JP2014213330A - Production method of semi-solidified metal slurry - Google Patents
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
Abstract
Description
この発明は、ダイカスト（鋳造）のうち、半凝固鋳造に用いられる半凝固金属スラリーの作製方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a semi-solid metal slurry used for semi-solid casting among die casting (casting).
従来より、半凝固鋳造では、溶融金属を固液共存状態まで冷却して半凝固状態とした金属スラリーを、ダイカスト機の加圧スリーブに充填して鋳造することが行われている。半凝固鋳造は、固液共存状態にある金属を成形する方法であり、材料が高固相率であるため鋳造製品の収縮巣の発生を抑え、鋳造製品の機械的強度の信頼性を向上させることができる。一方で、半凝固鋳造は、液体状態に比べ粘性が高く流動性が劣るため、材料として用いられる金属スラリーとしては、初晶が液状マトリックスにより互いに分離した状態で維持され、その結晶した粒子が微細で均一な非樹枝状、すなわち球状であることが望まれ、この点に関し多くの研究がなされている。これにより、材料が高固相率で低粘度の半凝固金属となった状態で鋳造を行うことが可能となり、鋳造製品の収縮巣の発生を抑え、鋳造製品の機械的強度の信頼性を向上させることができる。 Conventionally, in semi-solid casting, a metal slurry that has been cooled to a solid-liquid coexisting state and made into a semi-solid state is filled in a pressure sleeve of a die casting machine and cast. Semi-solid casting is a method of forming a metal in a solid-liquid coexistence state. Since the material has a high solid phase ratio, the occurrence of shrinkage nests in the cast product is suppressed, and the reliability of the mechanical strength of the cast product is improved. be able to. On the other hand, semi-solid casting is more viscous and inferior in fluidity than the liquid state, so the metal slurry used as a material is maintained in a state where primary crystals are separated from each other by a liquid matrix, and the crystallized particles are fine. It is desirable to have a uniform and non-dendritic shape, that is, a spherical shape, and many studies have been made on this point. This makes it possible to perform casting in a state where the material is a high solid fraction and low viscosity semi-solid metal, suppresses the formation of shrinkage nests in the cast product, and improves the reliability of the mechanical strength of the cast product. Can be made.
ここで、下記の特許文献１〜３には、この種の金属スラリーの作製方法に関する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術は、アルミ合金などの半凝固金属を簡便容易に、かつ、低コストで加圧成形することを課題としている。この技術は、最大固溶限以上の組成を有する亜共晶アルミ合金の溶融金属につき、ビレット用金型への注入時の温度を、液相線以上で、かつ液相線より３０℃を超えない温度領域とし、かつ１℃／秒以上の凝固区間冷却速度によりビレット用金型内に注入し、冷却固化してビレットを鋳造する。その後、そのビレットを共晶温度以上に昇温させ、保持時間、保持温度の選択により液相率を２０〜８０％にして初晶を球状化する。その後、半溶融状態となったビレットを成形用金型に供給して加圧成形するようにしている。また、ビレット用金型を溶融金属の注入方向に対し略直角をなす方向へ微小振動させながら、同金型に溶融金属を注入するようにしている。 Here, the following Patent Documents 1 to 3 describe techniques relating to a method for producing this type of metal slurry. The technique described in Patent Document 1 has an object to press-mold a semi-solid metal such as an aluminum alloy easily and easily at low cost. In this technology, the temperature at the time of pouring into a billet mold is higher than the liquidus and exceeds 30 ° C from the liquidus for a molten metal of hypoeutectic aluminum alloy having a composition exceeding the maximum solid solubility limit. A billet is cast by injecting into a billet mold at a solidification zone cooling rate of 1 ° C./second or more. Thereafter, the billet is heated to a temperature equal to or higher than the eutectic temperature, and the primary crystal is spheroidized by setting the liquid phase ratio to 20 to 80% by selecting the holding time and holding temperature. Thereafter, the billet that has been in a semi-molten state is supplied to a molding die for pressure molding. Further, the molten metal is injected into the mold while the billet mold is vibrated in a direction substantially perpendicular to the injection direction of the molten metal.
また、下記の特許文献２に記載の技術は、格別に複雑な工程を必要とせず簡単な装置・設備で、微細でほぼ均一な非樹枝状（球状）の粒子を有する金属スラリーを容易に作製することを課題としている。この技術は、溶融金属に、所定の温度範囲において運動を加え、その後に溶融金属を冷却することによって半凝固状態にするようにしている。詳しくは、液相線温度が約６１０℃のＡＣ４ＣＨ合金を溶融し、直径６３ｍｍ、高さ１００ｍｍの鉄製円筒形スラリー作製容器に６６０℃で注入する。そして、容器内の溶融金属の温度が６１０〜６２０℃に達した時点で、容器外側に超音波振動子を約１０秒間接触させ、容器内部の溶融金属に運動を与える。その後、３℃／秒以下、好ましくは０.４℃／秒以下の冷却速度で溶融金属を冷却し、樹枝性組織の存在しない粒状晶スラリーを得るようにしている。また、溶融金属に運動を与える方法として、超音波振動以外に、高周波誘導による撹拌や機械的撹拌などが記載されている。 In addition, the technique described in Patent Document 2 below easily produces a metal slurry having fine, almost uniform non-dendritic (spherical) particles with simple equipment and facilities without requiring a particularly complicated process. The challenge is to do. In this technique, the molten metal is moved in a predetermined temperature range, and then the molten metal is cooled to be in a semi-solid state. Specifically, an AC4CH alloy having a liquidus temperature of about 610 ° C. is melted and poured into an iron cylindrical slurry preparation container having a diameter of 63 mm and a height of 100 mm at 660 ° C. And when the temperature of the molten metal in a container reaches 610-620 degreeC, an ultrasonic vibrator is made to contact the outer side of a container for about 10 second, and a motion is given to the molten metal inside a container. Thereafter, the molten metal is cooled at a cooling rate of 3 ° C./second or less, preferably 0.4 ° C./second or less, so that a granular crystal slurry having no dendritic structure is obtained. Further, as a method for imparting motion to the molten metal, in addition to ultrasonic vibration, stirring by high frequency induction, mechanical stirring, and the like are described.
