DE10392959T5 - Aluminiumgusslegierungsstrang und Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung dafür - Google Patents

Aluminiumgusslegierungsstrang und Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung dafür Download PDF

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Abstract

Aluminiumgusslegierungsstrang, hergestellt durch ein horizontales Stranggießverfahren unter Einsatz einer röhrenförmigen Form, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal ist, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist, wobei der Strang einen Si-reichen Teil mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf einer Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gusslegierungsstrang aus einer Aluminiumlegierung und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum horizontalen und kontinuierlichen Herstellen des Gussstranges.
  • Stand der Technik:
  • Im Allgemeinen produziert das horizontale und kontinuierliche Gießen eines geschmolzenen Metalls einen langen Gussblock mit zylindrischer, quaderförmiger oder hohlzylindrischer Form durch das folgende Verfahren. Geschmolzenes Metall, das in einem Ofen gehalten wird, wird durch eine hitzebeständige Leitung in eine röhrenförmige Form gegossen, die im Wesentlichen horizontal angeordnet ist und erzwungen gekühlt wird, und dann in der Form gekühlt, wodurch auf der äußeren Oberfläche des so gekühlten geschmolzenen Metalls eine verfestigte Hülle gebildet wird. Der erhaltene Gussblock wird dann kontinuierlich aus der Form entfernt, während ein Kühlmittel (beispielsweise Wasser) direkt auf den Block gesprüht wird, wodurch sich die Verfestigung in das Innere des Blockes fortsetzt. Ein solches kontinuierliches Gießverfahren ist jedoch prinzipiell unausweichlich mit den folgenden Problemen behaftet.
  • Ein erstes Problem wird nachfolgend beschrieben. Da die Form so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, wird das geschmolzene Metall in der Form aufgrund der Schwerkraft gegen den unteren Bereich der Forminnenwand gedrückt. Deshalb wird das geschmolzene Metall in der Form ungleichmäßig gekühlt. Das heißt, der untere Bereich des geschmolzenen Metalls wird schneller gekühlt als der obere Be reich. Folglich kommt es über der Mittelachse des Gusslegierungsstranges zu einer endgültigen Verfestigung, sodass der Gussblock keine gleichförmige metallografische Struktur erhält.
  • Ein zweites Problem ist das folgende. Wenn Schmiermittelöl durch einen Bereich der Forminnenwand, der sich in der Nähe des Einlassendes der Form befindet, gleichmäßig auf die gesamte Forminnenwand gegeben wird, um das Festfressen des geschmolzenen Metalls an die Innenwand zu verhindern, steigt das Schmiermittelöl von dem unteren Bereich der Innenwand zu dem oberen Bereich auf, was auch den Unterschied zwischen der Schwerkraft, die auf die obere Oberfläche des Gussblockes wirkt, und diejenige, die auf die untere Oberfläche wirkt, zurückzuführen ist. Zusätzlich steigt Gas, das durch die thermische Zersetzung des Schmiermittelöls gebildet wird, in den oberen Bereich der Innenwand auf. Deshalb wird die Schmiermittelgrenzfläche, die zwischen der Forminnenwand und der verfestigten Hülle, die sich im Außenbereich des geschmolzenen Metalls bildet, oder des Gussblockes nicht homogen. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird im unteren Bereich der Form, da das geschmolzene Metall in Kontakt mit der Forminnenwand steht, im Wesentlichen kein Abstand zwischen der verfestigten Hülle und der Forminnenwand bereitgestellt. Deshalb kann das Schmiermittelöl der verfestigten Hülle, die sich im Außenbereich des geschmolzenen Metalls bildet, oder dem Gussblock nicht zugegeben werden, was zu einer Anhaftung des geschmolzenen Metalls an die Forminnenwand führt. Im Ergebnis wird die verfestigte Hülle gebrochen, sodass es zu einem Ausfluss an nicht-verfestigtem geschmolzenen Metall kommt, was zur Bildung von erheblichen Gussfehlern oder zum Brechen des Gussblockes führt, sodass der Gießvorgang nicht durchgeführt werden kann. Gleichzeitig wird im oberen Bereich der Form, da überschüssige Menge des Schmiermittelöls vorhanden ist, das geschmolzene Metall unzureichend in der Form gekühlt, sodass nicht- verfestigtes geschmolzenes Metall aus dem oberen Bereich des Gussblockes fließt.
  • Herkömmlich sind verschiedene Maßnahmen zum Lösen dieser fundamentalen Probleme, die sich beim horizontalen kontinuierlichen Metallgussverfahren ergeben, vorgeschlagen worden. Beispielsweise offenbart JP-B HEI 8-32356 ein Gießverfahren, worin Poren oder Furchen auf der Innenwand der Form bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass eine übermäßige Menge des Schmiermittelöls in den oberen Bereich der Form gespeist wird.
  • Herkömmliche Gießverfahren (einschließlich der vorstehend beschriebenen Verfahren) haben jedoch Schwierigkeiten dahingehend, eine Veränderung der Oberflächenzustände eines Gussstranges zu verhindern, da die Gießbedingungen (beispielsweise das Einspeisevolumen des Schmiermittelöls, die Gussgeschwindigkeit und die Gießtemperatur in dem Ofen), die sehr sorgfältig reguliert werden müssen, in komplizierter Weise miteinander wechselwirkend, was insbesondere der Fall ist, wenn der Gussstrang während des Produktionsvorganges überwacht wird. Im Ergebnis kommt es zum Festfressen, zu Brüchen und zur Bildung von Löchern, was Gießfehler verursacht.
  • Um die vorstehend genannten Probleme, die den herkömmlichen horizontalen kontinuierlichen Gießverfahren anhaften, zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kontinuierlichen Gussstrang aus einer Aluminiumlegierung und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum horizontalen kontinuierlichen Herstellen des Gussstranges bereitzustellen, wobei die Erzeugung von Oberflächendefekten und Brüchen verhindert wird und ein verlässliches kontinuierliches Gießen des Gussblockes in hoher Qualität ermöglicht wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Aluminiumgusslegierungsstrang bereit, der durch ein horizontales kontinuierliches Gießverfahren unter Einsatz einer röhrenförmigen Form hergestellt wird, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist, wobei der Strang einen Si-reichen Teil mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf der Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° umfasst.
  • In dem Aluminiumgusslegierungsstrang hat der Si-reiche Teil eine Si-Mikrostruktur, die primäre α-Aluminiumkristalle mit einem Flächenanteil von weniger als 50%, bestimmt in einem mikrokristallografischen Bild, das aus einem radialen Querschnitt des Stranges erhalten wird, hat.
  • In dem Aluminiumgusslegierungsstrang enthält die Si-Mikrostruktur Si-Körnchen mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 5 μm.
  • Der Aluminiumgusslegierungsstrang enthält Si in einer Menge von 7 bis 14 Massen-%.
  • Der Aluminiumgusslegierungsstrang enthält Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-%.
  • Der Aluminiumgusslegierungsstrang hat eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 50 μm oder weniger und hat, wenn er nach dem Gießen einer Abschälbehandlung unterworfen wird, auf seiner Oberfläche keine Werkzeugspuren.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges unter Einsatz einer röhrenförmigen Form bereit, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung hat, wobei das Verfahren das Kontrollieren des Temperaturunterschiedes der geschmolzenen Aluminiumlegierung, die in die röhrenförmige Form gegossen wird, und deren Verfestigungstemperatur und das Gießen eines Stranges unter Bildung eines Si-reichen Teils mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf der Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° umfasst.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges kann außerdem das Kontrollieren der Geschwindigkeit des Entfernens des Stranges aus der röhrenförmigen Form umfassen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges kann außerdem den Einsatz einer geschmolzenen Aluminiumlegierung, die Si in einer Menge von 7 bis 14 Massen-% und Ca in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% enthält, als Ausgangsmaterial, das Regulieren der Gießgeschwindigkeit auf 200 bis 1.500 mm/min und der Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung auf mindestens die Liquidus-Temperatur der Legierung und den Einsatz einer Form aus einem Material, das eine Art oder eine Kombination von zwei oder mehr Arten von Aluminium, Kupfer und Legierungen davon ist, und mit einer effektiven Formlänge von 15 bis 70 mm als röhrenförmige Form umfassen.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges kann die geschmolzene Aluminiumlegierung mit Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% versetzt werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges kann das zuzugebende Calcium metallisches Calcium mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Massen-% sein.
  • In Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges enthält die röhrenförmige Form auf ihrer Innenwand, die mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung in Kontakt tritt, einen ringförmigen permeablen porösen Bereich mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,005 bis 0,03 L/(cm2 × min).
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges wird der permeable poröse Bereich in einem Bereich von 5 bis 15 mm der effektiven Formlänge bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges bereit, welche einen Schmelzofen, der die geschmolzene Aluminiumlegierung enthält und aus dem die geschmolzene Aluminiumlegierung ausgetragen wird; einen Gießabschnitt, der mit einer zylindrischen Form und einem Kühlmittel ausgestattet ist, und bei dem die geschmolzene Aluminiumlegierung in einen verfestigten Gussblock gegossen wird; einen Beseitigungsantriebsbereich, bei dem der verfestigte Gussblock im Wesentlichen horizontal aus der zylindrischen Form entfernt wird, wobei ein Aluminiumgusslegierungsstrang mit einem Si-reichen Teil gebildet wird; ein Nachweisabschnitt, bei dem ein Bereich des Si-reichen Teils nachgewiesen wird, und aus dem Nachweissignale abgegeben werden; einen Bestimmungsabschnitt, bei dem die Nachweissignale mit vorbestimmten Bestimmungsbedingungen verglichen werden und aus dem Bestimmungssignale abgegeben werden; und eine Kontrolleinheit umfasst, die die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung in dem Schmelzofen, die Kühlmittel des Gießabschnitts und die Geschwindigkeit des Beseitigungsantriebsbereichs kontrolliert, sodass die Nachweissignale unter die vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale fallen.
