JP3473216B2 - Forming method of semi-molten metal - Google Patents

Forming method of semi-molten metal

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JP3473216B2
JP3473216B2 JP25276895A JP25276895A JP3473216B2 JP 3473216 B2 JP3473216 B2 JP 3473216B2 JP 25276895 A JP25276895 A JP 25276895A JP 25276895 A JP25276895 A JP 25276895A JP 3473216 B2 JP3473216 B2 JP 3473216B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半溶融金属の成形
方法に係り、特に結晶核を有する液相線温度以上の液体
状態の合金、または、結晶核を有する成形温度以上の固
液共存状態の合金を、断熱効果を有する断熱容器の中に
おいて、所定の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ5
秒〜60分間保持することにより、液中に微細な初晶を
該合金液中に晶出させ、該合金を押出機のコンテナ内に
挿入し加圧成形する半溶融金属の成形方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semi-molten metal, and particularly to an alloy in a liquid state having a crystal nucleus and having a liquidus temperature or higher, or a solid-liquid coexisting state having a crystal nucleus and having a temperature higher than the forming temperature. While cooling the alloy of No. 5 to a forming temperature showing a predetermined liquid phase ratio in an insulating container having an insulating effect.
The present invention relates to a method for forming a semi-molten metal in which a fine primary crystal is crystallized in the alloy liquid by holding for 2 seconds to 60 minutes, and the alloy is inserted into a container of an extruder and pressure-molded. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】チクソキャスト法は、従来の鋳造法に比
べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で、金型
寿命が長いことや成形サイクルが短いなどの利点があ
り、最近注目されている技術である。この成形法(A)
において使用されるビレットは、半溶融温度領域で機械
撹拌や電磁撹拌を実施するか、あるいは加工後の再結晶
を利用することによって得られた球状化組織を特徴とす
るものである。これに対して、従来鋳造法による素材を
用いて半溶融成形する方法も知られている。これは、た
とえば、等軸晶組織を発生しやすいマグネ合金において
さらに微細な結晶を生じせしめるためにZrを添加する
方法(B)や炭素系微細化剤を使用する方法(C)であ
り、またアルミ合金において微細化剤としてAl−5%
Ti−1%B母合金を従来の2倍〜10倍程度添加する
方法(D)であり、これら方法により得られた素材を半
溶融温度域に加熱し初晶を球状化させ成形する方法であ
る。また、固溶限以内の合金に対して、固相線近くの温
度まで比較的急速に加熱した後、素材全体の温度を均一
にし局部的な溶融を防ぐために、固相線を超えて材料が
柔らかくなる適当な温度まで緩やかに加熱して成形する
方法(E)が知られている。また、固相率が70〜80
%の半溶融金属をコンテナに挿入し、押出成形すること
が知られている(F)。一方、ビレットを半溶融温度領
域まで昇温し成形する方法と異なり、球状の初晶を含む
融液を連続的に生成し、ビレットとして一旦固化するこ
となく、そのままそれを成形するレオキャスト法(G)
が知られている。
2. Description of the Related Art The thixocasting method has attracted attention recently because of its advantages such as less casting defects and segregation, uniform metal structure, longer die life and shorter molding cycle than the conventional casting method. Technology. This molding method (A)
The billet used in (1) is characterized by a spheroidized structure obtained by performing mechanical stirring or electromagnetic stirring in the semi-melting temperature region, or by utilizing recrystallization after processing. On the other hand, a method of semi-melt molding using a material by a conventional casting method is also known. This is, for example, a method (B) of adding Zr or a method (C) of using a carbon-based refiner in order to generate finer crystals in a Magne alloy which is apt to generate an equiaxed crystal structure. Al-5% as a refiner in aluminum alloys
This is a method (D) in which a Ti-1% B mother alloy is added in an amount of 2 to 10 times that of the conventional method, and the raw material obtained by these methods is heated to a semi-melting temperature range to form primary crystals into spheroids and molded. is there. In addition, for alloys within the solid solution limit, after heating relatively quickly to a temperature near the solidus line, the temperature of the entire material is made uniform, and in order to prevent local melting, the material is exceeded above the solidus line. There is known a method (E) of gently heating to an appropriate temperature for softening and molding. In addition, the solid fraction is 70-80
It is known to insert% semi-molten metal into a container and extrude (F). On the other hand, unlike the method in which the billet is heated to a semi-melting temperature region and molded, a melt containing spherical primary crystals is continuously generated, and the billet is molded as it is without solidifying it once ( G)
It has been known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た(A)の方法は撹拌法や再結晶を利用する方法のいず
れの場合も煩雑であり、製造コストが高くなる難点があ
る。また、マグネシウム合金においては(B)の場合に
は、Zrが高くコスト的に問題であり、(C)の方法で
は、炭化物系微細化剤を使用してその微細化効果を十分
に発揮させるためには、酸化防止元素であるBeを、た
とえば、7ppm程度に低く管理する必要があり、成形
直前の加熱処理時に酸化燃焼しやすく、作業上不都合で
ある。
However, the above-mentioned method (A) is complicated in both cases of the stirring method and the method of utilizing recrystallization, and there is a drawback that the manufacturing cost becomes high. Further, in the magnesium alloy, in the case of (B), Zr is high and there is a problem in terms of cost, and in the method of (C), a carbide-based refiner is used to sufficiently exert its refinement effect. For this reason, Be, which is an antioxidant element, needs to be controlled to a low level of, for example, about 7 ppm, which easily causes oxidative combustion during heat treatment immediately before molding, which is inconvenient for work.

