(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ系鋳造材料（１）を、非磁性金属材料よりなる搬送用コンテナ（２）内に入れ、次いで周波数ｆ1 をｆ1 ＜０．８５ｋＨｚに設定した１次誘導加熱を行うことにより前記Ｆｅ系鋳造材料（１）を常温よりキュリー点まで昇温させ、その後、周波数ｆ2 をｆ2 ≧０．８５ｋＨｚに設定した２次誘導加熱を行うことにより前記Ｆｅ系鋳造材料（１）をキュリー点から、固相と液相とが共存した半溶融状態を呈する調製温度まで昇温させることを特徴とするチクソキャスティング用半溶融Ｆｅ系鋳造材料の調製方法。
【請求項２】
前記１次誘導加熱における周波数ｆ1 の下限値は０．６５ｋＨｚであり、前記２次誘導加熱における周波数ｆ2 の上限値は１．１５ｋＨｚである、請求項１記載のチクソキャスティング用半溶融Ｆｅ系鋳造材料の調製方法。
【請求項３】
前記コンテナは、その内面に半溶融Ｆｅ系鋳造材料（１）の溶着を防止する積層皮膜（６）を有し、その積層皮膜（６）は、前記コンテナ（２）内面に密着し、且つ厚さｔ1 が０．００９mm≦ｔ1 ≦０．０４１mmであるＳｉ3 Ｎ4 層（７）と、Ｓｉ3 Ｎ4 層（７）表面に密着し、且つ厚さｔ2 が０．０２４mm≦ｔ2 ≦０．１２１mmである黒鉛層（８）とよりなる、請求項１または２記載のチクソキャスティング用半溶融Ｆｅ系鋳造材料の調製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチクソキャスティング用半溶融Ｆｅ系鋳造材料の調製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チクソキャスティング法の実施に当っては、加熱装置によりＦｅ系鋳造材料を加熱して固相と液相とが共存する半溶融状態にし、次いでその半溶融Ｆｅ系鋳造材料を加圧鋳造装置まで搬送してその射出スリーブ内に設置し、その後加圧プランジャを作動させて半溶融Ｆｅ系鋳造材料を鋳型のキャビティ内に充填して加圧下で凝固させる、といった方法が採用される。
【０００３】
従来は、半溶融Ｆｅ系鋳造材料の搬送を実行すべく、Ｆｅ系鋳造材料の半溶融化に先立って、その材料表面に酸化物被覆層を形成し、その酸化物被覆層を、半溶融主体部の搬送用コンテナとして機能させる、といった手段が採用されている（特開平５−４４０１０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来法によると、酸化物被覆層の形成のために、Ｆｅ系鋳造材料を高温下にて、所定時間加熱しなければならないので、多くの熱エネルギを必要とし不経済である、という問題があった。また酸化物被覆層が金型のゲート通過中に粉砕され、微細粒子としてＦｅ系鋳物中に残留する場合には不具合を生じないとしても、十分な粉砕が行われずに粗大粒子としてＦｅ系鋳物中に残留すると、その粗大粒子を起点とした破壊を生じる等、Ｆｅ系鋳物の機械的特性を損うことになる、といった問題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半溶融Ｆｅ系鋳造材料を、誘導加熱の適用下で搬送用コンテナ内にて調製し得るようにし、またコンテナの構成材料および誘導加熱の周波数を特定することによってＦｅ系鋳造材料を効率良く加熱して半溶融化すると共にその半溶融Ｆｅ系鋳造材料の保温性を向上させることができるようにした前記調製方法を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば、Ｆｅ系鋳造材料を、非磁性金属材料よりなる搬送用コンテナ内に入れ、次いで周波数ｆ1 をｆ1 ＜０．８５ｋＨｚに設定した１次誘導加熱を行うことにより前記Ｆｅ系鋳造材料を常温よりキュリー点まで昇温させ、その後、周波数ｆ2 をｆ2 ≧０．８５ｋＨｚに設定した２次誘導加熱を行うことにより前記Ｆｅ系鋳造材料をキュリー点から、固相と液相とが共存した半溶融状態を呈する調製温度まで昇温させる、チクソキャスティング用半溶融Ｆｅ系鋳造材料の調製方法が提供される。
【０００７】
半溶融Ｆｅ系鋳造材料はコンテナ内にて調製されるので、その材料をコンテナ内に入れた状態で容易、且つ確実に搬送することができる。またコンテナは繰返し使用可能であるから経済的である。
【０００８】
Ｆｅ系鋳造材料は、常温およびキュリー点未満の温度領域では強磁性体であり、一方、コンテナは非磁性体であるから、１次誘導加熱においてその周波数ｆ1 を前記のように比較的低く設定することによって、Ｆｅ系鋳造材料をコンテナに対し優先して、迅速に、且つ均一に昇温させることが可能である。
【０００９】
