(57)【要約】【課題】アルミニウム系合金を用いて、例えば金型を鋳造にて製造する際に問題となる、鋳造後の形状精度および製品の強度を有利に改善する方途について提案する。【解決手段】金属間化合物を析出するアルミニウム系合金の溶湯を、鋳型に注入して鋳造を行うに当たり、この鋳型内の溶湯を金属間化合物の析出点以下まで冷却して凝固させたのち、一旦析出点を超える温度域に昇温してから再び析出点以下の温度域まで冷却する、熱処理操作を、少なくとも１回は行う。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属間化合物を析出するアルミニウム系合金の溶湯を、鋳型に注入して鋳造を行うに当たり、この鋳型内の溶湯を金属間化合物の析出点以下まで冷却して凝固させたのち、一旦析出点を超える温度域に昇温してから再び析出点以下の温度域まで冷却する、熱処理操作を、少なくとも１回は行うことを特徴とするアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項２】
熱処理操作を、少なくとも３回は行うことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項３】
析出点を超える温度域が、析出点を超え（析出点＋５０℃）以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項４】
析出点以下の温度域が、析出点以下（析出点−５０℃）以上であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項５】
熱処理操作を１回当たり、３００秒の時間内に行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項６】
溶湯からの冷却速度が、１〜１０００℃／ｓであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項７】
析出点を超える温度域から析出点以下の温度域まで冷却する際の冷却速度が、１〜１００℃／ｓであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項８】
析出点以下の温度域から析出点を超える温度域に昇温する際の昇温速度が、１〜１００℃／ｓであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【請求項９】
アルミニウム系合金が、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ａｇ系合金であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム系合金、特にＡｌ−Ｃｕ系合金に代表される、金属間化合物を析出するアルミニウム系合金の鋳造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物を製造する際の成形工程で用いる金型は、製品に応じて多種多様であり、その材質も鋼材は勿論、銅合金やニッケル合金、そしてアルミニウム合金など、多岐にわたっている。
【０００３】
例えば、ゴム製品の典型例であるタイヤは、その周面にトレッドパターンと呼ばれる凹凸模様を有するのが通例であり、このタイヤの製造の最終工程である、加硫成形を司る加硫金型は、凹凸模様を転写するための凸凹形状に、その内周面が形成されている。かような凸凹形状を有するタイヤ製造用の金型は、軽量で熱伝導性が良好である事、また、加工が容易である事の理由から、アルミニウム系合金を用いた鋳造によって製造されるのが一般的である。
【０００４】
例えば、アルミニウム系合金を用いた金型の鋳造に関して、特許文献１には、タイヤ成形用金型をアルミニウム合金にて製造することが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５０４４４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミニウム合金で鋳込んだ鋳物は、凝固冷却時の変形が大きく、精度の高い品物を得るのが困難であるため、鋳造後に加工して品物（金型）精度を確保しなくてはならない、という問題があった。さらに、凝固冷却のばらつきによって強度も大きくばらつくことも問題であった。
【０００７】
そこで、この発明は、アルミニウム系合金を用いて、例えば金型を鋳造にて製造する際に問題となる、鋳造後の形状精度および製品の強度を有利に改善する方途について提案することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨構成は、つぎの通りである。
