(57)【要約】【課題】アルミニウム合金溶湯中のチタン（Ｔｉ）濃度を減少させると共に、ボロン（Ｂ）濃度を安定させ、ＴｉＢ2粒子の混入を抑え、更に、微細結晶粒子を有したアルミニウム合金鋳塊を得るためのアルミニウム合金溶湯の処理方法を提供する。【解決手段】溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、貯留部２０３ｂのアルミニウム合金溶湯中に攪拌部材２１０から不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させ、カス取り出し開口２０３ｄから分離除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、アルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去する、
ことを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理方法。
【請求項２】
溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯はシリコンを８質量％〜１３質量％、銅を２．５質量％〜６．０質量％、マグネシウムを０．３質量％〜１．２質量％、チタンを０．００４質量％〜０．０２５質量％含有し、
アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
【請求項３】
アルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる時間が３分間以上である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
【請求項４】
ボロンを添加してから１０秒以内にアルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
【請求項５】
Ａｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中に投入してボロンを添加する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
【請求項６】
供給されるアルミニウム合金溶湯を受ける入湯口と、
この入湯口から供給されるアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部と、
入湯口から貯留部の間に設けられたボロン添加開口と、
貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段と、
貯留部内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材と、
貯留部内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を排出する出湯口と、
貯留部内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口とを有する、
ことを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項７】
気泡発生手段が、下側から気泡状の不活性ガスを噴出する攪拌部材、及び／又は、底面から気泡状の不活性ガスを噴出する貯留部である、
ことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項８】
気泡とアルミニウム合金溶湯とが３分以上接触した後に出湯口からアルミニウム合金溶湯が排出されるように貯留部の流路及び容積を設けた、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項９】
ボロン添加開口からＡｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中へ送り込むボロン供給機構を有する、
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項１０】
貯留部と出湯口との間、又は、出湯口の後に、メカニカルフィルターを設けた、
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項１１】
貯留部に保温手段が設けられている、
ことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
【請求項１２】
溶解炉又は保持炉と、この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させる気泡発生手段を備えた溶湯処理装置と、この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する鋳造装置とを有するアルミニウム合金の鋳造品鋳造システムを用いて、溶解炉又は保持炉と溶湯処理装置との間でアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、溶湯処理装置内で一定時間気泡と接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去したアルミニウム合金溶湯を鋳造装置で鋳造する、
ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
【請求項１３】
直接冷却式鋳造装置で鋳造する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
【請求項１４】
冷却速度を４℃／秒以上にして鋳造する、
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
【請求項１５】
請求項１２又は請求項１３に記載のアルミニウム合金鋳塊の鋳造方法で鋳造されたアルミニウム合金鋳塊を鍛造用素材として用いて製造した、
ことを特徴とする鍛造成形品。
【請求項１６】
溶解炉又は保持炉と、
この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置と、
この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する連続鋳造装置とを有する、
ことを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金溶湯を鋳造する際の、アルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンピストン、コンプレッサーピストン等の自動車用摺動部品、或いは、磁気テープのガイド等の電気器具用摺動部材としては、軽量化の要求からアルミニウム合金が使用されている。そして、自動車用摺動部品、或いは、電気器具用摺動部材は、特に、摺動時の耐摩耗性が必要であり、熱膨張の少ないことが必要であるため、共晶Ｓｉを晶出させ、これに耐摩耗性を持たせた共晶系Ａｌ−Ｓｉ系合金が比較的多く使用されている。
【０００３】
鍛造の材料は、通常、丸棒をある長さに切断し、横に置いて直径方向に鍛造する横打ち鍛造、或いは、スライス状に切断して金型に置いて、金型形状に鍛造する型鍛造等がある。それら鍛造品の特性、品質は、もととなる材料、材料組織に大きく依存しており、具体的には、冷却速度を高め、組織を細かくコントロールした連続鋳造品が鍛造性を向上させると共に、最終製品の機械的特性の向上が期待され、材料の主流となっている。