【0004】一方、アルミニウム合金においては、単に
微細化剤を添加するだけでは500μm程度であり、1
00μm以下の微細な結晶粒の組織を得ることは容易で
はない。このため、多量に微細化剤を添加する方法
(D)があるが、微細化剤が炉底に沈降しやすく工業的
には難しく、かつコストも高い。さらに(E)の方法で
は、固相線を超えてから緩やかに加熱して素材の均一加
熱と球状化を図ることを特徴とするチクソ成形法が提案
されているが、通常のデンドライト組織を加熱してもチ
クソ組織(初晶デンドライトが球状化されている)には
変化しない。しかも(A)〜(E)のいずれのチクソ成
形法においても半溶融成形するために、一旦液相を固化
しそのビレットを再度半溶融温度領域まで昇温する必要
があり、従来鋳造法に比べてコスト高になる。また、
(F)の方法では、半溶融成形できるものの、一般的に
はデンドライト組織を有する金属であるために、成形時
に液相と固相が分離し不均一な組織が生成される。ま
た、球状組織を有するチクソビレットを加熱した場合で
は一般的には容器がないために成形温度が低く、高い加
圧力、高い押出速度が必要である。(G)の方法では、
球状の初晶を含む融液を連続的に生成供給するため、コ
スト的、エネルギ的にもチクソキャストよりも有利であ
るが、球状組織と液相からなる金属原料を製造する機械
と最終製品を製造する鋳造機との設備的連動が煩雑であ
る。本発明は、上述の従来の各方法の問題点に着目し、
ビレットを使用することなく、しかも煩雑な方法をとる
ことなく、簡便容易に、球状化した初晶を含む均一な組
織を有する半溶融金属を得て、加圧押し出し成形する方
法を提供することを目的とするものである。
On the other hand, in the case of an aluminum alloy, it is about 500 μm by simply adding a refining agent.
It is not easy to obtain a fine grain structure of 00 μm or less. For this reason, there is a method (D) in which a large amount of the finely-dividing agent is added, but the finely-dividing agent is liable to settle on the furnace bottom and is industrially difficult, and the cost is high. Further, in the method (E), a thixomolding method has been proposed, which is characterized by heating the material gently beyond the solidus to achieve uniform heating and spheroidizing of the material. However, it does not change into a thixostructure (primary crystal dendrites are spheroidized). Moreover, in any of the thixomolding methods (A) to (E), it is necessary to once solidify the liquid phase and raise the billet again to the semi-melting temperature region in order to perform the semi-melt molding, as compared with the conventional casting method. And the cost will increase. Also,
In the method (F), although semi-melt molding is possible, since the metal is generally a metal having a dendrite structure, the liquid phase and the solid phase are separated at the time of molding and a nonuniform structure is generated. In addition, when a thixovillet having a spherical structure is heated, generally there is no container, so the molding temperature is low, and high pressing force and high extrusion rate are required. In the method (G),
Since it continuously generates and supplies a melt containing spherical primary crystals, it is more cost- and energy-efficient than thixocasting, but it is possible to provide a machine and final product for producing metal raw materials composed of a spherical structure and a liquid phase. It is complicated to interlock with the casting machine to be manufactured. The present invention focuses on the problems of the above-mentioned conventional methods,
To provide a method for pressure-extruding a semi-molten metal having a uniform structure including spheroidized primary crystals, easily and easily without using a billet and without taking a complicated method. It is intended.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本願発明においては、第1の発明では、液相
線温度に対して過熱度が100℃未満に保持したアルミ
ニウム合金溶湯あるいはマグネシウム合金溶湯を、治具
を使用することなく直接、断熱容器に注ぎ、断熱効果を
有する断熱容器の中において、液相線温度以下で、かつ
共晶温度あるいは固相線温度より高い温度の状態とし、
0.1〜70%の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ
5秒〜60分間保持することにより、該合金液中に微細
な初晶を晶出させ、該合金を押出機のコンテナ内に挿入
する際、該半溶融金属の断熱容器の底部に接した部分を
押出機のダイス側に対向させて押出するか、または、該
半溶融金属の断熱容器の最上部を除去した部分を押出機
のダイス側に対向させて押出成形することとした。ま
た、第2の発明では、第1の発明における結晶核の生成
を、断熱容器に接触する該合金溶湯に振動を与えること
とした。さらに、第3の発明では、第1の発明における
押出機は、横型押出機または竪型押出機とするか、ある
いはコンテナが成形成形前に竪型から横型に傾転する横
型押出機とし、その押出方法は、間接押出または直接押
出とした。第4の発明では、第3の発明における間接押
出法においてコンテナに挿入する半溶融金属は、断熱容
器からの取り出し時に該半溶融金属よりも小さい内径を
有する筒を通過させることにより、該半溶融金属の表面
層を除去することとした。
In order to solve such a problem, in the present invention, in the first invention, the liquid phase is
Aluminum whose superheat degree is kept below 100 ° C against the wire temperature
Jig the molten magnesium alloy or magnesium alloy
Directly into the insulated container without using
In the heat insulation container that has, below the liquidus temperature, and
Set the temperature higher than the eutectic temperature or solidus temperature,
By holding for 5 seconds to 60 minutes while cooling to a molding temperature showing a liquid phase ratio of 0.1 to 70% , fine primary crystals are crystallized in the alloy liquid, and the alloy is placed in a container of an extruder. Insert into
When doing so, remove the part of the semi-molten metal that is in contact with the bottom of the insulated container.
Extruding by facing the die side of the extruder, or
Extruder with the uppermost part of the semi-molten metal insulated container removed
It was decided to perform extrusion molding so as to face the die side . In addition, in the second invention, the generation of the crystal nuclei in the first invention is performed by vibrating the molten alloy which comes into contact with the heat insulating container. Further, in the third invention, the extruder in the first invention is a horizontal extruder or a vertical extruder, or a horizontal extruder in which the container is tilted from a vertical shape to a horizontal shape before forming and molding. The extrusion method was indirect extrusion or direct extrusion. In the fourth invention, the semi-molten metal to be inserted into the container in the indirect extrusion method according to the third invention is passed through a tube having an inner diameter smaller than that of the semi-molten metal when the semi-molten metal is taken out from the heat insulating container. It was decided to remove the metal surface layer.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】結晶核を有する液相線以上の液体
状態の合金や結晶核を有する成形温度以上の固液共存状
態の合金を、断熱効果を有する断熱容器の中で所定の液
相率を示す成形温度まで冷却しつつ5秒間〜60分間保
持することによって、液中に微細な初晶を該合金液中に
晶出させ、該合金を押出機のコンテナ内に挿入し加圧成
形することにより均質な組織の成形体が得られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An alloy in a liquid state above the liquidus having crystal nuclei or an alloy in the solid-liquid coexisting state above the molding temperature having crystal nuclei is subjected to a predetermined liquid phase in a heat insulating container having a heat insulating effect. By holding for 5 seconds to 60 minutes while cooling to a molding temperature showing a rate, fine primary crystals are crystallized in the alloy liquid, and the alloy is inserted into a container of an extruder and pressure-molded. By doing so, a molded product having a uniform structure can be obtained.