下記の特許文献３に記載の技術は、短時間かつ簡単に、対象金属の種類・組成に限定されることなく半凝固スラリー、半凝固成形品を作製することを課題としている。この技術は、所定の熱容量と初期温度に設定された溶融金属を、単一のカップからなる容器に注ぎ込むことにより所望のある一定の固相率を有する半凝固状態の金属スラリーを作製するものである。溶融金属を容器に注いだときに、溶融金属が初期凝固層を発生することなく過冷却の状態になるとともに、容器内で自己撹拌が生じるように注湯するようにしている。詳しくは、溶融金属を所定の高さから容器に注いで容器に接触させることで、過冷却現象を生じさせ、初期凝固層を発生させないで核を発生させ、撹拌させることで、冷却の温度勾配をなくして半凝固状態の金属スラリーをつくるようにしている。 The technique described in Patent Document 3 below has an object to produce a semi-solid slurry and a semi-solid molded product in a short time and easily without being limited to the type and composition of the target metal. In this technology, a molten metal set to a predetermined heat capacity and initial temperature is poured into a container consisting of a single cup to produce a semi-solid state metal slurry having a desired certain solid phase ratio. is there. When the molten metal is poured into the container, the molten metal is poured into a supercooled state without generating an initial solidified layer, and self-stirring occurs in the container. Specifically, the molten metal is poured into a container from a predetermined height and brought into contact with the container, thereby causing a supercooling phenomenon, generating nuclei without generating an initial solidified layer, and stirring, thereby cooling temperature gradient. In this way, a semi-solid metal slurry is produced.
ところが、特許文献３に記載の技術では、溶融金属を容器に注いで容器の中で溶融金属に自己撹拌を生じさせるためには、所定の高さから溶融金属を容器に注ぐ必要があった。そのため、溶融金属を容器に注ぐときに、溶融金属に不純物が混入したり、空気が巻き込まれたりするおそれがあった。一方、特許文献１及び２の技術では、所定の温度域において溶融金属に振動を加える必要があるため、溶融金属の温度を管理しなければならなかった。また、特許文献１及び２に記載の技術では、微細な初晶を得るために超音波振動など高い周波数の振動を加える必要があることから、振動発生装置が高価なものとなる。更に、冷却速度が遅いことから、金属スラリーの作製に時間がかかるという欠点があった。 However, in the technique described in Patent Document 3, in order to pour the molten metal into the container and cause the molten metal to self-stir in the container, it is necessary to pour the molten metal into the container from a predetermined height. For this reason, when the molten metal is poured into the container, impurities may be mixed in the molten metal or air may be involved. On the other hand, in the techniques of Patent Documents 1 and 2, since it is necessary to apply vibration to the molten metal in a predetermined temperature range, the temperature of the molten metal has to be managed. Further, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to apply high-frequency vibration such as ultrasonic vibration in order to obtain a fine primary crystal, so that the vibration generator is expensive. Further, since the cooling rate is slow, there is a drawback that it takes time to produce the metal slurry.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間で作製することを可能とした半凝固金属スラリーの作製方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a relatively simple and inexpensive facility for high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles. It is an object of the present invention to provide a method for producing a semi-solid metal slurry that can be produced in a relatively short time.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、溶融金属を溶融金属よりも低い温度にある容器に注いで固液共存状態にまで冷却することにより半凝固金属スラリーを作製する半凝固金属スラリーの作製方法において、溶融金属を冷却するに際して、容器を機械的に振動させることにより、容器に注がれた溶融金属に運動を与えて容器の中にて溶融金属を対流させることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a semi-solid metal slurry for producing a semi-solid metal slurry by pouring molten metal into a container at a temperature lower than that of the molten metal and cooling it to a solid-liquid coexistence state. In the method for producing a solidified metal slurry, when the molten metal is cooled, the container is mechanically vibrated so that the molten metal poured into the container is moved to convect the molten metal in the container. The purpose.
上記発明の構成によれば、容器を機械的に振動させることで容器の内周面に生じる金属の固相が粒子状に遊離し、それら粒子が分散する。また、それら粒子が溶融金属の対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子がより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生と比べ振動発生装置の構成を簡略化することが可能となる。 According to the structure of the said invention, the solid phase of the metal which arises on the internal peripheral surface of a container is liberated in a particle form by vibrating a container mechanically, and these particles disperse | distribute. In addition, since the particles flow while interfering with each other by the convection of the molten metal, the particles have a finer rounded shape. Furthermore, since the container is mechanically vibrated, the configuration of the vibration generating device can be simplified as compared with the generation of electromagnetic vibration.
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、容器に溶融金属を注ぐ前から容器を振動させることを趣旨とする。
を趣旨とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the container is vibrated before the molten metal is poured into the container.
Intended to be
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、容器に溶融金属を注ぐ前から容器が振動しているので、溶融金属を注ぐタイミングの自由度が増す。 According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention according to claim 1, since the container vibrates before pouring the molten metal into the container, the degree of freedom of the timing of pouring the molten metal is increased.
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、容器に溶融金属を注いで所定の時間が経過してから容器を振動させることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 3 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the container is vibrated after a predetermined time has elapsed after pouring molten metal into the container. .
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、溶融金属を注ぎ始めるときに容器が振動していないので、溶融金属を容器に注ぎ易くなる。 According to the configuration of the invention described above, in addition to the operation of the invention described in claim 1, since the container is not vibrated when the molten metal starts to be poured, the molten metal can be easily poured into the container.
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、容器の振動周波数が２０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下で、かつ、振動速度振幅が１５０ｍｍ／ｓ以上で、振動変位振幅が０.２５ｍｍ以上であることを趣旨とする。ここで、「振動周波数」は、容器が１秒間に振動する回数を意味する。「振動速度振幅」は、容器の最大速度を意味する。「振動変位振幅」は、容器の移動量を意味する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the vibration frequency of the container is 20 Hz to 250 Hz, and the vibration velocity amplitude is 150 mm / It is intended that the vibration displacement amplitude is 0.25 mm or more at s or more. Here, “vibration frequency” means the number of times the container vibrates per second. “Vibration velocity amplitude” means the maximum velocity of the container. “Vibration displacement amplitude” means the amount of movement of the container.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加え、容器の振動周波数を２０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下に、かつ、振動速度振幅を１５０ｍｍ／ｓ以上に、振動変位振幅を０.２５ｍｍ以上に特定することで、平均粒径が８０μｍ以下の微細な粒子を有する半凝固金属スラリーが得られる。 According to the configuration of the invention, in addition to the operation of the invention according to any one of claims 1 to 3, the vibration displacement of the container is set to 20 Hz to 250 Hz and the vibration velocity amplitude is set to 150 mm / s or more. By specifying the amplitude to be 0.25 mm or more, a semi-solid metal slurry having fine particles having an average particle diameter of 80 μm or less can be obtained.
