(57)【要約】【課題】　従来のダイカスト法においてＴ６処理を可能とするとともに、複雑なジャケット構造のシリンダヘッドなどの鋳造を可能にしたアルミニウム鋳物を提供する。【解決手段】ダイカスト鋳造法で鋳造されるアルミニウム鋳物で、砂中子を用い、ゲート速度０．６〜２．０m/s、１００〜４００kgf/cm２の圧力、砂中子に接する鋳物の肉厚中心部の冷却速度２℃/Ｓ以上として、熱処理をＴ６処理とするものである。【選択図】　図１
2004114159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャケット構造またはアンダカット部を有したアルミニウム鋳物で、鋳造法はダイカスト鋳造法とし、ジャケット構造部、アンダカット部には置き中子として砂中子を用い、ゲート速度０．６〜２．０m/sで注湯し、鋳物の凝固開始から凝固完了迄は１００〜４００kgf/cm２の圧力を保持し、少なくとも一面は砂中子に接する鋳物の肉厚中心部の冷却速度２℃/Ｓ以上で鋳造し、さらに熱処理をＴ６処理としたことを特徴とするアルミニウム鋳物・シリンダヘッド。
【請求項２】
アルミニウム鋳物の材質をＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＤＣ１０及びＡＤＣ１２の材料群の中から選ばれた一種とし、請求項１のダイカスト鋳造法により鋳造されることを特徴とするアルミニウム鋳物・シリンダヘッド。
　
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、耐圧・高強度アルミニウム鋳物・シリンダヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来から、内燃機関のシリンダヘッドのようにジャケット構造を有するアルミニウム鋳物の鋳造法としては、外周に当たる部分を鋳鉄や鋼などの鉄系の金属鋳型にて成型し、ジャケット部や吸気口、排気口など直線的に型抜き不可能な部分は、砂型による砂中子型を用いている。アルミシリンダヘッドを金型鋳造する場合、鋳造時の圧力は、一般には圧縮空気により０．２〜０．５kgf/cm２に加圧して鋳造する低圧鋳造法か、又は溶湯落下時の重力加圧による重力鋳造法に依存している。なお、特許文献１では、２〜１０kgf/cm２の圧力を負荷して注湯することが開示されている。
【特許文献１】特公平７−２９１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　上記において、低圧鋳造法、重力鋳造法では、熱処理はＴ６処理ができるため、強度向上を図れる利点があるが、充填時の圧力が、０．５kgf/cm２程度までと低いため、圧力を利用した引巣欠陥の防止が困難で、また、空冷金型のため冷却速度も低く、結晶も粗い。しかも、微細引巣や結晶の粗さにより伸びや靭性の向上は難しい。また、鋳造の生産性に関して、凝固時間が長いという問題がある。
【０００４】
　他方、シリンダヘッドなどのジャケット構造のものの鋳造に関しては、これらの方法は加圧力が低いため、複雑な砂中子型の使用が可能で、ジャケット構造を得られ易いという利点がある。しかし、逆に、加圧が低いため、溶湯を鋳型に充填する際、外周の金型温度を少なくとも２５０℃以上４００℃近くまで高くしないと、溶湯が完全に廻らない恐れもある。更に、金型を強制的に冷却する水冷金型の場合も温度制御に高い技術を要し、一般的には空冷の金型とし、自然放熱により上記の温度を保持する構造である。従って、溶湯が充填され、完全に凝固するまでの時間は金型から放熱する熱量により決まり、最低４分、大きい鋳物の場合１０分以上を有する。これにより、冷却速度も非常におそくなり、組織も粗く、粗大化したものとなり、強度が低いという問題がある。
【０００５】
