(57)【要約】注湯口（１０１）を塞ぐ開閉栓（１３）の端面がキャビティ（１６）の一部を構成すると共に冷却部材（１００）が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯（１´）を冷却部材で強制冷却して一方向から凝固した鋳塊（１）に所定割合以上の加工率で塑性加工を加える。開閉栓の端面と冷却板は鋳型を部分的に画成する。鋳塊の開閉栓端面側で劣っていた機械的特性を改善すると共に全体の強度をアップした塑性加工部材が得られる。
2004519331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注湯口を塞ぐ開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却して凝固した鋳塊に所定割合以上の加工率で塑性加工を加えてある、ことを特徴とする塑性加工部材。
【請求項２】
上記一方向は、冷却部材側から開閉栓端面側に向けての方向である請求項１に記載の塑性加工材。
【請求項３】
上記所定割合以上の加工率で鋳塊に対して加える塑性加工は、一回の塑性加工である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項４】
上記所定割合以上の加工率で鋳塊に対して加える塑性加工は、複数回の塑性加工である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項５】
上記鋳塊に対する所定割合以上の加工率は、２５％である、請求項１並びに３，４何れかに記載の塑性加工部材。
【請求項６】
上記鋳塊に対する所定割合以上の加工率は５０％である、請求項１及び３，４何れかに記載の塑性加工部材。
【請求項７】
上記塑性加工は、鋳塊に対する部分的な塑性加工である、請求項１及び３から５の何れかに記載の塑性加工部材。
【請求項８】
上記塑性加工は鋳塊の、少なくとも開閉栓端面側を含む部分に対する塑性加工である、請求項１及び３から６の何れかに記載の塑性加工部材。
【請求項９】
当該塑性加工部材は中間加工製品である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項１０】
当該塑性加工部材は最終加工製品である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項１１】
上記塑性加工は冷間鍛造加工、熱間鍛造加工、鍛伸据込加工、圧延加工、押出し加工、転造加工、転動加工の何れかである、請求項１、７，８の何れかに記載の塑性加工部材。
【請求項１２】
上記金属溶湯の金属がアルミニウムもしくはアルミニウム合金である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項１３】
上記鋳塊の、冷却部材側における金属組織のＤＡＳに対して開閉栓端面側における金属組織のＤＡＳが１．１〜１０．０倍である、請求項１１に記載の塑性加工部材。
【請求項１４】
上記鋳塊の、冷却部材側における金属組織の結晶粒径に対して開閉栓端面側における金属組織の結晶粒径が１．０５〜７倍である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項１５】
当該塑性加工後の部材の第２相晶出粒子径は、冷却部材側の粒子径に対する、開閉栓側の粒子径の比が１．２以上である、請求項１に記載の塑性加工部材。
【請求項１６】
開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、開閉栓から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却して一方向から凝固した鋳塊に所定割合以上の加工率で塑性加工を加え塑性加工部材とする、ことを特徴とする塑性加工部材製造方法。
【請求項１７】
上記金属溶湯を強制冷却する方向は、冷却部材側から開閉栓端面側に向けての方向である請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
上記所定割合以上の加工率で鋳塊に対して加える塑性加工は、一回の塑性加工である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
上記所定割合以上の加工率で鋳塊に対して加える塑性加工は、複数回の塑性加工である、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２０】
上記鋳塊に対する所定割合以上の加工率は、２５％である、請求項１６並びに１８，１９何れかに記載の製造方法。
【請求項２１】
上記鋳塊に対する所定割合以上の加工率は５０％である、請求項１６及び１８，１９何れかに記載の製造方法。
【請求項２２】
上記塑性加工は、鋳塊に対する部分的な塑性加工である、請求項１６及び１８から２０の何れかに記載の製造方法。
【請求項２３】
上記塑性加工は鋳塊の、少なくとも開閉栓端面側を含む部分に対する塑性加工である、請求項１６及び１８から２１の何れかに記載の製造方法。
【請求項２４】
上記製造方法は冷間鍛造加工、熱間鍛造加工、鍛伸据込加工、圧延加工、押出し加工、転造加工、転動加工の何れかである、請求項１６、２２，２３の何れかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本出願は、米国特許法１１１条（ｂ）項に基づく２００１年３月１９日出願の米国仮出願第６０／２７６、５０１号の米国特許法１１９条（ｅ），（１）項の出願日に基づく米国特許法１１１条（ａ）項の利益を主張した出願である。
【０００２】
（技術分野）
この発明は、注湯口を塞ぐ開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却して凝固した鋳塊に塑性加工を施した塑性加工部材およびその製造方法に関するものである。
【０００３】
（背景技術）
従来、開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却し、この冷却部材側から開閉栓側に向けて一方向に凝固させて製造した金属鋳塊（塑性加工部材）は、例えば日本特開平９−１７４１９８号公報で知られている。
【０００４】
この方法による一方向からの凝固によって製造された金属鋳塊にあっては、その内部品質が、鋳巣、引け巣、ピンホール、酸化物の巻き込み等の内部欠陥のない高品質な金属鋳塊となる。しかも、閉塞性の鋳型に注湯するので、溶湯の計量を実施することなく注湯量が常に一定となり、さらには、メニスカス部に大きな曲面が形成されることもなく、金属鋳塊の寸法や重量に大きなバラツキが発生する虞れもない。
【０００５】