Ｆｅ系鋳造材料はキュリー点まで昇温すると、磁気変態により強磁性体から常磁性体に変化するので、キュリー点以上の温度領域では周波数ｆ2 を前記のように比較的高く設定した２次誘導加熱を行うことにより、Ｆｅ系鋳造材料およびコンテナを共に昇温させることができる。この場合、コンテナの昇温がＦｅ系鋳造材料の昇温に優先するので、コンテナを、それに保温機能を持たせるべく十分に加熱し、またＦｅ系鋳造材料の過熱を防止して、所定の調製温度、つまり鋳造開始時の温度である鋳造温度よりも高い温度を持つ半溶融Ｆｅ系鋳造材料を調製することができる。
【００１０】
その後の半溶融Ｆｅ系鋳造材料の搬送過程では、その材料を、加熱されたコンテナによって鋳造温度以上に保温することが可能である。
【００１１】
前記２次誘導加熱による昇温過程でＦｅ系鋳造材料の温度Ｔｍが、調製温度Ｔとの関係で、Ｔ−１００℃≦Ｔｍ≦Ｔ−５０℃に到達したとき、加熱方式を、周波数ｆ3 をｆ3 ＜ｆ2 に設定した３次誘導加熱に切換えてＦｅ系鋳造材料の優先的昇温を現出し、これにより搬送中における半溶融Ｆｅ系鋳造材料の温度低下をさらに抑制することが可能である。
【００１２】
なお、１次誘導加熱における周波数がｆ1 ≧０．８５ｋＨｚではＦｅ系鋳造材料の昇温が鈍化する。また２次誘導加熱における周波数ｆ2 がｆ2 ＜０．８５ｋＨｚでは、前記同様にＦｅ系鋳造材料の昇温が鈍化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ｆｅ系鋳造材料１としては、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ系合金等よりなり、図１に示すように短円柱状をなすものが用いられる。
【００１４】
また搬送用コンテナ２としては、図２〜４に示すように、上向きの開口３を有する箱形本体４と、その開口３を通じ箱形本体４に対して着脱される蓋板５とよりなるものが用いられる。コンテナ２は、非磁性金属材料としての非磁性ステンレス鋼板（例えばＪＩＳ  ＳＵＳ３０４）、Ｔｉ−Ｐｄ系合金板等より構成される。
【００１５】
図３に明示するように、コンテナ２は、その箱形本体４および蓋板５内面に半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の溶着を防止する積層皮膜６を有する。その積層皮膜６は、箱形本体４および蓋板５内面に密着し、且つ厚さｔ1 が０．００９mm≦ｔ1 ≦０．０４１mmであるＳｉ3 Ｎ4 層７と、Ｓｉ3 Ｎ4 層７表面に密着し、且つ厚さｔ2 が０．０２４mm≦ｔ2 ≦０．１２１mmである黒鉛層８とよりなる。
【００１６】
Ｓｉ3 Ｎ4 は、優れた断熱性を有し、また半溶融Ｆｅ系鋳造材料１と反応することはなく、その上箱形本体４等に対して密着性が良く、剥れにくい、という特性を有する。ただし、Ｓｉ3 Ｎ4 層７の厚さｔ1 がｔ1 ＜０．００９mmではその層７が剥れ易くなり、一方、ｔ1 ＞０．０４１mmに設定しても効果の程度は変わらないので、不経済である。黒鉛層８は耐熱性を有してＳｉ3 Ｎ4 層７を保護する。ただし、黒鉛層８の厚さｔ2 がｔ2 ＜０．０２４mmではその層８が剥れ易くなり、一方ｔ2 ＞０．１２１mmに設定しても効果の程度は変らないので、不経済である。
［実施例］
図１に示すように、Ｆｅ系鋳造材料１として、Ｆｅ−２重量％Ｃ−２重量％Ｓｉ合金よりなり、且つ直径５０mm、長さ６５mmの短円柱体を製造した。このＦｅ系鋳造材料１は、鋳造法により製造されたもので、金属組織上、多数のデンドライトを有する。またＦｅ系鋳造材料１のキュリー点は７５０℃、共晶温度は１１５９℃および液相線温度は１３１９℃であった。
【００１７】
またコンテナ２として、非磁性ステンレス鋼板（ＪＩＳ  ＳＵＳ３０４）より構成され、また厚さ０．８６mmの積層皮膜６を有するものを用意した。積層皮膜６において、Ｓｉ3 Ｎ4 層７の厚さｔ1 はｔ1 ＝０．２４mm、黒鉛層８の厚さｔ2 はｔ2 ＝０．６２mmであった。
【００１８】
図４に示すように、Ｆｅ系鋳造材料１をコンテナ２の箱形本体４内に入れ、その材料１に蓋板５を被せた。次いでコンテナ２を横型誘導加熱炉内に設置し、次のような方法で、半溶融Ｆｅ系鋳造材料１を調製した。
（ａ）  １次誘導加熱
周波数ｆ1 をｆ1 ＝０．７５ｋＨｚに設定して、Ｆｅ系鋳造材料１を常温からキュリー点（７５０℃）まで昇温させた。
（２）  ２次誘導加熱
周波数ｆ2 をｆ2 ＝１．００ｋＨｚ（ｆ2 ＞ｆ1 ）に設定して、Ｆｅ系鋳造材料１をキュリー点から、固相と液相とが共存した半溶融状態を呈する調製温度まで昇温させた。この場合、鋳造温度が１２００℃であることから、調製温度は１２２０℃に設定された。
【００１９】
その後、コンテナ２を誘導炉から取出して、半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の温度が調製温度から鋳造温度まで降温する間の時間を測定した。以上のプロセスを実施例とする。
【００２０】
