KR100434999B1 - Manufacturing method of billet for thixocasting method and manufacturing apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보다 미세하고 균일한 구상화 입자를 얻는 동시에 에너지 효율의 개선, 제조비 절감, 기계적 성질의 향상, 주조공정의 간편화 및 제조시간 단축의 이점을 실현할 수 있고, 단시간에 고품질의 반용융 성형용 빌렛을 연속하여 복수개 제조하기 위한 것으로, 이를 위하여, 일단에 제 1 플런저가 삽입되고, 타단에 제 2 플런저가 삽입된 슬리브의 상기 제 1 플런저와 제 2 플런저 사이에 형성된 영역에 전자기장을 인가하고, 상기 슬리브의 영역에 용융된 금속재료를 주입하여 금속 슬러리를 형성하는 단계와, 상기 제 1 플런저를 상기 제 2 플런저의 방향으로 압축 및 냉각하여 빌렛을 형성하는 단계와, 상기 빌렛을 상기 제 2 플런저의 방향으로 이송시켜 배출하는 단계를 포함하는 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 그 장치를 제공한다.The present invention can obtain finer and more uniform spheroidized particles and at the same time realize the advantages of energy efficiency, manufacturing cost reduction, mechanical properties, simplicity of casting process and shortening of manufacturing time, and high quality semi-melting billets in a short time. In order to manufacture a plurality of consecutively, for this purpose, an electromagnetic field is applied to an area formed between the first plunger and the second plunger of the sleeve, the first plunger is inserted at one end, the second plunger is inserted at the other end, Injecting molten metal material into a region of the sleeve to form a metal slurry, compressing and cooling the first plunger in the direction of the second plunger to form a billet, and billing the billet of the second plunger It provides a method and apparatus for producing a billet for semi-melting molding comprising the step of transporting in the direction.
Description
본 발명은 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정핵 조직이 미세하고 균일하게 할 수 있는 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a billet for semi-molten molding and an apparatus thereof, and more particularly, to a method for producing a billet for semi-molten molding which can be finely and uniformly crystallized.
반용융 성형법(thixoforming)은 반응고 성형법과 아울러 반응고/반용융 성형법으로 불리는 데, 여기서, 반응고 성형법(rheocasting)이란 미처 응고되지 않아 소정의 점성을 갖는 반응고 금속 슬러리(slurry)를 주조 또는 단조하여 빌렛이나 최종 성형품을 제조하는 가공법을 말하고, 반용융 성형법은 이렇게 반응고 성형법에 의해 제조된 빌렛을 다시 반용융 상태의 슬러리로 재가열한 후, 이 슬러리를 주조 또는 단조시켜 최종제품으로 제조하는 가공법을 말한다. 여기서, 반응고 금속 슬러리란 반응고 영역의 온도에서 액상과 구상의 결정립이 적절한 비율로 혼재한 상태에서 틱소트로픽(thixotropic)한 성질에 의해 작은 힘에 의해서도 변형이 가능하고, 유동성이 우수하여 액상과 같이 성형가공이 용이한 상태의 금속재료를 의미한다.In addition to the reaction solidification method, the thixoforming method is also called the reaction solid / semi-molding method, in which a solidified metal slurry having a predetermined viscosity is cast or not solidified by rheocasting. Forging is a processing method for producing a billet or a final molded product. The semi-melt molding method is a method in which the billet produced by the reaction molding method is reheated to a slurry in a semi-molten state and then cast or forged to produce the final product. The processing method. Here, the reaction solid metal slurry can be deformed by a small force due to thixotropic properties in the state where the liquid crystal and the spherical crystal grains are mixed at an appropriate ratio at the temperature of the reaction solid region. As described above, it means a metal material which is easily formed and processed.
