(57)【要約】注湯口（１０１）を塞ぐ開閉栓（１３）の端面がキャビティ（１６）の一部を形成する鋳型（１２）を用い、キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯（１０）を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材において、冷却速度を制御することにより、冷却面側（Ｂ面）から開閉栓側の面（Ｔ面）へ向けて平均粒径を大きくなるように傾斜させたり、冷却面側（Ｂ面）から開閉栓側の面（Ｔ面）へ向けて添加成分が増加するように傾斜させることにより、選択的に優れた機能を有する塑性加工用素材を得ることができる。
2004519332.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キャビティの一部を形成する鋳型を用い、前記キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材において、
冷却面側から開閉栓端面側の面へ向けて素材に含まれる第２相晶出粒子の平均粒径および／または平均長さが大きくなっている、
ことを特徴とする塑性加工用素材。
【請求項２】
注湯口を塞ぐ開閉栓の端面がキャビティの一部を形成する鋳型を用い、前記キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材において、
冷却面側から反対側の面へ向けて素材に含まれる添加成分の少なくとも１つの濃度が増加するように傾斜していることを特徴とする塑性加工用素材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の塑性加工用素材において、
前記溶湯は、アルミニウム合金の溶湯である
ことを特徴とする塑性加工用素材。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の塑性加工用素材において、
前記溶湯はアルミニウム−ケイ素系合金の溶湯であることを特徴とする塑性加工用素材。
【請求項５】
注湯口を塞ぐ開閉栓の端面がキャビティの一部を形成する鋳型を用い、前記キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材を製造する方法において、前記注湯口を中心として前記注湯口の径の１．５倍の範囲内の柱状部分を除き、冷却面側から反対側の面へ向けた冷却速度を単調に減少させる、ことを特徴とする塑性加工用素材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の塑性加工用素材の製造方法において、前記柱状部分は、前記注湯口の径の１．５倍である、ことを特徴とする塑性加工用素材の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の塑性加工用素材の製造方法において、前記柱状部分は、前記注湯口の径の２倍である、ことを特徴とする塑性加工用素材の製造方法。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の塑性加工用素材の製造方法において、前記溶湯は、アルミニウム合金の溶湯である、ことを特徴とする塑性加工用素材の製造方法。
【請求項９】
請求項５または請求項７に記載の塑性加工用素材において、前記溶湯は、アルミニウム−ケイ素系合金の溶湯である、ことを特徴とする塑性加工用素材の製造方法。
【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、５０２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、一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材、および、一方向凝固で凝固させて塑性加工用素材を製造する塑性加工用素材の製造方法に関するものである。
【０００３】
（背景技術）
塑性加工用素材、特に、鍛造用素材は、連続鋳造棒、押出棒を切断してブランク材とし、または、圧延材を打ち抜いて打ち抜きブランク材として使用している。
【０００４】
これらの鍛造用素材は、まず、溶湯から連続鋳造を用いて細径連続鋳造棒としたり、押出用ビレットや、圧延スラブなどの鋳塊とする。
【０００５】
細径連続鋳造棒は、均質化処理を施した後、鋳肌部を削り落とす、いわゆるピーリング工程を行ってから、丸鋸切断機で所定の厚さ、所定の長さに切断して鍛造用素材とする。
【０００６】
また、押出棒は、得られたビレットに均質化処理を施し、押出機にかけて押出棒とした後、必要に応じて引き抜きをかけた材料を、丸鋸切断機で所定の厚さ、所定の長さに切断して鍛造用素材とする。
【０００７】
さらに、圧延板は、得られたスラブに均質化処理を施し、熱間圧延機で必要な厚さの圧延板にした後、必要な形状に打ち抜いて鍛造用素材とする。
【０００８】
なお、これらの鍛造用素材の投影面（切断面）形状は、丸に限らず、異形形状、中空、およびそれらの組み合わせた形状がある。
【０００９】
従来の塑性加工用素材は、冷却水を直接鋳塊に接触させて急速に凝固させる、いわゆるダイレクトチル法（強制冷却鋳造法）なので、溶質元素がほぼ均一に分散する。
【００１０】
ところが、塑性加工用素材を機能部材として利用しようとすると、特に、高ケイ素系合金のように、高強度で、耐摩耗性が要求される部材は、相手部材と摺動し合う部分のみに耐摩耗性が必要であり、全体的に耐摩耗性が要求されるものではない。
【００１１】
例えば、粉末合金においては、軽金属学会第７３回秋季大会（昭和６２年１１月）で報告された『Ａｌ−Ｓｉ粉末合金の耐摩耗性に及ぼすＳｉ粒子径の影響』に、ケイ素粒子の大きさと耐摩耗性との関係について記載されている。
【００１２】
そして、合金でも同様な効果を用いることが試みられている。
【００１３】
しかし、強度としての特性は、集中荷重のかかる部位の強度を維持するために合金成分の設計がなされるものであるが、結果として、部材の全体に付与されることが多い。
【００１４】
このように、部材の部位によって求められる特性が異なっていたとしても、従来の塑性加工用素材は、一部分の要求を満足させるために合金成分や合金組織が規定されるので、要求される部分以外にもその特性が付与されることになる。
【００１５】
特に、耐摩耗性合金では、第２相晶出粒子の一種として、例えば添加されたケイ素（Ｓｉ）が凝固中に共晶ケイ素や初晶ケイ素が晶出し、この晶出物が塑性加工性を劣化させたり、切削性などに悪影響を与えることになる。
【００１６】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、その目的は、内部の成分分布や、組織の形態を冷却面側から反対側の面へ向けて傾斜させ、選択的に優れた機能を有する塑性加工用素材、および、この塑性加工用素材を製造する塑性加工用素材の製造方法を提供するものである。
【００１７】
（発明の開示）
この発明は、注湯口を塞ぐ開閉栓の端面がキャビティの一部を形成する鋳型を用い、キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材において、冷却面側から開閉栓端面側の面へ向けて素材に含まれる第２相晶出粒子の平均粒径および／または平均長さが大きくなっていたり、冷却面側から開閉栓端面側の面へ向けて素材に含まれる添加成分の少なくとも１つの濃度が増加するように傾斜しているものである。
【００１８】
そして、上記溶湯（金属）は、アルミニウム合金であることを含む。
【００１９】
また、この発明は、注湯口を塞ぐ開閉栓の端面がキャビティの一部を形成する鋳型を用い、キャビティ内へ注湯口から充填した溶湯を冷却して一方向凝固で凝固させた塑性加工用素材の製造方法において、注湯口を中心として注湯口の径の１．５倍から２倍の範囲内の柱状部分を除き、冷却面側から開閉栓端面側の面へ向けた冷却速度を単調に減少させる方法である。