一方、その金属組織は強制冷却する冷却部材側と開閉栓端面側とで異なり、開閉栓端面側では、デンドライトアームスペーシング（ｄｅｎｄｒｉｔｅ ａｒｍ ｓｐａｃｉｎｇ、デンドライト２次枝間隔、以下「ＤＡＳ」という）が大きく、また結晶粒径も大きくなる傾向にある。
【０００６】
しかし、上記のように、金属鋳塊の金属組織において、ＤＡＳが大きく、また結晶粒径が大きくなると、引張強度や０．２％耐力、伸びといった機械的特性は、一般に弱くなる傾向にある。したがって、上記の一方向からの凝固により製造した金属鋳塊の場合でも、その開閉栓端面側が冷却部材側に比べて機械的特性が劣ることになり、その金属鋳塊を用いて製品にした場合、機械的特性にバラツキが発生するという問題点を有していた。
【０００７】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、一方向からの凝固により製造した金属鋳塊において、その開閉栓端面側での機械的特性を改善し、冷却部材側と開閉栓端面側との品質のバラツキをなくして機械的特性を全体として均一なものとした塑性加工部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
発明の開示
この発明に依る塑性加工部材は、注湯口を塞ぐ開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却して一方向から凝固した鋳塊に所定割合以上の加工率で塑性加工を加えてあることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に依る塑性加工部材製造方法は、注湯口を塞ぐ開閉栓の端面が鋳型内面の一部を構成すると共に冷却部材が一部を構成する閉塞性の鋳型を用い、注湯口から充填した金属溶湯を冷却部材で強制冷却して一方向から凝固した鋳塊に所定割合以上の加工率で塑性加工を加えて塑性加工部材とすることを特徴とする。
【００１０】
上記所定割合以上の加工率で鋳塊に対して加える塑性加工は、一回または複数回の塑性加工で達成されることを含む。
【００１１】
上記鋳塊に対する所定割合以上の加工率は２５％以上であり、必要に応じて５０％以上であることを含む。
【００１２】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、上記塑性加工は鋳塊に対する部分的な塑性加工であることを含み、少なくとも開閉栓端面側を含む部分に対する塑性加工であることを含む。
【００１３】
上記塑性加工部材は、中間加工製品又は最終加工製品であることを含む。
【００１４】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、上記塑性加工は、鍛造（冷間、熱間）加工、鍛伸据込加工、圧延加工、押出し加工、転造加工、ロータリフォージング（転動加工）の何れかであることを含む。
【００１５】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、上記金属は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金であることを含む。
【００１６】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、上記鋳塊の冷却部材側における金属組織のＤＡＳに対して鋳塊の開閉栓端面側における金属組織のＤＡＳが１．１〜１０．０倍であることを含む。
【００１７】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、上記鋳塊の冷却部材側における金属組織の結晶粒径に対して鋳塊の開閉栓端面側における金属組織の結晶粒径が１．０５〜７倍であることを含む。
【００１８】
上記塑性加工部材又は上記製造方法において、当該塑性加工を施した部材の第２相晶出粒子径は冷却部材側の粒子径に対する、開閉栓端面側の粒子径の比が１．２以上であることを含む。
【００１９】
上述の如く、一方向に凝固させて金属鋳塊に塑性加工を加えることにより、開閉栓端面側で劣っていた機械的特性が改善され、部材全体の強度をアップすると共に、その強度のバラツキ化も均一化することができる。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
先ず、この発明の塑性加工部材の製造方法について第１図を用いて説明する。
【００２１】
第１図はこの発明の塑性加工部材を製造する鋳造装置を概略的に示す断面側面図である。ここで例示する鋳造装置１０は、冷間鍛造、熱間鍛造、密閉鍛造、圧延、押出し、転造等の塑性加工において素材として使用される金属鋳塊や、製品形状を呈する鋳造成形品等の各種鋳造体（金属鋳塊）を製造するためのものである。鋳造体の原材料としては、鉄鋼を挙げることができるが、特にアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の非鉄金属やそれぞれの合金を適用するのが好適である。
【００２２】
上記鋳造装置１０は、第１図に示すように、冷却板１００と鋳型１２と開閉栓１３とを備えて構成してある。
【００２３】
冷却板１００は、鉄や銅、アルミニウムなどの耐火性に優れ、かつ熱伝導率の高い金属、あるいはグラファイト、炭化ケイ素、四窒化三ケイ素などの熱伝導率の高い耐火材によって成形したものである。この冷却板１００には、その下部にケース１４およびスプレーノズル１５を設けてある。ケース１４は有底で、冷却板１００の下面を覆うように取り付けてある。スプレーノズル１５は、その先端の噴射孔から冷却水を噴射するためのもので、先端部をケース１４の内部に臨ませ、かつ噴射孔を冷却板１００の下面に対向させた状態で当該ケース１４に取り付けてある。これら冷却板１００、ケース１４およびスプレーノズル１５は、ケース１４を介して図示せぬ昇降駆動装置に連結してあり、この昇降駆動装置の駆動によって一体的に上下動することが可能である。
【００２４】
鋳型１２は、上述した冷却板１００よりも径の小さい上壁１２ａと、この上壁１２ａの下面周縁部に環状に設けた側壁１２ｂと、上壁１２ａの上面周縁部に環状に設けた上部壁１２ｃとを一体に成形したものである。この鋳型１２は、冷却板１００の上方域に固設してあり、該冷却板１００が下動した場合に底面が開口する一方、冷却板１００が上動した場合に底面が覆われ、上壁１２ａおよび側壁１２ｂと冷却板１００との間に閉塞されたキャビティ１６を画成するようになる。鋳型１２の材料としては、製造すべき鋳造体１の原材料、その溶湯１′との濡れ性、使用温度、耐食性等の条件から統合的に判断し、ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分とした断熱耐火物、または窒化ケイ素、四窒化三ケイ素、窒化ホウ素を含む四窒化三ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、窒化ホウ素、二酸化チタン、酸化ジルコニウムおよび窒化アルミニウムの単体あるいはこれらの混合耐火物、さらには鉄や銅などの金属の中から適宜選定することができる。なお、第１図には明示していないが、鋳型１２の適宜箇所には、注湯の際にキャビティ１６内の空気を外部に放出するための通気路を設けておくことが好ましい。