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、容器の振動加速度が１００Ｇ以下で、かつ、振動変位振幅が３ｍｍ以下であることを趣旨とする。ここで、「振動加速度」は、容器の最大加速度を意味する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the vibration acceleration of the container is 100 G or less and the vibration displacement amplitude is 3 mm or less. The purpose is that. Here, “vibration acceleration” means the maximum acceleration of the container.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加え、容器の振動加速度が１００Ｇ以下に抑えられるので、通常の出力を有する振動発生装置を使用することが可能となる。また、振動変位振幅が３ｍｍを超えると溶融金属が容器から溢れ出るおそれがあるが、振動変位振幅が３ｍｍ以下となるので問題がない。 According to the configuration of the invention, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 4, the vibration acceleration of the container can be suppressed to 100 G or less, so that a vibration generator having a normal output can be used. It becomes possible. Further, when the vibration displacement amplitude exceeds 3 mm, molten metal may overflow from the container, but there is no problem because the vibration displacement amplitude is 3 mm or less.
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、容器に注ぐ前の溶融金属の温度が溶融金属の液相線温度に対し３０℃以上高いことを趣旨とする。ここで、「液相線温度」は、これ以上の温度では完全に液体状態となる温度を意味する。 In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, in the invention of any one of the first to fifth aspects, the temperature of the molten metal before pouring into the container is relative to the liquidus temperature of the molten metal. The purpose is to be 30 ° C. or higher. Here, “liquidus temperature” means a temperature at which a liquid state is completely reached at a temperature higher than this.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用に加え、容器に注ぐ前の溶融金属の温度が液相線温度に対し３０℃以上高くなるので、直ちに凝固することのない半凝固金属スラリーが得られる。 According to the configuration of the invention, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 5, the temperature of the molten metal before pouring into the container becomes higher by 30 ° C. or more than the liquidus temperature, so that it immediately solidifies. A semi-solid metal slurry that does not occur is obtained.
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明において、容器の温度が５０℃以下であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature of the container is 50 ° C. or lower.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用に加え、容器の温度が５０℃以下となるので、容器の温度を室温と同じにすることが可能となり、容器の温度管理の必要がない。 According to the configuration of the invention, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 6, the temperature of the container is 50 ° C. or lower, so that the temperature of the container can be the same as room temperature, There is no need to control the temperature of the container.
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明において、容器が金属製であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the container is made of metal.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の作用に加え、容器が金属製であることから、容器の熱伝導性が良好となり、溶融金属の冷却効率がよくなる。 According to the configuration of the above invention, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 7, since the container is made of metal, the thermal conductivity of the container is improved and the cooling efficiency of the molten metal is improved. .
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の発明において、溶融金属がアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 9 is the invention described in any one of claims 1 to 8, wherein the molten metal is an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, or an iron-based alloy. The purpose.
上記発明の構成によれば、請求項１乃至８の何れかに記載の発明の作用に加え、溶融金属がアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金であることから、従前の材料の使用が可能となる。 According to the configuration of the invention, in addition to the action of the invention according to any one of claims 1 to 8, the molten metal is an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, or an iron-based alloy. Is possible.
請求項１に記載の発明によれば、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。 According to the first aspect of the present invention, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles is produced in a relatively short time with relatively simple and inexpensive equipment. Can do.
請求項２に記載の発明によれば、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。 According to the invention described in claim 2, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles is produced in a relatively short time with a relatively simple and inexpensive facility. Can do.
請求項３に記載の発明によれば、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。 According to the invention described in claim 3, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles is produced in a relatively short time with relatively simple and inexpensive equipment. Can do.
請求項４に記載の発明によれば、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。 According to the invention described in claim 4, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles is produced in a relatively short time with relatively simple and inexpensive equipment. Can do.
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、比較的簡易で安価な設備により半凝固金属スラリーを歩留りよく作製することができる。 According to the invention described in claim 5, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 4, the semi-solid metal slurry can be produced with a high yield by using a relatively simple and inexpensive equipment.
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、半凝固鋳造に最適な半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to the invention described in claim 6, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 5, a semi-solid metal slurry optimum for semi-solid casting can be produced.
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の効果に加え、比較的簡易で安価な振動発生装置を使用して半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to the invention described in claim 7, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 6, a semi-solid metal slurry can be produced using a relatively simple and inexpensive vibration generator. it can.
請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の効果に加え、比較的短時間に半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to the invention described in claim 8, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 7, a semi-solid metal slurry can be produced in a relatively short time.
請求項９に記載の発明によれば、請求項１乃至８の何れかに記載の発明の効果に加え、比較的簡易で安価に半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to the invention described in claim 9, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 8, a semi-solid metal slurry can be produced relatively easily and inexpensively.
以下、本発明における半凝固金属スラリーの作製方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying a method for producing a semi-solid metal slurry according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に、半凝固金属スラリーの作製方法の概略を斜視図により示す。図２〜図４に、半凝固金属スラリーの作製方法の概略を断面図により示す。図１、図２に示すように、この作製方法は、溶融金属２１をその溶融金属２１よりも低い温度にある金属製の容器１１に注ぎ、溶融金属２１が固液共存状態まで冷却されることにより半凝固金属スラリーを作製するものである。ここで、溶融金属２１を冷却するに際して、図１〜図３に示すように、容器１１を水平方向における一方向（矢印ＡＲ１により示す。）へ機械的に振動させることにより、容器１１に注がれた溶融金属２１に運動を与えて、図４に示すように、容器１１の中で溶融金属２１を対流させるようにしている。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a method for producing a semi-solid metal slurry. 2 to 4 are schematic cross-sectional views showing a method for producing a semi-solid metal slurry. As shown in FIGS. 1 and 2, in this manufacturing method, the molten metal 21 is poured into a metal container 11 at a temperature lower than the molten metal 21, and the molten metal 21 is cooled to a solid-liquid coexistence state. Thus, a semi-solid metal slurry is produced. Here, when the molten metal 21 is cooled, as shown in FIGS. 1 to 3, the container 11 is poured into the container 11 by mechanically vibrating the container 11 in one direction (indicated by an arrow AR <b> 1) in the horizontal direction. A motion is applied to the molten metal 21 so that the molten metal 21 is convected in the container 11 as shown in FIG.