そして、上記溶湯（金属）は、アルミニウム合金又はアルミニウムケイ素系合金であることを含む。
【００２０】
上述の如く、内部の成分分布や組織形態を冷却面側から開閉栓端面側の面に向けて傾斜させることにより、選択的に優れた機械的機能を有する塑性加工用素材を得ることができる。
【００２１】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２２】
第１図はこの発明の塑性加工用素材を鋳造する鋳造装置の概略構成を示す説明図である。
【００２３】
なお、ここで例示する鋳造装置は、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（塑性加工用素材、鋳塊）を製造するためのものである。
【００２４】
そして、鋳塊の原材料としては、鉄鋼を挙げることができるが、特に、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの非鉄金属や、それぞれの合金とするのが好適である。
【００２５】
そして、この発明の塑性加工用素材に適用されるアルミニウム合金は、第２相晶出粒子を晶出する成分範囲であればよい。
【００２６】
より詳しく言うならば、耐摩耗性に優れた素材においては、ケイ素（Ｓｉ）が５質量％〜２４質量％以下であり、かつ、銅（Ｃｕ）が７質量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）が２質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）が３質量％以下の１種もしくは２種以上を含むアルミニウム−ケイ素系合金であり、例えば、ＪＩＳ規格のＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ８Ｃ、ＡＣ９Ｂや、ＡＡ規格のＡ３９０などで代表される鋳物用合金、およびＪＩＳ規格の４０３２で代表される展伸材合金が挙げられるが、これらが塑性加工用素材として利用し得る。
【００２７】
さらに、高温強度を高める場合には、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、スカンジウム（Ｓｃ）などを０．５質量％以下の範囲で単独または複合的に適宜添加することが好ましい。
【００２８】
第１図に示すように、鋳造装置１０は、冷却板１００と、鋳型１２と、開閉栓１３とで構成されている。
【００２９】
冷却板１００は、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）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（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などの熱伝導率の高い耐火材によって構成したものである。
【００３０】
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が設けられている。
【００３１】
そして、ケース１４は、有底の円筒状をなし、冷却板１００の下面を覆うように取り付けられている。
【００３２】
また、スプレーノズル１５は、先端の噴射孔から冷却水を噴射するもので、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ケース１４に取り付けられている。
【００３３】
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を介して図示を省略した昇降駆動装置に連結され、この昇降駆動装置の駆動によって一体的に上下動する。
【００３４】
鋳型１２は、上述した冷却板１００よりも細径の上壁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。
【００３５】
この鋳型１２は、冷却板１００の上方域に固設され、冷却板１００が下降した場合、底面が開口し、また、冷却板１００が上昇した場合、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。
【００３６】
鋳型１２の材料としては、製造すべき鋳塊（塑性加工用素材）１の原材料、溶湯１′との濡れ性、使用温度、耐食性等の条件から総合的に判断し、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（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）を含む窒化ケイ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、グラファイト、窒化ホウ素（ＢＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）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。
【００３７】
なお、第１図への図示は省略されているが、鋳型１２の適宜箇所には、注湯の際にキャビティ１６内の空気を外部へ放出するための通気路を設けておくことが好ましい。
【００３８】
また、鋳型１２には、上壁１２ａの中央となる部位に注湯口１０１が貫設されている。
【００３９】
注湯口１０１は、下端部が、例えば直径１２ｍｍの内径を有する一方、上端部が上方に向けて漸次内径が増大するテーパ状をなしている。
【００４０】
このテーパ状をなす部分の仰角は、１５°〜７５°、好ましくは３０°〜６０°とするのがよい。
【００４１】
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使用している。
【００４２】
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１の形状や用途に応じて、位置を、例えば、注湯口１０１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、残らない部位（例えば、切削等で除去される部位）を選んで変更することができる。
【００４３】
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なし、下端部にテーパ部１３ａおよび嵌合部１３ｂを有している。
【００４４】
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された円柱状部分である。
【００４５】
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され、図示を省略した栓駆動装置の駆動によって上下動する。
【００４６】
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（Ａｌ２Ｏ３）、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、鉄や鋳鋼など、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。
【００４７】
なお、１７は鋳型１２の上方域を覆う上蓋、１８は鋳型１２の上部壁１２ｃに連結した電気炉を示す。
【００４８】
上記のように構成した鋳造装置１０によって鋳塊（塑性加工用素材）１を製造する場合は、まず、昇降駆動装置によって冷却板１００を上昇させ、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。
【００４９】
また、栓駆動装置によって開閉栓１３を下降させ、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。
【００５０】
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。
