JPH06330204A - 気密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法 - Google Patents

気密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法

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JPH06330204A
JPH06330204A JP5621894A JP5621894A JPH06330204A JP H06330204 A JPH06330204 A JP H06330204A JP 5621894 A JP5621894 A JP 5621894A JP 5621894 A JP5621894 A JP 5621894A JP H06330204 A JPH06330204 A JP H06330204A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金溶湯を酸化させることなく
水素を添加することにより、鋳物の引け巣を細かい気孔
に分散発生させ、肉厚部に引けなどの鋳造欠陥のない気
密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法を得る。 【構成】 鋳造用アルミニウム合金溶湯中に液相線以上
の温度において金属水素化物を添加して鋳造する。そし
て金属水素化物としてはチタン水素化物を用い、アルミ
合金溶湯中に、重量比で、0.001%〜0.10%添
加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばマニホルドやコ
レクタなど気密と強度を要求される自動車用吸気系部品
となる気密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金を溶解して、その溶湯
によりアルミニウム合金鋳物を鋳造すると、多くの場
合、鋳物の内部に水素ガスまたは引けによる気孔が発生
する。そういった鋳物を気体の通路部分や容器等の部品
に用いた際に部品の内外に漏れが発生することがあるの
は、鋳物内部の気孔などの欠陥がつながっている場合で
ある。つまり、鋳物の内部欠陥が水素ガスによる気孔で
あれ、引けによる気孔であれ、それが独立して存在して
いれば部品の内外の漏れは発生しない。
【0003】鋳物内部に発生する気孔は、図3に示すよ
うに、多くの場合結晶粒1の境界である結晶粒界5に存
在する。通常の鋳造法、例えば重力鋳造、低圧鋳造等で
得られるアルミ鋳物の内部に発生する気孔は図3に示す
ように非円形であり、気孔3aと3bはつながりやすく
なる。
【0004】そのような形状の気孔3を持つアルミニウ
ム合金鋳物を、内外で圧力差の生じる部品、例えばマニ
ホルドやコレクタなどの自動車用吸気系部品に使用する
と、吸入空気が外部に漏れ、エンジン性能を損なう恐れ
が生じる。このため、従来は、アルミニウム合金溶湯中
のガスを除去する脱ガス処理等、水素ガスによる気孔の
発生を防ぐ種々の対策が採られてきた。
【0005】しかし、脱ガスした溶湯により鋳造する
と、確かにアルミニウム合金鋳物の気孔発生は減少する
が、反対に肉厚変化の大きい部分の厚肉部位に、引けあ
るいはザク巣が発生しやすくなる。例えば、図4に示す
ように吸気系部品であるマニホルドやコレクタなどのボ
ス部7に引けあるいはザク巣10が発生すると、このボ
ス部7にネジ加工を行った後に内と外がつながり、結果
として吸入空気が外部に漏れることになる。従って、水
素ガスによる気孔の発生に着目し、脱ガス処理を行うこ
とは、他の鋳造欠陥を招くことになり、気密性に優れた
アルミニウム合金鋳物を安定して得ること難しい。
【0006】特公平5−65573号公報には、Al−
Si−Mg系またはAl−Si−Mg−Cu系合金に、
Caを0.001〜0.01%添加することにより、不
純物Feの存在による引け巣の発生を防ぎ、気密性に優
れた鋳造用アルミニウム合金の開示がある。
【0007】しかし、Caを添加して引け巣を減少して
も、その引け巣の形状が非円形となり、気孔同士がつな
がる場合があり、そういったアルミニウム合金鋳物を内
外で圧力差があるような例えば自動車用吸気系部品とし
て用いるには、依然として問題が残されている。
【0008】鋳物の肉厚部に引け巣が発生することを防
止する方法として、溶湯に水素を添加して引け巣を分散
することが行われている。アルミニウム合金溶湯中に溶
解している水素は、溶湯の凝固時に水素溶解度が激減す
るので、次式に示すようにガス化して気泡となってアル
ミニウム合金鋳物中に残存して細かい気孔となる。この
ことから、水素は、凝固収縮の緩和と引け巣を細かい気
孔に分散する効果のあることが従来から知られている。 2H(溶解)→H2 (ガス)