ここでは、容器１１は室温状態に保たれながら振動することになる。図１、図２に示すように、振動している容器１１に、高温の溶融金属２１を注ぐと、溶融金属２１は急速に冷却され、その冷却の際に容器１１の内周面１１ａに結晶としての金属の固相２２が生じる。そして、図３に示すように、これら固相２２が容器１１の振動によって粒子２３の形となって遊離することになる。これにより、容器１１の内周面１１ａにて固相２２が樹枝状に成長することを妨げるようにしている。 Here, the container 11 vibrates while being kept at room temperature. As shown in FIGS. 1 and 2, when a high-temperature molten metal 21 is poured into the vibrating container 11, the molten metal 21 is rapidly cooled, and crystals are formed on the inner peripheral surface 11a of the container 11 during the cooling. As a result, a solid phase 22 of the metal is produced. Then, as shown in FIG. 3, these solid phases 22 are released in the form of particles 23 by the vibration of the container 11. Accordingly, the solid phase 22 is prevented from growing in a dendritic shape on the inner peripheral surface 11a of the container 11.
すなわち、室温状態の容器１１に高温の溶融金属２１を注ぐと、溶融金属２１は容器１１に熱を奪われて急速に温度が下がり、容器１１の内周面１１ａに急速に固相２２が生じる。このとき、容器１１を予め振動させておくことにより、容器１１の内周面１１ａに生じた固相２２が内周面１１ａから粒子２３の形となって遊離し、それら粒子２３が容器１１の中心部へ移動、分散する。一方、容器１１の内周面１１ａでは、新たな固相２２が生じ、遊離した粒子２３は振動によって容器１１の中心部へ移動、分散する。このとき、容器１１の中では、振動によって運動エネルギーが与えられた溶融金属２１に、図４に矢印ＡＲ２で示すような対流が生じる。この対流は、容器１１の内周面１１ａと容器１１の中心部との間を巡回する流れを形成する。ここで、容器１１は、溶融金属２１から熱を奪うことで温度が上昇するので、溶融金属２１が冷却される速度は次第に低下することになる。これにより、容器１１の内周面１１ａでの固相２２の発生量が減少し、数分間だけ固液共存状態が保たれる。この結果、微細な粒子２３が分散した固液共存状態の半凝固金属スラリーを得ることができる。 That is, when high-temperature molten metal 21 is poured into container 11 at room temperature, molten metal 21 is deprived of heat by container 11 and the temperature rapidly decreases, and solid phase 22 is rapidly formed on inner peripheral surface 11a of container 11. . At this time, by vibrating the container 11 in advance, the solid phase 22 generated on the inner peripheral surface 11 a of the container 11 is released from the inner peripheral surface 11 a in the form of particles 23, and the particles 23 are released from the container 11. Move and disperse to the center. On the other hand, a new solid phase 22 is generated on the inner peripheral surface 11 a of the container 11, and the released particles 23 are moved and dispersed to the center of the container 11 by vibration. At this time, in the container 11, convection as shown by an arrow AR2 in FIG. 4 is generated in the molten metal 21 to which kinetic energy is given by vibration. This convection forms a flow that circulates between the inner peripheral surface 11 a of the container 11 and the central portion of the container 11. Here, since the temperature of the container 11 is increased by taking heat from the molten metal 21, the speed at which the molten metal 21 is cooled gradually decreases. Thereby, the generation amount of the solid phase 22 on the inner peripheral surface 11a of the container 11 is reduced, and the solid-liquid coexistence state is maintained for several minutes. As a result, a semi-solid metal slurry in a solid-liquid coexistence state in which fine particles 23 are dispersed can be obtained.
この実施形態では、溶融金属２１の材料として、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金などの金属を適用することができる。容器１１は、円筒形をなし、鉄等の金属により形成することができる。 In this embodiment, a metal such as an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, or an iron-based alloy can be used as the material of the molten metal 21. The container 11 has a cylindrical shape and can be formed of a metal such as iron.
この実施形態では、容器１１を水平方向における特定の一方向（矢印ＡＲ１の方向、以下同様。）へ機械的に振動させるために、振動発生装置が使用される。図１に示すように、この装置は、水平に支持された可動板１２と、可動板１２を水平方向における特定の一方向へ機械的に振動させる振動発生機１３とを備える。そして、可動板１２の上に容器１１を載せて固定し、可動板１２を容器１１と共に振動発生機１３により一方向へ機械的に振動させるように構成される。この種の振動発生装置は、超音波振動を発生させる装置や電磁的に振動を発生させる装置よりも構成が簡易である。特に、機械的な振動は、電磁的な振動よりも大きな変位、すなわち大きな運動エネルギーを溶融金属２１に与えることができる点で有利である。また、機械的な振動発生装置は、各種振動条件を容易にコントロールできることから、多様で安定した品質の半凝固金属スラリーを作製することができる。その他、電磁的な振動発生装置では、磁場発生装置や電流発生装置などの大きな付帯設備が必要になるところ、機械的な振動発生装置では、これらの付帯設備が不要となる。この実施形態の振動発生装置では、各種振動条件として、「振動周波数」、「振動加速度」、「振動速度振幅」及び「振動変位振幅」をコントロールするように構成される。 In this embodiment, a vibration generator is used to mechanically vibrate the container 11 in a specific direction in the horizontal direction (the direction of arrow AR1, the same applies hereinafter). As shown in FIG. 1, the apparatus includes a movable plate 12 supported horizontally and a vibration generator 13 that mechanically vibrates the movable plate 12 in a specific direction in the horizontal direction. The container 11 is placed and fixed on the movable plate 12, and the movable plate 12 is mechanically vibrated in one direction together with the container 11 by the vibration generator 13. This type of vibration generator has a simpler configuration than a device that generates ultrasonic vibrations or a device that generates vibrations electromagnetically. In particular, the mechanical vibration is advantageous in that a larger displacement than electromagnetic vibration, that is, a large kinetic energy can be given to the molten metal 21. In addition, since the mechanical vibration generator can easily control various vibration conditions, it is possible to produce a semi-solid metal slurry having various and stable quality. In addition, the electromagnetic vibration generator requires large incidental facilities such as a magnetic field generator and a current generator, but the mechanical vibration generator does not require these incidental facilities. The vibration generator of this embodiment is configured to control “vibration frequency”, “vibration acceleration”, “vibration velocity amplitude”, and “vibration displacement amplitude” as various vibration conditions.
この実施形態では、容器１１に溶融金属２１を注ぐ前から容器１１を振動させるようにしている。また、図１、図２に示すように、容器１１への溶融金属２１の注入は、容器１１と干渉しない程度に容器１１から離れたノズル１４から行われるようになっている。 In this embodiment, the container 11 is vibrated before the molten metal 21 is poured into the container 11. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the molten metal 21 is injected into the container 11 from the nozzle 14 that is separated from the container 11 to the extent that it does not interfere with the container 11.