【0007】[0007]

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の実施例の詳細
について説明する。図1〜図5は本発明の実施例に係
り、図1は最大固溶限以上の組成の亜共晶アルミニウム
合金の半溶融金属の成形方法を示す工程説明図、図2は
最大固溶限内組成のマグネシウム合金あるいはアルミニ
ウム合金の半溶融金属の成形方法を示す工程説明図、図
3は球状の初晶の生成から成形までの工程説明図、図4
は図3に示した各工程の金属組織模式図、図5は代表的
なアルミニウム合金であるAl−Si系合金平衡状態
図、図6は代表的なマグネシウム合金であるMg−Al
系合金平衡状態図、図7は比較例成形品の金属組織を示
す顕微鏡写真の模写図、図8は本発明の成形品の金属組
織を示す顕微鏡写真の模写図である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 to 5 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a process explanatory view showing a method for forming a semi-molten metal of a hypoeutectic aluminum alloy having a composition higher than the maximum solid solution limit, and FIG. 2 is a maximum solid solution limit. 4 is a process explanatory diagram showing a method for forming a semi-molten metal of a magnesium alloy or an aluminum alloy having an internal composition, FIG. 3 is a process explanatory diagram from formation of spherical primary crystals to forming,
Is a schematic diagram of the metal structure of each step shown in FIG. 3, FIG. 5 is an Al-Si alloy equilibrium state diagram which is a typical aluminum alloy, and FIG. 6 is Mg-Al which is a typical magnesium alloy.
System alloy equilibrium diagram, FIG. 7 is a photomicrograph showing the metallographic structure of the comparative example molded product, and FIG. 8 is a photomicrograph showing the metallographic structure of the molded product of the present invention.