이러한 반응고/반용융 성형법은 주조나 용탕단조 등 용융 금속을 이용하는 일반인 성형방법에 비해 여러 가지 장점을 갖고 있다. 예를 들면, 반응고/반용융 성형법에서 사용하는 슬러리는 용융 금속보다 낮은 온도에서 유동성을 가지므로 이 슬러리에 노출되는 다이의 온도를 용융 금속의 경우보다 더 낮출 수 있고, 이에 따라 다이의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 슬러리가 실린더를 따라 압출될 때 난류(turbulence)의 발생이 적어, 주조과정에서 공기의 혼입을 줄일 수 있으며, 이에 따라 최종 제품에의 기공 발생을 저감시킬 수 있다. 그 외에도 응고 수축이 적고, 작업성이 개선되며, 제품의 기계적 특성과 내식성이 향상되고, 제품의 경량화가 가능하다. 이에 따라, 자동차 및 항공기 산업분야, 전기 전자 정보 통신 장비의 신소재로서 이용될 수 있다.The reaction solid / semi-molten molding method has various advantages over the general molding method using molten metal such as casting or molten forging. For example, the slurry used in the reaction solid / semi-melt molding method has fluidity at a lower temperature than molten metal, so that the temperature of the die exposed to the slurry can be lower than that of molten metal, resulting in longer die life. Can be long. In addition, turbulence is less generated when the slurry is extruded along the cylinder, thereby reducing the incorporation of air during the casting process, thereby reducing the generation of pores in the final product. In addition, there is little solidification shrinkage, workability is improved, the mechanical properties and corrosion resistance of the product is improved, and the weight of the product is possible. Accordingly, it can be used as a new material in the automotive and aircraft industries, and electrical and electronic information communication equipment.
전술한 바와 같이, 반용융 성형법의 경우에도 반응고 성형법에 의해 생성된 빌렛을 사용하는 데, 종래의 반응고 성형법은 용융 금속을 냉각시킬 때에 주로 액상선 이하의 온도에서 교반시켜 이미 생성된 수지상(dendrite) 결정조직을 파괴함으로써 반응고 성형에 적합하도록 구형의 입자로 만드는 것이었으며, 교반방법으로는 기계적 교반법(mechanical stirring)과 전자기적 교반법(electromagnetic stirring), 개스 버블링, 저주파, 고주파 또는 전자기파 진동을 이용하거나 전기적 충격에 의한 교반법 (agitation) 등이 이용되었다.As described above, in the case of the semi-molten molding method, the billet produced by the reaction solidification molding method is used. In the conventional reaction solidification molding method, when the molten metal is cooled, it is mainly stirred at a temperature below the liquidus line to produce the resin phase ( dendrite was formed into spherical particles suitable for reaction solidification by destroying the crystal structure. Mechanical stirring, electromagnetic stirring, gas bubbling, low frequency, high frequency or Agitation method using electromagnetic vibration or electric shock has been used.
예를 들어, 미국특허 제3,948,650호에는 액상-고상 혼합물 (liquid-solid mixture)을 제조하는 방법 및 그 장치가 개시되어 있는데, 이 방법에서는 용융된 금속재료가 고상화되는 동안 이를 강하게 교반하면서 냉각시킨다. 또한, 개시된 반응고 금속 슬러리 제조장치는 용기에 고-액 혼합물을 주입한 상태에서 교반봉에 의해 교반하는 데, 이 교반봉은 소정의 점성을 가진 고-액 혼합물을 저어주어 유동시킴으로써 혼합물 내의 수지상 구조를 파쇄하거나 파쇄된 수지상 구조를 분산시키는 것이다. 상기와 같은 제조방법에서는 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 이를 결정핵으로 하여 구상의 결정을 얻으려는 것으로, 초기 응고층의 형성에 따른 잠열 발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 및 교반 용기 내에서의 온도 불균일로 인한 불균일한 결정 상태 등 많은 문제점을 수반한다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 기계적 교반이 갖는 한계로 인하여 용기 내의 온도분포가 불균일하며, 챔버 내에서 작동하기 때문에 작업 시간 및 후속 공정으로의 연계가 매우 어려운 한계를 갖는다.For example, U. S. Patent No. 3,948, 650 discloses a method and apparatus for producing a liquid-solid mixture, in which the molten metal material is cooled with vigorous stirring while solidifying. . In addition, the disclosed solid metal slurry production apparatus is stirred by a stir bar while injecting a solid-liquid mixture into a vessel, which stirs the solid-liquid mixture having a predetermined viscosity to flow the resinous structure in the mixture. To crush or disperse the crushed dendritic structure. In the manufacturing method as described above, to obtain spherical crystals by grinding the dendritic crystal form already formed in the cooling process as a crystal nucleus, the cooling rate decreases and the manufacturing time increases due to the latent heat generated by the formation of the initial solidification layer And uneven crystal states due to temperature unevenness in the stirring vessel. In addition, in the case of the manufacturing apparatus, due to the limitations of mechanical agitation, the temperature distribution in the container is nonuniform, and because it operates in the chamber, the working time and subsequent processes have a very difficult limit.