この実施形態では、容器１１の振動周波数を「２０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下」に、かつ、振動速度振幅を「１５０ｍｍ／ｓ以上４６００ｍｍ／ｓ以下」に、振動変位振幅を「０.２５ｍｍ以上」にコントロールするようになっている。また、容器１１の振動加速度を「３Ｇ以上１００Ｇ以下」に、かつ、振動変位振幅を「３ｍｍ以下」にコントロールするようになっている。容器１１に注ぐ前の溶融金属２１の温度は、溶融金属２１の液相線温度に対し「３０℃以上１５０℃以下」だけ高くなるように、望ましくは「３０℃以上１００℃以下」だけ高くなるようにコントロールするようになっている。更に、容器１１の温度は、「−３０℃以上５０℃以下」に、望ましくは「０℃以上５０℃以下」にコントロールするようになっている。 In this embodiment, the vibration frequency of the container 11 is controlled to “20 Hz to 250 Hz”, the vibration velocity amplitude to “150 mm / s to 4600 mm / s”, and the vibration displacement amplitude to “0.25 mm or more”. It is like that. Further, the vibration acceleration of the container 11 is controlled to “3 G or more and 100 G or less”, and the vibration displacement amplitude is controlled to “3 mm or less”. The temperature of the molten metal 21 before pouring into the container 11 is preferably higher by “30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower”, so that it is higher than the liquidus temperature of the molten metal 21 by “30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower”. To be controlled. Furthermore, the temperature of the container 11 is controlled to “−30 ° C. or more and 50 ° C. or less”, preferably “0 ° C. or more and 50 ° C. or less”.
次に、各種振動条件と溶融金属２１の種類を変えて行った半凝固金属スラリーの作製実験について説明する。図５〜図１２に、実験１〜実験７により得られた半凝固金属スラリーの切断面を顕微鏡拡大した拡大図により示す。 Next, a production experiment of a semi-solid metal slurry performed by changing various vibration conditions and the type of the molten metal 21 will be described. 5 to 12 are enlarged views showing the cut surfaces of the semi-solid metal slurry obtained in Experiments 1 to 7 under a microscope.
図５は、実験１（Ｅ１）に関する拡大図である。図５において、白い部分は固相の粒子２３を示し、黒い部分は固相化していない液相部分２４を示す（図６〜図１２においても同じ。）。この実験１では、溶融金属２１の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「５０Ｈｚ」、振動加速度を「６Ｇ」、振動速度振幅を「１８７.２ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「７９.０μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「２.５７」となった。ここでは、半凝固金属スラリーを用いた鋳造製品の機械的強度の信頼性を向上させるためには、粒子２３の平均粒径ｄｓを「８０μｍ以下」に、かつ、平均円形度Ｒｓを「３以下」にするのが望ましい。この実験１の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たす。 FIG. 5 is an enlarged view related to Experiment 1 (E1). In FIG. 5, a white part shows the solid-phase particle | grains 23, and a black part shows the liquid phase part 24 which is not solid-phased (this is the same also in FIGS. 6-12). In Experiment 1, the material of the molten metal 21 was “AC4CH alloy”, the vibration frequency was “50 Hz”, the vibration acceleration was “6 G”, and the vibration velocity amplitude was “187.2 mm / s” as various vibration conditions. As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “79.0 μm”, and the average circularity Rs was “2.57”. Here, in order to improve the reliability of the mechanical strength of the cast product using the semi-solid metal slurry, the average particle diameter ds of the particles 23 is set to “80 μm or less”, and the average circularity Rs is set to “3 or less. "Is desirable. The result of Experiment 1 satisfies the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above.
図６は、実験２（Ｅ２）に関する切断面の拡大図である。この実験２は、実験１と対比されるものであり、溶融金属の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「５０Ｈｚ」、振動加速度を「３Ｇ」、振動速度振幅を「９３.６ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「１００.５μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「３.９８」となった。これは、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たさない。図５、図６の対比から、実験２では、実験１よりも粒子２３が大きく、丸みを帯びた形が少ないことがわかる。実験１と実験２の各種振動条件の対比から、振動速度振幅として、「９０ｍｍ／ｓ」前後よりも「１８０ｍｍ／ｓ」前後の方が有利なことがわかる。 FIG. 6 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 2 (E2). This experiment 2 is contrasted with the experiment 1. The material of the molten metal is “AC4CH alloy”, the vibration frequency is “50 Hz”, the vibration acceleration is “3G”, and the vibration velocity amplitude is “ 93.6 mm / s ". As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “100.5 μm”, and the average circularity Rs was “3.98”. This does not satisfy the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above. From the comparison between FIGS. 5 and 6, it can be seen that in Experiment 2, the particles 23 are larger than in Experiment 1, and the rounded shape is less. From the comparison of the various vibration conditions in Experiment 1 and Experiment 2, it can be seen that the vibration velocity amplitude is more advantageously around “180 mm / s” than around “90 mm / s”.
ここで、固相の粒子２３の粒径ｄは次の式（１）で規定され、円形度Ｒは次の式（２）で規定される。
ｄ＝２√（Ａ／π） …式（１）
Ｒ＝Ｌ2／（４πＡ） …式（２）
Here, the particle size d of the solid phase particle 23 is defined by the following equation (1), and the circularity R is defined by the following equation (2).
d = 2√ (A / π) (1)
R = L 2 / (4πA) (2)
図１３に、半凝固金属スラリーの切断面を顕微鏡拡大した拡大図により示す。図１３に示すように、「Ｌ（μｍ）」は粒子２３の周囲長を意味し、「Ａ（μｍ2）」は粒子２３の面積を意味する。式（１）は、同じ面積Ａを有する等価円の直径を求めることになる。式（２）は、同じ面積Ａを有する等価円の周囲長と実際の周囲長Ｌの比を求めることになる。図１４（ａ）〜（ｅ）は、粒子形状と円形度Ｒとの関係を説明図により示す。図１４（ａ）に示すように、粒子形状が真円では、円形度Ｒが「１」となる。また、図１４（ｂ）〜（ｅ）に示すように、粒子形状が真円から外れるほど円形度Ｒの値が大きくなる。 In FIG. 13, the cut surface of a semi-solid metal slurry is shown by the enlarged view which expanded the microscope. As shown in FIG. 13, “L (μm)” means the perimeter of the particle 23, and “A (μm 2 )” means the area of the particle 23. Equation (1) determines the diameter of an equivalent circle having the same area A. Equation (2) determines the ratio of the perimeter of an equivalent circle having the same area A to the actual perimeter L. 14A to 14E are diagrams illustrating the relationship between the particle shape and the circularity R. FIG. As shown in FIG. 14A, when the particle shape is a perfect circle, the circularity R is “1”. Moreover, as shown in FIGS. 14B to 14E, the value of the circularity R increases as the particle shape deviates from a perfect circle.
