特許 7592186 半凝固スラリーの製造方法、成形体の製造方法および成形体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】半凝固スラリーの製造方法、成形体の製造方法および成形体

(51)【国際特許分類】

   B22D 1/00 20060101AFI20241122BHJP

   B22D 17/00 20060101ALI20241122BHJP

   B21D 22/00 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

B22D1/00 C

B22D17/00 311

B21D22/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023553801

(86)(22)【出願日】2021-10-12

(86)【国際出願番号】 JP2021037768

(87)【国際公開番号】W WO2023062727

(87)【国際公開日】2023-04-20

【審査請求日】2023-10-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000005256

【氏名又は名称】株式会社アーレスティ

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】弁理士法人真明センチュリー

(72)【発明者】

【氏名】栗田 大渡

【審査官】中西 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４４２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８１３２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０４－１５８９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０７８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０５３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０５９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０５０２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １／００－４７／００

Ｃ２２Ｃ ９／００

Ｃ２２Ｃ ２１／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固相および液相からなる半凝固スラリーの製造方法であって、
金属の溶湯を有底の器に入れる準備工程と、
前記器の中の前記溶湯の最も固相率の低い部分における固相率が８０％以上になるまで、前記溶湯の中に入れた棒を前記棒の長さ方向に往復運動して前記溶湯を攪拌する攪拌工程と、を備える半凝固スラリーの製造方法。

【請求項2】

前記攪拌工程における前記往復運動は、前記棒の前記長さ方向に直交する位置が、直前の前記往復運動の前記棒の前記長さ方向に直交する位置と異なる請求項１記載の半凝固スラリーの製造方法。

【請求項3】

前記棒の前記長さ方向に直交する断面において、
前記棒は、互いに間隔をあけて複数存在し、
隣り合う２つの前記棒は、一方の前記棒の中心が、他方の前記棒の太さを７倍した長さを半径とし他方の前記棒の中心を中心とする円の中に位置する請求項１又は２に記載の半凝固スラリーの製造方法。

【請求項4】

前記準備工程の後であって、前記攪拌工程よりも前に、又は、前記攪拌工程と同時に、前記器の中の前記溶湯を電磁攪拌によって攪拌する電磁攪拌工程を備える請求項１から３のいずれかに記載の半凝固スラリーの製造方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の半凝固スラリーの製造方法によって、前記半凝固スラリーを得た後、前記半凝固スラリーを加圧して変形させて成形する成形工程を備える成形体の製造方法。

【請求項6】

プレス成形品であり、初晶および共晶からなりファイバーフローが連続して存在する金属製の成形体であって、
加圧された方向に垂直な平面上に投影した外形線の２点を結ぶ線分のうちの最も長い線分を引き、その線分に垂直に交わり、且つ、線分を６等分する複数の切断面で切断した各部分から得られる試料の断面における所定の断面上の視野に現出する前記共晶の面積の、前記視野の面積に対する割合である共晶面積率を前記視野ごとに測定したときに、前記共晶面積率の標準偏差を前記共晶面積率の平均値で除した変動係数は０．１５以下である成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半凝固スラリーの製造方法、成形体の製造方法および成形体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

固相および液相からなる金属の半凝固スラリーの製造方法において、特許文献１には、複数の棒を金属の溶湯内で旋回および回転(自転)して半凝固スラリーを生成する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１５７７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

先行技術では、棒を旋回および回転（自転）し金属の溶湯を攪拌するが、固相と液相とが十分に混ざらず、得られる半凝固スラリーの部位ごとの固相率がばらつくという問題点がある。

【0005】

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、半凝固スラリーの部位ごとの固相率のばらつきを小さくできる半凝固スラリーの製造方法、結晶粒の大きさのばらつきを小さくできる成形体の製造方法および成形体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的を達成するために本発明の半凝固スラリーの製造方法は、金属の溶湯を有底の器に入れる準備工程と、器の中の溶湯の最も固相率の低い部分における固相率が８０％以上になるまで、溶湯の中に入れた棒を棒の長さ方向に往復運動して溶湯を攪拌する攪拌工程と、を備える。

【0007】

本発明の成形体の製造方法は、上記半凝固スラリーの製造方法によって、半凝固スラリーを得た後、半凝固スラリーを加圧して変形させて成形する成形工程を備える。

【0008】

本発明の成形体は、加圧された方向に垂直な平面上に投影した外形線の２点を結ぶ線分のうちの最も長い線分を引き、その線分に垂直に交わり、且つ、線分を６等分する複数の切断面で切断した各部分から得られる試料の断面における所定の断面上の視野に現出する共晶の面積の、視野の面積に対する割合である共晶面積率を視野ごとに測定したときに、共晶面積率の標準偏差を共晶面積率の平均値で除した変動係数は０．１５以下である。

