JP2004114155A

JP2004114155A - Method and apparatus for producing billet for forming metal in solid-liquid coexisting state, and method and apparatus for producing billet for semi-solid forming

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Publication number: JP2004114155A
Application number: JP2003102321A
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Inventors: Chunpyo Hong; 洪　俊杓
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Publication date: 2004-04-15
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing a billet for semi-solid formation with which further fine and uniform spherical grains are obtained and such advantages as the improvement of energy efficiency, the saving of producing cost, the improvement of mechanical properties, the simplification of a casting process and the shortening of production time can be realized, and a high quality billet for semi-solid formation can continuously be produced. <P>SOLUTION: Electromagnetic field is applied in a slurry-producing zone between a first plunger and a second plunger in a sleeve. Molten metal is poured into the slurry-producing zone and the semi-solid metallic slurry is produced. The first plunger is shifted to the second plunger side, and the semi-solid metallic slurry is cooled to form the billet for semi-solid formation. Spheroidizing of the grains can be realized by remarkably increasing nuclei-formation density by stirring for a short time at a temperature higher than the liquidus. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁気場を印加しつつ溶融金属を注湯して固液共存状態金属成形用のビレットを製造する固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法、その装置、半溶融成形用ビレットの製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液共存状態金属材料の成形方法としての半溶融成形法は、半凝固成形法と合わせて半凝固あるいは半溶融成形法と呼ばれるが、ここで、半凝固成形法とは、完全に凝固されずに所定の粘性を有する半凝固金属スラリを鋳造あるいは鍛造してビレットや最終成形品を製造する加工法である。また、半溶融成形法とは、前記半凝固成形法により製造されたビレットを半溶融状態のスラリに再加熱した後、このスラリを鋳造あるいは鍛造して最終製品に製造する加工法をいう。
【０００３】
ここで、半凝固金属スラリとは、半凝固領域の温度で液相と球状の結晶粒とが適切な割合で混在した状態でチクソトロピー（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）性により小さな力によっても変形が可能であり、かつ流動性に優れて液相のように成形加工が容易な状態の金属材料を意味する。
【０００４】
そして、このような半凝固あるいは半溶融成形法は、鋳造や溶融鍛造など溶融金属を利用する一般的な成形方法に比べて色々な長所を有している。例えば、これら半凝固あるいは半溶融成形法で使用する半凝固あるいは半溶融金属スラリは溶融金属より低温で流動性を有するので、このスラリに露出されるダイの温度を溶融金属の場合よりさらに低めることができ、これによりダイの寿命が延びる。
【０００５】
また、スラリがシリンダに沿って押し出される時に乱流の発生が少なくて鋳造過程で空気の混入を減らし、これにより最終製品への気孔発生を減らすことができる。その他にも凝固収縮が少なくて作業性が改善され、製品の機械的特性および耐食性が向上し、製品の軽量化が可能である。これにより、自動車や航空機産業分野、電気電子情報通信装備などの新素材として利用できる。
【０００６】
一方、従来の半凝固成形法は、溶融金属を冷却する時に主に液相線以下の温度で攪拌して既に生成された樹枝状結晶組織を破砕することによって半凝固成形に適合するように球状の粒子に作る方法である。攪拌方法には、機械的攪拌法と電磁気的攪拌法、ガスバブリング、低周波、高周波あるいは電磁気波振動を利用するか、電気的衝撃による攪拌法などが利用された。
【０００７】
そして、液相固相混合物を製造する方法としては、溶融金属が固相化する間に強く攪拌しながら冷却している。さらに、この液相固相混合物を製造するための製造装置は、容器に固液混合物を注湯した状態で攪拌棒により攪拌するが、この攪拌棒は所定の粘性を有する固液混合物を攪拌して流動させることによって混合物内の樹枝状構造を破砕するか、破砕された樹枝状構造を分散させるものである。
【０００８】
ところが、上記液相固相混合物を製造する方法では、冷却過程で既に形成された樹枝状結晶形態を粉砕し、この粉砕した樹枝状結晶を結晶核として球状の結晶を得ているため、初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の低下と製造時間の延長および攪拌容器内での温度不均一による不均一な結晶状態など多くの問題を有している。また、この液相固相混合物を製造するための製造装置の場合にも、機械的攪拌が有する限界によって容器内の温度分布が不均一であり、チャンバ内で作動するために作業時間および後続工程への連係が非常に難しい限界を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、半凝固合金スラリの製造方法としては、コイル付き電磁気場印加手段の内側に順次に冷却マニホールドおよび金型を備えている。そして、この金型の上側は溶融金属が連続して注湯されるように形成されており、冷却マニホールドには冷却水が流れて金型を冷却するように構成されている。さらに、上記半凝固合金スラリの製造装置による半凝固合金スラリの製造方法によれば、まず、金型の上側から溶融金属を注湯し、この溶融金属が金型内を通過しながら冷却マニホールドにより固相化領域を形成するが、ここで電磁気場印加手段により磁場が印加されて樹脂状組織を破砕しながら冷却が進み、下部からインゴットが形成される（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
さらに、半溶融成形材の製造方法としては、合金中のあらゆる金属成分が液体状態に存在するように合金を加熱した後、得られる液体金属を液相線と固相線との間の温度に冷却する。この後、剪断力を加えて冷却される溶融金属から形成される樹脂状構造を破壊することによって半溶融成形材を製造している（例えば、特許文献３参照。）。
【００１１】
また、半凝固鋳造用金属スラリの製造方法としては、液相線温度の付近または液相線より５０℃まで高い温度で溶融金属を容器に注湯する。この後、溶融金属が冷却される過程で溶融金属の少なくとも一部が液相線温度以下になる時点、すなわち、最初に液相線温度を通過する時点で、例えば超音波振動により溶融金属に運動を加える。さらに、この溶融金属に運動を加えた後、徐々に冷却することによって粒相結晶形態の金属組織を有する半凝固鋳造用金属スラリを製造している（例えば、特許文献４参照。）。
【００１２】
ところが、上記半凝固鋳造用金属スラリの製造方法でも、超音波振動などの力が冷却初期に形成される樹脂状結晶組織を破砕するために使われている。また、注湯温度を液状線温度より高くすれば、粒相の結晶形態を得がたく、同時に溶湯を急激に冷却し難い。さらに、表面部と中心部との組織が不均一になる。
【００１３】
さらに、半溶融金属の成形方法としては、溶融金属を容器に注湯した後、振動バーを溶融金属中に浸漬させて溶融金属と直接接触させた状態で振動させて溶融金属に振動を与えている。具体的には、振動バーの振動力を溶融金属に伝達することによって、液相線温度以下で結晶核を有する固液共存状態の合金を形成する。この後、所定の液相率を示す成形温度まで溶融金属を容器内で冷却しながら３０秒以上６０分以下の間維持することによって結晶核を成長させて半溶融金属を得る。ところが、この方法で得られる結晶核の大きさは約１００μｍであり、工程時間が相当長く、所定大きさ以上の容器に適用し難い（例えば、特許文献５参照。）。
【００１４】
また、半溶融金属スラリの製造方法としては、冷却と攪拌とを同時に精密に制御することによって半溶融金属スラリを製造している。具体的には、溶融金属を混合容器に注湯した後、混合容器周囲に設置された固定子アセンブリを作動させて容器内の溶融金属を急速に攪拌するのに十分な起磁力を発生させる。さらに、混合容器の周囲に設けられて容器および溶融金属の温度を精密に調節する作用をするサーマルジャケットを利用して溶融金属の温度を急速に落とす。溶融金属が冷却される時に溶融金属は攪拌され続け、固相率が低い時には速い攪拌を提供し、固相率が高まるにつれて強まった起電力を提供する方式で調節される（例えば、特許文献６参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第３９４８６５０号明細書（第３−８欄および図３）
【００１６】
【特許文献２】
米国特許第４４６５１１８号明細書（第４−１２欄、図１、図２、図５および図６）
【００１７】
【特許文献３】
米国特許第４６９４８８１号明細書（第２−６欄）
【００１８】
【特許文献４】
特開平１１−３３６９２号公報（第３−５頁および図１）
【００１９】
【特許文献５】
特開平１０−１２８５１６号公報（第４−７頁および図３）
【００２０】
【特許文献６】
米国特許第６４３２１６０号明細書（第７−１５欄、図１Ａないし図２Ｂおよび図４）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上記従来の半凝固あるいは半溶融成形法およびその製造装置では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕して粒相の金属組織にするために剪断力を利用している。したがって、溶融金属の少なくとも一部が液相線以下に下がってこそ振動などの力を加えるので初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少および製造時間の増加など各種の問題を避けにくい。また、得られた金属組織も容器内での温度の不均一によって全体的に均一でかつ微細な組織を得難く、溶融金属の容器への注湯温度を調節しなければ容器壁面部と中心部との温度差によって組織の不均一性はさらに増大してしまう。
【００２２】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現でき、短時間に高品質の半溶融成形用ビレットを連続して複数製造できる固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法、その装置、半溶融成形用ビレットの製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する製造工程と、この筒状部内の固液共存状態金属材料を押圧しつつ冷却してビレットを形成するビレット形成工程と、前記ビレットを前記筒状部から排出させる排出工程とを具備したものである。
【００２４】
そして、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造した状態で、この筒状部内の固液共存状態金属材料を押圧しつつ冷却してビレットを形成してから、このビレットを筒状部から排出させる。この結果、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを得ることができるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現できる。また、製造された合金の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮させることができるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、量産適用性に優れている。
【００２５】
請求項２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた第１の押圧手段と、この筒状部の他端に取り付けられた第２の押圧手段との間の領域であり、ビレット形成工程は、前記第１の押圧手段を前記第２の押圧手段側に向けて移動させて固液共存状態金属材料を押圧しつつ冷却してビレットを形成し、排出工程は、前記固液共存状態金属材料を前記第２の押圧手段側に向けて移動させて排出するものである。
【００２６】
そして、筒状部の一端に取り付けた第１の押圧手段と、この筒状部の他端に取り付けた第２の押圧手段との間を所定領域とし、ビレット形成工程として第１の押圧手段を第２の押圧手段側に向けて移動させて固液共存状態金属材料を押圧しつつ冷却してビレットを形成してから、排出工程として固液共存状態金属材料を第２の押圧手段側に向けて移動させて排出する。この結果、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、より量産適用性に優れている。
【００２７】
請求項３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１または２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、筒状部内における第１の押圧手段と第２の押圧手段との間にビレットが形成された状態で、これら第１の押圧手段および第２の押圧手段それぞれを移動させて、これらビレットと第１の押圧手段および第２の押圧手段いずれかと間に前記所定領域を形成した後、この所定領域に電磁気場を印加しつつ、溶融金属を注湯してビレットを反復して形成する反復工程を具備したものである。
【００２８】
そして、筒状部内における第１の押圧手段と第２の押圧手段との間にビレットが形成された状態で、これら第１の押圧手段および第２の押圧手段それぞれを移動させて、これらビレットと第１の押圧手段および第２の押圧手段いずれかと間に所定領域を形成した後、この所定領域に電磁気場を印加しつつ、溶融金属を注湯してビレットを反復して形成する反復工程を具備させたので、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、より量産適用性に優れている。
【００２９】
請求項４記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加するものである。
【００３０】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００３１】
請求項５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加するものである。
【００３２】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００３３】
請求項６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００３４】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００３５】
請求項７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００３６】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【００３７】
請求項８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００３８】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００３９】
請求項９記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加する
ものである。
【００４０】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４１】
請求項１０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１ないし９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却する冷却工程を具備したものである。
【００４２】
そして、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【００４３】
請求項１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００４４】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００４５】
請求項１２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１０または１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００４６】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００４７】
請求項１３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法は、請求項１０または１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００４８】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００４９】
請求項１４記載の半溶融成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし１３いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半溶融金属スラリであるものである。
【００５０】
そして、請求項１ないし１３いずれか記載の固液共存状態金属材料が半溶融金属スラリであることにより、請求項１ないし１３いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００５１】
請求項１５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、所定の空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、前記空間部に設けられ、内部に溶融金属が注湯される筒状部と、この筒状部の一端に取り付けられ、この筒状部内に注湯される前記溶融金属が収容される所定領域の一側を形成し、この所定領域内で前記溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を押圧する第１の押圧手段と、前記筒状部の他端に取り付けられ、この筒状部内の前記所定領域の他側を形成し、前記第１の押圧手段にて前記固液共存状態金属材料を押圧する際に、固定されて所定のビレットを形成した後に、このビレットを排出させる第２の押圧手段とを具備したものである。
【００５２】
そして、攪拌部により電磁気場が印加される所定の空間部に、内部に溶融金属が注湯される筒状部を設た。この筒状部の一端に取り付けた第１の押圧手段にて、この筒状部内に注湯される溶融金属を収容する所定領域の一側を形成させ、この所定領域内で溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を押圧させた。さらに、筒状部の他端に取り付けた第２の押圧手段にて、この筒状部内の所定領域の他側を形成させ、第１の押圧手段にて固液共存状態金属材料を押圧する際に、固定されて所定のビレットを形成した後に、このビレットを排出させた。この結果、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを得ることができるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現できる。また、製造された合金の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮させることができるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、量産適用性に優れている。
【００５３】
請求項１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、筒状部内における所定領域よりも他端側には、この筒状部内からビレットを排出する排出口が設けられているものである。
【００５４】
そして、筒状部内における所定領域よりも他端側に、この筒状部内からビレットを排出する排出口を設けたことにより、この筒状部内からのビレットの排出が容易になるから、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるため、より量産適用性に優れている。
【００５５】
請求項１７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加するものである。
【００５６】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００５７】
請求項１８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加するものである。
【００５８】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００５９】
請求項１９記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００６０】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【００６１】
請求項２０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００６２】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【００６３】
請求項２１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００６４】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００６５】
請求項２２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００６６】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００６７】
請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項１５ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、筒状部の温度を調節する温度調節装置を具備したものである。
【００６８】
そして、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易かつ確実に得ることができる。
【００６９】
請求項２４記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、温度調節装置は、冷却装置であるものである。
【００７０】
そして、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易かつ確実に得ることができる。
【００７１】
請求項２５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、温度調節装置は、電気ヒータであるものである。
【００７２】
そして、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００７３】
請求項２６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００７４】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００７５】
請求項２７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００７６】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００７７】
請求項２８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置は、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００７８】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００７９】
請求項２９記載の半溶融成形用ビレットの製造装置は、請求項１５ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半溶融金属スラリであるものである。
【００８０】
そして、請求項１５ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料が半溶融金属スラリであることにより、請求項１５ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００８１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図面を参照して説明する。
【００８２】
まず、第１の実施の形態の半溶融成形用ビレットの製造方法について説明する。
【００８３】
半溶融成形用ビレットは半溶融成形法で使用するビレット５２，５３をいい、これらビレット５２，５３は半凝固成形法により製造される。したがって、この半溶融成形用ビレットを製造する方法としては基本的には半凝固成形法に基づている。
【００８４】
そして、この半溶融成形用ビレットの製造方法は、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯して固液共存状態金属材料としての半溶融金属スラリ５１を製造した後、この半溶融金属スラリ５１を加圧および成形して所定の大きさのビレット５２，５３を製造する固液共存状態金属材料成形用ビレットの製造方法である。
【００８５】
このとき、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加して攪拌する。すなわち、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する前、このスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯すると同時に、またはスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する最中、すなわち注湯しながら電磁気場による攪拌をすることによって、初期樹枝状組織の生成を遮断する。このとき、この攪拌には電磁気場の代わりに超音波などを利用することもできる。
【００８６】
すなわち、所定の空間部１１に溶融金属Ｍが注湯されずに空いているスリーブ２を配置させ、この空いているスリーブ２の所定領域であるスラリ製造領域２１に電磁気場を印加する。このとき、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる強度でなされる。
【００８７】
この後、図１に示すように、溶融金属Ｍを注湯温度Ｔ_ｐでスリーブ２のスラリ製造領域２１に注湯する。このとき、このスリーブ２には電磁気場が印加されて攪拌が実施され得る状態とされている。なお、このとき、溶融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を実施できるとともに、この溶融金属Ｍが注湯される最中で電磁気場の攪拌を実施することもできる。
【００８８】
このように、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場の攪拌を実施することによって、溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁で初期凝固層が形成されにくくなる。そして、このスリーブ２内のスラリ製造領域２１全体にわたって微細な結晶核が同時に発生し、このスラリ製造領域２１内の溶融金属Ｍ全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却して多数の結晶核が同時に発生する。
【００８９】
これは、このスラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを注湯する前または注湯と同時に電磁気場を印加することによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍと表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内での熱伝逹が速く、スリーブ２の内壁での初期凝固層の形成が抑制されるからである。
【００９０】
また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低温のスリーブ２の内壁との対流熱伝逹が増加して溶融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却する。すなわち、注湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁気場攪拌により分散粒子に分散され、この分散粒子が結晶核としてスリーブ２内に均一に分布され、これによりスリーブ２全体にわたって温度差が発生しなくなる。これに対し、上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初期凝固層での樹枝状結晶として成長する。
【００９１】
そして、このような原理は凝固潜熱と関連して説明できる。すなわち、スリーブ２の壁面での溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので凝固潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶融金属Ｍの比熱（凝固潜熱の約１／４００に過ぎない）に該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。
【００９２】
したがって、従来の技術においてスリーブ２の内側壁面部でよく発生する初期凝固層での樹枝状結晶が形成されずに、スリーブ２内の溶融金属Ｍがスリーブ２の壁面から中心部にわたって全体的に均一にかつ急速に温度が低下する様子を示す。このときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。これにより、多数の結晶核がスリーブ２内の溶融金属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の増加により結晶核間の距離は非常に短くなって樹枝状結晶が形成されずに独立的に成長して球状粒子を形成する。
【００９３】
これは溶融金属Ｍが注湯される最中で電磁気場が印加される場合にも同じである。すなわちスリーブ２の内壁面において初期凝固層は、注湯される過程での電磁気場攪拌により形成されにくくなる。
【００９４】
このとき、溶融金属Ｍの注湯温度Ｔ_ｐは液相線温度以上液相線＋１００℃以下の温度（溶湯過熱度＝０℃以上１００℃以下）に維持されることが望ましい。上述のように、溶融金属Ｍが注湯されたスリーブ２内全体が均一に冷却されるので、このスリーブ２内に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷却する必要がなく、液相線温度より１００℃程度高い温度を維持してもよいからである。
【００９５】
一方、溶融金属Ｍをスラリ製造容器に注湯した後、溶融金属Ｍの一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、スラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍程度であるため、スラリ製造容器全体の溶融金属Ｍの温度が下がるには長時間がかかる。したがって、このような従来の方法では、液相線程度または液相線より５０℃程度高い温度まで溶融金属Ｍの温度を冷却した後、スラリ製造容器に注湯することが一般であった。したがって、このときには注湯される溶融金属Ｍの温度が適正温度になるまで待たねばならないが、この適性温度を調節することは実際工程では非常に難しい。
【００９６】
また、電磁気場攪拌を終了する時点は、図１に示すように、スリーブ２内の溶融金属Ｍが一部分でも、この溶融金属Ｍの温度が液相線温度Ｔ_ｌ以下に下がった時に、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．００１程度で所定の結晶核が形成された後ならいつ終了しても余り問題にならない。すなわち、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却する段階および後続の加圧する段階まで電磁気場攪拌を継続させてもよい。これは既にスリーブ２のスラリ製造領域２１全体にわたって結晶核が均一に分布しているために、この結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁気場攪拌は製造される半溶融金属スラリ５１の特性に影響を及ぼさないからである。
【００９７】