【0009】アルミニウム合金溶湯中へ水素を添加する
の製造方法としては、じゃがいもあるいは水を含ませた
布を溶湯に浸漬させる等して、次式に示すように水の分
解を利用する方法が従来から実施されている。 2Al+3H2 O→Al23 +6H(溶解)
【0010】そのなかでも、水分を適量含むじゃがいも
が作業性に優れているため使用されることが多い。しか
し、じゃがいも等の水の分解を利用した添加方法では、
前式に示すようにアルミニウムの酸化物が生成されるた
めにノロが多量に発生し、そのノロを取り除く除滓作業
が必要になる。また、溶湯中にこの酸化物が混入するた
め、この溶湯で鋳造した鋳物中には膜状酸化物がガス発
生の起点となるために気孔が細長くなって各々がつなが
りやすくなり、気密性も低下する。
【0011】一方、特公昭51−44084号公報に
は、アルミニウム溶湯が急激に凝固するのを防ぎ、かつ
結晶粒の大きさを制御するために1〜25%のマグネシ
ウムを添加溶解し、次いで発泡を図りかつ合金の粘性向
上を図るため合金の液相線以下固相線以上の温度におい
てガスを発生するチタン水素化物を添加攪拌して鋳造す
る多孔質アルミニウム合金鋳物の製造法の開示がある。
この発明によれば、発泡性を持つアルミニウム合金鋳物
が得られ、その発泡の気孔率は約30〜約60%、気孔
の大きさは約0.05〜約0.20mmとなる。しか
し、上記特公昭51−44084号公報では、気孔率、
気孔ともに大きすぎて気密性がなく、また機械的強度も
不足し、自動車用吸気系部品などには適用できない。
【0012】本発明は、内外で圧力差のある部位に使用
される部品、例えばマニホルドやコレクタなどの自動車
吸気系部品の製造方法に関し、アルミニウム合金溶湯を
酸化させることなく水素を添加することにより、気孔を
気孔同士がつながることなく分散発生させ、肉厚部に引
けなどの鋳造欠陥のない気密性に優れたアルミニウム合
金鋳物の製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の気密性に優れた
アルミニウム合金鋳物の製造方法は、鋳造用アルミニウ
ム合金溶湯中に液相線以上の温度において金属水素化物
を添加することを特徴とする。金属水素化物としてチタ
ン水素化物を用いる。鋳造用アルミニウム合金溶湯中に
は、チタン水素化物を、重量比で、0.001%〜0.
10%添加するのがよい。
【0014】
【作用】金属水素化物は、水素吸蔵合金として使われて
いるように、温度上昇に伴って水素を放出する性質を持
っていることから、700℃程度のアルミニウム合金溶
湯中に添加すれば、以下の式で示すように水素を添加す
ることが可能である。金属水素化物による水素添加によ
り、アルミニウム合金鋳物中に含まれるガスは細かい気
孔に分散し、かつ金属水素化物は酸素を殆ど含有してい
ないので、アルミニウム合金溶湯を酸化させることが少
ない。 MH→M+H (ここで、M:金属)
【0015】かかる金属水素化物としては、TiH2
Mg2NiH2、MgH2 等を用いることができる。特に
チタン水素化物を用いるのが好ましい。チタン水素化物
はアルミニウム合金の結晶粒を微細化し、機械的強度を
向上させる作用を持つチタンと水素との化合物であるか
らである。その際、アルミニウム合金溶湯中には、重量
比で、0.001%〜0.10%のチタン水素化物を添
加する。チタン水素化物が0.001%未満では気孔を
発生させる効果がなく、0.10%を越えては、気孔、
気孔率とも大きくなり、気密性、機械的強度が得られな
いからである。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (実施例1)(JIS)AC4Bアルミニウム合金10
kgを黒鉛坩堝で溶解して700℃に保持し、チタン水
素化物(TiH2 )を重量比で、0.001%〜0.0
9%添加した。そして、銅製金型に鋳造し、試料を作製
した。
【0017】表1は、TiH2 添加前の溶湯、本発明例
のTiH2 を添加した溶湯、および従来例のじゃがいも
を添加した溶湯を各々同じ銅製金型により作製した鋳造
品の水素量、酸素量およびノロ発生状況を示すものであ
る。なお、水素量は、銅製金型で急冷した鋳造品の下部
から分析試料を採取し、ランズレー式水素分析法により
測定した。また、酸素量は水素量測定と同様に、鋳造品
の下部から採取した分析試料を不活性ガス中融解赤外線
吸収法により分析して測定した。
【0018】 (表1) 添加材 添加量 水素量 酸素量 ノロの発生 (wt%) (cc/100g) (wt%) 添加前 − − 0.18 0.002 − 本発明例 1 TiH2 0.001 0.24 0.002 無 2 TiH2 0.002 0.29 0.002 無 3 TiH2 0.004 0.41 0.002 無 4 TiH2 0.006 0.52 0.002 無 5 TiH2 0.010 0.54 0.002 無 6 TiH2 0.090 0.63 0.002 無 比較例 7 じゃがいも 0.05 0.52 0.006 大