  • Die Vorrichtung zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges umfasst außerdem einen Calciumeinführungsabschnitt, der durch den Kontrollabschnitt kontrolliert wird, sodass die Nachweissignale unter die vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale fallen.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen eines Aluminiumgusslegierungsstranges umfasst außerdem einen Analyseabschnitt, bei dem die Zusammensetzung der geschmolzenen Aluminiumlegierung analysiert wird und der Datensignale zur Calciummengenmessung auf der Grundlage der analysierten Ergebnisse in den Bestimmungsabschnitt abgibt, wobei die Kontrolleinheit den Calciumeinführungsabschnitt kontrolliert, sodass die Calciummenge unter die vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale aus dem Bestimmungsabschnitt fallen.
  • Da ein Aluminiumgusslegierungsstrang unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen unter Einsatz einer röhrenförmigen Form, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung hat, kontinuierlich gebildet wird, ist es erfindungsgemäß möglich, die Erzeugung von Gießdefekten oder Brüchen in dem Gussblock zu vermeiden und auf der oberen Oberfläche des Aluminiumgusslegierungsstranges einen bandförmigen Si-reichen Teil mit einer relativ hohen Steifheit im Vergleich mit einer üblichen Gussstrangoberfläche zu bilden, was dazu geeignet ist, dass das Ausfließen von nicht-verfestigtem geschmolzenen Metall aufgrund der Reibung zwischen der Oberfläche des Gussstranges und der Forminnenwand zu unterdrücken.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • 1 ist eine anschauliche Ansicht des erfindungsgemäßen Gussstranges, 1(a) zeigt dessen Ansicht, und 1(b) zeigt dessen radialen Querschnitt.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Hauptteile einer beispielhaften Produktionsvorrichtung zeigt, die in dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eingesetzt wird.
  • 3 ist eine anschauliche Ansicht des Si-reichen Bereiches des erfindungsgemäßen Gussstranges, 3(a) zeigt die Stufe, bei der Teststücke von dem radialen Querschnitt des Gussstranges gewonnen werden, 3(b) zeigt ein Beispiel des vergrößerten mikrokristallografischen Bildes des Teststückes, und 3(c) zeigt ein weiteres Beispiel eines vergrößerten mikrokristallografischen Bildes des Teststückes.
  • 4 ist eine anschauliche Ansicht, welche die effektive Formlänge der röhrenförmigen Form in der Produktionsvorrichtung der 2 zeigt.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration einer beispielhaften Produktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Graph, der in den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung erhaltene Daten zeigt.
  • 7 ist ein Graph, der in den erfindungsgemäßen Beispielen 5 bis 8 erhaltene Daten zeigt.
  • Beste Ausführungsform der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Aluminiumgusslegierungsstrang wird im Folgenden beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße Aluminiumgusslegierungsstrang wird mittels eines horizontalen kontinuierlichen Gießverfahrens unter Einsatz einer röhrenförmigen Form hergestellt, die so angeordnet ist, dass ihre Hauptachse im Wesentlichen horizontal liegt (d. h. in Längsrichtung), und die Mittel zum erzwungenen Kühlen aufweist, wobei der Gussstrang einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 100 mm hat. Ein Gussstrang mit einem Durchmesser außerhalb dieses Bereiches kann auch hergestellt werden. Der Durchmesser fällt jedoch vorzugsweise in den genannten Bereich, da eine kleine und kostengünstige Ausrüstung ein gesetzt werden kann, wenn ein Gussstrang mit einem solchen Durchmesser einer nachfolgenden Kunststoffbearbeitung (beispielsweise Formen, Walzformen, Ziehen, Rotationsbearbeiten oder Druckformen) unterworfen wird. Wenn der Durchmesser eines herzustellenden Gussstranges geändert wird, wird eine abnehmbare röhrenförmige Form mit einem Innendurchmesser, der dem veränderten Durchmesser des Gussstranges entspricht, eingesetzt, und die Temperatur der geschmolzenen Legierung und die Gießgeschwindigkeit werden entsprechend der einzusetzenden Form bestimmt. Falls gewünscht, werden die Mengen an Kühlwasser und Gleitmittelöl in geeigneter Weise bestimmt.
  • Wie in 1(a) und 1(b) gezeigt wird, hat der erfindungsgemäße Aluminiumgusslegierungsstrang 101 einen länglichen (axialen) bandförmigen Si-reichen Teil 104 mit einer Dicke von mindestens 20 μm (vorzugsweise 30 bis 100 μm) auf der Oberfläche einer Längsseite (die periphere Oberfläche) des Stranges mit einem Zentralwinkel 103 von 30° oder mehr (vorzugsweise 40° bis 90°) über dem Mittelpunkt 102 des Stranges. Der Gussstrang hat im Hinblick auf die Tatsache, dass ein Ausfluss von nicht-verfestigter geschmolzener Legierung, der durch Reibung zwischen der Oberfläche des Gussstranges und der Innenwand verursacht wird, verhindert werden kann und dass der Gussstrang während der nachfolgenden Kunststoffbearbeitung mit keinen Problemen behaftet ist, vorzugsweise einen solchen bandförmigen Si-reichen Teil. Wenn der Zentralwinkel unter 30° ist und die Dicke weniger als 20 μm ist, können ausreichende erfindungsgemäße Wirkungen nicht erzielt werden. Zusätzlich wird, während größere Zentralwinkel bevorzugt sind, die Anpassung der Gießbedingungen mit zunehmendem Zentralwinkel strikter.
  • In der vorliegenden Erfindung wird die Dicke des Si-reichen Teils wie folgt definiert:
    Um die Dicke zu erhalten wird zunächst der Si-reiche Teil beispielsweise durch das folgende Verfahren beobachtet.
  • (a) Probennahmepunkt, Probennahmeverfahren und Vorbehandlung von Proben:
  • Gussstrangproben 101 werden von einem hergestellten Gussstrang statistisch gewonnen, und ein Teststück 306, das ein Rechteck mit 2 mal 5 mm ist, wird, wie in 3(b) gezeigt, aus der Längsseitenoberfläche der Probe 101 bei einer Position, die dem oberen Teil der Forminnenwand entspricht, geschnitten. Das Teststück wird mit einem Mikrotom in dünne Stücke geschnitten, und jedes der dünnen Stücke wird für die Beobachtung des radialen Querschnitts der Strangprobe eingesetzt. Der Grund für den Einsatz eines Mikrotoms ist der folgende. Da das zu beobachtende Teststück von der äußersten Oberfläche der Gussstrangprobe erhalten wird, wenn das Teststück mittels eines herkömmlichen Schneideverfahrens in dünne Stücke geschnitten wird, kommt es in jedem der Stücke zu einem Aufrollen, sodass eine verlässliche Beobachtung des Stückes nicht durchgeführt werden kann. Solange ein solches Problem überwunden werden kann, können auch andere Schneidwerkzeuge eingesetzt werden.
  • Auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben werden Teststücke von mehreren Punkten der Längsseite in Umfangsrichtung der Gussstrangprobe geschnitten.
  • (b) Messvorrichtungen und Messbedingungen:
  • Ein Al- oder Si-mikrokristallografisches Bild wird von dem radialen Querschnitt unter Einsatz einer Feldemissions-Auger-Elektronenspektroskopie (FE-AES)-Vorrichtung erhalten. Die FE-AES-Vorrichtung kann beispielsweise ein MICROLAB-310F (Produkt von VG) sein. Der radiale Querschnitt wird beispielsweise unter den folgenden Bedingungen beobachtet: Beschleunigungsspan nung: 10 kV, Stromstärke, der die Probe ausgesetzt wird: 0,8 bis 2,7 nA, Vergrößerung: x 1.000.
  • Für die Oberflächenbeobachtung kann ein Sekundär-Elektronenmikroskop oder EPMA anstelle eines Auger-Elektronenmikroskops eingesetzt werden.
  • (c) Messung der Dicke und andere Daten:
  • 3(b) zeigt ein schematisches Bild, das durch Beobachten der Testprobe 306, erhalten von einem Gussstrang 101 der 3(a), unter Einsatz des Auger-Elektronenmikroskops erhalten wird. Unter Verwendung des so erhaltenen Bildes wird der prozentuale Flächenanteil von α-Al 303 in einem willkürlichen Bereich (10 μm im Quadrat), der sich von der Oberfläche des Gussstranges zu dessen Mittelpunkt erstreckt, erhalten; ein Bereich, in dem der prozentuale Anteil der Fläche von α-Al unter 50% ist, wird als Si-reicher Teil 104 definiert; und die Breite des Si-reichen Bereiches wird als dessen Dicke 302 definiert.
  • Der hier angegebene prozentuale Anteil der Fläche von α-Al bezieht sich auf das Verhältnis der Fläche von α-Al zu derjenigen des vorstehend genannten Bereiches der elektronenmikroskopischen Aufnahme, was mit Hilfe des Punktzählverfahrens berechnet wird.
  • Die mittlere Größe der Si-Körnchen 304 in dem Si-reichen Teil, welche durch Bearbeitung des Auger-Elektronenmikroskopbildes erhalten wird, wird als die mittlere Korngröße von Si-Körnchen definiert, die in der Si-Mikrostruktur enthalten sind.
  • In dem erfindungsgemäßen Gussstrang hat der Si-reiche Teil 104 vorzugsweise eine Si-Mikrostruktur, bei der der prozentuale Anteil der Fläche von α-Al 303 weniger als 50% ist, wie in 3(c) gezeigt. Wenn der prozentuale Anteil der Fläche von α-Al unter 50% ist, hat der Teil der Si-Mikrostruktur eine Härte, die höher ist als diejenige eines Teils, der keine Mikrostruktur hat, und die Gießgenauigkeit wird weiter verbessert, was bevorzugt ist.
  • Die mittlere Korngröße der Si-Körnchen, die in der Si-Mikrostruktur enthalten sind, ist vorzugsweise 0,1 bis 5 μm. Wenn die mittlere Korngröße in den vorstehend genannten Bereich fällt, verstärkt die Si-Mikrostruktur eine Verfestigungshülle, die auf der längsseitigen Oberfläche des Gussstranges gebildet wird, wodurch der Ausfluss von nicht-verfestigtem geschmolzenem Metall aufgrund der Reibung zwischen der Oberfläche des Gussstranges und der Forminnenwand verhindert wird. Zusätzlich kommt es bei dem Gussstrang während der nachfolgenden Kunststoffbearbeitung zu keinem Problem. Die Oberfläche des Gussstranges, welche die Si-Mikrostruktur hat, hat einen metallischen Glanz.