ただし、上記電磁気場攪拌は、スリーブ２内で半溶融金属スラリ５１を製造する間にのみすれば十分なので、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させる。さらに、エネルギ効率面からは、少なくともスラリ製造領域２１内の溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望ましくは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続させる。
【００９８】
一方、スラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを注湯して、均一な分布の結晶核を形成した後には、冷却工程としてスラリ製造領域２１を冷却して生成された結晶核の成長を加速させる。したがって、このような冷却工程での段階は、スラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよい。また、上述のように、この冷却工程中にも電磁気場を持続的に印加させてもよい。
【００９９】
さらに、このような冷却工程は、半凝固金属スラリ５１を加圧する段階まで持続できるが、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する時点ｔ_２まで冷却工程を維持できる。このとき、溶融金属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下程度になるが、これは、結晶核の分布度および粒子の微細度によって０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下にできる。
【０１００】
この結果、所定の固相率を有する半溶融状態の金属スラリである半溶融金属スラリ５１を製造でき、これを直ちに加圧すると同時に冷却して半溶融成形用のビレット５２，５３を製造できる。
【０１０１】
このとき、半凝固金属スラリ５１の製造時間を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍのスリーブ２への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半凝固金属スラリ５１形態の金属材料として形成される時点までかかる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これにより製造された半凝固金属スラリ５１を使用してダイカストすれば均一にかつ緻密な球状の結晶構造を有する成形品を得ることができる。
【０１０２】
次に、上記半溶融成形用ビレットの製造方法として用いられる半溶融成形用ビレットの製造装置を図２ないし図７を参照して説明する。
【０１０３】
図２ないし図７に示す半溶融成形用ビレットの製造装置は、攪拌部１を備えており、この攪拌部１の内側には、所定の空間部１１が設けられている。さらに、この攪拌部１には、電磁気場印加用コイル装置１２，１３が空間部１１を取り囲むように形成されている。
【０１０４】
また、この攪拌部１の空間部１１には、この空間部１１を貫通した状態で細長円筒状の筒状部としてのスリーブ２が取り付けられている。このスリーブ２の一端部には、加圧用の第１の押圧手段としての第１のプランジャ３１が挿入されている。また、このスリーブ２の他端には、第２の押圧手段としての第２のプランジャ３２が挿入されている。
【０１０５】
そして、攪拌部１の空間部１１と電磁気場印加用コイル装置１２，１３とは、図示しないフレーム構造により固定されている。また、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３は、所定強度の電磁気場を空間部１１に向けて発散するように構成されており、空間部１１内に収容されたスリーブ２に注湯される溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。そして、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３は、図示しない制御部に電気的に接続されており、この制御部により強度および作動時間などが調節される。ここで、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３は、通常の電磁気攪拌に使用できるコイル装置であればよい。また、攪拌部１は、電磁気場以外の超音波攪拌などであってもよい。
【０１０６】
さらに、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３は、図２に示すように、スリーブ２の内部、特に、このスリーブ２内に形成された所定領域としてのスラリ製造領域２１、およびこのスリーブ２のスラリ製造領域２１における上側に開口形成された湯口２２の上側に取り付けられた略円筒状の注湯用ジグ２３に電磁気場を印加する。
【０１０７】
ここで、上側に取り付けられた電磁気場印加用コイル装置１２は、注湯用ジグ２３全体をカバーできるように構成されている。このため、スリーブ２内に注湯される溶融金属Ｍは注湯の段階から攪拌される。このような電磁気場の印加、すなわち攪拌部１による電磁気場の攪拌は、上述のように、製造された半溶融金属スラリ５１が圧縮されるまで持続させることもできる。よって、この攪拌部１による電磁気場の攪拌は終了させなくてもよい。
【０１０８】
ただし、エネルギ効率次元でスリーブ２での製造工程まで電磁気場を攪拌ために、この攪拌部１による電磁気場の攪拌は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下となるまで継続させる。なお、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下となるまで持続させることが望ましく、より望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下となるまで持続させる。ここで、電磁気場印加用コイル装置１２，１３による電磁気場の印加を継続させる時間は、予め実験により分かり、このようにして所定時間電磁気場を印加する。
【０１０９】
一方、スリーブ２は、攪拌部に１よる電磁気場の攪拌により溶融金属Ｍを固液共存状態金属材料としての半溶融金属スラリ５１に製造するスラリ製造容器の機能と、この製造された半溶融金属スラリ５１をビレット５２，５３に製造する成形フレームの機能とを兼ねている。したがって、このスリーブ２には、溶融金属Ｍの注湯が完了する前に攪拌部１により電磁気場の攪拌がなされるように構成されている。
【０１１０】
また、このスリーブ２の一端部には、第１のプランジャ３１が進退可能に挿入されている。さらに、このスリーブ２の他端部には、第２のプランジャ３２が進退可能に挿入されている。これら第１のプランジャ３１および第２のプランジャ３２は、互いに所定距離離された状態で配置されており、これら第１のプランジャ３１および第２のプランジャ３２との間に所定の領域が形成される。この所定の領域は、スラリ製造領域２１となり、第１のプランジャ３１によってスラリ製造領域２１の一側壁が形成され、第２のプランジャ３２によってスラリ製造領域２１の他側壁が形成される。そして、このスラリ製造領域２１には、攪拌部１により電磁気場が印加され、このスラリ製造領域２１に注湯容器としてのトリベ４により液相の溶融金属Ｍが注湯される。
【０１１１】
ここで、スリーブ２の上部中央部には、溶融金属Ｍが注湯されるように湯口２２が開口形成されている。この湯口２２には、トリベ４からの溶融金属Ｍの注湯が容易になるように、上方に向けて拡開したラッパ状の注湯用ジグ２３が攪拌部１の外側に延出するように取り付けられている。
【０１１２】
さらに、スリーブ２は金属材より成形されており、アルミナあるいは窒化アルミニウムなどの絶縁性素材より成形してもよい。ここで、このスリーブ２が金属材の場合には、このスリーブ２の融点が収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。そして、このスリーブ２に図示しない熱電対を内蔵させるとともに、この熱電対を制御部に電気的に接続させて、スリーブ２内の溶融金属Ｍの温度情報を制御部に送出させることもできる。
【０１１３】
また、このスリーブ２には、温度調節装置２５を取り付けられている。そして、この温度調節装置２５は、例えば冷却装置および加熱装置の少なくともいずれか一方が、単独または複合的に適用される。ここで、この温度調節装置２５は、図２に示すように、例えば、スリーブ２の外側を取り囲むように冷却装置としての冷却水パイプ２６がウォータジャケット状に取り付けられている。そして、冷却水パイプ２６は、スリーブ２の外側壁に設けられた固定ブロック２７に取り付けられている。
【０１１４】
なお、この温度調節装置２５としては、スリーブ２の外側に図示しない電気ヒータなどの加熱装置を追加的に取り付けることもできる。このとき、この電気ヒータは、スリーブ２の外側壁に形成されたコイル状の電気ヒータとするこもできる。さらに、スリーブ２に熱電対を内蔵させることもできる。そして、温度調節装置２５は、図２に示すように、スリーブ２全体にわたって設置されているが、このスリーブ２のスリーブ製造領域２１の周囲にのみに集中的に設置させることもできる。
【０１１５】
そして、この温度調節装置２５は、スリーブ２内に収容された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却する。また、この温度調整装置２５による冷却速度も調節されて、０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却し、より望ましくは０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却する。
【０１１６】
このとき、この温度調整装置２５による冷却は、上述のように、電磁気場の攪拌が終了した後にすることもあり、電磁気場攪拌とは関係なく、すなわち、電磁気場の印加を持続している最中ですることもあるとともに、溶湯の注湯段階からすることもある。そして、この温度調節装置２５は、上記冷却工程の後に製造された半溶融金属スラリ５１を加圧して第１のビレット５２を成形する時には、この半溶融金属スラリ５１をより速く冷却する。
【０１１７】
一方、スリーブ２の一端部および他端部にそれぞれ挿入された第１のプランジャ３１および第２のプランジャ３２のそれぞれは、図示しないシリンダ装置に連結されてスリーブ２内をピストン往復動をする。ここで、第１のプランジャ３１は、電磁気場が印加されて冷却される間、すなわち半溶融金属スラリ５１を製造する間、スリーブ２内のスラリ製造領域２１の一側壁を形成する。また、この第１のプランジャ３１は、半溶融金属スラリ５１の製造が終了した後に、この半溶融金属スラリ５１を加圧するように、スリーブ２の他端側に向けて駆動される。
【０１１８】
そして、第２のプランジャ３２は、半溶融金属スラリ５１を製造する間、スリーブ２内のスラリ製造領域２１の他側壁を形成する。また、この第２のプランジャ３２は、第１のプランジャ３１にて半溶融金属スラリ５１を加圧する間、固定されて所定の大きさの第１のビレット５２を形成する。さらに、この第２のプランジャ３２は、ビレット５２，５３を形成した後に、スリーブ２の他端側に向けて後退して、図５に示すように、このスリーブ２内で製造された第１のビレット５２と第１のプランジャ３１との間に、再びスラリ製造領域２１を形成させる。
【０１１９】
次に、上記第１の実施の形態の半溶融成形用ビレットの製造装置の作用を説明する。
【０１２０】
まず、図２に示すように、製造工程として攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置１２，１３により、空間部１１内に所定周波数および強度の電磁気場を印加する。このとき、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３は、電圧、周波数、強度のそれぞれが２５０Ｖ、６０Ｈｚ、５００Ｇａｕｓｓで電磁気場を印加する。なお、この際の電磁気場の印加は、半溶融成形用電磁気場の攪拌に使われるいかなる程度の電磁気場であっても適用させることができる。
【０１２１】
この状態で、図示しない炉で溶融された溶融金属Ｍをトリベ４により移送して電磁気場の影響下にあるスリーブ２内のスラリ製造領域２１に注湯する。
【０１２２】
このとき、炉とスリーブ２とを直接連結して溶融された液相の溶融金属Ｍを直ちにスリー２ブ内に注湯することもできる。また、このときの溶融金属Ｍは、上述のように液相線温度＋１００℃程度の温度となっていてもよい。
【０１２３】
さらに、溶融金属Ｍが注湯されるスリーブ２の内部には第１のプランジャ３１と第２のプランジャ３２とにより所定の領域が形成されており、この領域がスラリ製造領域２１となる。
【０１２４】
また、このスラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを注湯する前に注湯された溶湯、すなわち、溶融金属Ｍの酸化を防止するためのガス供給管２４を通じてＮ_２あるいはＡｒなどの不活性ガスを注湯する。
【０１２５】
このように、完全に鎔融されて液相になった溶融金属Ｍを電磁気攪拌が進んでいるスリーブ２のスラリ製造領域２１内に注湯すれば、このスリーブ２内のスラリ製造領域２１の全体にわたって微細な再結晶粒子が分布し、この再結晶粒子は速く成長して樹枝状構造の生成が生じなくなる。
【０１２６】
ここで、電磁気場印加用コイル装置１２，１３による電磁気場の印加は、溶融金属Ｍの注湯と同時にしてもよく、あるいは溶融金属Ｍが注湯される最中でしてもよい。
【０１２７】
また、これら電磁気場印加用コイル装置１２，１３による電磁気場の印加は、上述のように、ビレット５２，５３の成形時まで継続させる。
【０１２８】
そして、電磁気場印加用コイル装置１２，１３による電磁気場の印加が終了した後または電磁気場の印加が持続している間に、冷却工程として、スラリ製造領域２１内の溶融金属が０．１以上０．７以下の固相率に到達するまで所定の速度で冷却して半溶融金属スラリ５１を製造する。
【０１２９】
このときの冷却速度は、スリーブ２の外側に設置された温度調節装置２５、すなわち冷却水パイプ２６を流れる冷却水により調節されて０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下の速度になり、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下である。なお、固相率が０．１以上０．７以下に到達する時間ｔ_２は予め実験によって分かる。
【０１３０】
そして、このように半溶融金属スラリ５１を製造した後には、図３に示すように、ビレット形成工程として第２のプランジャ３２の移動を固定させた状態で、第１のプランジャ３１を第２のプランジャ３２の方向であるスリーブ２の他端側に向けて移動させて、このスリーブ２内の半溶融金属スラリ５１を加圧して所定の大きさの第１のビレット５２を形成する。この後、冷却水パイプ２６を流れる冷却水により冷却速度をさらに高めて、第１のビレット５２を急冷させる。
【０１３１】
さらに、この第１のビレット５２が形成された後には、図４に示すように、第１のプランジャ３１をさらに第２のプランジャ３２側に向けて加圧して、これら第２のプランジャ３２および第１のビレット５２とともに、第２のプランジャ３２側に移送させる。このとき、第２のプランジャ３２の移送は、第１のプランジャ３１の加圧力に依存させることもできるが、第２のプランジャ３２を別途稼動させることもできる。
【０１３２】
また、これら第２のプランジャ３２および第１のビレット５２の移送距離は、この第１のビレット５２における第１のプランジャ３１側の端部が、移送前に第２のプランジャ３２の第１プランジャ３１側の端部が位置していた所に位置する距離とする。これは、図５に示すように、第１のプランジャ３１と移送された第１のビレット５２との間で再びスラリ製造領域２１を形成するためである。
【０１３３】
なお、図２に示す工程から直ちに図４に示す工程へと進むこともある。具体的には、スリーブ２内のスラリ製造領域２１で半溶融金属スラリ５１が製造された後に、第２のプランジャ３２および第１のプランジャ３１のいずれもが移動しつつ第１のプランジャ３１が半溶融金属スラリを加圧し、図４に示すように、第１のビレット５２を形成させる。このとき、第１のビレット５２は、電磁気場が印加される領域をすでに外れている。
【０１３４】
そして、第２のプランジャ３２および第１のビレット５２の移送が終了した後には、図５に示すように、第１のプランジャ３１を後退させて元の所に戻し、この第１のプランジャ３１と第１のビレット５２との間にスラリ製造領域２１を形成させる。この状態で、このスラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを注湯して、上記製造工程を繰り返して半溶融金属スラリ５１を再度製造する。具体的には、図１に示す攪拌段階である攪拌工程および冷却段階である冷却工程を経て半溶融金属スラリ５１を製造する。
【０１３５】
この後、図６に示すように、この半溶融金属スラリ５１を第１のプランジャ３１の加圧により所定の大きさの第２のビレット５３に成形する。次いで、第２のプランジャ３２、第１のビレット５２および第２のビレット５３のそれぞれをスリーブ２の他端側にさらに移送させた後、図７に示すように、第１のプランジャ３１を後退させて戻して、第２のビレット５３と第１のプランジャ３１との間に再びスラリ製造領域２１を形成させる。この後、このスラリ製造領域２１に溶融金属Ｍを再度注湯して、反復工程として上記製造工程およびビレット形成工程を反復させて繰り返して図示しない第３のビレットおよび第４のビレットを順次製造していく。なお、この反復工程は、製造工程とスラリ形成工程との間に設けられている。
【０１３６】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、全体的に結晶核組織が均一でかつ微細な球状の組織を有するビレット５２，５３を得ることができるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでもスリーブ２の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現できる。
【０１３７】
また、製造された合金の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮させることができるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質の半溶融成形用のビレットを連続して複数製造できるので、量産適用性に優れている。
【０１３８】
言い換えると、品質が優秀な複数の半溶融成形用のビレット５２，５３を連続製造できる。さらに、このように製造された複数のビレット５２，５３は、互いに隣接したビレット５２，５３同士が溶融により接合されるが、これらビレット５２，５３同士の接合強度は非常に低くて使用時に容易に分離できる。
【０１３９】
なお、製造された複数の連続したビレット５２，５３は、排出工程として第２プランジャ３２をスリーブ２内から分離させた後に排出させることもでき、また、このスリーブ２に図示しない排出口を形成して、この排出口から各ビレット５２，５３を排出させることもできる。
【０１４０】
次に、本発明の第２の実施の形態の半溶融成形用ビレットの製造装置を図８ないし図１０を参照して説明する。
【０１４１】
この図８ないし図１０に示す半溶融成形用ビレットの製造装置は、複数のビレット５２，５３を連続して形成した後に、これら連続して形成したビレット５２，５３を同時に排出するのではなく、スリーブ２内で製造されたビレット５４を順次排出させながら、これらビレット５４を連続して製造するものである。
【０１４２】
そして、図８に示すように、スリーブ２の下面には、このスリーブ２内で形成されたビレット５４を外部へと排出させる排出口２８が開口形成されている。この排出口２８は、スリーブ２内のスラリ製造領域２１よりも第２のプランジャ３２側に向けて所定距離離れた位置に形成されている。また、この排出口２８は、スリーブ２内で形成されるビレット５４の大きさに対応した矩形状に形成されているが、多様なサイズのビレット５４を製造して吐出して排出できるように、製造されるビレット５４よりも大きく形成することが望ましい。
【０１４３】
なお、この排出口２８が形成された部分には、温度調節装置２５が取り付けられておらず、この排出口２８に対応する部分だけ温度調節装置２５を除外させて形成する。すなわち、この温度調節装置２５を取り付ける際には、スリーブ２からのビレット５４の排出に影響を及ぼさないように構成する必要がある。
【０１４４】
次に、上記第２の実施の形態の半溶融成形用ビレットの製造装置の作用を説明する。
【０１４５】
まず、図８に示すように、製造工程として攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置１２，１３により、空間部１１内に電磁気場の攪拌をした状態で、溶融金属Ｍをトリベ４により移送して、電磁気場の影響下にあるスリーブ２内に注湯する。
【０１４６】
このとき、溶融金属Ｍが注湯される所定の領域は、第１のプランジャ３１と第２のプランジャ３２との間に形成されたスラリ製造領域２１である。
【０１４７】
この結果、このスラリ製造領域２１において半凝固金属スラリ５１を製造した後に、図９に示すように、第２のプランジャ３２を固定させた状態で、第１のプランジャ３１を第２のプランジャ３２側に向けて加圧させた後、冷却して所定の大きさのビレット５４を形成する。
【０１４８】
この後、このビレット５４が形成された後に、図１０に示すように、第１のプランジャ３１を第２のプランジャ３２側に向けてさらに加圧させて、これら第２のプランジャ３２とビレット５４とのそれぞれを排出口２８側に向けて移送させて、このビレット５４を排出口２８を通じてスリーブ２の外部へと排出させる。このとき、第２のプランジャ３２の移送は、第１のプランジャ３１の加圧力に依存させることができるが、上述のように、この第２のプランジャ３２を別途稼動させることもできる。
【０１４９】
さらに、スリーブ２の排出口２８からビレット５４を排出させた後に、第１のプランジャ３１および第２のプランジャ３２のそれぞれをスリーブ２の一端側に向けて移動させて元の所に戻し、これら第１のプランジャ３１と第２のプランジャ３２との間にスラリ製造領域２１を形成させた後、図８および図９に示す注湯工程および製造工程を反復させる。
【０１５０】
すると、このような反復工程によって組織が微細でかつ均一なビレット５４を連続して排出口２８から排出できるだけでなく、製造されたビレット５４を切断せずに直ちに使用できるので、工程の効率性をさらに増大できる。
【０１５１】
なお、上記各実施の形態において、多様な金属あるいは合金、例えばアルミニウムまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、亜鉛またはその合金、銅またはその合金、鉄またはその合金などの半凝固成形法であっても汎用的に適用できる。
【０１５２】
【発明の効果】
請求項１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを得ることができるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現でき、また、製造された合金の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮させることができるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造でき、量産適用性に優れている。
【０１５３】
請求項２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、筒状部の一端に取り付けた第１の押圧手段と、この筒状部の他端に取り付けた第２の押圧手段との間を所定領域とし、ビレット形成工程として第１の押圧手段を第２の押圧手段側に向けて移動させて固液共存状態金属材料を押圧しつつ冷却してビレットを形成してから、排出工程として固液共存状態金属材料を第２の押圧手段側に向けて移動させて排出させたので、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、より量産適用性に優れている。
【０１５４】
請求項３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１または２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、筒状部内における第１の押圧手段と第２の押圧手段との間にビレットが形成された状態で、これら第１の押圧手段および第２の押圧手段それぞれを移動させて、これらビレットと第１の押圧手段および第２の押圧手段いずれかと間に所定領域を形成した後、この所定領域に電磁気場を印加しつつ、溶融金属を注湯してビレットを反復して形成する反復工程を具備させたので、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるので、より量産適用性に優れている。
【０１５５】
請求項４記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１５６】
請求項５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１５７】
請求項６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１５８】
請求項７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【０１５９】
請求項８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６０】
請求項９記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６１】
請求項１０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１ないし９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【０１６２】
請求項１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１６３】
請求項１２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１０または１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１６４】
請求項１３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法によれば、請求項１０または１１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１６５】
請求項１４記載の半溶融成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし１３いずれか記載の固液共存状態金属材料が半溶融金属スラリであることにより、請求項１ないし１３いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【０１６６】
請求項１５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを得ることができるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現でき、また、製造された合金の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮させることができるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造でき、量産適用性に優れている。
【０１６７】
請求項１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、筒状部内における所定領域よりも他端側に、この筒状部内からビレットを排出する排出口を設けたことにより、この筒状部内からのビレットの排出が容易になるから、より短時間に高品質の個液共存状態金属材料成形用ビレットを連続して複数製造できるため、より量産適用性に優れている。
【０１６８】
請求項１７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１６９】
請求項１８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１７０】
請求項１９記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５または１６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットを容易に得ることができる。
【０１７１】
請求項２０記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができる。
【０１７２】
請求項２１記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７３】
請求項２２記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５ないし１９いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７４】
請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易かつ確実に得ることができる。
【０１７５】
請求項２４記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有するビレットをより容易かつ確実に得ることができる。
【０１７６】
請求項２５記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項２３記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１７７】
請求項２６記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１７８】
請求項２７記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１７９】
請求項２８記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置によれば、請求項２３ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１８０】
請求項２９記載の半溶融成形用ビレットの製造装置によれば、請求項１５ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料が半溶融金属スラリであることにより、請求項１５ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置での時間に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。
【図２】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の製造工程を示す概略説明図である。
【図３】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置のビレット形成工程を示す概略説明図である。
【図４】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の移送工程を示す概略説明図である。
【図５】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置のさらなる製造工程を示す概略説明図である。
【図６】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置のさらなるビレット形成工程を示す概略説明図である。
【図７】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置のさらなる製造工程を示す概略説明図である。
【図８】本発明の固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の第２の実施の形態の製造工程を示す説明断面図である。
【図９】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置のビレット形成工程を示す説明断面図である。
【図１０】同上固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置の排出工程を示す説明断面図である。
【符号の説明】
１　　攪拌部
２　　筒状部としてのスリーブ
１１　　空間部
２１　　所定領域としてのスラリ製造領域
２５　　温度調節装置
２６　　冷却装置としての冷却水パイプ
２８　　排出口
３１　　第１の押圧手段としての第１のプランジャ
３２　　第２の押圧手段としての第２のプランジャ
５１　　固液共存状態金属材料としての半溶融金属スラリ
５２，５３，５４　　ビレット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a method for producing a solid-liquid coexisting state metal forming billet for pouring a molten metal while applying an electromagnetic field to produce a solid-liquid coexisting state metal forming billet, an apparatus therefor, and a semi-solid state forming billet. The present invention relates to a manufacturing method and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
The semi-solid molding method as a molding method of a metal material in a solid-liquid coexistence state is called a semi-solid or semi-solid molding method in combination with a semi-solid molding method, but here, the semi-solid molding method is not completely solidified. In this method, a semi-solid metal slurry having a predetermined viscosity is cast or forged to produce a billet or a final molded product. Further, the semi-solid molding method refers to a processing method in which a billet produced by the semi-solid molding method is reheated to a slurry in a semi-molten state, and then this slurry is cast or forged to produce a final product.
