JPH0149781B2 - - Google Patents

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JPH0149781B2
JPH0149781B2 JP52113393A JP11339377A JPH0149781B2 JP H0149781 B2 JPH0149781 B2 JP H0149781B2 JP 52113393 A JP52113393 A JP 52113393A JP 11339377 A JP11339377 A JP 11339377A JP H0149781 B2 JPH0149781 B2 JP H0149781B2
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JP
Japan
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liquid
solid
composition
metal
solid mixture
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Application number
JP52113393A
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English (en)
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JPS5352202A (en
Inventor
Shii Fureminguzu Maaton
Jii Riiku Rodonii
Pii Yangu Kenesu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Massachusetts Institute of Technology
Original Assignee
Massachusetts Institute of Technology
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Publication date
Application filed by Massachusetts Institute of Technology filed Critical Massachusetts Institute of Technology
Publication of JPS5352202A publication Critical patent/JPS5352202A/ja
Publication of JPH0149781B2 publication Critical patent/JPH0149781B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/12Making non-ferrous alloys by processing in a semi-solid state, e.g. holding the alloy in the solid-liquid phase
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S164/00Metal founding
    • Y10S164/90Rheo-casting

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、縮退したデンドライト(樹枝状晶)
を高濃度で含む金属組成物を製造する方法に関す
るものである。
本発明以前には、約65重量%までの縮退
(degenerate)デンドライトを含む金属組成物が
製造されていた。このような組成物及びその調製
方法は米国特許第3948650号及び第3954455号に記
載されている。これら特許に記載されているよう
に、金属合金は加熱されて、液−固混合物を形成
し、そしてこれが激しく撹拌されて合金から発生
したデンドライトを縮退デンドライトに転換す
る。これら組成物は、直接鋳造されうるしまた凝
固され続いて再加熱されて直接的に鋳造すること
