JP2010247179A - Method of manufacturing aluminum alloy ingot, and the aluminum alloy ingot - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金鋳塊の製造方法とアルミニウム合金鋳塊とに係り、特に、鋳型内に注湯されたアルミニウム合金の溶湯に対して超音波振動を加えつつ半連続鋳造を行って、アルミニウム合金鋳塊を製造する方法と、そのような方法によって得られるアルミニウム合金鋳塊とに関するものである。 The present invention relates to a method for producing an aluminum alloy ingot and an aluminum alloy ingot, and in particular, performs semi-continuous casting while applying ultrasonic vibration to a molten aluminum alloy poured into a mold. The present invention relates to a method for producing an alloy ingot and an aluminum alloy ingot obtained by such a method.
従来から、アルミニウム合金製のスラブやビレット等の、所謂アルミニウム合金鋳塊は、その大部分が、静止鋳型を有する竪型半連続鋳造装置を用いた半連続鋳造法(DC鋳造法)によって製造されている。また、この半連続鋳造法の実施に際しては、一般に、鋳型への溶湯の注湯時にフロートが使用されるオープンモールド方式、或いはフロートを使用せずに、耐火物ヘッダーを介して、溶湯が鋳型内に水平注湯されるホットトップ方式等の鋳造方式が採用されている。 Conventionally, so-called aluminum alloy ingots such as aluminum alloy slabs and billets are mostly produced by a semi-continuous casting method (DC casting method) using a vertical semi-continuous casting apparatus having a stationary mold. ing. Also, when carrying out this semi-continuous casting method, generally, the molten metal is poured into the mold via a refractory header without using a float or an open mold method in which a float is used for pouring the molten metal into the mold. A casting method such as a hot top method in which water is poured horizontally is adopted.
ところで、アルミニウム合金鋳塊を半連続鋳造により製造する場合には、鋳造時における鋳塊の割れを防止すると共に、製造されたアルミニウム合金鋳塊を用いて実施される圧延や押出等の加工性を高める上から、アルミニウム合金鋳塊の凝固組織を均一に微細化することが望ましい。そのため、従来では、アルミニウム合金鋳塊の製造に際して、アルミニウム合金に対して、例えば、Al−Ti−B系合金等の微細化剤を添加することにより、凝固組織の微細化を図る手法が、一般に採用されている。ところが、そのような凝固組織の微細化手法を採用した場合、鋳塊に対して、微細化剤自体が、不純物として混入されることとなり、それによって、製造されたアルミニウム合金鋳塊の品質が低下する可能性がある。 By the way, when an aluminum alloy ingot is manufactured by semi-continuous casting, cracking of the ingot at the time of casting is prevented, and workability such as rolling and extrusion performed using the manufactured aluminum alloy ingot is improved. From the viewpoint of enhancing, it is desirable to uniformly refine the solidification structure of the aluminum alloy ingot. For this reason, conventionally, when manufacturing an aluminum alloy ingot, a method for refining a solidified structure by adding a refining agent such as an Al-Ti-B alloy to an aluminum alloy is generally used. It has been adopted. However, when such a solidification structure refinement method is adopted, the refiner itself is mixed as an impurity into the ingot, thereby reducing the quality of the manufactured aluminum alloy ingot. there's a possibility that.
そこで、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなく、凝固組織の微細化を図る手法として、鋳型内に注湯された溶湯に対して超音波振動を加えつつ、半連続鋳造を行う手法が、例えば、下記特許文献1及び2等において提案されている。 Therefore, semi-continuous casting is performed while applying ultrasonic vibrations to the molten metal poured into the mold as a technique for refining the solidification structure without adding any micronizing agent to the aluminum alloy. Techniques have been proposed, for example, in Patent Documents 1 and 2 below.
そのような提案手法では、超音波ホーンが用いられ、それが、鋳型内に注湯された溶湯中に浸漬されて、発振せしめられることにより、鋳型内の溶湯に対して超音波振動が加えられるようになっている。鋳型内のアルミニウム合金の溶湯に対して超音波振動を加えると、超音波振動によって生成したキャビテーションが圧壊する際に生ずる衝撃力で、鋳型の内壁面付近や超音波ホーンの溶湯中への浸漬部分の近傍に生成するデンドライトが微細に分断され、また、それらが、超音波振動によって生ずる音響流によって周囲に分散される。そして、そのようにして分散された微細なデンドライトが、凝固殻の新たな核生成場所となり、それによって、核生成の場所が増大する。その結果、微細粒組織が形成されるようになるのである。 In such a proposed method, an ultrasonic horn is used, which is immersed in the molten metal poured into the mold and oscillated, thereby applying ultrasonic vibration to the molten metal in the mold. It is like that. When ultrasonic vibration is applied to the molten aluminum alloy in the mold, the impact force generated when the cavitation generated by the ultrasonic vibration is crushed, and the part immersed in the molten metal near the inner wall of the mold or the ultrasonic horn The dendrite generated in the vicinity of is finely divided, and they are dispersed around by the acoustic flow generated by the ultrasonic vibration. The fine dendrite thus dispersed becomes a new nucleation site for the solidified shell, thereby increasing the nucleation site. As a result, a fine grain structure is formed.
ところが、本発明者等の研究によれば、単に、鋳型内の溶湯に対して超音波振動を加えるだけの下記特許文献1及び2に開示の提案手法では、アルミニウム合金鋳塊の凝固組織の微細化を安定的に実現することが困難であることが判明した。 However, according to the researches of the present inventors, the proposed technique disclosed in Patent Documents 1 and 2 described below, which merely applies ultrasonic vibration to the molten metal in the mold, makes the solidification structure of the aluminum alloy ingot fine. It was found difficult to realize the stabilization stably.
すなわち、超音波振動を利用した手法によって、凝固組織を均一に微細化するには、微細に分断されたデンドライトが鋳型内の溶湯中に均一に分散するような溶湯の流れを形成することが、極めて重要となる。しかしながら、下記特許文献1及び2には、坩堝内に注湯された溶湯中に超音波ホーンを浸漬して、かかる坩堝内の溶湯に対して超音波振動を加えるようにしたものが例示されているだけであった。つまり、それらの文献は、単に、実験室レベルでの小型鋳塊の製造手法に対して、超音波振動を利用した凝固組織の微細化手法を適用した例を開示するに過ぎないものであった。それ故、当然のことながら、そのような実験室レベルでの小型鋳塊の製造手法では、一般的な半連続鋳造によるアルミニウム合金鋳塊の工業レベルでの製造に際して、微細に分断されたデンドライトを如何にして鋳型内の溶湯中に均一に分散させるかが、全く不明であった。従って、そのような従来手法をそのまま採用しただけでは、凝固組織が均一に微細化されたアルミニウム合金鋳塊を、工業レベルで大量に且つ安定的に製造することが、到底不可能であったのである。 That is, in order to uniformly refine the solidified structure by a technique using ultrasonic vibration, it is possible to form a melt flow in which finely divided dendrites are uniformly dispersed in the melt in the mold. It becomes extremely important. However, Patent Documents 1 and 2 below exemplify those in which an ultrasonic horn is immersed in the molten metal poured into the crucible and ultrasonic vibration is applied to the molten metal in the crucible. I was just there. In other words, these documents merely disclosed an example in which a method for refining a solidified structure using ultrasonic vibration was applied to a method for manufacturing a small ingot at a laboratory level. . Therefore, as a matter of course, in the manufacturing method of such a small ingot at the laboratory level, a finely divided dendrite is not used when manufacturing an aluminum alloy ingot by a general semi-continuous casting at the industrial level. It was completely unknown how to uniformly disperse the molten metal in the mold. Therefore, simply adopting such a conventional method as it is, it was impossible to produce an aluminum alloy ingot having a solidified microstructure uniformly refined in a large quantity and stably at an industrial level. is there.
