JP2002534272A

JP2002534272A - 半固体金属の熱加圧室式ダイカスティング

Info

Publication number: JP2002534272A
Application number: JP2000593432A
Authority: JP
Inventors: モートンシー．フレミングス，; セルジオギャロ，
Original assignee: テクシド，エス．ピー．エイ．
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2002-10-15
Also published as: US20010037868A1; WO2000041831A1; US20030079854A1; US20020084053A1

Abstract

(57)【要約】半固体状態の金属をダイ鋳造する熱加圧室方法。半固体金属は、高い粘度を有し、これは、固相比および固相の形態を制御することによって制御され得る。溶融物の粘度を制御することによって、乱流そして結果としてガス混入が、最小化されるかまたは除外され得る。さらに、収縮が実質的に減少され、これによって、間隙および熱間亀裂を減少し、より強く、より信頼のある鋳造物が形成される。本発明のダイカスティング方法は、半固体組成物が、その液相線温度と固相線温度との間に保たれ、そして相互接続した樹枝状ネットワークの形成を防止するために攪拌される。この組成物は、液体中の固体粒子のスラリーを形成し、このスラリーは浸漬されたポンプによってダイ中にポンプ注入される。次いで、この材料は冷却されて、このダイの中でこの材料が鋳造される。この材料は、軽合金であり得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本願は、半固体材料の熱加圧室式ダイカスティングのための方法および装置に
関する。

【０００２】（発明の背景）ダイカスティングは伝統的に、冷室式プロセスおよび熱加圧室式プロセスに分
けられている。熱加圧室式プロセスは、注入シリンダが少なくとも部分的に溶融
金属中に浸漬され、従って溶融金属と同じ温度であるという事実によって区別さ
れる。熱加圧室式ダイカスティングは、マグネシウムに基づく合金および亜鉛に
基づく合金のような軽合金に広範に用いられるが、アルミニウム合金を鋳造する
ために商業的に実行可能であるとは見出されていない。これらの合金は一般に、
より高い溶融温度を有し、従って、熱加圧室式プロセスを用いる鋼ダイカスト機
を迅速に劣化させる傾向がある。

【０００３】熱加圧室式カスティングプロセスの利点としては、より高い生産性、減少した
スクラップおよび金属損失、減少したダイ閉鎖圧、ならびに減少したダイ磨耗が
挙げられる。しかし、熱加圧室式プロセスおよび冷室式プロセスの両方とも、充
分に確かな鋳造物を生成することが困難であるという不利益を受ける。液体金属
は一般に、このダイに乱流様式で入り、鋳型ガスを混入し、そして完成した部品
に酸化物介在物を形成する。さらに、凝固収縮は、完成した鋳造物中に間隙を生
じ、そしてときどき亀裂を生じる。本発明の目的は、これらの欠点を最少にする
かまたは除去する、熱加圧室式ダイカスティングシステムを提供することである
。

【０００４】（発明の要旨）本発明は、半固体状態でのダイカスティング材料の熱加圧室式方法を供給する
。この半固体材料は、高い粘度を有し、この粘度は、固相比（ｆｒａｃｔｉｏｎ
）および固相の形態を制御することによって制御され得る。溶融物の粘度を制御
することによって、乱流およびその後のガス混入が最小化され得るかまたは除去
され得る。さらに、収縮は実質的に減少し、それにより、間隙および熱間亀裂が
減少して、より強固でより確実な鋳造物が形成される。

【０００５】１つの局面では、本発明は、ダイカスティングの方法を提供し、この方法では
、半固体組成物が、その液相線温度と固相線温度との間に保たれ、そして相互接
続した樹枝状ネットワーク（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｄｅｎｄｒｉｔｉ
ｃｎｅｔｗｏｒｋ）の形成を防止するために攪拌される。この組成物は、液体
中の固体粒子のスラリーを形成し、このスラリーは浸漬されたポンプによってダ
イ中にポンプ注入される。次いで、この材料は冷却されて、このダイの中でこの
材料が鋳造される。この材料は、例えば、マグネシウム合金、亜鉛合金またはア
ルミニウム合金のような軽合金であり得る。

【０００６】別の局面では、本発明は、半固体材料を鋳造するのに適応した熱加圧室式ダイ
カスト機を含む。このダイカスト機は、組成物を半固体状態で保持するための容
器および半固体材料をダイ中にポンプ注入するためのポンプを備える。攪拌手段
は、樹枝状結晶の形成を防止し、この材料を半固体スラリー状態で保持する。こ
の攪拌手段は、例えば、機械的または電磁気的であり得る。このカスト機を用い
て、マグネシウム合金、亜鉛合金およびアルミニウム合金のような種々の軽合金
を鋳造し得る。ポンプは、ステンレス鋼のような鉄材料を備え得る。