  • Wenn der erfindungsgemäße Gussstrang mittels eines Langzeitgießvorganges hergestellt wird, kann das Festfressen zwischen dem Gussstrang und der Innenwand der Form, ein Brechen des Gussstranges oder der Ausfluss von geschmolzener Legierung verhindert werden. Im Ergebnis kann die Häufigkeit der Regulierung von Betriebsbedingungen (beispielsweise der Menge des Schmiermittelöls, das zugegeben wird, und der Gießgeschwindigkeit) verringert werden, wodurch ein genauer Gießvorgang durchgeführt werden kann.
  • Der vorgeschlagene Mechanismus, über den die vorstehend genannten Wirkungen erzielt werden, ist wie folgt. Der erfindungsgemäße Gussstrang hat einen Si-reichen Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr, und somit ist die Härte der Oberfläche des Gussstranges höher als diejenige der Oberfläche eines herkömmlichen Gussstranges.
  • Deshalb ist es denkbar, dass die Verfestigungshülle im Vergleich zu dem Kontaktwiderstand zwischen dem Gussstrang und der Innenwand der Form stärker wird, und die Bildung von Gießfehlern (wie Festfressen) wird unterdrückt. Der Teil des Gussstranges mit der Si-Mikrostruktur hat einen metallischen Glanz und eine Härte, die höher ist als diejenige eines anderen Teils des Stranges. Gleichzeitig geht man davon aus, dass der obere Teil des Gussstranges (d. h. der Teil, der der oberen Innenwand der röhrenförmigen Form entspricht, die im Wesentlichen horizontal orientiert ist) unzureichend gekühlt, da eine Überschussmenge an Schmiermittelöl in dem Teil vorhanden ist. Wenn der Si-reiche Teil in dem oberen Teil des Gussstranges gebildet wird, wird der obere Teil vermutlich zuverlässig verfestigt, wodurch der Ausfluss von nicht-verfestigter geschmolzener Legierung verhindert werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Gussstrang enthält vorzugsweise Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% (stärker bevorzugt 0,003 bis 0,05 Massen-% und noch stärker bevorzugt nicht weniger als 0,006, insbesondere 0,006 bis 0,04 Massen-%). Das liegt daran, dass, wenn der Gussstrang Calcium in einer solchen Menge enthält, die Härte der Oberfläche des Gussstranges weiter erhöht werden kann. Im Ergebnis können die vorstehend genannten Wirkungen weiter verstärkt werden.
  • Der erfindungsgemäße Gussstrang wird als Material für die nachfolgende Kunststoffbearbeitung, wie für das Formen, Walzformen, Ziehen, Rotationsbearbeiten oder Druckformen, eingesetzt. Alternativ dazu wird der Gussstrang als Material für die Bearbeitung, beispielsweise zum Stabformen oder Bohren, oder für ähnliche Verarbeitung eingesetzt. Wenn der Gussstrang einer Kunststoffverarbeitung oder mechanischen Bearbeitung unterworfen wird, wird, falls gewünscht, vor einer solchen nachfolgenden Behandlung die Si-Mikrostruktur von dem Gussstrang durch Abschälen entfernt. Da der Si-reiche Teil und ein Schneidwerkzeug (beispielsweise ein Drehwerkzeug), das für das Abschälen eingesetzt wird, hinsichtlich der Härte keinen großen Unterschied zeigen, kann das Abschälen von dem erfindungsgemäßen Gussstrang leicht durchgeführt werden. Wenn das Abschälen des Gussstranges durchgeführt wird, werden an dem Si-reichen Teil Späne abgebrochen, sodass Probleme während des Abschälens, wie das Verfangen des Schneidwerkzeugs mit den Spänen, verhindert werden können. Im Ergebnis zeigt der erfindungsgemäße Gussstrang verbesserte Bearbeitbarkeit, hervorragende Oberflächeneigenschaften nach dem Abschälen und gute Formbarkeit im nachfolgenden Formungsverfahren, wodurch beispielsweise die Qualität (wie die dimensionale Genauigkeit) des Gussstranges und die Lebensdauer einer Formdüse verbessert werden. Wenn die Oberfläche des Gussstranges einem Abschälen unterworfen wird, hat der erhaltene Gussstrang vorzugsweise eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 50 μm oder weniger und keine Werkzeugspuren. Der Ausdruck "Werkzeugspur", der hier verwendet wird, bezieht sich auf Kratzer, die von Spänen gebildet werden, die in das Schneidwerkzeug (beispielsweise ein Drehwerkzeug), das für das Abschälen eingesetzt wird, eindringen, wobei dies durch visuelle Beobachtung überwacht wird.
  • Der gesamte Gussstrang, einschließlich der periphere obere Teil mit einem hohen metallischen Glanz, hat eine sehr glatte Gussoberfläche. Zusätzlich enthält der Gussstrang in seinem Inneren keine Aushöhlung und ist für den Einsatz als Formmaterial geeignet.
  • Selbst wenn der erfindungsgemäße Gusslegierungsstrang ohne Abschälen einer geeigneten Hitzebehandlung unterworfen wird, zeigt der Gussstrang mechanische Eigenschaften, die für das nachfolgende Bearbeiten erforderlich sind.
  • Eine beispielhafte Vorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und ein Herstellungsverfahren, das diese Vorrichtung verwendet, werden im Folgenden beschrieben. das horizontale kontinuierliche Stranggießverfahren, das in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein bekanntes horizontales kontinuierliches Stranggießverfahren sein. Beispielsweise kann ein horizontales kontinuierliches Stranggießverfahren eingesetzt werden, bei dem ein oder mehrere Fluide, die unter einem Gasgleitmittel, einem Flüssiggleitmittel und einem Gas, das durch thermische Zersetzung des flüssigen Gleitmittels erhalten wird, auf die Innenwand einer röhrenförmigen Form, die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist und so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal verläuft, gegeben werden; eine geschmolzene Aluminiumlegierung, die Si enthält, in die röhrenförmige Form durch ein erstes Ende davon gegossen wird, sodass ein zylinderförmiger Hauptkörper einer geschmolzenen Legierung gebildet wird; der Hauptkörper wird in der röhrenförmigen Form verfestigt, sodass ein Gussblock gebildet wird; und der Gussblock wird an einem zweiten Ende der röhrenförmigen Form entfernt.
  • 2 zeigt eine beispielhafte kontinuierliche Gießvorrichtung in der Umgebung einer Form, gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Eintauchausguss 250, eine hitzebeständige Platte 210 und eine röhrenförmige Form 201 werden so angeordnet, dass eine geschmolzene Legierung 255, die in dem Eintauchausguss 250 gehalten wird, durch die hitzebeständige Platte 210 in die röhrenförmige Form 201 gegossen wird. Die röhrenförmige Form 201 ist so angeordnet, dass die Mittelachse 220 im Wesentlichen horizontal liegt. Um die geschmolzene Legierung in einem Gussblock 216 zu verfestigen, werden Mittel zur erzwungenen Kühlung im Inneren der röhrenförmigen Form bereitgestellt, und Mittel zur erzwungenen Kühlung des Gussblockes werden an den Auslass der röhrenförmigen Form bereitgestellt. Wie in 2 gezeigt wird, wird eine Kühlwasserduschvorrichtung 205 bereit gestellt, die ein Beispiel für ein Mittel zur erzwungenen Kühlung des Gussblockes ist. In der Nähe des Auslasses der röhrenförmigen Form wird eine Vorschubvorrichtung (nicht dargestellt) so bereitgestellt, dass der erzwungen gekühlte Gussblock 216 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit aus der Form kontinuierlich entfernt wird. Außerdem wird eine synchronisierte Schneidemaschine (nicht dargestellt) so bereitgestellt, dass der so entfernte Gussstrang in Stücke mit vorbestimmter Länge geschnitten wird.
  • Wie in 2 gezeigt wird, ist die röhrenförmige Form 201 so angeordnet, dass die Mittelachse 220 im Wesentlichen horizontal liegt. Zusätzlich umfasst die röhrenförmige Form 201 Mittel zur erzwungenen Kühlung der Form, wobei diese Mittel zum Kühlen der Innenwand der Form durch Einspeisen von Kühlwasser 202 in die Kühlwasseraushöhlung 204 der Form bereitgestellt wird, wodurch Wärme von der säulenförmigen geschmolzenen Legierung 215, die über die Forminnenwand, die mit der geschmolzenen Legierung in Kontakt steht, in die Form gefüllt wird, entfernt wird, sodass eine Verfestigungshülle auf der Oberfläche der geschmolzenen Legierung gebildet wird; und die Mittel zum erzwungenen Kühlen, die zum Entfernen von Kühlwasser aus der Duschvorrichtung 205 bereitgestellt werden, sodass das Wasser direkt auf dem Gussblock am Auslass der Form aufgetragen wird, wodurch die geschmolzene Legierung in der Form verfestigt wird. Die röhrenförmige Form wird an dem Ende, das dem Auslass der Duschvorrichtung gegenüberliegt, an den Eintauchausguss 250 über die hitzebeständige Platte 210 verbunden. Wie in 2 gezeigt wird, werden Kühlwasser zum erzwungenen Kühlen der Form und Kühlwasser zum erzwungenen Kühlen des Gussblockes über die Kühlwassereinspeiseröhre 203 zugegeben. Diese zwei Typen von Kühlwasser können jedoch getrennt voneinander bereitgestellt werden. Die Mittel zum erzwungenen Kühlen und die Kühlwasserduschvorrichtung der röhrenförmigen Form können in ihren Funktionen mit Kontrollsignalen vorzugsweise kontrolliert werden.