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、微細で且つ均一な凝固組織を有するアルミニウム合金鋳塊を、微細化剤の添加なしに、工業レベルで大量に且つ安定的に製造し得るようにしたアルミニウム合金鋳塊の製造方法を提供することにある。また、均一に微細化された凝固組織を有し、且つ安定的に大量生産可能なアルミニウム合金鋳塊を提供することをも、その解決課題とする。 Here, the present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is to make an aluminum alloy ingot having a fine and uniform solidification structure as a refiner. An object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum alloy ingot which can be produced in a large amount and stably at an industrial level without addition. Another object of the present invention is to provide an aluminum alloy ingot that has a uniformly refined solidified structure and can be stably mass-produced.
本発明者等は、上記の課題を解決するために、様々な実験や検討を行った。それにより、鋳型内に注湯された溶湯中に浸漬される超音波ホーンの浸漬部分の配置位置や姿勢等が、注湯時の溶湯流れに大きな影響を及ぼすことが、判明した。そして、この判明事実を基に、本発明者等が更に鋭意研究を重ねた結果、超音波ホーンを特定の角度で傾斜させた状態で、鋳型内の所定位置に配置することによって、微細に分断されたデンドライトが鋳型内の溶湯中に均一に分散するような溶湯流れを形成し得ることを、見出したのである。 The present inventors conducted various experiments and studies in order to solve the above problems. As a result, it has been found that the position and orientation of the immersed portion of the ultrasonic horn immersed in the molten metal poured into the mold has a great influence on the molten metal flow during the molten metal. Based on this fact, the present inventors have conducted further diligent research, and as a result, the ultrasonic horn is tilted at a specific angle and placed at a predetermined position in the mold, thereby finely dividing. It has been found that the molten dendrites can form a molten metal stream that is uniformly dispersed in the molten metal in the mold.
本発明は、かくの如き知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、鋳型内に注湯されたアルミニウム合金の溶湯中に超音波ホーンを浸漬して、該溶湯に対して超音波振動を加えつつ、半連続鋳造を行うことにより、アルミニウム合金鋳塊を製造する方法であって、前記超音波ホーンの先端部を前記溶湯中に浸漬する一方、該超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の該溶湯に対する接触面とのなす角の大きさが45°以下となり、且つ該凝固殻の中心側に向かって延びるように、該超音波ホーンを傾斜させた状態で、該超音波ホーンの該溶湯中への浸漬部分の先端面の中心部(先端中心)が、該浸漬部分の直近に位置する前記鋳型の内壁面から15mm以上離間し、且つ該浸漬部分の先端面の中心部が、該鋳型内の該溶湯の湯面から15mm以内の深さに位置するように、該超音波ホーンを配置した状態において、該超音波ホーンを発振させて、該溶湯に対して超音波振動を加えることを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の製造方法にある。なお、本明細書において、凝固殻とは、半連続鋳造にて製造されるアルミニウム合金鋳塊の溶湯との接触面(凝固界面)を含む表層部分の全体を言う。 The present invention has been completed based on such knowledge, and the gist thereof is that an ultrasonic horn is immersed in a molten aluminum alloy poured into a mold, A method of producing an aluminum alloy ingot by performing semi-continuous casting while applying ultrasonic vibration to the ultrasonic horn, wherein the tip of the ultrasonic horn is immersed in the molten metal, The state in which the ultrasonic horn is inclined so that the angle formed by the extension line of the central axis and the contact surface of the solidified shell with the molten metal is 45 ° or less and extends toward the center of the solidified shell Then, the center part (tip center) of the tip surface of the immersion part of the ultrasonic horn in the molten metal is separated by 15 mm or more from the inner wall surface of the mold located in the immediate vicinity of the immersion part, and The center portion of the tip surface is in the mold The ultrasonic horn is oscillated in a state where the ultrasonic horn is disposed so as to be located at a depth within 15 mm from the surface of the hot water, and ultrasonic vibration is applied to the molten metal. The method is for producing an aluminum alloy ingot. In the present specification, the solidified shell refers to the entire surface layer portion including the contact surface (solidified interface) with the molten aluminum alloy ingot produced by semi-continuous casting.
また、本発明に従うアルミニウム合金鋳塊の製造方法においては、前記超音波ホーンの浸漬部分を±10μm以上の振幅で発振させる構成が、好適に採用される。 In the method for producing an aluminum alloy ingot according to the present invention, a configuration in which the immersed portion of the ultrasonic horn is oscillated with an amplitude of ± 10 μm or more is preferably employed.
さらに、本発明に従うアルミニウム合金鋳塊の製造方法では、半連続鋳造を実施している間、前記鋳型内の溶湯に対して、超音波振動を連続的に加える構成も、有利に採用される。 Furthermore, in the method for producing an aluminum alloy ingot according to the present invention, a configuration in which ultrasonic vibration is continuously applied to the molten metal in the mold while semi-continuous casting is performed is advantageously employed.
そして、本発明にあっては、上記せるアルミニウム合金鋳塊の製造方法によって製造されていることを特徴とするアルミニウム合金鋳塊をも、その要旨とするものである。 In the present invention, an aluminum alloy ingot produced by the above-described method for producing an aluminum alloy ingot is also the gist thereof.
すなわち、本発明に従うアルミニウム合金鋳塊の製造方法においては、鋳型内に注湯された溶湯中への超音波ホーンの浸漬部分が、鋳型の内壁面から十分な距離を隔てて離間し、且つ溶湯の比較的に浅い領域において配置されるようになる。それ故、超音波ホーンの浸漬部分と鋳型の内壁面との間の溶湯の流れが滞ったり、溶湯の湯面付近の浅い領域での流れと溶湯の深い領域での流れとが不均一となったりすることが有利に防止され得る。しかも、超音波ホーンの溶湯中への浸漬部分が、凝固殻の中心側に向かって延びるように、特定の範囲内の角度で傾斜せしめられているところから、鋳型内全体で略一定方向の溶湯流れを生ぜしめ得る。それ故、かかる本発明手法によれば、微細に分断されたデンドライトが鋳型内の溶湯中に均一に分散するような溶湯流れを形成することが出来、また、鋳型内全体での略一定方向の溶湯流れによって、鋳型内全体の溶湯の温度分布を可及的に均一化することも出来る。 That is, in the method for producing an aluminum alloy ingot according to the present invention, the immersed portion of the ultrasonic horn in the molten metal poured into the mold is spaced apart from the inner wall surface of the mold by a sufficient distance, and the molten metal It is arranged in a relatively shallow area. Therefore, the flow of the molten metal between the immersed part of the ultrasonic horn and the inner wall surface of the mold is stagnant, and the flow in the shallow area near the molten metal surface and the flow in the deep area of the molten metal are not uniform. Can advantageously be prevented. Moreover, since the portion of the ultrasonic horn immersed in the molten metal is inclined at an angle within a specific range so as to extend toward the center side of the solidified shell, the molten metal in a substantially constant direction throughout the mold. Can produce a flow. Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to form a molten metal flow in which finely divided dendrites are uniformly dispersed in the molten metal in the mold, and in a substantially constant direction throughout the mold. By the molten metal flow, the temperature distribution of the molten metal in the entire mold can be made as uniform as possible.