[0003]
Here, the semi-solid metal slurry can be deformed by a small force due to thixotropic property in a state where a liquid phase and spherical crystal grains are mixed at an appropriate ratio at a temperature of a semi-solid region, and It means a metal material that has excellent fluidity and is easily formed like a liquid phase.
[0004]
Such a semi-solid or semi-solid molding method has various advantages as compared with a general molding method using a molten metal such as casting or melt forging. For example, since the semi-solid or semi-molten metal slurry used in these semi-solid or semi-molten molding methods has fluidity at a lower temperature than the molten metal, it is necessary to lower the temperature of the die exposed to the slurry further than in the case of the molten metal. Which extends the life of the die.
[0005]
Also, when the slurry is extruded along the cylinder, turbulence is less generated, so that air is not mixed in during the casting process, thereby reducing the generation of pores in the final product. In addition, the solidification shrinkage is small, the workability is improved, the mechanical properties and corrosion resistance of the product are improved, and the product can be reduced in weight. As a result, it can be used as a new material in the automotive and aircraft industries, electrical and electronic information communication equipment, and the like.
[0006]
On the other hand, in the conventional semi-solid molding method, when cooling the molten metal, it is mainly stirred at a temperature below the liquidus line to crush the already generated dendritic crystal structure, so that the spherical shape is adapted to the semi-solid molding. It is a method of making particles. As the stirring method, a mechanical stirring method, an electromagnetic stirring method, gas bubbling, low frequency, high frequency or electromagnetic wave vibration, or a stirring method using an electric shock were used.
[0007]
As a method of producing a liquid-solid mixture, the molten metal is cooled while being vigorously stirred during solidification. Further, a production apparatus for producing the liquid-solid mixture mixes the solid-liquid mixture into a container by pouring the mixture with a stirring rod, which stirs the solid-liquid mixture having a predetermined viscosity. Crushing the dendritic structures in the mixture or dispersing the crushed dendritic structures.
[0008]
However, in the method for producing the liquid-solid mixture, the dendritic crystal morphology already formed in the cooling process is pulverized, and the pulverized dendritic crystal is used as a crystal nucleus to obtain a spherical crystal. There are many problems such as a reduction in cooling rate due to generation of latent heat due to the formation of a layer, an increase in production time, and a non-uniform crystal state due to non-uniform temperature in a stirred vessel. Also, in the case of a manufacturing apparatus for manufacturing the liquid-solid mixture, the temperature distribution in the container is not uniform due to the limitation of mechanical stirring, and the working time and subsequent processes are required to operate in the chamber. Has a very difficult limit (for example, see Patent Document 1).
[0009]
As a method for producing a semi-solid alloy slurry, a cooling manifold and a mold are sequentially provided inside an electromagnetic field applying means with a coil. The upper side of the mold is formed so that molten metal is continuously poured, and cooling water is supplied to the cooling manifold to cool the mold. Furthermore, according to the method for producing a semi-solid alloy slurry by the semi-solid alloy slurry production apparatus, first, a molten metal is poured from the upper side of a mold, and the molten metal is passed through the mold by a cooling manifold. A solid-phased region is formed. Here, a magnetic field is applied by an electromagnetic field applying means, and while the resinous tissue is crushed, cooling proceeds, and an ingot is formed from below (for example, see Patent Document 2).
[0010]
Further, as a method of manufacturing a semi-solid molded material, after heating the alloy so that all metal components in the alloy exist in a liquid state, the obtained liquid metal is heated to a temperature between a liquidus line and a solidus line. Cooling. Thereafter, a semi-solid molded material is manufactured by breaking a resinous structure formed from a molten metal cooled by applying a shearing force (for example, see Patent Document 3).
[0011]
In addition, as a method of producing a metal slurry for semi-solid casting, molten metal is poured into a container at a temperature near the liquidus temperature or a temperature higher than the liquidus temperature up to 50 ° C. Thereafter, at the time when at least a part of the molten metal becomes lower than the liquidus temperature in the process of cooling the molten metal, that is, when the molten metal first passes through the liquidus temperature, the molten metal moves to the molten metal by ultrasonic vibration, for example. Add. Furthermore, a metal slurry for semi-solid casting having a metal structure in the form of a grain phase crystal is manufactured by gradually cooling the molten metal after applying a motion to the molten metal (for example, see Patent Document 4).
[0012]
However, in the above-described method for producing a metal slurry for semi-solid casting, a force such as ultrasonic vibration is used to crush a resinous crystal structure formed at an early stage of cooling. Further, if the pouring temperature is higher than the liquidus temperature, it is difficult to obtain a crystal form of a granular phase, and at the same time, it is difficult to rapidly cool the molten metal. Further, the texture of the surface portion and the central portion becomes uneven.
[0013]
Furthermore, as a method of forming a semi-molten metal, after pouring the molten metal into a container, a vibrating bar is immersed in the molten metal and vibrated in a state of being in direct contact with the molten metal to vibrate the molten metal. I have. Specifically, by transmitting the vibration force of the vibration bar to the molten metal, an alloy having a crystal nucleus at a liquidus temperature or lower and in a solid-liquid coexisting state is formed. Thereafter, the molten nucleus is maintained in the container for 30 seconds or more and 60 minutes or less while being cooled to a molding temperature showing a predetermined liquidus ratio, thereby growing crystal nuclei to obtain a semi-molten metal. However, the size of the crystal nuclei obtained by this method is about 100 μm, the process time is considerably long, and it is difficult to apply the method to a container having a predetermined size or more (for example, see Patent Document 5).
[0014]
In addition, as a method for producing a semi-molten metal slurry, a semi-molten metal slurry is produced by precisely controlling cooling and stirring simultaneously. Specifically, after pouring the molten metal into the mixing vessel, a stator assembly provided around the mixing vessel is operated to generate a magnetomotive force sufficient to rapidly stir the molten metal in the vessel. In addition, the temperature of the molten metal is rapidly reduced using a thermal jacket provided around the mixing vessel and acting to precisely control the temperature of the vessel and the molten metal. The molten metal is adjusted in such a manner that the molten metal is continuously stirred while being cooled, provides fast stirring when the solid fraction is low, and increases the electromotive force as the solid fraction increases (for example, Patent Document 6). reference.).
[0015]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 3,948,650 (columns 3-8 and FIG. 3)
[0016]
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 4,465,118 (columns 4-12, FIGS. 1, 2, 5, and 6)
[0017]
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 4,694,881 (columns 2-6)
[0018]
[Patent Document 4]
JP-A-11-33692 (page 3-5 and FIG. 1)
[0019]
[Patent Document 5]
JP-A-10-128516 (page 4-7 and FIG. 3)
[0020]
[Patent Document 6]
U.S. Pat. No. 6,432,160 (columns 7-15, FIGS. 1A-2B and 4)
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional semi-solid or semi-solid molding method and the manufacturing apparatus thereof use a shearing force to pulverize a resin-like crystal form already formed in a cooling process into a metal structure of a granular phase. ing. Therefore, it is difficult to avoid various problems such as a decrease in cooling rate and an increase in production time due to the generation of latent heat due to the formation of an initial solidified layer because a force such as vibration is applied only when at least a part of the molten metal falls below the liquidus line. . In addition, the obtained metal structure is difficult to obtain a uniform and fine structure as a whole due to non-uniform temperature in the container. The non-uniformity of the tissue is further increased due to the temperature difference between.
[0022]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the foregoing points, and provides energy efficiency improvement, reduction of production cost, improvement of mechanical properties, simplification of the casting process and production while obtaining finer and more uniform spherical particles. A method for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state capable of continuously producing a plurality of high-quality semi-solid molding billets in a short time, which can realize an advantage of time reduction, a device therefor, a method for manufacturing a semi-solid molding billet, and It is intended to provide the device.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 1 is characterized in that, while applying an electromagnetic field to a predetermined area in a cylindrical portion, a molten metal is poured into the predetermined area to form a metal material in a solid-liquid coexistence state. A manufacturing step of manufacturing, a billet forming step of forming a billet by cooling while pressing the solid-liquid coexisting metallic material in the cylindrical part, and a discharging step of discharging the billet from the cylindrical part It is.
[0024]
Then, while applying an electromagnetic field to a predetermined region in the cylindrical portion, a molten metal is poured into the predetermined region to produce a solid-liquid coexisting metal material, and a solid-liquid coexisting metal material in the cylindrical portion is produced. Is pressed and cooled to form a billet, and then the billet is discharged from the cylindrical portion. As a result, a billet having a uniform and fine spherical structure can be obtained as a whole, and the nucleation density on the wall surface of the cylindrical portion can be remarkably increased only by short-time stirring at a temperature higher than the liquidus line. And spheroidization of the particles can be realized. In addition, the mechanical properties of the manufactured alloy can be improved, and the electromagnetic field stirring time can be greatly reduced, so that the energy required for stirring is reduced, the entire process is simplified, and the product forming time is reduced. Is also shortened and productivity can be improved. Therefore, a plurality of billets for forming a metallic material in a state of coexistence with a single liquid can be continuously manufactured in a short time, which is excellent in mass production applicability.
[0025]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state, wherein the predetermined region in the cylindrical portion is one end of the cylindrical portion. And a second pressing means attached to the other end of the cylindrical portion, wherein the billet forming step includes the first pressing means connecting the first pressing means to the second pressing means. And pressing the solid-liquid coexisting state metal material to form a billet by pressing the solid-liquid coexisting state metal material, and discharging the solid-liquid coexisting state metal material toward the second pressing means side. It is moved and discharged.
[0026]
Then, a predetermined area is defined between the first pressing means attached to one end of the cylindrical portion and the second pressing means attached to the other end of the cylindrical portion, and the first pressing means is used as a billet forming step. The metal material is moved toward the second pressing means and cooled while pressing the solid-liquid coexisting state metal material to form a billet, and then the solid-liquid coexisting state metal material is turned to the second pressing means side as a discharging step. Move and discharge. As a result, a plurality of billets for forming a metallic material in the state of coexistence of a single liquid can be continuously manufactured in a shorter time, so that the present invention is more applicable to mass production.
[0027]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to the first or second aspect, wherein the first pressing means and the second pressing means in the cylindrical portion are provided. In the state where the billet is formed between the billet and the first pressing means, the first pressing means and the second pressing means are moved, and the billet is moved between the billet and any one of the first pressing means and the second pressing means. After the formation of the predetermined region, a molten metal is poured while applying an electromagnetic field to the predetermined region to repeatedly form a billet.
[0028]
Then, in a state where the billet is formed between the first pressing means and the second pressing means in the cylindrical portion, each of the first pressing means and the second pressing means is moved, and these billets and After forming a predetermined area between the first pressing means and the second pressing means, a repetitive step of pouring molten metal and repeatedly forming a billet while applying an electromagnetic field to the predetermined area. Since it is provided, a plurality of high-quality billets for forming a metallic material coexisting in a single liquid state can be continuously manufactured in a shorter time, so that the present invention is more applicable to mass production.
[0029]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal-formed billet in a solid-liquid coexistence state according to any one of the first to third aspects. An electromagnetic field is applied before the molten metal is poured into the furnace.
[0030]
Then, by applying an electromagnetic field before pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained. .
[0031]
The method for producing a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 5 is the method for producing a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 1 to 3, wherein the manufacturing step is a predetermined region in the cylindrical portion. And applying an electromagnetic field at the same time as pouring molten metal.
[0032]
Then, by pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process and simultaneously applying an electromagnetic field, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0033]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 6 is a method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 3, wherein the manufacturing step is a predetermined area in the cylindrical portion. An electromagnetic field is applied while pouring a molten metal into the metal.
