示す。焼鈍処理後に空気中で冷却するとき、固有応力は僅か２１ＭＰａ範囲内で達成される。この値は、図２にコラム「空気」によって図示される。しかしながら、この焼鈍処理後に空気中でゆっくり冷却した部材は、単に低い強度を有する。この焼鈍処理後に水中で急冷された場合、シリンダヘッドの固有応力レベルは、その後低温を急熱法の加熱することなく６０℃の水中で通常に冷却したものは、１０３ＭＰａである。関連する値が、コラム「水６０」によって図２に示される。一方、水中急冷後に行われる本発明の上述した熱処理は、２４０℃までの急熱法後に水での冷却がなされた場合、固有応力は４２ＭＰａの領域に存在する（図２のコラム「急熱法＋水」）。本発明にしたがう方法で熱処理されたシリンダヘッドは、２７ＭＰａの固有応力を有し、すなわち、空気中の冷却によって単に達成される固有応力よりも僅か６ＭＰａ大きな実質的に高鋳物強度を備える。
【００２５】
即ち、本発明の高冷却速度で行われる急冷の利点は、具体的にはそれぞれの鋳造部品の強度増加を可能にし、この処理で備わる高固有応力を有することなく使用することを可能にする。得られた部材は、高強度を有し且つ固有応力を最小にするので、実作業における高荷重でさえもうまく処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
（原文に記載なし）
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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