【0008】本発明においては、図1、図2、図5、図
6に示すように、液相線温度に対して過熱度を300℃
未満に保持した最大固溶限以上の組成の亜共晶アルミニ
ウム合金あるいは最大固溶限内組成のマグネシウム合
金、アルミニウム合金の溶湯を、その合金の融点よりも
低い温度の治具の表面に接触させて液中に結晶核を発生
させ、断熱効果を有する断熱容器に注ぎ、その断熱容器
内において液相線温度以下で、かつ、共晶温度あるいは
固相線温度より高い温度の状態に5秒〜60分間保持す
ることで微細な球状の初晶を多数発生させ、所定の液相
率で成形する。所定の液相率とは、0.1%〜70%、
好ましくは10〜70%とする。また、本発明でいう断
熱容器とは、金属性容器または非金属性容器とするか、
あるいは、これらを複合あるいは非金属材料を塗布した
金属材料とし、かつ該容器の内部あるいは外部から該容
器の加熱または冷却が可能なものである。
In the present invention, as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5 and FIG.
A hypoeutectic aluminum alloy with a composition above the maximum solid solution limit or a magnesium alloy with a composition within the maximum solid solution limit, or a molten aluminum alloy kept below the temperature of the jig is brought into contact with the surface of the jig whose temperature is lower than the melting point of the alloy. Generate crystal nuclei in the liquid and pour it into a heat insulating container having an adiabatic effect, and in the heat insulating container, the temperature is below the liquidus temperature and higher than the eutectic temperature or the solidus temperature for 5 seconds to By holding for 60 minutes, a large number of fine spherical primary crystals are generated, and molding is performed at a predetermined liquid phase ratio. The predetermined liquid phase rate is 0.1% to 70%,
It is preferably 10 to 70%. In addition, the heat insulating container in the present invention is a metal container or a non-metal container,
Alternatively, it is a metal material obtained by coating a composite or non-metal material, and the container can be heated or cooled from inside or outside.

【0009】具体的には以下のとおりの手順により作業
を進める。図3および図4の工程[1]においてラドル
10内に入れられた完全液体である金属Mを工程[2]
において、(a)冷却用治具20を用いて低温溶湯(必
要に応じて結晶核生成を促進する元素も添加)から結晶
核を発生させ断熱効果を有するセラミック製30に注ぐ
ことにより、多数の結晶核を含む液相線直下の合金を得
る。次に工程[3]において、該断熱容器30(または
30A)において該合金を半溶融状態で保持する。この
間、導入された結晶核から微細な粒状(非デンドライト
状)の初晶が生成し(工程[3]−a)、融体の温度低
下に伴う固相率の増加につれて球状の初晶として成長す
る(工程[3]−bおよび工程[3]−c)。このよう
にして、得られた所定の液相率を有する金属Mを、例え
ば(工程[4])のように、押出機80のコンテナ82
に挿入した後ステム86で高圧で押圧してダイス84を
通過させることにより、押出成形して押出成形体Pを得
る。なお、結晶核生成後の断熱容器30内の半溶融金属
Mを、押出機80のコンテナ82に挿入する際には、比
較的不純物の少ない断熱容器30の底部に面した部分を
コンテナ82内のダイス84に対向させて収納し、押出
成形すると不純物の少ない高品位の押出成形体が得られ
る。あるいは、断熱容器30より半溶融金属Mを取り出
す前に、表面(上面)の酸化物を除去してから、押出機
80のコンテナ82内へ半溶融金属を収納するようにし
てもよい。
Specifically, the work is carried out according to the following procedure. In the step [1] of FIG. 3 and FIG. 4, the metal M, which is the complete liquid contained in the ladle 10, is processed in the step [2].
In (a), by using the cooling jig 20 to generate crystal nuclei from the low-temperature molten metal (adding an element that promotes crystal nucleation formation as necessary) and pouring the crystal nuclei into the ceramic 30 having a heat insulating effect, An alloy immediately below the liquidus containing crystal nuclei is obtained. Next, in step [3], the alloy is held in a semi-molten state in the heat insulating container 30 (or 30A). During this period, fine granular (non-dendritic) primary crystals are generated from the introduced crystal nuclei (step [3] -a), and grow as spherical primary crystals as the solid fraction increases with the temperature decrease of the melt. (Step [3] -b and Step [3] -c). In this way, the obtained metal M having a predetermined liquid phase ratio is transferred to the container 82 of the extruder 80, for example, as in (step [4]).
After being inserted into, the stem 86 is pressed at a high pressure to pass through the die 84, whereby extrusion molding is performed to obtain an extrusion molded body P. When the semi-molten metal M in the heat-insulating container 30 after crystal nucleus generation is inserted into the container 82 of the extruder 80, the portion of the heat-insulating container 30 facing the bottom of the heat-insulating container 30 with relatively few impurities is placed inside the container 82. When it is housed so as to face the die 84 and extrusion-molded, a high-quality extrusion-molded product containing few impurities can be obtained. Alternatively, before taking out the semi-molten metal M from the heat insulating container 30, the oxide on the surface (upper surface) may be removed and then the semi-molten metal may be stored in the container 82 of the extruder 80.