【００５１】
なお、このように開閉栓１３で注湯口１０１を閉成すると、上壁１２ａの下面と、嵌合部１３ｂの下面とは、面一状態になる。
【００５２】
そして、鋳型１２のキャビティ１６を形成する面は、鋳塊１との型離れを促進する目的で、また開閉栓１３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。
【００５３】
次いで、電気炉１８を動作させ、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。
【００５４】
電気炉１８を動作させるのは、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。
【００５５】
次いで、栓駆動装置によって開閉栓１３を上昇させ、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。
【００５６】
この状態においては、注湯口１０１が開放され、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、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、キャビティ１６を満たすようになる。
【００５７】
開閉栓１３を上昇させる際、冷却板１００が１００℃未満であると、欠陥の一種である『きらわれ』が発生するので、冷却板１００を１００℃以上、溶湯１′の温度以下に加熱しておくことが好ましい。
【００５８】
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。
【００５９】
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ことも、『きらわれ』の発生を防止するのに有効である。
【００６０】
キャビティ１６内に溶湯１′が充填された後、開閉栓１３を再び下降させることによって注湯口１０１を閉成する。
【００６１】
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。
【００６２】
なお、冷却板１００の、溶湯１′が最も遅く到達する部位に熱電対を挿入し、熱電対で冷却板１００の温度変化をモニタしたところ、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′が下方から上方へに向けて一方向に順次凝固することが確認できた。
【００６３】
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へ移動して溶湯１′が凝固する。
【００６４】
キャビティ１６内の溶湯１′が凝固した後、鋳型１２に対して冷却板１００を下降させれば、冷却板１００の上面に鋳型１２から鋳造体１が離型される。
【００６５】
なお、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塊１が得られるが、この鋳塊１は、キャビティ１６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でもよい。
【００６６】
また、キャビティ１６の上下面を曲面で構成してもよいし、さらには３次元的に異形のものでもよい。
【００６７】
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。
【００６８】
こうして製造された鋳塊１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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、この発明を実施例により具体的に説明するが、この発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
第１図に示す鋳造装置１０を使用し、第２図に示す直径が７５ｍｍで、厚さが２２ｍｍの鋳塊を鋳造した。
【００７２】
この鋳塊の化学成分（質量％）は表１の合金１（ＪＩＳ４０３２合金）として示し、鋳塊の鋳造条件は、表２に示すとおりであった。
【００７３】
【表１】
2004519332.tif 000003
【００７４】
【表２】
2004519332.tif 000004
【００７５】
そして、鋳塊に５０５℃で６時間の均質化処理を施した後、表３の条件で人工時効処理を施した。
【００７６】
【表３】
2004519332.tif 000005
【００７７】
冷却速度測定方法
鋳造中の鋳塊の冷却速度を調査するため第２図の鋳塊において、●（黒丸）で示す１２箇所に熱電対を配置し、その後注湯して凝固過程の温度変化を記録に取り、冷却速度を算出した。
【００７８】
熱電対は直径が０．５ｍｍのＫ種のシースカップルで、熱測定に影響を与えない方法でキャビティ内に立体的に配置した。
【００７９】
得られた温度変化記録から液相線温度と、固相線温度との温度差を、それぞれの温度（液相、固相）に達した時刻の差で割った値を、測温位置の冷却速度Ｃ（℃／ｓｅｃ）とした。
【００８０】
さらに、鋳塊の凝固進行方向の２点間の距離をそれぞれの位置での固相線温度に達した時刻の差で割った値を、２点間の平均凝固速度Ｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）として求めた。
【００８１】
冷却速度の測定結果を表４に示す。
【００８２】
【表４】
2004519332.tif 000006
【００８３】
中心から半径方向の各位置における冷却速度、すなわち厚さ方向の冷却速度の傾向は、トップ面（冷却面と反対側の面、即ち、開閉栓端面側の面：Ｔ面）直下の冷却速度を除いては、ボトム面（冷却面：Ｂ面）から１ｍｍ内部の値が最も大きく、漸次減少する傾向にある。
【００８４】
これらの数値をボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの値を基準にして比をとると、表５に示すように、トップ面（Ｔ面）から１ｍｍ直下（ボトム面（Ｂ面）から２１ｍｍ）の値は、０．７６以下であった。
【００８５】
注湯口直下の値が非常に大きいのは、鋳造中に開閉栓が注湯口を開放してキャビティ内に注湯するとともに、鋳造中も開閉栓を開いて鋳塊の凝固収縮に見合う分だけ溶湯を供給する押し湯効果により、受槽の保存された溶湯から熱が補給されるだけでなく、溶湯の凝固によって生じる凝固潜熱によっても凝固の遅延が起こる。
【００８６】
そして、開閉栓が注湯口を閉成すると同時に熱の補給が絶たれ、凝固が一気に進行することによるものと考えられる。
【００８７】
【表５】
2004519332.tif 000007
【００８８】
凝固速度測定結果を表６に示す。
【表６】
2004519332.tif 000008
【００８９】
半径方向の中心から１２ｍｍまでの間は、ボトム面（Ｂ面）側よりもトップ面（Ｔ面）側の方が凝固速度が遅い。
【００９０】
これは、冷却速度の結果でも触れたように、注湯口周辺は鋳造中に受槽から熱が供給されることにより、凝固速度が遅くなるものと考えられる。
【００９１】
また、半径方向の中心から、２４ｍｍの位置から外周にかけては、逆にトップ面（Ｔ面）側の凝固速度がボトム面（Ｂ面）側の凝固速度よりも速くなる。
【００９２】
これは、鋳造の開始時にキャビティ内の溶湯の保有熱、凝固による潜熱の発生により、ボトム面側の凝固速度は遅くなるが、トップ面（Ｔ面）側が凝固を開始する頃には溶湯の温度も低下し、保有熱が少なくなることから、凝固速度が速くなるものと考えられる。
【００９３】
参考例
第１図に示す鋳造装置１０を使用し、第３図に示す直径が６３ｍｍで、厚さが１０ｍｍの鋳塊を鋳造した。
【００９４】
この鋳塊の化学成分はＪＩＳ２２１８合金のアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）系合金である。
