(57)【要約】【課題】            過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の初晶Ｓｉを微細に、かつ、均一に晶出した半凝固金属を低コストで、短時間に製造し、しかる後、加圧成形する成形方法を提供する。【解決手段】        融点に対して過熱度が５０℃〜１５０℃で、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯を用いて半凝固金属を製造するにあたり、給湯用ラドル内あるいは保持容器内で保持される溶湯の温度が均一になるように、給湯用ラドル内壁近傍あるいは保持容器の内壁近傍の溶湯を注湯中は動かしながら、あるいは注湯中から成形温度まで該溶湯を動かしながら、給湯用ラドルあるいは保持容器に注がれる溶湯の注湯温度からＡｌ−Ｓｉ２元系共晶温度以上で融点以下の所定の温度までの温度領域において３℃／ｓ〜２０℃／秒の冷却速度で冷却して、その後二元共晶温度以上で所定の液相率を有する半凝固金属を保持容器あるいは給湯用ラドルから排出することとした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点に対して過熱度が５０℃〜１５０℃で、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯を用いて半凝固金属を製造するにあたり、給湯用ラドル内あるいは保持容器内で保持される溶湯の温度が均一になるように、給湯用ラドル内壁近傍あるいは保持容器の内壁近傍の溶湯を注湯中は動かしながら、あるいは注湯中から成形温度まで該溶湯を動かしながら、給湯用ラドルあるいは保持容器に注がれる溶湯の注湯温度からＡｌ−Ｓｉ２元系共晶温度以上で融点以下の所定の温度までの温度領域において３℃／ｓ〜２０℃／秒の冷却速度で冷却して、その後二元共晶温度以上で所定の液相率を有する半凝固金属を保持容器あるいは給湯用ラドルから排出することを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項２】
熱伝導率が３ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の給湯用ラドルあるいは保持容器の内面近傍を冷却機能を有しない治具により攪拌もしくは揺動することにより溶湯を動かすか、あるいは誘導装置により給湯用ラドルあるいは保持容器に磁場を印加して溶湯を動かすことを特徴とする請求項１記載の半凝固金属の製造方法。
【請求項３】
熱伝導率が３ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保持容器あるいは給湯用ラドル内に溶湯を注ぎ、該溶湯の温度を冷却機能を有する治具により攪拌もしくは揺動しながら所定の液相率となる温度まで冷却することを特徴とする請求項１記載の半凝固金属の製造方法。
【請求項４】
半凝固金属を請求項１〜請求項３により製造し、該半凝固金属を用いて重力鋳造、低圧鋳造、層流充填高圧鋳造、高速ダイカスト鋳造法、竪型プレス法のいずれかの方法により成形することを特徴とする半凝固金属の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半凝固金属の製造方法および成形方法に関わり、特に微細な初晶Ｓｉを有し、且つ、均一な分布を有するＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金の半凝固金属を、保持容器あるいは給湯用ラドル内でＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯から直接製造し、所定の液相率となる温度で保持容器あるいは給湯用ラドルから排出し、しかる後、加圧成形する半凝固金属の製造法およびその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重力鋳造法、高圧鋳造法、ダイカスト法などを用いて耐熱、耐磨耗性を有するアルミ合金製の成形品が鋳造されている。しかしながら、Ｓｉの微細化剤が所定量添加された溶湯を金型に充填して鋳造するが、初晶Ｓｉの微細化の程度やその分布は必ずしも満足できるレベルになっていなかった。即ち、初晶Ｓｉの分布が均一でなく、成形品内部の凝固速度の違いなどにより初晶Ｓｉ濃度の異なる偏析が発生していた。
【０００３】
これらの課題を解決するために、液体と固体が共存する状態で成形する半凝固成形・半溶融成形法を用いた成形が注目されている。以下にこれらに関する先行技術文献について説明する。
【特許文献１】特開２０００−５４０４７号公報
【特許文献２】特開平１０−１５２７３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１２６９５０号公報