미국특허 제4,465,118호에는 반응고 합금 슬러리 (semi-solid alloy slurry)의 제조방법 및 장치가 개시되어 있는데, 코일을 갖춘 전자기장 인가 수단의 내측에 순차로 냉각 매니폴드 및 금형이 구비되어 있고, 금형의 상측은 용융 금속이 연속하여 주입되도록 형성되어 있으며, 냉각 매니폴드에는 냉각수가 흘러 금형을 냉각시킨다. 반응고 합금 슬러리의 제조방법은, 먼저, 상기 금형의 상측으로부터 용융 금속을 주입하고, 이 용융 금속이 금형 내를 통과하면서 먼저 냉각 매니폴드에 의해 고상화 영역(solidification zone)을 형성하게 되며, 여기서 전자기장 인가 수단에 의해 자기장이 인가되어 수지상 조직을 파쇄시키면서 냉각이 진행되고, 마침내 하부로부터 인곳(ingot)이 형성되는 것이다. 그런데, 이러한 제조방법 및 장치에 있어서도, 그 기본적인 기술적 사상은 응고가 일어난 후에 진동을 가해 수지상 조직을 파쇄한다는 것으로, 이도 역시 전술한 바와 같은 공정상 및 조직 구성상의 많은 문제를 갖는다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 금속재료가 상부에서 하부로 진행하면서 연속하여 인곳을 형성하는 것이나, 연속하여 성장하도록 함으로써 금속의 상태를 조절하기가 매우 어려우며, 전체적인 공정 제어가 곤란하다. 뿐만 아니라, 전자기장의 인가 이전의 단계에서 이미 상기 용기를 수냉시키므로 용기 벽체 부근과 중심부근에서의 온도차가 심하게 되는 한계가 있다.U.S. Patent No. 4,465,118 discloses a method and apparatus for producing a semi-solid alloy slurry, in which a cooling manifold and a mold are sequentially provided inside an electromagnetic field applying means having a coil. The upper side is formed so that molten metal is continuously injected, and cooling water flows to the cooling manifold to cool the mold. In the method for producing a high-temperature alloy slurry, first, molten metal is injected from the upper side of the mold, and the molten metal passes through the mold to first form a solidification zone by a cooling manifold, where The magnetic field is applied by the electromagnetic field applying means, the cooling proceeds while crushing the dendritic tissue, and finally an ingot is formed from the bottom. By the way, also in such a manufacturing method and apparatus, the basic technical idea is that after solidification occurs, vibration is applied to break up the dendritic structure, which also has many problems in the above-described process and structure structure. In addition, in the case of the manufacturing apparatus, it is very difficult to control the state of the metal by forming the ingot continuously as the metal material proceeds from the top to the bottom, or by continuously growing it, and the overall process control is difficult. In addition, there is a limit in that the temperature difference in the vicinity of the wall of the container and in the vicinity of the center of the container is severe because the container is already water-cooled at the stage before the electromagnetic field is applied.
이 밖에도 반응고/반용융 성형법은 후술하는 바와 같이, 다양하게 존재하나모두 전술한 바와 같이 이미 형성된 수지상 조직을 파쇄하여 이를 결정핵으로서 사용한다는 기술적 사상을 근간에 두고 있어 전술한 특허와 동일한 문제들을 지니고 있다.In addition, as described below, the reaction solid / semi-melt molding method is present in various ways, but all have the same problem as the aforementioned patents based on the technical idea of crushing the already formed dendritic tissue and using it as a crystal nucleus. I have it.