【００９５】
そして、鋳造中の冷却速度を調査するため、第１０図に●（黒丸）で示す９箇所に熱電対を配置した。
【００９６】
表４の場合と同様に冷却速度を測定した結果を表７に示し、表５と同様な比を表８に示す。
【００９７】
【表７】
2004519332.tif 000009
【００９８】
【表８】
2004519332.tif 000010
【００９９】
ＪＩＳ２２１８合金では冷却速度が一桁上がるが、傾向は『実施例１』と同じで、注湯口直下を除けば、『実施例１』と同様に、冷却速度は凝固の進行方向へ向かって減少している。
【０１００】
このように、冷却速度、凝固速度の測定により、冷却速度、凝固速度の場所による違いはあるものの、凝固界面が、冷却板から注湯口を含むトップ面（Ｔ面）へ向けて進行し、閉回路を形成しないことが判る。
【０１０１】
比較例１
日本特公昭５４−４２８４７号公報に開示されている連続鋳造法により、『実施例１』と同じ溶湯を使用して表９に示す鋳造条件で連続鋳造棒を鋳造した後、鋳造棒を２２ｍｍの厚さに切断した。
【０１０２】
【表９】
2004519332.tif 000011
【０１０３】
そして、『実施例１』と同一条件、すなわち、均質化温度５０５℃で６時間均質化処理を施した後、表３の条件で人工時効処理を施した。
【０１０４】
上述のようにして鋳造した『実施例１』、『比較例１』の各鋳塊から金属組織観察用試験片、硬度試験片、耐摩耗性試験片をそれぞれ切り出した。
【０１０５】
なお、各試験片は、『実施例１』の場合、鋳塊の外周から２０ｍｍ内部に入った部位で、凝固進行方向と同一方向より、『比較例１』の場合、鋳塊の鋳肌から２０ｍｍ内部へ入った部位で、鋳造方向と平行な方向より切り出した。
【０１０６】
金属組織観察
『実施例１』では、鋳塊の外周から２０ｍｍの内部（中心から１７．５ｍｍ）で、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて１ｍｍ、６ｍｍ、１１ｍｍ、１６ｍｍ、２１ｍｍの計５箇所の位置において、共晶ケイ素粒径、初晶ケイ素粒径、およびそれらの面積占有率を測定した。
【０１０７】
ここで、共晶ケイ素粒、初晶ケイ素粒は第２相晶出粒子の一種である。
なお、測定は、サンプルを研磨仕上げ後、顕微鏡を有した画像解析処理装置によって行った。
【０１０８】
画像解析処理装置は、『コスモゾーンＲ５００』（ニコン社製）を用いた
【０１０９】
顕微鏡倍率は、共晶ケイ素粒径については４００倍または８００倍、初晶ケイ素粒径については２００倍で実施した。
【０１１０】
粒子径としては、観察面に現れた粒子の断面積を円に置き換えてその直径で表現する円相当径（ＨＥＹＷＯＯＤ径：ヘイウッド径）、粒子の最大幅である最大弦長（ＭＸＬＮＧ：マキシマムレングス）を測定し、面積占有率は、それぞれの粒子の面積占有率を測定し、さらに、それらの測定値を合計してケイ素粒子の面積占有率を求めた。
【０１１１】
『実施例１』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表１０に示す。
【０１１２】
また、『実施例１』の鋳塊における各位置の初晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表１１に示す。
【０１１３】
【表１０】
2004519332.tif 000012
【０１１４】
【表１１】
2004519332.tif 000013
【０１１５】
厚さ方向の共晶ケイ素粒子および初晶ケイ素粒子は、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて単純に粗大化している。
【０１１６】
一方、ボトム面（Ｂ面）から６ｍｍまでの間では、急冷凝固のため、初晶ケイ素はほとんど発生していない。
【０１１７】
共晶ケイ素および初晶ケイ素がトップ面（Ｔ面）で粗大になるのは、トップ面（Ｔ面）側の冷却速度がボトム面（Ｂ面）側よりも小さいので、徐冷によって粗大化が進んだものと考えられる。
【０１１８】
『実施例１』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素の面積占有率（％）、初晶ケイ素の面積占有率（％）、および両者を合計した面積占有率（％）を表１２に示す。
【０１１９】
【表１２】
2004519332.tif 000014
【０１２０】
合計した面積占有率（％）は厚さ方向でほとんど変化しないが、共晶ケイ素はボトム面（Ｂ面）側からトップ面（Ｔ面）側へ漸減し、初晶ケイ素はボトム面（Ｂ面）側からトップ面（Ｔ面）側へ漸増している。
【０１２１】
これは、トップ面（Ｔ面）側でのケイ素が、共晶ケイ素よりも初晶ケイ素への成長に取られるためである。
【０１２２】
上記した各測定値を、ボトム面（Ｂ面）を基準にして再評価した結果の、共晶ケイ素粒径比および長さを表１３に示し、初晶ケイ素粒径比および長さを表１４に示すとともに、合計した面積占有率比を表１５に示す。
【０１２３】
【表１３】
2004519332.tif 000015
【０１２４】
【表１４】
2004519332.tif 000016
【０１２５】
【表１５】
2004519332.tif 000017
【０１２６】
トップ面（Ｔ面）側の共晶ケイ素粒はボトム面（Ｂ面）側のＨＥＹＷＯＯＤ径は２．４倍、ＭＡＸＬＮＧは３．４倍であり、また、初晶ケイ素粒はボトム面（Ｂ面）側のＨＥＹＷＯＯＤ径は１．７倍、ＭＡＸＬＮＧは１．９倍であった。
【０１２７】
『比較例１』の鋳塊は、ブランク材の上、下面でケイ素粒子の大きさや分布状態に差はなく、鋳肌からの観察位置での平均共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤは２．１３μｍ、ＭＡＸＬＮＧは２．９４μｍであり、また、観察位置での平均初晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤは９．４８μｍ、ＭＡＸＬＮＧは１２．６２μｍであり、また、観察位置での共晶ケイ素の面積占有率は１２．３７％、初晶ケイ素の面積占有率は０．３１％、合計の面積占有率は１２．６８％であった。
【０１２８】
平均共晶ケイ素粒径、共晶ケイ素の面積占有率は『実施例１』のボトム面（Ｂ面）から１ｍｍ内部の位置の値とほぼ同じであり、初晶ケイ素粒子、初晶ケイ素の面積占有率は『実施例１』のボトム面（Ｂ面）から６ｍｍ内部の値とほぼ同一であった。
【０１２９】
そして、共晶ケイ素と初晶ケイ素とを合計した面積占有率は、『実施例１』の鋳塊とほぼ同一であった。
【０１３０】
次に、『実施例１』の鋳塊内部における共晶ケイ素粒子径（ＨＥＹＷＯＯＤ径）の存在割合、および平均粒子径を表１６に示すとともに、『比較例１』の鋳塊内部における共晶ケイ素粒子径（ＨＥＹＷＯＯＤ径）の存在割合、および平均粒子径を表１７に示す。
【０１３１】
【表１６】
2004519332.tif 000018
【０１３２】
【表１７】
2004519332.tif 000019
【０１３３】
また、『実施例１』の鋳塊における４μｍ以下の共晶ケイ素粒子の存在割合（％）を表１８に示す。また、『比較例１』の鋳塊における４μｍ以下の共晶ケイ素粒子の存在割合は、８７．７％であった。
【０１３４】
【表１８】
2004519332.tif 000020
【０１３５】
『実施例１』の鋳塊では、ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの共晶ケイ素平均粒径が２．４５μｍである内、４μｍ以下の粒子が９８％を占め、微細粒子が多数存在しているのに対し、ボトム面（Ｂ面）から２１ｍｍの共晶ケイ素平均粒径が５．８５μｍの内、４μｍ以下の粒子は５４．８％しかなく、トップ面（Ｔ面）側に粗大な共晶ケイ素粒子が多数存在していることが判る。
【０１３６】
一方、『比較例１』の鋳塊は、共晶ケイ素平均粒径が２．１３μｍの内、４μｍ以下の粒子が８７．７％と、『実施例１』の鋳塊の、ボトム面（Ｂ面）から６ｍｍ位の粒径分布と変わらなかった。