  • Eine wirksame Formlänge (Bezugsbuchstabe L in 4) ist definiert als die Länge, gemessen von dem Punkt, an dem die Mittelachse des Auslasses der Kühlwasserduschvorrichtung die Oberfläche des Gussblockes zur Kontaktoberfläche zwischen der Form und der hitzebeständigen Platte schneidet. Die effektive Formlänge ist vorzugsweise 15 bis 70 mm. Dies liegt daran, dass wenn die effektive Formlänge in den vorstehend genannten Bereich fällt, ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr ausreichend auf der Oberfläche eines Teils des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr gebildet wird. Wenn die effektive Formlänge weniger als 15 mm ist, kann eine gute Beschichtung auf der geschmolzenen Legierung nicht gebildet werden, sodass die geschmolzene Legierung nicht geformt werden kann. Im Gegensatz dazu wird, wenn die effektive Formlänge 70 mm übersteigt, die Wirkung der erzwungenen Kühlung nicht erzielt, sodass die Innenwand der Form die Verfestigung der geschmolzenen Legierung bestimmt, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen der Form und der geschmolzenen Legierung oder der Verfestigungshülle erhöht wird, wodurch das Formen nicht mehr zuverlässig ist (beispielsweise treten Risse auf der Gussoberfläche auf, oder es kommt zu Brüchen des Gussblockes in der Form).
  • Das Material der Form ist vorzugsweise eine Spezies oder eine Kombination von zwei oder mehr Spezies unter Aluminium, Kupfer und Legierungen davon. Die Kombination dieser Spezies kann im Hinblick auf die thermische Leitfähigkeit, Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit bestimmt werden.
  • Die Form umfasst vorzugsweise auf ihrer Innenwand, die mit der geschmolzenen Legierung in Kontakt tritt, ein ringförmiges, permeables, poröses Element 222, das selbstschmierende Eigen schaften hat. Das ringförmige Element wird über die gesamte Innenwand der ringförmigen Form bereitgestellt. Die Luftdurchlässigkeit des permeablen, porösen Elements ist vorzugsweise 0,005 bis 0,03 L/(cm2 × min) (stärker bevorzugt 0,007 bis 0,02 L/(cm2 × min)). Im Hinblick auf die Dicke des permeablen, porösen Elements gibt es keine besondere Einschränkung, die Dicke ist jedoch vorzugsweise 2 bis 10 mm (stärker bevorzugt 3 bis 8 mm). Dies liegt daran, dass wenn die Dicke in den vorstehend genannten Bereich fällt, ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr ausreichend auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einer Zentralachse von 30° oder mehr gebildet wird. Das permeable, poröse Element kann beispielsweise aus Graphit mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,008 bis 0,012 L/(cm2 × min) gebildet sein. Die Luftdurchlässigkeit wird durch Messen der Luftmenge, die ein Teststück (Dicke: 5 mm) pro Minute unter Ausübung eines Druckes von 2 kg/cm2 durchdringt, erhalten.
  • In der röhrenförmigen Form ist das permeable, poröse Element vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 15 mm der wirksamen Formlänge bereitgestellt. Das liegt daran, dass wenn das permeable, poröse Element innerhalb des vorstehend genannten Bereiches bereitgestellt wird, ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr ausreichend auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr gebildet wird. Vorzugsweise wird ein O-Ring 213 auf der Oberfläche bereitgestellt, auf der die hitzebeständige Platte, die röhrenförmige Form und das permeable, poröse Element miteinander in Kontakt sind.
  • Der radiale Querschnitt der Innenwand der röhrenförmigen Form kann eine kreisförmige Form, eine dreieckige Form, eine rechteckige Form oder eine unregelmäßige Form mit weder einer Symmetrieachse noch einer Symmetrieebene annehmen. Wenn ein hohler Gussblock hergestellt wird, kann im Inneren der röhrenför migen Form ein Kern bereitgestellt werden. Die röhrenförmige Form hat offene Enden. Die geschmolzene Legierung wird durch ein erstes Ende der Form (über einen Einlass in der hitzebeständigen Platte) in die Form gegossen, und der verfestigte Gussblock wird von einem zweiten Ende der Form extrudiert oder entfernt.
  • Der Innendurchmesser der Form erhöht sich hin zur Gussblockentfernungsrichtung, sodass der Winkel zwischen der Forminnenwand und der Mittelachse 220 vorzugsweise 0 bis 3° (stärker bevorzugt 0 bis 1°) ist. Wenn der Winkel unter 0° ist, wird während der Entfernung des Gussblockes aus der Form auf den Gussblock am Auslass der Form ein Widerstand ausgeübt, sodass das Gießen nicht durchgeführt werden kann. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Winkel 3° übersteigt, die geschmolzene Legierung unvollständig mit der Forminnenwand kontaktiert, und die Form kann Hitze von der geschmolzenen Legierung oder der Verfestigungshülle nicht ausreichend abführen, was zu einer unzureichenden Verfestigung der geschmolzenen Legierung führt. Im Ergebnis steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Gießprobleme auftreten. Beispielsweise wird auf den Gussblock eine wieder geschmolzene Oberfläche gebildet, oder die nicht-verfestigte geschmolzene Legierung fließt an einem Ende der Form heraus.
  • Der Eintauchausguss umfasst eine die geschmolzene Legierung aufnehmende Öffnung 251, einen Behälter 252 für die geschmolzene Legierung und einen Auslass 253, durch den die geschmolzene Legierung in die Form gegossen wird. Der Eintauchausguss erhält durch den Einlass eine geschmolzene Aluminiumlegierung, deren Zusammensetzung beispielsweise mittels eines Schmelzofens, der außerhalb der Gießvorrichtung bereitgestellt wird, vorbestimmt wird. In dem Eintauchausguss wird das Niveau 254 der geschmolzenen Legierung bei einer Position über der oberen Oberfläche des Formhohlraums gehalten. Wenn mehrfaches Gießen durchgeführt wird, wird die geschmolzene Legierung in verläss licher Weise von dem Eintauchausguss in eine Vielzahl von Formen gegossen. Die geschmolzene Legierung, die in dem Behälter des Eintauchausgusses für die geschmolzene Legierung gehalten wird, wird durch den Einlass 211 für die geschmolzene Legierung, der in der hitzebeständigen Platte bereitgestellt wird, in die Form gegossen. Der Schmelzofen oder der Eintauchausguss ist vorzugsweise mit einer Calcium-einführenden Vorrichtung versehen, und es ist bevorzugt, die Menge an einzuführendem Calcium mit Kontrollsignalen zu kontrollieren.
  • Die hitzebeständige Platte 210 wird für das Trennen des Eintauchausgusses von der Form bereitgestellt. Die Platte kann aus einem hitzebeständigen adiathermen Material bestehen. Beispiele solcher Materialien umfassen Lumiboard (Produkt von Nichias Corporation), Insural (Produkt von Foseco Ltd.) und Fiber Blanket Board (Produkt von Ibiden Co., Ltd.). Die hitzebeständige Platte hat eine Form, sodass ein Einlass für eine geschmolzene Legierung darin gebildet werden kann. Ein oder mehrere Einlässe für die geschmolzene Legierung können in einem Teil der hitzebeständigen Platte gebildet werden, die sich von der Innenwand der röhrenförmigen Form nach innen erstreckt.
  • Die Bezugsnummer 208 bezeichnet ein Fluideinlassröhrchen für das Einspeisen eines Fluids. Beispiele des einzuspeisenden Fluids umfassen Gleitmittelfluide. Das Fluid kann eine oder mehrere Spezies sein, die unter gasförmigen Gleitmitteln und flüssigen Gleitmitteln ausgewählt sind. Vorzugsweise werden ein Einspeisungsröhrchen für ein gasförmiges Gleitmittel und eine Einspeisungsleitung für ein flüssiges Gleitmittel getrennt bereitgestellt. Das Fluid, das unter Druck steht und durch das Fluideinspeisungsröhrchen 208 zugegeben wird, wird durch den umlaufenden Weg 224 geleitet und wird in einen Zwischenraum zwischen der röhrenförmigen Form und der hitzebeständigen Platte eingespeist. Vorzugsweise wird ein Zwischenraum von 200 μm oder weniger bei einem Teil gebildet, an dem die Form und die hitzebeständige Platte miteinander in Kontakt stehen. Der Zwischenraum hat eine Größe, sodass die geschmolzene Legierung nicht in den Zwischenraum eintritt und dass das Fluid durch den Zwischenraum zur Forminnenwand fließen kann. Wie in 2 gezeigt wird, wird der umlaufende Weg 224 an der Außenseite des permeablen porösen Elements 222, das in der röhrenförmigen Form bereitgestellt wird, angeordnet. Das unter Druck stehende Fluid durchdringt das permeable poröse Element, das mit der geschmolzenen Legierung in Kontakt kommt, und wird zur Innenwand 221 der röhrenförmigen Form gespeist. In einigen Fällen wird das flüssige Gleitmittel durch Erhitzen in ein Gas zersetzt, und das vergaste Gleitmittel wird zur Innenwand der röhrenförmigen Form gespeist.
  • Im Ergebnis kann die Gleitfähigkeit zwischen der permeablen porösen Oberfläche der röhrenförmigen Form und dem Außenbereich der metallischen Masse, das heißt dem Außenbereich des Hauptkörpers der zylinderförmigen geschmolzenen Legierung oder dem Außenbereich der Verfestigungshülle, verbessert werden. Da das ringförmige permeable poröse Element an der Forminnenwand bereitgestellt wird, wird eine hervorragende Gleitwirkung erzielt, und ein Aluminiumgusslegierungsstrang mit einem Si-reichen Teil (Dicke: 20 μm oder mehr) auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr kann leicht hergestellt werden.
  • In Anwesenheit einer oder mehrerer Spezies, die unter den eingespeisten gasförmigen und flüssigen Gleitmitteln ausgewählt sind, und des Gases, das durch Zersetzen des flüssigen Gleitmittels erhalten wird, wird ein Eckraum 230 gebildet.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird im Folgenden beschrieben.
  • Wie in 2 gezeigt wird, wird die geschmolzene Legierung in den Eintauchausguss 250 durch die hitzebeständige Platte 210 in die röhrenförmige Form 201 gegossen, welche so angeordnet ist, dass die Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die geschmolzene Legierung wird erzwungen gekühlt und am Auslass der Form verfestigt, wodurch der Gussblock 216 erhalten wird. Der Gussblock 216 wird aus der Form bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit unter Einsatz einer Vorschubvorrichtung, die in der Nähe des Auslasses der Form angeordnet ist, unter Bildung eines Gussstranges kontinuierlich entfernt. Der erhaltene Gussstrang wird in Stücke mit vorbestimmter Länge unter Verwendung einer synchronisierten Schneidemaschine geschnitten.