（１）金属間化合物を析出するアルミニウム系合金の溶湯を、鋳型に注入して鋳造を行うに当たり、この鋳型内の溶湯を金属間化合物の析出点以下まで冷却して凝固させたのち、一旦析出点を超える温度域に昇温してから再び析出点以下の温度域まで冷却する、熱処理操作を、少なくとも１回は行うことを特徴とするアルミニウム系合金の鋳造方法。
【０００９】
（２）熱処理操作を、少なくとも３回は行うことを特徴とする上記（１）に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１０】
（３）析出点を超える温度域が、析出点を超え（析出点＋５０℃）以下であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１１】
（４）析出点以下の温度域が、析出点以下（析出点−５０℃）以上であることを特徴とする上記（１）、（２）または（３）に記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１２】
（５）熱処理操作を１回当たり、３００秒の時間内に行うことを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１３】
（６）溶湯からの冷却速度が、１〜１０００℃／ｓであることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１４】
（７）析出点を超える温度域から析出点以下の温度域まで冷却する際の冷却速度が、１〜１００℃／ｓであることを特徴とする上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１５】
（８）析出点以下の温度域から析出点を超える温度域に昇温する際の昇温速度が、
１〜１００℃／ｓであることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１６】
（９）アルミニウム系合金が、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ａｇ系合金であることを特徴とする上記（１）ないし（８）のいずれかに記載のアルミニウム系合金の鋳造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明のアルミニウム系合金の鋳造方法について、タイヤの加硫金型、特に分割金型に多用されるＡｌ−Ｃｕ系合金を例に、詳しく説明する。
例えば、Ａｌ−４．０ｍａｓｓ％Ｃｕ系合金の鋳造は、図１に示すＡｌ−Ｃｕ系平衡状態図において、Ａ点からＧ点へ到る冷却過程を経て、凝固を進行させることで行われる。すなわち、鋳型内に装入された溶湯は、鋳型の冷却に伴って、Ａ点（液相Ｌ）から、Ｂ点そしてＣ点の固液共存相を経てＤ点に到り、このＤ点で凝固が始まりＥ点（α相）を経てＦ点に達すると、金属間化合物（ここではＣｕＡｌ２）が析出し始め、Ｇ点においてα相にてθ相の介在物が成長する。
【００１８】
かような凝固過程において、まず図２に熱処理履歴を示すように、Ｄ点から金属間化合物の析出点であるＦ点（以下、析出点という）または析出点Ｆ以下の温度域までＴ１時間内に一気に冷却したのち、一旦析出点Ｆを超える温度域、例えばＦ＋５０℃の温度までＴ２時間をかけて昇温してから、Ｔ３時間内に、析出点Ｆ以下の温度域、例えばＦ−５０℃の温度まで冷却する、熱処理操作を、少なくとも１回、図示例で３回行うことが肝要である。この熱処理操作後は、Ｇ点以下へ冷却する。
【００１９】
すなわち、アルミニウム系合金を鋳造する際、その冷却過程において、析出点以下で冷却を停止し、一旦析出点Ｆを超える温度域まで昇温してから析出点以下の温度域まで冷却する、熱処理操作を、１回または複数回行うことによって、微細な鋳造組織および球状介在物が生成することから、鋳型内寸法に合致した高強度の鋳造物を得ることが可能になる。
【００２０】
なぜなら、凝固完了（α相晶出）の時点（Ｄ点）から急速に過冷すると、大量の原子空孔が生成し、この原子空孔を核としてθ相が生成し、この不均一θ相の生成から成長を上記の熱処理操作にて均一化することによって、微細な鋳造組織と球状介在物とを得ることができるからである。
【００２１】
この効果は、上記の熱処理操作を少なくとも１回行うことで得られるが、好ましくは３回、より好ましくは５回以上とする。なお、上限は特に設ける必要はないが、鋳造生産性（鋳造サイクル）の観点から、７回以下とすることが有利である。
【００２２】
ここで、析出点を超える温度域は、析出点を超え（析出点＋５０℃）以下であることが好ましい。すなわち、この温度域が析出点以下では上記した微細な鋳造組織および球状介在物の獲得が難しくなり、一方（析出点＋５０℃）を超えると、
再結晶による組織の拡大化や、介在物の板状や針状成長の局在が発生するからである。
【００２３】