【特許文献４】特許第３４９６８３３号公報
【特許文献５】特開平９−３２７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における問題点である「初晶Ｓｉが粗大化しやすい」ことの解決策として、Ｓｉの少ない亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金において初晶Ｓｉを晶出させた合金材料およびその製造方法が開示されている。具体的にはＳｉが６．５〜１１．０重量％、Ｐが０．００１〜０．０１重量％を有するＡｌ合金の一次鋳造材を固液共存状態まで加熱することで共晶Ｓｉを一旦融解して、その後凝固させて共晶Ｓｉよりもサイズが大きい６〜９μｍのＳｉ粒を金属組織中に晶出させることにより、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金のように耐磨耗性を与えることが提案されている。しかし、この方法では、過共晶合金のような十分に高い耐磨耗性は得られないため、使用・用途には制限があった。また、一旦、一次鋳造材を作る必要があり、コスト的にも問題があった。
【０００５】
特許文献２には過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯を保持容器に注湯して所定の速度で冷却することで、微細な初晶Ｓｉを合金溶湯中に晶出させ、その後この合金を加圧成形する半凝固金属の成形法が開示されている。具体的には、熱伝導率が１ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の保持容器の中にＰを０．００５〜０．０３重量％有する過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金を注湯し、注湯温度よりＡｌ−Ｓｉ二元系共晶温度まで０．１５〜２．０℃／秒の平均冷却速度で冷却することにより半凝固金属を製造し、この合金を加圧成形することが提案されている。
しかし、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金においては表皮生成型の凝固をするため、液相率を下げてきた場合、容器内面や溶湯の表面に凝固層ができやすく、容器からの排出が難しくなる。このため、保持容器に局部保温をしたりあるいは誘導装置を用いて加熱したりして溶湯温度の均一化をはかる必要があり、装置が複雑になるとともに成形作業も煩雑となる。
また、微細化剤として合金に含まれるＰの効果は、溶湯の温度が低い場合、核となるＡｌＰが凝集・粗大化してその効果を失い、微細な初晶Ｓｉが得られにくくなる。一方、溶湯温度を高くすると注湯時に工業的には煩雑さを伴う冷却治具表面に接触させて注湯しなければ冷却に時間がかかりやすく、初晶Ｓｉの粗大化と冷却冶具表面に凝固層の発生をもたらして長時間の運転が困難となる。
【０００６】
特許文献３には微細かつ球状の初晶を有する温度分布の良い半凝固金属を得るために、断熱容器に注湯中または注湯後に溶湯を攪拌することや半凝固金属を加圧成形することが開示されている。具体的には、融点に対する過熱度を５０℃未満と小さくしたアルミニウム合金溶湯を、断熱容器に注ぎつつ攪拌することで所定の液相率を有する球状の初晶を発生させ、容器内での保持時間を３０秒〜３０分とすることで目標の液相率の半凝固金属を生成し、これを容器から排出して加圧成形することが提案されている。
しかし、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金においては過熱度が融点に対して５０℃未満と小さいためにＡｌＰの凝集により初晶Ｓｉが粗大化するという問題がある。
【０００７】
特許文献４には電気磁場を印加した状態の容器に溶湯を注湯し、液相線付近に至った時点で印加を終了し、引き続き溶融金属を冷却する半凝固金属の製造法が開示されている。具体的には、印加した状態において注湯することで溶湯を攪拌して容器内の溶湯温度を均一化して樹枝状結晶からなる凝固層の発生を抑え、印加を終了した後も冷却することを特徴にしており、特に固相率最大０．１％で磁場の印加を終了させて、その後は冷却速度０．２〜５℃／秒で冷却して固液共存状態の金属を製造することを提案している。注湯時の凝固層発生を防止するために、容器と溶湯への磁場の印加により凝固潜熱が発生しないために、溶湯温度を液相線直下の温度まで急速に冷却することで多数の核が発生し、微細な組織が短時間に得られるという技術である。
