表面酸化によるアルミニウム鋳鉄の耐アルミニウム合金溶湯溶損性向上機構

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04802
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 淺野 和典 近畿大学, 理工学部, 教授 (50268471)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鋳鉄 / アルミニウム / 溶損 / 酸化皮膜

Outline of Annual Research Achievements

アルミニウム合金鋳物に用いる金型は、生産性向上や低コスト化の観点から、その寿命向上すなわち耐アルミニウム溶湯溶損性 が求められている。本研究では、低コストで優れた耐溶損性が期待できるアルミニウム添加鋳鉄に注目し、これに加熱処理を施して表面に耐溶損性に優れた酸化皮膜を生成させた試料について、その耐溶損性を明らかにすることを目的としている。
アルミニウム含有量を変化させた鋳鉄試料を溶製した結果、含有量の増加とともに溶湯の粘性が増加した。アルミニウムを5mass%以上添加すると鋳鉄基地にAl-Fe系の微細な炭化物が分散した。炭化物の分散によって試料の硬さは上昇したが、引張強さは低下した。すなわち、鋳造性や引張強さを極力低下させないアルミニウム含有量の最大値として、約3mass%であることがわかった。鋳鉄試料に加熱処理を施すことで表面に酸化物が形成された。3mass%アルミニウム含有鋳鉄を973K-1373Kで1-10hの範囲で加熱処理を行い、光学および電子顕微鏡、EPMAによる元素分析により生成した酸化物皮膜の状態を観察・分析した結果、1173K、10hの加熱条件で最も緻密な酸化物皮膜が生成した。この皮膜は、Fe、Si、Alを含む酸化物であることがわかった。
この鋳鉄試料をAC4Aアルミニウム合金溶湯に浸漬したところ、普通鋳鉄や加熱処理しないアルミニウム添加鋳鉄試料に比べて耐溶損性が大きく向上することがわかった。浸漬後の試料断面を分析した結果、酸化物皮膜が基地とアルミニウム合金溶湯の接触や基地への溶浸を防いでいることがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在、アルミニウム含有量を変化させた鋳鉄試料の溶製、試料の組織と機械的性質の解明、加熱処理による酸化皮膜形成における最適な作製条件とともに、加熱処理試料のAC4Aアルミニウム合金溶湯中における耐溶損性の評価をほぼ終えている。これらの進捗については、概ね申請時に提出済みの研究計画調書「１　研究目的、研究方法など」に記載している年度毎の計画通りである。

Strategy for Future Research Activity

提出済みの研究計画調書および交付申請書に記載の通り、推進する。
今年度は、溶湯に用いるアルミニウム合金の組成（Mg含有量）を変化させ、Mg含有量が鋳鉄試料の耐溶損性に及ぼす影響を明らかにしたい。

Causes of Carryover

翌年度に耐溶損性評価にかかる試料溶製のための材料費、および研究実施のための機器の保守・修繕費用が当初計画よりやや多くなる見込みのため。