丸棒としては、約４インチ径〜１０数インチ径のビレットを押出し、丸棒とする押出棒や、最近では、４インチ未満の細径棒を直接連続鋳造した連鋳棒が使用されている。
このような合金材料の例として、シリコン（Ｓｉ）が１０重量％付近の共晶系Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金を連続鋳造し、塑性加工、析出硬化させることで耐摩耗及び強度向上が図られている。
【０００４】
このように、アルミニウム合金は、比強度が高く、鉄部品と比して軽量化が可能なので、鋳物、鋳造棒、それらの機械加工品として自動車の分野等に多数利用されている。その際、鋳造したアルミニウム合金は、その組織が微細化していることにより機械的特性が向上し、好ましいので、従来から微細化する方法が検討されてきた。
組織の微細化は合金の化学組成や鋳造温度、冷却速度等の制御によっても可能であるが、これらの諸因子の制御や最適化は困難であり、一般的にはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ等の微細化剤をアルミニウム合金溶湯に添加する方法が用いられてきた。
【０００５】
シリコン（Ｓｉ）を８重量％〜１３重量％、銅（Ｃｕ）を２．５重量％〜６．０重量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．３重量％〜１．２重量％、鉄（Ｆｅ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）を０．２重量％〜１．０重量％、チタン（Ｔｉ）とボロン（Ｂ）とをその総計で０．００５重量％〜０．２５重量％含有し、残部がアルミニウム（Ａｌ）及びその他の不純物からなる合金のアルミニウム合金溶湯を、凝固時の冷却速度が４℃／秒以上で連続鋳造し、得られた鋳塊がマクロ組織において等軸晶が面積率で８０％以上を占めると共に、ミクロ組織におけるＡｌ−Ｓｉ共晶組織中のシリコン晶サイズが８μｍ以下とし、更にその鋳塊を加熱すると共に加熱後６０℃／時間未満の初期冷却速度を含む冷却条件で冷却する均質化焼鈍処理を施し、鋳塊の表面硬度をロックウェルＦスケールのＨＲＦで６７〜７５とすることを特徴とするシャー切断性の良い高強度・耐摩耗性アルミニウム合金の鋳造法において、Ｔｉ及びＢは結晶粒の微細化に役立ち、理想的には総計０．１０重量％を、ＴｉとＢの比率を４：１として添加すると、効果が大きくなり、結晶粒が微細化すると、強度特性が向上すると共に、シャー切断性が向上する（特許文献１参照。）。
【０００６】
更に、最近の研究では当該成分付近では、Ｂ単独添加の方が微細化効果が発揮されることが明らかとなってきた（非特許文献１参照。）。
【０００７】
一方、酸化物等の非金属介在物が製品に混入するのを回避するため、アルミニウム合金溶湯中に処理ガスを微細化された気泡状態で放出し、この気泡をアルミニウム合金溶湯全体に分散させてアルミニウム合金溶湯中から水素ガス等の溶存有害ガスや非金属介在物を除去する処理装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特許第２５０６１１５号明細書
【特許文献２】特開昭６２−２０５２３５号公報
【非特許文献１】神尾  彰彦：軽金属、５２（２００２）、ｐ４７９−ｐ４８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１には、Ｔｉ−Ｂ合金の添加方法に関する具体的な記述は無い。実際には、単にＴｉ−Ｂ合金を溶解炉又は保持炉にてアルミニウム合金溶湯に添加しただけでは、アルミニウム合金溶湯中でＢはＴｉと反応してＴｉＢ2粒子が生成し、炉底に沈降するため、アルミニウム合金溶湯の上下方向にＢ濃度の差が存在してしまうことになる。従って、アルミニウム合金溶湯の上側ではＢ濃度が低くなっており、目的とする微細化効果が得られなくなる。又、下側のアルミニウム合金溶湯を鋳造した場合には、ＴｉＢ2粒子が製品に混入し、ＴｉＢ2粒子が非常に硬い粒子であるので、製品の切削加工時の工具の磨耗が大きくなるという問題が生じる恐れがある。又、集積したＴｉＢ2粒子が製品に混入すると、製品の機械的特性が低下してしまう問題が生じる恐れがある。
【００１０】
又、アルミニウム合金溶湯を処理する溶湯処理装置（ＧＢＦ装置）による処理方法が記載されているで特許文献２には、ＴｉＢ2粒子を除去する具体的な記載が無い。従って、特許文献２に記載されている内容だけでは、ＴｉＢ2粒子を充分に除去することができない。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、アルミニウム合金溶湯中のチタン（Ｔｉ）濃度を減少させると共に、ボロン（Ｂ）濃度を安定させ、ＴｉＢ2粒子の混入を抑え、更に、微細結晶粒子を有したアルミニウム合金鋳塊を得るためのアルミニウム合金溶湯の処理方法、処理装置、鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法、鍛造成型品及びアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下のような発明である。
（１）溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、アルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去することを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（２）溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯はシリコンを８質量％〜１３質量％、銅を２．５質量％〜６．０質量％、マグネシウムを０．３質量％〜１．２質量％、チタンを０．００４質量％〜０．０２５質量％含有し、アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加することを特徴とする（１）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（３）アルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる時間が３分間以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（４）ボロンを添加してから１０秒以内にアルミニウム合金溶湯を気泡に接触させることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（５）Ａｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中に投入してボロンを添加することを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理方法。