  • Wenn der Aluminiumgusslegierungsstrang hergestellt wird, werden die Zersetzung und die Temperatur der geschmolzenen Legierung so bestimmt, dass der Si-reiche Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr gebildet wird. Somit wird davon ausgegangen, dass der Zustand der Verfestigungsberührungsfläche 217 der geschmolzenen Legierung und der Zustand des Eckraumes 230 stabilisiert werden. Im Ergebnis wird ein verlässlicher Gussvorgang durchgeführt. Die effektive Formlänge wird ebenfalls so bestimmt, dass ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr gebildet wird.
  • Die Zusammensetzung der geschmolzenen Aluminiumlegierung 255, die in dem Eintauchausguss gehalten wird, wird im Folgenden beschrieben. Die geschmolzene Aluminiumlegierung enthält Si vorzugsweise in einer Menge von 7 bis 14 Massen-% (stärker bevorzugt 8 bis 13 Massen-% und noch stärker bevorzugt 12 bis 13 Massen-%). Und metallisches Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% (stärker bevorzugt 0,003 bis 0,04 Massen-% und noch stärker bevorzugt 0,003 bis 0,03 Massen-%). Zusätzlich zu diesen Komponenten enthält die geschmolzene Legierung vorzugsweise Eisen (0,1 bis 0,5 Massen-%), Kupfer (2,0 bis 9,0 Massen-%), Mn (0 bis 0,5 Massen-%) und Mg (0,2 bis 1,0 Massen-%).
  • Die geschmolzene Aluminiumlegierung, die Si in einer Menge von 8 bis 13 Massen-% enthält, ist insbesondere bevorzugt, da der erhaltene Gussblock hervorragende mechanische Eigenschaften zeigt, was auf die Bildung einer lamellenartigen Mikrostruktur durch Aluminium und Silicium, das in dem Gussblock enthalten ist, zurückzuführen ist, und der Gussblock zeigt aufgrund der Anwesenheit von hartem Silicium eine erhöhte Abriebbeständigkeit.
  • Das Verhältnis zwischen dem Calciumgehalt der Legierung und der Menge an zugegebenem Calcium wird im Folgenden beschrieben.
  • Wenn Calcium unvermeidlich in der Legierung enthalten ist, ist der Calciumgehalt der Legierung, bestimmt durch Analyse, die Gesamtmenge von (1) Calcium, das unvermeidlich in den Ausgangsmaterialien der Legierung enthalten ist (wobei das Calcium hauptsächlich von mit Calcium vermischtem metallischen Silicium, das als Ausgangsmaterial dient, abgeleitet ist) und (2) Calcium, das zu der geschmolzenen Legierung gegeben wird. Wenn beispielsweise Calcium zu der geschmolzenen Legierung nicht gegeben wird, ist das in dem erhaltenen Gussblock nachgewiesene Calcium von dem Ausgangsmaterial abgeleitet und im Gussblock unvermeidlich enthalten. Gleichzeitig wird, wenn Calcium zu der geschmolzenen Legierung gegeben wird, die Menge des zugegebenen Calciums durch Subtrahieren der Menge des unvermeidlichen Calciums von der Gesamtmenge des in dem Gussblock enthaltenen Calciums erhalten.
  • In der vorliegenden Erfindung ist die Menge an Calcium, das in der Legierung enthalten ist, vorzugsweise 0,003 Massen-% oder mehr. Insbesondere ist die Menge des Calciums, das der Legie rung zugesetzt wird, vorzugsweise 0,003 Massen-% oder mehr. Die Gesamtmenge des zugegebenen Calciums und des unvermeidlichen Calciums in den Gussblock ist vorzugsweise 0,004 Massen-% oder mehr (stärker bevorzugt 0,004 bis 0,05 Massen-% und noch stärker bevorzugt 0,05 Massen-% oder weniger). Das liegt daran, dass wenn die Gesamtmenge des Calciums in den vorstehend genannten Bereich fällt, die Bildung eines Si-reichen Teils gefördert wird und Siliciumkörnchen in dem Gussblock feinstzerkleinert werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Gussblockes verbessert werden.
  • Das unvermeidliche Calcium ist in dem metallischen Silicium, das als Ausgangsmaterial der geschmolzenen Aluminiumlegierung dient, enthalten, sodass davon ausgegangen wird, dass es in der Form von Calciumsilicat vorliegt. Gleichzeitig ist denkbar, dass Calcium, das zu der geschmolzenen Aluminiumlegierung gegeben wird, in der Legierung kein Oxid bildet. Deshalb wird, um die Bildung eines Si-reichen Teils zu fördern und Siliciumkörnchen in dem Gussblock zu verkleinern, die Menge des zuzugebenden Calciums vorzugsweise auf mindestens 0,003 Massen-%, stärker bevorzugt auf 0,003 bis 0,03 Massen-% reguliert.
  • Das zu der Legierung gegebene Calcium ist vorzugsweise metallisches Calcium mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Massen-%. Das Calcium ist im Hinblick auf die leichte Durchführbarkeit vorzugsweise in der Form von Granulaten. Nach dem vollständigen Einstellen der anderen Elementarkomponenten außer Calcium werden Calciumgranulate zu der geschmolzenen Legierung gegeben. Um Oxidation der Calciumgranulate während der Zugabe zu verhindern, werden die Granulate vorzugsweise vor der Zugabe mit einer Aluminiumschicht überzogen.
  • Die Anteile der Legierungsbestandteile des Gussblockes können beispielsweise durch das Verfahren in JIS H 1305, welches ein optisches Emissionsspektrometer einsetzt (beispielsweise PDA- 5500, ein Produkt von Shimadzu Corporation), was auf fotoelektrischer Fotometrie basiert, bestätigt werden.
  • Der Höhenunterschied zwischen dem Niveau 254 der geschmolzenen Legierung, die in dem Eintauchausguss gehalten wird, und der oberen Oberfläche der Forminnenwand ist vorzugsweise 0 bis 250 mm (stärker bevorzugt 50 bis 170 mm). Dies liegt daran, dass wenn der Höhenunterschied in den vorstehend genannten Bereich fällt, der Druck der geschmolzenen Legierung, die in die Form gegossen wird, in gutem Gleichgewicht mit den Drücken des flüssigen Gleitmittels und des Gases steht, das durch die Vergasung des Gleitmittels erhalten wird, sodass die Formbarkeit verbessert wird und somit ein Aluminiumgusslegierungsstrang mit einem Si-reichen Teil (Dicke: 20 μm oder mehr) auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr leicht hergestellt werden kann. Wenn in dem Eintauchausguss ein Niveausensor bereitgestellt wird, der das Niveau der geschmolzenen Legierung misst und überwacht, kann das Niveau der Legierung genau kontrolliert werden, wodurch der vorstehend genannte Höhenunterschied bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
  • Das flüssige Gleitmittel kann ein Pflanzenöl sein, das als Gleitmittelöl dient. Beispiele von Pflanzenölen umfassen Rapssamenöl, Kastoröl und Salatöl. Der Einsatz eines solchen Pflanzenöls ist bevorzugt, da es weniger umweltschädlich ist.
  • Die zugegebene Menge an Gleitmittelöl ist vorzugsweise 0,05 bis 5 ml/Minute (vorzugsweise 0,1 bis 1 ml/Minute). Das liegt daran, dass wenn die zugegebene Menge in den vorstehend beschriebenen Bereich fällt, ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr ausreichend gebildet wird. Wenn die zugegebene Menge übermäßig klein ist, werden aufgrund der geringen Gleitfähigkeit in dem Guss block Brüche erzeugt, während, wenn die zugegebene Menge übermäßig groß ist, überschüssiges Gleitmittelöl in den Gussblock eindringt, was zu inneren Defekten im Gussblock führt.
  • Die Geschwindigkeit, mit der der Gussblock aus der Form entfernt wird (d. h. die Gießgeschwindigkeit) ist vorzugsweise 200 bis 1.500 mm/Minute (stärker bevorzugt 400 bis 1.000 mm/Minute)). Das liegt daran, dass wenn die Gießgeschwindigkeit in den vorstehend genannten Bereich fällt, ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr ausreichend gebildet wird, sodass die Gießbarkeit nicht beeinträchtigt wird, selbst wenn die Produktionsbedingungen variieren, und es kann ein Gussblock mit einer feinen gleichförmigen Struktur bei einer hohen Kühlrate erhalten werden.
  • Das Volumen des Kühlwassers, bezogen auf die Form, das aus der Kühlwasserduschvorrichtung in die Form gegeben wird, ist vorzugsweise 5 bis 30 l/Minute (stärker bevorzugt 25 bis 30 l/Minute). Wenn die Menge des Kühlwassers übermäßig gering ist, wird ein Si-reicher Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr unzureichend gebildet. Dies führt dazu, dass Brüche erzeugt werden, und die Oberfläche des Gussstranges kann wieder geschmolzen werden, sodass eine nicht-gleichförmige Struktur gebildet wird, die in dem Gussblock als innerer Defekt verbleibt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Menge des Kühlwassers übermäßig groß ist, eine sehr große Wärmemenge aus der Form entfernt, sodass das Gießen nicht durchgeführt werden kann.
  • Die mittlere Temperatur der geschmolzenen Legierung, die von dem Eintauchausguss in die Form gegossen wird, ist vorzugsweise 600 bis 750°C (stärker bevorzugt 640 bis 680°C), da der Si- reiche Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr ausreichend gebildet wird. Wenn die Temperatur der geschmolzenen Legierung übermäßig niedrig ist, werden große Kristallisationsprodukte in der Form oder an einer Stelle stromaufwärts der Form gebildet, und die Produkte werden in die Gussform mit inneren Defekten gegeben. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Temperatur der geschmolzenen Legierung übermäßig hoch ist, eine große Menge Wasserstoffgas in die geschmolzene Legierung gegeben, sodass es zu Porosität (d. h. inneren Defekten) in dem Gussblock kommt.