しかし、Ｐを含む過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金においては、樹枝状結晶は本来的に発生しない。また、容器内全体の溶湯が一様に凝固するマッシー型凝固を特徴とする亜共晶合金と異なり、温度が低下した部分には凝固層が明瞭に発生する表皮生成型凝固を呈する。更に、保持容器あるいは給湯用ラドルに注湯した時に既に初晶の核としてＡｌＰが多数存在しており、保持容器内壁あるいは給湯用ラドル内壁に溶湯が接触し、熱を奪われながら注湯された金属は初晶Ｓｉを晶出しながら凝固層として保持容器あるいは給湯用ラドルの中心部に向かって徐々に成長する特性がある。
このため、均一な温度の半凝固金属を得るためには、注湯時に限定することなく、注湯後も好ましくは成形する直前まで、保持容器や給湯用ラドル内面近傍の凝固層の成長を抑制しながら速やかに冷却するために溶湯の攪拌が不可欠となる。
【０００８】
特許文献５には、給湯用ラドルに冷却治具を挿入して結晶核を発生させることを特徴とする半凝固金属の製造法が開示されている。具体的には冷却機能を有する複数の治具を給湯ラドル中の溶湯に浸漬させて攪拌することで結晶の核を発生させ、球状初晶が晶出した所定の液相率を有する半凝固金属を生成させる技術が提案されている。しかし、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金におけるＳｉの微細化効果は冷却治具による核の発生よりも、主として溶湯中に含まれるＡｌＰの核を起点として初晶のＳｉが形成される。また、初晶Ｓｉ微細化のためには、給湯中及び給湯後成形温度まで所定の冷却速度で冷却することや凝固層の発生防止のために給湯用ラドル内壁近傍を攪拌することが必要となる。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の初晶Ｓｉを微細に、かつ、均一に晶出した半凝固金属を低コストで、短時間に製造し、しかる後、加圧成形する成形方法を提供することを目的とする。具体的には、成形した成形品中には５０μｍ以下の初晶Ｓｉが均一に分散し、Ｓｉが観察されないＳｉフリーゾーンが発生しない成形品を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る第１の発明では、融点に対して過熱度が５０℃〜１５０℃で、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯を用いて半凝固金属を製造するにあたり、給湯用ラドル内あるいは保持容器内で保持される溶湯の温度が均一になるように、給湯用ラドル内壁近傍あるいは保持容器の内壁近傍の溶湯を注湯中は動かしながら、あるいは注湯中から成形温度まで該溶湯を動かしながら、給湯用ラドルあるいは保持容器に注がれる溶湯の注湯温度からＡｌ−Ｓｉ２元系共晶温度以上で融点以下の所定の温度までの温度領域において３℃／ｓ〜２０℃／秒の冷却速度で冷却して、その後二元共晶温度以上で所定の液相率を有する半凝固金属を保持容器あるいは給湯用ラドルから排出することとした。
【００１１】
第１の発明を主体とする第２の発明では、熱伝導率が３ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の給湯用ラドルあるいは保持容器の内面近傍を冷却機能を有しない治具により攪拌もしくは揺動することにより溶湯を動かすか、あるいは誘導装置により給湯用ラドルあるいは保持容器に磁場を印加して溶湯を動かすこととした。
【００１２】
第１の発明を主体とする第３の発明では、熱伝導率が３ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の保持容器あるいは給湯用ラドル内に溶湯を注ぎ、溶湯の温度を冷却機能を有する治具により攪拌もしくは揺動しながら所定の液相率となる温度まで冷却することとした。
【００１３】
第１の発明を主体とする第４の発明では、第１〜第３の発明により製造された半凝固金属を用いて重力鋳造、低圧鋳造、層流充填高圧鋳造、高速ダイカスト鋳造法、竪型プレス法のいずれかの方法により成形することとした。
【発明の効果】
【００１４】
融点に対する過熱度を５０℃〜１５０℃とし、Ｐを含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯を用いて半凝固金属を製造するにあたり、給湯用ラドル内あるいは保持容器内で保持される溶湯の温度が均一になるように、給湯用ラドルあるいは保持容器内壁面近傍の溶湯を給湯中は動かしながら、あるいは給湯中から成形温度までの冷却中は溶湯を動かしながら、給湯用ラドルあるいは保持容器に注がれる溶湯の給湯温度からＡｌ−Ｓｉ２元系共晶温度以上で融点以下の所定の温度間での冷却領域においては３℃／秒〜２０℃／秒の冷却速度で冷却するために、初晶Ｓｉが微細に、且つ、均一に晶出した過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金半凝固金属を低コストで効率的に製造できるようになった。