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウム合金鋳塊の製造方法によれば、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなく、微細で且つ均一な凝固組織を有するアルミニウム合金鋳塊を、半連続鋳造により、工業レベルで大量に且つ安定的に製造することが出来るのである。そして、その結果として、工業レベルで製造されるアルミニウム合金鋳塊の品質の向上は勿論、そのようなアルミニウム合金鋳造を用いて実施される圧延や押出等の加工性の向上も、極めて有利に実現され得ることとなる。 Therefore, according to the method for producing an aluminum alloy ingot according to the present invention as described above, an aluminum alloy ingot having a fine and uniform solidification structure can be obtained without adding any micronizing agent to the aluminum alloy. By continuous casting, it can be manufactured in large quantities and stably on an industrial level. As a result, not only the quality of aluminum alloy ingots manufactured at an industrial level is improved, but also improvement of workability such as rolling and extrusion performed using such aluminum alloy casting is realized extremely advantageously. Can be done.
また、本発明に従うアルミニウム合金鋳塊にあっては、上記せる如き特徴的な製造手法によって製造されているところから、均一に微細化された凝固組織を有し、しかも、安定的に大量生産可能となっている。そして、圧延や押出等の実施に際して、優れた加工性が発揮され得るのである。 In addition, the aluminum alloy ingot according to the present invention is manufactured by the characteristic manufacturing method as described above, so that it has a uniformly refined solidified structure and can be stably mass-produced. It has become. And, when carrying out rolling, extrusion, etc., excellent workability can be exhibited.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1には、本発明手法に従って、アルミニウム合金の鋳塊を、ホットトップ方式の半連続鋳造によって製造する工程の一例が、概略的に示されている。かかる図1から明らかなように、本実施形態では、目的とするアルミニウム合金の鋳塊を製造するに当たって、工業レベルで使用される、従来と同様な構造のホットトップ鋳造装置が用いられている。 First, FIG. 1 schematically shows an example of a process for producing an aluminum alloy ingot by hot-top semi-continuous casting according to the method of the present invention. As is apparent from FIG. 1, in this embodiment, a hot top casting apparatus having a structure similar to the conventional one used at the industrial level is used in producing the ingot of the target aluminum alloy.
すなわち、ここで用いられるホットトップ鋳造装置は、上下に開放された、黒鉛製の鋳型10を有している。この鋳型10の上方には、図示しないタンディッシュから延び出して、内部に、アルミニウム合金の溶湯12が流動せしめられる溶湯流路14が設置されている。この溶湯流路14は、整流板16からなる底壁部と側壁部と天板部と有し、溶湯12が流動せしめられる内部が閉鎖空間とされている。また、かかる溶湯流路14は、その底壁部を構成する整流板16の一部にて、鋳型10の上側開口部を覆蓋している。そして、かかる鋳型10の上側開口部を覆蓋する整流板16部分には、大径の流出口18が形成されている。
That is, the hot top casting apparatus used here has a
かくして、タンディッシュから供給された溶湯12が、溶湯流路14内を流動し、流出口18を通じて、鋳型10内に注湯されるようになっている。また、かかる溶湯12が、溶湯流路14内の流動中も、鋳型10内に注湯された後においても、周辺雰囲気に暴露されないようになっている。更に、鋳型10の上側開口部が整流板16にて覆蓋されていることによって、鋳型10内の溶湯12の温度の均一化が図られている。
Thus, the
一方、鋳型10の下方には、鋳型10の下側開口部を覆蓋可能なボトムブロック(図示せず)が上下動可能に配設されていると共に、冷却水を噴射する噴射口19を備えたウォータージャケット20が、位置固定に設けられている。
On the other hand, a bottom block (not shown) capable of covering the lower opening of the
そして、かかるホットトップ鋳造装置は、鋳型10の溶湯12に対して超音波振動を加えるための超音波発振装置22を有している。この超音波発振装置22も、従来と同様な構造を有し、超音波発振器24と増幅器26と超音波ホーン28とを含んで構成されている。かかる超音波発生装置22は、超音波発振器24の発振により、円柱形状を呈する超音波ホーン28を、その先端部において、±10μm以上の振幅で超音波振動させ得るように構成されている。そして、そのような超音波ホーン28が、溶湯流路14の前記流出口18と対応位置する天板部部分に穿設された挿通孔30内に挿通されて、鋳型10内に突入せしめられ、また、この鋳型10内に突入した超音波ホーン28の先端部が、鋳型10内に注湯された溶湯12中に浸漬されるようになっている。
Such a hot top casting apparatus has an
ところで、一般に、超音波発振装置の超音波ホーンは、先端部が最大振幅を示す波長の1/4程度の長さに設計される。そのため、利用する超音波の周波数が高い程、超音波ホーンが短くなり、得られる振幅が小さくなる。換言すれば、超音波ホーンの先端部での振幅を大きく設定することによって、超音波ホーンの長さを長くすることが出来る。そして、本実施形態で用いられる超音波ホーン28は、上記の如く、±10μm以上の振幅で超音波振動させられるようになっている。それ故、超音波ホーン28の長さが比較的に長い長さ、具体的には200mm以上の長さに設定されている。
By the way, in general, the ultrasonic horn of the ultrasonic oscillator is designed to have a length of about ¼ of the wavelength at which the tip portion shows the maximum amplitude. Therefore, the higher the frequency of the ultrasonic wave used, the shorter the ultrasonic horn and the smaller the obtained amplitude. In other words, the length of the ultrasonic horn can be increased by setting the amplitude at the tip of the ultrasonic horn large. As described above, the
これによって、かかる超音波ホーン28を有する超音波発生装置22にあっては、超音波ホーン28の先端部が溶湯12中に浸漬された状態において、増幅器26や超音波発振器24が、高温の溶湯12から可及的に遠ざけられて、溶湯12からの輻射熱や超音波ホーン28を通じての熱伝達によるダメージを受け難くなっている。かくして、超音波発生装置22においては、増幅器26や超音波発振器24に対して、断熱のための特別な処置を施すことなく、超音波ホーン28により、長時間、安定した超音波振動を発生し得るようになっている。