【発明の効果】

【0009】

請求項１記載の半凝固スラリーの製造方法によれば、攪拌工程において、溶湯の中に入れた棒を棒の長さ方向に往復運動して溶湯を攪拌するから、高い固相率であっても溶湯が凝固するときの固相と液相とを均質に攪拌し易い。さらに、溶湯の最も固相率の低い部分における固相率が８０％以上になるまで攪拌するから、凝固して固相に成長する液相部分を少なくしながら、固相の周りの液相の分布のばらつきを小さくする。よって得られる半凝固スラリーの部位ごとの固相率のばらつきを小さくし、さらに結晶粒の大きさのばらつきを小さくできる。

【0010】

請求項２記載の半凝固スラリーの製造方法によれば、請求項１記載の半凝固スラリーの製造方法において、棒が往復運動するときの棒の長さ方向に直交する位置が直前とは異なるから、溶湯の棒の長さ方向に直交する複数の位置で、溶湯が凝固するときの固相と液相とを均質に攪拌し易い。よって得られる半凝固スラリーの部位ごとの固相率のばらつきをさらに小さくできる。

【0011】

請求項３記載の半凝固スラリーの製造方法によれば、請求項１又は２に記載の半凝固スラリーの製造方法において、棒の長さ方向に直交する断面において、棒は、互いに間隔をあけて複数存在し、隣り合う２つの棒は、一方の棒の中心が、他方の棒の太さを７倍した長さを半径とし他方の棒の中心を中心とする円の中に位置するから、棒が往復運動する影響を、棒同士の間の溶湯に与えて、溶湯が凝固するときの固相と液相とを均質に攪拌し易い。よって得られる半凝固スラリーの部位ごとの固相率のばらつきをさらに小さくできる。

【0012】

請求項４記載の半凝固スラリーの製造方法によれば、請求項１から３のいずれかに記載の半凝固スラリーの製造方法において、攪拌工程よりも先に、又は、攪拌工程と同時に行う電磁攪拌工程を備えるから、電磁攪拌工程によって、得られる半凝固スラリーの結晶粒の大きさをさらに小さくできる。

【0013】

請求項５記載の成形体の製造方法によれば、請求項１から４のいずれかに記載の半凝固スラリーの製造方法によって部位ごとの固相率のばらつきが小さく、結晶粒の大きさのばらつきが小さい半凝固スラリーを得る。この半凝固スラリーを加圧して変形させて成形するから、いずれの部位においても安定した耐力を持つ成形体を得ることができる。

【0014】

請求項６記載の成形体によれば、加圧された方向に垂直な平面上に投影した外形線の２点を結ぶ線分のうちの最も長い線分を引き、その線分に垂直に交わり、且つ、線分を６等分する複数の切断面で切断した各部分から得られる試料の断面における所定の断面上の視野に現出する共晶の面積の、視野の面積に対する割合である共晶面積率を視野ごとに測定したときに、成形体の共晶面積率の変動係数が０．１５以下であるから、共晶面積率と相関のある耐力の部位ごとのばらつきを小さくできる。よって、いずれの部位においても安定した耐力を持つ成形体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）は棒が溶湯から出ているときの器の断面図であり、（ｂ）は棒が溶湯に入っているときの器の断面図である。

【図2】（ａ）は図１（ａ）とは異なる水平方向の位置で棒が溶湯から出ているときの器の断面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）とは異なる水平方向の位置で棒が溶湯に入っているときの器の断面図である。

【図3】（ａ）は図１（ｂ）のＩＩＩａ－ＩＩＩａ線における器の断面図であり、（ｂ）は図２（ｂ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線における器の断面図である。

【図4】（ａ）は半凝固スラリーの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視ＩＶｂで示した半凝固スラリーの断面図である。

【図5】攪拌工程における、溶湯内の固相および液相の動きを表した模式図である。

【図6】（ａ）は成形体の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ線に垂直な平面上に描いた成形体の投影図である。

【図7】攪拌方法と固相率との関係を示す図である。

【図8】攪拌方法と共晶面積率との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１（ａ）から図４を参照して、一実施の形態における半凝固スラリー４０の製造方法および成形体１００の製造方法について説明する。図１（ａ）は棒３０が溶湯１０から出ているときの器２０の断面図である。図１（ｂ）は棒３０が溶湯１０に入っているときの器２０の断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）では、紙面上下方向、紙面左右方向および紙面垂直方向を、それぞれ器２０の上下方向、左右方向および前後方向という（図２（ａ）、図２（ｂ）及び図５（ａ）から図５（ｄ）においても同じ）。