更に、この過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金半凝固金属を製造した後、加圧成形することによりＳｉが観察されない組織が発生しない製品を得ることが可能となる。また、Ｓｉが均一に分散することで、より負荷の高い苛酷な使用条件にある製品に対してもアルミ合金の適用が可能になった。また、半凝固状態で成形するために収縮巣が少なく健全な組織を有する製品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金においては亜共晶合金と比較して、鋳型内での凝固が全体的に凝固するのではなく、凝固層が型表面から内部に向かって進行する表皮生成型の凝固形態をとる。このため、容器内壁近傍の湯を動かさなければ、容器中心と比較して温度低下が大きい内壁近傍には強固な凝固層ができ、その後の温度均一化の対策、たとえば保温、加熱を施しても簡単には温度均一化を図ることは困難である。また、凝固層の生成により溶湯から容器への熱伝達が小さくなるために、容器内部の溶湯温度の低下速度は遅くなる。
この対策として、給湯中、あるいは給湯から成形温度まで容器内壁近傍の湯を動かすことで、従来発生していたこれらの問題を解決することができる。溶湯の動かす時期は、融点以下になってもなお表皮生成型の凝固が継続されることから、融点直下で成形する場合を除き、容器から半凝固金属を排出までの間溶湯を動かすことが望ましい。
【００１６】
本願発明は、いくつかの公知技術の数値限定範囲を見直して、初晶Ｓｉが微細に、且つ、均一に晶出したＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金の半凝固金属の製造に最適な公知技術の組合せ及び数値限定を行ったことにあり、特に容器から半凝固金属を排出するまで溶湯を動かし続けることにより表皮生成型の凝固形態を呈するＡｌ−Ｓｉ系過共晶合金に対処したことを特徴としている。以下に、溶湯温度、冷却速度、Ｐの含有量等の数値限定理由について説明する。
【００１７】
最初に溶湯温度について説明する。本願発明においては、溶湯温度の融点に対する過熱度が５０℃よりも低い場合は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶湯を保持中に、微細化剤として添加されているＰが凝集してＡｌＰとして結晶の核にはなりえず、晶出するＳｉは１００μｍ以上の粗大なＳｉになる。この結果、組織の均一性は得られない。一方、１５０℃より高くしても溶湯が酸化して酸化物殻を作りやすく、しかもガスの吸収が激しくて問題が発生しやすい。従って、Ａｌ−Ｓｉ系過共晶合金の半凝固金属の製造に最適な溶湯の温度範囲を５０℃〜１５０℃とする。
【００１８】
次に、冷却速度の限定理由について説明する。溶湯の温度が、融点に対する過熱度が５０℃以下で融点までの温度範囲においては、溶湯の冷却速度を１℃／秒以上とする。３℃／秒以上の冷却速度とすることが望ましい。この理由は、冷却速度が遅いと溶湯中に存在する初晶Ｓｉの核となるＡｌＰが凝集して核としての機能を持たなくなり、初晶Ｓｉが粗大化するためである。
一方、融点からＡｌ−Ｓｉ二元系合金合金共晶温度までの温度範囲においては、３℃／秒〜２０℃／秒とする。この理由は、冷却速度が遅いとＡｌＰが初晶Ｓｉとは独立して成長するために、また、ＡｌＰが凝集して核としての機能を持たなくなるために初晶Ｓｉが粗大化するためである。また、この温度範囲における冷却速度が遅いと初晶Ｓｉが浮上するため、初晶Ｓｉが存在しない組織が形成されたり、凝固殻を容器近傍に作りやすくなるために不均一な組織となる。また、冷却速度が２０℃／秒を超えれば、例え溶湯を動かしても凝固層の発生を防止することは難しいためである。
【００１９】
次に、Ｐ（リン）の含有量の数値限定理由について説明する。過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の溶湯中に添加されるＰの量はＳｉ（珪素）の量によって異なるが、０．００５％未満であれば過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金中のＳｉ量に係わらずＳｉサイズは５０μm以下になりえない。一方、Ｐを０．０３％を超えて添加してもそれ以上の微細化の効果の改善は期待できない。以上により、Ｐの添加量は０．００５〜０．０３Ｗｔ％とする。
【００２０】
更に、給湯中あるいは、給湯中から溶湯を保持している容器から半凝固金属を排出するまでの間、容器内壁面近傍あるいは保持容器の内壁近傍の溶湯を動かし続けることの重要性について説明する。