미국특허 4,694,881호는 합금 중의 모든 금속 성분이 액체 상태로 존재하도록 합금을 가열한 다음, 얻어지는 액체 금속을 액상선과 고상선 사이의 온도로 냉각시킨 다음 전단력을 인가하여 냉각되는 금속재료으로부터 형성되는 수지상 조직를 파괴함으로써 반용융 성형재 (thixotropic materials)를 제조하는 방법을 개시하고 있다.U.S. Patent No. 4,694,881 discloses a dendritic structure formed from a metal material which is heated by heating the alloy so that all metal components in the alloy are in a liquid state, then cooling the resulting liquid metal to a temperature between the liquidus and solidus lines and then applying a shear force. Disclosed is a method of making thixotropic materials by fracture.
일본 공개특허공보 특개평11-33692호에는 액상선 온도 부근 또는 액상선보다 50℃까지 높은 온도에서 용융된 금속재료를 용기에 주입한 다음, 금속재료가 냉각되는 과정에서 금속재료의 적어도 일부가 액상선 온도 이하로 되는 시점, 즉 최초로 액상선 온도를 통과하는 시점에서, 예를 들어 초음파 진동 등에 의해, 금속재료에 운동을 가한 다음 서서히 냉각시킴으로써 입상결정형태의 금속조직을 가진 반응고 주조용 금속 슬러리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서도, 초음파진동 등의 힘이 냉각초기에 형성되는 수지상 결정조직을 파쇄하기 위해 사용되고 있다. 또한, 주탕온도를 액상선온도보다 높은 수준으로 하면, 입상의 결정형태를 얻기 어렵고, 동시에, 용탕을 급격히 냉각하기 어렵다. 뿐만 아니라, 표면부와 중심부의 조직이 불균일하게 된다.In Japanese Patent Laid-Open No. 11-33692, a molten metal material is injected into a container at a temperature near the liquidus temperature or at a temperature higher than the liquidus temperature to 50 ° C, and then at least a part of the metallic material is cooled in the process of cooling the metal material. When the temperature is below the temperature, that is, the first time passing through the liquidus temperature, by applying a motion to the metal material by, for example, ultrasonic vibration, and then gradually cooled to form a metal slurry for the reaction solid casting having a granular crystal metal structure A method of making is disclosed. However, also in this method, force such as ultrasonic vibration is used to break up the dendritic crystal structure formed in the initial stage of cooling. When the pouring temperature is set higher than the liquidus temperature, it is difficult to obtain a crystalline form of granules, and at the same time, it is difficult to rapidly cool the molten metal. In addition, the structure of the surface portion and the central portion becomes uneven.
또한, 일본 공개특허공보 특개평10-128516호에 개시된 반용융 금속의 성형방법에서는 용융된 금속재료를 용기에 주입한 다음 진동바를 금속재료 중에 침적시켜 금속재료과 직접 접촉시킨 상태로 진동시켜 금속재료에 진동을 부여한다. 이에 따라 진동바의 진동력을 금속재료에 전달함으로써, 액상선 온도 이하에서 결정핵을 가진 고액공존상태의 합금을 형성한 후, 소정의 액상율을 나타내는 성형온도까지 금속재료를 용기내에서 냉각하면서 30초 내지 60분간 유지함으로써 상기 결정핵을 성장시켜 반용융 금속을 얻는다. 그러나, 이 방법에 의해 얻어진 결정핵의 크기는 약 100㎛이고, 공정소요시간도 상당이 길며, 소정 크기 이상의 용기에 적용하기 곤란한 문제가 있다.In addition, in the method for forming a semi-molten metal disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-128516, a molten metal material is injected into a container, and then a vibration bar is deposited in the metal material to vibrate in direct contact with the metal material to vibrate the metal material. Impart vibration. Accordingly, the vibration force of the vibration bar is transmitted to the metal material, thereby forming an alloy in a solid-liquid coexistence state with crystal nuclei at or below the liquidus temperature, and then cooling the metal material in the container to a molding temperature indicating a predetermined liquidity rate. By holding for 30 seconds to 60 minutes, the crystal nuclei are grown to obtain a semi-fused metal. However, the size of the crystal nuclei obtained by this method is about 100 mu m, the process time is also long, and there is a problem that it is difficult to apply to a container having a predetermined size or more.