（６）供給されるアルミニウム合金溶湯を受ける入湯口と、この入湯口から供給されるアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部と、入湯口から貯留部の間に設けられたボロン添加開口と、貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段と、貯留部内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材と、貯留部内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を排出する出湯口と、貯留部内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口とを有することを特徴とするアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（７）気泡発生手段が、下側から気泡状の不活性ガスを噴出する攪拌部材、及び／又は、底面から気泡状の不活性ガスを噴出する貯留部であることを特徴とする（６）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（８）気泡とアルミニウム合金溶湯とが３分以上接触した後に出湯口からアルミニウム合金溶湯が排出されるように貯留部の流路及び容積を設けたことを特徴とする（６）又は（７）に記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（９）ボロン添加開口からＡｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中へ送り込むボロン供給機構を有することを特徴とする（６）から（８）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１０）貯留部と出湯口との間、又は、出湯口の後に、メカニカルフィルターを設けたことを特徴とする（６）から（９）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１１）貯留部に保温手段が設けられていることを特徴とする（６）から（１０）のいずれか１つに記載のアルミニウム合金溶湯の処理装置。
（１２）溶解炉又は保持炉と、この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させる気泡発生手段を備えた溶湯処理装置と、この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する鋳造装置とを有するアルミニウム合金の鋳造品鋳造システムを用いて、溶解炉又は保持炉と溶湯処理装置との間でアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、溶湯処理装置内で一定時間気泡と接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去したアルミニウム合金溶湯を鋳造装置で鋳造することを特徴とする鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１３）直接冷却式鋳造装置で鋳造することを特徴とする（１２）に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１４）冷却速度を４℃／秒以上にして鋳造することを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法。
（１５）（１２）又は（１３）に記載のアルミニウム合金鋳塊の鋳造方法で鋳造されたアルミニウム合金鋳塊を鍛造用素材として用いて製造したことを特徴とする鍛造成形品。
（１６）溶解炉又は保持炉と、この溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置と、この溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯を鋳造する連続鋳造装置とを有することを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の鋳造設備。
【発明の効果】
【００１３】
（１）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで発生させた無数の気泡にアルミニウム合金溶湯を一定時間接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去するので、アルミニウム合金溶湯中のボロン量を安定させることができる。又、この処理したアルミニウム合金溶湯から得られたアルミニウム合金鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるチタン量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
（２）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯処理後に含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにボロンを添加するので、アルミニウム合金の全断面に渡って均一微細なマクロ組織となる。
（３）に記載の発明によれば、アルミニウム合金溶湯を気泡に接触させる時間が３分間以上であるので、アルミニウム合金溶湯処理としての十分な脱ガス効果と、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（４）に記載の発明によれば、ボロンを添加してから１０秒以内にアルミニウム合金溶湯を気泡に接触させるので、ＴｉＢ2粒子が沈降する前に気泡と確実に接触させることができ、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長するのを防ぐことができる。
（５）に記載の発明によれば、Ａｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中に投入してボロンを添加するので、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長することを防ぐことができ、連続的にアルミニウム合金溶湯中にＡｌ−Ｂ合金材を投入することで、投入するボロン量の運転管理が容易になる。
（６）に記載の発明によれば、貯留部内に気泡状の不活性ガスを噴出する気泡発生手段を設けたので、アルミニウム合金溶湯中のボロン量を安定させることができる。又、この処理したアルミニウム合金溶湯から得られたアルミニウム合金鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるチタン量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
（７）に記載の発明によれば、気泡発生手段が、下側から気泡状の不活性ガスを噴出する攪拌部材、及び／又は、底面から気泡状の不活性ガスを噴出する貯留部であるので、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（８）に記載の発明によれば、気泡とアルミニウム合金溶湯とが３分以上接触した後に出湯口からアルミニウム合金溶湯が排出されるように貯留部の流路及び容積を設けたので、アルミニウム合金溶湯処理としての十分な脱ガス効果が得られ、アルミニウム合金溶湯に溶け込んだ気体成分が除去でき、その他の不純物を捕捉でき、ＴｉＢ2粒子除去効果がより確実に得られる。
（９）に記載の発明によれば、ボロン添加開口からＡｌ−Ｂ合金材を連続的にアルミニウム合金溶湯中へ送り込むボロン供給機構を有するので、溶解炉又は保持炉から溶湯処理装置をつなぐ途中の樋内でＴｉＢ2粒子が巨大に成長することを防ぐことができ、連続的にアルミニウム合金溶湯中にＡｌ−Ｂ合金材を投入することで、投入するボロン量の運転管理が容易になる。