【０１３７】
この発明の実施例である『実施例１』では、冷却面側から反対側の面へ向けて素材に含まれる第２相晶出粒子の平均粒径および／または平均長さが大きくなっている。
【０１３８】
金属組織観察（ＤＡＳ：Ｄｅｎｄｒｉｔｅ Ａｒｍ Ｓｐａｃｉｎｇ）
『実施例１』の鋳塊では、鋳塊の中心、中心と外周との中間、外周近傍の３箇所における厚さ方向のＤＡＳの変化を測定した。
【０１３９】
『比較例１』の鋳塊では、鋳塊組織の一様性から、中間の一箇所のみを測定した。
【０１４０】
なお、ＤＡＳの測定方法は、軽金属学会発行の『軽金属（１９８８年）、ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１、ｐ４５』に記載の、『デンドライトアームスペーシング測定手順』に基づいて行った。
【０１４１】
『実施例１』で得た鋳塊のＤＡＳの測定結果（μｍ）を表１９に示すとともに、中間のボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの内部へ入った位置を基準にした比を表２０に示す。
【０１４２】
【表１９】
2004519332.tif 000021
【０１４３】
【表２０】
2004519332.tif 000022
【０１４４】
ＤＡＳの大きさは、ボトム面（Ｂ面）から鋳塊内部にかけて漸増し、鋳塊中心部はトップ面（Ｔ面）に近づくにしたがって小さくなるが、ボトム面（Ｂ面）の１．１倍となってボトム面（Ｂ面）値を下回ることはない。
【０１４５】
また、鋳塊中間部も同様な傾向を示すが、トップ面（Ｔ面）近傍での下がり方が小さい。
【０１４６】
しかし、ボトム面（Ｂ面）の中間のＤＡＳを基準にとると、全ての部位で１以上であった。
【０１４７】
一方、『比較例１』の値は、１７．２μｍであり、『実施例１』のボトム面（Ｂ面）から３ｍｍの位置に相当する値であった。
【０１４８】
鋳塊内の化学成分分布調査
『実施例１』の鋳塊における鋳塊の中心、中心と外周との中心、外周近傍の３箇所における厚さ方向に対する化学成分の分布を調べるため、島津製作所製の発光分光分析装置を利用して化学成分を調査した。
【０１４９】
対象とした化学元素は、共晶凝固する元素、具体的にはケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）とし、鋳塊をボトム面（Ｂ面）およびトップ面（Ｔ面）から測定すべき深さまで面削した後、発光分光分析装置にかけた。
【０１５０】
『実施例１』の鋳塊内部の各元素の厚さ方向への分布を、ケイ素（Ｓｉ）について第４図に、銅（Ｃｕ）について第５図に、マグネシウム（Ｍｇ）について第６図に、ニッケル（Ｎｉ）について第７図にそれぞれ示す。
【０１５１】
この発明の実施例である『実施例１』では、冷却面側から反対側の面である開閉栓側の面へ向けて素材に含まれる添加成分の少なくとも１つの濃度が増加するように傾斜している。
【０１５２】
ボトム面（Ｂ面）近傍から一旦は増加するが、トップ面（Ｔ面）へ近づくに従って減少し、ボトム面（Ｂ面）近傍よりも低い値を示した。
【０１５３】
特に、鋳塊中心部の低下傾向が激しく、外周部の低下は、鋳塊中心部に対して比較的軽微であった。
【０１５４】
硬度測定
後述する摩擦摩耗性試験に供した該当部位の硬度を、ロックウエル硬度計Ｂスケール（ＨＲＢ）で測定した。
【０１５５】
摩擦摩耗試験
鋳塊の摩擦摩耗試験は、表２１に示す試験装置（ピン・オン・ディスクタイプ）および試験条件により、トップ面（Ｔ面）側と、ボトム面（Ｂ面）側との耐摩耗性について評価することによって行った。
【０１５６】
【表２１】
2004519332.tif 000023
【０１５７】
試験片は、金属組織観察用の試験片の採取位置と同一の外周から２０ｍｍの位置から、凝固の進行方向と平行な軸を含む円柱の形に機械加工で表２１に示す寸法に削り出して、試験用ピンとした。なお、このときの摩擦試験面が、トップ面（Ｔ面）から１ｍｍ内部の面（ボトム面（Ｂ面）から２１ｍｍの位置）、ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍ内部の面となるように削り出した。
【０１５８】
そして、各面で摩擦せたときの、ピンの長さの摩耗量を測定した（摩耗量の大きいもの程、耐摩耗性に劣る。）。
【０１５９】
『実施例１』の硬度およびピンの摩耗量を表２２に示す。『比較例１』の硬度は７３．８ＨＲＢ、ピンの摩耗量は、６８μｍであった。
【０１６０】
【表２２】
2004519332.tif 000024
【０１６１】
上記より明らかなように、硬度は、『実施例１』の厚さ方向も、『比較例１』も値がほとんど変わらない。
【０１６２】
『実施例１』において、材料の硬度に寄与する銅やマグネシウムのこの程度の偏析では、直接硬度に影響を与えない。
【０１６３】
そして、ピン摩耗量の、『実施例１』のボトム面（Ｂ面）と、『比較例１』とでは、『比較例１』の方がわずかに優れているが、これは、共晶ケイ素粒径で両者はほぼ同等であるのに対し、『比較例１』は初晶ケイ素がわずかに発生していて、この初晶ケイ素の耐摩耗性への効果が生じているものと考えられる。
【０１６４】
一方、トップ面（Ｔ面）の摩耗量は、『実施例１』が２３μｍで、ボトム面（Ｂ面）の３分の１以下であり、耐摩耗性に優れていることが判る。
【０１６５】
これは、ケイ素粒径測定結果で明らかなように、ケイ素粒子は、トップ面（Ｔ面）の方が共晶ケイ素粒径、および初晶ケイ素粒径ともに大きな値で存在していることによるものと考えられる。
【０１６６】
耐焼き付き性試験
表２３の条件にしたがって耐焼き付け試験を行った。
【０１６７】
【表２３】
2004519332.tif 000025
【０１６８】
焼き付け性の良否は、焼き付け荷重が大きい程よく、同一荷重値の場合、異常荷重が発生するまでの試験時間が長い程よしとした。
【０１６９】
そして、試験終了時の押し付け荷重を、最大焼き付け荷重とした。
【０１７０】
『実施例１』における焼き付け荷重と焼き付け時間との測定結果を表２４に示し、『比較例１』における焼き付け荷重と焼き付け時間との測定結果を表２５に示す。
【０１７１】
【表２４】
2004519332.tif 000026
【０１７２】
【表２５】
2004519332.tif 000027
【０１７３】
同じような組織を呈する『実施例１』のボトム面（Ｂ面）と、『比較例１』とでは、焼き付け荷重はほぼ同じ値であったが、焼き付け時間は、『比較例１』がやや長く、耐焼き付け性に優れていた。
【０１７４】
しかし、『実施例１』のトップ面（Ｔ面）では、焼き付け荷重は１５ｋｇｆと高くなり、焼き付け時間も５．７分とボトム面（Ｂ面）の約２倍の時間を確保した。
【０１７５】
これも、上述した、それぞれの金属組織に起因しているものと考えられる。
【０１７６】
切削性試験
塑性加工用素材を機械加工、特に、切削加工する場合、切り粉処理性が問題になる。
【０１７７】
そこで、『実施例１』の塑性加工用素材のトップ面（Ｔ面）部分、中間、ボトム（Ｂ面）部分からケイ素粒子の形状測定を行った部位で切り粉形状を比較した。
【０１７８】
切削試験には旋盤を用い、表２６の切削条件により、湿式法で行った。
【０１７９】
【表２６】
2004519332.tif 000028
【０１８０】
比較例として『比較例１』を用いた。
【０１８１】
試験材には、５０５℃の温度で６時間均質化処理を施した後、表３の条件で人工時効処理を施した。
【０１８２】
『実施例１』の試験結果を第８図（ａ）に、『比較例１』の試験結果を第８図（ｂ）に示す。
【０１８３】
『実施例１』の切り粉形状は流動型、カール状、分断型の３種類となった。
【０１８４】
ボトム面（Ｂ面）から２１ｍｍの部位は、分断型であった。
【０１８５】
この分断型は、切り粉処理性としては最もよく、バイトへの絡みや、旋盤内での切り粉処理のトラブルはない。
