JP2005066660A - Molding stock manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造(半連続鋳造も含む)により成形素材を得る技術に係り、より詳しくは結晶粒の微細化対策を施した成形素材の製造方法に関する。 The present invention relates to a technique for obtaining a molding material by continuous casting (including semi-continuous casting), and more particularly to a method of manufacturing a molding material in which measures for crystal grain refinement are taken.
連続鋳造法は、鋳型内に上方から溶湯を注入し、前記鋳型の底部から鋳塊を連続に引出す鋳造法であり、生産性に優れかつ材料歩留りが良好であることから、鍛造、圧延、押出、伸線等の成形素材の製造に多く用いられている。
一方、最近、成形素材を半溶融状態として成形を行う、いわゆる半溶融成形が注目を集めている。この半溶融成形によれば、汎用のダイカスト鋳造に比べて、結晶粒が細かく機械的性質に優れた成形品が得られ、例えばアルミニウム系材料、マグネシウム系材料等の自動車部品の製造に有用となる。しかるに、この半溶融成形によれば、成形素材における結晶組織が成形後の機械的性質に大きく影響することが確認されており、したがって、上記した連続鋳造で得られる成形素材を半溶融成形に用いる場合には、当然に結晶粒の細かいことが要求される。
なお、上記鍛造、圧延、押出、伸線等の一般的な成形に用いられる成形材料においても、結晶粒の細かいことが要求されることは、もちろんである。
The continuous casting method is a casting method in which molten metal is poured into the mold from above, and the ingot is continuously drawn out from the bottom of the mold, and because it has excellent productivity and good material yield, forging, rolling, extrusion It is often used in the production of molding materials such as wire drawing.
On the other hand, so-called semi-molten molding, in which molding is performed with a molding material in a semi-molten state, has recently attracted attention. According to this semi-melt molding, compared with general-purpose die casting, a molded product with fine crystal grains and excellent mechanical properties can be obtained. For example, it is useful for manufacturing automobile parts such as aluminum-based materials and magnesium-based materials. . However, according to this semi-melt molding, it has been confirmed that the crystal structure in the molding material greatly affects the mechanical properties after molding. Therefore, the molding material obtained by the above continuous casting is used for the semi-melt molding. In some cases, the crystal grains are naturally required to be fine.
Needless to say, fine crystal grains are also required in molding materials used for general molding such as forging, rolling, extrusion, and wire drawing.
ところで、溶融金属を耐熱容器内で半凝固状態のスラリーとして成形機へ直接供給する、いわゆる半凝固鋳造プロセスの分野では、例えば特許文献1に記載されるように、溶湯を電磁攪拌しながらこれに超音波振動を加えることで、結晶粒を微細化することを行っている。したがって、この技術を上記した連続鋳造に適用することで、結晶粒の微細化を図ることができるものと期待される。
By the way, in the field of so-called semi-solid casting process in which molten metal is directly supplied to a molding machine as a semi-solid slurry in a heat-resistant container, for example, as described in
しかしながら、上記特許文献1記載される技術を単に連続鋳造に適用した場合は、耐熱容器内でバッチ式に処理する半凝固鋳造プロセスと異なって、水冷鋳型との接触で凝固が短時間で進むため、超音波振動と電磁攪拌とを組合せただけでは、十分なる結晶粒の微細化効果が得られない虞れがある。
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、連続鋳造においても、十分なる結晶粒の微細化効果をあげることができる成形素材の製造方法を提供することにある。
However, when the technique described in
The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object of the present invention is to provide a method for producing a molding material capable of providing a sufficient crystal grain refinement effect even in continuous casting. There is.
上記課題を解決するため、本発明は、水冷鋳型内に上方から溶湯を注入し、前記鋳型の底部から鋳塊を連続に引出す連続鋳造により成形素材を得る方法おいて、前記連続鋳造に際し、前記鋳塊よりも上側の液相領域または固・液共存相領域に冷却棒を挿入し、溶湯を電磁攪拌しながら前記冷却棒を回転させることを特徴とする。
このように行う成形素材の製造方法においては、回転する冷却棒に溶湯が接触することで、溶湯内に多量の微細な初晶が発生し、この発生した初晶は、溶湯に対する冷却棒による機械的攪拌と溶湯の電磁攪拌とにより固・液共存相領域内に分散し、固・液共存相領域内では、この微細な初晶を核として凝固が進み、結晶粒の成長、粗大化が効果的に抑えられる。
本発明において、上記冷却棒は、回転に加えて、その軸方向へ縦振動させるようにしてもよく、これにより初晶の発生および分散がより促進される。
また、この冷却棒は、上記回転および縦振動に加えて公転運動させるようにしても、さらに、公転運動の軌跡を中心に該軌跡に交差する方向へ振動させるようにしてもよく、冷却棒のこれらの動きにより初晶の発生および分散がより一層促進される。
本発明において、上記成形素材の種類(使用目的)は任意であるが、半溶融成形用ビレットとすることでき、かかるビレットを用いることで、半溶融成形で得られる成形品の機械的性質が向上する。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a method for injecting molten metal from above into a water-cooled mold and obtaining a molding material by continuous casting in which an ingot is continuously drawn from the bottom of the mold. A cooling rod is inserted into the liquid phase region or the solid / liquid coexisting phase region above the ingot, and the cooling rod is rotated while electromagnetically stirring the molten metal.