[0034]
Then, by applying an electromagnetic field while pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0035]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 7 is the method for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 1 to 6, wherein the manufacturing step is a predetermined area in the cylindrical portion. The electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into the metal becomes 0.001 or more and 0.7 or less.
[0036]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal poured into the predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process becomes 0.001 or more and 0.7 or less, the whole is uniform and fine. A billet having a suitable spherical structure can be obtained more easily.
[0037]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 8 is a method for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 6, wherein the manufacturing step is a predetermined area in the cylindrical portion. An electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into the metal becomes 0.001 or more and 0.4 or less.
[0038]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process becomes 0.001 or more and 0.4 or less, the whole is uniform and fine. This is more preferable because a billet having a suitable spherical structure can be obtained more easily.
[0039]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 9 is a method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 6, wherein the manufacturing step is a predetermined area in the cylindrical portion. An electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into the metal becomes 0.001 or more and 0.1 or less.
Things.
[0040]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion in the manufacturing process becomes 0.001 or more and 0.1 or less, the whole is uniform and fine. This is more preferable because a billet having a suitable spherical structure can be obtained more easily.
[0041]
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a billet for forming a solid-liquid coexisting metal according to any one of the first to ninth aspects, an electromagnetic field is applied in the manufacturing process. After the molten metal is poured into a predetermined region in the cylindrical portion, a cooling step of cooling the molten metal is provided.
[0042]
Then, after pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion to which the electromagnetic field has been applied in the manufacturing process, the molten metal is cooled in the cooling process, so that the entire uniform and fine spherical shape is obtained. A billet having a tissue can be obtained more easily.
[0043]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 11 is the method for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to claim 10, wherein the cooling step is performed by pouring a predetermined area in the cylindrical portion. The molten metal is cooled until the solid phase ratio of the molten metal becomes 0.1 or more and 0.7 or less.
[0044]
Then, by cooling until the solid phase ratio of the molten metal poured into the predetermined region in the cylindrical portion in the cooling step becomes 0.1 or more and 0.7 or less, a uniform and fine spherical shape as a whole is obtained. It is more desirable because a billet having a tissue can be obtained more easily.
[0045]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 12 is the method for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexisting state according to claim 10 or 11, wherein the cooling step is performed by pouring a predetermined area in the cylindrical portion. The molten metal is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less.
[0046]
Then, the molten metal poured into a predetermined area in the cylindrical portion in the cooling step is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less, so as to be uniform and fine as a whole. It is more desirable because a billet having a spherical structure can be more easily obtained.
[0047]
The method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 13 is the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 10 or 11, wherein the cooling step is performed by pouring a predetermined area in the cylindrical portion. The molten metal is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less.
[0048]
Then, the molten metal poured into a predetermined area in the cylindrical portion in the cooling step is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less, so that the whole is uniform and fine. It is more desirable because a billet having a spherical structure can be more easily obtained.
[0049]
In the die casting method for semi-solid molding according to claim 14, the metal material in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 1 to 13 is a semi-solid metal slurry.
[0050]
The solid-liquid coexisting metal material according to any one of the first to thirteenth aspects is a semi-molten metal slurry, and thus has the same function as the solid-liquid coexisting metal material according to the first to thirteenth aspects.
[0051]
An apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 15, wherein a stirrer for applying an electromagnetic field to a predetermined space, and a cylindrical shape provided in the space and into which molten metal is poured Part, which is attached to one end of the cylindrical part, forms one side of a predetermined area in which the molten metal poured into the cylindrical part is accommodated, and is manufactured from the molten metal in the predetermined area. First pressing means for pressing the metal material in the solid-liquid coexistence state, and attached to the other end of the cylindrical portion, forming the other side of the predetermined region in the cylindrical portion, and the first pressing means When pressing the metal material in the solid-liquid coexistence state, it is provided with a second pressing means for discharging the billet after being fixed to form a predetermined billet.
[0052]
Then, a cylindrical portion into which molten metal was poured was provided in a predetermined space to which an electromagnetic field was applied by the stirring section. A first pressing means attached to one end of the cylindrical portion forms one side of a predetermined region for accommodating the molten metal poured into the cylindrical portion, and is manufactured from the molten metal in the predetermined region. The solid-liquid coexisting metal material was pressed. Further, the second pressing means attached to the other end of the cylindrical portion forms the other side of the predetermined region in the cylindrical portion, and the first pressing means presses the solid-liquid coexisting metal material. After being fixed to form a predetermined billet, the billet was discharged. As a result, a billet having a uniform and fine spherical structure can be obtained as a whole, and the nucleation density on the wall surface of the cylindrical portion can be remarkably increased only by short-time stirring at a temperature higher than the liquidus line. And spheroidization of the particles can be realized. In addition, the mechanical properties of the manufactured alloy can be improved, and the electromagnetic field stirring time can be greatly reduced, so that the energy required for stirring is reduced, the entire process is simplified, and the product forming time is reduced. Is also shortened and productivity can be improved. Therefore, a plurality of billets for forming a metallic material in a state of coexistence with a single liquid can be continuously manufactured in a short time, which is excellent in mass production applicability.
[0053]
The apparatus for manufacturing a solid-liquid coexisting state metal forming billet according to claim 16 is the apparatus for manufacturing a solid-liquid coexisting state metal forming billet according to claim 15, on the other end side of a predetermined region in the cylindrical portion, A discharge port for discharging the billet from the inside of the cylindrical portion is provided.
[0054]
Further, by providing a discharge port for discharging the billet from the inside of the cylindrical portion on the other end side of the predetermined region in the cylindrical portion, the discharge of the billet from the inside of the cylindrical portion becomes easy, so that a shorter time is provided. Since a plurality of high-quality billets for forming a metallic material can be continuously manufactured in a coexisting state with individual liquids, it is more applicable to mass production.
[0055]
In the apparatus for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 17, in the manufacturing apparatus for a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 15 or 16, the agitating section includes a molten metal poured into a cylindrical section. An electromagnetic field is applied before being heated.
[0056]
By applying an electromagnetic field before the molten metal is poured into the cylindrical portion by the stirring section, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0057]
In the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 18, in the manufacturing apparatus for a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 15 or 16, the stirring section is configured such that molten metal is poured into a cylindrical section. An electromagnetic field is applied at the same time as the hot water is applied.
[0058]
By applying an electromagnetic field at the same time as the molten metal is poured into the cylindrical portion by the stirring section, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0059]
In the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 19, the stirring unit is configured to pour molten metal into the cylindrical section. It applies an electromagnetic field while hot water is applied.
[0060]
Then, by applying an electromagnetic field while pouring the molten metal into the cylindrical portion by the stirring portion, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0061]
An apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 20 is the apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 19, wherein the stirring section comprises molten metal in a cylindrical section. Until the solid phase ratio becomes 0.001 or more and 0.7 or less.
[0062]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.7 or less in the stirring portion, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole is obtained. Can be obtained more easily.
[0063]
An apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 21 is the apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 19, wherein the agitating section comprises a molten metal in the cylindrical section. The electromagnetic field is applied until the solid phase ratio becomes 0.001 or more and 0.4 or less.
[0064]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.4 or less in the stirring portion, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole is obtained. Is more preferable because it can be more easily obtained.
[0065]
An apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 22 is the apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 19, wherein the stirring section comprises molten metal in a cylindrical section. Until the solid phase ratio becomes 0.001 or more and 0.1 or less.
[0066]
Then, by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.1 or less in the agitating portion, a molding having a uniform and fine spherical structure as a whole is performed. It is more desirable because the product can be obtained more easily.
[0067]
The apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to claim 23 is the temperature control for adjusting the temperature of a cylindrical portion in the apparatus for manufacturing a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 22. It is equipped with a device.
[0068]
Then, by adjusting the temperature of the cylindrical portion with the temperature adjusting device, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be obtained more easily and reliably.
[0069]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexistence state, wherein the temperature control device is a cooling device.
[0070]
By using a cooling device as the temperature control device, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be obtained more easily and reliably.
[0071]
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to the twenty-third aspect, wherein the temperature control device is an electric heater.
[0072]
By using an electric heater as the temperature control device, it is possible to more easily and reliably obtain a molded product having a uniform and fine spherical structure as a whole.
[0073]
An apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 26 is a manufacturing apparatus for a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 23 to 25. The cooling is performed until the solid phase ratio of the metal becomes 0.1 or more and 0.7 or less.
[0074]
Then, by cooling with a temperature controller until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.1 or more and 0.7 or less, a molded article having a uniform and fine spherical structure as a whole is obtained. It is more desirable because it can be obtained more easily and reliably.
[0075]
An apparatus for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to claim 27 is a manufacturing apparatus for a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 23 to 25, wherein the temperature control device is configured to melt the inside of the cylindrical portion. The metal is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less.
[0076]
Then, the molten metal in the cylindrical portion is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less by a temperature control device, thereby forming a uniform and fine spherical structure as a whole. It is more desirable because the product can be obtained more easily and reliably.
[0077]
The apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 28 is the manufacturing apparatus for a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 23 to 25, wherein the temperature control device is configured to melt the inside of the cylindrical portion. The metal is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less.
[0078]
Then, the molten metal in the cylindrical portion is cooled at a rate of not less than 0.2 ° C./s and not more than 2.0 ° C./s by a temperature control device, thereby forming a uniform and fine spherical structure as a whole. It is more desirable because the product can be obtained more easily and reliably.
[0079]
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, the solid-liquid coexisting metal material according to any one of the fifteenth to twenty-eighth aspects is a semi-solid metal slurry.
[0080]
The solid-liquid coexisting metal material according to any one of claims 15 to 28 is a semi-molten metal slurry, and thus has the same function as the solid-liquid coexisting metal material according to any one of claims 15 to 28.
[0081]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0082]
First, a method for manufacturing a semi-solid molding billet according to the first embodiment will be described.
[0083]
The billets for semi-solid molding refer to billets 52 and 53 used in the semi-solid molding method, and these billets 52 and 53 are manufactured by a semi-solid molding method. Therefore, a method for producing the billet for semi-solid molding is basically based on a semi-solid molding method.
[0084]