【0010】図1、図2、図3、図4に示す本発明と従
来のチクソキャスト法、レオキャスト法、の違いは図よ
り明らかである。すなわち、本発明では従来法のよう
に、半溶融温領域で晶出したデンドライト状の初晶を機
械撹拌や電磁撹拌で強制的に破砕球状化することはな
く、半溶融温度領域での温度低下とともに液中に導入さ
れた結晶核を起点として晶出、成長する多数の初晶が合
金自信が持っている熱量により(必要に応じて外部から
加熱保持されることもありうる)連続的に球状化される
ものであり、また、チクソキャスト法におけるビレット
の再昇温による半溶融化の工程が省かれているため極め
て簡便な方法である。上述した各工程、すなわち、図3
に示す冷却用治具20への注湯工程、初晶の生成、球状
工程、成形工程のそれぞれにおいて設定された鋳造条
件、球状化条件および成形条件や第2の発明、第10の
発明、第11の発明で示した数値限定理由について以下
に説明する。
The difference between the present invention shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4 and the conventional thixocast method and rheocast method is clear from the drawings. That is, in the present invention, unlike the conventional method, the dendrite-like primary crystals crystallized in the semi-melting temperature range are not forcibly crushed into spherical particles by mechanical stirring or electromagnetic stirring, and the temperature drop in the semi-melting temperature range is achieved. A large number of primary crystals that crystallize and grow from the crystal nuclei introduced into the liquid as a starting point are continuously spherical due to the amount of heat possessed by the alloy (it may be heated and held from the outside if necessary) It is a very simple method because the step of semi-melting by reheating the billet in the thixocasting method is omitted. Each step described above, that is, FIG.
The casting condition, the spheroidizing condition and the molding condition set in each of the process of pouring into the cooling jig 20, the generation of the primary crystal, the spherical process, and the molding process shown in FIG. The reason for limiting the numerical values shown in the eleventh invention will be described below.

【0011】鋳造温度が融点に対して300℃以上高け
れば、あるいは治具20の表面温度が融点以上では、
(1)結晶の核発生が少なく、しかも、(2)断熱効果
を有する断熱容器に注がれた時の溶湯Mの温度が液相線
よりも高いために、残存する結晶核の割合も少なく、初
晶のサイズが大きくなる。このため、鋳造温度は液相線
に対する過熱度が300℃未満とし、治具の表面温度
は、合金の融点よりも低くする。なお、液相線に対する
過熱度を100℃未満とすることにより、さらに好まし
くは50℃以下にすることにより、また、治具20の温
度を合金Mの融点よりも50℃以上低くすることによ
り、より微細な初晶サイズとすることができる。治具2
0に溶湯Mを接触させる方法としては、治具の表面を溶
湯Mを移動させる場合(傾斜した治具20へ溶湯を流
す)と溶湯中を治具20が移動する場合の2種類があ
る。
If the casting temperature is higher than the melting point by 300 ° C. or higher, or if the surface temperature of the jig 20 is higher than the melting point,
(1) The generation of crystal nuclei is small, and (2) since the temperature of the molten metal M when poured into a heat insulating container having a heat insulating effect is higher than the liquidus line, the proportion of the remaining crystal nuclei is also small. , The size of the primary crystals increases. For this reason, the casting temperature is set so that the degree of superheat to the liquidus is less than 300 ° C., and the surface temperature of the jig is lower than the melting point of the alloy. By setting the degree of superheat to the liquidus line to be less than 100 ° C., more preferably 50 ° C. or less, and the temperature of the jig 20 lower than the melting point of the alloy M by 50 ° C. or more, A finer primary crystal size can be obtained. Jig 2
There are two methods for bringing the molten metal M into contact with 0: moving the molten metal M on the surface of the jig (flowing the molten metal to the inclined jig 20) and moving the jig 20 in the molten metal.

【0012】なお、ここで言う治具とは、溶湯が流下す
る際に冷却作用を溶湯に与えるものを言うが、これに代
えて、たとえば、給湯機の筒状のパイプを使用してもよ
い。液相線直下に低下した溶湯を保持する断熱容器30
は、発生した初晶を球状にし所定の時間後に希望する液
相率にするために、断熱効果を有するものとする。その
材質は限定されるものではなく、保温性を有し、しか
も、溶湯との濡れ性が悪いものが好ましい。また、通気
性のあるセラミック容器を断熱容器30として使用する
場合、マグネシウム合金では酸化・燃焼しやすいため、
容器外部を所定の雰囲気(不活性雰囲気、減圧雰囲気な
ど)にすることが好ましい。また、酸化防止を図るため
にあらかじめ金属溶湯にBe、Caを添加することが望
ましい。なお、断熱容器30の形状は筒状に限定される
ものでなく、その後の成形法に適した形状が可能であ
る。その断熱容器30での保持時間が5秒未満であれ
ば、希望する液相率を示す温度にすることが容易でな
く、また球状の初晶を生成することが困難である。一
方、保持時間が60分を超えると生成した球状初晶や共
晶組織が粗くなり、機械的性質が低下する。このため、
保持時間は5秒〜60分とする。溶湯を接触させる治具
20は、溶湯の温度を低下させることができるものであ
れば、その材質を限定するものではないが、特に熱伝導
率の高い銅、銅合金、アルミニウム合金などの金属で、
しかも一定の温度以下に維持できるように冷却管理され
た治具20は結晶核を多く生成するので好ましい。な
お、溶湯Mが治具20に接触した時に固体状に金属が治
具20に付着するのを防ぐために非金属材料を塗布する
のは効果的である。塗布する方法としては、機械的、化
学的あるいは物理的方法のいずれでも構わない。
The jig referred to here is one that gives a cooling action to the molten metal when it flows down, but instead of this, for example, a tubular pipe of a water heater may be used. . Insulation container 30 for holding the molten metal that has fallen directly below the liquidus line
Has an adiabatic effect in order to make the generated primary crystals spherical and to obtain a desired liquid phase ratio after a predetermined time. The material is not limited, and it is preferable that the material has heat retention and has poor wettability with the molten metal. When a ceramic container having air permeability is used as the heat insulating container 30, the magnesium alloy easily oxidizes and burns.
It is preferable to make the outside of the container a predetermined atmosphere (inert atmosphere, reduced pressure atmosphere, etc.). Further, in order to prevent oxidation, it is desirable to add Be and Ca to the molten metal in advance. The shape of the heat insulating container 30 is not limited to the cylindrical shape, and may be a shape suitable for the subsequent molding method. If the holding time in the heat insulating container 30 is less than 5 seconds, it is not easy to bring the temperature to a desired liquid phase ratio and it is difficult to form spherical primary crystals. On the other hand, if the holding time exceeds 60 minutes, the generated spherical primary crystals and eutectic structure become coarse and the mechanical properties deteriorate. For this reason,
The holding time is 5 seconds to 60 minutes. The jig 20 for contacting the molten metal is not limited in its material as long as it can lower the temperature of the molten metal, but is made of a metal such as copper, a copper alloy, or an aluminum alloy having a particularly high thermal conductivity. ,
Moreover, the jig 20 controlled to be cooled so as to be maintained at a certain temperature or less is preferable because it produces a large amount of crystal nuclei. Note that it is effective to apply a non-metal material in order to prevent the metal from solidly adhering to the jig 20 when the molten metal M contacts the jig 20. The coating method may be mechanical, chemical or physical.