Thus, in the
また、現在、工業レベルでのアルミニウム合金の半連続鋳造は、通常、数十分から1時間以上の時間を掛けて実施されている。そして、アルミニウム合金の溶湯12は、一般に660℃以上の高温に達する。このため、そのようなアルミニウム合金の溶湯12に対して超音波振動を連続的に且つ安定的に加えるには、かかる溶湯12中に浸漬される超音波ホーン28が、高温でも破壊しない強度と耐熱衝撃性とを有すると共に、溶湯12に浸食されない材料からなるものであることが望まれる。このような要求を満たす超音波ホーン28の形成材料としては、Nb等の高融点金属材料や各種のセラミックス材料が例示され得る。本実施形態では、それらの材料の中でも、高温強度が高いだけでなく、軽量で且つ溶湯12と反応しない窒化珪素系セラミックス材料が、超音波ホーン28の形成材料として、用いられている。そして、この窒化珪素系セラミックス製の超音波ホーン28では、かかる窒化珪素系セラミックス材料の有する特性から、15〜20kHzの周波数で1kW程度の出力が得られる超音波発振器24によって、±10μm以上の振幅の超音波振動が、比較的に容易に得られるようになっている。
At present, semi-continuous casting of an aluminum alloy at an industrial level is usually performed over a period of several tens of minutes to one hour or more. The
かくの如き構造とされたホットトップ鋳造装置を用いて、アルミニウム合金鋳塊を製造する際には、図1に示されるように、従来と同様な手順に従って、溶湯12を、溶湯流路14を通じて鋳型10内に注湯する一方、鋳型10の下部において、ウォータージャケット20の噴射口19から噴射される冷却水により、図示しないボトムブロック上で、溶湯12を冷却、凝固させて、アルミニウム合金の鋳塊32を製造する。そして、ボトムブロックを下降させて、製造された鋳塊32を下方に徐々に引き出す。なお、かかる鋳塊32は、溶湯12との接触面34(凝固界面)を含む表層部分の全体が、凝固殻36となっている。
When producing an aluminum alloy ingot using the hot top casting apparatus having such a structure, as shown in FIG. 1, the
また、そのような鋳塊32の鋳造過程において、溶湯12の鋳型10内への注湯の開始から、アルミニウム合金鋳塊32の鋳造の終了までの間、超音波発生装置22を継続的に作動させて、鋳型10内の溶湯12中に浸漬された超音波ホーン28により、溶湯12に対して、±10μm以上の振幅の超音波振動を連続的に加える。このように、アルミニウム合金鋳塊32の半連続鋳造を実施している間、溶湯12に対して超音波振動を連続的に加えることにより、超音波振動で生成したキャビテーションが圧壊する際に生ずる衝撃力にて、溶湯12中に生成するデンドライトが、より確実に微細に分断され、また、それら微細に分断されたデンドライトが、超音波振動によって生ずる音響流にて分散されて、それが、新たな核生成場所となる。その結果、製造される鋳塊32の内部に、微細な凝固組織が形成されるのである。
Further, in such a casting process of the
そして、ここでは、特に、鋳塊32内部の凝固組織を、より微細に且つ均一化するために、超音波ホーン28が、特定の向きで所定位置に配置される。即ち、超音波ホーン28の先端部分が、鋳型10の中心軸:Tよりも、前記溶湯流路14内での溶湯12の流通方向の前方側に配置された鋳型10の内壁面部38に近接する位置において、鋳型10内に突入せしめられて、鋳型10内の溶湯12中に浸漬される。
Here, in particular, in order to make the solidified structure inside the
このとき、超音波ホーン28の溶湯12中への浸漬部分の先端面の中心:Oと、鋳型10内の溶湯12の湯面40(ホットトップ鋳造装置を用いる場合には、鋳型10の上側開口部を覆蓋する前記整流板16の下面に対する溶湯12の接触面が相当する)との間の距離:Dが、15mm以内とされていなければならない。つまり、超音波ホーン28の浸漬部分の先端面の中心:Oが、鋳型10内の溶湯12の湯面40から15mm以内の比較的に浅い深さ位置に配置されている必要がある。何故なら、かかる距離:Dが15mmを越える場合には、超音波ホーン28の先端部より浅い湯面40付近での溶湯12の音響流の流速が、超音波ホーン28の先端部よりも深い領域での溶湯12の音響流の流速よりも不可避的に小さくなって、超音波振動により微細に分断されたデンドライトが、溶湯12の全体に十分に分散されなくなるだけでなく、溶湯12の浅い領域と深い領域との間で温度差が生じて、凝固組織の成長速度にバラツキが発生するようになる。そして、それによって、鋳塊32の内部に形成される凝固組織の微細化が不十分となり、また、微細化された凝固組織も不均一なものとなってしまうからである。
At this time, the center of the tip surface of the portion of the
また、超音波ホーン28の溶湯12中への浸漬部分の先端面の中心:Oと、その直近に位置する鋳型10の内壁面部38との間の距離:Lが15mm以上とされていなければならない。つまり、超音波ホーン28の浸漬部分の先端面の中心:Oが、かかる浸漬部分の直近に位置する鋳型10の内壁面部38から15mm以上離間して、配置されている必要がある。何故なら、かかる距離:Lが15mmを下回ると、超音波ホーン28の浸漬部分と鋳型10の内壁面部38との間の溶湯12の流れが滞るようになる。こうした場合にも、超音波振動により微細に分断されたデンドライトの溶湯12全体への分散が不十分となると共に、溶湯12内での温度分布が不均一となる。そして、それらの結果として、鋳塊32の内部に形成される凝固組織の微細化が不十分となり、また、微細化された凝固組織も不均一なものとなってしまうからである。
In addition, the distance L between the center of the tip surface of the immersed portion of the
さらに、超音波ホーン28は、上記の位置において、鋳塊32の凝固殻36の中心部:a側に向かって延びるように傾斜し、且つ超音波ホーン28の中心軸:Pの延長線:Qと鋳塊32の凝固殻36の溶湯12との接触面34との交点:Sが、凝固殻36の中心部:aと、超音波ホーン28の溶湯12中への浸漬部分の直近に配置された(ここでは、溶湯流路14内での溶湯12の流通方向前方側に配置された)鋳型10の内壁面部38に接触する凝固殻36の接触部:bとの間に位置するように、配置される。このとき、超音波ホーン28の傾斜角度:θ、詳細には、超音波ホーン28の中心軸:Pの延長線:Qと凝固殻36の溶湯12との接触面34とのなす角のうち、前記内壁面部38に接触する凝固殻36の接触部:b側のなす角:θの大きさが、45°以下とされている必要がある。
Furthermore, the
かかるなす角:θの大きさが45°を越える大きさとなっている場合には、図2に実線の矢印で示されるように、鋳型10内において、超音波振動によって生ずる音響流が、凝固殻36の溶湯12との接触面34に対して、より直角に近い角度で衝突するようになり、そのために、そのような音響流が、溶湯12の全体に行き渡るような流れとならず、鋳型10内での部分的な流れとなる。そして、それに起因して、図2に破線の矢印に示されるように、溶湯12中に、音響流とは別の、流速の小さな流れが生ぜしめられる。これによっても、超音波振動により微細に分断されたデンドライトの溶湯12全体への分散が不十分となることに加えて、溶湯12内で流速の異なる流れが生じている領域同士の間で、温度分布に明確な差異が生ずるようになる。そして、それらの結果として、鋳塊32の内部に形成される凝固組織の微細化が不十分となり、また、微細化された凝固組織も不均一なものとなってしまう。
When the angle formed by the angle: θ exceeds 45 °, the acoustic flow generated by the ultrasonic vibrations in the
これに対して、上記のなす角:θの大きさが45°以下とされている場合には、図1に実線の矢印で示されるように、超音波振動によって生ずる音響流が、凝固殻36の溶湯12との接触面34に沿って流れるようになり、そのため、そのような音響流が、溶湯12の略全体に行き渡るような一定の方向の流れとなる。これにより、超音波振動により微細に分断されたデンドライトが、かかる音響流にて押し流されるようにして、溶湯12全体に行き渡るように十分に分散され、しかも、溶湯12全体の温度の均一化が有利に図られる。従って、超音波ホーン28の傾斜角度:θが45°以下とされることによって、鋳塊32の内部に形成される凝固組織の微細化と均一化とが、共に有利に図られ得るようになるのである。