In the method of manufacturing the billet for semi-solid molding, a molten metal M is poured into the sleeve 2 to produce a semi-molten metal slurry 51 as a solid-liquid coexisting metal material, and then the semi-molten metal slurry 51 is added. This is a method of manufacturing a billet for forming a metal material in a solid-liquid coexistence state, in which billets 52 and 53 having a predetermined size are manufactured by pressing and forming.
[0085]
At this time, an electromagnetic field is applied and stirring is performed before the pouring of the molten metal M into the sleeve 2 is completed. That is, before pouring the molten metal M into the sleeve 2, simultaneously with pouring the molten metal M into the sleeve 2, or during pouring the molten metal M into the sleeve 2, that is, stirring by the electromagnetic field while pouring the molten metal M into the sleeve 2. By doing so, the formation of early dendritic tissue is blocked. At this time, ultrasonic waves or the like can be used for the stirring instead of the electromagnetic field.
[0086]
That is, the vacant sleeve 2 is disposed in the predetermined space portion 11 without the molten metal M being poured, and an electromagnetic field is applied to the slurry production region 21 which is a predetermined region of the vacant sleeve 2. At this time, the application of the electromagnetic field is performed with a strength capable of stirring the molten metal M.
[0087]
Thereafter, as shown in FIG. _p Then, the molten metal is poured into the slurry production area 21 of the sleeve 2. At this time, an electromagnetic field is applied to the sleeve 2 so that stirring can be performed. At this time, the electromagnetic field can be stirred at the same time as the molten metal M is poured, and the electromagnetic field can be stirred while the molten metal M is being poured.
[0088]
In this way, by performing the stirring of the electromagnetic field before the pouring of the molten metal M into the sleeve 2 is completed, it is difficult for the molten metal M to form an initial solidified layer on the inner wall of the sleeve 2 at a low temperature. Then, fine crystal nuclei are simultaneously generated in the entire slurry production region 21 in the sleeve 2, and the entire molten metal M in the slurry production region 21 is rapidly cooled uniformly to just below the liquidus temperature to produce a large number of crystals. Nuclei occur simultaneously.
[0089]
This is because the internal molten metal M and the molten metal M on the surface are well stirred by an active initial stirring action by applying an electromagnetic field before or simultaneously with the molten metal M being poured into the slurry production area 21. This is because heat transfer in the molten metal M is fast, and the formation of an initial solidified layer on the inner wall of the sleeve 2 is suppressed.
[0090]
In addition, the convective heat transfer between the well-stirred molten metal M and the inner wall of the low-temperature sleeve 2 increases, thereby rapidly cooling the temperature of the entire molten metal M. That is, the poured molten metal M is dispersed in the dispersed particles by the electromagnetic field stirring at the same time as the molten metal is poured, and the dispersed particles are uniformly distributed as crystal nuclei in the sleeve 2, thereby generating a temperature difference over the entire sleeve 2. No longer. On the other hand, according to the above-described conventional technique, the poured molten metal M comes into contact with the inner wall of the low-temperature sleeve 2 and grows as a dendritic crystal in the initially solidified layer by rapid convection heat transfer.
[0091]
Such a principle can be explained in relation to the latent heat of solidification. That is, since the initial solidification of the molten metal M does not occur on the wall surface of the sleeve 2, no latent heat of solidification is generated, whereby the cooling of the molten metal M is merely the specific heat of the molten metal M (about 1/400 of the latent heat of solidification). ) Can be achieved only by releasing a sufficient amount of heat.
[0092]
Therefore, the dendrites in the initial solidified layer, which often occur on the inner wall surface of the sleeve 2 in the prior art, are not formed, and the molten metal M in the sleeve 2 is uniformly uniform from the wall surface of the sleeve 2 to the center. And how the temperature drops rapidly. The time required to lower the temperature at this time is only a short time of about 1 second to 10 seconds after the molten metal M is poured. As a result, a large number of crystal nuclei are uniformly generated over the entire molten metal M in the sleeve 2, and the distance between the crystal nuclei becomes extremely short due to an increase in the crystal nucleation density, so that dendritic crystals are not formed and independent. To form spherical particles.
[0093]
The same applies to the case where an electromagnetic field is applied while the molten metal M is being poured. That is, the initial solidified layer on the inner wall surface of the sleeve 2 is less likely to be formed by the electromagnetic field stirring during the pouring process.
[0094]
At this time, the pouring temperature T of the molten metal M _p Is preferably maintained at a temperature equal to or higher than the liquidus temperature and equal to or lower than the liquidus temperature + 100 ° C. (superheat degree of the molten metal = 0 to 100 ° C.) As described above, since the entire inside of the sleeve 2 into which the molten metal M has been poured is uniformly cooled, it is not necessary to cool down to around the liquidus temperature before pouring the molten metal M into the sleeve 2. This is because a temperature higher by about 100 ° C. than the liquidus temperature may be maintained.
[0095]
On the other hand, according to the conventional method of applying an electromagnetic field to the slurry manufacturing container at the time when a portion of the molten metal M falls below the liquidus line after pouring the molten metal M into the slurry manufacturing container, Latent heat of solidification is generated while an initial solidified layer is formed on the wall surface. However, since the latent heat of solidification is about 400 times the specific heat, it takes a long time to lower the temperature of the molten metal M in the entire slurry production container. Therefore, in such a conventional method, the molten metal M is generally cooled to a temperature of about the liquidus or about 50 ° C. higher than the liquidus and then poured into the slurry production container. Therefore, at this time, it is necessary to wait until the temperature of the molten metal M to be poured reaches an appropriate temperature, but it is very difficult to adjust the appropriate temperature in the actual process.
[0096]
Further, when the electromagnetic field stirring is completed, as shown in FIG. 1, even if the molten metal M in the sleeve 2 is partially formed, the temperature of the molten metal M becomes equal to the liquidus temperature T. _l When the temperature drops below, that is, when the solid phase ratio of the molten metal M is about 0.001 and a predetermined crystal nucleus is formed, it does not matter much if the process is terminated at any time. That is, the electromagnetic field stirring may be continued until the molten metal M is poured into the sleeve 2 and the molten metal M is cooled and the subsequent pressurizing is performed. This is because the crystal nuclei are already uniformly distributed over the entire slurry production area 21 of the sleeve 2, so that the electromagnetic field stirring at the stage where the crystal grains grow around the crystal nuclei does not produce the semi-molten metal slurry 51 to be produced. This does not affect the characteristics of.
[0097]
However, since the electromagnetic field stirring is sufficient only during the production of the semi-molten metal slurry 51 in the sleeve 2, the stirring is continued at least until the solid fraction of the molten metal M becomes 0.001 or more and 0.7 or less. . Further, from the viewpoint of energy efficiency, the solid phase ratio of the molten metal M in the slurry production region 21 is maintained until the solid phase ratio of the molten metal M becomes 0.001 or more and 0.4 or less. It is continued until it becomes 001 or more and 0.1 or less.
[0098]
On the other hand, after the molten metal M is poured into the slurry production region 21 to form crystal nuclei with a uniform distribution, the growth of crystal nuclei generated by cooling the slurry production region 21 as a cooling step is accelerated. Therefore, such a stage in the cooling step may be started when the molten metal M is poured into the slurry production area 21. Further, as described above, the electromagnetic field may be continuously applied during the cooling step.
[0099]
Further, such a cooling process can be continued until the stage of pressurizing the semi-solid metal slurry 51, but at a time t when the molten metal M reaches a solid fraction of 0.1 or more and 0.7 or less. ₂ The cooling process can be maintained until. At this time, the cooling rate of the molten metal M is about 0.2 ° C./sec or more and about 5.0 ° C./sec or less, which depends on the distribution of crystal nuclei and the fineness of the particles. 2.0 ° C./sec or less.
[0100]
As a result, a semi-molten metal slurry 51, which is a semi-molten metal slurry having a predetermined solid fraction, can be produced, and immediately pressurized and cooled to produce the semi-molten billets 52, 53.
[0101]
At this time, the production time of the semi-solid metal slurry 51 can be remarkably shortened, but the metal in the form of the semi-solid metal slurry 51 having a solid fraction of 0.1 or more and 0.7 or less from the time of pouring the molten metal M into the sleeve 2. The time required to form the material is no less than 30 seconds and no more than 60 seconds. Die-casting using the semi-solid metal slurry 51 manufactured as described above makes it possible to obtain a molded product having a uniform and dense spherical crystal structure.
[0102]
Next, an apparatus for manufacturing a semi-solid molding billet used as a method for manufacturing the semi-solid molding billet will be described with reference to FIGS.
[0103]
The apparatus for manufacturing a billet for semi-solid molding shown in FIGS. 2 to 7 includes a stirring section 1, and a predetermined space section 11 is provided inside the stirring section 1. Further, the stirring unit 1 is formed with electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 so as to surround the space 11.
[0104]
The sleeve 2 is attached to the space 11 of the agitating unit 1 as a slender cylindrical tubular part so as to penetrate the space 11. A first plunger 31 as first pressing means for pressing is inserted into one end of the sleeve 2. Further, a second plunger 32 as a second pressing means is inserted into the other end of the sleeve 2.
[0105]
The space 11 of the stirring section 1 and the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 are fixed by a frame structure (not shown). Further, these electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 are configured to diverge an electromagnetic field having a predetermined intensity toward the space 11, and are poured into the sleeve 2 housed in the space 11. The molten metal M is electromagnetically stirred. The electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 are electrically connected to a control unit (not shown), and the control unit controls the strength and the operation time. Here, these coil devices 12 and 13 for applying an electromagnetic field may be coil devices that can be used for ordinary electromagnetic stirring. Further, the stirring unit 1 may be an ultrasonic stirring other than the electromagnetic field.
[0106]
Further, as shown in FIG. 2, the coil devices 12 and 13 for applying an electromagnetic field are provided inside a sleeve 2, in particular, a slurry manufacturing region 21 as a predetermined region formed in the sleeve 2, and a sleeve manufacturing region 21. An electromagnetic field is applied to a substantially cylindrical pouring jig 23 attached above a gate 22 formed on the upper side in the slurry production area 21.
[0107]
Here, the electromagnetic field applying coil device 12 mounted on the upper side is configured to cover the entire pouring jig 23. For this reason, the molten metal M poured into the sleeve 2 is stirred from the stage of pouring. The application of the electromagnetic field, that is, the stirring of the electromagnetic field by the stirring unit 1 can be continued until the manufactured semi-molten metal slurry 51 is compressed as described above. Therefore, the stirring of the electromagnetic field by the stirring unit 1 need not be terminated.
[0108]
However, in order to stir the electromagnetic field up to the manufacturing process in the sleeve 2 in the energy efficiency dimension, the stirring of the electromagnetic field by the stirring unit 1 results in at least a solid phase ratio of the molten metal M of 0.001 or more and 0.7 or less. To continue. It is desirable that the solid phase ratio of the molten metal M is maintained until the solid phase ratio of the molten metal M becomes 0.001 or more and 0.4 or less. More preferably, the solid phase ratio of the molten metal M is 0.001 or more and 0.1 or less. Persist until it becomes. Here, the time for which the application of the electromagnetic field by the electromagnetic field application coil devices 12 and 13 is continued can be known in advance by an experiment, and the electromagnetic field is applied for a predetermined time in this way.
[0109]
On the other hand, the sleeve 2 has a function of a slurry production container for producing the molten metal M into a semi-molten metal slurry 51 as a metal material in a solid-liquid coexistence state by stirring the electromagnetic field by the stirring section 1; It also has a function of a molding frame for producing the slurry 51 into billets 52 and 53. Therefore, the sleeve 2 is configured such that the electromagnetic field is stirred by the stirring unit 1 before the pouring of the molten metal M is completed.
[0110]
A first plunger 31 is inserted into one end of the sleeve 2 so as to be able to advance and retreat. Further, a second plunger 32 is inserted into the other end of the sleeve 2 so as to be able to advance and retreat. The first plunger 31 and the second plunger 32 are arranged at a predetermined distance from each other, and a predetermined area is formed between the first plunger 31 and the second plunger 32. . This predetermined area becomes the slurry manufacturing area 21, and the first plunger 31 forms one side wall of the slurry manufacturing area 21, and the second plunger 32 forms the other side wall of the slurry manufacturing area 21. Then, an electromagnetic field is applied to the slurry production region 21 by the stirring unit 1, and the molten metal M in a liquid phase is poured into the slurry production region 21 by the tribe 4 as a pouring vessel.
[0111]
Here, a gate 22 is formed in the upper central portion of the sleeve 2 so that the molten metal M is poured. In order to facilitate the pouring of the molten metal M from the tribe 4, a flared pouring jig 23, which is opened upward, extends to the outside of the stirrer 1 at the gate 22. Installed.
[0112]