のできるチキソトロピー性質を有する組成物を形
成するようにすることもできる。この組成物を鋳
造する時には、型が鋳造前に凝固を終えた物質の
融着熱に曝されないから、相当の利益が実現され
る。更に、鋳造物質は総てが液体から成る組成物
に較べて凝固に際しての体積収縮が小さく従つて
最終鋳造物品は完全に液体の金属からの鋳造物品
に較べてはるかに小さい引け巣しか示さない。
米国特許第3951651号及び第3936298号は、液体
及び縮退デンドライトを含む金属組成物によつて
濡れない表面を持つ第3相粒を該組成物に加える
ことによりそれを改質する為の方法を開示し、こ
こで生成される組成物は65重量%までの縮退デン
ドライトを含むことができる。米国特許第
3902544号は、約65重量%までの縮退デンドライ
トを含む縮退デンドライト含有組成物を形成する
為の連続式方法を開示した。
これら特許に記載される金属組成物は、特に鋳
造過程において先行技術を上回る相当の利益を堤
供する。しかし、約65重量%より多くの縮退デン
ドライトを含有しそして成形可能な新規な組成物
を堤供し、以つて成形に先立つて一層多くの融着
熱が組成物から除去しえ、それにより成形装置の
寿命を延長しそして縮み代のはるかに少い成形材
料を堤供するようにすることが所望される。
本発明は、粒寸、剪断速度、組成及び冷却速度
に依存して約65重量%以上で初晶固体の上限まで
の或る濃度、通常約85重量%までの濃度において
縮退デンドライトを含む金属組成物を形成する為
の方法を堤供する。本明細書において上記65〜85
重量%の初晶固体濃度は
切晶固体重量/(初晶固体+液体相)重量%として表示
したもの である。(第3相粒子が存在する場合、第3相粒
子は算入しない)。初晶固体の上限は初晶固体の
寸法及び組成に依存しそして液相が連続的でなく
なり、以つて初晶固体がそれらの境界に沿つても
はや摺らなくなりそして初晶固体分同志の充分な
融着状態が生じ、この為組成物が剪断力を受ける
時固体同志がそれらの境界に沿つて摺るのを防止
するような時点で達成される。これら組成物は、
縮退デンドライトの形成源であつた金属組成物液
体部分により濡れる或いは濡れない表面を具備す
る第3相粒を含むことができる。金属組成物は、
鋳造されるべき合金の温度をその合金が液体状態
及び液−固状態にある温度まで昇温しそしてそれ
により形成された組成物を激しく撹拌することに
より形成される。その後、デンドライトの樹枝状
ネツトワークの形成を回避しながら縮退デンドラ
イトが個々に集合して成る固体分を増大するべく
撹拌を継続しながら熱が取除かれる。撹拌帯域の
壁を液−固金属合金により濡れない材料から形成
することにより従来得られたよりもはるかに高い
重量%の縮退デンドライトを持つ金属組成物が撹
拌帯域から直接回収されうることが見出された。
液−固混合物のみかけの粘度が連続的に探知され
そしてその測定値が熱が取去られる撹拌帯域での
液−固混合物の滞留時間を制御するのに使用され
る。加えて、撹拌帯域での圧力差が撹拌帯域を通
しての金属組成物の連続的流れの維持を向上する
のに利用されうる。組成物は、鋳造乃至成形され
うるしまた貯蔵及び後の使用の為に完全な凝固を
もたらすべく冷却されうる。この組成物は、融着
熱の大半が鋳造乃至成形前にそこから取除かれて
おりまた鋳造乃至成形金属物品の収縮がもはや重
大でない程に大巾に減じる点で相当の利益を与え
る。
本発明は、固体か或いは部分的に固体でありそ
して部分的に液体である金属組成物であつて、初
晶としての個々の粒と第2相とを包含する金属組
成物を堤供する。この第2相は、金属組成物が固
体である時には固体であり、そして金属組成物が
部分的に固体であり部分的に液体である時には液
体である。これら組成物は広く様々の金属或いは
金属合金から形成されうる。初晶粒は、一般に形
状において球状でありそして第2相が液体である
うちに融体を撹拌する結果として形成される小さ
な縮退デンドライトから構成される。初晶固体粒
は周囲マトリツクスの平均組成とは異つた平均組
成を持つ単一の相或いは複数の相から構成され、
そしてこの周囲マトリツクス自体は更に凝固する
に際して初晶及び第2相を構成しうるものであ
る。
ここで使用する「初晶固体」という言葉は、形