（１０）に記載の発明によれば、貯留部と出湯口との間、又は、出湯口の後に、メカニカルフィルターを設けたので、メカニカルフィルターの目詰まりが発生しにくくなり、メカニカルフィルターのメンテナンスの頻度が低減でき、フィルター効果も従来よりも持続させることができる。
（１１）に記載の発明によれば、貯留部に保温手段を設けたので、貯留部におけるアルミニウム合金溶湯の温度低下を抑えてアルミニウム合金溶湯の低粘性が維持でき、不純物の浮上及び／又は沈降が促進され、比重差を利用した不純物分離が促進又は円滑化される。
（１２）に記載の発明によれば、溶解炉又は保持炉と溶湯処理装置との間でアルミニウム合金溶湯にボロンを添加した後、溶湯処理装置内で一定時間気泡と接触させ、ＴｉＢ2粒子を浮上させて分離除去するので、ＴｉＢ2粒子の混入を抑えることができ、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を鋳造することができる。
（１３）に記載の発明によれば、直接冷却式鋳造装置で鋳造するので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を容易に鋳造することができる。
（１４）に記載の発明によれば、冷却速度を４℃／秒以上にして鋳造するので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を容易に鋳造することができる。
（１５）に記載の発明によれば、鍛造用素材へのＴｉＢ2粒子の混入が抑えられているので、機械的特性に優れた鍛造成形品とすることができる。
（１６）に記載の発明によれば、溶解炉又は保持炉から供給されるアルミニウム合金溶湯にボロンを添加するボロン添加手段、ボロンを添加したアルミニウム合金溶湯中に不活性ガスを吹き込んで無数の気泡を発生させてＴｉＢ2粒子を浮上させる気泡発生手段、浮上したＴｉＢ2粒子を分離除去する分離除去手段を備えた溶湯処理装置を備えているので、アルミニウム合金溶湯へのＴｉＢ2粒子の混入が抑えられているので、機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳塊を鋳造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜アルミニウム合金溶湯の処理装置、処理方法＞
本発明のアルミニウム合金溶湯の処理装置について説明する。
尚、以下に溶湯処理装置（ＧＢＦ装置）を例として説明するが、ＳＮＩＦ等の回転子式脱ガス装置にも適用可能である。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）は溶湯処理装置の一例を示す説明図であり、図１（ａ）は縦断面図に相当し、図１（ｂ）は蓋を取り除いた貯留槽の平面図に相当する。
図１において、溶湯処理装置２０１は、樋から入湯口２０３ａへ供給されるアルミニウム合金溶湯を貯留部２０３ｂへ溜め、この貯留部２０３ｂから処理されたアルミニウム合金溶湯を、出湯口２０３ｃを介して連続鋳造装置へ出湯する貯留槽２０３と、この貯留槽２０３を覆う蓋２０４とで構成されている。
そして、貯留槽２０３には、図１（ａ）に示すように、蓋２０４で覆った状態で、アルミニウム合金溶湯を処理することによって浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口２０３ｄが設けられている。
【００１６】
又、蓋２０４には、貯留槽２０３を覆った状態で、回転しながら下側（貯留部２０３ｂ内の下側）から処理ガス（不活性ガス、例えば、アルゴンガス。）を噴出する攪拌部材２１０を出し入れするための開口２０４ａが設けられている。
【００１７】
尚、攪拌部材２１０の下側から不活性ガスを気泡状で噴出させる、気泡発生手段の一例を示したが、貯留部２０３ｂの底面から不活性ガスを気泡状で噴出する装置（気泡発生手段）、例えば、管の先端部を略Ｌ字状に曲げ、そこに多数の小孔を形成した導管を底面に配設したもの、又は、それらを組み合わせた装置としても良い。
【００１８】
攪拌部材は２１０、回転シャフト及び回転子からなる機械的攪拌機構と、この機械的攪拌機構内に併設されたガス吹き込み機構とを備えている。このガス吹き込み機構を通してアルミニウム合金溶湯中に不活性ガス（例えば、アルゴンガス、窒素ガス。）を噴出させることによるバブリング作用により、アルミニウム合金溶湯に混入している水素ガス等の気体成分やＴｉＢ2粒子、低比重の不純物をアルミニウム合金溶湯から浮上させて分離させることができる。その際、機械的攪拌機構は、その攪拌作用によって不活性ガスの気泡をより細かくすると共に、気泡とアルミニウム合金溶湯との接触を促進させてＴｉＢ2粒子、脱ガス効果等を高める働きをする。
【００１９】
不活性ガスの気泡サイズは、不純物、ＴｉＢ2粒子が気泡に付着して浮上すれば、特に限定はされないが、例えば、１ｍｍφ〜４ｍｍφ程度である。
【００２０】
ボロン（Ｂ）の投入は溶解炉と溶湯処理装置２０１との間で行えば良く、アルミニウム合金溶湯が貯留部２０３ｂへ到達するまでに要する時間が１０秒以内であることが好ましい。
Ｂの添加は、貯留槽２０３の入湯口２０３ａ、或いは、図１（ｂ）に二点鎖線で示すように、溶湯処理装置２０１の入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂへ至る流路で、貯留部２０３ｂから入湯口２０３ａへ向かって５０ｃｍ〜１００ｃｍの位置の上側に位置する蓋２０４の部分に設けたボロン添加開口２０４ｂから、例えば、棒状のＡｌ−Ｂ合金を自動送り装置にて投入し、アルミニウム合金溶湯中に溶解させことによりできる。
【００２１】
投入するＡｌ−Ｂ合金は、Ａｌ−４％Ｂ、Ａｌ−５％Ｂのものを挙げることができる。そして、Ａｌ−Ｂ合金の形態は、投入量が管理しやすいものであれば、特に制限はされないが、例えば、およそ１０ｍｍφ程度の線条をコイル状に巻いたもの、棒状のもの、破砕状のものなどを挙げることができる。
線状材、棒状材とした場合、投入は１本と限る必要は無く、２本以上同時に投入しても構わない。その際は、それぞれの投入場所に距離をおくことが好ましい。Ｂ投入によるアルミニウム合金溶湯の局所的な温度低下を防ぐことができ、投入したＡｌ−Ｂ合金が未溶解になるのを防止することができるからである。
【００２２】
自動送り装置は、棒状のＡｌ−Ｂ合金を一定速度で送ることができるものであれば、どのような装置でも利用できる。
ボロン供給装置（自動送り装置）としては、線状材の自動送り装置、棒状材の自動送り装置、ベルトコンベヤーなどを挙げることができる。
【００２３】
貯留槽２０３のサイズ、形状、仕切り壁などは、アルミニウム合金溶湯を好ましくは３分間以上気泡と接触させるように、アルミニウム合金溶湯の流量から計算して設計したものである。又、貯留部２０３ｂの底部の形状は、攪拌により気泡と接触しやすくするのが好ましい。更に、貯留部２０３ｂには、アルミニウム合金溶湯の低粘性を維持させるため、アルミニウム合金溶湯を、例えば、６８０℃〜７５０℃に保持する保温手段が設けられている。
【００２４】