【０１８６】
中間部は、分断型に次いで切り粉処理性のよいカール状であった。
【０１８７】
ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの部位は、流動型であった。
【０１８８】
この流動型は、最も処理性が悪く、バイトへの絡みや切り粉自体が機械内に綿状に溜まるので、切り粉が旋盤ヘッドに巻き付くのを防止するためにしばしば機械を停止させ、切り粉の排出をせざるを得ず、生産性に劣るだけでなく、絡みついた切り粉が製品に傷を付ける。
【０１８９】
『比較例１』の切り粉は流動型であって、処理性は悪かった。
【０１９０】
機械的特性試験
『実施例１』および『比較例１』の鋳塊に、５０５℃の温度で６時間均質化処理を施した後、表３の条件で人工時効処理を施した。
【０１９１】
そして、塑性加工用素材のトップ面（Ｔ面）部分、中間、ボトム（Ｂ面）部分からケイ素粒子の形状測定を行った部位で、ＡＳＴＭ規格の『Ｅ８−９９、Ｆｉｇ８』における公称径０．１１３インチの寸法規格に合致させて切り出した。
【０１９２】
この試験片を、島津製作所製の『オートグラフ』を用い、引っ張り試験速度を１ｍ／ｍｉｎとして引っ張り試験を行った。
【０１９３】
評価項目は、引っ張り強度と、０．２％耐力、および伸びの３項目である。
【０１９４】
『実施例１』の試験結果を表２７に、『比較例１』の試験結果を表２８に示す。
【０１９５】
【表２７】
2004519332.tif 000029
【０１９６】
【表２８】
2004519332.tif 000030
【０１９７】
『実施例１』において、強度、耐力は鋳塊の上下で大きな差はないが、伸びについてはトップ面側が小さく、ボトム面側は特に値が大きい。
【０１９８】
これにより、ボトム面側の靱性が高く、『比較例１』と同等であることが判る。
【０１９９】
上記試験結果によると、『実施例１』で得た塑性加工用素材は、合金組成が同一でありながら厚さ方向での切り粉処理性や機械的特性が異なる。
【０２００】
すなわち、切削性が良好で、耐摩耗性に優れたトップ側の部位と、一方、ボトム側の金属組織が緻密であることにより靱性に優れた（機械特性の中の伸びが高い。）ボトム面側の部位との両面を備えた素材を提供することができる。
【０２０１】
これらの特徴を備えた塑性加工用素材は、利用される部材の用途によって、向きを使い分けて使用することができ、それぞれの特徴を充分に享受することができる。
【０２０２】
実施例２
第１図に示す鋳造装置１０を使用し、第９図に示す直径が１１５ｍｍで、厚さが３０ｍｍの鋳塊を鋳造した。
【０２０３】
この鋳塊の化学成分（質量％）は表１に示す合金２として示すものであり、鋳塊の鋳造条件は、表２９に示すとおりであった。
【０２０４】
【表２９】
2004519332.tif 000031
【０２０５】
そして、鋳塊には５００℃の温度で６時間図均質化処理を施した後、表３０の条件で人工時効処理を施した。
【０２０６】
【表３０】
2004519332.tif 000032
【０２０７】
冷却速度測定方法
鋳塊の鋳造中の冷却速度を測定するため、第９図の●（黒丸）で示す１２箇所の位置に熱電対を配置した。
【０２０８】
『実施例１』の場合と同様に溶湯の温度変化を測定し、同様して冷却速度などを算出した。
【０２０９】
冷却速度の測定結果を表３１に示す。
これらの数値をボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの値を基準にして比をとると、表３２に示すようになる。
【０２１０】
【表３１】
2004519332.tif 000033
【０２１１】
【表３２】
2004519332.tif 000034
【０２１２】
表３１および表３２から理解できるように、『実施例１』と同様な結果が得られた。
【０２１３】
比較例２
日本特公昭５４−４２８４７号公報に開示されている連続鋳造法により、『実施例２』と同じ溶湯を使用して表３３に示す鋳造条件で鋳造棒を鋳造した後、鋳造棒を３０ｍｍの厚さに切断した。
【０２１４】
【表３３】
2004519332.tif 000035
【０２１５】
そして、『実施例２』と同一条件、すなわち５００℃の温度で６時間の条件で均質化処理を施した後、表３０の条件で人工時効処理を施した。
【０２１６】
上述のようにして鋳造した『実施例２』、『比較例２』の各鋳塊から金属組織観察用試験片、硬度試験片、耐摩耗性試験片をそれぞれ切り出した。
【０２１７】
なお、各試験片は、『実施例２』の場合、鋳塊の外周から３０ｍｍ内部に入った部位で、凝固進行方向と同一方向より、『比較例２』の場合、鋳塊の鋳肌から３０ｍｍ内部へ入った部位で、鋳造方向と平行な方向より切り出した。
【０２１８】
金属組織観察
『実施例２』では、鋳塊の外周から３０ｍｍの内部（中心から２７．５ｍｍ）で、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて１ｍｍ、６ｍｍ、１５ｍｍ、２４ｍｍ、２９ｍｍの計５箇所の位置において、共晶ケイ素粒径、および共晶ケイ素粒の面積占有率を測定した。
【０２１９】
なお、観察試料の研磨、粒径測定に使用した画像解析処理装置、測定方法、粒径のパラメータなどは『実施例１』と同じに行った。
【０２２０】
『実施例２』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表３４に示す。
【０２２１】
『実施例２』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素の面積占有率（％）を表３５に示す。
【０２２２】
【表３４】
2004519332.tif 000036
【０２２３】
【表３５】
2004519332.tif 000037
【０２２４】
共晶ケイ素粒径は、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて粗大化していく傾向は『実施例１』と同様であった。
【０２２５】
そして、共晶ケイ素の面積占有率（％）は、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けてわずかに増加するものの、ほぼ一定であった。
【０２２６】
上記した各測定値を、ボトム面（Ｂ面）を基準にして再評価した結果の、共晶ケイ素粒径比および長さ比を表３６に示し、面積占有率比を表３７に示す。
【０２２７】
【表３６】
2004519332.tif 000038
【０２２８】
【表３７】
2004519332.tif 000039
【０２２９】
トップ面（Ｔ面）の共晶ケイ素粒径はボトムのＨＥＹＷＯＯＤ径は２．０倍、Ｍ
ＡＸＬＮＧの平均長は２．５倍であった。
【０２３０】
厚さ方向の共晶ケイ素面積占有率はボトム面（Ｂ面）側とトップ面（Ｔ面）側とであまり差がなかったが、共晶ケイ素粒径は『実施例１』に比較して全体的に小さかった。
【０２３１】
これは、共晶ケイ素の微細化剤として予め溶湯中にストロンチウム（Ｓｒ）を添加したためである。
【０２３２】
『比較例２』の鋳塊は、ブランク材の上、下面でケイ素粒子の大きさや分布状態に差はなく、鋳肌からの観察位置での平均共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＯＤは２．１３μｍ、ＭＡＸＬＮＧは、２．９４μｍ、また、観察位置での共晶ケイ素面積占有率９．８０％であった。
【０２３３】
『比較例２』の共晶ケイ素粒径、共晶ケイ素面積占有率は、『実施例１』のボトム面（Ｂ面）から６ｍｍ位の粒径分布と変わらなかった。
【０２３４】
硬度測定
後述する摩擦摩耗性試験に供した該当部位の硬度を、ロックウエル硬度計Ｂスケール（ＨＲＢ）で測定した。
【０２３５】
摩擦摩耗試験
鋳塊の摩擦摩耗試験は、表３８に示す試験装置および試験条件により、トップ面（Ｔ面）側と、ボトム面（Ｂ面）側との耐摩耗性について評価することによって行った。