【0017】

図１（ａ）に示すように、溶湯１０が有底の器２０の中に入れられている。溶湯１０は、金属が溶融したものであって、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、鉄合金が溶融したものである。溶湯１０は、溶融した金属の中に、粉末や繊維を混ぜたものであっても良い。粉末や繊維の材料はＳｉＣやＡｌ_２Ｏ_３などのセラミックス、炭素が挙げられる。準備工程において、溶融状態を維持することができる高温の炉（図示しない）の注ぎ口から注がれて、又は、炉内に容器を入れて汲み、容器から器２０に注がれて、金属の溶湯１０が器２０に入れられる。

【0018】

金属は、溶体化処理および時効処理を行うことで、機械的性質（特に耐力）が向上する熱処理合金であることが好ましい。金属は、例えば、アルミニウム合金のＡ６０００系のＡ６０５１、Ａ６０６１、Ａ２０００系のＡ２０１１、Ａ２０１７、Ａ２６１８及びＡ７０００系の熱処理合金である。また金属は、例えば、マグネシウム合金のＭｇ－Ｚｎ（－Ｚｒ）（ＺＫ系列）、Ｍｇ－Ｚｎ－Ｃｕ（ＺＣ系列）、Ｍｇ－Ｚｎ－ＲＥ（ＺＥおよびＥＺ系列；ここでＲＥは希土類元素を意味する）、Ｍｇ－Ｚｎ－Ｍｎ（－Ａｌ）（ＺＭ系列）、Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ（Ｍｎ）（ＡＺおよびＡＭ系列）、Ｍｇ－Ｙ－ＲＥ（－Ｚｒ）（ＷＥ系列）、Ｍｇ－Ａｇ－ＲＥ（－Ｚｒ）（ＱＥおよびＥＱ系列）、Ｍｇ－Ｓｎ（－Ｚｎ,Ａｌ,Ｓｉ）基合金などの系に基づいたものであっても良い。金属は、そのほか、銅合金、鉄合金が採用される。本実施形態では、金属は、アルミニウムの熱処理合金である。

【0019】

器２０は、溶湯１０の温度に対する高温強度を有し、溶湯１０に反応しないものであれば、金属製または非金属製のものを用いることができる。器２０は、上方が開口し、下方に底２１を有して、上下方向に直交する断面が矩形をしている。器２０の左右方向および前後方向（以下「水平方向」と称す）は、平面の壁２２が右方向、左方向、前方向、後方向に配置され、それぞれ接続している。それぞれの壁２２の下端は底２１の水平方向のそれぞれの端と接続している。

【0020】

棒３０は、互いに間隔をあけて、基部３２の一つの面に複数本接続されている。棒３０の基部３２と接続する反対側の先端には、先のとがった錐状の先端部３１を有している。棒３０の断面の形状は、円、楕円、四角、三角、多角形および星形が採用される。棒３０の断面の形状は、外形に突出する部分が少ない円形状が好ましい。

【0021】

複数の棒３０は、互いに平行に配置されている。棒３０の長さは、器２０に金属の溶湯１０を入れた液面１１から、器２０の底２１までの距離よりも長く設定される。準備工程では、棒３０は、溶湯１０の液面１１の外に出ている。

【0022】

棒３０は、溶湯１０の温度に耐えうる金属または非金属の材料から作られている。少なくとも棒３０の表面にはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などのコーティングが施されている。棒３０は、コーティングによって、溶湯１０との摩擦による損耗および溶湯１０の付着を抑制する。

【0023】

図１（ｂ）に示すように、攪拌工程において、溶湯１０は、器２０に入れられた直後から、又は、器２０に入れられた後所定の時間だけ器２０を大気中、真空中またはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス中に保持して（曝して）から、棒３０が溶湯１０の液面１１から器２０の底２１（下方向）に向けて挿入される。その後、棒３０を棒３０の長さ方向に往復運動させて溶湯１０の攪拌を行う。大気中、真空中または不活性ガス中に保持する場合の所定の時間は、溶湯１０の量、溶湯１０の金属の種類、器２０の形状および大きさ、大気、真空または不活性ガスの雰囲気温度などによって適宜設定される。

【0024】

図２（ａ）は図１（ａ）とは異なる水平方向の位置で棒３０が溶湯１０から出ているときの器２０の断面図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）とは異なる水平方向の位置で棒３０が溶湯１０に入っているときの器２０の断面図である。

【0025】

図２（ａ）の棒３０の水平方向の位置は、図１（ａ）の棒３０の水平方向の位置から距離ａだけ右方向に移動した位置である。図１（ｂ）に示すように、棒３０は、一度器２０の底２１に向けて挿入された後、器２０の底２１から溶湯１０の液面１１に向けて上昇し、図１（ａ）の棒３０の位置に戻る。その後、図２（ａ）に示すように、棒３０は距離ａだけ右方向に移動する。