不純物を充分に効果的に浮上分離させることができない場合には、予め溶解保持炉のアルミニウム合金溶湯中にフラックスを吹き込んで化学的処理を行うことが好ましい。フラックスとは、金属溶解の際に不純物除去のために添加する助剤であって、不純物と化合させることで目的とする金属相とは別の化合物相を形成させ、両相の分離によって不純物除去を可能ならしめる添加助剤をいう。フラックスとしては、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩化物をはじめ、フッ化物、臭化物、炭酸化物、硫酸化物、硝酸化物及びこれらを主成分とする混合物が挙げられる。一般的にフラックスは粉状なので、ガス吹き込み機構を流れる不活性ガスをキャリヤーガスとしてアルミニウム合金溶湯中に吹き込むことができる。
【００２５】
この溶湯処理装置２０１の後段、例えば、出湯口２０３ｃの後に、不純物の除去を確実にするために従来のメカニカルフィルターを追加機能として用いることも可能である。メカニカルフィルターより先にＴｉＢ2粒子を浮遊させてカス取り出し開口２０３ｄから除去しているので、メカニカルフィルターの目詰まりが発生しにくくなり、メカニカルフィルターのメンテナンスの頻度が低減され、フィルター効果も従来よりも持続させることができる。メカニカルフィルターにはポーラスチューブフィルター、ボールベットフィルター、セラミックフォームフィルター、グラスクロスフィルターなどがある。貯留部２０３ｂと出湯口２０３ｃとの間に、例えば、フィルター用の槽を設けてメカニカルフィルターを設けることもできる。
【００２６】
本発明の溶湯処理装置２０１の動作について説明する。
本発明において、添加するＢと結合するチタン（Ｔｉ）は、Ｂ添加前にアルミニウム合金溶湯中に存在したものであり、原材料として添加したものだけでなく、アルミニウム地金からアルミニウム合金溶湯中に不可避成分として含まれてくるもの、他のリターン材（再生品）からの混入等である。
このようにＴｉを含有したアルミニウム合金溶湯が入湯口２０３ａから供給される。供給されたアルミニウム合金溶湯は貯留部２０３ｂへ流れ込む途中で、ボロン添加開口２０４ｂからＢが添加される。
添加されたＢは、Ｔｉと結合してＴｉＢ2粒子となる。このＴｉＢ2粒子は時間が経過すると、凝集して沈降するが、本発明では溶解炉又は保持炉から導かれたアルミニウム合金溶湯の位置で、本実施例では溶湯処理装置２０１内でＢを添加しているので、凝集する前にＴｉＢ2粒子はアルミニウム合金溶湯と共に貯留部２０３ｂへ移動する。
【００２７】
一方、貯留部２０３ｂ内には、不活性ガスが気泡状に噴出されている。アルミニウム合金溶湯と共に移動したＴｉＢ2粒子は貯留部２０３ｂ内で不活性ガスの気泡と接触する。気泡と接触したＴｉＢ2粒子は気泡に付着した状態で気泡と共に浮上する。その結果、ＴｉＢ2粒子はアルミニウム合金溶湯と分離される。ここで、Ｂが添加されてからアルミニウム合金溶湯が気泡に接触するまでの時間が１０秒以内であるのが好ましい。前述したように、ＴｉＢ2粒子は時間が経過すると、凝集して沈降するので、気泡と接触しても気泡に付着した状態で気泡と共に浮上しないものが発生する恐れがあるからである。
攪拌部材２１０が回転することによって貯留部２０３ｂ内の気泡が微細化され、気泡とＴｉＢ2粒子との接触が促進されるので好ましい。更に、沈降したＴｉＢ2粒子を攪拌することで気泡との接触を促進させることができるので好ましい。
浮上したＴｉＢ2粒子は、アルミニウム合金溶湯とは分離された状態で、他の浮上した不純物、カスと一緒にカス取り出し開口２０３ｄから除去される。除去は、定期的な汲み出しによる排出、連続的な排出でも良い。
【００２８】
貯留部２０３ｂ内を出湯口２０３ｃまで移動する間に一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯は、出湯口２０３ｃから排出される。貯留部２０３ｂ内を出湯口２０３ｃまで移動する間の貯留部２０３ｂの流路及び容積は気泡とアルミニウム合金溶湯が、好ましくは３分以上接触するように設計されているので、ＴｉＢ2粒子は気泡と３分以上接触することになる。
このように、出湯口２０３ｃより排出されたアルミニウム合金溶湯は、ＴｉＢ2粒子の混入が抑えられたものとなっている。
又、溶湯処理装置２０１から排出された時点で、０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるように、Ｂの添加される量が調整されるのが好ましい。例えば、予め調査しておいて、投入量を決めることができる。
【００２９】
＜アルミニウム合金鋳塊の鋳造装置、鋳造方法＞
溶解炉でアルミニウム合金溶湯は、シリコン（Ｓｉ）を８質量％〜１３質量％、銅（Ｃｕ）を２．５質量％〜６．０質量％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．３質量％〜１．２質量％、鉄（Ｆｅ）及び／又はマンガン（Ｍｎ）を０．２質量％未満含有するように調整されている。更に、アルミニウム合金溶湯には、Ｔｉが０．００４質量％〜０．０２５質量％含有されている。
【００３０】
必要に応じて溶解炉から排出されたアルミニウム合金溶湯は保持炉に貯留される。保持炉では、鋳造装置へアルミニウム合金溶湯が導入されるまで、アルミニウム合金溶湯の温度を下げないように、例えば、アルミニウム合金溶湯を７００℃〜８００℃に保持する保温手段で温度を維持している。
【００３１】
溶湯処理装置２０１でＢを添加し、溶湯処理後にＢの含有量が０．０１９質量％〜０．０３５質量％となるようにしている。
ＴｉＢ2粒子の発生の要因となるＴｉ量は、ほとんど存在しない状態に管理されている。
【００３２】
本発明のアルミニウム合金は、摺動部材に使用されるため、耐摩耗性が必要である。そのための添加元素としてＳｉを８質量％〜１３質量％含有する。
更に、本発明では、Ｂを０．０１９質量％〜０．０３５質量％含有するのが好ましい。Ｂの含有量をこの範囲とすることにより、Ｓｉの含有量が多い本発明のアルミニウム合金においても、全断面に渡って均一微細なマクロ組織となる。尚、Ｂが０．０１９質量％未満ではアルミニウム合金鋳塊における微細化効果が十分ではなく、Ｂが０．０３５質量％を超えると、それ以上の微細化効果が期待できないので、Ｂを０．０１９質量％〜０．０３５質量％の範囲にするのが好ましい。
【００３３】
Ｓｉは、冷却速度に応じて平均粒径が２μｍ〜１０μｍ（好ましくは、２μｍ〜３μｍ。）の大きさの共晶粒子となってα晶デンドライトの粒界に分散して存在している。その結果、これが耐摩耗性に効果を発揮する。例えば、金型鋳物では、針状になる場合もあるが、連続鋳造法を用いることにより、冷却速度を速くすることができ、粒状に細かくすることができる。Ｓｉが８質量％未満では、共晶粒子の量が少なく、耐摩耗性の効果が少なくなる。
Ｓｉが共晶点である１１質量％以上の所謂過共晶合金の状態では、共晶粒と共に、Ｓｉが最大粒径１５μｍ〜５０μｍ（好ましくは、１５μｍ〜２５μｍ。）の初晶結晶粒子としてマクロ結晶粒中の全体に分散して晶出する。
尚、初晶粒子は、あまり大きくなると、切削加工時脱落が起こったり、バイト破損を起こしたりすることがあるため、５０μｍを超えないことが望ましい。
【００３４】
この初晶は、共晶より大きく、均一に分散させれば、更に耐摩耗性が増す。耐摩耗性が必要な場合は、この初晶を出すために１１質量％以上の過共晶合金とするのが好ましい。  但し、Ｓｉが１３質量％を超えると、溶製温度が高くなり、ガス吸収が多くなったり、鋳造温度として高温が必要となって鋳造が難しくなり、又、初晶粒子の断面内での分散が均一でなく、断面内での偏析が多くなる結果、機械的特性が劣化する。従って、過共晶合金として、実用的なのは、Ｓｉは１３質量％が上限である。
【００３５】
