JP5136176B2 - Method for producing aluminum alloy molded product and mold thereof - Google Patents
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Description
本発明は，アルミニウム合金の成形品を製造する方法およびその金型に関する。さらに詳細には，金型においてアルミニウム合金を鋳造しつつ，部分的に溶体化処理等の熱処理を施すことができるアルミニウム合金の成形品の製造方法およびその金型に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a molded product of an aluminum alloy and a mold thereof. More specifically, the present invention relates to a method for producing a molded product of an aluminum alloy that can be partially subjected to a heat treatment such as a solution treatment while casting the aluminum alloy in a mold, and the mold.
アルミニウム合金成形品は，鋳造された後，強度などの機械的特性を向上させるために熱処理を施されることがある。このような熱処理として，例えば，溶体化処理後に人工時効処理を行うＴ６処理（ＪＩＳ）が挙げられる。しかし，鋳物が冷えた後に鋳物全体に再度熱処理を施す場合，エネルギー効率においても生産効率においても良好ではない。また，機械的強度においても，鋳物の全体にわたって確保する必要のない場合もある。このため，鋳造後の熱処理を，強度の必要な箇所のみに部分的に施すことがある。 After the aluminum alloy molded product is cast, it may be subjected to heat treatment in order to improve mechanical properties such as strength. Examples of such heat treatment include T6 treatment (JIS) in which artificial aging treatment is performed after solution treatment. However, if the entire casting is reheated after the casting has cooled, neither energy efficiency nor production efficiency is good. Also, the mechanical strength may not need to be secured throughout the casting. For this reason, the heat treatment after casting may be partially applied only to places where strength is required.
例えば，特許文献１では，準備工程と，鋳込み工程と，分離工程と，焼入れ工程と，時効処理工程とを有する軽合金製鋳物の製造方法が開示されている。当該軽合金製鋳物の製造方法では，鋳込み後に鋳物を金型から分離し，分離された鋳物の表面に冷却媒体を接触させることにより，焼入れを行うこととしている。これにより，部分的に熱処理を施した鋳物を製造することができるとしている。
For example,
このような熱処理は，その対象箇所の温度制御をより厳密に行うことが望ましい。製品毎に温度のバラツキが生じると，製造される鋳物の品質が安定しないためである。また，一製品内においても，熱処理の箇所内での温度ムラが生じると，必要とされる機械的性質が得られないおそれがあるためである。一方，熱処理温度が高いほど溶質原子の拡散速度が速く，主成分である金属に溶け込みやすい。このため，固相線温度直下の温度を一定時間保持することが好ましい。合金元素の濃度分布のより均一な合金を製造することができるためである。さらに，短い時間で熱処理を行うことができるためである。 In such a heat treatment, it is desirable to perform temperature control of the target portion more strictly. This is because if the temperature varies from product to product, the quality of the castings produced is not stable. In addition, even within one product, if the temperature unevenness occurs in the place of heat treatment, the required mechanical properties may not be obtained. On the other hand, the higher the heat treatment temperature, the faster the diffusion rate of solute atoms, and the easier it is to dissolve in the main component metal. For this reason, it is preferable to hold the temperature immediately below the solidus temperature for a certain period of time. This is because an alloy with a more uniform concentration distribution of alloy elements can be manufactured. Furthermore, this is because heat treatment can be performed in a short time.
しかし，特許文献１に記載の方法では，熱処理対象箇所の温度を目標温度に一定時間保持することは困難である。水を吹き付けることにより熱処理対象箇所の温度を操作しているためである。そして，水の温度と熱処理の目標温度とが大きくかけ離れているためである。さらに，熱処理対象箇所の形状によっては，水がかかりやすいところと，かかりにくいところとができるため，温度ムラを生じやすい。加えて，金型を分離した後，砂型を残したまま熱処理を施すため，熱処理を行いうる箇所が限定される（特許文献１の図６を参照）。また，当該方法は，処理箇所の温度を冷媒である水を吹き付ける時間で制御しているため，温度の制御性に不確実性を有する。
However, with the method described in
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，金型の内部に成形された後，離型する前の鋳物の一部に，処理温度及び処理時間を正確に制御して熱処理を施すことができるアルミニウム合金の成形品の製造方法およびその金型を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. In other words, the problem is to form an aluminum alloy that can be heat-treated by accurately controlling the processing temperature and processing time on a part of the casting after being molded inside the mold and before being released. It is to provide a method for manufacturing a product and a mold thereof.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の金型によりアルミニウム合金の成形品を製造する方法は，前記金型として，成形品の一部に接触して熱処理を施す局所熱処理部と，成形品の前記一部以外の残部に接触する非熱処理部とを有し，前記局所熱処理部が，前記非熱処理部を構成する金型本体とは別体であるとともに金型本体の内部に配置される入子であるものを用い，成形後，前記金型から成形品を取り出す前に，前記局所熱処理部により，成形品の前記一部をその合金の溶体化温度に保持して局所的に溶体化処理を施す局所溶体化工程を有することを特徴とするものである。かかるアルミニウム合金の成形品の製造方法は，金型の内部においてアルミニウム合金の成形品の一部に溶体化処理を施すことができる。 In order to solve this problem, a method of manufacturing a molded product of an aluminum alloy by using the mold of the present invention includes a local heat treatment part that performs heat treatment in contact with a part of the molded product, and a molded product as the mold. wherein possess a non-thermal processing unit in contact with the balance other than the part of the local heat treatment unit is disposed inside the mold body with a separate body from the die body constituting the non-heat-treatment unit Using a nesting tool, after forming and before taking out the molded product from the mold, the local heat treatment part keeps the part of the molded product at the solution temperature of the alloy to locally solution. It is characterized by having a local solution treatment step for performing the treatment. In such a method for producing a molded product of an aluminum alloy, a solution treatment can be performed on a part of the molded product of the aluminum alloy inside the mold.