【0026】

次に、図２（ｂ）に示すように、棒３０は、距離ａだけ右方向に移動した水平方向の位置から、棒３０が溶湯１０の液面１１から器２０の底２１に向けて挿入される。その後、さらに器２０の底２１から溶湯１０の液面１１に向けて上昇し、図２（ａ）の棒３０の位置に戻る。

【0027】

図３（ａ）は図１（ｂ）のＩＩＩａ－ＩＩＩａ線における器２０の断面図であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線における器２０の断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、紙面上下方向、紙面左右方向および紙面垂直方向が、それぞれ器２０の前後方向、左右方向および上下方向を向いている。図３（ｂ）では、点線で示した部分は、図３（ａ）における複数の棒３０の断面のうち代表の４個の断面であって、水平方向へ距離ａだけ移動する前の位置を示している。

【0028】

図３（ａ）に示すように、棒３０の長さ方向に直交する断面において、棒３０は、互いに間隔をあけて複数存在している。隣り合う２つの棒３０は、一方の棒３０の中心が、他方の棒３０の太さＬ１を７倍した長さＬ２を半径とし他方の棒３０の中心を中心とする円の中に位置している。隣り合う棒３０の太さは、それぞれ異なるものであっても良いし、同じであっても良い。

【0029】

距離ａは、棒３０の往復運動ごとにその大きさがかわる変数値（同じ大きさを含む値）である。距離ａが動作する方向も棒３０の往復運動ごとに左右方向、前後方向またはその両方のいずれかの方向に変動する。従って、攪拌工程において、直前の往復運動とは異なる水平方向の位置で棒３０が往復運動を行うことができるので、溶湯１０の水平方向の複数の位置で、溶湯１０が凝固するときの固相５０（後述する）と液相６０（後述する）とを均質に攪拌し易い。

【0030】

棒３０は、溶湯１０の任意の部分の固相率が８０％以上になるまで、図１（ａ）から図３（ｂ）で示した往復運動が繰り返し行われる。なお、溶湯１０の任意の部分の固相率が８０％以上になるまでとは、溶湯１０の最も固相率の低い部分において固相率が８０％以上になることを意味している。

【0031】

図４（ａ）は半凝固スラリー４０の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢視ＩＶｂで示した半凝固スラリー４０の断面図である。図４（ａ）の半凝固スラリー４０は、攪拌工程において、溶湯１０を攪拌して、上下方向を反対にして器２０から取り出される半凝固スラリー４０である。半凝固スラリー４０は、固相５０および液相６０が共存している。

【0032】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、攪拌工程後の溶湯１０、即ち半凝固スラリー４０の固相率は、攪拌工程直後の半凝固スラリー４０を器２０から取り出し、水に入れて急冷し、１５か所の断面を金属顕微鏡（２００倍）で観察することによって求めることができる。半凝固スラリー４０の１５か所の各断面は、半凝固スラリー４０の上方から下方に向かう上部４１、中央部４２、下部４３の３ヶ所それぞれの器２０の壁２２と接触していた部分から内側に向かう壁側部４４，４４、中間部４５，４５及び中心部４６の５ヶ所の計１５か所の断面である。急冷されて凝固した部分が半凝固スラリー４０の液相６０の部分である。固相率（％）は、１５か所の各断面において、断面上の視野に現出した固相５０の面積を、視野の面積で除して１００倍して求めることができる。視野は、縦４５０μｍ、横６００μｍの矩形の領域である。

【0033】

攪拌工程における溶湯１０の固相率は、例えば、溶湯１０の動粘度と固相率との相関のグラフを予め作成しておき、棒３０に粘度測定器を備え、攪拌するときの溶湯１０の動粘度を測定することによって、所望の固相率の半凝固スラリー４０を得ることができる。また、攪拌時間と固相率との相関のグラフを予め作成しておき、グラフから所望の固相率となる時間まで攪拌することによって、所望の固相率の半凝固スラリー４０を得ることができる。

【0034】

先端部３１は、とがった先の部分を溶湯１０の液面１１から器２０の底２１に向けて配置されている。先端部３１は、先がとがっているので、溶湯１０が８０％以上である高い固相率であっても溶湯１０内に棒３０を挿入し易い。

【0035】

攪拌工程において、隣り合う２つの棒３０は、一方の棒３０の中心が、他方の棒３０の太さＬ１を７倍した長さＬ２を半径とし他方の棒３０の中心を中心とする円の中に位置し、固相率が８０％以上の高い固相率となるまで攪拌するから、隣り合う棒３０同士の中心から中心までの距離が長くても、その間の溶湯１０を十分に攪拌できる。