実際の計算では、半凝固金属スラリーの切断面の顕微鏡画像を処理することにより、複数の粒子について粒径ｄｉ、円形度Ｒｉ及び面積Ａｉをそれぞれ測定する。そして、各粒子の面積で重み付けをした平均粒径ｄｓと平均円形度Ｒｓを、次の式（３）及び式（４）により算出するようにしている。
ｄｓ＝Σ（ｄｉ×Ａｉ）／ΣＡｉ …（３）
Ｒｓ＝Σ（Ｒｉ×Ａｉ）／ΣＡｉ …（４）
In actual calculation, the particle diameter di, the circularity Ri, and the area Ai are measured for a plurality of particles by processing a microscopic image of the cut surface of the semi-solid metal slurry. Then, the average particle diameter ds weighted by the area of each particle and the average circularity Rs are calculated by the following equations (3) and (4).
ds = Σ (di × Ai) / ΣAi (3)
Rs = Σ (Ri × Ai) / ΣAi (4)
図７は、実験３（Ｅ３）に関する切断面の拡大図である。この実験３では、溶融金属の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「１０Ｈｚ」、振動加速度を「１.８Ｇ」、振動速度振幅を「２８０.７ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「１１８.４μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「５.７１」となった。この実験３の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たさない。 FIG. 7 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 3 (E3). In this experiment 3, the material of the molten metal was “AC4CH alloy”, the vibration frequency was “10 Hz”, the vibration acceleration was “1.8 G”, and the vibration velocity amplitude was “280.7 mm / s” as various vibration conditions. . As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “118.4 μm”, and the average circularity Rs was “5.71”. The result of Experiment 3 does not satisfy the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above.
図８は、実験４（Ｅ４）に関する切断面の拡大図である。この実験４は、実験３と対比されるものであり、溶融金属の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「３００Ｈｚ」、振動加速度を「３９Ｇ」、振動速度振幅を「２０２.７ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「１０４.４μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「４.３９」となった。この実験４の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たさない。図７、図８の対比から、実験３と実験４では、粒子２３が比較的大きく、丸みを帯びた形が少ないことがわかる。 FIG. 8 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 4 (E4). This experiment 4 is to be compared with experiment 3, in which the material of the molten metal is “AC4CH alloy”, the vibration frequency is “300 Hz”, the vibration acceleration is “39 G”, and the vibration velocity amplitude is “ 202.7 mm / s ". As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “104.4 μm”, and the average circularity Rs was “4.39”. The result of Experiment 4 does not satisfy the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above. From the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that in Experiment 3 and Experiment 4, the particle 23 is relatively large and the rounded shape is small.
図９は、実験１（Ｅ１）に関する切断面の拡大図である。この実験１では、溶融金属の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「５０Ｈｚ」、振動加速度を「６Ｇ」、振動変位振幅を「０.６ｍｍ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「７９.０μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「２.５７」となった。この実験１の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たす。 FIG. 9 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 1 (E1). In Experiment 1, the material of the molten metal was “AC4CH alloy”, the vibration frequency was “50 Hz”, the vibration acceleration was “6 G”, and the vibration displacement amplitude was “0.6 mm” as various vibration conditions. As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “79.0 μm”, and the average circularity Rs was “2.57”. The result of Experiment 1 satisfies the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above.
図１０は、実験５（Ｅ５）に関する切断面の拡大図である。この実験５は、実験１と対比されるものであり、溶融金属の材料を「ＡＣ４ＣＨ合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「１５０Ｈｚ」、振動加速度を「１８Ｇ」、振動変位振幅を「０.２ｍｍ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「１３２μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「５.３１」となった。この実験５の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たさない。図９、図１０の対比から、実験５では、実験１よりも粒子２３が大きく、丸みを帯びた形が少ないことがわかる。実験１と実験５の各種振動条件の対比から、振動変位振幅として、「０.２ｍｍ」よりも「０.６ｍｍ」の方が有利なことがわかる。 FIG. 10 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 5 (E5). This experiment 5 is contrasted with the experiment 1, in which the molten metal material is “AC4CH alloy”, the vibration frequency is “150 Hz”, the vibration acceleration is “18 G”, and the vibration displacement amplitude is “ 0.2 mm ". As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “132 μm”, and the average circularity Rs was “5.31”. The result of Experiment 5 does not satisfy the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above. From the comparison between FIG. 9 and FIG. 10, it can be seen that in Experiment 5, the particle 23 is larger than in Experiment 1 and the rounded shape is less. From the comparison of the various vibration conditions in Experiment 1 and Experiment 5, it can be seen that “0.6 mm” is more advantageous as the vibration displacement amplitude than “0.2 mm”.
図１１は、実験６（Ｅ６）に関する切断面の拡大図である。この実験６では、溶融金属の材料を「ＡＤＣ１２合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「５０Ｈｚ」、振動加速度を「６Ｇ」、振動速度振幅を「１８７.２ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「６６.３μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「２.８４」となった。この実験６の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たす。 FIG. 11 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 6 (E6). In Experiment 6, the material of the molten metal was “ADC12 alloy”, the vibration frequency was “50 Hz”, the vibration acceleration was “6 G”, and the vibration velocity amplitude was “187.2 mm / s” as various vibration conditions. As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “66.3 μm”, and the average circularity Rs was “2.84”. The result of Experiment 6 satisfies the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above.
図１２は、実験７（Ｅ７）に関する切断面の拡大図である。この実験７は、実験６と対比されるものであり、溶融金属の材料を「ＡＤＣ１２合金」とし、各種振動条件として、振動周波数を「５０Ｈｚ」、振動加速度を「３Ｇ」、振動速度振幅を「９３.６ｍｍ/ｓ」とした。この結果、粒子２３の平均粒径ｄｓは「１７１.２μｍ」に、平均円形度Ｒｓは「４.２９」となった。この実験７の結果は、上記した望ましい平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓを満たさない。図１１、図１２の対比から、実験７では、実験６よりも粒子２３が大きく、丸みを帯びた形が少ないことがわかる。実験６と実験７の各種振動条件の対比から、振動速度振幅として、「９０ｍｍ／ｓ」前後よりも「１８０ｍｍ／ｓ」前後の方が有利なことがわかる。 FIG. 12 is an enlarged view of a cut surface related to Experiment 7 (E7). This experiment 7 is to be compared with the experiment 6, in which the molten metal material is “ADC12 alloy”, the vibration frequency is “50 Hz”, the vibration acceleration is “3 G”, and the vibration velocity amplitude is “ 93.6 mm / s ". As a result, the average particle diameter ds of the particles 23 was “171.2 μm”, and the average circularity Rs was “4.29”. The result of Experiment 7 does not satisfy the desirable average particle diameter ds and average circularity Rs described above. From the comparison between FIG. 11 and FIG. 12, it can be seen that in Experiment 7, the particle 23 is larger than in Experiment 6 and the rounded shape is less. From the comparison of the various vibration conditions in Experiment 6 and Experiment 7, it can be seen that the vibration velocity amplitude is more advantageously around “180 mm / s” than around “90 mm / s”.