On the other hand, when the angle formed by the above-mentioned angle: θ is 45 ° or less, as shown by the solid line arrow in FIG. Therefore, the acoustic flow becomes a flow in a certain direction so as to spread over substantially the entire
このように、本実施形態手法にあっては、超音波ホーン28を、45°以下の傾斜角度で傾斜させて、溶湯12の浸漬部分の先端面の中心部:Oを、鋳型10の内壁面部38から15mm以上離間させると共に、湯面40から15mm以内の深さ位置に配置した状態で、超音波ホーン28の先端部を溶湯12内に浸漬させ、そして、そのような超音波ホーン28にて、溶湯12に対して、超音波振動を加えつつ、半連続鋳造を進行するようになっている。これによって、微細に分断されたデンドライトを鋳型10内の溶湯12中に均一に分散させると共に、かかる溶湯12全体の温度を均一化させ得る溶湯12の流れを、鋳型10内に形成することが出来る。
Thus, in the method of the present embodiment, the
従って、かくの如き本実施形態手法によれば、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなしに、微細で且つ均一な凝固組織を有するアルミニウム合金の鋳塊32を、半連続鋳造により、工業レベルで大量に且つ安定的に製造することが出来るのである。そして、その結果として、大量生産されるアルミニウム合金の鋳塊32の品質の向上は勿論、そのようなアルミニウム合金の鋳塊32を用いて実施される圧延や押出等の加工性の向上も、極めて有利に実現可能となるのである。
Therefore, according to the method of the present embodiment as described above, an
また、本実施形態手法においては、アルミニウム合金の鋳塊32を半連続鋳造により製造している間中、超音波ホーン28にて、超音波振動が、溶湯12に対して連続的に加えられるようになっており、これによっても、鋳塊32の凝固組織の均一な微細化が、更に一層十分に進行せしめられ得ることとなる。
Further, in this embodiment method, ultrasonic vibration is continuously applied to the
さらに、本実施形態手法では、±10μm以上の振幅の超音波振動を発生させ得るような、十分に長い長さを有する超音波ホーン28が用いられていることにより、かかる超音波ホーン28にて、鋳型10内の溶湯12に対して、長時間、安定した超音波振動を加え得る。これによっても、微細で且つ均一な凝固組織を有するアルミニウム合金の鋳塊32の大量な安定生産が可能となる。
Furthermore, in this embodiment method, since the
そして、そのような本実施形態手法によって製造されるアルミニウム合金の鋳塊32が、微細で且つ均一な凝固組織を有する、優れた品質をもって、安定的に大量生産可能となっている。また、圧延や押出等の実施に際して、優れた加工性が発揮され得る。
And the
次に、図3には、本発明手法に従って、アルミニウム合金の鋳塊32を、オープンモールド方式の半連続鋳造によって製造する工程の一例が、概略的に示されている。かかる図3から明らかなように、本実施形態では、目的とするアルミニウム合金の鋳塊32を製造するに当たって、工業レベルで使用される、従来と同様な構造のオープンモールド鋳造装置が用いられている。なお、図3に示されるオープンモールド鋳造装置に関しては、前記第一の実施形態において用いられる、図1に示されたホットトップ鋳造装置と同様な構造とされた部材及び部位について、図1と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
Next, FIG. 3 schematically shows an example of a process for manufacturing an
すなわち、ここで用いられるオープンモールド鋳造装置は、上下に開放された水冷鋳型42を有している。この水冷鋳型42は、内部に冷却水が収容された水室44が設けられると共に、下端部に、水室44内の冷却水を噴射する噴射口46が設けられている。また、かかる水冷鋳型42内には、図示しないタンディッシュから延びる注湯ノズル48が突入配置されており、この注湯ノズル48を通じて、溶湯12が、水冷鋳型42内に注湯されるようになっている。更に、水冷鋳型42内に注湯された溶湯12の湯面40上には、フロート50が、注湯ノズル48の下方に位置するように、浮かべられている。そして、このフロート50が、湯面40の上昇及び下降に伴って上下動せしめられて、注湯ノズル48の下端開口部を開閉したり、或いは注湯ノズル48の下端開口部とフロート50の上面との間の隙間の大きさを増減させたりすることによって、水冷鋳型10内での湯面40のレベルを一定に保持させ得るようになっている。
That is, the open mold casting apparatus used here has a water-cooled mold 42 opened up and down. The water cooling mold 42 is provided with a
そして、かかるオープンモールド鋳造装置は、水冷鋳型42内の溶湯12に対して超音波振動を加えるための超音波発振装置22を有している。この超音波発振装置22は、前記第一の実施形態において用いられるホットトップ鋳造装置に装備されるものと同一の構造を有しており、超音波発振器24と増幅器26と超音波ホーン28とを含んで構成されている。
The open mold casting apparatus has an
而して、このようなオープンモールド鋳造装置を用いて、アルミニウム合金の鋳塊32を製造する際には、従来と同様な手順に従って、フロート50により、湯面40が一定のレベルに保持されるように、溶湯12が、水冷鋳型42内に注湯されつつ、半連続鋳造が実施される。また、かかる半連続鋳造の実施中には、超音波発生装置22の超音波ホーン28が溶湯12中に浸漬されて、水冷鋳型42内への溶湯12の注湯開始から鋳造終了までの間、かかる超音波ホーン28により、溶湯12に対して、超音波振動が連続的に加えられる。
Thus, when the
そして、本実施形態手法にあっても、前記実施形態手法と同様に、溶湯12中に浸漬された超音波ホーン28が、45°以下の傾斜角度:θで傾斜せしめられた状態で、その浸漬部分の先端面の中心部:Oを、それに直近の水冷鋳型42の内壁面部38から15mm以上離間させると共に、湯面40から15mm以内の深さ位置に配置される。
And even in the present embodiment method, the
従って、かくの如き本実施形態手法によっても、微細に分断されたデンドライトを水冷鋳型42内の溶湯12中に均一に分散させ、且つ溶湯12全体の温度を均一化させ得る溶湯12の流れを、水冷鋳型42内に形成することが出来る。そして、それによって、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなしに、微細で且つ均一な凝固組織を有するアルミニウム合金の鋳塊32を、半連続鋳造により、工業レベルで大量に且つ安定的に製造することが出来る。また、その結果として、大量生産されるアルミニウム合金の鋳塊32の品質の向上は勿論、そのようなアルミニウム合金の鋳塊32を用いて実施される圧延や押出等の加工性の向上も、極めて有利に実現可能となるのである。
Therefore, the flow of the
そして、かかる本実施形態手法によって製造されるアルミニウム合金の鋳塊32にあっても、前記第一の実施形態手法によって製造されるアルミニウム合金の鋳塊32において発揮される優れた特徴が、十分に確保され得る。
Even in the
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないのであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではない。 The specific configuration of the present invention has been described in detail above. However, this is merely an example, and the present invention is not limited by the above description.