同様に、析出点以下の温度域は、析出点以下（析出点−５０℃）以上であることが好ましい。すなわち、この温度域が析出点を超えると、上記した微細な鋳造組織および球状介在物の獲得が難しくなり、一方（析出点−５０℃）未満では、再結晶は発生しないものの、介在物のデンドライト化（樹枝状成長）が進み球状介在物の維持が図れないからである。
【００２４】
また、上記熱処理操作を１回当たり、３００秒以内、好ましくは１８０秒以内、より好ましくは６０秒以内に行うことが有利である。なぜなら、３００秒をこえると、析出点＋５０℃以上で再結晶しやすく、また析出点−５０℃ではデンドライト成長しやすいからである。
【００２５】
より具体的には、図２に示した時間Ｔ１〜Ｔ７を、それぞれ１０〜３０秒の範囲内で制御することが、寸法精度と生産性とを両立する上で好ましい。
【００２６】
さらに、溶湯からの冷却速度、つまり図２においてＤ点からＦ点以下に到る冷却速度は、１〜１０００℃／ｓ、好ましくは１００〜５００℃／ｓであることが推奨される。なぜなら、この領域温度（Ｄ点〜Ｆ点）の冷却速度が１０００℃／ｓより速いと鋳型割れが生じやすく、一方１℃／ｓより遅いと鋳物の凝固変形が大きくなるからである。
【００２７】
同様に、析出点を超える温度域から析出点以下の温度域まで冷却する際の冷却速度が、１〜１００℃／ｓ、好ましくは１０℃／ｓ以下であることが推奨される。なぜなら、１００℃／ｓより速い過冷現象により析出生成が不均一になり、一方１℃／ｓより遅いと、デンドライト成長しやすくなるためである。したがって、均一になり、１℃／ｓより遅いとデンドライト成長しやすくなるためである。したがって均一析出させるためには１〜１００℃／ｓが好ましい。
【００２８】
一方、析出点以下の温度域から析出点を超える温度域に昇温する際の昇温速度は、１〜１００℃／ｓ、好ましくは１０℃／ｓ以下であることが推奨される。なぜなら、１００℃／ｓより速いと析出物を不均一再固溶する事が困難になり、一方１℃／ｓより遅いと、析出物、固溶と同時に再結晶が進み微細組織でかつ均一球状介在物（析出物）を得る事が困難になるためである。
【００２９】
同様に、析出点以下の温度域から析出点を超える温度域に再昇温する際の昇温速度は、１〜１００℃／ｓ、好ましくは１０℃／ｓ以下であることが推奨される。なぜなら、１００℃／ｓより速いと一度生成した球状介在物は針状又は板状に変化しながら再固溶し、球状介在物を維持する事が難しくなる。一方、１℃／ｓよりも遅いと球状介在物は均一に再固溶するものの、再結晶化が進み微細組織を得ることが困難になる。
【００３０】
なお、アルミニウム系合金としては、上記のＡｌ−Ｃｕ系のほか、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ａｇ系合金等を用いることができ、さらに、これら二元系を基本として他の成分を添加した、三元系以上であってもよい。
【００３１】
【実施例】
ＪＩＳ  Ｈ５２０２（１９９２）に規定されたＡＣ２Ｂに準拠した成分組成のアルミニウム系合金を、タイヤパターン部は石膏で、他は温度調節ができる金型の鋳型に装入して、表１に示す条件に従う鋳型内での熱処理操作を行って鋳造し、タイヤの加硫成形に供するセグメント金型を製造した。また、比較として、鋳型内での熱処理操作を行うことなく、鋳造後に鋳型から取り出して放冷する、従来の手法（従来例）によっても金型の製造を行った。なお、鋳造条件は、溶湯押し時間が３．５分間および背圧が０．５ｋｇｆ／ｍｍ２であった。．
【００３２】
かくして得られた、各金型について、その背面反り量および強度を調査した。その結果を表２に示す。
なお、背面反り量は、金型の設計背面を基準とする、ずれの最大値を測定して評価するものであり、この背面反り量が０．１ｍｍ以下であれば、後加工なしに鋳型として供することができる。また、強度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４３（１９９２）に準拠したブリネル硬さ試験を行って評価した。
【００３３】
【表１】
2004223573.tif 000002
【００３４】
【表２】
2004223573.tif 000003
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、アルミニウム系合金を用いた鋳造において、鋳造後の形状精度および製品の強度が向上されるから、特に細密な形状が要求されるタイヤ加硫成形用の金型の製造に有効な方途を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ−Ｃｕ系の平衡状態図である。
【図２】この発明に従う熱処理操作の手順を示す図である。
【図１】
2004223573.tif 000004
【図２】
2004223573.tif 000005