【００２５】
また、上記鋳型１２には、上壁１２ａの中央となる部位に注湯口１０１を貫設してある。注湯口１０１は、その下端部が一様の内径を有する一方、その上端部が上方に向けて漸次内径が増大するテーパ状を成している。このテーパ状を成す部分の仰角は、１５°〜７５°、好ましくは３０°〜６０°である。この実施形態では、鋳型１２として、炭化ケイ素によって構成したものを適用してある。なお、注湯口１０１は、上壁１２ａの中央となる部位に限定されることなく、鋳塊形状や用途に応じて、その位置を変更させてもよい。例えば、注湯口が塑性加工の最終製品に、痕跡として残ることが不都合な場合は、残らない部位（例えば、切削等で除去される部位）を選んで位置を設定することができる。
【００２６】
開閉栓１３は、上述した注湯口１０１の下端部内径よりも太径で、かつ注湯口１０１の上端開口よりも細径の円柱状を成すもので、その下端部にテーパ部１３ａおよび嵌合部１３ｂを有している。テーパ部１３ａは、下端に向けて漸次外径が減少する部分である。嵌合部１３ｂは、上述した注湯口１０１の下端部に嵌合する大きさに形成した円柱状部分である。この開閉栓１３は、その軸心を注湯口１０１の軸心に合致させた状態で上下方向に沿って移動可能に配設してあり、図示せぬ栓駆動装置の駆動によって上下動することが可能である。開閉栓１３の材料としては、例えば、ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を主成分とした断熱耐火物や、炭化ケイ素、四窒化三ケイ素あるいはこれらの混合物等のように、耐火・断熱性の他に機械的強度の高い非金属を適用することが好ましいが、鉄や鋳鋼等、溶湯１′との反応性のない、あるいは反応性のごく小さい金属材料を適用することも可能である。
【００２７】
なお、第１図中の符号１７は鋳型１２の上方域を覆う上蓋であり、また符号１８は鋳型１２の上部壁１２ｃに連結した電気炉である。
【００２８】
上記のように構成した鋳造装置１０によって鋳造体１を製造する場合には、先ず、昇降駆動装置（図示せず）によって冷却板１００を上動させ、該冷却板１００と鋳型１２の上壁１２ａおよび側壁１２ｂとの間にキャビティ１６を画成する。また、栓駆動装置によって開閉栓１３を下動させ、該開閉栓１３の嵌合部１３ｂを注湯口１０１の下端部に嵌合させる。さらに、開閉栓１３のテーパ部１３ａを注湯口１０１のテーパ状部分に当接させる。
【００２９】
この状態においては、開閉栓１３によって注湯口１０１が閉成されることになり、上部壁１２ｃによって上壁１２ａの上部に構成された受槽１９とキャビティ１６との間が互いに遮断されることになる。なお、鋳型１２の内壁面には、鋳造体１との型離れを促進する目的で、また開閉栓１３には、溶湯１′との反応を防止する目的で、それぞれに離型剤を塗布しておくとよい。
【００３０】
次いで、電気炉１８を駆動させ、この状態から上述した受槽１９に所定量の溶湯１′を供給する。電気炉１８を駆動するのは、受槽１９において溶湯１′を所定の温度に維持する目的の他、後述する一方向凝固による効果を顕著とするために側壁１２ｂからの吸熱を防止する目的がある。
【００３１】
次いで、栓駆動装置によって開閉栓１３を上動させ、該開閉栓１３の嵌合部１３ｂを注湯口１０１の下端部から抜去させる。
【００３２】
この状態においては、注湯口１０１が開成され、上述した受槽１９とキャビティ１６との間が互いに連通されることになり、当該受槽１９に貯留した溶湯１′が注湯口１０１を通じてキャビティ１６に注入され、これを満たすようになる。開閉栓１３を上動させる際には、冷却板１００を１００℃以上に加熱しておくことが好ましく、これより低い温度では鋳造欠陥の一種である「きらわれ」が発生するので好ましくない。加熱温度の上限は、溶湯１′と同じ温度くらいが適当である。さらに、上述した「きらわれ」の発生を防止するべく冷却板１００に予め離型剤を塗布しておくとよい。また、冷却板１００の表面をショットブラストにより粗い面とするのも、「きらわれ」の発生を防止するのに有効である。
【００３３】
キャビティ１６に溶湯１′が充填された後においては、開閉栓１３を再び下動させることによって注湯口１０１を閉成する。そして、注湯の完了前、あるいは注湯の完了後、冷却板１００の温度が所定温度に達した時に、冷却板１００に対してスプレーノズル１５から冷却水を噴射し始める。なお、冷却板１００の、溶湯が最も遅く到達する部位に熱電対を挿入し、その熱電対で冷却板１００の温度変化をモニタするようにした。冷却板１００に対して冷却水が噴射されると、キャビティ１６内に充填された溶湯１′が下方から上方に向けて一方向に順次凝固されるようになる。すなわち、凝固界面（溶湯と凝固部との境界面）が冷却板１００から一方向性を保持して、好ましくは閉ループを形成することなく漸次上方に移動するようにして凝固されることとなる。キャビティ１６内の溶湯１′が凝固した後においては、鋳型１２に対して冷却板１００を下動させれば、当該冷却板１００の上面に鋳型１２から鋳造体１が離型されることになる。
【００３４】
なお、ここではキャビティ１６の形状に応じて、冷却板１００側の下面と開閉栓１３側の上面とが平行な鋳造体１が得られるが、この鋳造体は、キャビティの形状を変えることで任意の形状に形成することができ、上下面が平行でなくてもよいし、平面と曲面との組み合わせや、曲面で構成された３次元的に異形のものでもよい。３次元的に異形なものの場合、凝固界面は必ずしも水平な平坦面をなすとは限らないが、その場合でも、凝固界面は閉ループを形成することはなく、一方向性を保持している。
【００３５】
こうして製造された鋳造体（鋳塊）１にあっては、凝固界面が常に一方向性を保持して閉ループを形成することなく一方向凝固を行っているため、その内部品質が、鋳巣、引け巣、ピンホール、酸化物の巻き込み等の欠陥のない良好なものとなる。しかも、キャビティ１６の上方が上壁１２ａおよび開閉栓１３の先端面によって閉塞された状態となるため、溶湯の計量を実施することなく注湯量が常に一定となり、さらには、メニスカス部に大きな曲面が形成されることもなく、鋳塊１の寸法や重量に大きなバラツキが発生する虞れもない。
【００３６】
この鋳塊１をアルミニウムもしくはアルミニウム合金で製造し、その金属組織のＤＡＳおよび結晶粒径を偏光顕微鏡（倍率：×４０〜×１００）を用いて観察した。なお、ＤＡＳの測定は、軽金属学会発行の「軽金属（１９８８）、ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１、ｐ５４」に記載の「デンドライトアームスペシング測定手順」に基づいて行い、また結晶粒径の測定は、同学会発行の「軽金属（１９８３）、ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．２、ｐ１１１」に記載の「金属組織」に基づいて行った。