図１５に、溶融金属の材料として「ＡＣ４ＣＨ合金」を使用した実験１〜実験５につき、各種振動条件（振動周波数、振動加速度、振動速度振幅、振動変位振幅）、平均粒径、平均円形度及び組織状態（非樹枝性）を対比して表に示す。この表から明らかなように、望ましい平均粒径「８０μｍ以下」及び平均円形度「３以下」を満たし、組織状態が良好な振動条件は、実験１（Ｅ１）のみであることがわかる。 FIG. 15 shows various vibration conditions (vibration frequency, vibration acceleration, vibration velocity amplitude, vibration displacement amplitude), average particle diameter, average circularity, and experiments 1 to 5 using “AC4CH alloy” as a molten metal material. The tissue status (non-dendritic) is shown in the table in comparison. As can be seen from this table, only the experiment 1 (E1) is the vibration condition that satisfies the desirable average particle size “80 μm or less” and the average circularity “3 or less” and has a good structure state.
図１６に、溶融金属の材料として「ＡＤＣ１２合金」を使用した実験６及び実験７につき、各種振動条件（振動周波数、振動加速度、振動速度振幅、振動変位振幅）、平均粒径、平均円形度及び組織状態（非樹枝性）を対比して表に示す。この表から明らかなように、望ましい平均粒径「８０μｍ以下」及び平均円形度「３以下」を満たし、組織状態が良好な振動条件は、実験６（Ｅ６）であることがわかる。 FIG. 16 shows various vibration conditions (vibration frequency, vibration acceleration, vibration velocity amplitude, vibration displacement amplitude), average particle diameter, average circularity, and experiments 6 and 7 using “ADC12 alloy” as a molten metal material. The tissue status (non-dendritic) is shown in the table in comparison. As can be seen from this table, the vibration condition satisfying the desirable average particle size “80 μm or less” and the average circularity “3 or less” and having a good texture is Experiment 6 (E6).
ここで、各種振動条件である振動周波数、振動加速度、振動速度振幅及び振動変位振幅を様々に変えて幾つかの実験（上記した実験１（Ｅ１）〜実験５（Ｅ５）を含む。）を行ったところ、半凝固金属スラリーを構成する固相の粒子の平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓとして、望ましい値（ｄｓ：８０μｍ以下、Ｒｓ：３以下）を満たす範囲を特定することができた。図１７、図１８には、各種振動条件である振動周波数、振動加速度、振動速度振幅及び振動変位振幅の関係をグラフにより示す。これらグラフにおいて、ハッチングで示す領域ＲＡは、半凝固金属スラリーを構成する固相の粒子の平均粒径ｄｓ及び平均円形度Ｒｓが、望ましい値（ｄｓ：８０μｍ以下、Ｒｓ：３以下）を満たす範囲を示す。これらグラフから、組織状態（非樹枝性）として望ましい半凝固金属スラリーを作製するために必要な各種振動条件は、振動周波数で「２０Ｈｚ〜２５０Ｈｚ」、振動速度振幅で「１５０ｍｍ／ｓ以上」、振動変位振幅で「０.２５ｍｍ／ｓ以上」であることがわかる。ここで、振動変位振幅が「３ｍｍ」を超えると溶融金属２１が容器１１から溢れ出ることから、振動変位振幅の上限値を「３ｍｍ」にする必要がある。また、振幅加速度を上げた場合、振動発生装置の出力を上げる必要があることから、現状の市販装置の使用を前提とした場合に、振動加速度の上限値は「１００Ｇ」程度となる。 Here, several experiments (including Experiment 1 (E1) to Experiment 5 (E5) described above) were performed by changing various vibration conditions such as vibration frequency, vibration acceleration, vibration velocity amplitude, and vibration displacement amplitude. As a result, it was possible to specify a range satisfying desirable values (ds: 80 μm or less, Rs: 3 or less) as the average particle diameter ds and average circularity Rs of the solid phase particles constituting the semi-solid metal slurry. 17 and 18 are graphs showing the relationship among the vibration frequency, vibration acceleration, vibration velocity amplitude, and vibration displacement amplitude, which are various vibration conditions. In these graphs, an area RA indicated by hatching is a range in which the average particle diameter ds and average circularity Rs of the solid phase particles constituting the semi-solid metal slurry satisfy desirable values (ds: 80 μm or less, Rs: 3 or less). Indicates. From these graphs, various vibration conditions necessary for producing a semi-solid metal slurry desirable as a tissue state (non-dendritic) are “20 Hz to 250 Hz” in vibration frequency, “150 mm / s or more” in vibration velocity amplitude, vibration It can be seen that the displacement amplitude is “0.25 mm / s or more”. Here, since the molten metal 21 overflows from the container 11 when the vibration displacement amplitude exceeds “3 mm”, the upper limit value of the vibration displacement amplitude needs to be set to “3 mm”. Further, when the amplitude acceleration is increased, it is necessary to increase the output of the vibration generating device. Therefore, the upper limit value of the vibration acceleration is about “100 G” on the assumption that the current commercial device is used.
以上説明したこの実施形態における半凝固金属スラリーの作製方法によれば、容器１１を機械的に振動させることで容器１１の内周面１１ａに生じる金属の固相２２が粒子状に遊離し、それら粒子２３が分散することになる。また、それら粒子２３同士が溶融金属２１の対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子２３がより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器１１を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生と比べ振動発生装置の構成を簡略化することが可能となる。この結果、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。すなわち、溶融金属に不純物や空気が混入することがなく、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを容易に作製することができる。また、溶融金属を温度管理する必要がなく、比較的簡易で安価な振動発生装置を使用して比較的短時間に半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to the method for producing the semi-solid metal slurry in this embodiment described above, the solid phase 22 of the metal generated on the inner peripheral surface 11a of the container 11 is released into particles by mechanically vibrating the container 11, The particles 23 are dispersed. Further, since the particles 23 flow while interfering with each other by the convection of the molten metal 21, the particles 23 have a finer rounded shape. Furthermore, since the container 11 is mechanically vibrated, the configuration of the vibration generating device can be simplified as compared with the generation of electromagnetic vibration. As a result, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles can be produced in a relatively short time with relatively simple and inexpensive equipment. That is, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles can be easily produced without impurities or air being mixed into the molten metal. Further, it is not necessary to control the temperature of the molten metal, and a semi-solid metal slurry can be produced in a relatively short time using a relatively simple and inexpensive vibration generator.