比較のため、周波数を０．７５ｋＨｚ（一定）に設定した誘導加熱を行って、前記と同様のＦｅ系鋳造材料１を常温より調製温度まで昇温させた。その後、コンテナ２を誘導炉から取出して、半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の温度が調製温度から鋳造温度まで降温する間の時間を測定した。以上のプロセスを比較例１とする。
【００２１】
さらに比較のため、周波数を１．００ｋＨｚ（一定）に設定した誘導加熱を行って、前記と同様のＦｅ系鋳造材料１を常温より調製温度まで昇温させた。その後、コンテナ２を誘導炉から取出して、半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の温度が調製温度から鋳造温度まで降温する間の時間を測定した。以上のプロセスを比較例２とする。
【００２２】
表１は、実施例および比較例１，２において、Ｆｅ系鋳造材料１の温度がキュリー点、調製温度および鋳造温度に達するまでの時間を示す。また図５は実施例および比較例１，２に関する昇温段階における時間とＦｅ系鋳造材料１の温度との関係を示す。この図５には、実施例におけるコンテナ４の温度変化も示されている。さらに図６は実施例および比較例１，２に関する降温段階における時間とＦｅ系鋳造材料１の温度との関係を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１および図５，６から明らかなように、実施例は、比較例１，２に比べて、調製温度に昇温するまでの時間が短く、また鋳造温度に降温するまでの時間が長いことが判る。
【００２５】
図７は、実施例による半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の金属組織を示す顕微鏡写真であり、この組織は１２２０℃の材料１を急冷して得られたものである。図７において、多数の球状固相と相隣る両固相間を埋める液相とが観察される。このような金属組織が得られる理由は、図５から明らかなように、Ｆｅ系鋳造材料１の加熱速度が速いことに起因してデンドライトの分断が効率良く行われたからである。
【００２６】
図８は、比較例２による半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の金属組織を示す顕微鏡写真であり、この組織は１２２０℃の材料１を急冷して得られたものである。図８において、多量のデンドライトが観察される。このような金属組織が得られる理由は、図５からも明らかなように、Ｆｅ系鋳造材料１の加熱速度が遅いことに起因してデンドライトが残存し、固相の球状化が行われなかったからである。
【００２７】
前記１次誘導加熱における周波数ｆ1 は、それを低く設定するといった理由から、０．６５ｋＨｚ≦ｆ1 ＜０．８５ｋＨｚ、好ましくは０．７ｋＨｚ≦ｆ1 ≦０．８ｋＨｚである。また前記２次誘導加熱における周波数ｆ2 は、それを高く設定するといった理由から、０．８５ｋＨｚ≦ｆ2 ≦１．１５ｋＨｚ、好ましくは０．９ｋＨｚ≦ｆ2 ≦１．１ｋＨｚである。
【００２８】
前記実施例について、コンテナ２における積層皮膜６の耐久性を調べたところ、半溶融Ｆｅ系鋳造材料１の調製回数２０回にて再生の必要のあることが認められた。このように前記構成の積層皮膜６は優れた耐久性を有するので、生産性の向上を図る上で有効である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のような手段を採用することによって、半溶融Ｆｅ系鋳造材料を効率良く調製すると共にその搬送性を良好にし、またその搬送に当り前記材料の保温性を向上させることが可能な前記調製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｆｅ系鋳造材料の斜視図である。
【図２】コンテナの正面図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】コンテナにＦｅ系鋳造材料を入れた状態を示す断面図で、図３の４−４線断面図に相当する。
【図５】昇温段階における時間とＦｅ系鋳造材料の温度との関係を示すグラフである。
【図６】降温段階における時間とＦｅ系鋳造材料の温度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例による半溶融Ｆｅ系鋳造材料の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図８】比較例による半溶融Ｆｅ系鋳造材料の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１      Ｆｅ系鋳造材料
２      コンテナ
６      積層皮膜
７      Ｓｉ3 Ｎ4 層
８      黒鉛層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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