【００３７】
ＤＡＳについては、上記した一方向性結晶成長の下で、冷却板１００（塊のボトム面Ｂ）側から開閉栓１３（塊のトップ面Ｔ）側に向かって増大する顕著な傾向が認められた。ボトム面Ｂ側のＤＡＳをｄ１、トップ面Ｔ側のＤＡＳをｄ２と表すと、強制冷却によりｄ１＜ｄ２となる。ただし、ｄ２＜１．１ｄ１であるとｄ２の増大傾向が微小であり一方向性結晶成長の効果がほとんどなく鋳造欠陥が多くなる条件も含まれてしまう。一方、ｄ２＞１０．０ｄ１であるとｄ２の増大が過大であり、鋳塊の工業生産の面から現実的ではない。そこで、ｄ２＝１．１ｄ１〜１０．０ｄ１の範囲にあることが好ましい。より好ましくはｄ２＝１．１ｄ１〜５．０ｄ１である。また、一方向性結晶成長の効果を高くするためには、ボトム面Ｂ側でのＤＡＳは４０μｍ以下であることが好ましい。このように強制冷却することにより、２００μｍ以上のミクロポロシティ、ミクロシュリンケージなどの鋳造欠陥が１００平方ｍｍ以内に１個以内、５０〜２００μｍの空洞欠陥が１０個以内という健全な鋳塊を製造することができる。
【００３８】
また、鋳塊の金属組織において、等軸晶組織構造を形成する結晶の結晶粒径についても、ＤＡＳと同様に、上記した一方向性結晶成長の下では、ボトム面Ｂ側からトップ面Ｔ側に向かって増大する顕著な傾向が認められた。ボトム面Ｂ側の結晶粒径をｄ１′、トップ面Ｔ側の結晶粒径をｄ２′と表すと、強制冷却によりｄ１′＜ｄ２′となる。ただし、ｄ２′＜１．０５ｄ１′であるとｄ２′の増大傾向が微小であり一方向性結晶成長の効果がほとんどなく鋳造欠陥が多くなる条件も含まれてしまう。一方、ｄ２′＞７．０ｄ１′であるとｄ２′の増大が過大であり、鋳塊の工業生産の面から現実的ではない。そこで、ｄ２′＝１．０５ｄ１′〜７．０ｄ１′の範囲にあることが好ましい。より好ましくはｄ２′＝１．０５ｄ１′〜５．０ｄ１′である。また、一方向性結晶成長の効果を高くするためには、ボトム面Ｂ側での結晶粒径ｄ１′は平均して１００μｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
この実施形態では、上記のように、溶湯が一方向に順次凝固される鋳造装置（一方向凝固鋳造装置）を用いて各種形状の鋳塊を製造し、その鋳塊に対してさらに塑性加工を施し、この塑性加工により、特にその開閉栓側での機械的特性を改善し、バラツキをなくして機械的特性を全体として均一なものとしている。
【００４０】
なお、ここで、材料の塑性変形を利用して目的の形状、性質を与える加工を総称して塑性加工ということとする。例えば鍛造（冷間、熱間）、鍛伸据込加工、圧延、押出し、転造加工、ロータリフォージング（転動加工）等を挙げることができる。また、塑性加工の加工率Ｋは、例えば据込加工のような場合は、（変形により減少した高さ）÷（初期高さ）×１００％であり、また押出しのような場合は、（変形により減少した断面積）÷（初期断面積）×１００％である。
【００４１】
以下に、具体的な実施例を示して説明する。
【００４２】
実施例１
【００４３】
ＪＩＳ２２１８合金溶湯を他の溶解設備（図省略）で溶解し、その溶湯を一方向凝固鋳造装置に注湯して、１辺が７２ｍｍ、厚さ２０ｍｍの鋳塊１１ａ（第２図（ａ））を鋳込んだ。鋳造条件は表１の実施例１の欄に示す通りであった。なお、
鋳造する前に、Ａｌ−５質量％Ｔｉ−１質量％Ｂを添加し、添加量は添加したＴｉ量が０．０１質量％となる量とし、この添加により結晶粒の微細化を図った。ここで鍛造に供されたＪＩＳ２２１８合金溶湯の化学成分は表２に示した通りであった。
【００４４】
【表１】
2004519331.tif 000003
【００４５】
【表２】
2004519331.tif 000004
【００４６】
鋳塊１１ａには５０５℃×８時間保持による均質化処理を施し、その後この鋳塊１１ａから幅４０ｍｍ、長さ６５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの短冊体１１ｂ（第２図（ｂ））を切り出した。このときの短冊体１１ｂの厚さ方向は、鋳塊１１ａの凝固方向と同一方向であり、厚さ方向の上面が鋳塊１１ａのトップ面Ｔに、また下面がボトム面Ｂにそれぞれ該当している。
【００４７】
この短冊体１１ｂを加熱炉内にて４２０℃に加熱し、４００トンメカニカルプレスを使用し、表３に示す条件で鍛伸加工を行い、鍛伸部材１１ｃ（第２図（ｃ））を作成した。鍛伸加工は、第２図（ｂ）の矢印Ｙ１に示すように、幅４０ｍｍを薄くする方向で行い、加工率（据込率）Ｋは、２５，５０，７５％の３水準とした。
【００４８】
【表３】
2004519331.tif 000005
【００４９】
鍛伸加工後、この鍛伸部材１１ｃに人工時効処理（Ｔ６処理）を行った。すなわち、Ｔ６処理条件として、５０５℃×４時間保持後に水焼き入れを行う溶体化処理と、その後に１９０℃×８時間保持の戻し処理とを行った。このＴ６処理後の鍛伸部材１１ｃから、機械的特性を調べるために、第３図に示すような形状の引張試験片１１ｄを削り出した。この引張試験片１１ｄの形状は、ＡＳＴＭ規格の「Ｅ８−９９、Ｆｉｇ８」における公称径０．１１３ｉｎ．の寸法規格に合致している。引張試験片１１ｄの採取位置は、第２図（ｃ）に示すような、鍛伸部材１１ｃのＸ，Ｙ，Ｚ位置であって、Ｘは鋳塊１１ａの（第２図（ａ））トップ面Ｔの近傍、Ｙは中間、Ｚはボトム面Ｂの近傍にそれぞれ対応している。このようにして、１個目の鋳塊１１ａ（短冊体１１ｂ）には２５％の加工率で鍛伸を施しその鍛伸部材１１ｃのＸ，Ｙ，Ｚ位置からそれぞれ引張試験片１１ｄ（第３図）を取りだし、２個目の鋳塊１１ａ（短冊体１１ｂ）には５０％の加工率で鍛伸を施しその鍛伸部材１１ｃのＸ，Ｙ，Ｚ位置からそれぞれ引張試験片１１ｄを取りだし、３個目の鋳塊１１ａ（短冊体１１ｂ）には７５％の加工率で鍛伸を施しその鍛伸部材１１ｃのＸ，Ｙ，Ｚ位置からそれぞれ引張試験片１１ｄ（第３図）を取りだし、それらを引張試験に供した。
【００５０】
引張試験は、島津製作所製のオートグラフを用いて行い、引張試験速度は１ｍｍ／分にて行った。評価項目は引張強度、０．２％耐力、および伸びの３項目である。
【００５１】
比較例１
【００５２】
上記実施例１と比較するための引張試験片を次のようにして作成した。すなわち、実施例１と同一合金溶湯、同一鋳造方法にて、同一形状の鋳塊を鋳造し、同一熱処理条件にて均質化処理を施した後、同一形状の短冊体を切り出した。
【００５３】
そして、短冊体に鍛伸加工を施さないものと、１０％の鍛伸加工を施したものとに、実施例１と同一条件でＴ６処理を行い、そのＴ６処理を施した部材から、引張試験片を削り出した。