In the molding material manufacturing method performed in this way, a large amount of fine primary crystals are generated in the molten metal due to the molten metal coming into contact with the rotating cooling rod, and the generated primary crystal is a machine with a cooling rod for the molten metal. Is dispersed in the solid-liquid coexistence phase region by mechanical stirring and electromagnetic stirring of the molten metal, and solidification progresses with this fine primary crystal as a nucleus in the solid-liquid coexistence phase region, and the growth and coarsening of the crystal grains are effective. Can be suppressed.
In the present invention, the cooling rod may be caused to vibrate longitudinally in the axial direction in addition to rotation, thereby further promoting the generation and dispersion of primary crystals.
The cooling rod may be revolved in addition to the rotation and longitudinal vibration, or may be vibrated in a direction intersecting the trajectory centering on the trajectory of the revolving motion. These movements further promote the generation and dispersion of primary crystals.
In the present invention, the type (purpose of use) of the molding material is arbitrary, but it can be a semi-melt molding billet. By using such a billet, the mechanical properties of a molded product obtained by semi-melt molding are improved. To do.
本発明に係る成形素材の製造方法によれば、結晶粒の細かい成形素材を連続鋳造により安定して得ることができるので、各種成形特に半溶融成形で得られる成形品の機械的性質の向上に大きく寄与する。 According to the method for producing a molding material according to the present invention, a molding material with fine crystal grains can be stably obtained by continuous casting, so that the mechanical properties of molded products obtained by various moldings, particularly semi-melt molding, can be improved. A big contribution.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る成形材料の製造方法を実施するための連続鋳造装置と該装置を用いて行う連続鋳造の実施状況を示したものである。同図において、1は、上部および下部を開放した円筒状の水冷鋳型であり、断熱材からなる上部型体2と金属製の下部型体3との二段構造となっている。下部型体3の内部にはウォータジャケット4が設けられており、このウォータジャケット4には、図示を略す給水手段から冷却水Wが給送されるようになっている。また、下部型体3の下端内周縁部には、前記ウォータジャケット4内の冷却水Wを斜め下方へ向けて逆円錐状に噴射するスリット5が設けられている。なお、このスリット5は、複数の噴射口に替えてもよい。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a continuous casting apparatus for carrying out the method for producing a molding material according to the present invention and a state of continuous casting performed using the apparatus. In the figure,
上記水冷鋳型1の下方には、昇降可能に可動盤6が配設されている。この可動盤6は、水冷鋳型1内に注入された溶湯Mを受け、かつ凝固後の鋳塊7を下方へ引出す役割をなすもので、昇降駆動手段8の昇降ロッド8aの上端に支持されている。
また、水冷鋳型1の周りには、該水冷鋳型1内の溶湯Mを電磁攪拌するための電磁攪拌装置9の電磁コイル9aが配設されている。
Below the water-cooled
An
一方、水冷鋳型1の上方には、冷却棒10とこの冷却棒10を支持し回転させる回転ユニット(回転駆動手段)11とが配設されている。この回転ユニット11には冷却棒10が吊下支持されている。回転ユニット11は、図示を略す昇降手動に支持されて任意昇降するようになっており、この回転ユニット11の昇降に応じて、冷却棒10の下端部が水冷鋳型1内に挿入されるようになる。冷却棒10はまた、その上端部が前記回転ユニット11を挿通して延ばされており、その上端には加振手段12が設置されている。加振手段12は、冷却棒10に縦振動を付与するためのもので、これにより冷却棒10は、水冷鋳型1内で縦振動しながら回転するようになる。