【0013】治具20に溶湯Mを接触させることによ
り、結晶核を多数含む液相線以下の半溶融合金を得るこ
とは可能であるが、さらに多数の結晶核を発生させ均一
で微細な球状組織を得るためにアルミニウム合金におい
てはTi、Bを添加し、マグネシウム合金においてはS
r、Si、Caを添加する。Tiが0.005%〜0.
30%を超えれば粗大なTi化合物が発生し延性が低下
するので、Tiは0.005%〜0.30%とする。B
はTiと相まって微細化を促進するが、0.001%未
満であれば微細化効果は小さく、0.01%を超えて添
加してもそれ以上の効果を期待できないのでSrは0.
005%〜0.1%とする。0.005%〜0.1%の
Srに0.01%〜1.5%のSiを複合添加すること
により、Sr単独添加よりもさらに微細な結晶粒が得ら
れる。Caが0.05%未満では微細化効果は小さく、
0.30%を超えて添加してもそれ以上の効果を期待で
きないのでCaは0.05%〜0.30%とする。表1
に成形前の半溶融金属の条件および成形材の品質を示
す。成形は図3に示すように半溶融金属をコンテナ内に
挿入し、その後押出成形を行なった。成形条件は以下の
とおりである。 押出機:800t、押出速度(製品速度):80m
/min. 押出ビレット直径:75mm、押出比:20
It is possible to obtain a semi-molten alloy below the liquidus line containing a large number of crystal nuclei by bringing the molten metal M into contact with the jig 20. To obtain the structure, Ti and B are added to the aluminum alloy, and S is added to the magnesium alloy.
r, Si, Ca are added. Ti is 0.005% to 0.
If it exceeds 30%, a coarse Ti compound is generated and the ductility decreases, so Ti is set to 0.005% to 0.30%. B
Together with Ti promotes miniaturization, but if it is less than 0.001%, the miniaturization effect is small, and even if added in excess of 0.01%, no further effect can be expected, so Sr is less than 0.
005% -0.1%. By adding 0.01% to 1.5% of Si to 0.005% to 0.1% of Sr in combination, finer crystal grains can be obtained as compared with the case of adding Sr alone. If Ca is less than 0.05%, the effect of refining is small,
Even if added in excess of 0.30%, no further effect can be expected, so Ca is made 0.05% to 0.30%. Table 1
Shows the condition of the semi-molten metal before forming and the quality of the forming material. Molding was performed by inserting a semi-molten metal into a container as shown in FIG. 3 and then extruding. The molding conditions are as follows. Extruder: 800t, Extrusion speed (product speed): 80m
/ Min. Extrusion billet diameter: 75 mm, extrusion ratio: 20