【0036】

次に、図５（ａ）から図５（ｄ）を参照して、攪拌工程における溶湯１０内の固相５０及び液相６０の移動について説明する。図５（ａ）は準備工程において、器２０の中に金属の溶湯１０が入ったときの模式図である。図５（ｂ）は攪拌工程において、棒３０が溶湯１０に挿入されたときの溶湯１０の状態を表した模式図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）から所定時間後の溶湯１０の状態を表した模式図である。図５（ｄ）は、図５（ｃ）からさらに所定時間後の溶湯１０の状態を表した模式図である。

【0037】

図５（ａ）から図５（ｄ）の図中において、四角で表された固相５０と、三角で表された液相６０と、は溶湯１０内の固相５０及び液相６０の分布を模式的に表したものである。図５（ａ）から図５（ｄ）では、溶湯１０の液面１１の固相５０の多い部分は省略されている。また、図５（ｂ）から図５（ｄ）では、図を簡略化するため、棒３０は１つを除いて省略されている。

【0038】

図５（ａ）に示すように、炉から器２０に入れられた溶湯１０は、器２０の水平方向の中央部分よりも、器２０の壁２２及び底２１に近い部分から冷やされて、器２０の壁２２及び底２１に近い部分から固相５０が多い第１層７０が形成される。第１層７０の内側には、第１層７０よりも液相６０を多く含む第２層８０が形成されている。第２層８０よりもさらに内側には、器２０の水平方向の中央部分を含み第２層８０よりも液相６０を多く含む第３層９０が形成されている。第１層７０から第３層９０までは、いずれも溶湯１０の液面１１付近（溶湯１０の液面１１の固相５０の多い部分を除いて）を含んでいる。なお、第１層７０と第２層８０との境界および第２層８０と第３層９０との境界は、それぞれはっきりとした境界があるものではないが、説明のため境界線を設けている。

【0039】

図５（ｂ）に示すように、溶湯１０内の固相５０及び液相６０を棒３０の外側に押しのけながら、棒３０が液面１１から底２１に向かって挿入される。押しのけられた固相５０及び液相６０は、棒３０の周りに存在する。

【0040】

次に、図５（ｃ）に示すように、棒３０を溶湯１０の底２１から液面１１に向けて上昇させると、棒３０が溶湯１０内に存在していた部分に、固相５０よりも流動性が高く移動しやすい液相６０が固相５０よりも先に流れ込む。液相６０は固相５０よりも棒３０が存在した底２１に近い部分に多く早く流れ込むから、底２１に近い部分に液相６０が多い溶湯１０が移動する。

【0041】

その後、図５（ｄ）に示すように、棒３０が存在した部分に、液相６０が多い溶湯１０が流れ込んだ後に、固相５０が多い溶湯１０が流れ込む。固相５０が多く存在した第１層７０の固相５０を押しのけ、その部分に液相６０が多い溶湯１０を流し込むことができるから、固相５０と液相６０とが混ざりやすくなる。

【0042】

第１層７０に移動した液相６０が多い溶湯１０は、第２層８０及び第３層９０の位置よりも壁２２及び底２１に近い第１層７０に位置するから、冷やされて固相５０になり易い。固相５０になり難い第２層８０及び第３層９０に存在した液相６０が多い溶湯１０を、固相５０になり易い第１層７０に移動するから、液相６０が多い部分が残らずに、均質に固相５０にすることができる。よって、部位ごとの固相率のばらつきの少ない半凝固スラリー４０を得ることができる。

【0043】

攪拌工程において、溶湯１０は、固相率が８０％以上になるまで棒３０を往復運動して攪拌されるから、固相５０のまわりに存在する液相６０を少なくしながら、固相５０の周りの液相６０の分布のばらつきを小さくする。分布のばらつきの小さい液相６０が近くの固相５０を核としてさらに固相５０を成長させるから、固相５０の粒子（結晶粒）の大きさのばらつきを小さくできる。

【0044】

実施形態では、棒３０の往復運動の速度は、往復運動の大きさにもよるが、例えば２００ｍｍ／秒－３００ｍｍ／秒であって、１秒間に２往復以上行われることが好ましい。１秒間に２往復以上の往復運動が行われるから、それよりも速度が遅い場合と比べて、棒３０を溶湯１０の底２１から液面１１に向けて上昇するときの棒３０が存在した部分に発生する負圧を大きくして、固相５０及び液相６０が流れ込むのを促進させる。よって攪拌する時間を短縮できる。

