JP2004025302A

JP2004025302A - 鋳造過程用に合金溶湯を調製するための方法および装置

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Publication number: JP2004025302A
Application number: JP2003061264A
Authority: JP
Inventors: Evgenij Sterling; エフゲニー　スターリング
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: US6988529B2; AU2003200990B2; BR0300491B1; DK1344589T3; EP1344589A2; ATE397503T1; KR20030074297A; CN1275725C; SI1344589T1; EP1344589B1; DE10212349C1; MXPA03002089A; CA2420931A1; CN1443615A; NO20031112D0; EP1344589A3; DE50309939D1; JP4541650B2; ES2307838T3; BR0300491A

Abstract

【課題】合金溶湯を鋳型に入れる前に結晶核の極力細かくて均一な分布が溶湯の体積にわたって存在するように合金溶湯を調製する。
【解決手段】鋳造過程用に溶湯を調製するために、溶湯は融点より上の温度で晶析槽に入れられ、この晶析槽は融点より下の温度に加熱されている。この溶湯に晶析槽内で合金が粉末態様で添加され、溶湯は晶析槽の内部で電気力および／または磁気力によって動かされる。溶湯と粉末が晶析槽内で互いに混合される。溶湯が噴流として晶析槽に入れられ、この晶析槽が２つの電極の間を延びており、この電極に電圧が印加される。溶湯を入れたのち溶湯と電極との間でアークが点弧される。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造過程用に合金溶湯を調製するための方法および装置に関する。
たとえば、溶湯が半凝固状態にされ、かつその体積にわたって分布した結晶核を含む。
【０００２】
【従来の技術】
半凝固合金の製造は例えばＪ．−Ｐ．　Ｇａｂａｔｈｕｌｅｒ、Ｊ．　Ｅｒｌｉｎｇの論文「チクソキャ　スティング：最新の成形部材製造方法（Ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ：　ｅｉｎ　ｍｏｄｅｒｎｄｅｓ　Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｚｕｒ　Ｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ　ｖｏｎ　Ｆｏｒｍｂａｕｔｅｉｌｅｎ）」により公知であり、この論文は１９９　４年５月２７日付会議録「輸送・交通における軽量部材としてのアルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｓ　Ｌｅｉｃｈｔｂａｕｓｔｏｆｆ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｕｎｄ　Ｖｅｒｋｅｈｒ）」、ＥＴＨ　Ｚｕｒｉｃｈ、６　３〜７７頁に収録されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、合金溶湯を鋳型に入れる前に結晶核の極力細かくて均一な分布が溶湯の体積にわたって存在するように合金溶湯を調製することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、合金の融点より上の温度を有する溶湯が、融点以下の温度に加熱された晶析槽に入れられ、晶析槽内のこの溶湯に合金が粉末として添加され、電気力および／または磁気力を利用して溶湯と粉末が晶析槽内で互いに混合されることによって解決される。
【０００５】
特に、溶湯によって直ちに包み込まれる合金粉末粒子は、電気力および／または磁気力によって溶湯の内部に均一に分布する結晶核を形成する。
【０００６】
本発明の有利な構成では、溶湯が噴流として晶析槽に入れられ、この晶析槽が２つの電極の間を延びており、この電極に電圧が印加される。いわゆるピンチ効果に基づいて噴流は狭められて押し潰され、噴流は流入中に既に部分的に個々の液滴に分解される。こうして晶析槽は緻密な噴流で満たされるのでなく、分散した噴流で満たされる。それとともに溶湯体積の面がかなり高まり、脱気も起きる。
【０００７】
溶湯が完全に晶析槽に流入したなら、溶湯噴流が消え、次に電気の流れも中断される。さらに分散を達成しかつ電場も発生するために、次に本発明の他の構成において、溶湯を入れたのち溶湯と電極との間でアークが点弧される。
【０００８】
さらに、晶析槽内にある溶湯の完全混合を促進させかつ結晶核を細かく分布させるために、晶析槽内に磁場が形成される。磁場と電場が溶湯およびそのなかにある粒子にさまざまに作用し、混合効果が促進される。
【０００９】
本発明の他の構成では、負圧下に置かれた晶析槽内に溶湯が吸い込まれる。晶析槽内に真空を発生することによってさらに、溶湯からなる流入噴流がさらに分散して個々の滴に分解することが達成される。これによっても結晶核の形成が促進される。
【００１０】
本発明の他の構成では、保護ガスを供給しながら溶湯が晶析槽に供給される。
特に保護ガスが加圧下に供給されるとき、このプロセスは一層改善される。さらに保護ガスは、後続の鋳造過程に不利な影響を及ぼし得る合金と雰囲気との化学反応を防止する。
【００１１】
この方法を実施するための装置において、溶湯用入口と粉末態様の合金用の入口とを備えた晶析槽が設けられ、この晶析槽が加熱装置を有し、かつその底および入口の領域に、電圧源に接続された電極を備えている。
【００１２】
本発明のその他の特徴および利点は、図面に示した実施形態についての以下の説明から明らかとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