上記に記載のアルミニウム合金の成形品の製造方法において，前記入子と金型本体との間に隙間があるものを用いることとするとなおよい。入子と金型本体との隙間により，入子から金型本体への放熱が抑制されるためである。これにより，溶体化処理を施す箇所の保温性が向上する。 In the method for producing an aluminum alloy molded product described above, it is preferable to use a product having a gap between the insert and the mold body. This is because heat radiation from the insert to the mold body is suppressed by the gap between the insert and the mold body. Thereby, the heat retention of the location which performs a solution treatment improves.
上記に記載のアルミニウム合金の成形品の製造方法において，前記金型として，前記局所熱処理部に流体の流路が形成されているものを用いることとするとなおよい。金型の流路に熱流体を流すことができるためである。溶体化処理温度に保持された熱流体を流路に流すことにより，局所熱処理部及び溶体化処理を施す箇所の温度を一定時間保持することができるためである。 In the method for producing an aluminum alloy molded article described above, it is more preferable to use a mold having a fluid flow path formed in the local heat treatment section. This is because a thermal fluid can flow through the flow path of the mold. This is because the temperature of the local heat treatment portion and the location where the solution treatment is performed can be maintained for a certain period of time by flowing the thermal fluid held at the solution treatment temperature through the flow path.
上記に記載のアルミニウム合金の成形品の製造方法において，前記局所溶体化工程の後で前記金型から取り出した成形品を水で冷却する水冷工程と，前記水冷工程後の成形品に人工時効処理を施す人工時効工程とを有することとするとさらによい。アルミニウム合金の成形品の機械的性質が向上するためである。 The method of manufacturing a molded article of an aluminum alloy described above, the water-cooled process for a molded article was taken out from the front Kikin type after topical solution process cooling water, artificial aging the molded article after the water cooling step It is further preferable to have an artificial aging step for performing the treatment. This is because the mechanical properties of the aluminum alloy molded product are improved.
本発明の成形品を成形する金型は，成形品の一部に接触して熱処理を施す局所熱処理部と，成形品の前記一部以外の残部に接触する非熱処理部とを有し，前記局所熱処理部には，成形後，前記金型から取り出す前の成形品の前記一部を加熱する熱源が設けられており，前記局所熱処理部が，前記非熱処理部を構成する金型本体とは別体であるとともに金型本体の内部に配置される入子であることを特徴とするものである。かかる金型により，成形品を成形するとともに金型の内部の合金の一部に熱処理を施すことができる。 The mold for molding the molded article of the present invention has a local heat treatment part that contacts and heat-treats a part of the molded article, and a non-heat treated part that contacts the remaining part other than the part of the molded article, The local heat treatment part is provided with a heat source for heating the part of the molded product after molding and before being taken out from the mold, and the local heat treatment part is a mold body constituting the non-heat treatment part. It is a nesting member that is a separate body and is disposed inside the mold body . With such a mold, a molded product can be molded and heat treatment can be performed on a part of the alloy inside the mold.
上記に記載の金型において，前記入子と金型本体との間に隙間があることとするとなおよい。入子から金型本体への放熱が抑制されるためである。 In the mold described above, it is more preferable that there is a gap between the insert and the mold body. This is because heat dissipation from the insert to the mold body is suppressed.
上記に記載の金型において，前記局所熱処理部に，熱流体を流す流路が形成されていることとするとさらによい。金型の流路に熱流体を流すことができるためである。溶体化処理温度に保持された熱流体を流路に流すことにより，局所熱処理部及び溶体化処理を施す箇所の温度を一定時間保持することができるためである。 In the mold described above, it is further preferable that a flow path for flowing a thermal fluid is formed in the local heat treatment section. This is because a thermal fluid can flow through the flow path of the mold. This is because the temperature of the local heat treatment portion and the location where the solution treatment is performed can be maintained for a certain period of time by flowing the thermal fluid held at the solution treatment temperature through the flow path.
本発明によれば，金型の内部に成形された後，離型する前の鋳物の一部に，処理温度及び処理時間を正確に制御して熱処理を施すことができるアルミニウム合金の成形品の製造方法およびその金型が提供されている。 According to the present invention, a molded product of an aluminum alloy that can be heat-treated by accurately controlling the processing temperature and processing time on a part of the casting after being molded inside the mold and before being released. A manufacturing method and its mold are provided.
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，アルミニウム合金成形品の製造方法およびその金型について，本発明を具体化したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the present invention is embodied with respect to a method of manufacturing an aluminum alloy molded product and its mold.