  • Das Verfahren zum Nachweisen und Bestimmen des bandförmigen Si-reichen Teils, das der Länge nach auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Gussstranges gebildet wird, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, welche die Konfiguration eines Beispiels einer Vorrichtung 501 zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aluminiumgusslegierungsstranges zeigt.
  • Die Herstellungsvorrichtung 501 umfasst einen Schmelzofen 502, worin die geschmolzene Aluminiumlegierung hergestellt wird, eine Calciumeinlassvorrichtung 503, welche Calcium in den Schmelzofen 502 einführt, eine Gießvorrichtung 504 mit der in 2 gezeigten Konfiguration, in die geschmolzene Aluminiumlegierung aus dem Schmelzofen 502 gespeist wird, eine Beseitigungsvorrichtung 505, welche aus der Gießvorrichtung 504 einen Gussstrang 101 aus Aluminiumlegierung, der mit der Gießvorrichtung 504 gegossen wurde, entfernt, einen Nachweisbereich 506, der einen Bereich eines Si-reichen Teils, der auf der Oberfläche des Gussstranges 101 gebildet wird, nachweist und Nachweissignale abgibt, einen Analyseabschnitt 507, der den Gussstrang 101 hinsichtlich seiner Zusammensetzung analysiert und die Datensignale zur Messung des Calciumgehalts abgibt, einen Bestimmungsabschnitt 508, der die Abgabesignale aus dem Nachweisabschnitt 506 und dem Analyseabschnitt 507 mit vorher festgelegten Bedingungen vergleicht und Bestimmungssignale auf der Grundlage dieses Vergleichs abgibt, und eine Kontrolleinheit 509 umfasst, welche jeden Bereich auf der Grundlage der Abgabesignale kontrolliert, sodass die Bestimmungssignale unter die vorher festgelegten Bedingungen fallen. Es wird angemerkt, dass der Analyseabschnitt weggelassen werden kann, und die Kontrolleinheit kann mehrere Kontrolleinheiten umfassen, die voneinander getrennt sind.
  • Der Schmelzofen 502 wird mit einem Erhitzer (nicht gezeigt) und einem Temperaturdetektor (nicht gezeigt) bereitgestellt. Der Erhitzer wird mittels der Kontrolleinheit 509 kontrolliert, um die Ofeninnentemperatur bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten, und der Temperaturdetektor weist die Ofeninnentemperatur nach und gibt die nachgewiesene Temperatur an die Kontrolleinheit 509 weiter. Es werden auch Vorrichtungen bereitgestellt (nicht gezeigt), die keine Calciumeinführungsvorrichtungen sind und zum Einführen von Metallbestandteilen in den Schmelzofen 502 zur Bildung einer geschmolzenen Aluminiumlegierung dienen. Jede dieser Einführungsvorrichtungen, einschließlich der Calciumeinführungsvorrichtung 503, ist mit einem Einführungsmechanismus (nicht gezeigt) und einem Detektor (nicht gezeigt) zum Nachweisen der eingeführten Menge ausgestattet. Jeder Einführungsmechanismus wird mittels der Kontrolleinheit 509 kontrolliert, um jedes Metall in den Schmelzofen 502 einzuführen, und jeder Detektor weist die eingeführte Menge nach und gibt die nachgewiesene Menge an die Kontrolleinheit 509 weiter. Die Gießvorrichtung 504 ist mit einer Schmiervorrichtung (nicht gezeigt) und einer Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) und Temperaturdetektoren (nicht gezeigt) für die Metallkomponenten ausgestattet. Die Schmiervorrichtung und die Kühlvorrichtung werden mittels der Kontrolleinheit 509 kontrolliert, um die geschmolzene Aluminiumlegierung in einen Gussstrang 101 aus Aluminiumlegierung zu kühlen, und die Temperaturdetektoren weisen die Eintauchausgussinnentemperatur und die Forminnentemperatur nach und geben die nachgewiesenen Temperaturen an die Kontrolleinheit 509 weiter. Die Beseitigungsvorrichtung 505 ist mit einem Geschwindigkeitsdetektor (nicht gezeigt) zum Nachweisen der Beseitigungsgeschwindigkeit ausgestattet und wird mittels der Kontrolleinheit 509 kontrolliert, um den Gussstrang aus der Aluminiumlegierung aus der Gießvorrichtung 504 zu entfernen, und der Geschwindigkeitsdetektor weist die Beseitigungsgeschwindigkeit nach und gibt die nachgewiesene Geschwindigkeit an die Kontrolleinheit 509 weiter.
  • Im Hinblick auf die Tatsache, dass ein Si-reicher Teil des Gussstranges 101 aus einer Aluminiumlegierung sich in seiner Oberflächeneigenschaft von anderen Teilen des Gussstranges unterscheidet, kann der Nachweisabschnitt 506 jeden Detektor enthalten, solange dieser Unterschied nachgewiesen werden kann. Da die Oberfläche des Si-reichen Teils einen metallischen Glanz und/oder einen unterschiedlichen Grad an Rauheit hat, kann beispielsweise ein Detektor, der die Reflexion und/oder die Oberflächenrauheit nachweist, eingesetzt werden, um den metallischen Glanz und/oder den Grad der Rauheit nachzuweisen. Ein optischer Detektor, ein Ultraschalldetektor oder ein Kapazitätsdetektor ist besonders vorteilhaft, weil er den Nachweis ohne Kontakt mit dem Gussstrang führen kann. Da der Detektor den Bereich des Si-reichen Teils nachweisen muss, muss er eine Funktion haben, mit der die Gesamtoberfläche des Gussstranges aus der Aluminiumlegierung mit der vorstehend genannten Oberflächeneigenschaft, die nachgewiesen werden soll, abdeckt, oder eine Funktion zum Abtasten des Nachweisbereiches.
  • Von dem Nachweisabschnitt 506 werden Nachweissignale, die den Ergebnissen der Position und der Oberflächeneigenschaft des Si-reichen Teils des Gussstranges 101 aus der Aluminiumlegierung entsprechen, an den Bestimmungsabschnitt 508 abgegeben.
  • Der Bestimmungsabschnitt 508 hat vorbestimmte Bestimmungsbedingungen und vergleicht die nachgewiesenen Signale über den Si-reichen Teil von dem Nachweisabschnitt 506 und die analysierten Ergebnisse, d. h. die Signale der Calciummengenmessung, aus dem Analyseabschnitt 507 mit den vorbestimmten Bestimmungsbedingungen. Beispielsweise weist er einen Teil nach, bei dem ein Unterschied zwischen den Oberflächeneigenschaften als Begrenzung zwischen dem Si-reichen Teil und dem anderen Teil auftritt, um den Bereich des Si-reichen Teils zu bestimmen. Er hat außerdem die Funktion, eine Rückkopplung mit der Kontrolleinheit 509 zu bewirken, Signale zu kontrollieren, welche die Gießbedingungen auf der Grundlage der Ergebnisse des vorstehend beschriebenen Vergleichs und der Bestimmung kontrollieren.
  • Die Signalverarbeitung, die Bestimmung und das Setzen der Bedingungen können entweder unter Einsatz von analogen oder digitalen Signalen durchgeführt werden.
  • Die Bedingungen zum Bestimmen des Si-reichen Teils umfassen Reflexion und Oberflächenrauheit des Bereiches, der der längsseitigen Oberfläche des Gussstranges 101 aus der Aluminiumlegierung mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° entspricht.
  • Die Temperatur und die Gießgeschwindigkeit der geschmolzenen Aluminiumlegierung werden beim Gießen kontrolliert. Deshalb kann durch Erhöhen der Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung beispielsweise auf der Grundlage der Signale des Gussstranges 101 aus der Aluminiumlegierung, der in der Gießvorrichtung 504 hergestellt wird, wobei diese Signale im Nachweisabschnitt 506 nachgewiesen werden, der Teil mit einem metallischen Glanz erweitert werden. Der Grund dafür liegt darin, dass der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung und der Verfestigungstemperatur zu einem Unterschied im Verfestigungszustand führt, was möglicherweise zur Kontrollierbarkeit der Bildung eines metallischen Glanzes führt. Dasselbe ist auf die Gießgeschwindigkeit anwendbar. Die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung kann durch Kontrollieren der Erhitzungstemperatur für den Schmelzofen 502 eingestellt werden, was zu einer Erhitzung der Metallbestandteile führt, die auf halbem Weg zu und in das Innere des Eintauchausgusses für die thermische Isolierung und dergleichen erhitzt werden. Die Gießgeschwindigkeit kann unter Verwendung einer Vorrichtung eingestellt werden, die das erzwungene Kühlen der Form, die Menge des Kühlwassers aus der Kühlwasserduschvorrichtung, die Beseitigungsgeschwindigkeit der Beseitigungsvorrichtung 505 und die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung einstellen kann.
  • Es ist bevorzugt, dass die Menge des zuzugebenden Calciums bei dem Gießen kontrolliert wird, weil dies den Freiheitsgrad beim Setzen der Gießbedingungen erhöht. Wie in 5 gezeigt wird, ist die Calciumeinführungsvorrichtung 503 als Calciumzugabevorrichtung parallel zur Einführungsvorrichtung (nicht gezeigt) für das Einführen von Metallbestandteilen in den Schmelzofen 502 zur Bildung von geschmolzenem Aluminium angeordnet. Damit können die Mengen der Metallkomponenten und des zuzugebenden Calciums auf einfache Weise in Kombination kontrolliert werden. Die Funktion der Zugabe von Calcium senkt die Verfestigungstemperatur und variiert den Unterschied zwischen der Schmelztemperatur und der Verfestigungstemperatur, was zu einem Unterschied im Verfestigungszustand führt. Dies ermöglicht vermutlich die Kontrolle der Bildung von metallischem Glanz. Derselbe Effekt kann erhalten werden, wenn Calcium direkt in den Eintauchausguss gegeben wird.