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金は、温度が共晶温度以下に低下した部分に凝固層が明瞭に発生する表皮生成型凝固を呈する合金である。このため、保持容器あるいは給湯用ラドルに注湯した時に保持容器内壁あるいは給湯用ラドル内壁に溶湯が接触して抜熱されれば、溶湯は該内壁近傍の溶湯は既に存在している初晶の核ＡｌＰを起点にして初晶Ｓｉを晶出しながら凝固層の幅を厚くしつつ、保持容器あるいは給湯用ラドルの中心に向かって徐々に成長する。
【００２１】
この場合、凝固層は容器内壁と溶湯の直接接触を妨げることから、凝固層の成長とともに保持容器内あるいは給湯用ラドルの中の溶湯と保持容器あるいは給湯用ラドルとの熱伝達率を低下させるため、冷却速度が遅くなる。これを防止するために、保持容器あるいは給湯用ラドル内壁近傍の溶湯を主に動かすことで、溶湯全体の温度が均一に下がる状態にして冷却速度を速める。これにより、初晶Ｓｉの核となるＡｌＰの凝集を妨げることができるために微細な初晶Ｓｉを晶出した半凝固金属が得られる。
以上のことをより効果的に行って均一な温度の半凝固金属を得るためには、注湯時に限定することなく注湯後も好ましくは成形する直前まで、保持容器または給湯用ラドル内面近傍の凝固層の成長を抑制しながら速やかに冷却するための攪拌が必要である
【００２２】
ここで、溶湯を動かす期間について補足説明しておく。目標とする半凝固金属の液相率が大きい場合（例えば８０％以上、好ましくは９０％以上）には、冷却目標温度が高いため、注湯中のみ溶湯を動かしておれば（攪拌しておれば）、溶湯の慣性により溶湯が動き続けるため表皮生成型凝固形態を防止できるからである。一方、液相率が小さい場合には（例えば８０％未満）、注湯中から溶湯を保持している容器から半凝固金属を排出するまでの間、溶湯を動かし続けておく必要がある。
【００２３】
なお、本願発明でいう過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金とは、Ａｌ−Ｓｉ二元系合金に限定されず、それ以外にＣｕ、ＭｇおよびＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒなどの遷移金属などの元素が含まれる多元系合金をも含むものである。このため、初晶Ｓｉが晶出する合金を過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金としている。
【００２４】
以上の説明からわかるように、本願発明は溶湯の凝固形態が特殊な表皮生成型凝固を呈する、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金の半凝固金属を製造する方法において、容器内面の凝固層の生成を防止しなければ初晶Ｓｉが微細に、且つ、均一に晶出した過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の半凝固金属を製造できないということに着目してなされたものである。
更に、容器に注湯する溶湯温度を特定すること及びこの給湯温度から所定の液相率を有する温度までの冷却領域における溶湯の冷却速度として、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金の半凝固金属に適した冷却速度を特定することに意義がある。
【００２５】
以下に本発明に係わる半凝固金属の製造方法及びその成形方法の具体的な実施の形態について図１、図２及び図３を参照しながら説明する。
図１は給湯温度から成形温度まで冷却する過程での容器内の溶湯温度の分布を示す説明図、図２は保持容器内にて半凝固金属を製造し、成形するまでのプロセスの説明図、図３は給湯用ラドル内にて溶湯から半凝固金属を製造し、成形するまでのプロセスの説明図である。
【００２６】
最初に、図１を参照しながら表皮生成型凝固を呈する過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金における温度の均一化のために容器内壁付近の溶湯を動かすことの重要性について説明する。図１中のＴ３は保持容器内壁近傍の溶湯温度であり、Ｔ１は保持容器中心部の溶湯温度、Ｔ２がこの中間位置での溶湯温度を表している。
縦軸に融点に対する過熱度を、横軸に注湯（給湯ともいう）開始からの経過時間をとったグラフにおいて、溶湯を動かさない場合の各位置での溶湯温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の時間変化を図１に示している。特に、内壁近傍の溶湯温度（Ｔ３）は注湯終了時には二元共晶温度近くまで低下している。また、容器中心部の溶湯温度（Ｔ１）は注湯終了時でも融点に対する過熱度が４０℃以上もあり、溶湯の温度差は１００℃位に達している。