［金型］
本形態の金型１０について，図１〜図４により説明する。図１は，本形態の金型１０の断面図である。本形態の金型１０は，金型本体として下型１１と上型１２とを有している。図２は，金型１０の下型１１の製品部分を示した平面図である。図３は，金型１０の上型１２の製品部分を示した平面図である。図１は，図２の下型１１及び図３の上型１２を一体とした場合のＸＸ断面に相当するものである。なお，簡単のために図１では金型１０の細部の形状を簡略化している。なお，下型１１及び上型１２の材質は，例えばＳＫＤ６１（ＪＩＳ）である。
[Mold]
The
また，本形態の金型１０は，下型１１及び上型１２の他に入子１０１と，入子１０２とを有している。入子１０１と，入子１０２とは，下型１１の内部に収まるようになっているものである。図４に，図１の下型１１に入子１０１と，入子１０２とを収めた様子を示す。キャビティ２００は，下型１１と，上型１２と，入子１０１と，入子１０２とで仕切られた閉空間である。このキャビティ２００の形状が，溶湯が鋳込まれて鋳造される鋳物の形状を決めるものである。
In addition, the
キャビティ２００の一部として，局所的熱処理対象箇所２０１がある。これは，鋳造の際に製品リブ等の鋳物の一部となるべき空間である。また，局所的熱処理対象箇所２０１は，入子１０１及び入子１０２により大部分を囲まれた領域であり，鋳物の製造工程において溶体化処理が施される箇所である。
As a part of the
このように，本形態の金型１０は，鋳物製品を製造するとともに，鋳物の一部に対して局所的に熱処理を施すためのものである。ここで，入子１０１と入子１０２とで仕切られた空間としてソルト流路１１１が形成されている。ソルト流路１１１は，溶湯とは別の流体を流すためのものである。このため，ソルト流路１１１には金型１０の外部からソルトを供給できるように流体の注入口及び排出口が設けられている。このソルト流路１１１には，後述するように熱容量の大きな流体（ソルト）を流すためのものである。ソルトとして，ＫＮＯ３とＮａＮＯ２とを５０％ずつの比で混合したものが挙げられる。なお，ソルトとして，熱容量が高い流体であれば別のもので代用しても構わない。ソルトの温度はアルミニウム合金の溶体化処理温度と同じかわずかに高い温度とする。このソルトにより，局所的熱処理対象箇所２０１の温度を一定の温度に保つことができる。これにより，局所的熱処理対象箇所２０１が，局所的に熱処理を施されるようにするものである。このように，入子１０１と，入子１０２とは，局所的熱処理対象箇所２０１に熱処理を施すための局所熱処理部である。また，金型１０における上記局所熱処理部以外の残部，すなわち下型１１及び上型１２は，非熱処理部である。なお，入子１０１及び入子１０２の材質は，下型１１及び上型１２と同じである。
As described above, the
また，下型１１と入子１０２との間には，空気層１０３が形成されている。これにより，入子１０２から下型１１への放熱が抑制されている。このように，局所的熱処理対象箇所２０１は保温性に優れている。このため，局所的に熱処理を施す際に局所的熱処理対象箇所２０１の温度をほぼ一定に保つことができる。
An
以上，説明したように，本実施の形態に係る金型は，入子からなる局所熱処理部を設けたものである。この局所熱処理部には，溶湯とは別の流体を流す流路が形成されている。このため，鋳物の一部の温度を高い精度で保持することができる。これにより，鋳物の一部に正確な熱処理を施すことができるのである。 As described above, the mold according to the present embodiment is provided with a local heat treatment portion made of a nested structure. In this local heat treatment section, a flow path for flowing a fluid different from the molten metal is formed. For this reason, the temperature of a part of the casting can be maintained with high accuracy. Thus, an accurate heat treatment can be performed on a part of the casting.
なお，入子は，上型１２に収容するようにしても構わない。また，下型１１と，上型１２と，入子１０１と，入子１０２の材質は，ＳＫＤ６１以外のものであってもよい。ただし，熱膨張率の関係上，これらは同一の材質であることが好ましい。また，ソルト流路１１１の表面積は大きいほうが好ましい。入子１０１及び入子１０２の隅々までソルトの熱が行き渡るからである。また，下型１１または上型１２と，入子１０１または入子１０２との間に，断熱材を入れても構わない。
The nest may be accommodated in the
［製造方法］
ここで，アルミニウム合金成形品の製造方法について図５〜図９により説明する。本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法により製造されるアルミニウム合金成形品は，鋳物の一部にリブ形状のような応力の集中しやすい箇所を有するものである。また，応力の集中しやすい箇所を強化するために，当該箇所に局所的な熱処理を施したものである。
[Production method]
Here, the manufacturing method of an aluminum alloy molded product will be described with reference to FIGS. An aluminum alloy molded product manufactured by the method of manufacturing an aluminum alloy molded product of this embodiment has a portion where stress is easily concentrated, such as a rib shape, in a part of a casting. In addition, in order to strengthen the part where stress is likely to concentrate, the part is subjected to local heat treatment.
図５は，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法を説明するフローチャートである。本形態のアルミニウム合金の成形品の製造方法は，鋳込み後金型から取り出す前に，鋳物の一部に溶体化処理を施すものである。図６は，局所的に溶体化処理を施す局所的熱処理対象箇所３０１（図８参照）の温度の時間変化を示すグラフである。図７は，局所的熱処理対象箇所３０１以外の鋳物の箇所である局所的熱処理非対象箇所３００（図８参照）の温度の時間変化を示すグラフである。このため，図６のｔ１〜ｔ７と図７のｔ１〜ｔ７とはそれぞれ同じ時刻を示すものである。また，図６及び図７のＳ１〜Ｓ５は，図５の工程Ｓ１〜Ｓ５に対応するものである。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a method for producing an aluminum alloy molded product of the present embodiment. In the method for producing an aluminum alloy molded product according to this embodiment, a solution treatment is performed on a part of the casting before it is taken out from the mold after casting. FIG. 6 is a graph showing a temporal change in temperature of a local heat treatment target portion 301 (see FIG. 8) where a solution treatment is locally performed. FIG. 7 is a graph showing a temporal change in temperature of a local heat treatment non-target portion 300 (see FIG. 8) which is a casting portion other than the local heat
（時刻ｔ１〜時刻ｔ２：鋳込み工程Ｓ１）
本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法では，まず金型１０のキャビティ２００に７００〜７４０℃（図６及び図７の温度Ａ）の溶湯を湯口より流し込む（Ｓ１：鋳込み工程）。このため，キャビティ２００は，溶湯によりほぼ満たされる。また，溶体化処理を施される局所的熱処理対象箇所３０１も溶湯で満たされる。また，溶湯で満たされたうちの溶体化処理を施されない箇所を局所的熱処理非対象箇所３００とする。７００〜７４０℃程度あった溶湯の温度（図６及び図７の温度Ａ）は，鋳込み後，金型に接して温度が低下する（図６及び図７参照）。
(Time t1 to time t2: Casting step S1)
In the method for producing an aluminum alloy molded product of this embodiment, first, a molten metal at 700 to 740 ° C. (temperature A in FIGS. 6 and 7) is poured into the
そして，溶湯温度が合金の液相線温度を下回ると溶湯が固化し始め，さらに固相線温度を下回ると，溶湯が凝固し終える。ここで，凝固した鋳物の温度が，図６の溶体化処理温度（図６中の温度Ｂ）となった時刻をｔ２とする。本形態において設定する溶体化処理温度は，固相線温度の直下であり，なおかつ酸化を伴った溶融（バーニング）を起こすほど高くはない温度である。 When the molten metal temperature falls below the liquidus temperature of the alloy, the molten metal begins to solidify, and when the molten metal temperature falls below the solidus temperature, the molten metal finishes solidifying. Here, the time when the temperature of the solidified casting becomes the solution treatment temperature in FIG. 6 (temperature B in FIG. 6) is defined as t2. The solution treatment temperature set in this embodiment is a temperature just below the solidus temperature and not high enough to cause melting (burning) with oxidation.