例えば、前記第一の実施形態では、超音波ホーン28が、鋳型10の中心軸:T よりも、溶湯流路14内での溶湯12の流通方向の前方側に配置された鋳型10の内壁面部38に近接する位置において、鋳型10内に突入せしめられて、鋳型10内の溶湯12中に浸漬されていた。しかしながら、超音波ホーン28は、その中心軸:Pの延長線:Qと凝固殻36の溶湯12に対する接触面34とのなす角:θの大きさが45°以下となるように、凝固殻36の中心部:a側に向かって延びるように傾斜せしめられた状態で、溶湯12中への浸漬部分の先端面の中心部:Oが、かかる浸漬部分の直近に位置する鋳型10の内壁面部38から15mm以上離間し、且つ湯面40から15mm以内の深さに位置するように、配置されておれば良い。従って、鋳型10の中心軸:T よりも、溶湯流路14内での溶湯12の流通方向の後方側や側方側に配置された鋳型10の内壁面部に近接する位置において、超音波ホーン28を、鋳型10内に突入せしめて、鋳型10内の溶湯12中に浸漬するように為すことも可能である。
For example, in the first embodiment, the
また、前記第二の実施形態に示されるように、オープンモールド鋳造装置を用いて、目的とするアルミニウム合金の鋳塊32を製造する場合にあっても、超音波ホーン28の水冷鋳型42内への突入位置は、上記の如き溶湯12中への浸漬位置と傾斜角度を満足しておれば、何等限定されるものではない。
Further, as shown in the second embodiment, even when the target
さらに、前記第一の実施形態では、溶湯流路14の底壁部を構成する整流板16にて、鋳型10の上側開口部が部分的に覆蓋されていたが、そのような鋳型10の上側開口部を覆蓋する整流板16部分を省略しても、何等差し支えない。
Further, in the first embodiment, the upper opening of the
更にまた、目的とするアルミニウム合金の鋳塊32の製造に際して使用される超音波発生装置22の構造も、例示されたものに、特に限定されるものではなく、公知のものが何れも採用可能である。
Furthermore, the structure of the
また、超音波ホーン28も、円柱形状のもの以外に、例えば円錐形状を呈する公知のものが、適宜に用いられ得る。
In addition to the
さらに、超音波ホーン28の発振は、一般に、注湯開始と同時に開始されるが、超音波ホーン28の発振を開始するタイミングが、何等それに限定されるものではない。例えば、超音波ホーン28の発振開始のタイミングを、溶湯12が、鋳型10,42内に最初に満たされる前としたり、鋳型10,42内に注湯された溶湯12中に、超音波ホーン28の先端が浸漬されるのと同時としたり、或いは溶湯12が、鋳型10,42内に最初に満たされるのと同時としたりしても良い。
Furthermore, the oscillation of the
更にまた、超音波振動は、鋳塊32の鋳造を実施している間中、溶湯12に対して連続的に加えられるようになっていることが好ましいが、溶湯12を超音波により間欠的に加振するように為すことも出来る。
Furthermore, it is preferable that the ultrasonic vibration is continuously applied to the
加えて、本発明は、ビレットやスラブ等の種類や形態等を何等問うことなく、各種のアルミニウム合金鋳塊の製造手法の何れに対しても、有利に適用されるものであることは、勿論である。 In addition, the present invention can be advantageously applied to any of various methods for producing an aluminum alloy ingot without questioning the type or form of billets or slabs. It is.
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。 In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements, etc. are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにするが、本発明が、そのような実施形態の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。 Hereinafter, examples of the present invention will be shown to clarify the present invention more specifically. Needless to say, the present invention is not limited by the description of such embodiments. is there.
<実施例1>
先ず、アルミニウム合金の溶湯として、Al−Zn−Cu系アルミニウム合金の溶湯を所定量準備した。また、図1に示される如き超音波発生装置を備えたホットトップ鋳造装置を準備した。なお。このホットトップ鋳造装置に装備される超音波発生装置として、直径が20mmで長さが260mmの丸棒形状を呈する窒化珪素セラミックス製の超音波ホーンを有するものを使用した。
<Example 1>
First, a predetermined amount of molten Al-Zn-Cu aluminum alloy was prepared as a molten aluminum alloy. Moreover, a hot top casting apparatus provided with an ultrasonic generator as shown in FIG. 1 was prepared. Note that. As an ultrasonic generator equipped in this hot top casting apparatus, an apparatus having an ultrasonic horn made of silicon nitride ceramics having a round bar shape with a diameter of 20 mm and a length of 260 mm was used.
そして、準備されたホットトップ鋳造装置における超音波発生装置の超音波ホーンの先端部を鋳型内の溶湯中に浸漬し、且つかかる超音波ホーンを、図1にθにて示される傾斜角度(超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の溶湯に対する接触面とのなす角の大きさ)が45°、図1にLにて示される距離(超音波ホーンの先端面の中心部:Oから、その直近に位置する鋳型の内壁面部までの距離)が40mm、図1にDにて示される距離(湯面から超音波ホーンの先端面の中心部:Oまでの距離)が15mmとなるように配置した。そして、その状態で、かかる超音波ホーンにより、溶湯に対して、注湯の開始から鋳造終了までの間、連続的に超音波振動を加えつつ、半連続鋳造を公知の手法に従って実施した。これにより、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなしに、直径が約250mmのAl−Zn−Cu系アルミニウム合金鋳塊を製造した。そして、かくして得られたアルミニウム合金鋳塊を試験例1とした。この試験例1のアルミニウム合金鋳塊を製造する半連続鋳造では、超音波ホーンから発する超音波の周波数を19kHz、振幅を±17μmに設定した。また、鋳造速度は45mm/minとした。 Then, the tip of the ultrasonic horn of the ultrasonic generator in the prepared hot-top casting apparatus is immersed in the molten metal in the mold, and the ultrasonic horn is tilted at the angle of inclination (super The angle formed by the extension line of the central axis of the acoustic horn and the contact surface of the solidified shell with the molten metal is 45 °, and the distance indicated by L in FIG. The distance to the inner wall surface of the mold located in the immediate vicinity thereof is 40 mm, and the distance indicated by D in FIG. 1 (the distance from the molten metal surface to the central portion of the tip surface of the ultrasonic horn: O) is 15 mm. Arranged. In this state, semi-continuous casting was performed according to a known technique while continuously applying ultrasonic vibration to the molten metal from the start of pouring to the end of casting. As a result, an Al—Zn—Cu-based aluminum alloy ingot having a diameter of about 250 mm was produced without adding any micronizing agent to the aluminum alloy. The aluminum alloy ingot thus obtained was designated as Test Example 1. In the semi-continuous casting for producing the aluminum alloy ingot of Test Example 1, the frequency of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic horn was set to 19 kHz and the amplitude was set to ± 17 μm. The casting speed was 45 mm / min.
なお、試験例1のアルミニウム合金鋳塊を製造するのに用いられる鋳型と同一寸法のアクリル樹脂製の容器内に水を満たして、この水中に、超音波ホーンを、上記と同一の条件で配置した条件下で、水の流れを観察する水モデル試験を行った。その結果、図1に矢印で示されるように、容器内の全体に行き渡るような一定方向の水の流れが容器内に生ずることが確認された。また、超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の溶湯に対する接触面とのなす角:θの大きさは、試験例1のアルミニウム合金鋳塊の製造中(鋳造中)に、溶湯内に錫を混入させて、凝固殻の溶湯に対する接触面を明瞭にした上で、鋳塊製造後のマクロ観察によって確認した。 In addition, water is filled in an acrylic resin container having the same dimensions as the mold used to manufacture the aluminum alloy ingot of Test Example 1, and an ultrasonic horn is placed in this water under the same conditions as described above. A water model test was conducted to observe the flow of water under the above conditions. As a result, as shown by the arrows in FIG. 1, it was confirmed that a flow of water in a certain direction extending throughout the container was generated in the container. Also, the angle θ between the extension line of the central axis of the ultrasonic horn and the contact surface of the solidified shell with the molten metal is determined during the production of the aluminum alloy ingot of Test Example 1 (during casting). Tin was mixed in to clarify the contact surface of the solidified shell with the molten metal, and this was confirmed by macro observation after the ingot production.