炉１０内で金属合金、例えばＡｌＳｉ９の溶湯１１が、この合金の融点よりも上の温度に保たれる。炉１０は空密に閉鎖され、吸引装置１２によって真空下に保たれる。
【００１４】
炉１０は鋳造管路１３を介して晶析槽１４に接続されている。晶析槽１４は非導電材料製のシリンダ１５からなり、この材料は熱伝導率が０．２０〜１．５Ｗ／ｍｋである。シリンダ１５が上側を蓋１６で閉鎖されており、この蓋はやはり非導電材料からなる。蓋に管路１３が続いている。このため蓋は導電材料からなる入口部材１７に結合されている。入口部材１７は円錐状に拡張した入口穴を有する。蓋１６に続く吸引管路１８が吸引装置１９に接続されている。蓋１６がさらに注入嵌管２０を備えており、この注入嵌管を通して合金は粉末態様で晶析槽１４に装入することができる。
【００１５】
晶析槽１４の底として役立つピストン２１はやはり非導電材料からなる。ピストン２１は晶析槽１４に続くシリンダ２２内で案内されており、このシリンダは図示しない流出穴を備えている。晶析槽１４のシリンダ１５はその底領域に電極２３を備えている。既に触れたように、入口部材１７は導電材料からなる。電極２３と入口部材１７との間に電圧源２４が配置されており、電圧源の電圧は、また特にその電流の強さも、調節装置２５によって調節可能である。
【００１６】
好ましくは電気式の加熱装置２６が晶析槽１４に付設されており、この加熱装置は好ましくは調整可能であり、晶析槽１４を予選択可能な温度に加熱しかつこの温度に保つ。さらに晶析槽１４に磁気コイル２７が付設されており、この磁気コイルで晶析槽１４のシリンダ１５の内部に磁場が生成可能である。
【００１７】
鋳造通路１３が仕切弁２８を装備しており、この仕切弁を介して炉１９と晶析槽１４との間の接続は開放し遮断することができる。鋳造通路１３に続く供給管路２９を介して保護ガス、例えばアルゴンはゲージ圧で供給することができる。
【００１８】
溶湯を調製するためにまず最初に溶湯１１が炉１０に注入される。炉１０は吸引装置１２によって０．５ｍｂａｒ〜３ｍｂａｒの真空にされる。晶析槽１４は加熱装置２６によって、当該合金の融点よりも３％〜５０％低い温度に加熱される。晶析槽１４内で吸引装置１９によって発生される真空は炉１０内の真空よりも高い。
【００１９】
仕切弁２８が開くや、溶湯１１が晶析槽１４に吸い込まれる。保護ガスは管路２９を介して供給される。吸引作用に基づいて合金も粉末態様で入口嵌管２０を介して吸引される。粉末は溶湯内に閉じ込められて分布する。
【００２０】
電極２３と入口嵌管１７に電圧が印加され、溶湯の噴流内を電気が流れ、電流値は１０Ａ未満である。極力均一に分散した混合物を得るために、磁気コイル２７によって晶析槽１４の内部に磁場が生成され、この磁場が溶湯の半径方向運動を生じる。
【００２１】
全溶湯が晶析槽に流入したのち、まず最初に電気回路が中断される。いまや電圧が１５０Ｖ〜４００Ｖの値に高められ、アークが点弧され、強さ１３００Ａまでの電流がこのアーク内を流れることができる。指向性晶出を防止するために、磁気コイル２７で生成される電磁場は変更され、例えば充填方向で連続的に高められる。
【００２２】
こうして溶湯が調製されたのち、ピストン２１が下げられ、溶湯はシリンダおよびその湯口を介して流出し、好適な仕方でさらに処理される。その際、公知のあらゆる鋳造法を応用することができる。
【００２３】
変更実施形態では、電極２３がピストン２１に一体化されており、このピストンが晶析槽１４の底を形成する。
【００２４】
図２の実施例では、電圧源２４が晶析槽１４のシリンダ１５の２つの電極３０、３１に接続されている。第２の接続は鋳造通路１３で行われる。この実施形態ではピストン２１が溶湯の注入中連続的に下降し、次に電極３０、３１が順次投入され、ピストン運動でスイッチ３２、３３を介して電極は入切される。
【００２５】
図３の実施例では、晶析槽１４内で調製された溶湯が保管または輸送容器３４に移され、そのなかで調製状態で保たれる。この容器３４が吸引装置３５を備えており、容器に負圧を印加することができる。この容器は加熱装置３６と磁気コイル３７とを備えている。同様にこの容器は電極３８を備えている。容器３４の両方の正面壁はピストン３９、４０によって形成される。容器３４は賦形に利用することもできる。
【００２６】
図４に示すノモグラムで熱動力学的経過は予測できる。図示したノモグラムは合金ＡｌＳｉ９Ｃｕ_３に妥当する。約１２５μｍ〜約４００μｍの粒径で添加さ　れる粉末合金の量は量パーセンテージで示してある。温度差ΔＴ［℃］は鋳造温度と合金融点との間の差である。ノモグラム範囲Ａ内にある量の粉末合金が添加されると、これは溶湯温度の低下をもたらすだけである。こうして溶湯は半凝固状態にされ、粉末粒子が結晶核を形成することはない。しかしノモグラム範囲Ｂが達成されるほどの量の粉末合金が添加されると、粉末粒子は付加的非溶融結晶核として働く。ノモグラム範囲Ｃ内の粉末粒子が添加されると、両方の過程、すなわち過熱温度の低下と非溶融粒子のゆえの核形成が、並行して経過する。
【００２７】
異なる合金には当然に異なるノモグラムを作成しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉に直接接続された本発明による装置の略断面図である。
【図２】本発明による装置の変更実施形態を示す。
【図３】調製された溶湯を引き取るための補助装置を備えた本発明による装置を示す。
【図４】熱動力学的経過を予測するためのノモグラムを示す。
【符号の説明】
１０　炉
１１　溶湯
１２　吸引装置
１３　鋳造管路
１４　晶析槽
１５　シリンダ
１６　蓋
１７　入口部材
１８　吸引管路
１９　吸引装置
２０　注入嵌管
２１　ピストン
２２　シリンダ
２３　電極
２４　電圧源
２５　調節装置
２６　加熱装置
２７　磁器コイル
２８　仕切弁
２９　供給管路
３０、３１　電極
３４　輸送容器
３５　吸引装置
３６　加熱装置
３７　磁器コイル
３９、４０　ピストン