【０２３６】
【表３８】
2004519332.tif 000040
【０２３７】
試験片は、金属組織観察用の試験片の採取位置と同一の外周から３０ｍｍの位置から、凝固の進行方向と平行な軸を含む円柱の形に機械加工で表３８に示す寸法に削り出して、試験用ピンとした。なお、このときの摩擦試験面が、トップ面（Ｔ面）から１ｍｍ内部の面（ボトム面（Ｂ面）から２９ｍｍの位置）、ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍ内部の面となるように削り出した。
【０２３８】
そして、各面で摩擦せたときの、ピンの長さの摩耗量を測定した。
【０２３９】
『実施例２』の硬度およびピンの摩耗量を表３９に示す。また、『比較例２』の硬度ＨＲＢは、７６．５、ピンの摩耗量は４２μｍであった。
【０２４０】
【表３９】
2004519332.tif 000041
【０２４１】
硬度は、『実施例２』の厚さ方向も、『比較例２』も値がほとんど変わらない。
【０２４２】
そして、『実施例２』のボトム面（Ｂ面）と、『比較例２』とではピン摩耗量に差はなかったが、『実施例２』のトップ面（Ｔ面）でのピン摩耗量は『比較例２』よりも少なく、『実施例２』のトップ面（Ｔ面）が耐摩耗性に優れていることが明らかである。
【０２４３】
実施例３
第１図に示す鋳造装置１０を使用し、実施例２と同様に第９図で示す直径が１１５ｍｍで、厚さが３０ｍｍの鋳塊を鋳造した。
【０２４４】
この鋳塊の化学成分（質量％）は表１に示す合金３（ＪＩＳＡＣ４Ｃ）として示すものであり、鋳塊の鋳造条件は、表４０に示すとおりであった。
【０２４５】
【表４０】
2004519332.tif 000042
【０２４６】
そして、鋳塊に５２５℃の温度で６時間均質化処理を施した後、表４１の条件で人工時効処理を施した。
【０２４７】
【表４１】
2004519332.tif 000043
【０２４８】
冷却速度測定方法
鋳造中の鋳塊の冷却速度を測定するため、第９図に●（黒丸）で示す位置に熱電対を１２個配置し、『実施例１』の場合と同様して冷却速度などを算出した。
【０２４９】
冷却速度の測定結果を表４２に示す。
これらの数値をボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの値を基準にして比をとると、表４３に示すようになる。
【０２５０】
【表４２】
2004519332.tif 000044
【０２５１】
【表４３】
2004519332.tif 000045
【０２５２】
表４２および表４３から理解できるように、冷却速度の値は全体的に大きいが、『実施例１』および『実施例２』と同様な結果が得られた。
【０２５３】
金属組織観察
『実施例３』では、鋳塊の外周から３０ｍｍの内部（中心から２７．５ｍｍ）で、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて１ｍｍ、６ｍｍ、１５ｍｍ、２４ｍｍ、２９ｍｍの計５箇所の位置において、共晶ケイ素粒径、および共晶ケイ素粒の面積占有率を測定した。
【０２５４】
なお、観察試料の研磨、粒径測定に使用した画像解析処理装置、測定方法、粒径のパラメータなどは『実施例１』と同じに行った。
【０２５５】
『実施例３』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表４４に示す。
【０２５６】
『実施例３』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素の面積占有率（％）を表４５に示す。
【０２５７】
【表４４】
2004519332.tif 000046
【０２５８】
【表４５】
2004519332.tif 000047
【０２５９】
共晶ケイ素粒径は、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて粗大化していく傾向は『実施例１』と同様であった。
【０２６０】
しかし、共晶ケイ素の面積占有率（％）は、ほぼ一定であった。
【０２６１】
上記した各測定値を、ボトム面（Ｂ面）を基準にして再評価した結果の、共晶ケイ素粒径比および長さ比を表４６に示し、面積占有率比を表４７に示す。
【０２６２】
【表４６】
2004519332.tif 000048
【０２６３】
【表４７】
2004519332.tif 000049
【０２６４】
トップ面（Ｔ面）の共晶ケイ素粒径はボトムのＨＥＹＷＯＤ径は２．０倍、ＭＡＸＬＮＧの平均長は２．９倍であった。
【０２６５】
厚さ方向の共晶ケイ素面積占有率はボトム面（Ｂ面）側とトップ面（Ｔ面）側とで差がなかったが、共晶ケイ素粒径は『実施例１』に比較して全体的に小さかった。
【０２６６】
硬度測定
後述する摩擦摩耗性試験に供した該当部位の硬度を、ロックウエル硬度計Ｂスケール（ＨＲＢ）で測定した。
【０２６７】
摩擦摩耗試験
鋳塊の摩擦摩耗試験は、表３８に示す試験装置および試験条件により、トップ面（Ｔ面）側と、ボトム面（Ｂ面）側との耐摩耗性について評価することによって行った。
【０２６８】
試験片は、金属組織観察用の試験片の採取位置と同一の外周から３０ｍｍの位置から、凝固の進行方向と平行な軸を含む円柱の形に機械加工で表３８に示す寸法に削り出して、試験用ピンとした。なお、このときの摩擦試験面が、トップ面（Ｔ面）から１ｍｍ内部の面（ボトム面（Ｂ面）から２９ｍｍの位置）、ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍ内部の面となるように削り出した。
【０２６９】
そして、各面で摩擦せたときの、ピンの長さの摩耗量を測定した。
【０２７０】
『実施例３』の硬度およびピンの摩耗量を表４８に示す。
【０２７１】
『実施例３』のトップ面（Ｔ面）が耐摩耗性に優れていることが表４８より、明らかである。
【０２７２】
【表４８】
2004519332.tif 000050
【０２７３】
実施例４
第１図に示す鋳造装置１０を使用し、実施例２と同様に第９図で示す直径が１１５ｍｍで、厚さが３０ｍｍの鋳塊を鋳造した。
【０２７４】
この鋳塊の化学成分（質量％）は表１に示す合金４（Ａ３９０）として示すものであり、鋳塊の鋳造条件は、表４９に示すとおりであった。
【０２７５】
そして、鋳塊に４９５℃の温度で６時間均質化処理を施した後、表５０の条件で人工時効処理を施した。
【０２７６】
【表４９】
2004519332.tif 000051
【０２７７】
【表５０】
2004519332.tif 000052
【０２７８】
冷却速度測定方法
鋳造中の鋳塊の冷却速度を測定するため、
第９図に●（黒丸）で示す位置に熱電対を１２個配置し、『実施例１』の場合と同様して冷却速度などを算出した。
【０２７９】
冷却速度の測定結果を表５１に示す。
【０２８０】
これらの数値をボトム面（Ｂ面）から１ｍｍの値を基準にして比をとると、表５２に示すようになる。
【０２８１】
【表５１】
2004519332.tif 000053
【０２８２】
【表５２】
2004519332.tif 000054
【０２８３】
表５１および表５２から理解できるように、『実施例１』と同様な結果が得られた。
【０２８４】
金属組織観察
『実施例４』では、鋳塊の外周から３０ｍｍの内部（中心から２７．５ｍｍ）で、ボトム面（Ｂ面）からトップ面（Ｔ面）へ向けて１ｍｍ、６ｍｍ、１５ｍｍ、２４ｍｍ、２９ｍｍの計５箇所の位置において、共晶ケイ素粒径、初晶ケイ素粒径、およびそれらの面積占有率を測定した。
【０２８５】
なお、観察試料の研磨、粒径測定に使用した画像解析処理装置、測定方法、粒径のパラメータなどは『実施例１』と同じに行った。
【０２８６】
『実施例４』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素のＨＥＹＷＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表５３に示す。