【００５４】
なお、１０％の鍛伸加工は、実施例１と同一の方法で行い、かつ引張試験片の採取位置は、第２図（ｃ）のＸ，Ｙ，Ｚ位置と同じ位置からであり、鋳塊のトップ面Ｔ、ボトム面Ｂとの関係は、実施例１のＸ、Ｚ位置と対応している。また、引張試験片の形状、引張試験方法および評価項目も実施例１と同一である。
【００５５】
表４は実施例１及び比較例１における引張試験結果の、引張強度、０．２％耐力および伸びの諸データを示す。この引張試験結果から、引張強度、０．２％耐力、伸びともに、据込率２５％以上で、改善が顕著となり、特にトップ面Ｘ位置での各特性が好ましい値となり、改善が高い。５０％以上の据込率で、トップ面Ｔ、中心ともにより好ましい値を有するボトム面Ｂの特性にほぼ一致している。
【００５６】
【表４】
2004519331.tif 000006
【００５７】
一方、比較例の鍛伸加工を施さない短冊体、１０％の鍛伸加工を施した短柵体は、いずれもトップ面の改善が殆ど見られなかった。
【００５８】
実施例２
【００５９】
上記の実施例１では、鍛伸加工を１回で行ったが、この実施例２では鍛伸加工を複数回に分けて鋳塊に行った。
【００６０】
ＪＩＳ６０６１合金溶湯を他の溶解設備（図省略）で溶解し、その溶湯を一方向凝固鋳造装置に注湯して、１辺が８０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの鋳塊２１ａ（第４図（ａ））を鋳込んだ。鋳造条件は表１の実施例２の欄に示す通りであった。鋳造する前に、合金溶湯中に、Ａｌ−５質量％Ｔｉ−１質量％Ｂを添加し、添加後の合金溶湯を鋳造に供した。添加量は添加したＴｉ量が０．０１質量％となる量とし、この添加により結晶粒の微細化を図った。ここで鋳造に供されたＪＩＳ６０６１合金溶湯の化学成分は、表５に示した通りであった。
【００６１】
【表５】
2004519331.tif 000007
【００６２】
鋳塊２１ａには５４０℃×６時間保持による均質化処理を施し、その後この鋳塊２１ａから幅５０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの短冊体２１ｂ（第４図（ｂ））を切り出した。このときの短冊体２１ｂの厚さ方向は、鋳塊２１ａの凝固方向と同一方向であり、厚さ方向の上面が鋳塊２１ａのトップ面Ｔに、また下面がボトム面Ｂにそれぞれ該当している。
【００６３】
この短冊体２１ｂを、冷間又は熱間にて鍛伸加工（据え込み）を行い、鍛伸部材２１ｃ（第４図（ｃ））を作成した。鍛伸加工は第４図（ｂ）の矢印Ｙ２に示すように、幅５０ｍｍを薄くする方向で、２回に分けて行い、２回目の鍛伸で冷間鍛伸加工は２５％、熱間鍛伸加工は５０％の加工率（据込率）Ｋが得られるようにした。
【００６４】
２５％の鍛伸は次のようにして行った。すなわち、短冊体２１ｂに潤滑皮膜として金属石ケン皮膜を形成した後、４００トンプレスにて１５％に据込んだ。その後、加熱炉にて３６０℃で４時間の焼鈍処理を施してから再度金属石ケン皮膜を形成した後、プレスにて１０％の据込みを行い、合計２５％とした。
【００６５】
５０％の鍛伸は次のようにして行った。すなわち、短冊体２１ｂを加熱炉にて４２０℃に加熱し、表３に示す鍛伸加工（据込み）条件にて、途中での室温迄の冷却と、４２０℃迄の再加熱とを経て、２５％ずつ２回行って５０％とした。
【００６６】
鍛伸加工後、この鍛伸部材２１ｃに人工時効処理（Ｔ６処理）を行った。すなわち、Ｔ６処理として、５４０℃×４時間保持する溶体化処理を行い、その後、１７０℃×８時間保持の戻し処理を行った。このＴ６処理後の鍛伸部材２１ｃから、機械的特性を調べるために、実施例１と同じ方法で引張試験片を得、試験に供した。試験機、試験方法、評価項目等は、実施例１と同一である。
【００６７】
上記の実施例２では２回目の鍛伸で２５％または５０％の加工率が得られるようにしたので、実施例２Ａとして、実施例２と同一条件にて得た鋳塊から、同一形状の短冊体を切り出し、鍛伸加工に供して鍛伸部材とし、４２０℃にて、短冊体を加熱した後、１度で（１）２５％（２）５０％に据え込んだ。その鍛伸部材から引張試験片を採取して、引張試験に供し、実施例２と比較した。他の条件は実施例２と同一である。
【００６８】
表６は実施例２，２Ａにおける引張試験結果である引張強度、０．２％耐力および伸びの諸データを示す。表６より明らかなように、１回で鍛伸しても、２回に分けて鍛伸しても、はぼ同等の機械的特性が得られることが分かる。
【００６９】
【表６】
2004519331.tif 000008
【００７０】
実施例３
【００７１】
この実施例３では、塑性加工とし鋳造延加工を複数回に分けて行った。先ず実施例２と同じＪＩＳ６０６１合金溶湯を他の溶解設備（図省略）で溶解し、その溶湯を一方向凝固鋳造装置に注湯して、長辺８０ｍｍ、短辺５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの鋳塊３１ａ（第５図（ａ））を鋳込んだ。鋳造条件は表１の実施例３の欄に示す通りであった。ここで鋳造に供された合金溶湯の化学成分は表５に示した通りであった。
【００７２】
鋳塊３１ａには５５０℃×６時間保持による均質化処理を施し、その後圧延を行った。なお、この鋳塊３１ａの厚さ方向は、鋳塊３１ａの凝固方向と同一方向であり、厚さ方向の上面がトップ面Ｔに、また下面がボトム面Ｂにそれぞれ該当している。
【００７３】
圧延は２段圧延機を利用し、圧延前にロールの予備加熱を行って１５０℃とし、鋳塊３１ａは加熱炉内で４００℃に予備加熱を行った。圧延時の加圧は、第５図（ａ）の矢印Ｙ３に示すように、厚さ３０ｍｍを薄くする方向で行い、圧延方向を鋳塊長手方向に合わせ、加工率（圧下率）Ｋが２５％に達する迄、５回の圧延を繰り返して行った。各圧下量は元の素材に対して５％、すなわち１．５ｍｍを与えた。圧延は無潤滑にて行った。
【００７４】
得られた圧延部材３１ｂを実施例２の要領にてＴ６処理し、第５図（ｂ）のＸ，Ｙ，Ｚの位置から圧延方向に平行に、引張試験片を採取し、引張試験に供した。試験機、試験方法、評価項目等は、実施例１と同一である。
【００７５】
上記の実施例３では５回の圧延で２５％の加工率が得られるようにしたので、実施例３Ａとして、１回の鍛伸で２５％の加工率が得られるようにし、双方を比較した。すなわち、実施例３と同一条件にて得た鋳塊を、４００℃にて加熱した後、２５％に据え込み、その鍛伸部材から引張試験片を採取して、引張試験に供した。他の条件は実施例３と同一である。
【００７６】
また、比較例３として、圧延や鍛伸といった塑性加工を行う前の鋳塊３１ａ（第５図（ａ））のＸ，Ｙ，Ｚの位置から、鋳塊３１ａの長手方向に沿って引張試験片を採取し、引張試験に供した。その他の各種条件は実施例３と同一である。
【００７７】
