平成4年度 研究報告 衷分県三業試験場

2 消失模型鋳造法におを才る∇ダネシウム合金鋳物への適用（第2報）（九工試共同研究）●機械部 吉 浦 洋 之篭 はじめに機械工業の進歩に伴い鋳造品をほじめとする素形材の使用条件がますます過酷になると共に複雑多様

2．2模型の形状及び鋳造方案
図1は階段型試験片の寸法と鋳込み方案を示す。

化しつつある。
省資源、省エネルギー【、省力化の時代において機械構造材料の多様化と共に軽量化、小型化、高寿命化の要求が高まり、材料の使用環境も厳しくなってきた。特に破壊靭性、強度、耐食、耐熱等工学的特性について設計上の使用条件が高まっている。
マグネシウム合金鋳物は切削性がよく、強度も比較的高く構造用金属材料中最も軽量であり、期待できる材料であることから航空機、自動車、電算機、電動工具等広範囲に使用され拡大しつつある。
そこで今E盲吏】は九州工業技術試験所けL工試）との 忘共同研究を進める上で九工試捌よりAZ922材の提供を受け、当工試では、発泡ポリスチレン模型を用いてマグネシウム合金の溶湯を鋳込み、非熱処理状態と溶体化処理を施した状態について前報に引き続

君1 階段型試験片の寸法と鋳造方案

き強度薗、組織面から検討したので報告する。
各段に12mmずつの肉厚差をっけ薄い部分は12mm、
2 実験方法厚い部分で60inm、長さは250mm、幅は200mmの形状をアルミ製金型中へ45倍に予席発泡したポリスチレ用いた。方案では、注湯温度が低いことと、比重のンを吹き込んで階段型式験片を作成し、模型表面に軽いことから模型を平面状に設置し、厚肉部から落無機性の塗型を施し、乾燥後バラ砂中に埋設して鋳し込み方案を採用した。また、堰の総断面積は異物込んだ。また、鋳枠内は嘉減圧状態にし、落し込みの混入がないよう湯［1程より小さくした。試験苫の方案を採用した。

採取にほ、各段を切断し、2本ずつ4号試験片に加工した。また、i本は非熱処理の状態で機械的試験

2．仁乳験装買㌢備発泡機（バッチ式）、発泡ビ∴ズ乾燥機、、盲こを、他の1本は溶体化処理を施Lて機械試験を行うこととした。薄肉ほmnlでは中等試験片に加二ざこができ甘数模型成形機、妙充填及び減圧装置。溶解には3ないため、4号に準じた加トを施した。

k‡㍑の眉瀾磯瀾導溶解炉に黒鉛ルツボを用い大気試験片の形状についてほE頚2に示す。

中で溶解した。

40

平成卑年度 研究報告 大分県工業試験場て遅いため、冷却速度を考慮したためである。

義一 砂の充填及び鋳込み条件
振動パターン真空度（kpa）

肯

JIS4号試験片

溶解温度と鋳込温度「＋ニ∴」

48 ドヨZ 45∃0 時間 3分

7500c7000c

ぎ

図2 試験片形状
3．2模型及び鋳物の重量化学分析
表2は、段階型発泡模型の重量40gに対し、塗型

2．3供試材
発泡ポリスチレン、無機性塗型材、溶解材料の蚕量は82gであり、平均濃厚1mm程度であった。

（AZ922：9Alm2Zn∵肌2Caベ】スの九工試材）

また、鋳込後の製品歩留りは93％であり、湯道、堰充填用珪砂（5号フラタリーサンド）を小さくしたため、高歩留りとなった。表3は九工試提供のAZ922の素材を当工試で鋳込んだ後の化学分析値を示す。いずれの成分も素材に射し、若干2．4熱処理条件
図3はマグネシウム合金鋳物AZ922の素材と鋳込み後の試料について示す。

減量しているのは再溶解によって酸素と結合してドロスと成ったことによる理由と考えられる。

表2 模型の重量及び鋳込後の重量

表3 マグネシウム合金の化学分析値＼ ＼ 1 r 24H
第1段（強制風冷）第2段（空冷）屈3 マグネシウム合金の溶体化処ヨ慧
溶体化処理条件は第、 品・段が4000cx24時間とし、誤Al ∠1‖CaⅣ1】 Sj、N≦′1i、ye ′1gノ＼Z92 素材臥281∧．72・0 ∃ ］9微量残ノIZ92鋳造⊇∃8■35 l．68し 9∃。．−7n取り出し後強制風冷にて冷却する。第二段ほj85℃×12時間後取り出し、空冷とする。