Ｓｉの共晶粒子、初晶粒子の粒径を前述の範囲に抑えるためには、鋳造時の冷却速度が大きい方がよく、鋳造法としては直接冷却鋳造方法、例えば、縦型の半連続鋳造法、或いは、水平の連続鋳造法を用いるのが好ましい。特に、棒状の鋳塊を得る場合に鋳造棒径が１００ｍｍφ以下（好ましくは、２５ｍｍφ〜５０ｍｍφ。）の小さい径の方が好ましい。小さい径の鋳塊は、冷却速度を大きくすることができ、更に表面と中心部との差を小さくすることができるからである。
冷却速度は、４℃／秒以上が好ましい。この冷却速度以上であると、ＤＡＳ（２次デンドライトアームスペース）も細かくなり（例えば、平均１５μｍ以下。好ましくは１０μｍ以下。）、この結果、デンドライトサイズが小さくなることにより、デンドライト間に発生する金属間化合物も小さくなるので好ましい。
尚、ＤＡＳの大きさは、例えば、軽金属学会発行の『軽金属（１９９８年）、Ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１、ｐ．４５』に記載の『デンドライトアームスペーシングの測定方法』に従って測定できる。
【００３６】
本発明のアルミニウム合金鋳塊は、直接冷却鋳造方法にて直接細径材を連続鋳造棒として鋳造し、その後表面をピーリングするような製造方法によって得られた細径材であるので、通常のビレットから押出しによって製造される細径材よりも冷却速度が速いため、初晶、共晶Ｓｉをより微細にすることができるので好ましい。
【００３７】
Ｓｉの共晶粒子は、粗大になると、切削時脱落しやすくなり、又、初晶Ｓｉ同様、組織の均一性が乏しくなる。従って、平均１０μｍ以下が好ましい。このためには、前述の細径サイズの連続鋳造方式の方が望ましい。更に、鋳造後、均質化熱処理（例えば、４９０℃〜５００℃で数時間保持。）を実施することにより、Ｓｉの共晶粒子は、片状であったものが球状になり、又、温度を高温、時間を長時間にすることでα晶中の過飽和のＳｉを初晶へ凝集させることができ、結晶粒の大きさを大きくするようなコントロールも可能となる。そこで、均質化熱処理を加えることが好ましい。
【００３８】
アルミニウム合金素材は、丸棒に鋳造されて鍛造用に使用されることを目的としている。鍛造としては、熱間鍛造、冷間鍛造のいずれの場合もある。本発明のアルミニウム合金は、材料のマクロ結晶粒を微細にし、均一化しているので、鍛造性が向上し、変形能が向上し、特に、最大加工率を大きくすることができる。
【００３９】
上記条件での鋳造組織は、全面に渡って粒状で微細なマクロ結晶となる。粗大な粒状晶では、鍛造性が落ちるため、マクロ結晶粒径は、平均３００μｍ以下（好ましくは、５０μｍ〜１００μｍ。）が好ましい。これ以上では、例えば、据え込み時の据え込み率があがらなかったり、自由鍛造面にしわが入ったり、ひどい場合は罅割れが入ったりする。
【００４０】
ここで、「全面に渡って」とは、鋳造品の断面観察における９８％以上の視野において柱状晶或いは羽毛状晶との混在が見られない状態である。
ここで、「微細な粒状晶」とは、通常実施されるマクロ的方法によって観察した場合、目視でその状態は確認できるが、目視レベルでは粒径計測できない状態のものである。試料を研磨後、偏光エッチング処理して偏光顕微鏡にて計測できるレベルのものである。  
【００４１】
全面粒状晶でないと、例えば、粒状晶と柱状晶が混在したり、羽毛状晶が混在したりすると、それを素材として据え込みなどの成形を実施した時に、変形能に部分的な差が出るために均一な変形が得られなくなり、例えば、据え込み鍛造を施した場合、円形の素材を用いてもその成形品が真円とならないことがある。
【００４２】
ここで、「鍛造性」とは、熱間又は冷間での据え込み率を変えたときの割れの発生する限界によって比較できる。据え込み率が高いほど割れが発生しにくいことになるので、鍛造性が良い。或いは、同一据え込み率で、自由面に割れ、穴等の欠陥、オレンジピール等の表面肌不良がでないほど鍛造性が良いと評価する。
【００４３】
Ｃｕは、鍛造後の溶体化処理により、析出硬化による強度向上を狙うと共に、合金マトリックスを強化し、Ｓｉの共晶結晶粒、Ｓｉの初晶結晶粒をマクロ結晶粒中に保持し、それらの脱落を阻止する。
その結果、耐摩耗性に貢献するので好ましい。Ｃｕが２．５質量％未満では、その効果が少なく、添加量の増加に従って効果は大きくなるが、６．０質量％を超えては、その効果は、それ以上に上がらず、鍛造時の割れ等鍛造時の問題が出てくる。
【００４４】
Ｍｇは、同様に溶体化により、析出時効硬化による機械的特性向上に寄与するが、０．３質量％未満では、効果が乏しく、１．２質量％を超えると、鋳造時の酸化物が増し、機械的特性が低下或いは鍛造時の割れが発生しやすくなる。
【００４５】
尚、Ｆｅ、Ｍｎは添加しないでも鍛造性は良いが、添加の必要がある場合は、０．２質量％未満が、粗大な金属間化合物の発生を抑える意味で好ましい。
ＦｅとＭｎは、固溶強化、再結晶抑制として使用されるが、主として鋳造条件、例えば、鋳造径が太くなって凝固速度が遅い場合、Ｓｉ共晶よりも粗大な金属間化合物を晶出する可能性があるため、機械的特性を阻害低下させる要因となるので、いずれも必要に応じて０．２質量％未満に抑えるのが好ましい。
【００４６】
本発明のアルミニウム合金のミクロ結晶粒の状態は、そのα晶はＤＡＳ（２次デンドライトアーム間隔）で１５μｍ以下となっている。ＤＡＳが１５μｍを超えると、デンドライトの形状が花弁状となるので、前述のＦｅ、Ｍｎ添加効果で記したＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物、又、更に新たなＡｌ−Ｍｇ系晶出物等が花弁状のα晶デンドライトの間に蓄積しやすくなり、α晶同士の結晶粒界が脆くなり、マクロ組織が微細であっても、良好な機械的特性が得られず、鍛造性も落ちることとなる。
【００４７】
次に、鋳造方法について説明する。
【００４８】
図２は本発明のアルミニウム合金及び棒状鋳塊の鋳造設備の一例を示す工程図である。  図２において、溶解保持炉（溶解工程）は、アルミニウム合金用の原材料を溶解し、アルミニウム合金溶湯を得るためのものである。
溶湯処理装置（溶湯処理工程）は、溶解保持炉からのアルミニウム合金溶湯中のＴｉＢ2粒子、アルミニウム酸化物及び水素ガスをインラインで除去するためのものである。
【００４９】
そして、溶湯処理装置は、図１で説明したように、溶解保持炉（溶解工程）から供給されるアルミニウム合金溶湯を受ける入湯口２０３ａと、この入湯口２０３ａから供給されたアルミニウム合金溶湯を溜める貯留部２０３ｂと、入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂの間に設けられたボロン添加開口２０４ｂと、貯留部２０３ｂ内に不活性ガスを気泡状に噴出する気泡発生手段と、貯留部２０３ｂ内に配置され、回転することによって気泡を微細化し、均一にアルミニウム合金溶湯中に分散させる攪拌部材２１０と、貯留部２０３ｂ内で一定時間気泡と接触したアルミニウム合金溶湯を連続鋳造装置（連続鋳造工程）に向けて排出する出湯口２０３ｃと、貯留部２０３ｂ内に浮上したカスを取り出すためのカス取り出し開口２０３ｄとを有するアルミニウム合金溶湯の溶湯処理装置２０１である。
【００５０】
連続鋳造装置（連続鋳造工程）は、溶湯処理装置から供給されるアルミニウム合金溶湯から、後述するように、アルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造するもので、本実施例では、水平式の連続鋳造装置である。
同調切断装置（切断工程）は、連続鋳造装置で鋳造したアルミニウム合金連続鋳造棒を、定尺に切断するものである。