また、比較のために、超音波装置を有しない以外、試験例1のアルミニウム合金鋳塊を製造するのに使用したものと同一構造を有するホットトップ鋳造装置と、Al−Ti−B系合金等の微細化剤が添加されたAl−Zn−Cu系アルミニウム合金の溶湯とを用いて、従来より公知のホットトップ方式による半連続鋳造を実施して、直径が約250mmのAl−Zn−Cu系アルミニウム合金鋳塊を製造した。そして、かくして得られたアルミニウム合金鋳塊を比較例1とした。なお、この比較例1のアルミニウム合金鋳塊を製造に際しては、その鋳造速度を45mm/minとした。 For comparison, a hot top casting apparatus having the same structure as that used to manufacture the aluminum alloy ingot of Test Example 1 except that no ultrasonic apparatus is provided, an Al-Ti-B alloy, etc. A semi-continuous casting by a conventionally known hot-top method is performed using a molten Al-Zn-Cu aluminum alloy to which a micronizing agent is added, and an Al-Zn-Cu type having a diameter of about 250 mm An aluminum alloy ingot was produced. The aluminum alloy ingot thus obtained was used as Comparative Example 1. In the production of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1, the casting speed was 45 mm / min.
そして、上記のようにして製造された試験例1のアルミニウム合金鋳塊と比較例1のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれの中心軸付近の凝固組織を、光学電子顕微鏡を用いて観察した。その結果を図4及び図5に示した。それらの図から明らかなように、試験例1のアルミニウム合金鋳塊の凝固組織が、比較例1のアルミニウム合金鋳塊の凝固組織よりも、明らかに均一に微細化されていることが認められた。なお、図4及び図5と後述する図6及び図7は、全て同倍率の顕微鏡写真であって、同一のスケールで示されていることが理解されるべきである。 And the solidification structure of each center axis | shaft vicinity of the aluminum alloy ingot of the test example 1 manufactured as mentioned above and the aluminum alloy ingot of the comparative example 1 was observed using the optical electron microscope. The results are shown in FIGS. As is clear from these figures, it was found that the solidification structure of the aluminum alloy ingot of Test Example 1 was clearly made finer than the solidification structure of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1. . It should be understood that FIGS. 4 and 5 and FIGS. 6 and 7 to be described later are all micrographs of the same magnification and are shown on the same scale.
また、試験例1のアルミニウム合金鋳塊と比較例1のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれの平均結晶粒径を、ASTMで規定される求積法(ASTM Designation E 112-82)に基づいて評価した。その結果、比較例1のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径は約200μmであったのに対して、試験例1のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径は約50μmで、比較例1のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径の1/4程度の大きさとなっていた。 Further, the average crystal grain sizes of the aluminum alloy ingot of Test Example 1 and the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1 were evaluated based on the quadrature method (ASTM Designation E 112-82) defined by ASTM. As a result, the average crystal grain size of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1 was about 200 μm, whereas the average crystal grain size of the aluminum alloy ingot of Test Example 1 was about 50 μm. The size was about 1/4 of the average crystal grain size of the alloy ingot.
さらに、試験例1のアルミニウム合金鋳塊と比較例1のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれを用いて、それら2種類のアルミニウム合金鋳塊に対して同一条件下で均質化処理を行った後、一般的な量産設備を使用して、各アルミニウム合金鋳塊から外径:60mm、内径:45mmの管体を成形する押出成形を互いに同一の条件で実施した。その結果、試験例1のアルミニウム合金鋳塊を用いる場合においては、比較例1のアルミニウム合金鋳塊を用いる場合に比して、同等以上の押出速度で、割れ等を生ずることなく押出成形することが出来た。 Furthermore, using each of the aluminum alloy ingot of Test Example 1 and the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1, after homogenizing the two types of aluminum alloy ingots under the same conditions, Using various mass production facilities, extrusion molding was performed under the same conditions to form tubes having an outer diameter of 60 mm and an inner diameter of 45 mm from each aluminum alloy ingot. As a result, when the aluminum alloy ingot of Test Example 1 is used, extrusion molding is performed at an extrusion speed equal to or higher than that when the aluminum alloy ingot of Comparative Example 1 is used without causing cracks. Was made.
これらの結果から、本発明手法に従うホットトップ方式の半連続鋳造を実施することにより、従来手法を実施する場合に比して、より均一に微細化された凝固組織を有するアルミニウム合金鋳塊が製造可能となることが、明確に認識され得る。そして、本発明手法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊が、従来手法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊と同等以上の機械加工性が確保され得ることも、確認出来る。 From these results, by carrying out the hot-top semi-continuous casting according to the method of the present invention, an aluminum alloy ingot having a more uniform refined solidification structure is produced compared to the case of performing the conventional method. It can be clearly recognized that this is possible. It can also be confirmed that the aluminum alloy ingot produced by the method of the present invention can ensure the machinability equivalent to or better than the aluminum alloy ingot produced by the conventional method.
<実施例2>
先ず、アルミニウム合金の溶湯として、Al−Zn−Cu系アルミニウム合金の溶湯を所定量準備した。また、図3に示される如き超音波発生装置を備えたオープンモールド鋳造装置を準備した。なお。このオープンモールド鋳造装置に装備される超音波発生装置として、直径が20mmで長さが260mmの丸棒形状を呈する窒化珪素セラミックス製の超音波ホーンを有するものを使用した。
<Example 2>
First, a predetermined amount of molten Al-Zn-Cu aluminum alloy was prepared as a molten aluminum alloy. Further, an open mold casting apparatus provided with an ultrasonic generator as shown in FIG. 3 was prepared. Note that. As an ultrasonic generator equipped in this open mold casting apparatus, an ultrasonic generator having an ultrasonic horn made of silicon nitride ceramics having a round bar shape with a diameter of 20 mm and a length of 260 mm was used.
そして、準備されたオープンモールド鋳造装置における超音波発生装置の超音波ホーンの先端部を鋳型内の溶湯中に浸漬し、且つかかる超音波ホーンを、図3にθにて示される傾斜角度(超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の溶湯に対する接触面とのなす角の大きさ)が32°、図3にLにて示される距離(超音波ホーンの先端面の中心部:Oから、その直近に位置する鋳型の内壁面部までの距離)が20mm、図3にDにて示される距離(湯面から超音波ホーンの先端面の中心部:Oまでの距離)が15mmとなるように配置した。そして、その状態で、かかる超音波ホーンにより、溶湯に対して、注湯の開始から鋳造終了までの間、連続的に超音波振動を加えつつ、半連続鋳造を公知の手法に従って実施した。これにより、アルミニウム合金に対して微細化剤を何等添加することなしに、直径が約250mmのAl−Zn−Cu系アルミニウム合金鋳塊を製造した。そして、かくして得られたアルミニウム合金鋳塊を試験例2とした。この試験例2のアルミニウム合金鋳塊を製造する半連続鋳造では、超音波ホーンから発する超音波の周波数を19kHz、振幅を±17μmに設定した。また、鋳造速度は50mm/minとした。なお、超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の溶湯に対する接触面とのなす角:θの大きさは、試験例1のアルミニウム合金鋳塊を製造する際に確認した方法と同様な方法で確認した。 Then, the tip of the ultrasonic horn of the ultrasonic generator in the prepared open mold casting apparatus is immersed in the molten metal in the mold, and the ultrasonic horn is tilted at an inclination angle (super The angle between the extension line of the central axis of the acoustic horn and the contact surface of the solidified shell with the molten metal is 32 °, and the distance indicated by L in FIG. The distance to the inner wall surface of the mold located in the immediate vicinity thereof is 20 mm, and the distance indicated by D in FIG. 3 (the distance from the molten metal surface to the central portion of the tip surface of the ultrasonic horn: O) is 15 mm. Arranged. In this state, semi-continuous casting was performed according to a known technique while continuously applying ultrasonic vibration to the molten metal from the start of pouring to the end of casting. As a result, an Al—Zn—Cu-based aluminum alloy ingot having a diameter of about 250 mm was produced without adding any micronizing agent to the aluminum alloy. The aluminum alloy ingot thus obtained was used as Test Example 2. In the semi-continuous casting for producing the aluminum alloy ingot of Test Example 2, the frequency of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic horn was set to 19 kHz and the amplitude was set to ± 17 μm. The casting speed was 50 mm / min. The angle formed by the extension line of the central axis of the ultrasonic horn and the contact surface of the solidified shell with the molten metal: θ is the same method as the method confirmed when manufacturing the aluminum alloy ingot of Test Example 1 Confirmed with.