Further, the sleeve 2 is formed of a metal material, and may be formed of an insulating material such as alumina or aluminum nitride. Here, when the sleeve 2 is made of a metal material, it is desirable to use a material whose melting point of the sleeve 2 is higher than the temperature of the molten metal M to be accommodated. In addition, a thermocouple (not shown) may be built in the sleeve 2 and the thermocouple may be electrically connected to the control unit to transmit temperature information of the molten metal M in the sleeve 2 to the control unit.
[0113]
Further, a temperature control device 25 is attached to the sleeve 2. As the temperature control device 25, for example, at least one of a cooling device and a heating device is applied alone or in combination. Here, as shown in FIG. 2, in this temperature control device 25, for example, a cooling water pipe 26 as a cooling device is attached in a water jacket shape so as to surround the outside of the sleeve 2. The cooling water pipe 26 is attached to a fixed block 27 provided on the outer wall of the sleeve 2.
[0114]
In addition, as the temperature control device 25, a heating device such as an electric heater (not shown) may be additionally provided outside the sleeve 2. At this time, the electric heater may be a coil-shaped electric heater formed on the outer wall of the sleeve 2. Further, a thermocouple may be built in the sleeve 2. The temperature control device 25 is installed over the entire sleeve 2 as shown in FIG. 2. However, the temperature control device 25 can be installed only around the sleeve manufacturing area 21 of the sleeve 2.
[0115]
Then, the temperature adjusting device 25 cools the molten metal contained in the sleeve 2 until the solid phase ratio of the molten metal becomes 0.1 or more and 0.7 or less. Further, the cooling rate by the temperature adjusting device 25 is also adjusted so that the cooling is performed at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less, more preferably 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s. Cool at a rate no greater than s.
[0116]
At this time, the cooling by the temperature adjusting device 25 may be performed after the stirring of the electromagnetic field is completed, as described above, and the cooling is performed independently of the stirring of the electromagnetic field, that is, when the application of the electromagnetic field is continued. Sometimes it is in the middle and sometimes it is from the pouring stage of the molten metal. The temperature controller 25 cools the semi-molten metal slurry 51 more quickly when the semi-molten metal slurry 51 manufactured after the cooling step is pressed to form the first billet 52.
[0117]
On the other hand, each of the first plunger 31 and the second plunger 32 respectively inserted into one end and the other end of the sleeve 2 is connected to a cylinder device (not shown) and reciprocates within the sleeve 2. Here, the first plunger 31 forms one side wall of the slurry production area 21 in the sleeve 2 while the electromagnetic field is applied and cooled, that is, while the semi-molten metal slurry 51 is produced. The first plunger 31 is driven toward the other end of the sleeve 2 so as to press the semi-molten metal slurry 51 after the production of the semi-molten metal slurry 51 is completed.
[0118]
Then, the second plunger 32 forms another side wall of the slurry production area 21 in the sleeve 2 during the production of the semi-molten metal slurry 51. Further, the second plunger 32 is fixed while the first plunger 31 presses the semi-molten metal slurry 51 to form a first billet 52 of a predetermined size. Further, the second plunger 32 is retracted toward the other end of the sleeve 2 after forming the billets 52 and 53, and the first plunger 32 manufactured in the sleeve 2 is formed as shown in FIG. The slurry production area 21 is formed again between the billet 52 and the first plunger 31.
[0119]
Next, the operation of the apparatus for manufacturing a semi-solid billet according to the first embodiment will be described.
[0120]
First, as shown in FIG. 2, an electromagnetic field having a predetermined frequency and intensity is applied to the space 11 by the electromagnetic field application coil devices 12 and 13 of the stirring unit 1 as a manufacturing process. At this time, these electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 apply an electromagnetic field at a voltage, frequency, and intensity of 250 V, 60 Hz, and 500 Gauss, respectively. The application of the electromagnetic field at this time can be applied to any degree of the electromagnetic field used for stirring the electromagnetic field for semi-solid molding.
[0121]
In this state, the molten metal M melted in a furnace (not shown) is transferred by the tribe 4 and poured into the slurry production area 21 in the sleeve 2 under the influence of the electromagnetic field.
[0122]
At this time, the molten metal M in the liquid phase that has been melted by directly connecting the furnace and the sleeve 2 can be poured immediately into the three 2b. Further, the molten metal M at this time may be at a temperature of the liquidus temperature + about 100 ° C as described above.
[0123]
Further, a predetermined area is formed by the first plunger 31 and the second plunger 32 inside the sleeve 2 into which the molten metal M is poured, and this area becomes a slurry manufacturing area 21.
[0124]
Also, the molten metal poured before pouring the molten metal M into the slurry production area 21, that is, the N through the gas supply pipe 24 for preventing the molten metal M from being oxidized. ₂ Alternatively, an inert gas such as Ar is poured.
[0125]
When the molten metal M completely melted and turned into a liquid phase is poured into the slurry production area 21 of the sleeve 2 in which electromagnetic stirring is progressing, the entire slurry production area 21 in the sleeve 2 is poured. Fine recrystallized particles are distributed over time, and the recrystallized particles grow rapidly so that the formation of a dendritic structure does not occur.
[0126]
Here, the application of the electromagnetic field by the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 may be performed simultaneously with the pouring of the molten metal M or during the pouring of the molten metal M.
[0127]
The application of the electromagnetic field by the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 is continued until the billets 52 and 53 are formed as described above.
[0128]
After the application of the electromagnetic field by the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 is completed or while the application of the electromagnetic field is continued, as a cooling step, the molten metal in the slurry production area 21 is reduced to 0.1 or more. The semi-molten metal slurry 51 is manufactured by cooling at a predetermined speed until a solid fraction of 0.7 or less is reached.
[0129]
The cooling rate at this time is adjusted by the temperature control device 25 installed outside the sleeve 2, that is, the cooling water flowing through the cooling water pipe 26, and becomes a speed of 0.2 ° C./sec or more and 5 ° C./sec or less. More preferably, it is 0.2 ° C./sec or more and 2 ° C./sec or less. The time t until the solid fraction reaches 0.1 or more and 0.7 or less is t. ₂ Can be known in advance by experiments.
[0130]
Then, after manufacturing the semi-molten metal slurry 51 in this manner, as shown in FIG. 3, the first plunger 31 is moved to the second plunger 31 while the movement of the second plunger 32 is fixed as a billet forming step. By moving toward the other end of the sleeve 2 in the direction of the plunger 32, the semi-molten metal slurry 51 in the sleeve 2 is pressed to form a first billet 52 of a predetermined size. Thereafter, the cooling rate is further increased by the cooling water flowing through the cooling water pipe 26, and the first billet 52 is rapidly cooled.
[0131]
Further, after the first billet 52 is formed, the first plunger 31 is further pressed toward the second plunger 32 as shown in FIG. With the first billet 52, it is transferred to the second plunger 32 side. At this time, the transfer of the second plunger 32 can depend on the pressing force of the first plunger 31, but the second plunger 32 can be operated separately.
[0132]
In addition, the transfer distance of the second plunger 32 and the first billet 52 is such that the end of the first billet 52 on the first plunger 31 side is moved before the first plunger 31 of the second plunger 32 moves. It is the distance located where the side end was located. This is because the slurry production area 21 is formed again between the first plunger 31 and the transferred first billet 52 as shown in FIG.
[0133]
The process shown in FIG. 2 may immediately proceed to the process shown in FIG. Specifically, after the semi-molten metal slurry 51 is produced in the slurry production area 21 in the sleeve 2, the first plunger 31 is moved halfway while both the second plunger 32 and the first plunger 31 move. The molten metal slurry is pressurized to form a first billet 52 as shown in FIG. At this time, the first billet 52 is already out of the region where the electromagnetic field is applied.
[0134]
Then, after the transfer of the second plunger 32 and the first billet 52 is completed, as shown in FIG. 5, the first plunger 31 is retracted and returned to the original position, and the first plunger 31 The slurry production area 21 is formed between the first billet 52 and the first billet 52. In this state, the molten metal M is poured into the slurry production area 21, and the above-described production steps are repeated to produce the semi-molten metal slurry 51 again. Specifically, the semi-molten metal slurry 51 is manufactured through a stirring step as a stirring step and a cooling step as a cooling step shown in FIG.
[0135]
Thereafter, as shown in FIG. 6, the semi-molten metal slurry 51 is formed into a second billet 53 having a predetermined size by pressurizing the first plunger 31. Next, after each of the second plunger 32, the first billet 52 and the second billet 53 is further transferred to the other end of the sleeve 2, the first plunger 31 is retracted as shown in FIG. Then, the slurry production area 21 is formed again between the second billet 53 and the first plunger 31. Thereafter, the molten metal M is poured into the slurry production area 21 again, and the above-described production process and billet forming process are repeated as a repetition process to repeatedly produce third and fourth billets (not shown). To go. The repetition step is provided between the manufacturing step and the slurry forming step.
[0136]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to obtain billets 52 and 53 having a uniform crystal nucleus structure and a fine spherical structure as a whole, and a temperature higher than the liquidus line. The nucleation density on the wall surface of the sleeve 2 can be significantly increased and the particles can be made spheroidal by only short-time stirring in the process.
[0137]
In addition, the mechanical properties of the manufactured alloy can be improved, and the electromagnetic field stirring time can be greatly reduced, so that the energy required for stirring is reduced, the entire process is simplified, and the product forming time is reduced. Is also shortened and productivity can be improved. Therefore, a plurality of high-quality billets for semi-solid molding can be continuously manufactured in a short time, which is excellent in mass production applicability.
[0138]
In other words, a plurality of billets 52 and 53 for semi-solid molding having excellent quality can be continuously manufactured. Further, in the plurality of billets 52, 53 manufactured in this manner, the billets 52, 53 adjacent to each other are joined by melting. However, the joining strength between the billets 52, 53 is extremely low, so that the billets 52, 53 are easily used in use. Can be separated.
[0139]
The plurality of continuous billets 52 and 53 manufactured can be discharged after the second plunger 32 is separated from the inside of the sleeve 2 as a discharging step, and a discharge port (not shown) is formed in the sleeve 2. Thus, each billet 52, 53 can be discharged from this discharge port.
[0140]
Next, an apparatus for manufacturing a semi-solid molding billet according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0141]
The manufacturing apparatus of the billet for semi-solid molding shown in FIGS. 8 to 10 does not discharge the continuously formed billets 52 and 53 simultaneously after forming the plurality of billets 52 and 53 continuously. The billet 54 manufactured in the sleeve 2 is sequentially discharged, and the billet 54 is manufactured continuously.
[0142]
As shown in FIG. 8, a discharge port 28 for discharging the billet 54 formed in the sleeve 2 to the outside is formed on the lower surface of the sleeve 2. The discharge port 28 is formed at a position away from the slurry production area 21 in the sleeve 2 by a predetermined distance toward the second plunger 32. Although the outlet 28 is formed in a rectangular shape corresponding to the size of the billet 54 formed in the sleeve 2, the billet 54 of various sizes can be manufactured and discharged and discharged. It is desirable to form the billet 54 larger than the billet 54 to be manufactured.
[0143]
Note that the temperature control device 25 is not attached to the portion where the outlet 28 is formed, and only the portion corresponding to the outlet 28 is formed by excluding the temperature control device 25. That is, when the temperature control device 25 is attached, it is necessary to configure the temperature control device 25 so as not to affect the discharge of the billet 54 from the sleeve 2.
[0144]
Next, the operation of the apparatus for producing a semi-solid billet according to the second embodiment will be described.
[0145]
First, as shown in FIG. 8, as a manufacturing process, the molten metal M is transferred by the tribe 4 while the electromagnetic field is being stirred into the space 11 by the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 of the stirring unit 1. Then, the molten metal is poured into the sleeve 2 under the influence of the electromagnetic field.
[0146]
At this time, the predetermined region into which the molten metal M is poured is the slurry production region 21 formed between the first plunger 31 and the second plunger 32.
[0147]
As a result, after the semi-solid metal slurry 51 is manufactured in the slurry manufacturing area 21, the first plunger 31 is moved to the second plunger 32 side with the second plunger 32 fixed as shown in FIG. And then cooled to form a billet 54 of a predetermined size.
[0148]
Thereafter, after the billet 54 is formed, the first plunger 31 is further pressed toward the second plunger 32 as shown in FIG. Are transported toward the outlet 28, and the billet 54 is discharged to the outside of the sleeve 2 through the outlet 28. At this time, the transfer of the second plunger 32 can depend on the pressing force of the first plunger 31, but as described above, the second plunger 32 can be operated separately.
[0149]
Further, after the billet 54 is discharged from the discharge port 28 of the sleeve 2, each of the first plunger 31 and the second plunger 32 is moved toward one end of the sleeve 2 and returned to the original position. After the slurry production area 21 is formed between the first plunger 31 and the second plunger 32, the pouring step and the production step shown in FIGS. 8 and 9 are repeated.
[0150]