　一方、鋳造時に油圧機構を利用し、機械的圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造法においては、加圧力は５００から１０００kgf/cm２で、速度もゲート部で１０〜４０m/sに達し、鋳型は、水冷した金型を用いる。このため、充填後、凝固完了するまでの時間は５〜２０秒となり、生産性に優れている。しかし、充填時のゲート速度が速いので、空気・ガスの巻き込みがあり、ブリスター発生によりＴ６処理はできないという問題がある。また、給湯時に溶湯の温度低下が大きいため、厚肉部の冷却制御ができないので引巣が発生し易く、かつ、充填時に凝固したチル相が混入している。このため、異質の組織が混在した組織は伸びの低下、靭性低下がある。
【０００６】
　加えて、ダイカスト法で複雑な形状のシリンダヘッド用ジャケット部を砂中子にて形成すると、砂中子の内部に高温のアルミ溶湯の浸透や砂中子の細い部分で折れる。このため、ダイカスト鋳造法で複雑なジャケット構造をもつアルミニウム鋳物製シリンダヘッドなどを鋳造することは困難である。
【０００７】
　更に、ダイカスト法に適用されるアルミニウム材質は、ＡＤＣ１０、１２などのダイカスト用材質に限定されている。この理由は、高速高圧のアルミニウム溶湯を射出して充填するため、金型との溶着が著しく、これを防ぐため、Ｆｅ分をアルミニウム合金鋳物材質より多くしているためである。このため、Ａｌ-Ｆｅ-Ｓｉ化合物などの折出により強度上に問題がある。このようにダイカスト専用材質は限定され、強度上も問題がある。
【０００８】
　この発明は、従来のダイカスト法においてＴ６処理を可能とするとともに、複雑なジャケット構造のシリンダヘッドなどの鋳造をダイカスト法で可能にしたアルミニウム鋳物を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
　上記の課題を解決するため、この発明では、まず鋳造法は金型を用い、油圧機構による機械的圧力でアルミニウム溶湯を加圧充填するダイカスト鋳造法とする。　　
【００１０】
　そして、この発明では、砂中子を用いるが、その砂中子は通常表面処理を施し、それには一般的な耐火材でよい。これにより、圧力４００kgf/cm２までの圧力に耐えることが出来る。更に、５００kgf/cm２以上の圧力に耐えるには砂中子に特殊な表面処理を施す。
【００１１】
　また、鋳造開始から凝固完了までは、１００〜４００kgf/cm２の圧力で加圧保持して、この圧力のまま凝固完了することにより、凝固収縮に伴う引巣欠陥を大幅に低減出来る。従来の低圧鋳造法や重力鋳造法はマイクロシュリンケージとして厚肉部に欠陥が残るが、本発明では大幅に低減できるため、強度向上に大きく寄与するのである。他方、１００kgf/cm２以下では引巣を防ぐことが難しくなり、冷却の遅い厚肉部の中心に欠陥が残りやすい。
【００１２】
　次ぎに、溶湯充填時のゲート速度を０．６〜２．０m/sとする。(通常のダイカスト鋳造法より１／５〜１／５０の早さであることを特徴としている)。このゲート速度とすることにより、溶湯充填時に鋳型に入る溶湯は乱れのない層流となり、充填中に空気や鋳型内ガスを巻き込むことなく隅々まで充填される。しかし、２．０m/s以上の速度になると溶湯は乱れ、乱流となり、空気やガスを巻き込み充填され、凝固完了後もガス用空気を圧縮した状態で含有したアルミ鋳物となる。一方、０．６m/s以下の速度で溶湯を充填すると、水冷した金型を用いた本発明では、隅々まで完全に充填することが難しい。図１にゲート速度とブリスター発生数との関係を示す。
【００１３】
　更に、本発明のジャケット構造式鋳物では、１０mm以上の肉厚を有すること、金型より熱伝導性が低い砂中子を用い、また、連続した鋳造を行うダイカスト鋳造法であるため水冷の金型とする。
【００１４】
　この場合、ジャケット部又は吸排気口の砂中子部に、少なくとも一面を接した燃焼面等の厚肉部の冷却速度を２℃/Ｓ以上の速度で、６５０〜７００℃で充填した溶湯を凝固させる。この冷却速度以下で鋳造すると、凝固時間が延びるため、鋳造サイクルが所定の時間より長くなり、経済的に不利となる。また、冷却速度が小さくなると、結晶の大きさが大きくなる。空冷の金型を用いた重力鋳造や低圧鋳造では冷却速度が０．５℃/Ｓ以下となるため、結晶が大きくなる。