【0019】本発明例1〜6から、アルミニウム合金溶
湯にTiH2 を添加したものは、添加前に比べ水素量が
増加しており、TiH2 添加量0.001%で水素添加
が可能であることがわかる。これまでの経験から水素量
は0.3cc/100g程度以上であれば引け巣の分散
に有効であることがわかっているので、TiH2 の添加
量は0.002%以上が好ましい。
【0020】一方、比較例7のじゃがいも添加でも、水
素量は0.52cc/100gになっているが、ノロが
大量に発生する。そのノロを取り除いた後の溶湯から採
取した分析試料の酸素量は0.002%から0.006
%に増加していることから、溶湯中の酸化物も3倍程度
に増加しているものと思われる。これに対し、TiH2
では酸素量は全く増加せず、ノロの発生も殆どない。
【0021】(実施例2) (JIS)AC4Bアルミニウム合金を黒鉛坩堝で溶解
して700℃に保持し、チタン水素化物(TiH2 )を
重量比で0.010%添加した。この溶湯を用いて、図
5に示す薄肉部の肉厚5mmのマニホルド4を100個
鋳造した。
【0022】そして、マニホルド4の開口部6a、6b
を閉鎖して水没し、内部に0.3MPaの空気圧をかけ
て漏れの発生を検査した。その結果、鋳造した100個
とも漏れは発生せず、気密性が良く、吸気系部品として
優れていることがわかった。また、肉厚5mm部の断面
の気孔の状況を図1に示すが、膜状酸化物が少ないた
め、気孔3cは微細球状になっている。一方、図2に比
較例7のじゃがいも添加による溶湯により作製した鋳物
の肉厚5mm部の断面の気孔の状況を示すが、膜状酸化
物が多いため気孔3cが粗大で細長くなっている。上記
の本発明例では、金属水素化物としてチタン水素化物
(TiH2 )について示したが、他の金属水素化物でも
同様の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の気
密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法は、アル
ミニウム合金溶湯中に液相線以上の温度において金属水
素化物を添加することにより溶湯を酸化させることなく
水素添加でき、ノロなどの除滓作業も不要で、酸化物も
増加せずに、鋳物の引け巣を細かい気孔に分散させるこ
とができる。本発明の製造方法によるアルミニウム合金
鋳物は、自動車用給気系部品としてのマニホルドやコレ
クタなどに用いて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の水素化チタンを鋳造用アル
ミニウム合金溶湯に添加して得られたアルミニウム合金
鋳物内部断面の結晶粒の状況を示す図である。
【図2】比較例のじゃがいもを鋳造用アルミニウム合金
溶湯に添加して得られたアルミニウム合金鋳物内部断面
の結晶粒の状況を示す図である。
【図3】アルミニウム合金鋳物の結晶粒界に発生する気
孔を示す図である。
【図4】自動車用吸気系部品のマニホルドやコレクタな
どのボス部に発生する引け巣あるいはザク巣の態様を示
す図である。
【図5】自動車用吸気系部品としてのマニホルドの外観
形状を示す図である。
【符号の説明】
1:結晶粒、 3:気孔、 4:マニホル
ド、 5:結晶粒界、6:開口部、 7:ボス
部、 10:ザク巣。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳造用アルミニウム合金溶湯中に液相線
    以上の温度において金属水素化物を添加することを特徴
    とする気密性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 金属水素化物がチタン水素化物であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の気密性に優れたアルミニ
    ウム合金鋳物の製造方法。
  3. 【請求項3】 鋳造用アルミニウム合金溶湯中に重量比
    で0.001%〜0.10%のチタン水素化物を添加す
    ることを特徴とする請求項2記載の気密性に優れたアル
    ミニウム合金鋳物の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009166130A (ja) * 2001-05-16 2009-07-30 Evonik Goldschmidt Gmbh 金属成形部品の製造方法

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