【0045】

棒３０が往復運動する水平方向の位置は、直前の往復運動の水平方向の位置と異なるから、往復運動の効果を溶湯１０内の水平方向の複数の異なる位置で得ることができる。溶湯１０のいずれの水平方向の位置においても、固相５０及び液相６０が混ざりやすくなり、固相５０及び液相６０の半凝固スラリー４０内の分布が均質になりやすい。よって半凝固スラリー４０の部位ごとの固相率のばらつきを小さくできる。

【0046】

溶湯１０に触れる前の棒３０は、溶湯１０よりも表面温度が低い。従って、棒３０の表面に触れた溶湯１０は、早く凝固しやすい。複数の棒３０の表面温度にはほとんど差がないから、器２０の水平方向の中心近くにある溶湯１０と、器２０の壁２２近くにある溶湯１０とは、溶湯１０の壁２２までの距離に関係なく冷やされる。よって部位ごとの固相率のばらつきを小さくできる。

【0047】

攪拌工程において、棒３０の往復運動のうち棒３０を器２０の底２１から溶湯１０の液面１１に向けて上昇した時、棒３０のうち少なくとも一部が大気などに曝されるので、棒３０が冷却される。棒３０の大気などに曝された部分および冷却された部分が溶湯１０と接触すると固相５０を生成するのを促進する。よって、溶湯１０を凝固する時間を短縮できる。

【0048】

攪拌工程において、棒３０の往復運動のうち棒３０を器２０の底２１から溶湯１０の液面１１に向けて上昇した時、棒３０は、棒３０の外形に突出する部分が少ないから、溶湯１０が棒３０に付着し難い。よって、体積が安定した半凝固スラリー４０を繰り返し得ることができる。攪拌工程において、棒３０は、往復運動しながら振動していても良い。この場合、棒３０を器２０の底２１から溶湯１０の液面１１に向けて上昇するときに、振動によって溶湯１０が棒３０にさらに付着し難くできる。振動する方向は、特に棒３０の長さ方向であることが好ましい。また、棒３０に溶湯１０が付着したとしても、付着した溶湯１０をエアなどで容易に吹き飛ばすことができる。 準備工程の後であって、攪拌工程よりも先に、又は、攪拌工程と同時に、溶湯１０を電磁攪拌する電磁攪拌工程を行っても良い。攪拌工程よりも先に電磁攪拌を行う場合は、電磁攪拌工程の後、時間をあけずに攪拌工程を行うことが好ましい。

【0049】

電磁攪拌を行うと得られる半凝固スラリー４０の固相５０の粒子（結晶粒）の大きさが小さくなる。固相５０の粒子の大きさが小さくなると、固相５０が液相６０と接する面積を増やして、固相５０間に晶出する共晶を多くできる。

【0050】

次いで、得られた半凝固スラリー４０を器２０から成形型内にセットする。成形型を閉じ、半凝固スラリー４０を加圧して、半凝固スラリー４０を変形させて成形体１００（後述する）を成形する。成形型を開き成形体１００を取り出す。その後、成形体１００は、溶体化処理および人工時効処理（合わせて「Ｔ６処理」と称す）を行う。

【0051】

半凝固スラリー４０の液相６０の部分は、成形時に、初晶（固相５０）の周りに存在し初晶を成長させる部分と、初晶（固相５０）の成分とそのほかの元素とを含む共晶になる部分と、になる。共晶になる部分は、初晶の元素と、初晶とは異なる元素と、を含んでいる。共晶は、初晶以外の元素が初晶の周りに一定程度存在するから、成形体１００を成形後、得られた成形体１００に溶体化処理および時効処理を行うと、初晶の周りに強化機構である析出相が析出（生成）する。析出相が生成されると、初晶は、粒子間のすべりによる移動が析出相により抑制され、成形体１００の機械的性質（特に耐力）を向上させる。

【0052】

得られた成形体１００は、固相率が高く、部位ごとの固相率のばらつきの少ない半凝固スラリー４０を用いて成形したから、固相５０（初晶）間に晶出する共晶の分布のばらつきも少ない。従ってＴ６処理を行った成形体１００は、析出相の分布のばらつきが少なく、機械的性質（特に耐力）の分布のばらつきの少ない成形体１００を得ることができる。

【0053】

成形体１００は、例えば、ハウジングに用いられるプレス成形品である。プレス成形は、成形型を使用した絞り加工、鍛造加工などが採用される。成形体１００は、金属の結晶組織のもつ流れであるファイバーフロー（鍛流線）が連続して存在している。

【0054】

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、成形体１００の共晶面積率および共晶面積率の変動係数の求め方について説明する。図６（ａ）は、成形型内で加圧されて取り出され、Ｔ６処理を行った成形体１００の斜視図である。図６（ａ）のＡ線は、成形体１００が成形型内で加圧される方向に沿った線である。成形体１００が加圧される方向は、上面１０１から下面１０２に向かう方向、下面１０２から上面１０１に向かう方向、又は、上面１０１、下面１０２の両方からでも良い。また上面１０１、下面１０２は凹凸があっても良いし、上面１０１の形状と下面１０２の形状とが異なるものであっても良い。