一方、容器内壁付近の溶湯を動かすことにより、図１において太線で示しているように溶湯の温度差は殆どなく均一になっており、且つ、溶湯の温度低下もＴ３に近い状態になっている。これにより、容器内壁付近の溶湯を動かすことの重要性が理解できます。
【００２７】
図１に太線で示している溶湯の温度変化の割合（温度低下率）は冷却速度に依存することになる。本願発明においては、注湯温度からＡｌ−Ｓｉ２元共晶温度以上で融点以下の所定の温度までの温度領域において３℃／ｓ〜２０℃／秒の冷却速度で冷却することを条件としており、この範囲の冷却速度を選択することにより、図１に太線で示した温度低下曲線となる。ただし、二元共晶温度まで温度を下げた場合の冷却速度は、注湯開始から二元共晶温度到達までの時間で、注湯温度から共晶温度まで下降した温度（温度差）を除した値を言う。なお、Ａｌ−Ｓｉ二元系合金においては、共晶温度到達までの範囲の液相率はＡｌ−Ｓｉ二元系合金の金属状態図により求めるが、共晶温度到達後も共晶温度に保持して共晶反応を促進させて液相率を下げて所定の液相率を求める場合には、以下のようにする。即ち、初晶Ｓｉ晶出完了時点での液相率から、共晶反応開始から共晶反応終了までの時間で、共晶反応開始から半凝固金属排出までの時間を除して求めた係数（値）に初晶Ｓｉ晶出完了時点の液相率をかけて求めた値を差し引いた値を全液相率とする。Ｓｉ以外にＣｕ、Ｍｇなどの他の元素を含むアルミ合金においては、液相率は計算状態図にて求める。この場合のＰの添加量は０．００５Ｗｔ％〜０．０３Ｗｔ％を条件としている。
【００２８】
次に、図２に基づいて、熱伝導率が２７ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃のステンレス製の保持容器及び冷却機能を有しない冶具を用いて本願発明を実施した場合について説明する。図２の（１）は、攪拌翼を有する攪拌時具３を容器中心部で回転させることにより保持容器内壁近傍を主に攪拌するとともに、保持容器外面に冷却用エア４を吹き付けて５℃／秒の冷却速度で冷却した。なお、攪拌は注湯中及び注湯後も行った。引き続き攪拌を続けながら、所定の液相率になった段階で初晶Ｓｉが液中に分散した半凝固金属Ｍ２を保持容器から排出して成形する。また、温度の局部的な低下を防ぐために、保持容器２の下部に必要に応じて熱伝導率が０．４ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃の断熱材５を設けることもできる。
また、攪拌冶具３としては攪拌翼を有さない冷却冶具３を使用して、この攪拌冶具３を容器内面に沿って円周状に動かすこともできる。
【００２９】
図２の（２）は、攪拌時具３ａを上下に動かすことにより、主に保持容器内壁近傍の溶湯を上下攪拌するとともに、保持容器外面に冷却用エア４を吹き付けて５℃／秒の冷却速度で冷却した。なお、攪拌は注湯中及び注湯後も行った。引き続き攪拌を続けながら、所定の液相率になった段階で初晶Ｓｉが液中に分散した半凝固金属Ｍ２を保持容器から排出して成形する。また、温度の局部的な低下を防ぐために、保持容器２の下部に必要に応じて熱伝導率が０．４ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃の断熱材５を設けることもできる。
【００３０】
図２の（３）は、攪拌冶具として電磁誘導装置の誘導コイル７を使用した場合を示す。保持容器に注湯する前に、電磁誘導装置の誘導コイル７に印可して保持容器に磁界をかける。このようにして特許文献４に記載されているように、溶湯が電磁攪拌されるとともに保持容器内壁に凝固層が発生しない。なお、冷却速度を調整するために保持容器外面に冷却用エア４を吹き付けることもできる。電磁場の印加は半凝固金属を容器から排出するまで行った。所定の液相率になった段階で初晶Ｓｉが液中に分散した半凝固金属Ｍ２を保持容器から排出して成形する。また、温度の局部的な低下を防ぐために、保持容器２の下部に必要に応じて熱伝導率が０．４ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃の断熱材５を設けることもできる。
【００３１】
なお、半凝固金属を保持容器または給湯用ラドルから排出して金型で成形する方法としては、図２（ａ）に示す横型ダイカスト法、図２（ｃ）に示す竪型ダイカスト法、図２（ｂ）に示す竪型プレス法等がある。また、成形方法としては図２に記載の方法以外にも押し出し成形法の適用も可能である。液相率が高く流動性があれば重力鋳造、低圧鋳造などにも適用できる。