3．3肉厚差による収縮及び機械的性質
図4はA忍鉦とノ1Z922の材料において横型に対3 実験結果及び考察する鋳物の収縮率を求めたものである。肉厚12mmか3．1砂の充填及び鋳込み条件

ら60mmではノ互Z922の方がÅZ9iiより若干低い値を

表1ほフラスコ（鋳枠）中に段階型試験片を埋設

示すが肉厚がユ00m呈n以上になると逆転し、若干高めし、バラ砂を充填して三次元の振動によって模型表となった。 この粟国として鋳物の冷却j速度の差、添面の妙を充填する。今回の実験では、模型を平面状加成分の影響、組織の影響等が考えられるが差が僅に設置したため、Z軸の振動はほとんど必要としなかであることから測定誤差もあると考えられる。しいためⅩ、Yの両軸を使用した。また、真空度は前かしながらJtSとの比較ではほぼ規格内の収縮率で回より若干高めとした。また、鋳込温度は前回よりある。

500c高くした。鋳込温度を高くしたことについては、模型が平面設置であり、湯流れ速度が縦型に比較し
刑 4i

率戒名年度 研究報告 大分県三業試験場

発泡模型

3⊂）AZ922□AZ9‖2︵宗︶鮮麗聾︵N巨∈＼N︶崩叫 華

発泡模型M鋳物製晶

さ㌔〔 ∂㌔一tに払 昏 ゝ、雪こ
224364860

二川0 150 200 250

12243648604860

肉 厚（mm）

試験片厚さ（mm）

図5 肉厚に対する引張強度

区掴・∃襲整に対する収縮率

衰4は金型鋳造した九工試の素材と熱処理による溶体化処理を施した材料の機械的性質について比較した。

表4 素材の機械的性質（素材（金型鋳造）、溶体化処理

24〕236

肉 厚（mm）
図6 肉厚に対する伸びの関係

引張強度では、溶体化処理することにより7，8％る。

強度アップし、伸びは47％上昇した。しかし硬さば非熱処理材の伸びは平均2．9％なのに対し、溶体若干低い値となった。▼一般的に熱処理を施すとα及化処理後では5．5％と高くなり、熱処理によって組びβ柏の未反応部分が充分に成長し、はっきりとし織が安定したためと考えられる。肉厚12mmでは非熱た組織となる。更に最時間の熱処理で溶解時に混入処理材に対し、溶体化処理した材料は3倍強となり、した不純物がある程度除去される等の効果により強肉厚60mmでは差が少ないがそれでも1．5倍の伸びを度及び伸びの改善が図られたものと考えられる。硬呈している。

さでほ、溶体化処理を施した材料の方が低くなって図7は肉厚に対する硬さを求めたものである。強いるのは長時間熱処理による素地が軟化されたため度の面ではAZ91iより低いが硬度の面ではAZ922である。の方が高い結果となった。また、熱処理材と非熱処

図5は段階型試験片について肉厚差に対する引張強度を肉厚感受性の面からAZ911とA2：922を比較
比較して3．5％低く、強度差は少ないものの肉厚になるに従って差が大きくなる。肉厚60mmでは」互Z922︵田嵩︶ 勅 潜したものである。肉厚12mmではÅZ922がA∠9iiには7．8％の強度低卜を示した。この原l勾は材質上の影響も考えられるが鋳込後における冷却速度に起因するものと思われる。即ち、平面鋳込みによる方案の遠いが持去要j速度に影響されたものと考えられる。
図6は肉厚に対する伸びの関係を示したものであ4222436
肉 摩（mm）

欝ア 肉厚に対する硬さ48

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理財の比較では、肉厚i2mmの硬度差はばとんど認めな組織となっている。また、400倍でもAl、Zn、Cないが肉厚払克るに従って差が大きく肉厚60mmではaの明瞭な混合結晶相が観察される。更に2仙3は6％の差を生じている。この要因として、熱処理す肉厚36mmの部分、2Ⅷ4ほ肉厚48mm、25は肉厚ることにより、組欒が細かくなり、Al、Zn、Ca等60mmと脂に厚くなっているが組織上からは明確な差の混合組織が減少したものと考えられる。

は認められないが全体的には細かい組織となった。

3．4顕微鏡組織写真

写真3は熱処理による溶体化処理を施した組織で

写真1は金型鋳造したマグネシウム合金鋳物の非ある。写真2と比較して全体に組織が明瞭となりα

熱処理材と溶体化処理した基地の顕微鏡組織写真で相中の基地内の混合物が消失している。この要因は、ある。11の非熱処理材は一部デンドライト状が長時間の熱処理による効果と思われる。2∵1と3w