On the other hand, a
本実施形態において、上記冷却棒10の設置位置は任意であり、図2(1)に示すように水冷鋳型1と同心に設置しても、あるいは同図(2)に示すように水冷鋳型1の偏心位置に設置してもよい。また、この冷却棒10の材種は、鋳造すべき金属よりも融点が高ければ任意であり、例えばアルミニウム系材料を鋳造する場合は、鉄系材料はもとより、銅系材料、セラミックス等を選択することができる。
In the present embodiment, the position of the
連続鋳造に際しては、予め昇降駆動手段8の昇降ロッド8aと一体に可動盤6を上昇させて、該可動盤6を水冷鋳型1の下部型体3の開口端部内に位置決めしておく。また、回転ユニット11と一体に冷却棒10を下降させ、その下端部を水冷鋳型1内の、後述する適当深さまで挿入する。
上記準備完了後、図示を略す注湯管を通して水冷鋳型1内に溶湯Mを注入する。すると、溶湯Mは、前記可動盤6上に滞留し、次第にその液面を上昇させ、この間、可動盤6および内部冷却されている下部型体3に接触する部分から凝固が始まる。そして、この凝固開始にタイミングを合せて昇降駆動手段8が作動し、昇降ロッド8aと一体に可動盤6が一定速度で下降する。すると、この可動盤6の下降に追従して鋳塊7が水冷鋳型1の下方へ次第に引出される。この時、下部型体3のスリット5から冷却水Wが内方へ向けて噴射されているので、鋳塊7は、その外周面から急速に冷却され、これにより固相線Sは、図1に示すように下部型体3の開口端よりわずか上側に寄った位置を維持する。
In continuous casting, the
After completion of the preparation, the molten metal M is poured into the water-cooled
一方、水冷鋳型1内の上部側に溜まった溶湯Mは、断熱材製の上部型体2との接触で溶融状態を維持しており、液相領域Aを確定する液相線Lは、上部型体2と下部型体3との境界付近に存在する。しかして、この液相線Lと上記固相線Sとの間は、液相と固相とが共存する固・液共存相領域Bとなっており、鋳塊7は、この固・液共存相領域B内で成長し、上記可動盤6の下降に応じて次第にその長さを増加させる。
On the other hand, the molten metal M accumulated on the upper side in the water-cooled
本実施形態においては、図1に示すように冷却棒10の先端部を上記液相領域Aに浸漬させている。また、水冷鋳型1内への溶湯の充填完了と前後して上記電磁攪拌装置9が起動される。冷却棒10は、加振手段12と回転ユニット11とによりその軸方向に縦振動を起こしながら回転しており、これにより冷却棒10には常に新鮮な溶湯Mが接触し、この結果、冷却棒10の周りには微細な初晶が多量に発生する。一方、この多量に発生した初晶は、電磁攪拌装置9により電磁攪拌される溶湯Mの流れに乗って固・液共存相領域B内に分散する。これにより固・液共存相領域B内では、前記微細な初晶が核となって凝固が進み、この結果、樹枝状晶(デンドライト)の生成が抑制され、結晶粒の成長および粗大化が効果的に抑えられる。
すなわち、得られた鋳塊7は、微細な球状結晶が集合する組織となっており、したがって、この鋳塊7を半溶融成形用ビレットとして用いた場合は、強度および靭性(機械的性質)に著しく優れた半溶融成形品が得られるようになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the tip of the
That is, the obtained
ここで、上記実施形態においては、冷却棒10を液相領域Aに浸漬させるようにしたが、この冷却棒10は、固・液共存相領域Bに浸漬させるようにしてもよい。このように冷却棒10を固・液共存相領域Bに浸漬させた場合は、初晶の発生に加え、冷却棒10の機械的攪拌による初晶の破壊が起こるので、結晶粒はより一層微細化する。
In the above embodiment, the cooling
また、上記冷却棒10は、例えば図3に示すように、回転しながら公転運動させるようにしても、図4に示すように、公転運動の軌跡を中心にこれに交差する方向へ振動(ここでは、螺旋運動)させるようにしても、あるいは水冷鋳型1の半径方向へ横振動させるようにしてもよい。このような冷却棒10の動きにより、初晶の発生および破壊がより一層促進され、結晶粒はより一層微細化する。なお、このような冷却棒10の運動は、これを支持する回転ユニット11を介して容易に実施することができる。
なお、本発明は、半連続鋳造を行ってもよいもので、この場合は、水冷鋳型1内に所定量の溶湯Mを注入することで、所定長の鋳塊が得られるようになる。
Further, for example, as shown in FIG. 3, the cooling
In the present invention, semi-continuous casting may be performed. In this case, a predetermined length of ingot is obtained by injecting a predetermined amount of molten metal M into the water-cooled
1 水冷鋳型
6 可動盤
7 鋳塊
9 電磁攪拌装置
10 冷却棒
11 回転ユニット
12 加振手段
M 溶湯
A 液相領域
B 固・液共存相領域
W 冷却水
1 Water-cooled
Claims (5)
The method for producing a molding material according to any one of claims 1 to 4, wherein the molding material is a billet for semi-melt molding.
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