成される液−固スラリを鋳造する以前に、融体の
温度が合金の液相線温度以下に液−固共存温度範
囲へと下げられるに際して、凝固して個々の縮退
デンドライト粒を形成する単数乃至複数の相を意
味する。「2次固体」という用語は、撹拌終了後
初晶固体粒が形成される温度より低い温度でスラ
リ中に存在する液体から凝固する単数乃至複数の
相を意味する。本発明の組成物において得られる
初晶固体は、通常のデンドライト組織とは、それ
らが残りの液体マトリツクス中に個々に懸濁され
る粒から成る点で異なる。一般に、凝固した合金
は、撹拌の無い状態では、凝固の初期段階におい
て15〜20重量%を占める互いに離間した枝分れデ
ンドライトを持つておりそして温度が降下されそ
して固体重量部分が増大するにつれ相互に連結し
たネツトワーク状態へと発展する。他方、本発明
の組成物の組織は、約85重量%乃至それ以上の固
体分までもさえ個々の初晶粒を互いに離間した状
態に維持することにより相互連結されたネツトワ
ークの形成を防止している。本明細書で使用する
「縮退」という言葉は、このような樹枝状の互い
に連繋状態への進展のない、個々に離間されたま
まり留まつたデンドライトを云う。初晶固体は、
それらが通常のデンドライトよりも一層平滑な表
面を有しそして分枝の少ない構造を持つて球形態
に近いことにより特徴づけられる点で縮退してい
ると表現されたものである。初晶縮退デンドライ
トはそれらの表面に凝樹枝状組織を持ちうるが、
その程度は粒の相互連結をもたらしてネツトワー
ク組織を形成する程のものでない。初晶粒は、撹
拌の激しさ及び粒が液−固範囲に保持される期間
に依存して粒の凝固中粒内に捕捉された液体を含
んでいることもある。しかし、捕捉液体の重量分
率は、同じ重量分率の固体を得るべく通常的に凝
固された合金中に依存する量よりも少ない。
初晶固体の形成に続いての液体マトリツクスか
らの凝固中形成される第2次固体は、現在使用さ
れている鋳造工程により同等の組成の液体合金の
凝固中得られる型式の相の一つ乃至それ以上含ん
でいる。即ち、第2次固体は、デンドライト、単
相乃至多相の化合物、固溶体或いはそれらすべて
の乃至は少く共2つの混合物から構成されうる。
初晶粒の寸法は、使用される合金乃至金属の組
成、固−液混合物の温度及び使用される撹拌の程
度に依存し、温度が低い程そして撹拌の程度が小
さい程大きな粒が形成される。斯くして、初晶粒
の寸法は約1〜10000ミクロンの範囲をとりうる。
組成物が、成形乃至鋳造装置への熱損傷を最小限
として成形乃至鋳造の容易化を促進する粘度と合
致してできるだけ高い重量%の初晶粒を含有する
ことが好ましい。
約65重量%以上の縮退デンドライトを有する金
属組成物を得る為の本発明方法に従えば、金属組
成物の激しい撹拌が、該金属組成物によつて濡れ
ず、しかも金属組成物に対して化学的に安定であ
ると共に熱的にも安定な材料でもつて形成される
撹拌帯域において実施される。撹拌帯域における
表面は液−固混合物により濡れないので、液−固
混合物と撹拌帯域の表面との間に認めうる程の接
合力は存在しない。例えば、高密度再結晶化アル
ミナは鉄基金属、特に鋼により濡れない。更に、
上記アルミナは鋼のような鉄基金属により劣化し
ない。従つて、高密度アルミナは、高濃度の縮退
デンドライトを有する鉄基金属を形成するのに使
用される理想的材料である。濡れを呈さない材料
の他の例としては、アルミニウム合金に対するグ
ラフアイト及び錫−鉛合金に対するステンレス鋼
が挙げられる。加えて、激しく撹拌される組成物
は撹拌帯域内で圧力差の下に置かれて、撹拌帯域
を通しての液−固金属組成物の流れを促進する。
これは、撹拌された金属組成物上方に液体乃至半
液体の金属の静圧ヘツドを形成することにより及
び(或いは)撹拌された金属組成物上方の金属組
成物の表面を加圧することにより或いは撹拌帯域
の出口に於ける圧力を減ずることにより達成され
うる。
本発明の組成物を得る為には、撹拌された金属
組成物によつて濡れないような撹拌帯域形成材料
を使用することが必須であることが見出された。
ここで「濡れない」とは、液−固組成物と撹拌帯
域表面との密着接触性が悪く、組成物が表面に付