【０００７】（詳細な説明）図１は、マグネシウム合金および亜鉛合金の鋳造のために通常使用されるよう
な、代表的な熱加圧室式ダイカスト機１０を示す。このカスト機は、溶融金属を
強制的に鋳造チャンバ１４に入れるために、浸漬ピストン１２を用いて「排水ポ
ンプ」原理で作動する。

【０００８】液圧シリンダ１６は、ピストンチャンバ１７内でピストン１２を往復運動させ
、ピストンチャンバ１７の端部は、鋳造チャンバ１４に続くグーズネックチャン
バ１８に連結される。ピストン１２がそのストロークの頂部に達すると、溶融金
属２０が、開口２２を通ってピストンチャンバ１７およびグーズネックチャンバ
１８へと流れる。次いで、ピストン１２がチャンバ１８内へと下方に移動すると
きに、これは開口２２をシールし、そして溶融金属を鋳造チャンバ１４へと押し
込む。鋳造チャンバ１４は、２つの鋳型半体２４および２６により規定される。
一旦、鋳造チャンバ１４内の溶融金属２０が凝固すると、鋳型半体２６が動かさ
れて、鋳造部品を解放する。次いで、鋳型は閉じられ、そしてこのシステムの別
のサイクルが実施され得る。従って、グーズネック１８およびシリンダヘッド１
６は、このプロセスにおいて、溶融金属に連続的に曝露される。

【０００９】半固体（またはレオキャスティング）プロセスは、本発明者らのうちの１人の
研究室において、約２０年前に発見された。液相線温度と固相線温度との間の材
料の機械的撹拌は、樹枝状結晶を破壊し得、液体中の球状化した固体粒子のスラ
リーを形成することが見出された。この材料の粘度は、単に撹拌速度を制御する
ことによって、１０^-1〜１０⁸ポアズの範囲の値に設定され得る。半固体処理技
術の詳細な記載は、例えば、Ｆｌｅｍｉｎｇｓらに対する米国特許第３，９５４
，４５５号および同第３，９４８，６５０号に見出され得、これらの両方は、本
明細書中に参考として援用される。レオキャスト鋳造物は、一般に、従来の鋳造
物より均一な強度および低い多孔度の鋳造物である。

【００１０】本発明は、熱加圧室式プロセスを使用して材料をダイ鋳造するために、半固体
処理を使用する。図２は、このプロセスを実施するために設計されたダイカスト
機を示す。これは、図１に示すダイカスト機に類似するが、半溶融金属２１を撹
拌するための機械的スターラー２８を備える。示した実施形態において、この炉
は、カバー２９および圧力入口３０を備え、半溶融金属２１を開口２２を通して
ピストンチャンバ１７へと押し込むのを補助する。加えられる圧力は、標準的な
熱加圧室式カスティングプロセスにおいては、十分に溶融した金属の非常に低い
粘度（代表的には１０^-2ポアズのオーダー）のため、必要ではない。本発明の半
固体組成物の、より高い粘度は、半固体組成物およびカスト機材料の特性に依存
して、適用される圧力を好ましくするか、または必須にさえし得る。

【００１１】任意の所定の実施形態に対する最適な適用圧力は、半固体金属の固体比（ｆｒ
ａｃｔｉｏｎ）、およびピストンチャンバ１７を完全に充填するために所望され
る速度に依存する。本発明によるダイカスト機が、少なくとも３０ｐｓｉゲージ
の圧力（すなわち、大気圧より３０ｐｓｉ高い）を適用し得ることが、好ましい
。所望であれば、適用圧力および半固体金属の粘度は、比較的高い充填速度を提
供し、一方で鋳造チャンバ１４内への流れの乱流を最小にするように、調整され
得る。

【００１２】温度制御装置は、溶融物２０が液相線温度と固相線温度との間にあることを確
実にするために、溶融物２０を比較的狭い温度範囲に維持する。例えば、Ｍｇ−
８％Ａｌ−１％Ｚｎ（通常のマグネシウム鋳造合金）については、液相線温度と
固相線温度とは約１２０℃異なる。公知のプロセス制御技術を使用して、金属の
温度および粘度が認容可能な限界内に維持されることを確実にし得る。