【０２８７】
また、『実施例４』の鋳塊における各位置の初晶ケイ素のＨＥＹＷＯＤ径およびＭＡＸＬＮＧの平均長（μｍ）を表５４に示す。
【０２８８】
『実施例４』の鋳塊における各位置の共晶ケイ素の面積占有率（％）、初晶ケイ素の面積占有率（％）、および両者を合計した面積占有率（％）を表５５に示す。
【０２８９】
【表５３】
2004519332.tif 000055
【０２９０】
【表５４】
2004519332.tif 000056
【０２９１】
【表５５】
2004519332.tif 000057
【０２９２】
合計した面積占有率（％）は厚さ方向でほとんど変化しないが、共晶ケイ素はボトム面（Ｂ面）側からトップ面（Ｔ面）側へ漸減しており、初晶ケイ素はボトム面（Ｂ面）側からトップ面（Ｔ面）側へ漸増している。
【０２９３】
これは、トップ面（Ｔ面）側でのケイ素が、共晶ケイ素の成長よりも初晶ケイ素の成長に取られるためである。
【０２９４】
硬度測定
後述する摩擦摩耗性試験に供した該当部位の硬度を、ロックウエル硬度計Ｂスケール（ＨＲＢ）で測定した。
【０２９５】
摩擦摩耗試験
鋳塊の摩擦摩耗試験は、表５６に示す試験装置および試験条件により、トップ面（Ｔ面）側と、ボトム面（Ｂ面）側との耐摩耗性について評価することによって行った。
【０２９６】
【表５６】
2004519332.tif 000058
【０２９７】
試験片は、金属組織観察用の試験片の採取位置と同一の外周から（３０ｍｍの位置から）、凝固の進行方向と平行な軸を含む円柱の形に機械加工で（表３８に示す寸法に）削り出した（ピン形状試験片）。なお、このときの摩擦試験面が、トップ面（Ｔ面）から１ｍｍ内部の面（ボトム面（Ｂ面）から２９ｍｍの位置）、ボトム面（Ｂ面）から１ｍｍ内部の面となるように削り出した。
【０２９８】
そして、各面で摩擦せたときの、ピンの長さの摩耗量を測定した。
【０２９９】
『実施例４』の硬度およびピンの摩耗量を表５７に示す。
【０３００】
『実施例４』のトップ面（Ｔ面）が耐摩耗性に優れていることが明らかである。
【０３０１】
【表５７】
2004519332.tif 000059
【０３０２】
上述したように、この発明の一実施形態によれば、内部の成分分布や、組織の形態を冷却面（ボトム面）側から開閉栓側の面（トップ面）へ向けて傾斜させ、選択的に優れた機能を有する塑性加工用素材を得ることができる。
【０３０３】
そして、この塑性加工用素材を使用することにより、組織の形態の違いを利用することにより、例えばケイ素を偏析させた場合、全体的には以前の強度を維持したまま、トップ面側で耐摩耗性に優れたものとなる。
【０３０４】
したがって、塑性加工用素材を利用することにより、必要部分にのみ要求される特性を付与した素材から所期した製品を製造することができる。
【０３０５】
この発明の塑性加工用素材の用途について説明する。
【０３０６】
まず、トップ面側およびボトム面側の両方の特性を利用するものとしては、トップ面側の耐摩耗性、切削性をピストンヘッド側に利用し、ボトム面側の靱性をスカート部に利用した内燃機関用ピストンなどを例示することができる。
【０３０７】
次に、トップ面側の特性を利用するものとしては、トップ面側の耐摩耗性をスリーブの内側に利用し、スリーブ全体の靱性を維持した内燃機関用スリーブなどを例示することができる。
【０３０８】
そして、ボトム面側の特性を利用するものとしては、切削時の刃具寿命の向上を確保し、靱性を向上させたスクロール式コンプレッサでのスクロールの羽根側に利用したスクロールや、耐摩耗性を維持しつつ、ボールポケットの靱性を高めてカシメ性を向上させワーブルプレート式コンプレッサのワーブルプレートなどを例示することができる。
【０３０９】
上記した実施形態では、アルミニウム−ケイ素系合金についてのみ例示したが、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなどの非鉄金属の合金であってもよい。
【０３１０】
また、トップ面（Ｔ面）側の特性が所望の特性でない場合は、トップ面（Ｔ面）側を所望の厚さだけ除去することにより、所望の特性を有する塑性加工用素材とすることができる。
【０３１１】
さらに、上記したように、全体的にトップ面（Ｔ面）側を切削する代わりに、トップ面（Ｔ面）側の注湯口の部分、または他の部分に突出部を設け、この部分に所望の特性とならない部分を封じ込んだ後、切断や面削などで除去してもよい。
【０３１２】
このように、塑性加工用素材に突出部を設けた場合、突出部を保持して製品を製造した後、突出部を切断したり、切削してもよい。
【０３１３】
（産業上の利用可能性）
以上のように、この発明によれば、内部の成分分布や、組織の形態を冷却面（ボトム面）側から開閉栓側の面（トップ面）へ向けて傾斜させ、選択的に優れた機能を有する塑性加工用素材を得ることができる。
【０３１４】
そして、この塑性加工用素材を使用すると、組織の形態の違いを利用することにより、例えばケイ素合金の場合は、全体的に以前の強度を維持したまま、トップ面側でその合金の耐摩耗性よりも優れたものとすることができる。
【０３１５】
これを換言すると、トップ面側の耐摩耗性を以前のままに維持するならば、ケイ素量をそれに見合う分だけ少なくすることができることから、ボトム面側を含めて全体的に靱性を向上させることができる。
【０３１６】
したがって、この発明の塑性加工用素材を利用することにより、必要部分にのみ要求される特性を付与した素材から当初期待した特性を備えた製品を製造することができる。
【０３１７】
また、冷却速度および凝固速度を制御することによって成分の偏析を制御することが可能である。
【０３１８】
この成分の偏析を利用し、注湯口の１．５倍の円柱状部分を除いた領域の成分分布にボトム面からトップ面へ向けて正の濃度勾配を持った（アルミニウムと共晶凝固を行う元素の場合）偏析を持たせることにより、機械的特性、熱膨張係数率などの物理的特性に、トップ面とボトム面との差をさらに大きくすることができる。
【０３１９】
例えば、アルミニウムに単独または複合的に添加されたチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、スカンジウム（Ｓｃ）などの耐熱強度を高めることのできる化学成分により、ボトム面またはトップ面の特性を他の面よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の塑性加工用素材を鋳造する鋳造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】
実施例１で鋳造した鋳塊の形状を示す説明図である。
【図３】
参考例で鋳造した鋳塊の形状を示す説明図である。
【図４】
実施例１の鋳塊のボトム面からトップ面へのケイ素の成分変化を示す図である。
【図５】
実施例１の鋳塊のボトム面からトップ面への銅の成分変化を示す図である。
【図６】
実施例１の鋳塊のボトム面からトップ面へのマグネシウムの成分変化を示す図である。
【図７】
実施例１の鋳塊のボトム面からトップ面へのニッケルの成分変化を示す図である。
【図８】
（ａ）は、実施例１の試験片の切り粉形状を示す図、（ｂ）は、比較例１の試験片の切り粉形状を示す図である。
【図９】
図９は、実施例２〜４で鋳造した鋳塊の形状を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004519332.tif 000062
【図４】
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【図５】
2004519332.tif 000064
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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