  • Um die Menge an zuzugebendem Calcium mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, ist es bevorzugt, den Analyseabschnitt 507 zur Übermittlung von Daten der Calciummengenmessung, die durch Analyse der Zusammensetzung des Gießprodukts erhalten werden, zum Bestimmungsabschnitt 508 bereitzustellen und die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung, die Gießgeschwindigkeit und die zuzugebende Calciummenge auf der Grundlage der Daten zur zugegebenen Calciummenge und der Bestimmungsergebnisse des Bereiches des Si-reichen Teils zu kontrollieren. Dies liegt daran, dass es möglich ist, die Menge des zuzugebenden Calciums auf nicht weniger als 0,003 Massen-% Genauigkeit zu kontrollieren und auch den Bereich des Si-reichen Teils zu kontrollieren.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zur Analyse der Zusammensetzung gibt es keine besondere Einschränkung, solange dieses Verfahren die Calciummenge nachweisen kann. Es kann entweder ein Verfahren, das die Analyse der Calciummenge von der Oberfläche des Gussstranges unmittelbar nach dem Gießen initiieren kann, oder ein Verfahren eingesetzt werden, das die Calciummenge nach dem Entfernen einer Probe off-line messen kann. Ein Verfahren unter Einsatz einer Messzeit von nicht mehr als 1 Stunde ist bevorzugt. Beispielsweise kann für die Messung der Calciummenge eine emissionsspektroskopische Analyse eingesetzt werden.
  • Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, einen Aluminiumgusslegierungsstrang mit einem Si-reichen Teil mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf einer Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° herzustellen.
  • Da der Si-reiche Teil, der auf der oberen Oberfläche des Gusslegierungsstranges gebildet wird, das Festfressen und das Brechen unterdrückt, ist es möglich, einen Aluminiumgusslegierungsstrang stabil herzustellen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges unter Verwendung dieser Produktionsvorrichtung kontrolliert den Unterschied zwischen der Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung und deren Verfestigungstemperatur oder sowohl diesen Unterschied als auch die Geschwindigkeit, bei der der Aluminiumgusslegierungsstrang aus der röhrenförmigen Form entfernt wird, sodass die einfache Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges mit einem Si-reichen Teil mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf einer Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° hergestellt werden kann.
  • Da der Si-reiche Teil, der auf der oberen Oberfläche des Aluminiumgusslegierungsstranges gebildet wird, das Festfressen und das Brechen unterdrückt, ist es möglich, einen Aluminiumgusslegierungsstrang stabil herzustellen.
  • Erfindungsgemäße Beispiele werden nachstehend beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Beispiele 1 bis 4:
  • Metallisches Calcium wurde zu einer Aluminiumlegierung, die Si in einer Menge von 12 Massen-% enthielt, gegeben (Calciumgehalt: 0,003 Massen-% in Beispiel 1, 0,006 Massen-% in Beispiel 2, 0,01 Massen-% in Beispiel 3 und 0,03 Massen-% in Beispiel 4). Die erhaltene geschmolzene Legierung wurde einem horizontalen kontinuierlichen Gießen unter Einsatz des in 2 gezeigten Apparates unterworfen, wodurch ein Block erhalten wurde (Durchmesser: 30 mm). Ein permeables poröses Element aus Graphit mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,01 l/(cm2 × min) wurde in der Form eingesetzt. Die Formbedingungen waren wie folgt.
    • (1) Höhenunterschied zwischen dem Niveau der geschmolzenen Legierung in dem Eintauchausguss und dem oberen Teil der Forminnenwand: 150 mm
    • (2) Gleitmittelöl: Rapssamenöl
    • (3) Einspeisungsmenge des Gleitmittelöls: 0,2 ml/Minute
    • (4) Gießgeschwindigkeit: 900 mm/Minute
    • (5) Einspeisungsmenge des Kühlwassers: 25 l/Minute
    • (6) Mittlere Temperatur der geschmolzenen Legierung in dem Eintauchausguss: 660°C
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, außer dass metallisches Calcium nicht zu der Aluminiumlegierung gegeben wurde, und danach wurde das horizontale kontinuierliche Gießen durchgeführt.
  • 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Gießzeit auf der horizontalen Achse und der Häufigkeit des Auftretens von Gießproblemen (die Anzahl an Problemen, die innerhalb 30 Minuten auftreten) auf der vertikalen Achse in den Beispielen und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Der Ausdruck "Gießproblem" bezieht sich auf das Anhalten des Gießvorganges aufgrund der Erzeugung von Brüchen oder dem Brechen des Blockes. Die Form wurde unmittelbar nach dem Anhalten des Gießvorganges ausgetauscht, und danach wurde der Gießvorgang fortgesetzt.
  • In jedem der Beispiele 1 bis 4 (Gesamtanzahl der tatsächlichen Gießvorgänge: 100) wurden die Gießbedingungen stabilisiert, und die Häufigkeit des Auftretens von Gießproblemen (beispielsweise der Ausfluss von geschmolzener Legierung oder das Brechen des Gussblockes) wurde verringert. Der so hergestellte Gussstrang hatte im oberen Teil seines Außenbereiches eine sehr glatte Gussoberfläche, die einen Bereich mit hohem metallischen Glanz aufwies, und der Gussstrang hatte im Inneren keine Hohlräume.
  • Die Struktur des Bereiches mit metallischem Glanz wurde beobachtet, und es wurde gefunden, dass dieser Bereich eine Si-Mikrostruktur, die α-Al enthielt, aufwies, deren Flächenanteil weniger als 50% war.
  • In Vergleichsbeispiel 1 (Gesamtanzahl an tatsächlichen Gießvorgängen: 100) wurden die Gießbedingungen nicht stabilisiert, und es kam zu einer Veränderung der Gussoberflächenzustände. Ein Festfressen zwischen dem Gussstrang und der Forminnenwand, das Brechen des Gussstranges oder der Ausfluss von geschmolzener Legierung aus der Form aufgrund von Brüchen trat auf. Wenn solche Probleme auftraten, wurde der Gießvorgang angehalten, und entweder die Zugabemenge an Gleitmittelöl oder die Gießgeschwindigkeit wurden bei Bedarf reguliert, was zu einer geringeren Produktionseffizienz führte. Die Oberfläche des so hergestellten Gussstranges wurde visuell beobachtet. Es wurde gefunden, dass die obere Gussoberfläche des Gussstranges ein umlaufendes schuppenartiges Muster aufwies, und die untere Gussoberfläche große oder kleine Bereiche mit Festfresserscheinungen aufwies. Solche nicht-normalen Oberflächenzustände hatten einen schädlichen Einfluss auf das Innere des Gussstranges.
  • Die Tabellen 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse der jeweiligen Beispiele und des Vergleichsbeispiels 1, insbesondere die Ergebnisse der Analyse der Zusammensetzung der Legierung in Tabelle 1, und die Ergebnisse der Messung der physikalischen Eigenschaften des Si-reichen Teils in Tabellen 2 und 3.
  • Figure 00360001
  • Tabelle 2
    Figure 00370001
  • Tabelle 3
    Figure 00370002
  • Beispiele 5 bis 8:
  • Metallisches Calcium wurde zu einer Aluminiumlegierung, die Si in einer Menge von 12 Massen-%, Kupfer in einer Menge von 4 Massen-% und Mg in einer Menge von 0,5 Massen-% enthielt, gegeben (Calciumgehalt: 0,003 Massen-% in Beispiel 5, 0,006 Massen-% in Beispiel 6, 0,01 Massen-% in Beispiel 7 und 0,03 Massen-% in Beispiel 8). Die erhaltene geschmolzene Legierung wurde einem horizontalen kontinuierlichen Gießen unter Verwendung der in 2 gezeigten Vorrichtung unterworfen, wodurch ein Block erhalten wurde (Durchmesser: 50 mm). Ein permeables poröses Element aus Graphit mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,01 l/(cm2 × min) wurde in der Form eingesetzt. Die Formbedingungen waren wie folgt.
    • (1) Höhenunterschied zwischen dem Niveau der geschmolzenen Legierung in dem Eintauchausguss und dem oberen Teil der Forminnenwand: 170 mm
    • (2) Gleitmittelöl: Rapssamenöl
    • (3) Einspeisungsmenge des Gleitmittelöls: 0,3 ml/Minute
    • (4) Gießgeschwindigkeit: 900 mm/Minute
    • (5) Einspeisungsmenge des Kühlwassers: 30 l/Minute
    • (6) Mittlere Temperatur der geschmolzenen Legierung in dem Eintauchausguss: 660°C
  • Vergleichsbeispiel 2:
  • Das Verfahren des Beispiels 5 wurde wiederholt, außer dass metallisches Calcium nicht zu der Aluminiumlegierung gegeben wurde, und es wurde ein horizontales kontinuierliches Gießen durchgeführt.
  • 7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Gießzeit auf der horizontalen Achse und der Häufigkeit des Auftretens von Gießproblemen auf der vertikalen Achse in den jeweiligen Beispielen und dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. Wie im Fall des Beispiels 1 waren die Ergebnisse des kontinuierlichen Gießens in jedem der Beispiele hervorragend. Das heißt, Gießdefekte wurden erheblich reduziert. In jedem der Beispiele (Gesamtanzahl der Gießvorgänge: 100) wurden die Gießbedingungen stabilisiert, und die Häufigkeit des Auftretens von Problemen bei der Durchführung (beispielsweise Ausfluss von geschmolzener Legierung oder das Brechen des Gussblockes) wurde verringert.
  • Ein Teil mit hohem metallischen Glanz, der auf der oberen Oberfläche des Gussstranges gebildet wurde, wurde hinsichtlich seiner Härte gemessen. Die Oberfläche des Gussstranges jedes der Beispiele 5 bis 8, in denen metallisches Calcium zu der Legierung gegeben wurde, hatte eine relativ hohe Härte im Vergleich zu dem Gussstrang des Vergleichsbeispiels 2, worin kein metallisches Calcium zu der Legierung gegeben wurde. Der Bereich des metallischen Glanzes, der allein auf der oberen Oberfläche des Gussstranges, der metallisches Calcium enthielt, gebildet wurde, hatte eine Härte, die relativ höher war als diejenige eines anderen Teils des Gussstranges. Es ist denkbar, dass wenn der Bereich mit metallischem Glanz auf dem oberen Teil des Gussstranges gebildet wird, der Ausfluss von nicht-verfestigter geschmolzener Legierung von dem oberen Teil des Gussstranges verhindert werden kann, wobei der obere Teil des Gussstranges dem oberen Teil der Forminnenwand entspricht, bei dem die geschmolzene Legierung aufgrund der Anwesenheit einer überschüssigen Menge an Gleitmittelöl unzureichend gekühlt wird.