【0055】

図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ線に垂直な平面上に描かれた成形体１００の投影図である。図６（ｂ）に示すように、まず、成形体１００の投影図の外形線１０３上の２点１１０，１１１を結ぶ線分のうち最も長い線分１１２を引く。次に、線分１１２に垂直に交わり、且つ、線分１１２を６等分する５つの切断面１１３で成形体１００を切断する。その６等分した各部分から得られる試料の断面から各部分の共晶面積率を求めることができる。本実施の形態では、成形体１００を切断面１１３で６等分した各部分の試料の断面から共晶面積率を求めているが、成形体１００を６つ以上の切断面１１３で７等分以上した各部分の試料の断面から共晶面積率を求めても良い。

【0056】

共晶面積率は、断面上の視野に現出する共晶の面積の、視野の面積に対する割合である。成形体１００は、共晶面積率を視野ごとに複数測定したときに、共晶面積率の標準偏差を共晶面積率の平均値で除した変動係数が０．１５以下である。成形体１００の断面は、成形体１００の直交方向において長手方向が存在する場合は、成形体１００を長手方向に距離を等分した６か所以上の部分から得られる断面である。断面上の視野は、縦４５０μｍ、横６００μｍの矩形の領域である。

【0057】

成形体１００は、共晶面積率の変動係数が０．１５以下であるから、共晶面積率の平均値の大きさに対する共晶面積率のばらつきが少ない成形体１００を得ることができ、共晶面積率と相関のある耐力の部位ごとのばらつきを小さくできる。よって、いずれの部位においても安定した耐力を持つ成形体１００を得ることができる。

【実施例】

【0058】

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【0059】

金属の溶湯１０を異なる攪拌方法によって攪拌した半凝固スラリーのサンプル１－３を作製した。金属は、アルミニウムの熱処理合金であるＡ６０６１を用いた。金属の溶湯１０を入れる器２０は、横６０ｍｍ、縦６０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのステンレス製の有底の断面矩形状のものを用いた。サンプル２及びサンプル３において、棒３０を動作させる速度は、２００ｍｍ／秒－３００ｍｍ／秒で同程度とした。そのほかの条件はすべて同じにした。

【0060】

サンプル１は、準備工程のあと、時間を置かずに１０秒間電磁攪拌のみを行った半凝固スラリーである。サンプル２は、準備工程のあと、時間を置かずに１０秒間電磁攪拌を行った後、さらに時間を置かずに棒３０を３０秒間旋回運動させて攪拌して得られた半凝固スラリーである。サンプル３は、準備工程のあと、時間を置かずに１０秒間電磁攪拌を行った後、さらに時間を置かずに棒３０を３０秒間往復運動させて攪拌して得られた半凝固スラリーである。

【0061】

得られたサンプル１－３を水に入れて急冷し、各サンプルの上部、中央部、下部、及び、サンプルの上部、中央部、下部の３ヶ所それぞれの器２０の壁２２と接触していた部分から内側に向かう壁側部、中間部及び中心部の５ヶ所の計１５か所について断面を金属顕微鏡（２００倍）で観察して固相率を求めた。急冷されて凝固した部分が各サンプルの液相６０の部分である。固相率（％）は、各断面において、その断面上の視野に現出した固相５０の面積を、その視野の面積で除して１００倍してそれぞれ求めた。視野は、１５か所について、それぞれ縦４５０μｍ、横６００μｍの矩形の領域である。図７は攪拌方法の異なる各サンプルと固相率との関係を示した図である。

【0062】

図７に示すように、サンプル１の固相率は５５％－１００％の範囲となり、標準偏差が１３．５１％であった。サンプル２の固相率は３６％－１００％の範囲となり、標準偏差が１９．４０％であった。サンプル３の固相率は８５．２％－１００％の範囲となり、標準偏差は４．１０％であった。サンプル３は固相率が最も低い部分においても固相率８０％以上であった。

【0063】

次に、サンプル１及びサンプル３を、成形型を備えるプレス機により成形型内で７０ＭＰａ－１４０ＭＰａ程度の圧力を加えて成形した成形体をそれぞれ得た。得られた成形体に溶体化処理、人工時効処理を行った後、成形体から各６つの引張試験片を作り、０．２％耐力をそれぞれ測定した。各６つの引張試験片は、各サンプルを加圧する方向に直交する直交方向における長手方向に成形体を６等分した各部位から作られた。０．２％耐力の測定はＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した。引張試験片は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した１４Ｂ号試験片とした。サンプル１の０．２％耐力は７８ＭＰａ－２７１ＭＰａの範囲となり、標準偏差は８１．５８ＭＰａであった。サンプル３の０．２％耐力は２２０ＭＰａ－２５５ＭＰａの範囲となり、標準偏差は８．５４ＭＰａであった。