この実施形態によれば、容器１１に溶融金属２１を注ぐ前から容器１１が振動しているので、溶融金属２１を注ぐタイミングの自由度が増す。この意味からも、比較的簡易で安価な設備で半凝固金属スラリーを容易に作製することができる。 According to this embodiment, since the container 11 vibrates before pouring the molten metal 21 into the container 11, the degree of freedom in timing of pouring the molten metal 21 is increased. Also in this sense, the semi-solid metal slurry can be easily produced with relatively simple and inexpensive equipment.
この実施形態によれば、容器１１の振動周波数を２０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下に、かつ、振動速度振幅を１５０ｍｍ／ｓ以上４６００ｍｍ／ｓ以下に、振動変位振幅を０.２５ｍｍ以上に特定することで、平均粒径が８０μｍ以下の微細な粒子２３を有する半凝固金属スラリーが得られる。この結果、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to this embodiment, the vibration frequency of the container 11 is set to 20 Hz or more and 250 Hz or less, the vibration velocity amplitude is set to 150 mm / s or more and 4600 mm / s or less, and the vibration displacement amplitude is specified as 0.25 mm or more. A semi-solid metal slurry having fine particles 23 with a particle size of 80 μm or less is obtained. As a result, a high-quality semi-solid metal slurry containing fine and uniform non-dendritic (spherical) particles can be produced.
この実施形態によれば、容器１１の振動加速度が３Ｇ以上１００Ｇ以下に抑えられるので、通常の出力を有する振動発生装置を使用することが可能となる。また、容器１１から溶融金属２１が溢れ出るおそれがない。この結果、比較的簡易で安価な設備により半凝固金属スラリーを歩留りよく作製することができる。 According to this embodiment, since the vibration acceleration of the container 11 is suppressed to 3 G or more and 100 G or less, it becomes possible to use a vibration generator having a normal output. Moreover, there is no possibility that the molten metal 21 overflows from the container 11. As a result, a semi-solid metal slurry can be produced with a high yield by using relatively simple and inexpensive equipment.
この実施形態によれば、容器１１に注ぐ前の溶融金属２１の温度が液相線温度に対し３０℃以上１５０℃以下だけ高く、望ましくは３０℃以上１００℃以下だけ高くなるので、直ちに凝固することのない半凝固金属スラリーが得られる。この結果、半凝固鋳造に最適な半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to this embodiment, the temperature of the molten metal 21 before pouring into the container 11 is higher than the liquidus temperature by 30 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and desirably 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, so that it immediately solidifies. A semi-solid metal slurry is obtained. As a result, a semi-solid metal slurry optimal for semi-solid casting can be produced.
この実施形態によれば、容器１１の温度が−３０℃以上５０℃以下に、望ましくは０℃以上５０℃以下となるので、容器１１の温度を室温と同じにすることが可能となり、容器１１の温度管理の必要がない。この意味で、比較的簡易で安価な振動発生装置を使用して半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to this embodiment, since the temperature of the container 11 is −30 ° C. or more and 50 ° C. or less, desirably 0 ° C. or more and 50 ° C. or less, the temperature of the container 11 can be the same as the room temperature. There is no need for temperature control. In this sense, a semi-solid metal slurry can be produced using a relatively simple and inexpensive vibration generator.
この実施形態によれば、容器１１が金属製であることから、容器１１の熱伝導性が良好となり、溶融金属２１の冷却効率がよくなる。この意味でも、比較的短時間に半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to this embodiment, since the container 11 is made of metal, the thermal conductivity of the container 11 is improved, and the cooling efficiency of the molten metal 21 is improved. In this sense, a semi-solid metal slurry can be produced in a relatively short time.
この実施形態によれば、溶融金属２１がアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金であることから、従前の材料の使用が可能となる。この意味で、比較的簡易で安価に半凝固金属スラリーを作製することができる。 According to this embodiment, since the molten metal 21 is an aluminum alloy, a magnesium alloy, a copper alloy, or an iron-based alloy, a conventional material can be used. In this sense, a semi-solid metal slurry can be produced relatively easily and inexpensively.
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A part of structure can also be changed suitably and implemented in the range which does not deviate from the meaning of invention.
例えば、前記実施形態では、容器１１に溶融金属２１を注ぐ前から容器１１を振動させるようにした。これに対し、容器１１の振動を開始するタイミングとして、容器１１に溶融金属２１を注いで所定の時間（例えば「１０秒以内の時間」）が経過してから容器１１の振動を開始することもできる。この場合は、容器１１に溶融金属２１を注ぎ始めるときに容器１１が振動していないので、溶融金属２１を容器１１に注ぎ易くなる。この意味で、半凝固金属スラリーを容易に作製することができる。 For example, in the embodiment, the container 11 is vibrated before the molten metal 21 is poured into the container 11. On the other hand, as the timing for starting the vibration of the container 11, the vibration of the container 11 may be started after a predetermined time (for example, “time within 10 seconds”) has elapsed after pouring the molten metal 21 into the container 11. it can. In this case, since the container 11 does not vibrate when the molten metal 21 is poured into the container 11, the molten metal 21 is easily poured into the container 11. In this sense, a semi-solid metal slurry can be easily produced.
この発明は、半凝固鋳造に用いられる半凝固金属スラリーの作製に利用できる。 The present invention can be used to produce a semi-solid metal slurry used for semi-solid casting.
１１ 容器
１１ａ 内周面
１２ 可動板
１３ 振動発生機
２１ 溶融金属
２２ 固相
２３ 粒子
11 Container 11a Inner peripheral surface 12 Movable plate 13 Vibration generator 21 Molten metal 22 Solid phase 23 Particles
Claims (9)
前記溶融金属を冷却するに際して、前記容器を機械的に振動させることにより、前記容器に注がれた前記溶融金属に運動を与えて前記容器の中にて前記溶融金属を対流させることを特徴とする半凝固金属スラリーの作製方法。 In the method for producing a semi-solid metal slurry, a semi-solid metal slurry is produced by pouring a molten metal into a container at a temperature lower than that of the molten metal and cooling it to a solid-liquid coexistence state.
When cooling the molten metal, the container is mechanically vibrated to impart motion to the molten metal poured into the container to convect the molten metal in the container. A method for producing a semi-solid metal slurry.
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