表７は実施例３，３Ａ，比較例３における引張試験結果である引張強度、０．２％耐力および伸びの諸データを示す。試験結果より明らかなように、５回の圧延によっても、また１回の鍛伸によっても、ほぼ同等の機械的特性が得られ、しかも加工率が０％の比較例３と比較して明らかな改善がみられた。
【００７８】
【表７】
2004519331.tif 000009
【００７９】
実施例４
【００８０】
この実施例４では、塑性加工として鋳塊に熱間鍛造を行った。
先ず、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金溶湯を、他の溶解設備（図省略）で溶解し、その溶湯を一方向凝固鋳造装置に注湯して鋳込み、直径１１０ｍｍφ−厚さ５０ｍｍの円柱状の鋳塊４１ａ（第６図（ａ））を得た。鋳造条件は表１の実施例４の欄に示す通りであった。なお、この鋳塊４１ａの厚さ方向は、凝固方向と同一方向である。ここで鋳造に供された合金溶湯の化学成分は表８に示した通りであった。
【００８１】
【表８】
2004519331.tif 000010
【００８２】
鋳塊４１ａには、４９０℃×８時間保持による均質化処理を施した。その後、この鋳塊４１ａのボトム面Ｂを上面とし、トップ面Ｔを下面としてダイスに投入し、上方からパンチでプレスして、第６図（ｂ）に示すように、外径１１１φ、内径１００φのカップ形状に鍛造し、カップ状鍛造部材４１ｂを得た。鍛造は熱間鍛造であり、表９に示す条件の下で行った。また、加工率Ｋは、パンチ下死点位置を調整し、カップ状鍛造部材４１ｂの底厚ｈ（第６図（ｂ））を可変にすることで、２５，５０，７５％とした。
鍛造は、後方押し出しであり、潤滑油をパンチ及びダイスにスプレー塗布して行った。鍛造後にＴ６処理（溶体化：４９０℃×４時間、戻し：１７０℃×１０時間）を行い、第６図（ｂ）のＸ，Ｙ，Ｚの位置から引張試験片を採取し、引張試験に供した。試験機、試験方法、評価項目等は、実施例１と同一である。
【００８３】
【表９】
2004519331.tif 000011
【００８４】
また、加工率Ｋ＝５０％のカップ状鍛造部材４１ｂについては、顕微鏡観察用サンプルを採取した。採取位置は、第６図（ｂ）に示すように、カップ内底面４１ｐから１ｍｍ内部、３ｍｍ内部、中心、カップ外底面４１ｑから３ｍｍ内部、１ｍｍ内部の合計５点とした。顕微鏡観察用サンプルは研磨仕上げ後、画像処理装置によって第２相晶出粒子に関する測定を行った。ここで、第２相晶出粒子とは、共晶ケイ素および初晶ケイ素をいう。画像解析処理装置は、ニコン社製「コスモゾーンＲ５００」を用いた。顕微鏡観察倍率は共晶ケイ素粒子径については、８００倍、初晶ケイ素粒子径については２００倍で行った。
【００８５】
粒子径は１つの粒子の面積を円に置き換えたときの直径、すなわち円相当径（ヘイウッド径）とし、観察視野内に存在する粒子の平均粒子径として求めた。そして、共晶ケイ素、初晶ケイ素それぞれの平均粒子径について、カップ内底面４１ｐから１ｍｍ内部の測定値を基準にそれぞれの部位での比を取った。
【００８６】
比較例４
【００８７】
上記の実施例４では２５％以上の加工率で熱間鍛造を行ったが、比較例４として、０％、１０％の加工率で熱間鍛造を行い、双方を比較した。すなわち、実施例４と同一条件にて得た加工率０％の鋳塊と、その鋳塊を表９の条件にて熱間鍛造した加工率１０％のカップ状鍛造部材とを得、それぞれのワークをＴ６処理した後、引張試験片を採取した。加工率が異なる以外は、実施例４と同一条件である。
【００８８】
比較例５
【００８９】
上記の実施例４では一方向凝固鋳造により鋳塊を得たが、比較例５として日本特公昭５４−４２８４７号公報にて開示されている連続鋳造法によって鋳塊を製造し、双方を比較した。すなわち、実施例４と同一の溶湯を使用して、１１５ｍｍφの連続鋳造棒を鋳込んだ。連続鋳造方法としては、上記日本特公昭５４−４２８４７号公報にて開示された気体加圧式ホットトップ鋳造法を用い、その鋳造条件は表１０に示す通りであった。
【００９０】
【表１０】
2004519331.tif 000012
【００９１】
得られた連続鋳造棒（鋳塊）を均質化処理後、１１０ｍｍφへと皮むきし、さらに厚さ５０ｍｍに輪切りに切断した。その後、５０％の加工率で熱間鍛造し、第６図（ｂ）のカップ状部材を得た。そのカップ状部材をＴ６処理した後、引張試験片を得、また顕微鏡観察用サンプルを採取した。なお、均質化処理条件、鍛造条件、Ｔ６条件、引張試験片形状、引張試験方法、顕微鏡観察用試料作成手順等は、実施例４と同条件であった。また顕微鏡観察用サンプルの採取位置、第２相粒子の形状測定方法等も実施例４と同一である。
【００９２】
【表１１】
2004519331.tif 000013
【００９３】
表１１は実施例４，比較例４，比較例５における引張試験結果の、引張強度、０．２％耐力および伸びの諸データを示す。この表から、加工率が０，１０％までの比較例４では、ボトム面Ｂに対してトップ面Ｔおよび中心の機械的特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）が明らかに低いが、加工率が２５％以上となる実施例４では、トップ面Ｔ、中心側の機械的特性は大幅に改善され、５０％以上の加工率で、トップ面Ｔ、中心ともに、ボトム面Ｂの特性にほぼ一致している。
【００９４】
また、引張強度の場合は加工率Ｋが７５％になると、強度アップが見られなくなるかそのアップ度が緩和されるのに対し、伸びについては、加工率Ｋが７５％になっても改善される傾向にあり、特にトップ面Ｔ側では引き続き改善効果が観察される。
【００９５】
一方、比較例５の連続鋳造棒から得た加工率Ｋ＝５０％のカップ状部材の機械的特性は、実施例４の加工率Ｋ＝５０％の値とほぼ一致していた。
【００９６】
表１２および表１３それぞれ実施例４と比較例５の第２相晶出粒子の形状測定結果を示している。
即ち、表１２において、実施例４で得たカップ状鍛造部材４１ｂの第２相粒子の形状については、共晶ケイ素粒径は内底面４１ｐから外底面４１ｑに向けて漸増傾向にあり、「カップ内底面４１ｐより１ｍｍ内部」の粒子径を１としたときの「カップ外底面４１ｑより１ｍｍ内部」の値は２．６７であった。
【００９７】
【表１２】
2004519331.tif 000014
【００９８】
【表１３】
2004519331.tif 000015
【００９９】
また、初晶ケイ素の０．３０７平方ミリメートル中に存在する粒子数は、内底面４１ｐ側から外底面４１ｑ側に向けて増加し、平均粒子径も増大して、「カップ内底面４１ｐより１ｍｍ内部」の粒子径を１としたときの「カップ外底面４１ｑより１ｍｍ内部」の値は１．５７であった。
【０１００】
一方、表１３において、比較例５で得たカップ状部材の第２相晶出粒子は、共晶ケイ素、初晶ケイ素ともに、どの部位もほぼ同じ値を示した。また、初晶ケイ素の０．３０７平方ミリメートル中に存在する粒子数についても、どの部位でもほぼ同じ値を示した。