また、比較のために、超音波装置を有しない以外、試験例2のアルミニウム合金鋳塊を製造するのに使用したものと同一構造を有するオープンモールド鋳造装置と、Al−Ti−B系合金等の微細化剤が添加されたAl−Zn−Cu系アルミニウム合金の溶湯とを用いて、従来より公知のオープンモールド方式による半連続鋳造を実施し、直径が約250mmのAl−Zn−Cu系アルミニウム合金鋳塊を製造した。そして、かくして得られたアルミニウム合金鋳塊を比較例2とした。なお、この比較例2のアルミニウム合金鋳塊の製造に際しては、その鋳造速度を50mm/minとした。 For comparison, an open mold casting apparatus having the same structure as that used to manufacture the aluminum alloy ingot of Test Example 2 except that no ultrasonic apparatus is provided, an Al-Ti-B alloy, etc. Al-Zn-Cu-based aluminum having a diameter of about 250 mm is obtained by performing a semi-continuous casting by a conventionally known open mold method using a molten Al-Zn-Cu-based aluminum alloy to which a micronizing agent is added. An alloy ingot was produced. The aluminum alloy ingot thus obtained was used as Comparative Example 2. In the production of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2, the casting speed was 50 mm / min.
そして、上記のようにして製造された試験例2のアルミニウム合金鋳塊と比較例2のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれの中心軸付近の凝固組織を、光学電子顕微鏡を用いて観察した。その結果を図6及び図7に示した。それらの図から明らかなように、試験例2のアルミニウム合金鋳塊の凝固組織が、比較例2のアルミニウム合金鋳塊の凝固組織よりも、明らかに均一に微細化されていることが認められた。 And the solidification structure of each center axis | shaft vicinity of the aluminum alloy ingot of the test example 2 manufactured as mentioned above and the aluminum alloy ingot of the comparative example 2 was observed using the optical electron microscope. The results are shown in FIGS. As is clear from these figures, it was confirmed that the solidified structure of the aluminum alloy ingot of Test Example 2 was clearly made finer than the solidified structure of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2. .
また、試験例2のアルミニウム合金鋳塊と比較例2のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれの平均結晶粒径を、ASTMで規定される求積法(ASTM Designation E 112-82)に基づいて評価した。その結果、比較例2のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径は約220μmであったのに対して、試験例2のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径は約40μmで、比較例2のアルミニウム合金鋳塊の平均結晶粒径の1/5以下の大きさとなっていた。 Further, the average crystal grain sizes of the aluminum alloy ingot of Test Example 2 and the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2 were evaluated based on the quadrature method (ASTM Designation E 112-82) defined by ASTM. As a result, the average crystal grain size of the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2 was about 220 μm, whereas the average crystal grain size of the aluminum alloy ingot of Test Example 2 was about 40 μm. The average crystal grain size of the alloy ingot was 1/5 or less.
さらに、試験例2のアルミニウム合金鋳塊と比較例2のアルミニウム合金鋳塊のそれぞれを用いて、それら2種類のアルミニウム合金鋳塊に対して同一条件下で均質化処理を行った後、一般的な量産設備を使用して、各アルミニウム合金鋳塊から外径:60mm、内径:45mmの管体を成形する押出成形を互いに同一の条件で実施した。その結果、試験例2のアルミニウム合金鋳塊と比較例2のアルミニウム合金鋳塊の何れを用いる場合にあっても、同等の押出速度で、割れ等を生ずることなく押出成形することが出来た。 Furthermore, using each of the aluminum alloy ingot of Test Example 2 and the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2, after homogenizing the two types of aluminum alloy ingots under the same conditions, Using various mass production facilities, extrusion molding was performed under the same conditions to form tubes having an outer diameter of 60 mm and an inner diameter of 45 mm from each aluminum alloy ingot. As a result, even when any of the aluminum alloy ingot of Test Example 2 and the aluminum alloy ingot of Comparative Example 2 was used, extrusion molding was possible at the same extrusion speed without causing cracks.
これらの結果から、本発明手法に従うオープンモールド方式の半連続鋳造を実施することにより、従来手法を実施する場合に比して、より均一に微細化された凝固組織を有するアルミニウム合金鋳塊を製造出来ることが、明確に認識され得る。そして、本発明手法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊が、従来手法によって製造されたアルミニウム合金鋳塊と同等の機械加工性が確保され得ることも、確認出来る。 From these results, by performing semi-continuous casting of the open mold method according to the method of the present invention, an aluminum alloy ingot having a more uniform refined solidification structure is produced compared to the case of performing the conventional method. What can be done can be clearly recognized. It can also be confirmed that the aluminum alloy ingot produced by the method of the present invention can ensure the same machinability as the aluminum alloy ingot produced by the conventional method.
10 鋳型 12 溶湯
14 溶湯流路 22 超音波発生装置
28 超音波ホーン 32 鋳塊
34 接触面 36 凝固殻
40 湯面 42 水冷鋳型
48 注湯ノズル 50 フロート
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記超音波ホーンの先端部を前記溶湯中に浸漬する一方、該超音波ホーンの中心軸の延長線と凝固殻の該溶湯に対する接触面とのなす角の大きさが45°以下となり、且つ該凝固殻の中心側に向かって延びるように、該超音波ホーンを傾斜させた状態で、該超音波ホーンの該溶湯中への浸漬部分の先端面の中心部が、該浸漬部分の直近に位置する前記鋳型の内壁面から15mm以上離間し、且つ該浸漬部分の先端面の中心部が、該鋳型内の該溶湯の湯面から15mm以内の深さに位置するように、該超音波ホーンを配置した状態において、該超音波ホーンを発振させて、該溶湯に対して超音波振動を加えることを特徴とするアルミニウム合金鋳塊の製造方法。 In a method of manufacturing an aluminum alloy ingot by immersing an ultrasonic horn in a molten aluminum alloy poured into a mold and applying ultrasonic vibration to the molten metal while performing semi-continuous casting. There,
While the tip of the ultrasonic horn is immersed in the molten metal, the angle between the extension line of the central axis of the ultrasonic horn and the contact surface of the solidified shell with the molten metal is 45 ° or less, and the In the state where the ultrasonic horn is inclined so as to extend toward the center side of the solidified shell, the central portion of the tip surface of the immersed portion of the ultrasonic horn in the molten metal is positioned in the immediate vicinity of the immersed portion. The ultrasonic horn so that it is at least 15 mm away from the inner wall surface of the mold and the center of the tip surface of the immersion part is located at a depth within 15 mm from the molten metal surface in the mold. A method for producing an aluminum alloy ingot, wherein the ultrasonic horn is oscillated and ultrasonic vibration is applied to the molten metal in an arranged state.
An aluminum alloy ingot produced by the method for producing an aluminum alloy ingot according to any one of claims 1 to 3.
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