着せず表面から離れて移行する傾向の強いことを
意味する。液−固組成物中の固体分量の関数とし
ての粘度変化率は高い初晶固体分率においては初
晶固体含量の増加と共に急激に増大し、そして剪
断力を増加することだけによつては克服しえない
固形分による撹拌室の閉塞が、撹拌室を液−固金
属組成物により濡れる材料から形成した場合には
頻繁に生ずる。本発明の高濃度初晶を有する組成
物における初晶固体の増加に伴う撹拌帯域内での
高い粘度変化の結果として、形成されつつある金
属組成物中に高い固形分含量を維持する為に撹拌
帯域における剪断力、金属流量(撹拌帯域内での
金属滞留時間)及び(或いは)冷却速度を制御す
るべく粘度を直接に或いは粘度を反映する他の物
理量を間接的に測定する粘度感知器を設けること
が必要である。この間接測定を与える為の一つの
都合の良い方法は、撹拌器を回転する為に定速電
動機を設けそして一定速度において電動機を駆動
するのに要する電流を測定することである。必要
とされる電流が所望値よりも大きい場合、それは
撹拌帯域内の初晶固体含量が所望より多いことを
示し、従つて撹拌帯域内の初晶固形分が、撹拌帯
域を通しての金属流量を増加しそして(或いは)
撹拌帯域における冷却速度を減じることにより減
少される。電流が所望値より低い場合には、これ
は初晶固体含量が所望より低いことを示し、従つ
て撹拌帯域を通しての金属流量を減じそして(或
いは)撹拌帯域内の冷却速度を増大することによ
り、撹拌帯域内の初晶固形分量が増大される。鋼
のような空気中でスラグを形成する金属を処理す
る時には、撹拌帯域の閉塞を防止する為撹拌帯域
出口を不活性ガスで遮蔽する配慮が払われねばな
らない。
本発明の組成物は、任意の金属合金系或いは純
金属からその化学組成とは係りなく形成されう
る。純金属及び共晶融体は単一の温度において融
けるけれども、融点において純金属乃至共晶合金
がその一部のみを融解状態とするに充分の熱を保
持するよう融体への差引熱入出量を制御すること
によりこれらは融点において液−固平衡状態で存
在しうるから、本発明の組成物を形成するのに使
用されうる。これは、本発明の鋳造工程において
使用されるスラリにおける融解熱の完全な除去が
通常使用される鋳造物の寸法に由り瞬時的に得ら
れないことから起りうるものであり、そして所望
の組成物は例えば激しい撹拌により供給される熱
エネルギーを冷い周囲環境により取り去られる熱
エネルギーに等しくすることにより得られる。適
当な合金の代表例としては、マグネシウム合金、
亜鉛合金、アルミニウム合金、銅合金、鉄合金、
ニツケル合金、コバルト合金、及び鉛合金が挙げ
られ、更に詳しくは鉛−錫、亜鉛−アルミニウ
ム、亜鉛−銅、マグネシウム−アルミニウム、マ
グネシウム−アルミニウム−亜鉛、マグネシウム
−亜鉛、アルミニウム−銅、アルミニウム珪素、
アルミニウム−銅−亜鉛−マグネシウム、銅−錫
ブロンズ、真鍮、アルミブロンズ、鋼、鋳鉄、工
具鋼、ステンレス鋼、ニツケル−鉄、ニツケル−
鉄−コバルト−クロム及びコバルト−クロムのよ
うなスーパアロイ、更には鉄、銅或いはアルミニ
ウムのような純金属がある。
本発明において、処理材料と撹拌帯域材料との
組合せ例は次の通りである: 処理材料 撹拌帯域材料 鉄基金属 高密度アルミナ アルミニウム合金 グラフアイト 錫−鉛合金 ステンレス鋼 マグネシウム合金 ステンレス鋼 亜鉛合金 ステンレス鋼 銅合金 グラフアイト ニツケル合金 再結晶アルミナ コバルト合金 再結晶アルミナ 以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説
明する。
第1図は、AISI304ステンレス鋼半固体スラリ
の組織を示す写真であり、ここではAISI304ステ
ンレス綱は方形断面を持つ回転子を装備した帯域
内で撹拌された。撹拌帯域の内表面は高密度再結
晶アルミナスリーブから形成された。液−固状綱
が約450g/分の流量で連続的に形成されそして
撹拌帯域内で約1420℃の温度にまで冷却された。
生成組成物は約75重量%の初晶固体2と約25重量
%の第2次固体4とから成るものであつた。
第2図を参照すると、高分率の初晶固体を含む
ステンレス鋼を形成するのに有用な装置が例示さ