【０１０１】
上記のような第２相晶出粒子を備えている実施例４および比較例５の各々において、カップの「内底面から１ｍｍ内部」、「外底面から１ｍｍ内部」の２点についての耐摩耗性評価を行った。
【０１０２】
耐摩耗性試験装置および試験条件は以下の通りである。
（１）試験装置          高千穂精機製摩耗試験機  ＴＲＩ−Ｓ５００
（２）試験形式          ピン・オン・ディスク方式
（３）ディスク材        ＦＣ２３０
（４）潤滑油            キャッスルオイル社製クリーンＳＦ−ＧＦ２（温度８０℃）
（５）押付荷重          ５ｋｇｆ
（６）すべり速度        ０．２５ｍ／秒
（７）すべり時間        ６０分
（８）ピンの形状        φ７．９８ｍｍ×ｈ２０ｍｍ
【０１０３】
評価項目は摩耗量と硬度とし、各試験片は引張試験片を採取したのと同一のカップ状部材の上記の２点位置から採取した。摩耗量用試験片のピンは、その軸がカップ底部の厚さ方向と同一となるように、円柱状に削り出した。熱処理はＴ６処理済みである。
【０１０４】
また、摩耗量試験片と隣り合わせの部位から、硬度用試験片を採取し、ロックウェル硬度計を用いて硬度測定を行った。硬度のスケールはロックウェルＢスケール（ＨＲＢ）を用いた。
【０１０５】
表１４は実施例４と比較例５における耐摩耗性評価試験の結果を示す。表１４において、比較例５では、内底面、外底面側ともに摩耗量に変化はなかった。一方、実施例４では、「カップ内底面から１ｍｍ内部」での摩耗量は、比較例５とほぼ同一であるが、「外底面から１ｍｍ内部」での摩耗量は顕著に少なく、内底面から１ｍｍ内部の約５０％であり、耐摩耗性が向上していることが分かった。他方、試験片の硬度（ＨＲＢ）は比較例５，実施例４ともに同一レベルであった。
【０１０６】
【表１４】
2004519331.tif 000016
【０１０７】
実施例４におけるカップ状鍛造部材４１ｂの外底面側が耐摩耗性に優れるのは、一方向凝固鋳造法によって得られた鋳塊を鍛造加工してカップとなった後も、共晶ケイ素粒径、初晶ケイ素粒径が鋳塊トップ面Ｔ側に相当するカップ外底面側にて粗大であるために、耐摩耗性が向上したものと推定された。
【０１０８】
上記したような、実施例４のカップ状鍛造部材４１ｂと、比較例５におけるカップ状部材とにおける諸特性の相違は、基本的には、実施例４のカップ状鍛造部材４１ｂの基となった鋳塊には、冷却部材側、開閉栓側という捉え方が通用するのに対し、比較例５のカップ状部材の基となる連続鋳造棒を輪切りにして得られた素材は、その両端側で元来均等な結晶組織を有しているため、一端面側、他端面側という捉え方が通用しないことに起因していると言える。
【０１０９】
そして、この発明の各実施例において、一方向凝固鋳造法による鋳塊に塑性加工を施して製造した塑性加工部材について、第２相晶出粒子径（共晶ケイ素粒径、初晶ケイ素粒径）を調査した結果、その塑性加工部材は、冷却部材側の粒子径に対する、開閉栓側の粒子径の比が１．２以上であった。
【０１１０】
このような特徴を備えた、一方向凝固鋳造法による鋳塊に塑性加工を施し、所定の形状の部材とした場合、その部材をある部位では強度が高く、ある部位では耐摩耗性に優れるというように製造することが可能となる。例えば、上記のカップ形状の場合は、耐摩耗性が関係ない内底面側では強度を確保し、耐摩耗性が要求される外底面側では、強度と耐摩耗性の双方を確保させるといったことが可能となる。
【０１１１】
また例えば、最近のアルミニウム合金の特性を生かした軽量で高剛性の内燃機関用エンジンピストンの場合、ピストン全体の性能としては高熱伝導性や、耐摩耗性が求められるが、さらに詳細には、ピストンヘッド部およびリング溝部には耐摩耗性、低熱膨張性、耐熱衝撃性が求められ、一方、塑性加工により変形量が大きくなるピストンスカート部やピンボス部には、高い変形能と機械加工性、そして使用時に高疲労強度特性が求められる。ところで、鋳塊の開閉栓側を下にし、上面の冷却部材側中央をプレスすると、開閉栓側がリング溝部まで延伸し、顕著な耐摩耗性を有する開閉栓側でピストンヘッド部およびリング溝部を形成できるようになり、冷却部材側でピストンスカート部やピンボス部を形成することができるようになる。このようにして形成したピストンヘッド部およびリング溝部は、強度とともに耐摩耗性を確保することができ、またピストンスカート部やピンボス部は良質で強力な強度を確保することができる。このように、本発明の塑性加工部材を用いると、要求特性が部位毎に異なる加工品であってもその要求を、それぞれ満たすことができるようになる。
【０１１２】
以上述べたように、この発明の実施形態では、一方向凝固鋳造法で得られた鋳塊１（１１ａ， ２１ａ，３１ａ， ４１ａ）に塑性加工を施して塑性加工部材を得るようにしたので、トップ面側で劣っていた機械的特性を著しく改善することができ、一方向凝固鋳造法による鋳塊から製造した部材でも、その部材全体の強度をアップすることができるとともに、その強度のバラツキも均一化することができる。
【０１１３】
また、一方向凝固鋳造法による鋳塊１は、従来から内部品質に優れ、また寸法や重量のバラツキも小さいため、利用価値の高い製品として活用されていたが、このように、さらに鋳塊から製造した塑性加工部材の強度をアップし、また強度のバラツキも均一化させたので、強度を要する構造用部材としても大いに利用できるようなった。
【０１１４】
なお、上記の各実施例では、塑性加工を鍛伸、圧延、熱間鍛造であるとして説明したが、本発明は、その他の加工、例えば冷間鍛造、転造加工、ロータリフォージング（転動加工）、押出し等の、材料の塑性変形を利用して目的の形状、性質を与える塑性加工全般に適用することができる。
【０１１５】
また、上記の塑性加工部材は、鋳塊に塑性加工を施して得られるものであるが、この塑性加工部材は、最終的な加工製品であってもよいし、製品とするにはその後さらに何らかの加工を要する中間加工製品であってもよい。
【０１１６】
また、塑性加工時の加圧方向を、幅方向や厚さ方向として説明したが、この方向は任意の方向であっても同様の効果を発揮させることができる。
【０１１７】
また、鋳塊の全体に塑性加工を施すようにしたが、部分的に施すようにしてもよい。
【０１１８】
例えば一方向凝固鋳造法では鋳込みで異形鋳塊を製造することができるが、この異形鋳塊の全体を塑性加工する必要はなく、部分的に２５％以上の加工率で塑性加工を行うようにしてもよい。その場合、必要な場所の少なくとも開閉栓を含む側の部位に、２５％以上の加工率で塑性加工を加えるのが好ましく、それ以外の場所の加工率は２５％未満でよい。
【０１１９】