熱処理装置（熱処理工程）は、同調切断装置で切断した定尺のアルミニウム合金連続鋳造棒を均質化熱処理するものである。
ピーリング装置〔外周除去装置（外周除去工程）〕は、熱処理装置で熱処理したアルミニウム合金連続鋳造棒の外周部分を除去するものである。
矯正装置〔曲がり矯正装置（矯正工程）〕は、熱処理装置で熱処理したアルミニウム合金連続鋳造棒の内部を次の非破壊検査装置で検査する場合、アルミニウム合金連続鋳造棒の内部を精度よく検査できるようにするためにアルミニウム合金連続鋳造棒の曲がりを矯正するものである。
非破壊検査装置（非破壊検査工程）は、矯正装置で曲がりを矯正したアルミニウム合金連続鋳造棒の内部に、欠陥があるかないかを検査するものである。
【００５１】
アルミニウム合金棒の製品仕様によっては、矯正装置、非破壊検査装置を省略し、溶解保持炉→溶湯処理装置→連続鋳造装置→同調切断装置→ピーリング装置→熱処理装置（ホモ、均質化処理を兼ねる。）の順とすることもできる。
そして、図２の内、溶解保持炉、連続鋳造装置、熱処理装置（ホモ）をミニマム鋳造システムとして配設することにより、連続鋳造装置における鋳造材の連続鋳造、熱処理装置（ホモ）による熱処理を連続して実施でき、棒材の鋳造が連続して行える。
【００５２】
＜連続鋳造装置＞
図３は水平連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
図３において、アルミニウム合金溶湯１を溜めるタンディッシュ３０２には、側壁に開口３０２ａが設けられている。
耐火性板状体３０３は、タンディッシュ３０２の外側に開口３０２ａを囲むように取り付けられ、開口３０２ａに連通する注湯孔３０３ａが設けられている。
筒状の鋳型３０４は、中心軸がほぼ水平となるように耐火性板状体３０３に取り付けられ、鋳型３０４とアルミニウム合金溶湯１との間の円周上へ、耐火性板状体３０３と鋳型３０４との間から気体を供給する気体供給路３０４ａと、鋳型３０４とアルミニウム合金連続鋳造棒２との間の円周上へ潤滑油を供給する潤滑油供給路３０４ｂと、出口でアルミニウム合金連続鋳造棒２の周囲へ冷却水を供給する冷却水供給路３０４ｃとが設けられている。
上記したタンディッシュ３０２〜鋳型３０４によって水平連続鋳造装置３０１が構成されている。
【００５３】
次に、アルミニウム合金鋳塊の一例として、アルミニウム合金連続鋳造棒２の鋳造について説明する。
図１に示した溶湯処理装置２０１から図３に示すタンディッシュ３０２内へ供給されたアルミニウム合金溶湯１は、耐火性板状体３０３の注湯孔３０３ａから、中心軸がほぼ水平となるように保持された鋳型３０４内へ供給され、鋳型３０４の出口で強制冷却されてアルミニウム合金連続鋳造棒２となる。
ここで、タンディッシュ３０２内に貯留するアルミニウム合金溶湯１の組成について説明する。
アルミニウム合金溶湯１は、特に、Ｓｉを８質量％〜１３質量％（好ましくは、９質量％〜１１質量％。）含有するものは、アルミニウム合金連続鋳造棒２中のＡｌとＳｉとが微細な共晶と称する層状構造を構成するため、機械的特性に優れ、かつ、硬質なＳｉによって耐摩耗性が向上するために好ましい。
アルミニウム合金連続鋳造棒２の合金成分の組成比は、例えば、ＪＩＳ  Ｈ  １３０５に記載されているような光電測光式発光分光分析装置によって確認できる。
【００５４】
水平連続鋳造装置３０１について説明したが、冷却速度を大きくすることができ、棒形状の鋳造ができる直接冷却式鋳造装置であれば、他に縦型連続鋳造装置、縦型半連続鋳造、ＤＣ連続鋳造装置、ホットトップ鋳造装置、気体加圧式ホットトップ鋳造装置、電磁場鋳造装置、双ロール式連続鋳造機などを用いることができる。
気体加圧式ホットトップ鋳造装置では、ホットトップ鋳造方式においてヘッダーと鋳型との間から気体を供給することにより、鋳型と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、鋳塊の品質が高まる。
又、電磁場鋳造装置とは、鋳型の代わりに電磁コイルを置き、電磁コイルによって溶湯を保持してその表面を鋳型と接触しないようにコントロールし、その状態で水を直接掛ける。即ち、鋳型と接触せず、水冷のみで鋳塊を冷却凝固できるので、気体加圧式ホットトップ鋳造装置と同じように、鋳型からの伐熱がなく、表面偏析のないものができる。
【００５５】
前述したミクロ組織を得るには、なるべく１００ｍｍφ以下の細径で連続鋳造を行うことが好ましい。特に、３０ｍｍφ以下の鋳造の冷却速度が最も好ましく、１５℃／秒程度にまで向上し、望ましいＤＡＳを持ったα晶が得られる。
又、過冷却が大きくなって粗大な初晶Ｓｉ、その他晶出物の晶出を抑えることができる。
特に、５０ｍｍφ以下の細径にて連続鋳造を行うことにより、鋳造速度を大きくとれ、冷却速度が大幅に改善される。このためには、水平にて鋳造することにより、これが可能となる。
【００５６】
このような鋳造装置と方法で鋳造したアルミニウム合金鋳塊は、アルミニウム合金溶湯中のＢ量を安定させて運転できるので好ましい。又、鋳造した鋳塊は、工具磨耗に悪影響を及ぼすと考えられるＴｉＢ2粒子の発生の要因となるＴｉ量がほとんど存在しない状態に管理することができる。
「アルミニウム合金溶湯中のＢ濃度を管理する」とは、Ｂ濃度を運転中にその変動範囲を一定範囲に制御することである。その結果、ＴｉＢ2粒子の発生を抑えることができ、ＴｉＢ2粒子が鋳造品に混入するのを抑えることができる。更に、鋳造品を成形した製品はＴｉＢ2粒子の混入を抑えたものとなり、機械的特性が良好な製品を得ることができる。
「安定させて運転する」とは、時間経過（アルミニウム合金溶湯の上、下）によるＢ濃度のばらつきを抑制して運転することである。
「溶解炉と溶湯処理装置との間でＢを添加」とは、溶湯処理装置に直接添加する場合で説明したが、前述した添加位置条件を満たせば、溶解炉と溶湯処理装置との間で添加することが可能である。
【００５７】
＜鍛造用素材の説明＞
以上のようにして鋳造された棒状の鍛造用アルミニウム合金鋳塊を更に所定の長さに切断して、必要に応じて表面切削処理を施し、熱間鍛造用素材、冷間鍛造用素材を製造することができる。
【００５８】
本発明に用いる鍛造用素材は、前述の本発明の鍛造用アルミニウム合金鋳塊の鋳造方法で鋳造されたものである。
棒状材は、更にシャー切断によって所定の長さに切断され、必要に応じて面削処理を施して、次工程に送られる。
＜鍛造成形工程＞
【００５９】
本発明での鍛造は型鍛造であり、本発明に用いる鍛造装置の構成の一例を、図４に基づいて説明する。
鍛造装置６０１は、鍛造機６１１と、下ダイセットプレート６１２に取り付けられた下金型６２２と、上ダイセットプレート６１３に取り付けられた上金型６２５とを含むものである。
尚、上ダイセットプレート６１３は、ガイドポスト６１４で案内されて下ダイセットプレート６１２に接離する。
【００６０】
次に、本発明に用いる金型の一例の断面図を図５に示す。
鍛造用金型６２１は、金属素材から鍛造成形品を鍛造するための下金型６２２と上金型６２５、及び、成形品を下金型６２２内から取り出すためのノックアウトピン６２７を含んで構成されている。
下金型６２２は、中心部に鍛造成形孔６２２ａが設けられている。そして、必要に応じて、スプレー前後移送装置（図示省略。）、スプレー回転装置（図示省略。）を備え、シャフト（図示省略。）を介して、スプレー前後装置に取り付けられた潤滑剤スプレーノズル（図示省略。）を有している潤滑剤塗布装置を設置することができる。
【００６１】