【００１５】
　最後に、本発明のアルミニウム鋳物の鋳造法では、熱処理をＴ６処理とするものである。Ｔ６処理は、４９０〜５２０℃に数時間加熱保持した後、水中に投じ、水焼入れし、更に１６０〜２００℃に４〜７時間保持し、焼戻しを行うもので、これにより人工時効硬化により強度(引張強さ、耐力、ヤング率)を処理前の１．３〜２．０倍に向上させるものである。しかし、この処理にはガス・空気を巻き込んでいない鋳物が必要で、少なくともガス量１０cc/（１００g・アルミ鋳物）以下、出来ればガス量５cc/（１００g・アルミ鋳物）以下の含有量が望ましい。図３は、Ｔ６処理したものとしていないものとの応力−歪線図である。
【００１６】
　更に、本発明のジャケット構造式鋳物・シリンダヘッドのアルミニウム鋳物の材質としては、ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｄ、ＡＣ８Ａ、ＡＣ８Ｂ、ＡＤＣ１０及びＡＤＣ１２の材料群の中から一種が最適に用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
　本発明の最も重要な特性は強度である。それをもたらしている要因は熱処理Ｔ６処理・人工時効強化による強度向上でこの処理により引張強さと耐力、縦弾性係数(ヤング率)及び硬さが大幅に向上する。更に、冷却速度の制御による結晶の微細化と加圧による引巣の抑制が伸びの向上に大きく寄与しており、欠陥の影響は伸びを大幅に向上させる効果がある。
【００１８】
　また、この発明のジャケット構造式アルミニウム鋳物・シリンダヘッドは、低圧鋳造法や通常のダイカスト鋳造法と比較し、引張強さ、伸びともに優れ、靭性の高い、信頼性を有すアルミニウム鋳物が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　本発明によるジャケット構造のシリンダヘッドと、比較例としての低圧鋳造のシリンダヘッドとを砂中子を用いて表１の条件で試作した。その結果は、表２の通りであり、本発明の方が引張強さ、伸びともに遥かに優れていることが判る。
【００２０】
　〔表１〕
┌─────┬─────┬─────┬─────┬────┐ 
│　　　　　│　加圧力　│ゲート速度│　冷却速度│ 熱処理 │ 
│　　　　　│　kgf/cm２│ 　m/s　  │　℃/Ｓ   │        │ 
├─────┼─────┼─────┼─────┼────┤ 
│　本発明　│　　300　 │  1.2　　 │ 　 4　　 │  Ｔ６  │ 
├─────┼─────┼─────┼─────┼────┤ 
│　低圧鋳造│　　0.3　 │　1.0　   │ 　0.4　　│  Ｔ６  │ 
└─────┴─────┴─────┴─────┴────┘ 
【００２１】
　　〔表２〕
┌─────┬─────┬────┬──────┐ 
│　　　　　│引張強さ　│ 伸び　 │　ヤング率  │ 
│　　　　　│kgf/mm２　│  ％　  │ 　kgf/mm２ │ 
├─────┼─────┼────┼──────┤ 
│　本発明　│　　36　　│　1.8　 │ 　8000     │ 
├─────┼─────┼────┼──────┤ 
│　低圧鋳造│　　29　　│　0.8　 │ 　7400     │ 
└─────┴─────┴────┴──────┘ 
【産業上の利用可能性】
【００２２】
　この発明は、内燃機関のシリンダヘッドのようなジャケット構造またはアンダーカット部を有した各種の業機械構造用部材に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】鋳造時のゲート速度とブリスター発生数との関係を示すグラフである。
【図２】Ｔ６処理したものとしないものとを比較して示す応力−歪線図である。
【図１】
2004114159.tif 000003
【図２】
2004114159.tif 000004