特に、鋳塊が大きく、求める製品が大きくなる場合には、一旦据込鍛造により、少なくとも開閉栓を含む部分に２５％以上の鍛伸加工を加えるようにすればよい。これによって、鋳造が困難な形状で入手不可の塑性加工用素材を、鋳塊を部分的に変形させることで、例えば鍛造金型形状に近い形に造り込むことが可能である。また、この部分的な塑性加工（鍛伸加工）により、材料の部分的な機械的特性を改善することができる。その部分鍛伸部材を次工程の型鍛造や、機械加工工程等へ回すことで、製品の必要とされる部位の機械的特性に、バラツキが発生しないようにすることができる。
【０１２０】
このように、部分的な塑性加工により、
▲１▼鋳塊としては、必要最小限の投入体積とすることができる。
▲２▼したがって、鍛造後のバリ量を最小とすることができる。丸棒から切断して切断ブランク材を使用するよりも鍛造歩留まりがよい。
▲３▼金型にかかる負荷を、切断ブランク材を使うよりも小さくすることができるので、金型寿命が長くなり、コスト低減に寄与することができる。
等のメリットが得られる。
【０１２１】
上記したような塑性加工部材、特に２５％以上の塑性加工を加え機械的特性のバラツキをなくして利用される部品の代表例は以下の通りであるが、これ以外に多用されるのは当然のことである。
【０１２２】
先ず、自動車の足廻り部品としては、アッパーアーム、ロアーアーム、トーションロッド、ＡＢＳポンプハウジング等が挙げられる。
【０１２３】
次に、自動車のエンジン廻り部品としては、コネクティングロッド、ＧＤＩボディー、内燃エンジンピストン等が挙げられる。オートバイ用には、クッションアーム、ブラケット、フォークボトムブリッジ等が挙げられる。また、自転車部品としては、ギヤークランク等が挙げられる。
【０１２４】
これらの部品は、その製造時には全体が２５％以上、あるいは部分鍛造、部分鍛伸等で部分的に２５％以上の塑性加工を受けることが適宜選択される。
【０１２５】
（産業上の利用可能性）
以上説明したように、この発明では、冷却部材側から開閉栓側に向けて一方向性結晶成長させて得られた鋳塊に塑性加工を施して塑性加工部材を得るようにしたので、開閉栓側で劣っていた機械的特性を著しく改善することができ、一方向性結晶成長による塑性加工部材の場合でも、その部材全体の強度をアップすることができるとともに、その強度のバラツキも均一化することができる。
【０１２６】
この一方向性結晶成長による塑性加工部材は、従来から内部品質に優れ、また寸法や重量のバラツキも小さいため、利用価値の高い製品として活用されていたが、このように、本発明に依りさらに素材全体の強度をアップし、また強度のバラツキも均一化させるようにしたので、強度を要する構造用部材としても大いに利用できるようなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の塑性加工部材を製造する鋳造装置を概略的に示す断面側面図である。
【図２】
（ａ）は実施例１に於る鋳塊、（ｂ）は短冊体、及び（ｃ）は鍛伸部をそれぞれ示す図である。
【図３】
（ａ）は、引張り試験片の正面図、（ｂ）は、側面図をそれぞれ示す。
【図４】
（ａ）は実施例２に於ける鋳塊，（ｂ）は短冊体、及び（ｃ）は鍛伸部材をそれぞれ示す図である。
【図５】
（ａ）は実施例３に於る鋳塊及び、（ｂ）は圧延部材をそれぞれ示す図である。
【図６】
（ａ）は実施例４に於る鋳塊及び、（ｂ）はカップ状鍛造部材をそれぞれ示す図である。
【図１】
2004519331.tif 000017
【図２】
2004519331.tif 000018
【図３】
2004519331.tif 000019
【図４】
2004519331.tif 000020
【図５】
2004519331.tif 000021
【図６】
2004519331.tif 000022
【国際公開パンフレット】
2004519331.tif 000023
2004519331.tif 000024
2004519331.tif 000025
2004519331.tif 000026
2004519331.tif 000027
2004519331.tif 000028
2004519331.tif 000029
2004519331.tif 000030
2004519331.tif 000031
2004519331.tif 000032
2004519331.tif 000033
2004519331.tif 000034
2004519331.tif 000035
2004519331.tif 000036
2004519331.tif 000037
2004519331.tif 000038
2004519331.tif 000039
2004519331.tif 000040
2004519331.tif 000041
2004519331.tif 000042
2004519331.tif 000043
2004519331.tif 000044
2004519331.tif 000045
2004519331.tif 000046
2004519331.tif 000047
2004519331.tif 000048
2004519331.tif 000049
2004519331.tif 000050
2004519331.tif 000051
2004519331.tif 000052
2004519331.tif 000053
2004519331.tif 000054
2004519331.tif 000055
2004519331.tif 000056
2004519331.tif 000057
2004519331.tif 000058
2004519331.tif 000059
2004519331.tif 000060
2004519331.tif 000061
2004519331.tif 000062
2004519331.tif 000063
2004519331.tif 000064
2004519331.tif 000065
2004519331.tif 000066
2004519331.tif 000067
2004519331.tif 000068
2004519331.tif 000069
2004519331.tif 000070
2004519331.tif 000071
2004519331.tif 000072
2004519331.tif 000073
2004519331.tif 000074
2004519331.tif 000075
2004519331.tif 000076
2004519331.tif 000077
2004519331.tif 000078
2004519331.tif 000079
2004519331.tif 000080
2004519331.tif 000081
2004519331.tif 000082
【国際調査報告】
2004519331.tif 000083