れている。液体状態におけるステンレス鋼6が容
器8内に保持される。ステンレス鋼6は、容器8
を取巻く誘導加熱コイル10により液相線温度乃
至それ以上に好適に加熱されそしてそこに維持さ
れうる。容器8はステンレス鋼6による腐食に耐
性のあるグラフアイト化アルミナ製である。容器
8には撹拌帯域14と連通する開口16が設けら
れている。撹拌帯域14には、そこに装入される
液−固ステンレス鋼組成物20に対して熱的にも
化学的にも安定でありそして液−固ステンレス鋼
により濡れない高密度再結晶化アルミナから成る
スリーブ18が設けられる。例えばアルゴンのよ
うな不活性ガスの覆いが、液体ステンレス鋼6の
酸化を防止するべく入口26を通して通入され
る。過剰の不活性ガスは撹拌器30を取巻く穴2
8を通して排出される。撹拌器30の水平断面は
円形であるが、撹拌器32の水平断面は方形でさ
れ、これは液−固組成物20への剪断力が液体組
成物6への剪断力よりも高いようにする為であ
る。撹拌帯域14には、出口38が設けられ、そ
してステンレス鋼から熱を奪つて約65重量%以上
の初晶固形分を持つ液−固組成物を形成するべく
作用する冷却コイル40が取巻いている。コイル
42は出口38における閉塞を防止するに充分出
口38における所望の温度を維持する役目をな
す。空気との接触に由る酸化作用によつて出口3
8においてスラグが形成されるのを防止する為
に、例えばアルゴン、4%水素のような不活性乃
至還元ガスが導入口44を通して出口38の周囲
に導入されそして液−固鋼が回収され終るまで鋼
の酸化を防止している。
第2図の装置の作動を第2及び第3図を参照し
がら説明しよう。ステンレス鋼は帯域8内に完全
溶融状態で、部分固体状態で或いは完全固体状態
で導入される。いずれにせよ、ステンレス鋼は誘
導加熱コイル10により帯域8内で溶融状態とさ
れる。溶綱は帯域14内に流下し、そして撹拌器
30及び32が定速モータ50により回転されて
いる。帯域14において、溶鋼はコイル40によ
り65重量%以上の固形分を持つ液−固状態へと冷
却される。液−固鋼20のみかけ粘度がモータ5
0を定速で駆動するのに要する電流を測定する電
流計52により検知される。出口38の寸法は、
電流計52における読みに応答して撹拌器30及
び32を昇降する作用を為す弁制御器54により
調節される。電流の読み、即ちみかけ粘度があま
りに高い時、弁制御器54は撹拌器30及び32
を昇高して出口38を拡大しそして帯域14を通
しての液−固鋼の流量を増大する。電流読みが低
すぎると、撹拌器30及び32は降下されて出口
38の寸法を減じ、それにより帯域14内での鋼
の滞留時間を増大し、以つて鋼の初晶固体含量を
65重量%以上の所望値まで増大する。液−固鋼は
再結晶化高密度アルミナ18を濡らさずそして出
口38を通して例えば鋳造設備のような回収設備
(図示なし)に通される。みかけ密度を探知する
ことにより、鋼の初晶固体含量は65重量%以上に
容易に制御されうる。これは、例えば温度を探知
することにより帯域14内での滞留時間を調節す
る等の、時間遅れ即ち熱応答時間と関与して固形
分含量が迅やかに調整しえないような方式と対照
的である。温度調節方式を使用した場合、撹拌器
30及び32の回転が容易には維持されえず、金
属閉塞をもたらすような程度にまでの凝固が所望
されざる程に高い頻度で発生する。
液−固混合物は、所望比の液−固状態が達成さ
れると、迅やかに冷却されて貯蔵の容易な固体と
される。その後、この固体は、特定の関心のある
比率に対して液−固混合物の温度にまで増大さ
れ、その後前述したように通常の技術を使用して
鋳造若しくは別法で成形される。上述した工程に
従つて調整された金属乃至合金はチキソトロピー
性質を具備している。斯くして、これらはみかけ
上固体形態において改良されたダイカスト装置或
いは他の設備に給入されうる。しかし、このみか
け上固体の金属乃至合金がダイ空洞内に送入され
る際生じる剪断は、この凝固体物質をほとんど液
体に近い性質を持つ物質に変換せしめる。チキソ
トロピー性質を持つ金属乃至合金はまた、液体の
すべてが凝固するような温度より高い温度まで液
−固混合物を冷却することによつても得ることが