（時刻ｔ２〜時刻ｔ３：局所的溶体化処理工程Ｓ２）
時刻ｔ２の後，ソルト流路１１１にソルトを流す。これにより，局所的熱処理対象箇所３０１の温度を溶体化処理温度（図６の温度Ｂ）に保持する。局所的熱処理対象箇所３０１の温度を一定時間にわたり溶体化温度に保持することにより，溶体化処理を施す（局所的溶体化処理工程：Ｓ２）のである。このときの様子を図９に示す。なお，この溶体化処理温度及び溶体化処理時間は合金等の種類により異なるため詳細は後述するが，おおよそ固相線温度の直下にて数十分程度である。また，時刻ｔ２の前に予めソルト流路１１１にソルトを流しておいてもよい。
(Time t2 to Time t3: Local solution treatment step S2)
After time t2, the salt flows through the
ここで，ソルトの温度は，溶体化処理温度と同じか又はそれよりわずかに高いものとしている。ソルトがソルト流路１１１を通過することにより，ソルトの熱はソルト流路１１１を形成する入子１０１及び入子１０２へと伝達される。これにより，入子１０１及び入子１０２の温度はソルトの温度とほぼ等しくなる。入子１０１及び入子１０２の熱は，局所的熱処理対象箇所３０１に伝達される。このため，局所的熱処理対象箇所３０１の温度は，設定した溶体化処理温度とほぼ等しくなる。ここで，局所的熱処理対象箇所３０１は，入子１０１と入子１０２とでほとんど覆われている。このため，局所的熱処理対象箇所３０１から局所的熱処理非対象箇所３００へ熱が逃げにくくなっている。また，入子１０２と下型１１との間には空気層１０３があるため，入子１０２から下型１１への放熱も抑制されている。
Here, the salt temperature is assumed to be the same as or slightly higher than the solution treatment temperature. As the salt passes through the
このように，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，金型内部の鋳物の一部に溶体化処理を施すために，溶体化処理温度にほぼ等しいかわずかに高い温度のソルトを，入子１０１及び入子１０２により形成されるソルト流路１１１に流すものである。このため，ソルト流路１１１にソルトを流している間，局所的熱処理対象箇所３０１は溶体化処理温度に保持される（図６参照）。局所的熱処理対象箇所３０１内での位置による温度ムラは，あったとしても±２℃（図６の二点鎖線間の領域α）の範囲内にすぎない。ソルト流路１１１が入子の隅々まで熱が伝わるように形成されているためである。なお，従来の鋳物全体に溶体化処理を施す場合，鋳物内での温度ムラは±１０℃程度にもなる。また，特許文献１に記載の鋳物の製造方法では，熱処理箇所の温度が一定時間にわたり保持されることはない。熱処理対象箇所の温度と，当該箇所に吹き付ける水の温度とが大きく異なっているためである。
As described above, in the manufacturing method of the aluminum alloy molded product of this embodiment, in order to perform solution treatment on a part of the casting inside the mold, a salt having a temperature substantially equal to or slightly higher than the solution treatment temperature is added. It flows through the
なお，時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間，局所的熱処理対象箇所３０１は，その温度が保持される一方，溶体化処理を施さない局所的熱処理非対象箇所３００は自然放冷状態である。このため，その部分の温度は下がり続ける（図７参照）。
In the period from time t2 to time t3, the temperature of the local heat
本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，ソルトの温度を調節することにより，局所的熱処理対象箇所３０１の熱処理温度を正確に制御することができる。また，ソルトを流す時間を調節することにより，局所的熱処理対象箇所３０１の熱処理時間を厳密に管理することができる。このため，必要な時間にわたり熱処理を施した後（時刻ｔ３），ソルトの供給を停止する。これにより，局所的熱処理対象箇所３０１の溶体化処理が終了した。
In the manufacturing method of the aluminum alloy molded product of this embodiment, the heat treatment temperature of the local heat
（時刻ｔ３〜時刻ｔ４：離型工程Ｓ３）
時刻ｔ３の後，金型から鋳物を分離する（Ｓ３）。このとき，局所的熱処理対象箇所３０１の温度は，図６に示すように未だ高いままである。局所的熱処理非対象箇所３００の温度は，図７に示すように充分下がっている。ここで，鋳物を金型から離型し終えた時刻をｔ４とする。時刻ｔ４において，局所的熱処理対象箇所３０１の温度は，時刻ｔ３に比べて厳密にいえばわずかに下がっている。しかし，常温に比べれば高いままである。
(Time t3 to Time t4: Mold release step S3)
After time t3, the casting is separated from the mold (S3). At this time, the temperature of the local heat
（時刻ｔ４〜時刻ｔ５：水没焼入工程Ｓ４）
離型の後，鋳物全体を水没させる（Ｓ４）。これにより，鋳物全体に焼入が施される。鋳物を水中から取り出した時刻をｔ５とする。
(Time t4 to time t5: Submerged quenching step S4)
After mold release, the entire casting is submerged (S4). As a result, the entire casting is quenched. The time when the casting is taken out of the water is defined as t5.