【0014】比較例1では、溶湯Mを接触させる治具2
0の温度が高すぎるために結晶核の発生が少なく、この
ために微細の球状初晶が得られず、図7に示すように粗
大な不定形の初晶しか得られない。比較例2では鋳造温
度が高すぎるために、セラミック製容器30内において
残存する結晶核がほとんどないため比較例1と同様な現
象を示す。比較例3では保持時間が長いために液相率が
少なく外観が良くない。また、初晶サイズも大きい。比
較例4ではセラミック製容器30内での保持時間が短く
しかも液相率が高いために、デンドライト状の初晶しか
得られず、また液相率が高いために成形品内部の成分偏
析が多い。比較例5では断熱効果の小さい常温の金属製
容器を使用したために、断熱容器30の内壁に生成した
デンドライト状の凝固層が容器中心部に生成された球状
初晶に混在することになり、偏析を含む不均質な組織を
示す。比較例7では治具20を使用しない場合である
が、微細化剤を含まない合金であるため、結晶核の発生
が少なく、比較例1と同様な現象を示す。
In Comparative Example 1, the jig 2 for contacting the molten metal M
Since the temperature of 0 is too high, the generation of crystal nuclei is small, and therefore fine spherical primary crystals cannot be obtained, and only coarse amorphous primary crystals are obtained as shown in FIG. In Comparative Example 2, since the casting temperature is too high, almost no crystal nuclei remain in the ceramic container 30, and thus the same phenomenon as in Comparative Example 1 is exhibited. In Comparative Example 3, since the retention time is long, the liquid phase ratio is small and the appearance is not good. The primary crystal size is also large. In Comparative Example 4, since the retention time in the ceramic container 30 is short and the liquid phase ratio is high, only dendrite-like primary crystals are obtained, and since the liquid phase ratio is high, segregation of components inside the molded product is large. . In Comparative Example 5, since a metal container having a small heat insulating effect at room temperature was used, the dendrite-like solidified layer formed on the inner wall of the heat insulating container 30 was mixed with the spherical primary crystal formed in the center of the container, and segregation occurred. Shows a heterogeneous tissue containing. In Comparative Example 7, the jig 20 is not used, but since the alloy does not contain the refiner, the generation of crystal nuclei is small and the same phenomenon as in Comparative Example 1 is exhibited.

【0015】一方、本発明例8〜18では、図8に示す
様な150μm以下の微細な球状の初晶を有する均質な
組織が得られ、しかも良好な外観の成形体が得られる
(但し、本発明例8〜11と13〜16は参考例として
示す)。
On the other hand, in Examples 8 to 18 of the present invention, a homogeneous structure having fine spherical primary crystals of 150 μm or less as shown in FIG. 8 was obtained, and a molded article having a good appearance was obtained (however, Inventive Examples 8 to 11 and 13 to 16 are shown as reference examples).

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明に係る半溶融金属の成形方法では、液相線温
度に対して過熱度が100℃未満に保持したアルミニウ
ム合金溶湯あるいはマグネシウム合金溶湯を、治具を使
用することなく直接、断熱容器に注ぎ、断熱効果を有す
る断熱容器の中において、液相線温度以下で、かつ共晶
温度あるいは固相線温度より高い温度の状態とし、0.
1〜70%の液相率を示す成形温度まで冷却しつつ5秒
〜60分間保持することにより、該合金液中に微細な初
晶を晶出させ、該合金を押出機のコンテナ内に挿入する
際、該半溶融金属の断熱容器の底部に接した部分を押出
機のダイス側に対向させて押出するか、または、該半溶
融金属の断熱容器の最上部を除去した部分を押出機のダ
イス側に対向させて押出成形することにより、従来の機
械攪拌法、電磁攪拌法によらず、簡便容易にかつ、低コ
ストで微細かつ球状の組織を有する成形体が得られる。
As is apparent from the above description, in the method for forming a semi-molten metal according to the present invention, the liquidus temperature
Aluminium whose superheat degree is kept below 100 ° C
Use a jig to remove molten magnesium alloy or molten magnesium alloy.
It has a heat insulating effect by pouring it directly into an insulated container without using it
Eutectic below the liquidus temperature in an insulated container
Temperature or a temperature higher than the solidus temperature, and 0.
By holding for 5 seconds to 60 minutes while cooling to a molding temperature showing a liquid phase ratio of 1 to 70% , fine primary crystals are crystallized in the alloy liquid, and the alloy is inserted into a container of an extruder. Do
At that time, extruding the part of the semi-molten metal in contact with the bottom of the heat insulating container
Extruded facing the die side of the machine, or
Remove the uppermost part of the molten metal insulation container from the extruder
By extruding while facing the chair side, a compact having a fine and spherical structure can be obtained easily, easily and at low cost, regardless of the conventional mechanical stirring method or electromagnetic stirring method.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】最大固溶限以上の組成の亜共晶アルミニウム合
金の半溶融金属の成形方法を示す工程説明図である。
FIG. 1 is a process explanatory view showing a method for forming a semi-molten metal of a hypoeutectic aluminum alloy having a composition of at least the maximum solid solution limit.

【図2】最大固溶限内組成のマグネシウム合金あるいは
アルミニウム合金の半溶融金属の成形方法を示す工程説
明図である。
FIG. 2 is a process explanatory view showing a method of forming a semi-molten metal of a magnesium alloy or an aluminum alloy having a maximum solid solution in-limit composition.

【図3】球状初晶の生成から成形までの工程説明図であ
る。
FIG. 3 is a process explanatory view from the formation of spherical primary crystals to the molding.

【図4】図3に示した各工程の金属組織模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a metallographic structure in each step shown in FIG.