でき、得られた組成物は成形されうる。この技術
は、約85重量%までの退縮したデンドライトを含
む金属組成物を使用しても可能である。
第2図と同様の装置を使用して800RPMの回転
子速度で液−固混合物が調製された。本発明によ
つて形成された様々の合金に対する75%固形分に
おける液−固組成物の温度を以下に示す: Sn−10%Pb 192℃ AISI440Cステンレス鋼 1392℃ 銅合金905 911℃ Ni基スーパアロイウデイメツト(Udimet)700
1300℃ 75%初晶固体−液体混合物からの上下変化は、
上記温度値を変えることによりもたらされよう。
25%液体−75%縮退デンドライト固体混合物を
使用して作られた鋳造物は、完全に液体の金属か
ら作られた鋳造物の約25%しか凝固収縮代を示さ
なかつた。幾つかの金属の凝固収縮率は次の通り
である:鉄40%、アルミニウム6.16%、銅4.9%。
ここに開示された部分的に凝固した金属スラリ
乃至混合物の成形は、鋳込み、射出或いは他の手
段によりもたらされえ、そして開示された方法は
ダイキヤステイング、一般鋳造、連続鋳造、密閉
ダイ鍛造、ホツトプレス、真空成形等に有用であ
る。これらスラリの特別の性質は既存の鋳造及び
成形工程の改良がうまく行いうるかもしれないこ
とを示唆している。例えば、スラリの有効粘度
は、初晶固体の分率、粒の寸法及び形状及び剪断
速度を制御することにより制御されえ、本教示が
使用される時可能とされる高い粘度は鋳造工程で
の金属はねかし量の減少及び空気巻込み量の減少
をもたらす。更に、本方法から一層一様な強度及
び一層高密度の物品がもたらされる。
第2図に示したように、撹拌をもたらす手段は
回転子であるが、電磁式撹拌、ガス泡による撹拌
及び他の撹拌誘起機構も、それら撹拌作用が相互
連結されたデンドライトネツトワークの形成を防
止しまた初晶固体粒上に既に形成されたデンドラ
イト分枝を実質上排除乃至減少するに充分である
限り使用することができる。
本発明の一様相において、金属乃至金属合金マ
トリツクス内に均一に分散されそして金属乃至金
属合金とは異つた組成を持つ第3相固体粒子を含
むマトリツクスを包含する金属−金属或いは金属
−非金属複合組成物が堤供される。第3相粒子
は、スラリ組成物中にそれらをスラリに添加しそ
して第3相粒子が均一に分散されるまで生成組成
物を撹拌することにより組入れられる。スラリに
第3相粒子として添加された粒子は、金属マトリ
ツクス内にその保留を均質にもたらすべく添加さ
れる金属の液体部分により濡れうるような或いは
濡れないような表面性質を持つている。ここで使
用されるような〓濡れる性質″というのは、金属
乃至金属合金の液相線温度或いはその僅か上で金
属乃至金属合金に添加されそして回転翼を使用し
ての撹拌による等して堅密な接触をもたらすに適
当な期間(例えば約30分)そこに混合された後、
その撹拌を止めそして生成組成物を静止状態へと
放置した後でも第3相粒子が液体中に緊密な状態
で保持されている、即ち液体中に分離せず保留さ
れていることを言及する。第3相粒子が金属乃至
金属合金の液相線温度において粒子を濡らす金属
乃至金属合金中に組入れられる時、粒子は、そこ
に0%より僅か上の測定可能な濃度から一般に約
5重量%までの濃度において保持される。濡れを
与える方の代表的例は、米国特許第3600163号に
開示されるようなアルミニウム合金中のニツケル
被覆グラフアイトを含む系及び米国特許第
3583471号に開示されるようなアルミニウム、マ
グネシウム或いは亜鉛中の炭化タングステン系を
含む。幾つかの場合、第3相粒子の濃度は約30重
量%までもなしうる。金属組成物によつて濡れな
い固体粒子の代表例は、グラフアイト、金属炭化
物、砂、ガラス、セラミツク、酸化トリウムのよ
うな金属酸化物、ある種の純金属及び合金等であ
る。
本発明において、第3相粒子は約30重量%まで
の濃度においてスラリ組成に添加されうる。金属
乃至金属合金は、固体或いは部分的に固体であり
え、そして初晶粒よりも低い融点を持つ第2次相
中に縮退したデンドライト固体粒子を個々ばらば
らに懸濁して成る組織を約85重量%まで具備して
いる。これら組成物は、金属質組成物のほとんど