【0064】

次いで、各６つの引張試験片の引張試験における破断面を研磨して、金属顕微鏡（２００倍）で観察し、共晶面積率をそれぞれ測定した。具体的には、各６つの引張試験片の破断面のそれぞれ縦４５０μｍ、横６００μｍの矩形の領域を任意に設定し、その領域内の共晶面積率を測定した。図８は攪拌方法の異なる各サンプルと共晶面積率との関係を示した図である。

【0065】

図８に示すように、サンプル１の共晶面積率は０．４％－１．５％の範囲となり、標準偏差は０．４１％、平均値は１．０９％であった。サンプル１の共晶面積率の変動係数は０．３８であった。サンプル３の共晶面積率は１．１％－１．６％の範囲となり、標準偏差は０．２０％、平均値は１．４１％であった。サンプル３の共晶面積率の変動係数は０．１５であった。

【0066】

サンプル３は、サンプル１及びサンプル２と比較して、棒３０が上下方向への往復運動を行うことで、溶湯１０内の固相５０及び液相６０を均質に攪拌することができ、固相率の部位ごとのばらつきが小さくなったものと推察される。

【0067】

サンプル３は、共晶面積率の部位ごとのばらつきが小さいから、初晶間の共晶の分布のばらつきが小さい。初晶間の共晶の分布のばらつきが小さいから、溶体化処理および人工時効処理によって得られる析出相の分布のばらつきが小さくなり、０．２％耐力の部位ごとのばらつきが小さくなったものと推察される。

【0068】

以上、実施の形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

【0069】

実施形態では、器２０に入れられる金属の溶湯１０は、アルミニウムの熱処理合金Ａ６０６１の溶湯１０である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。金属は、半凝固スラリー４０を生成することができるものであれば、そのほかの熱処理合金、非熱処理合金を採用することができる。この場合、金属が非熱処理合金の場合であっても、攪拌工程によって得られる半凝固スラリー４０を加圧して成形された成形体１００は、初晶間の強化機構である析出相は生成しないが、結晶粒の大きさのばらつきが小さく、且つ、初晶および共晶の分布のばらつきが小さいから、いずれの部位においても安定した耐力の成形体１００を得ることができる。

【0070】

実施形態では、器２０は、上下方向に直交する断面が矩形のものを説明したが、必ずしもこれに限られものではない。器２０は、上下方向に直交する断面が円、楕円、多角形状のものを採用することは当然可能である。

【0071】

実施形態では、棒３０は、複数の棒３０が互いに平行に配置されているものを説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。棒３０は、互いに平行でないものであっても構わない。各棒３０の配置を器２０の形状に合わせて適宜設定することは当然可能である。また、器２０の形状に関係なく、設定することも当然可能である。各棒３０は、例えば、器２０の底２１及び壁２２に向かうように互いに広がって配置されるものであっても構わない。

【0072】

実施形態では、棒３０が複数ある場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。棒３０が単数であるものでも構わない。

【0073】

実施形態では、攪拌工程において、棒３０は、溶湯１０の液面１１から先端部３１がでるまで往復運動の上方への移動を行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。棒３０は、先端部３１が溶湯１０内に位置したまま上下方向の往復運動を繰り返すことは当然可能である。

【0074】

実施形態では、電磁攪拌工程を攪拌工程よりも先に又は同時に行う半凝固スラリー４０の製造方法を説明したが、必ずしもこれに限られない。電磁攪拌以外の攪拌方法と攪拌工程とを組み合わせて攪拌することも当然可能である。電磁攪拌以外の攪拌方法は、超音波振動によって攪拌する方法、溶湯１０内にガスを注入して攪拌する方法、高周波誘導によって攪拌する方法、棒３０を自転、公転、振動させて攪拌する方法、及び、それらを組み合わせて攪拌する方法などが例示される。

【0075】

実施形態では、成形工程において、半凝固スラリー４０は、器２０から成形型の型内にセットされ加圧されて成形される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。金属の溶湯１０を準備工程において型に直接入れて、攪拌工程により型内で半凝固スラリー４０を得た後、そのまま加圧されて成形するものであっても良い。この場合、器２０は、金属の溶湯１０が入れられる型である。

【符号の説明】

【0076】

１０ 溶湯
２０ 器
２１ 底
３０ 棒
４０ 半凝固スラリー
５０ 固相
６０ 液相
１００ 成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】