残り、比較的冷却の早い時に現れる金型鋳造組織と1を比較しても熱処理することにより、組織が拡大なり、結晶粒界も小さく細い組織となっている。まされ、単純化しており、基地内がすっきりしている。

た、12の480倍の組織では、白色のMg基地のいずれも非熱処理組織の写真2と比較して、組織の他網状になったAl、Zn、Ca等の混合組織が観察さ改善が図られている。

れる。更に詳しく観察すると不定形で輪郭が明瞭になっている部分がMg、Al、Zn、Caの化合物で共品のβ相とわれる。1【3の溶体化処理した100

このこと撞機械的性質からも裏づけられる結果となっている。
写真4ほ走査型電子顕微鏡による2000倍に拡大し倍の組織理によって組織が大きく、基地たMg合金鋳物（非熱処理）の組織写真及び組織部の不純物も取り除ゝれ鮮明になっている。また、デの分析写真である。

ンドライト状の結晶も消失しており、400倍での観察でも基地がすっきりしている。
写真2は、段階型試験片を切断し、加工後顕微鏡

4−1はSEM像によるMg合金鋳物の共晶組織である。白色地はAl−Zn−Caの混合組職であり、他はMgの基地組織である。42の白い縞模様はに供した組織写真である。2¶1ほ肉厚12mmと薄くAlの成分であるが縞模様の中にも濃淡があり、濃鋳込み後の冷却速度が早いことから、粒界も細かくい部分にはAlが凝集しているのが観察される。4密でありβ相が多く析出されている。また、400倍3の白い縞模様はCaである。CaもAlと同様に濃で観察するとα基地に不純物が混入し、ポロシ淡が観察される。4M4はZnであるが上記の3成ティも観察されている

2【2は肉厚2如mの鋳造組

分中Znだけは全体の中に占める分布が異なり偏析織で、〔ⅣY・部デンドライト状が残っているものの鮮明しているのが確認された。

皿山43

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ii/i

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三ま 上 古・4，4雛微鏡組織

M㌢合金の難燃性及び機械的強度、組織面につい非熱処理材でほ一部デンドライト状が残り、冷却て調査してきたが本年度は特に機械的強度及び鋳造の速いi2mmの肉厚部分は組織が細かくβ柑が多い。

組織の面から昨年度と対比した。

また、β相の共晶組織はAl、Zn、Caの混合組織となっている。熱処理による溶体化処遇材では、共晶

4．ユ砂の充填及び鋳込条件

組織が小さく、また、少なくなり、α相の基地がすっ模型の設置方法として、平面設置では、Z軸の振きりと鮮明な組織となった。EPMAによる組織の動はあまり必要としない。また、減圧については若分析では、Å1、Ca等は縞模様中に均一に分布する干の吸引を必要とし、88KPa程度でよい。鋳込温がZnは偏析しており、一様にほ分布しない。また、

度は7000cで行ったが引け等の不良箇所はなかった。

Mnも同様の形態となる。

4。2模型の形状及び歩留

5 おわりに鋳込方案は落し込みが適当と思われる。また、素機械的強度の面では一般の砂型より若干低かった材を再溶解した鋳造後の化学成分ではZn、Ca等約のは消失模型鋳造法の特性と思われる。これは凝固7％程度減少した。

形態が異なるためと思われる。溶解温度では、Ca4．3肉厚感度及び機械的性質が腐食の面で再考を要する。今後は耐腐食性に富むの添加があるため850Dc位でも燃焼することばない

模型から鋳物への収縮率は平均1．1％程度であり、肉厚が大きくなると収縮率は少なく1％以下となる。

Mg合金の開発が急務と思われるのでこれ等を重点的に取り組んでいく所存である。

引張強度では、鋳造材に対し溶体化処理すると7．8

なお、本研究に使用した高閣披講導炉∴走査型電％アップし、伸びは47％上昇した。しかし硬さば若子顕微鏡、Ⅹ線マイクロアナライザは日本自転車振

干低くなったがこれは素材の軟化によるものである。

興会から、競輪収益の ▲部である機械工業振興資金

また馬 肉厚差から比較した引張強度では、12mmの肉の補助を受けて設置したものである。

厚部分が最も高く厚内になるに従って強度ほ低下す

参考文献

る。また、ノ1Z9iiに比較してノIZ922は若干強度は低下した。

1）吉浦洋之：大分県工業試験場9 平成3年度研究報告（1992）

2）雄谷重夫他：非鉄合金鋳物，日刊工業新聞社〟45