成形速度や成形圧力はそれぞれの成形法で慣用されている条件で同様に行われる。たとえば、横型ダイカスト法では０．１ｍ／秒〜１０ｍ／秒、竪型ダイカスト法では０．０５ｍ／秒〜１ｍ／秒、竪型プレス法では０．０５ｍ／秒〜１ｍ／秒等である。
【００３２】
次に、図３に基づいて、熱伝導率が０．８ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃の給湯用ラドル１及び冷却機能を有する攪拌冶具８を用いる場合を示す。冷却機能を有する攪拌冶具８を用いて、ラドル内壁近傍の溶湯を主に攪拌することで凝固層の発生を抑制しつつ溶湯の温度を低下させ、所定の液相率になった半凝固金属を給湯用ラドルから排出して成形する。なお、成形法法については、上述した保持容器の場合と同じである。
【００３３】
なお、容器の熱伝導率と溶湯の攪拌・揺動用冶具の冷却機能の有無との関係について、補足説明する。
溶湯の保持容器や給湯用ラドルの熱伝導率が大きい場合には、容器からの冷却で充分であり攪拌・揺動用冶具に冷却機能を持たせると過冷却状態になったり、半凝固金属の適正温度の維持が困難になるためである。即ち、給湯用ラドルあるいは保持容器の熱伝導率熱を３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃以上の場合（容器材料としてステンレス等を使用した場合）は、攪拌・揺動用冶具に冷却機能を持たせない。
一方、給湯用ラドルあるいは保持容器の熱伝導率熱を３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃未満の場合（容器材料としてセラミック等を使用した場合）は、溶湯の冷却速度が遅くなるため、冷却機能を持った溶湯の攪拌・揺動用冶具により溶湯の冷却速度（能力）を高める必要があるためである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明に係る半凝固金属の製造方法は、融点に対して過熱度が５０℃〜１５０℃で、Ｐを０．００５％〜０．０３％含むＡｌ−Ｓｉ系過共晶アルミニウム合金溶湯を用いて半凝固金属を製造するにあたり、給湯用ラドル内あるいは保持容器内で保持される溶湯の温度が均一になるように、給湯用ラドル内壁近傍あるいは保持容器の内壁近傍の溶湯を主に給湯中は動かしながらあるいは給湯中から成形温度まで溶湯を動かしながら、給湯用ラドルあるいは保持容器に注がれる溶湯を初期温度（給湯温度ともいう）からＡｌ−Ｓｉ２元系共晶温度以上で融点以下の温度までの温度領域において、３℃／秒〜２０℃／秒の冷却速度で冷却して、その後所定の液相率を有する半凝固金属を保持容器あるいは給湯用ラドルから排出することにより、半凝固成形に適した鋳造素材を得ることができる。また、その鋳造素材を用いて成形することで成形品内部に均一で微細な金属組織を有する機械的性質の優れた収縮巣のない高品質の製品が得られる。よって、耐熱・耐摩耗性の優れたアルミ合金を効率的に製造できるようになった。これにより、自動車用部品の軽量化、鉄鋼部品の代替が可能となり、産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に係わる容器内の溶湯の温度変化の説明図、即ち、給湯温度から成形温度まで冷却する過程での容器内の溶湯温度の変化を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例に係わる熱伝導率が１ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃以上の保持容器内にて半凝固金属を製造し成形するまでのプロセスの説明図
【図３】本発明の実施例に係わる熱伝導率が１ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃未満の給湯ラドル内にて溶湯から半凝固金属を製造し成形するまでのプロセスの説明図
【符号の説明】
【００３６】
１      給湯用ラドル
２      保持容器
３      冷却機能を有しない攪拌治具
４      冷却用エアー
５      断熱材
６      揺動治具
７      電磁誘導装置の誘導コイル
８      冷却機能を有する攪拌治具
１０    射出スリーブ
１１    射出プランジャ
２０    金型装置
Ｍ１    溶湯
Ｍ２    半凝固金属
Ｔ１    容器中心部の溶湯温度
Ｔ２    容器中心と容器内壁との中間位置での溶湯温度
Ｔ３    容器内壁近傍の溶湯温度
【図１】
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【図２】
2005279712.tif 000004
【図３】
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