【００１３】図３は、図２のダイカスト機に関連するダイカスト機の実施形態を図示するが
、機械的撹拌手段ではなく、電磁的撹拌手段を使用する。１セットのコイル３２
が、半溶融金属２０の加熱および撹拌のために、提供される。電磁的な撹拌およ
び加熱の使用は、圧力の適用を単純化し得る。なぜなら、コイル３２は半溶融金
属２１の内部に配置される必要がないからである。

【００１４】半固体材料の熱加圧室式ダイカスティングは、いくつかの利点を与える。必要
とされる温度がより低いことは、減少したエネルギー費用およびカスト機の減少
した磨耗速度を提供し得、そして熱加圧室式法によって安価にダイ鋳造され得る
材料のリストを拡張し得る。さらに、溶融物の増加した粘度は、溶融物がダイに
入る際の乱流を減少させる。減少した乱流は、最小の気体混入をもたらし、従っ
て酸化物介在物の減少した濃度をもたらす。さらに、半固体状態から固体状態へ
の収縮は、完全な液体状態から固体状態への収縮より、相当小さい。従って、収
縮による間隙および熱間亀裂は、本プロセスにおいて減少し、より簡単かつより
安価な鋳型設計を使用することが可能となる。

【００１５】本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮して、または本明細書中に開示した
本発明の実施から、当業者に明らかである。本明細書および実施例は、例示のみ
として考えられ、本発明の真の範囲および意図は、上記の特許請求の範囲により
示されることが、意図される。

【００１６】本発明は、図面のいくつかの図面を参照して記載される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、代表的な熱加圧室式ダイカスト機の例示である。

【図２】図２は、本発明による１つの実施形態の熱加圧室式ダイカスト機の例示である
。

【図３】図３は、本発明による別の実施形態の熱加圧室式ダイカスト機の例示である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイカスティング方法であって、以下：組成物を、該組成物の液相線温度と固相線温度との間の温度に保持する工程；該組成物を攪拌して、相互接続された固体樹枝状ネットワークの形成を防ぎな
がら、別々の固体粒子を液体中に含む一次固体のスラリーを形成する工程；該組成物中に少なくとも部分的に浸漬されたポンプを用いて、該組成物をダイ
にポンプ注入する工程；および該物質を該ダイの中で凝固する工程、を包含する方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法であって、ここで、攪拌する工程が、
機械的攪拌によって達成される、方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法であって、ここで、攪拌する工程が、
電磁気的攪拌によって達成される、方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法であって、ここで、前記組成物が、大
部分の成分としてマグネシウム、亜鉛、およびアルミニウムからなる群から選択
される金属を含む、方法。
【請求項５】請求項４に記載の方法であって、ここで、前記組成物と接触
する前記ポンプの表面が、鉄の材料を含む、方法。
【請求項６】請求項１に記載の方法であって、さらに、前記スラリーに対
して大気圧より大きい圧力を適用する工程を包含する、方法。
【請求項７】熱加圧室式ダイカスト機であって、以下：半固体組成物を、その液相線温度と固相線温度の間に保持するための容器；該半固体組成物を攪拌して、相互接続された固体樹枝状ネットワークの形成を
防ぎながら、別々の固体粒子を液体中に含む一次固体のスラリーを形成するため
の手段；該組成物を鋳造するためのダイ；および該半固体組成物中に少なくとも部分的に浸漬され、そして該ダイ中に該組成物
をポンプ注入するために配置されたポンプ、を備える、熱加圧室式ダイカスト機。
【請求項８】請求項７に記載の熱加圧室式ダイカスト機であって、ここで
、前記攪拌手段が、機械的攪拌器を備える、熱加圧室式ダイカスト機。
【請求項９】請求項７に記載の熱加圧室式ダイカスト機であって、ここで
、前記攪拌手段が、電磁気的攪拌器を備える、熱加圧室式ダイカスト機。
【請求項１０】請求項７に記載の熱加圧室式ダイカスト機であって、ここ
で、該ダイカスト機が、アルミニウム、マグネシウム、および亜鉛からなる群か
ら選択される金属を含む合金を鋳造するために適合される、熱加圧室式ダイカス
ト機。
【請求項１１】請求項１０に記載の熱加圧室式ダイカスト機であって、こ
こで、前記半固体組成物と接触するポンプの表面が、鉄の材料を含む、熱加圧室
式ダイカスト機。
【請求項１２】請求項７に記載の熱加圧室式ダイカスト機であって、さら
に、前記半固体組成物に対して、大気圧より大きい圧力を適用するための圧力入
口を備える、熱加圧室式ダイカスト機。