乃至すべてが液体状態にあるような温度に該組成
物を加熱しそしてそれを激しく撹拌してそこに含
まれる固体粒を一般に球状を有する縮退したデン
ドライトに変えることにより形成される。組成物
中の第3相を構成する固体粒子が、初晶固体の一
部乃至すべてが形成され終つた液−固組成物に添
加されそして第3相粒子は撹拌による等して金属
組成物内に分散せしめられる。第3相粒子が分散
せしめられた後、融体は所望の形状に鋳込まれる
か或いは冷却されて爾後に加熱及び成形より賦形
乃至鋳造されうる組成物を形成する。いずれにせ
よ、最終形成組成物は初晶固体を含んでいる。
第3相粒子を含む本発明の組成物は、非金属質
乃至金属質第3相粒子との組合せにおいて先に呈
示したような広く様々の金属乃至合金から形成さ
れうる。組成物は固体乃至液体いずれでもありう
る第2次相と固体である第3相とを含み、そして
第3相は初晶固体粒及び第2次相とは異つた組成
を持つている。第2次相は、金属組成物が固体で
ある時には固体でありそして金属組成物が部分的
に液体である時には液体である。
本発明の組成物の第3相は、初晶固体−第2次
液体相スラリに添加される固体粒子により形成さ
れる。本発明の目的に対しては、第3相を形成す
る粒子の種類としては、金属合金組成物の何らか
の物理的特性を変更するべくそこに一般に添加さ
れる任意の固体粒を含みうるものである。
金属合金に添加されうる第3相粒子を形成する
粒子の重量%は広い範囲で変化されうる。初晶固
体の重量%が比較的低い場合程、高い重量%の第
3相粒子が添加されうる。しかし、初晶粒は、添
加される第3相粒子との相互作用を実質上呈さな
い程少なく即ち第2次相中に間隔を置いて分布さ
れるべきでない。一般に、初晶粒は少く共65重量
%の量において合金中に存在すべきでありそして
約85重量%までもとりうるものである。
粒子添加段階中、粒子は、第2次相がそれらを
保持しうる濃度までまた初晶粒と第3相粒子との
総重量分率が約95重量%もに及ぶような重量分率
において添加される。第2次相による第3相粒子
の保持容量は、それら粒子が融体表面に浮揚した
り或いは融体の底に沈降し始めるのが観察される
時点でその限度を越える。第3相粒子の添加に続
いての追加的な液体の形成は、既に添加された第
3相粒子の除去に影響を及ぼさない。何となれ
ば、これら粒子は第2次液体相により濡れるよう
になるに充分の時間を経ているものであり、また
そこに存在する初晶粒と相互反応するに充分の時
間を経ているので、それらは金属組成物中に保持
されているからである。この態様で操作すること
により、金属合金への約30重量%までの第3相粒
子の添加を得ることが可能である。第3相粒子の
好ましい濃度は、最終金属組成物に対して所望さ
れる特性に依存し、従つて金属合金及び粒子の組
成及び性質に依存する。第3相粒子は均一な組成
物を形成する為のそれらの混和を促進する寸法を
有するようにされるべきであり、好ましくは1/10
0〜10000ミクロンの範囲の寸法をとりうる。
比較的低い第3相粒子の添加速度を使用して混
合の期間及び程度を増大することによりまた与え
られた重量%の初晶固体分に対して添加される第
3粒子の重量%を制御することにより、第3相粒
子のできるだけ一様な分散を達成することが望ま
しい。
所望される組成物が形成された時、これは初晶
固体−第2次液体−第3相粒子から成るものであ
るが、その組成物は貯蔵の容易化の為に固体を形
成するよう冷却される。その後、この固体は、初
晶固体−第2次液相−第3相粒子混合物が達成さ
れるような温度まで加熱されうる。更に、液−固
状態に再加熱される時、チキソトロピー性質を持
つような固体を調製することもできる。斯くし
て、これは、みかけ上固体の形態で改良されたダ
イカストマシン或いは他の装置内に給入されう
る。しかし、この見かけの固体組成物がダイ空洞
内に強送される際生じる剪断力が、その組成物を
その性質がほとんど液体に近いものに変え、それ
によりダイ空洞に沿つて成形されることを可能な
らしめる。チキソトロピー性質を持つ組成物はま
た、初晶固体−第2次液体−第3相粒子組成物を
第2次液体のすべてが凝固する温度より高い温度
まで冷却することによつても得ることができそし