Then, not only can the billet 54 having a fine and uniform structure be continuously discharged from the discharge port 28 by such a repetitive process, but also the manufactured billet 54 can be used immediately without cutting, thereby improving the efficiency of the process. It can be further increased.
[0151]
In each of the above-described embodiments, various metals or alloys, such as aluminum or its alloy, magnesium or its alloy, zinc or its alloy, copper or its alloy, and iron or its alloy, may be used for semi-solid molding. Can be applied universally.
[0152]
【The invention's effect】
According to the method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 1, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be obtained, and a short billet at a temperature higher than the liquidus line can be obtained. The stirring time alone can significantly increase the nucleation density on the wall of the cylindrical part to achieve spheroidization of the particles, improve the mechanical properties of the manufactured alloy, and stir the electromagnetic field. The energy consumption required for agitation is reduced, the overall process is simplified, and the product molding time is shortened to improve productivity. A plurality of billets for forming a metal material can be continuously manufactured, which is excellent in mass production applicability.
[0153]
According to the method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 2, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 1, the second method attached to one end of the cylindrical portion. A predetermined area is defined between the first pressing means and the second pressing means attached to the other end of the cylindrical portion, and the first pressing means is moved toward the second pressing means as a billet forming step. The solid-liquid coexisting state metal material was cooled while pressing to form a billet, and then the solid-liquid coexisting state metal material was moved toward the second pressing means and discharged as a discharging step. Since a plurality of billets for forming a metallic material in a state of coexistence with a single liquid can be continuously manufactured in a short time, mass production applicability is more excellent.
[0154]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 3, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 1 or 2, the first method in the cylindrical portion is also provided. With the billet formed between the pressing means and the second pressing means, the first pressing means and the second pressing means are moved, and the billet, the first pressing means and the second pressing means are moved. After forming a predetermined area between any of the pressing means, while applying an electromagnetic field to this predetermined area, the molten metal is poured and a repetitive step of repeatedly forming a billet is provided. Since a plurality of high quality billets for forming a metallic material coexisting with an individual liquid can be continuously manufactured, it is more applicable to mass production.
[0155]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 4, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 3, the manufacturing process includes a cylinder. By applying an electromagnetic field before pouring the molten metal into a predetermined region in the shape, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0156]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 5, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 3, a cylinder is formed in the manufacturing process. By pouring the molten metal into a predetermined area in the shape and applying the electromagnetic field at the same time, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0157]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 6, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 3, a cylinder is formed in the manufacturing process. By applying an electromagnetic field while pouring the molten metal into a predetermined region in the shape, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0158]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 7, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 6, the manufacturing process includes a cylinder. A billet having a uniform and fine spherical structure as a whole by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined area in the shape becomes 0.001 or more and 0.7 or less. Can be obtained more easily.
[0159]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 8, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 6, the manufacturing process includes a cylinder. A billet having a uniform and fine spherical structure as a whole by applying an electromagnetic field until the solid fraction of the molten metal poured into a predetermined region in the shape becomes 0.001 or more and 0.4 or less. Is more preferable because it can be obtained more easily.
[0160]
According to the method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 9, in addition to the effect of the method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 6, the production process includes a cylinder. A billet having a uniform and fine spherical structure as a whole by applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined area in the shape becomes 0.001 or more and 0.1 or less. Is more preferable because it can be obtained more easily.
[0161]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 10, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 1 to 9, an electromagnetic process is performed in the manufacturing process. After pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion to which the field is applied, the molten metal is cooled in a cooling step, so that a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily formed. Can be obtained.
[0162]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 11, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 10, a predetermined amount in the cylindrical portion in the cooling step is reduced. By cooling until the solid phase ratio of the molten metal poured into the region becomes 0.1 or more and 0.7 or less, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily obtained. It is more desirable because it can.
[0163]
According to the method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 12, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 10 or 11, the cooling step includes The molten metal poured into the predetermined area is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less, whereby a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily formed. Is more desirable.
[0164]
According to the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 13, in addition to the effect of the method for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 10 or 11, the cooling step includes The molten metal poured into the predetermined region is cooled at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less, thereby making it easier to form a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole. Is more desirable.
[0165]
According to the die-casting method for semi-solid molding according to claim 14, the solid-liquid coexisting metallic material according to any one of claims 1 to 13 is a semi-molten metal slurry, so that the solid-liquid coexisting metal slurry according to any one of claims 1 to 13 can be used. The same effect as the metallic material in the liquid coexistence state can be obtained.
[0166]
According to the apparatus for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to claim 15, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be obtained, and a short billet at a temperature higher than the liquidus line can be obtained. The stirring time alone can significantly increase the nucleation density on the wall of the cylindrical part to achieve spheroidization of the particles, improve the mechanical properties of the manufactured alloy, and stir the electromagnetic field. Energy consumption required for agitation is reduced, the overall process is simplified, and the product molding time is shortened to improve productivity. A plurality of billets for forming a metal material can be continuously manufactured, which is excellent in mass production applicability.
[0167]
According to the apparatus for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 16, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexisting state according to claim 15, the billet is more than a predetermined area in the cylindrical portion. By providing a discharge port on the end side for discharging the billet from the inside of the cylindrical portion, the billet can be easily discharged from the inside of the cylindrical portion. Since a plurality of billets can be continuously manufactured, the present invention is more applicable to mass production.
[0168]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 17, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 15 or 16, the stirring section includes By applying an electromagnetic field before the molten metal is poured into the molten metal, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0169]
According to the apparatus for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 18, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal-forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 15 or 16, the agitating section further includes By applying an electromagnetic field at the same time that the molten metal is poured into the molten metal, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0170]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 19, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for forming metal in a solid-liquid coexisting state according to claim 15 or 16, the stirring section includes By applying an electromagnetic field while pouring the molten metal into the steel, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be easily obtained.
[0171]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 20, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 15 to 19, a cylinder is formed by a stirring unit. By applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the shape portion becomes 0.001 or more and 0.7 or less, it is possible to more easily obtain a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole. it can.
[0172]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 21, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 15 to 19, a cylinder is formed by a stirring unit. By applying an electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the shape becomes 0.001 or more and 0.4 or less, it is possible to more easily obtain a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole. It is more desirable because it can.
[0173]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 22, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 15 to 19, a cylinder is formed in the stirring section. By applying an electromagnetic field until the solid fraction of the molten metal in the shape becomes 0.001 or more and 0.1 or less, it is easier to obtain a molded product having a uniform and fine spherical structure as a whole. Is more desirable.
[0174]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 23, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for forming metal in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 15 to 22, the temperature adjusting device can be used for the cylinder. By adjusting the temperature of the shape portion, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily and reliably obtained.
[0175]
According to the apparatus for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexisting state according to claim 24, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for forming metal in a solid-liquid coexisting state according to claim 23, the temperature adjusting device is a cooling device. Accordingly, a billet having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily and reliably obtained.
[0176]
According to the apparatus for manufacturing a billet for metal forming in a solid-liquid coexistence state according to claim 25, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for forming metal in a solid-liquid coexisting state according to claim 23, an electric heater is used as a temperature control device. Thereby, it is possible to more easily and reliably obtain a molded article having a uniform and fine spherical structure as a whole.
[0177]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 26, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 23 to 25, a temperature control apparatus is used. By cooling until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.1 or more and 0.7 or less, it is possible to more easily and reliably obtain a molded product having a uniform and fine spherical structure as a whole. Is more desirable.
[0178]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state according to claim 27, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 23 to 25, a temperature control apparatus is used. By cooling the molten metal in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less, a molded article having a uniform and fine spherical structure as a whole can be more easily and reliably formed. It is more desirable because it can be obtained.
[0179]
According to the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to claim 28, in addition to the effect of the apparatus for manufacturing a billet for forming metal in a solid-liquid coexisting state according to any one of claims 23 to 25, a temperature control apparatus is used. By cooling the molten metal in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less, a molded article having a uniform and fine spherical structure can be more easily and surely formed. It is more desirable because it can be obtained.
[0180]
According to the apparatus for manufacturing a billet for semi-solid molding according to claim 29, the metal material in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 28 is a semi-molten metal slurry. The same effect as the solid-liquid coexisting state metal material can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a secondary graph showing a pouring temperature of a molten metal with respect to time in a manufacturing apparatus of a billet for forming a metal in a solid-liquid coexistence state according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a manufacturing process of an apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a billet forming step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a transfer process of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a further manufacturing step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a further billet forming step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in the solid-liquid coexisting state.
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a further manufacturing step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in the solid-liquid coexisting state.
FIG. 8 is an explanatory sectional view showing a manufacturing process of a second embodiment of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view showing a billet forming step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
FIG. 10 is an explanatory sectional view showing a discharging step of the apparatus for manufacturing a metal forming billet in a solid-liquid coexisting state.
[Explanation of symbols]
1 stirrer
2 Sleeve as cylindrical part
11 space
21 Slurry manufacturing area as predetermined area
25 Temperature control device
26 Cooling water pipe as cooling device
28 outlet
31 First plunger as first pressing means
32 Second plunger as second pressing means
51 Semi-solid metal slurry as a solid-liquid coexisting metal material
52, 53, 54 billets