  • Die Struktur des Bereiches mit metallischem Glanz wurde beobachtet, und der Bereich hatte eine Si-Mikrostruktur, die α-Al enthielt, mit einem Flächenanteil von weniger als 50%.
  • Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Beispielen wurden in Vergleichsbeispiel 2 (Gesamtanzahl der Gießvorgänge: 100) die Gießbedingungen nicht stabilisiert, und es trat eine Ände rung der Gießoberflächenzustände auf. Es kam zu einem Festfressen zwischen dem Gussstrang und der Forminnenwand, zum Brechen des Gussstranges oder zu einem Ausfluss der geschmolzenen Legierung aus der Form aufgrund von Brüchen. Wenn solche Probleme auftraten, wurde der Gießvorgang angehalten, und es wurde entweder die Einspeisungsmenge des Gleitmittelöls oder die Gießgeschwindigkeit reguliert, was zu einer geringeren Produktionseffizienz führte. Die obere Oberfläche des Gussstranges des Vergleichsbeispiels 2, worin kein metallisches Calcium zu der geschmolzenen Legierung gegeben wurde, hatte ein umlaufendes schuppenartiges Muster. Zusätzlich hatte die obere Oberfläche des Gussstranges keinen Si-reichen Teil, und die Struktur der oberen Oberfläche war dieselbe wie diejenige im Inneren des Gussstranges.
  • Die Tabellen 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse der jeweiligen Beispiele und des Vergleichsbeispiels 2, insbesondere die Ergebnisse der Analyse der Zusammensetzung der Legierung und die Ergebnisse der Messung der physikalischen Eigenschaften des Si-reichen Teils.
  • Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Messung der mittleren Korngröße der Si-Körnchen, die in der Si-Mikrostruktur des Gussstranges jedes Beispiels enthalten waren.
  • Tabelle 4
    Figure 00410001
  • Beispiele 9, 10, 11 und 12:
  • Das Verfahren des Beispiels 5 wurde wiederholt, außer dass ein permeables poröses Element mit der folgenden Luftdurchlässigkeit eingesetzt wurde: 0,008 l/(cm2 × min) in Beispiel 9, 0,012 l/(cm2 × min) in Beispiel 10, 0,001 l/(cm2 × min) in Beispiel 11 oder 0,1 l/(cm2 × min) in Beispiel 12, und es wurde ein horizontales kontinuierliches Gießen durchgeführt.
  • In den Beispielen 9 und 10 wurden Ergebnisse erhalten, die denjenigen des Beispiels 5 vergleichbar sind. In Beispiel 11 erhöhte sich die Häufigkeit des Auftretens von Gießproblemen (d. h. das Anhalten des Gießvorganges) nicht drastisch, die Gleitwirkung wurde jedoch unzureichend erhalten, und die folgenden Probleme traten vermehrt auf. Festfressen an der Oberfläche des Gussstranges, Brechen des Gussstranges und unzuverlässiger Gießvorgang. In Beispiel 12 erhöhte sich die Häufigkeit des Auftretens von Gießproblemen (d. h. das Anhalten des Gießvorganges) nicht drastisch, es war jedoch eine überschüssige Menge des Gleitmittelöls in der Form vorhanden, und die folgenden Probleme traten vermehrt auf: Ausfluss der geschmolzenen Legierung aufgrund unzureichender Kühlung, Eindringen von Intermediaten in die Oberfläche oder das Innere von Intermediaten in die Oberfläche oder das Innere des Gussstranges und unzuverlässiger Gießvorgang.
  • Industrielle Anwendbarkeit:
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges bereit, sodass der Gussstrang einem Si-reichen Teil mit einer Dicke von 20 μm oder mehr auf der Oberfläche einer Längsseite des Gussstranges mit einem Zentralwinkel von 30° oder mehr hat. Deshalb kann erfindungsgemäß ein zuverlässiger Gießvorgang realisiert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Aluminiumgusslegierungsstrang 101 wird mit einem horizontalen Stranggießverfahren unter Einsatz einer röhrenförmigen Form hergestellt, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist. Der Strang umfasst einen Si-reichen Teil 104 mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf der Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel 103 von mindestens 30°.

Claims (16)

  1. Aluminiumgusslegierungsstrang, hergestellt durch ein horizontales Stranggießverfahren unter Einsatz einer röhrenförmigen Form, die so angeordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal ist, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist, wobei der Strang einen Si-reichen Teil mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf einer Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° aufweist.
  2. Aluminiumgusslegierungsstrang nach Anspruch 1, wobei der Si-reiche Teil eine Si-Mikrostruktur hat, die primäre α-Aluminiumkristalle enthält, deren Flächenanteil weniger als 50%, bestimmt in einer mikrokristallografischen Aufnahme, die von einem radialen Querschnitt des Stranges erhalten wird, ist.
  3. Aluminiumgusslegierungsstrang nach Anspruch 2, wobei die Si-Mikrostruktur Si-Körnchen mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 5 μm enthält.
  4. Aluminiumgusslegierungsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Si in einer Menge von 7 bis 14 Massen-% enthalten ist.
  5. Aluminiumgusslegierungsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% enthalten ist.
  6. Aluminiumgusslegierungsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der eine Oberflächenrauhigkeit Rmax von 50 μm oder weniger hat und, wenn er nach dem Gießen einer Abschälbehandlung unterworfen wird, keine Werkzeugspuren auf der Oberfläche hat.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges unter Einsatz einer röhrenförmigen Form, die so ange ordnet ist, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen horizontal liegt, und die ein Mittel zur erzwungenen Kühlung aufweist, wobei das Verfahren das Kontrollieren des Unterschiedes zwischen der Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung, die in die röhrenförmige Form gegossen wird, und deren Verfestigungstemperatur und das Gießen eines Stranges unter Bildung eines Si-reichen Teils mit einer Dicke von mindestens 20 μm auf der Oberfläche einer Längsseite des Stranges mit einem Zentralwinkel von mindestens 30° umfasst.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 7, das außerdem die Stufe umfasst, bei der die Geschwindigkeit des Entfernens des Stranges aus der röhrenförmigen Form kontrolliert wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 7 oder 8, das außerdem den Einsatz einer geschmolzenen Aluminiumlegierung als Ausgangsmaterial, die Si in einer Menge von 7 bis 14 Massen-% und Calcium in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% enthält, das Regulieren der Gießgeschwindigkeit auf 200 bis 1.500 mm/min und der Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung auf mindestens die Liquidus-Temperatur der Legierung und den Einsatz einer Form aus einem Material, das ein Mitglied oder eine Kombination von zwei oder mehr unter Aluminium, Kupfer und Legierungen davon ausgewählten Mitgliedern ist, und mit einer effektiven Formlänge von 15 bis 70 mm als röhrenförmige Form umfasst.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 9, wobei die geschmolzene Aluminiumlegierung in einer Menge von mindestens 0,003 Massen-% mit Calcium versetzt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 10, wobei Calcium metallisches Calcium mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Massen-% ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die röhrenförmige Form auf ihrer Innenwand, die mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung in Kontakt tritt, einen ringförmigen permeablen porösen Bereich mit einer Luftpermeabilität von 0,005 bis 0,03 L/(cm2 × min) umfasst.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 12, wobei der permeable poröse Bereich innerhalb eines Bereiches von 5 bis 15 mm der effektiven Formlänge angeordnet ist.
  14. Vorrichtung zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges, welche einen Schmelzofen 502, in dem eine geschmolzene Aluminiumlegierung gehalten wird und aus dem die geschmolzene Aluminiumlegierung ausgetragen wird; einen Gießabschnitt 504, der mit einer zylindrischen Form 201 und einem Kühlmittel 202 ausgestattet ist und bei dem die geschmolzene Aluminiumlegierung zu einem verfestigten Gussblock gegossen wird; einen Beseitigungsantriebsbereich 505, bei dem der verfestigte Gussblock von der zylindrischen Form im Wesentlichen horizontal entfernt wird, wobei ein Aluminiumgusslegierungsstrang 101 mit einem Si-reichen Teil 104 gebildet wird; einen Nachweisbereich 506, bei dem ein Abschnitt des Si-reichen Teils nachgewiesen wird und aus dem Nachweissignale abgegeben werden; einen Bestimmungsabschnitt 508, bei dem die Nachweissignale mit vorbestimmten Bestimmungsbedingungen verglichen werden und aus dem Bestimmungssignale abgegeben werden; und eine Kontrolleinheit 509 umfasst, welche die Temperatur der geschmolzenen Aluminiumlegierung in dem Schmelzofen, das Kühlmittel des Gießabschnitts und die Beseitigungsgeschwindigkeit in dem Beseitigungsantriebsbereich kontrolliert, sodass die Nachweissignale in den Bereich der vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale fallen.
  15. Vorrichtung zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 14, die außerdem einen Calciumeinführungsabschnitt 503 umfasst, der durch die Kontrolleinheit 509 kontrolliert wird, sodass die Nachweissignale innerhalb des Bereiches der vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale fallen.
  16. Vorrichtung zur Herstellung eines Aluminiumgusslegierungsstranges nach Anspruch 15, die außerdem einen Analyseabschnitt 507 umfasst, bei dem die Zusammensetzung der geschmolzenen Aluminiumlegierung analysiert wird und der Datensignale der Calciummengenmessung auf der Grundlage der analysierten Ergebnisse an den Bestimmungsabschnitt 508 abgibt, wobei die Kontrolleinheit 509 den Calciumeinführungsabschnitt 503 kontrolliert, sodass die Calciummenge innerhalb des Bereiches der vorbestimmten Bestimmungsbedingungen auf der Grundlage der Bestimmungssignale aus dem Bestimmungsabschnitt fallen.
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