て斯うして得られたチキソトロピー性質を有する
組成物を鋳造することができる。
別法としては、第3相粒子が初晶固体−液体混
合物に好適に添加された後、注出、射出等の手段
により鋳造乃至成形を直接的にもたらすことがで
きる。ここで開示された方法は、ダイキヤステイ
ング、型鋳造、連続鋳造、密閉ダイ鍛造、ホツト
プレス、真空成形等に対して有用である。ここで
得られる組成物の有効粘度及び達成しうる高い粘
度は、ダイキヤステイングにおいてはねかしや空
気の巻込みの減少をもたらしそしてこの鋳造工程
での一層高い金属導入速度の使用を可ならしめ
る。更に、本方法から、一層一様な強度のそして
一層高密度の鋳造物が得られる。凝固した組成物
は保管されうるしまた後に液−固混合物に再度持
ちきたして鍛造、プレス、押出し、圧延と云つた
成形或いは鋳造に供せられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、AISI304ステンレス鋼半固体スラリ
の組織を示す。第2図は、本発明に使用される撹
拌帯域の断面図である。第3図は、本発明方法を
実施するのに適した装置の概略図である。 2:初晶固体、4:第2次固体、8:保持容器
乃至帯域、6:溶湯、10:加熱コイル、14:
撹拌帯域、20:液−固組成物、18:スリー
ブ、30,32:撹拌器、38:出口、40:冷
却コイル、44:不活性ガス導入口、52:電流
計、50:定速モータ、54:弁制御器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 固体の縮退デンドライトを液体相中に個々に
    均一に分散して成る金属組成物を形成する為の方
    法であつて、 (a) 第1金属組成物を加熱してその液−固混合物
    を形成し、その場合初晶固体の濃度が65重量%
    より大きく且つ混合物が剪断力を受けるに際し
    て初晶固体が互いに融着してその境界に沿つて
    摺ることを妨げるような重量%までと為すこ
    と、 (b) 液−固混合物を撹拌帯域内で激しく撹拌し
    て、そこに存在する固体分を第1金属組成物か
    ら発現したデンドライトの縮退物に変換し、そ
    の場合縮退デンドライトが加熱された金属組成
    物の65重量%以上を占めそして加熱された金属
    組成物の残部が液体であり、撹拌帯域の液−固
    混合物と接触する表面が液−固混合物による劣
    化に対して耐性があると共に液−固混合物によ
    り濡れないものとされること、 (c) 液−固混合物のみかけ粘度或いはみかけ粘度
    を反映する特性を連続的に探知し、それにより
    混合物から取除かれる熱を制御して65重量%以
    上の初晶固体含量を混合物中に維持すること、 から成る高分率の固体を含む金属組成物形成方
    法。 2 段階(a)が第1金属組成物をその液相線温度以
    上に加熱しそして後それを冷却して液−固混合物
    を形成することにより実施されるような特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 3 段階(a)が第1金属組成物をその液相線温度以
    下の温度に加熱して液−固混合物を形成すること
    により実施される特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 4 液−固混合物が縮退デンドライトの比率を増
    加するべく激しい撹拌に併行して冷却される特許
    請求の範囲第2項記載の方法。 5 液−固混合物が縮退デンドライトの比率を増
    大するべく激しい撹拌と併行して冷却される特許
    請求の範囲第3項記載の方法。
JP11339377A 1976-09-22 1977-09-22 Process and components for formation of metallic composition containing high concentration of solid Granted JPS5352202A (en)

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