Claims

鋳造過程用に合金溶湯を調製するための方法であって、溶湯が半凝固状態にされ、かつその体積にわたって分布した結晶核を含み、合金の融点より上の温度を有する溶湯が、融点以下の温度に加熱された晶析槽に入れられ、晶析槽内のこの溶湯に合金が粉末として添加され、電気力および／または磁気力を利用して溶湯と粉末が晶析槽内で互いに混合されることを特徴とする方法。
溶湯が噴流として晶析槽に入れられ、この晶析槽が２つの電極の間を延びており、この電極に電圧が印加されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
溶湯を入れたのち溶湯と電極との間でアークが点弧されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
晶析槽内に磁場が形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
負圧下に置かれた晶析槽内に溶湯が吸い込まれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
保護ガスを供給しながら溶湯が晶析槽に供給されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
請求項１〜６のいずれか１項に記載された方法を実施するための装置であって、溶湯用入口（１７）と粉末態様の合金用の入口（２０）とを備えた晶析槽（１４）が設けられており、この晶析槽が加熱装置（２６）を有し、かつその底および入口の領域に、電圧源（２４）に接続された電極（１７、２３；１７、３０、３１）を備えていることを特徴とする装置。
晶析槽（１４）が、負圧を発生するための手段（１９）に接続されていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
晶析槽（１４）が、その内部で有効な磁場を発生するための手段（２７）を備えていることを特徴とする、請求項７または８記載の装置。
晶析槽（１４）が管路（１３）を介して炉（１０）に接続されており、この管路が保護ガス用供給接続部（２９）を備えていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項記載の装置。