（時刻ｔ６〜時刻ｔ７：人工時効処理工程Ｓ５）
そして，水没焼入（Ｓ４）を施した後，鋳物に人工時効処理を施す（Ｓ５）。この場合の処理温度（図６及び図７の温度Ｃ）及び処理時間は合金により異なるため後述する。以上により，鋳物の一部に熱処理を施したアルミニウム合金成形品が製造された。ここで，局所的熱処理対象箇所３０１は，溶体化処理（Ｓ２）を施された後，人工時効処理（Ｓ５）を施されている。このため，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法により製造されたアルミニウム合金成形品は，その一部である局所的熱処理対象箇所３０１にＴ６処理（ＪＩＳ）を施したものとなっている。
(Time t6 to Time t7: Artificial aging treatment step S5)
Then, after performing submerged quenching (S4), the casting is subjected to artificial aging treatment (S5). In this case, the processing temperature (temperature C in FIGS. 6 and 7) and the processing time differ depending on the alloy and will be described later. As described above, an aluminum alloy molded product in which a part of the casting was heat-treated was manufactured. Here, the local heat
本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，金型とともに入子を用いることにより鋳物の一部に溶体化処理を施すものである。また，入子の形成するソルト流路にソルトを流して保温するようにしたので，熱処理の間，入子に囲まれた鋳物の一部をほぼ一定の温度に保つことができる。鋳物全体に溶体化処理を施した場合と比べて，溶体化処理を施した箇所内での異なる位置における温度ムラが小さい。このため，合金の種類に応じた熱処理温度および熱処理時間を設定し，局所的な熱処理を施すことができるようになった。つまり，熱処理の対象箇所を，時間的にも，空間的にも一定に保つことができるようになった。これにより，金型において，鋳造工程と，局所的溶体化処理工程とが一体となったアルミニウム合金成形品の製造方法が実現されている。 In the method for manufacturing an aluminum alloy molded product of this embodiment, a solution treatment is performed on a part of a casting by using an insert together with a mold. In addition, since salt is flowed through the salt flow path formed by the nest and kept warm, a part of the casting surrounded by the nest can be maintained at a substantially constant temperature during the heat treatment. Compared with the case where solution treatment is applied to the entire casting, temperature unevenness at different positions in the solution treatment portion is small. Therefore, local heat treatment can be performed by setting the heat treatment temperature and heat treatment time according to the type of alloy. In other words, the target location for heat treatment can be kept constant both in time and space. Thereby, the manufacturing method of the aluminum alloy molded product which the casting process and the local solution treatment process were united in the metal mold | die is implement | achieved.
また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法により製造されたアルミニウム合金成形品は，その一部に熱処理が施されたものである。その鋳物における熱処理箇所は，溶質原子を過飽和に，なおかつ均一に固溶しているものである。このため，熱処理箇所内での溶質原子の固溶量のムラが小さい。また，製品毎の機械的性質のバラツキも小さい。なお，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，金型の内部で溶体化処理を施すため，溶体化処理のための加熱炉を必要としない。また，溶湯温度の熱を利用して熱処理を施すため，エネルギーを無駄に消費しない。さらに，鋳造工程と熱処理工程とが一体となっているため，サイクルタイムも短縮することができる。 In addition, an aluminum alloy molded product manufactured by the method of manufacturing an aluminum alloy molded product of this embodiment is a part of which is subjected to heat treatment. The heat treatment location in the casting is one in which solute atoms are supersaturated and uniformly dissolved. For this reason, the nonuniformity of the solid solution amount of the solute atoms in the heat treatment portion is small. There is also little variation in mechanical properties between products. In addition, since the manufacturing method of the aluminum alloy molded product of this form performs solution treatment inside a metal mold | die, the heating furnace for solution treatment is not required. In addition, energy is not wasted because heat treatment is performed using the heat of the molten metal temperature. Furthermore, since the casting process and the heat treatment process are integrated, the cycle time can be shortened.
［熱処理の実施例１］
本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，鋳物の一部に局所的に熱処理を施すものである。そして，対象とする製品，用いる合金等に応じて種々の熱処理温度及び熱処理時間を設定することが可能である。以下にその行った試験を例示する。
[Example 1 of heat treatment]
In the method for producing an aluminum alloy molded product of this embodiment, heat treatment is locally applied to a part of a casting. Various heat treatment temperatures and heat treatment times can be set according to the target product, the alloy used, and the like. Examples of the tests conducted are shown below.
本試験は，鋳物全体に熱処理を施した比較例と，鋳物の一部に熱処理を施したその熱処理箇所とについて，機械的性質を比較したものである。比較項目はＪＩＳにならい，
１． 引張強度，
２． ０．２％耐力，
３． 伸び
の３項目とした。
This test compares the mechanical properties of a comparative example in which the entire casting was heat-treated and a heat-treated portion in which a part of the casting was heat-treated. Comparison items follow JIS,