本発明は、熱間、温間、冷間を問わないで適用することができる。一般には、鍛造の温度条件（金型、素材）により、鍛造用素材の流動性が変わり、それに合わせた金型の設計をする。
【００６２】
準備した鍛造用素材３を上金型６２５、下金型６２２によって形成される空間（鍛造成形孔６２２ａ）に押し込み、成形品を鍛造成形する。又、成形された素形材はノックアウトピン６２７によって下金型６２２から取出される。
尚、鍛造に際しては鍛造用金型６２１内周に潤滑剤を塗布してから実施するのが好ましい。
又、鍛造用素材３には、必要に応じて、潤滑剤処理を施すのが好ましい。
【００６３】
＜成形品の特徴＞
（イ）共晶Ｓｉを微細化でき、（ロ）初晶Ｓｉの発生を抑え、（ハ）有害なＴｉＢ2粒子の混入を抑え、（ニ）α晶のＤＡＳを小さくでき、（ホ）マクロ結晶粒が全面微細粒状化したものとなる、特徴を有した素材を鍛造成形したものであるので、その結果、鍛造性が向上しているため、従来の耐摩耗性アルミニウム合金で得られなかった良好な熱間、冷間鍛造性が得られ、機械的特性についても良好な成形品となる。
【実施例】
【００６４】
図１に示す溶湯処理装置２０１、図３に示す水平連続鋳造装置３０１を用い、アルミニウム合金溶湯の処理前のＴｉ量、処理後のＢ量を変化させて、３５ｍｍφのアルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造した。
尚、アルミニウム合金溶湯の他の組成は、Ｓｉを１０．５質量％、Ｃｕを２．５質量％、Ｍｇを０．５質量％、Ｆｅを０．１７質量％、Ｍｎを０．０１質量％とした。
そして、Ｂの添加は、ロール状に巻かれたＡｌ−５％Ｂ合金材を入湯口２０３ａから貯留部２０３ｂの間の位置、貯留部２０３ｂから入湯口２０３ａへ向かって５０ｃｍの位置に設けたボロン添加開口２０４から連続的な投入で実施した。
又、入湯口２０３ａから供給されたアルミニウム合金溶湯が出湯口２０３ｃから排出されるまでの時間は５分で、不活性ガスとしてアルゴンガスをバブリングさせた。
又、アルミニウム合金連続鋳造棒から試料をサンプリングしてマクロ観察し、微細化（組織状態）、内部の欠陥などを評価した。
【００６５】
＜微細化の評価＞
微細化の評価は、鋳造品の横断面を全面エッチングして目視及び拡大鏡で観察し、３段階で評価した。
面積率において粒状晶が７０％未満の場合を×とし、面積率において粒状晶が７０％以上９８％未満の場合を△とし、面積率において粒状晶が９８％以上の場合を○とし、後述する表１及び表２に示した。
尚、面積率において粒状晶が多い程、微細化が良好である。
＜欠陥の評価＞
欠陥の評価は、鋳造品の横断面ミクロ組織を倍率３４０倍の光学顕微鏡で１０視野観察し、欠陥が１つでも観察された場合を×とし、欠陥が１つも観察されない場合を○とし、後述する表２に示した。
＜刃具寿命の評価＞
刃具寿命の評価は、ＮＣ旋盤を用い、径が６５ｍｍで、長さが６０ｍｍの試験片表面を、回転数３０００ｒｐｍ、送り０．０３ｍｍ／回転、切り込み０．０２ｍｍの条件で、先端２Ｒの超硬チップで１００回切削した後、端面にできたバリの高さを測定した。
バリの高さが１．０ｍｍ未満の場合を○とし、バリの高さが１．０ｍｍ以上の場合を×とし、後述する表２に示した。
尚、バリの高さは低い程、刃具寿命が良い。
【００６６】
【表１】
2007119855.tif 000003
【００６７】
この表１に、比較例１〜比較例８（Ｎｏ１〜Ｎｏ８）と、実施例１〜実施例１１（Ｎｏ９〜Ｎｏ１９）とを示した。
この比較例１〜比較例８（Ｎｏ１〜Ｎｏ８）と、実施例１〜実施例１１（Ｎｏ９〜Ｎｏ１９）とから分かるように、アルミニウム合金溶湯の溶湯処理後におけるＢの含有量は、０．０１５質量％未満になると、微細化が期待できずに羽毛状晶となり、０．０１５質量％以上、０．０１９質量％未満になると、組織の微細化にバラツキが発生して粒状晶と羽毛状晶とになり、０．０１９質量％以上になると、組織の微細化が期待できる。
尚、Ｂの含有量が０．０３５質量を超えると、組織の微細化は、前述したように、更なる微細化が期待できない。
従って、アルミニウム合金溶湯の溶湯処理後におけるＢの含有量は、０．０１５質量％〜０．０３５質量％にするのが好ましい。
【００６８】
【表２】
2007119855.tif 000004
【００６９】
この表２に、比較例９、比較例１０（Ｎｏ２１、Ｎｏ２２）と、実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）とを示した。
比較例９（Ｎｏ２１）から分かるように、アルミニウム合金連続鋳造棒の鋳造の開始から時間が経過すると共にＴｉ量が増加し、鋳造終了前のＴｉ／Ｂ量の比はＴｉＢ2粒子とほぼ同じ比率になっている（ＴｉＢ2粒子として製品に混入。Ｂ量に対して微細化が促進されず、刃具寿命が悪くなっている。）。
又、比較例１０（Ｎｏ２２）から分かるように、Ｔｉ、Ｂの傾向は実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）とほぼ同様であるが、ガスが排出されていないために内部欠陥があり、刃具寿命が悪くなっている。尚、ガスが排出されていないため、貯留部でＴｉＢ2粒子が生成しても気泡と接触して浮上しないため、貯留部内でＴｉＢ2粒子が沈降し、製品に混入しているものと考えられる。
【００７０】
これに対し、実施例１２、実施例１３（Ｎｏ２３、Ｎｏ２４）では、アルミニウム合金連続鋳造棒の鋳造の開始から終了までＴｉ量及びＢ量の変化が少なく、組織の微細化によって内部欠陥が無く、刃具寿命の良いアルミニウム合金連続鋳造棒を鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ），（ｂ）は溶湯処理装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明のアルミニウム合金及び棒状鋳塊の鋳造設備の一例を示す工程図である。
【図３】水平連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
【図４】本発明に用いる鍛造装置の構成の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に用いる金型の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１        アルミニウム合金溶湯
２        アルミニウム合金連続鋳造棒
３        鍛造用素材
２０１    溶湯処理装置
２０３    貯留槽
２０３ａ  入湯口
２０３ｂ  貯留部
２０３ｃ  出湯口
２０３ｄ  カス取り出し開口
２０４    蓋
２０４ａ  開口
２０４ｂ  ボロン添加開口
２１０    攪拌部材
３０１    水平連続鋳造装置
３０２    タンディッシュ
３０２ａ  開口
３０３    耐火性板状体
３０３ａ  注湯孔
３０４    鋳型
３０４ａ  気体供給路
３０４ｂ  潤滑油供給路
３０４ｃ  冷却水供給路
６０１    鍛造装置
６１１    鍛造機
６１２    下ダイセットプレート
６１３    上ダイセットプレート
６１４    ガイドポスト
６２１    鍛造用金型
６２２    下金型
６２２ａ  鍛造成形孔
６２５    上金型
６２７    ノックアウトピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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