【図5】代表的なアルミニウム合金であるAl−Si系
合金平衡状態図である。
FIG. 5 is an equilibrium diagram of an Al—Si alloy, which is a typical aluminum alloy.

【図6】代表的なマグネシウム合金であるMg−Al系
合金平衡状態図である。
FIG. 6 is an equilibrium diagram of a Mg—Al alloy, which is a typical magnesium alloy.

【図7】本発明例の成形品の金属組織を示す顕微鏡写真
の模写図である。
FIG. 7 is a copy of a micrograph showing the metal structure of a molded article of the present invention.

【図8】比較例の成形品の金属組織を示す顕微鏡写真の
模写図である。
FIG. 8 is a copy of a micrograph showing a metal structure of a molded product of a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ラドル 20 治具 30 断熱容器(セラミック製容器) 30A セラミックコーティング金属容器 80 押出機 82 コンテナ 84 ビレット 86 ステム 88 シュート M 金属(溶湯金属) P 押出成形体 t 温度 T 時間 10 ladles 20 jigs 30 Thermal insulation container (ceramic container) 30A Ceramic coating metal container 80 extruder 82 container 84 Billet 86 stem 88 shoots M metal (molten metal) P extruded body t temperature T time

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B22D 17/22 B22D 17/22 Q 18/02 18/02 A (56)参考文献 特開 平7−164108(JP,A) 特開 平7−32113(JP,A) 特開 昭64−96341(JP,A) 特許3246273(JP,B2) 欧州特許392998(EP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/02 B22D 17/00 - 17/32 B22D 27/00 - 27/20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI B22D 17/22 B22D 17/22 Q 18/02 18/02 A (56) Reference JP-A-7-164108 (JP, A) JP-A-7-32113 (JP, A) JP-A-64-96341 (JP, A) Patent 3246273 (JP, B2) European patent 392998 (EP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 1/02 B22D 17/00-17/32 B22D 27/00-27/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 液相線温度に対して過熱度が100℃
未満に保持したアルミニウム合金溶湯あるいはマグネシ
ウム合金溶湯を、治具を使用することなく直接、断熱容
器に注ぎ、断熱効果を有する断熱容器の中において、液
相線温度以下で、かつ共晶温度あるいは固相線温度より
高い温度の状態とし、0.1〜70%の液相率を示す成
形温度まで冷却しつつ5秒〜60分間保持することによ
り、該合金液中に微細な初晶を晶出させ、該合金を押出
機のコンテナ内に挿入する際、該半溶融金属の断熱容器
の底部に接した部分を押出機のダイス側に対向させて押
出するか、または、該半溶融金属の断熱容器の最上部を
除去した部分を押出機のダイス側に対向させて押出成形
することを特徴とする半溶融金属の成形方法。
1. A superheat degree of 100 ° C. with respect to a liquidus temperature.
Aluminum alloy melt or magnesi kept below
Insulate molten um alloy directly without using jigs
Pour it into a container and put it in a heat-insulating container that has a heat-insulating effect.
Below the phase line temperature and from the eutectic temperature or solidus temperature
A high temperature state is maintained for 5 seconds to 60 minutes while being cooled to a forming temperature showing a liquid phase ratio of 0.1 to 70%, whereby fine primary crystals are crystallized in the alloy liquid, and the alloy Extrude
Heat insulation container of the semi-molten metal when it is inserted into the container of the machine
Push the part that touches the bottom of the extruder so that it faces the die side of the extruder.
Or the top of the semi-molten metal insulation container
Extrusion molding with the removed part facing the die side of the extruder
A method for forming a semi-molten metal, comprising:
【請求項2】 結晶核の生成を、断熱容器に接触する
該合金溶湯に振動を与えることとする請求項1記載の半
溶融金属の成形方法。
2. The method for forming a semi-molten metal according to claim 1, wherein the crystal nuclei are generated by vibrating the molten alloy which comes into contact with the heat insulating container.
【請求項3】 押出機は、横型押出機または竪型押出
機とするか、あるいはコンテナが成形成形前に竪型から
横型に傾転する横型押出機とし、その押出方法は、間接
押出または直接押出とする請求項1記載の半溶融金属の
成形方法。
3. The extruder may be a horizontal extruder or a vertical extruder, or a horizontal extruder in which the container is tilted from a vertical shape to a horizontal shape before forming and molding. The extrusion method may be indirect extrusion or direct extrusion. The method for forming a semi-molten metal according to claim 1, wherein the method is extrusion.
【請求項4】 間接押出法においてコンテナに挿入す
る半溶融金属は、断熱容器からの取り出し時に該半溶融
金属よりも小さい内径を有する筒を通過させることによ
り、該半溶融金属の表面層を除去することとする請求項
3記載の半溶融金属の成形方法。
4. The semi-molten metal to be inserted into a container in the indirect extrusion method is removed from the surface layer of the semi-molten metal by passing through a cylinder having an inner diameter smaller than that of the semi-molten metal when taken out from the heat insulating container. The method for forming a semi-molten metal according to claim 3, wherein:
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