1. Tensile strength,
2. 0.2% yield strength,
3. Three items of elongation were used.
まず，実施例１では，合金１として，ＪＩＳ−ＡＣ４ＣＨを用いた。合金１の主成分はアルミニウムであり，その他の元素の成分比は，表１のとおりであった。なお，合金１の固相線温度は５６４℃である。
First, in Example 1, JIS-AC4CH was used as the
合金１に熱処理を行った合金の機械的性質を図１０のグラフに示す。ここで，比較例は，鋳物全体を温度５３０℃（±１０℃）で３時間かけて溶体化処理した後，水冷したものである。その後，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施した。この温度が，図６及び図７の温度Ｃに該当するものである。
The graph of FIG. 10 shows the mechanical properties of the
また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法及びそれを用いた金型により製造されたアルミニウム合金成形品の局所的熱処理対象箇所３０１の機械的性質について，図１０の比較例の右側に結果を示す。温度５４５℃（±２℃）でそれぞれ１０分，２０分，３０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施したものの結果を，図１０の左側から順に示す。さらに，温度５５５℃（±２℃）でそれぞれ１０分，２０分，３０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施したものの結果をその右側に示す。
In addition, regarding the mechanical properties of the local heat
本実施例１のアルミニウム合金成形品の局所的熱処理対象箇所は，引張強度及び０．２％耐力に関して，鋳物全体に熱処理を施した比較例に比べて若干高い数値を示した。一方，伸びについては，少々バラツキがあるものの適当な熱処理温度及び熱処理時間（５４５℃，３０分または５５５℃，２０分）を選べば，比較例と遜色のない数値を示した。なお，局所的熱処理の時間は全体を溶体化処理する場合に比べて短い。 The locations subject to local heat treatment of the aluminum alloy molded product of Example 1 showed slightly higher numerical values with respect to tensile strength and 0.2% yield strength than the comparative example in which the entire casting was heat treated. On the other hand, with regard to the elongation, although there was some variation, if an appropriate heat treatment temperature and heat treatment time (545 ° C., 30 minutes or 555 ° C., 20 minutes) were selected, the numerical values were comparable to the comparative examples. The time for the local heat treatment is shorter than that for the solution treatment as a whole.
［熱処理の実施例２］
次に，合金２について行った試験結果を実施例２として説明する。合金２として，ＪＩＳ−ＡＣ２Ｂを用いた。合金２の主成分もまたアルミニウムであり，その他の元素の成分比は，表２のとおりであった。なお，合金２の固相線温度は５２０℃である。
[Example 2 of heat treatment]
Next, the test results of the alloy 2 will be described as Example 2. As alloy 2, JIS-AC2B was used. The main component of Alloy 2 was also aluminum, and the ratio of other elements was as shown in Table 2. The solidus temperature of alloy 2 is 520 ° C.
合金２に熱処理を行った合金の機械的性質を図１１のグラフに示す。合金２について，以下に示す異なる熱処理を行った後，引張強度と，０．２％耐力と，伸びについて測定した。ここで，比較例は，鋳物全体を温度５００℃（±１０℃）で２時間かけて溶体化処理した後，水冷したものである。その後，温度２２０℃（±５℃）で２時間かけて人工時効処理を施した。 The graph of FIG. 11 shows the mechanical properties of the alloy 2 that has been heat-treated. Alloy 2 was measured for tensile strength, 0.2% proof stress, and elongation after the following different heat treatments. Here, in the comparative example, the entire casting was subjected to a solution treatment at a temperature of 500 ° C. (± 10 ° C.) for 2 hours and then water-cooled. Thereafter, an artificial aging treatment was performed at a temperature of 220 ° C. (± 5 ° C.) over 2 hours.
また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法及びそれを用いた金型により製造されたアルミニウム合金成形品の局所的熱処理対象箇所３０１の機械的性質について，図１１の比較例の右側に結果を示す。温度５１５℃（±２℃）でそれぞれ０分，１０分，２０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度２１０℃（±１０℃）で２時間かけて人工時効処理を施したものの結果を，図１１の左側から順に示す。さらに，温度５２５℃（±２℃）でそれぞれ０分，１０分，２０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度２１０℃（±１０℃）で２時間かけて人工時効処理を施したものの結果をその右側に示す。なお，０分の局所的溶体化処理とは，局所的熱処理対象箇所３０１の温度を一旦溶体化温度にした後，その溶体化温度を保持しないことである。
In addition, regarding the mechanical properties of the local heat
本実施例２のアルミニウム合金成形品の局所的熱処理箇所は，引張強度及び０．２％耐力に関して，鋳物全体に熱処理を施した比較例に比べてほぼ同程度の数値を示した。局所的熱処理対象箇所を，温度５２５℃で１０分熱処理を施すことにより，比較例と遜色のない機械的性質が得られた。なお，実施例１と同様，局所的熱処理の時間は全体を溶体化処理する場合に比べて短い。 The locally heat-treated portion of the aluminum alloy molded product of Example 2 showed almost the same numerical value regarding the tensile strength and 0.2% proof stress as compared with the comparative example in which the entire casting was heat-treated. A mechanical property comparable to that of the comparative example was obtained by subjecting the local heat treatment target portion to a heat treatment at a temperature of 525 ° C. for 10 minutes. As in the case of Example 1, the time for the local heat treatment is shorter than that in the case where the entire solution treatment is performed.