Claims

A manufacturing process of applying a magnetic field to a predetermined region in the cylindrical portion and pouring a molten metal into the predetermined region to manufacture a solid-liquid coexisting state metal material;
A billet forming step of forming a billet by cooling while pressing the solid-liquid coexisting metallic material in the cylindrical portion;
Discharging the billet from the cylindrical portion. A method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state, comprising:

The predetermined region in the tubular portion is a region between the first pressing means attached to one end of the tubular portion and the second pressing means attached to the other end of the tubular portion,
In the billet forming step, the first pressing means is moved toward the second pressing means side to press the solid-liquid coexisting state metal material while cooling to form a billet,
2. The method according to claim 1, wherein in the discharging step, the solid-liquid coexisting state metal material is moved toward the second pressing means and discharged.

In a state where a billet is formed between the first pressing means and the second pressing means in the cylindrical portion, the first pressing means and the second pressing means are moved, and the billet and the first pressing means are moved. After forming the predetermined area between the pressing means and the second pressing means, applying an electromagnetic field to the predetermined area, pouring the molten metal and repeatedly forming a billet. The method for producing a metal forming billet according to claim 1 or 2, wherein the metal forming billet is in a solid-liquid coexistence state.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein, in the manufacturing step, an electromagnetic field is applied before pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the manufacturing step, the molten metal is poured into a predetermined region in the cylindrical portion and an electromagnetic field is applied at the same time.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the manufacturing step, an electromagnetic field is applied while pouring the molten metal into a predetermined region in the cylindrical portion.

7. The method according to claim 1, wherein in the manufacturing process, an electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.7 or less. The method for producing a metal forming billet according to the above-described solid-liquid coexistence state.

7. The method according to claim 1, wherein in the manufacturing process, the electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into the predetermined region in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.4 or less. The method for producing a metal forming billet according to any one of the preceding claims.

7. The method according to claim 1, wherein in the manufacturing process, an electromagnetic field is applied until the solid phase ratio of the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.1 or less. The method for producing a metal forming billet according to any one of the preceding claims.

10. A cooling step of cooling the molten metal after pouring the molten metal into a predetermined area in the cylindrical portion to which the electromagnetic field has been applied in the manufacturing process. A method for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state.

11. The solid-liquid coexisting metal according to claim 10, wherein the cooling step cools the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion until the solid phase ratio of the molten metal becomes 0.1 or more and 0.7 or less. A method for producing a billet for molding.

12. The solidification method according to claim 10, wherein the cooling step cools the molten metal poured into a predetermined area in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C./s or more and 5.0 ° C./s or less. A method for producing a billet for metal molding in a liquid coexistence state.

12. The solidification method according to claim 10, wherein the cooling step cools the molten metal poured into a predetermined region in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C./s or more and 2.0 ° C./s or less. A method for producing a metal forming billet in a liquid coexistence state.

14. The die casting method for semi-solid molding, wherein the solid-liquid coexisting metal material according to any one of claims 1 to 13 is a semi-solid metal slurry.

A stirrer that applies an electromagnetic field to a predetermined space,
A cylindrical portion provided in the space portion and into which molten metal is poured,
At one end of the cylindrical portion, forms one side of a predetermined region in which the molten metal poured into the cylindrical portion is accommodated, and solid-liquid coexistence produced from the molten metal is formed in the predetermined region. First pressing means for pressing the state metal material;
It is attached to the other end of the tubular portion, forms the other side of the predetermined region in the tubular portion, and is fixed when the first pressing means presses the solid-liquid coexisting state metal material. An apparatus for producing a metal forming billet in a solid-liquid coexistence state, comprising: a second pressing means for discharging a predetermined billet after the billet is formed.

16. The solid-liquid coexistence state metal forming billet according to claim 15, wherein a discharge port for discharging the billet from the inside of the cylindrical portion is provided on the other end side of the predetermined portion in the cylindrical portion. apparatus.

17. The apparatus according to claim 15, wherein the stirring section applies an electromagnetic field before the molten metal is poured into the cylindrical section.

17. The apparatus according to claim 15, wherein the stirring unit applies an electromagnetic field at the same time as the molten metal is poured into the cylindrical part.

17. The apparatus according to claim 15, wherein the agitator applies an electromagnetic field while pouring the molten metal into the cylindrical portion.

20. The solid-liquid coexisting metal according to claim 15, wherein the stirrer applies the electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.7 or less. Equipment for manufacturing billets for molding.

The solid-liquid coexisting metal according to any one of claims 15 to 19, wherein the stirrer applies the electromagnetic field until the solid phase ratio of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.4 or less. Equipment for manufacturing billets for molding.

The solid-liquid coexisting metal according to any one of claims 15 to 19, wherein the stirring section applies the electromagnetic field until the solid fraction of the molten metal in the cylindrical portion becomes 0.001 or more and 0.1 or less. Equipment for manufacturing billets for molding.

23. The apparatus for manufacturing a metal forming billet according to claim 15, further comprising a temperature controller for controlling a temperature of the cylindrical portion.

24. The apparatus according to claim 23, wherein the temperature control device is a cooling device.

24. The apparatus according to claim 23, wherein the temperature control device is an electric heater.

The solid-liquid coexistence state metal forming apparatus according to any one of claims 23 to 25, wherein the temperature controller cools the molten metal in the cylindrical portion until the solid phase ratio of the molten metal becomes 0.1 or more and 0.7 or less. Billet manufacturing equipment.

The solid-liquid coexisting metal according to any one of claims 23 to 25, wherein the temperature controller cools the molten metal in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C / s or more and 5.0 ° C / s or less. Equipment for manufacturing billets for molding.

The solid-liquid coexisting metal according to any one of claims 23 to 25, wherein the temperature controller cools the molten metal in the cylindrical portion at a rate of 0.2 ° C / s or more and 2.0 ° C / s or less. Equipment for manufacturing billets for molding.

29. An apparatus for manufacturing a billet for semi-solid molding, wherein the metal material in a solid-liquid coexistence state according to any one of claims 15 to 28 is a semi-molten metal slurry.