［熱処理の実施例３］
次に，合金３について行った試験結果を実施例３として説明する。合金３として，ＪＩＳ−ＡＣ４ＣＨにＣｕを０．８重量パーセント添加したものを用いた。なお，Ｍｇは０．３重量パーセントとした。合金３の主成分もまたアルミニウムであり，その他の元素の成分比は，表３のとおりであった。なお，合金３の固相線温度は５５６℃である。
[Example 3 of heat treatment]
Next, the test results of the
合金３に熱処理を行った合金の機械的性質を図１２のグラフに示す。合金３について，以下に示す異なる熱処理を行った後，ビッカース硬さＨｖを測定した。（５ｋｇ荷重を使用）ここで，比較例は，鋳物全体を温度５１０℃（±１０℃）で３時間かけて溶体化処理した後，水冷したものである。その後，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施した。
The graph of FIG. 12 shows the mechanical properties of the
また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法及びそれを用いた金型により製造されたアルミニウム合金成形品の局所的熱処理対象箇所３０１の機械的性質について，図１２に結果を示す。横軸は，溶体化処理に要した時間であり，縦軸は，硬さを示したものである。溶体化温度５１０℃の線が示すのは，温度５１０℃（±２℃）でそれぞれ５分，１０分，２０分，３０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施したもののビッカース硬さＨｖである。溶体化温度５３０℃の線が示すのは，温度５３０℃（±２℃）でそれぞれ５分，１０分，２０分，３０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施したもののビッカース硬さＨｖである。溶体化温度５４５℃の線が示すのは，温度５４５℃（±２℃）でそれぞれ５分，１０分，２０分，３０分の局所的溶体化処理を行った後，水冷し，温度１７０℃（±５℃）で３時間かけて人工時効処理を施したもののビッカース硬さＨｖである。
FIG. 12 shows the results of the manufacturing method of the aluminum alloy molded product of the present embodiment and the mechanical properties of the
本実施例３のアルミニウム合金成形品は，溶体化処理温度を５３０℃若しくは５４５℃で溶体化処理を行ったものについて，鋳物全体に熱処理を施した比較例と変わらないビッカース硬さＨｖの値を示した。また，合金３の固相線温度に近い温度で溶体化処理（５３０℃，５４５℃）を設定すれば，５分程度でも充分固溶することが分かった。これは，３時間にわたって全体を溶体化処理した比較例と比べて，非常に短い時間である。一方，溶体化温度５１０℃では，固溶が充分進んでいない。
The aluminum alloy molded product of Example 3 has a Vickers hardness Hv value that is the same as that of the comparative example in which the heat treatment was performed on the entire casting with respect to the one subjected to solution treatment at a solution treatment temperature of 530 ° C. or 545 ° C. Indicated. Further, it was found that if the solution treatment (530 ° C., 545 ° C.) was set at a temperature close to the solidus temperature of
以上より，処理温度と合金の機械的性質との間の関連性を読みとることができる。つまり，アルミニウム合金の成形品において所望の機械的性質を得るためには，高い精度で熱処理対象箇所の温度を保持する必要がある。それには，温度ムラの生じにくい金型もしくは製造方法が不可欠である。そうでなければ，固相線温度に近い溶体化温度を設定することが困難であるからである。また，温度のコントロールを高い精度で行うことにより，熱処理時間を大幅に短縮できることが明らかとなった。また，温度制御が不充分であり，局所的に温度が上昇しない箇所が生じたとする。すると，その箇所の強度が不充分であり，製品として使用されるときに当該箇所に応力が集中するおそれがある。これにより，当該箇所が破損する可能性もある。 From the above, the relationship between the processing temperature and the mechanical properties of the alloy can be read. That is, in order to obtain desired mechanical properties in an aluminum alloy molded product, it is necessary to maintain the temperature of the heat treatment target portion with high accuracy. To that end, a mold or manufacturing method that does not easily cause temperature unevenness is indispensable. Otherwise, it is difficult to set a solution temperature close to the solidus temperature. It was also found that the heat treatment time can be greatly shortened by controlling the temperature with high accuracy. Moreover, it is assumed that there is a place where the temperature does not rise locally due to insufficient temperature control. As a result, the strength of the portion is insufficient, and stress may concentrate on the portion when used as a product. As a result, the part may be damaged.
本形態では，局所熱処理部は，入子１０１と，入子１０２とを有することとしたが，入子１０１と，入子１０２とが一体となっているものであっても構わない。また，入子は３個以上であってもよい。入子が鋳物の一部の形状を形成するように構成されており，当該箇所を保温するためのソルト流路が当該箇所の近くに形成されていればよい。
In this embodiment, the local heat treatment unit has the
また，局所熱処理部が，下型１１または上型１２と一体となったものであっても構わない。その場合，下型１１または上型１２の内側には，ソルト流路が形成されている。
Further, the local heat treatment part may be integrated with the
なお，本形態の金型は，アルミニウム合金の成形品を製造するために用いた。しかし，それ以外の金属を鋳造するとともに，局所的熱処理を施すものを製造するために用いても構わない。また，鍛造用の金型にも適用できる。 The mold of this embodiment was used for manufacturing a molded product of an aluminum alloy. However, other metals may be cast and used for manufacturing a product that is subjected to local heat treatment. It can also be applied to forging dies.
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るアルミニウム合金成形品の製造方法は，溶湯を鋳型に鋳込んだ後，離型する前に，鋳物の一部に熱処理を施すものである。また，離型した後，水没焼入を施し，その後人工時効処理を施すものである。また，鋳物の一部に施す熱処理は，鋳物の当該箇所の温度を，時間的に及び空間的に一定なものとすることができるものである。これにより，部分的に強度を上げたアルミニウム合金成形品が製造される。また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法は，鋳造工程と溶体化処理工程とを一体として行うものである。このため，熱処理炉を別途用意する必要がない。さらに，再度の熱処理を必要としないため，エネルギーを無駄に消費することがない。加えて，アルミニウム合金成形品の製造に要する時間も短縮される。 As described above in detail, the method for manufacturing an aluminum alloy molded product according to the present embodiment involves heat-treating a part of the casting after casting the molten metal into the mold and before releasing the mold. . In addition, after mold release, it is submerged and quenched, followed by artificial aging treatment. In addition, the heat treatment applied to a part of the casting can make the temperature of the portion of the casting constant in time and space. As a result, an aluminum alloy molded product having a partially increased strength is manufactured. Moreover, the manufacturing method of the aluminum alloy molded product of this form integrally performs a casting process and a solution treatment process. For this reason, it is not necessary to prepare a heat treatment furnace separately. Furthermore, energy is not wasted because no heat treatment is required again. In addition, the time required for manufacturing the aluminum alloy molded product is shortened.
また，本形態のアルミニウム合金成形品の製造方法により製造されたアルミニウム合金成形品は，リブ形状などの応力の集中しやすい箇所に熱処理が施されたものである。その鋳物における熱処理箇所は，溶質原子を過飽和に，なおかつ均一に固溶しているものである。このため，熱処理箇所内での溶質原子の固溶量のムラが小さい。また，製品毎の機械的性質のバラツキも小さい。 In addition, the aluminum alloy molded product manufactured by the method for manufacturing an aluminum alloy molded product of this embodiment is a product in which heat treatment is performed on a portion where stress is easily concentrated, such as a rib shape. The heat treatment location in the casting is one in which solute atoms are supersaturated and uniformly dissolved. For this reason, the nonuniformity of the solid solution amount of the solute atoms in the heat treatment portion is small. There is also little variation in mechanical properties between products.
また，本形態の金型は，鋳物を鋳造するとともに，鋳物の一部に熱処理を施すことができるものである。入子が形成するソルト流路に流すソルトの温度と，流す時間とを調整することにより，合金の種類に応じた熱処理の処理温度及び処理時間を設定することができる。 In addition, the mold according to this embodiment can cast a casting and heat-treat a part of the casting. By adjusting the temperature of the salt flowing through the salt flow path formed by the insert and the flow time, the heat treatment temperature and treatment time can be set according to the type of alloy.
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，下型１１，上型１２，入子１０１，入子１０２の材質はＳＫＤ６１に限らない。金型として用いることのできる材質であれば構わない。ただし，材質により膨張率が異なるため，下型１１，上型１２，入子１０１，入子１０２で共通の材質を用いることが好ましい。
Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, the material of the
また，本形態では局所熱処理部として熱流体を用いたが，電気ヒータ，過熱水蒸気，誘導加熱等の他の加熱手段を用いても構わない。熱処理を施すべき箇所を局所的に加熱する，或いは保温する等の手段があれば，同様の効果を奏するからである。 In this embodiment, a thermal fluid is used as the local heat treatment section, but other heating means such as an electric heater, superheated steam, induction heating, etc. may be used. This is because the same effect can be obtained if there is a means for locally heating or keeping the portion to be heat-treated.
１０…金型
１１…下型
１２…上型
１０１，１０２…入子
１０３…空気層
１１１…ソルト流路
２００…キャビティ
３００…局所的熱処理非対象箇所
２０１，３０１…局所的熱処理対象箇所
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記金型として，
成形品の一部に接触して熱処理を施す局所熱処理部と，
成形品の前記一部以外の残部に接触する非熱処理部とを有し，
前記局所熱処理部が，前記非熱処理部を構成する金型本体とは別体であるとともに金型本体の内部に配置される入子であるものを用い，
成形後，前記金型から成形品を取り出す前に，前記局所熱処理部により，成形品の前記一部をその合金の溶体化温度に保持して局所的に溶体化処理を施す局所溶体化工程を有することを特徴とするアルミニウム合金の成形品の製造方法。 A method for producing a molded product of an aluminum alloy using a mold,
As the mold,
A local heat treatment part that performs heat treatment in contact with a part of the molded product;
And a non-heat unit contacting the balance other than the portion of the molded article possess,
The local heat treatment part is a separate body from the mold body that constitutes the non-heat treatment part and is a nest arranged inside the mold body ,
After the molding, before taking out the molded product from the mold, the local heat treatment step is performed by the local heat treatment unit to hold the part of the molded product at the solution temperature of the alloy and perform a solution treatment locally. A method for producing a molded product of an aluminum alloy, comprising:
前記入子と金型本体との間に隙間があるものを用いることを特徴とするアルミニウム合金の成形品の製造方法。 A method for producing a molded product of an aluminum alloy according to claim 1 ,
A method for producing a molded product of an aluminum alloy, wherein a material having a gap between the insert and the mold body is used.
前記金型として，前記局所熱処理部に流体の流路が形成されているものを用いることを特徴とするアルミニウム合金の成形品の製造方法。 A method for producing a molded product of the aluminum alloy according to claim 1 or 2 ,
A method for producing a molded product of an aluminum alloy, characterized in that a metal flow path is formed in the local heat treatment section as the mold.
前記局所溶体化工程の後で前記金型から取り出した成形品を水で冷却する水冷工程と，
前記水冷工程後の成形品に人工時効処理を施す人工時効工程とを有することを特徴とするアルミニウム合金の成形品の製造方法。 A method for producing a molded product of an aluminum alloy according to any one of claims 1 to 3 ,
The molded article taken out from the front Kikin type after the local solution step and water cooling step of cooling with water,
And an artificial aging step of subjecting the molded product after the water cooling step to an artificial aging treatment.
成形品の一部に接触して熱処理を施す局所熱処理部と，
成形品の前記一部以外の残部に接触する非熱処理部とを有し，
前記局所熱処理部には，成形後，前記金型から取り出す前の成形品の前記一部を加熱する熱源が設けられており，
前記局所熱処理部が，前記非熱処理部を構成する金型本体とは別体であるとともに金型本体の内部に配置される入子であることを特徴とする金型。 A mold for molding a molded article,
A local heat treatment part that performs heat treatment in contact with a part of the molded product;
A non-heat treated part that contacts the remaining part other than the part of the molded product,
The local heat treatment section is provided with a heat source for heating the part of the molded product after molding and before taking out from the mold ,
The metal mold characterized in that the local heat treatment part is a nesting member that is separate from the mold body constituting the non-heat treatment part and is disposed inside the mold body .
前記入子と金型本体との間に隙間があることを特徴とする金型。 The mold according to claim 5 , wherein
A mold having a gap between the insert and the mold body.
前記局所熱処理部に，熱流体を流す流路が形成されていることを特徴とする金型。 A mold according to claim 5 or claim 6 ,
A mold characterized in that a flow path for flowing a thermal fluid is formed in the local heat treatment section.
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