미국특허 제6,432,160호에는 냉각과 교반을 동시에 정밀하게 제어함으로써 반용융 금속 슬러리를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로는, 용융된 금속재료를 혼합용기 (mixing vessel)에 주입한 후, 혼합용기 주위에 설치된 고정자 어셈블리(stator assembly)를 작동시켜 용기내의 금속재료를 급속하게 교반하기에 충분한 기자력 (magnetomotive force)을 발생시키고, 혼합용기 주위에 설치되어 용기 및 금속재료의 온도를 정밀하게 조절하는 작용을 하는 써멀 자켓 (thermal jacket)을 이용하여 금속재료의 온도를 급속하게 떨어뜨린다. 금속재료가 냉각될 때 금속재료는 계속적으로 교반되며, 고상율 (solid fraction)이 낮을 때는 빠른 교반을 제공하도록 하고 고상율이 증가함에 따라 증대된 기전력을 제공하도록 하는 방식으로 조절된다.US Pat. No. 6,432,160 discloses a method for producing a semi-molten metal slurry by precisely controlling cooling and stirring simultaneously. Specifically, after injecting the molten metal material into the mixing vessel, a magnetomotive force sufficient to rapidly stir the metal material in the vessel by operating a stator assembly installed around the mixing vessel. The thermal jacket rapidly reduces the temperature of the metal material by using a thermal jacket installed around the mixing vessel and precisely controlling the temperature of the container and the metal material. When the metal material is cooled, the metal material is continuously agitated and adjusted in such a way as to provide rapid agitation when the solid fraction is low and provide increased electromotive force as the solid phase is increased.
이상 설명한 바와 같은 종래의 반응고/반용융 성형방법 및 장치들은 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 입상의 금속 조직으로 만들기 위해 전단력을 이용하고 있다. 즉, 금속재료의 적어도 일부가 액상선 이하로 온도가 내려갔을 때에야 비로소 진동 등의 힘을 가하므로 초기 응고층의 형성에 따른 잠열발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 등 각종 문제를 피하기 어렵다. 또한, 이에 따라 형성된 금속 조직도 용기 내에서의 온도의 불균일로 인해 전체적으로 균일하고 미세한 조직을 얻기 어려우며, 용융 금속의 용기로의 주입 온도를 조절하지 않으면 용기 벽면부와 중심부의 온도차로 인해 조직의 불균일성은 더욱 증대되게 된다.Conventional reaction / semi-melting methods and apparatuses as described above utilize shear forces to crush the dendritic crystal forms already formed during cooling to form granular metal structures. That is, at least a part of the metal material is exerted only when the temperature drops below the liquidus line, so that various problems such as decrease of cooling rate and increase of manufacturing time due to latent heat generation due to formation of initial solidification layer are avoided. it's difficult. In addition, it is difficult to obtain a uniform and fine structure as a whole due to the temperature non-uniformity in the container, and the non-uniformity of the tissue due to the temperature difference between the wall portion of the container and the center of the center is not achieved unless the temperature of injection of molten metal into the container is controlled. Will be further increased.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 보다 미세하고 균일한 구상화 입자를 얻는 동시에 에너지 효율의 개선, 제조비 절감, 기계적 성질의 향상, 주조공정의 간편화 및 제조시간 단축의 이점을 실현할 수 있는 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems as described above, to obtain finer and more uniform spheroidized particles and at the same time can realize the advantages of improved energy efficiency, reduced manufacturing costs, improved mechanical properties, simplified casting process and shorter manufacturing time It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing a semi-molten billet.
본 발명의 다른 목적은 단시간에 고품질의 반용융 성형용 빌렛을 연속하여 복수개 제조할 수 있는 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for producing a semi-melt molding billet which can continuously produce a plurality of high quality semi-melt molding billets in a short time.
도 1은 본 발명의 반용융 성형용 빌렛의 제조방법을 나타내는 그래프,1 is a graph showing a method of manufacturing a billet for semi-melting molding of the present invention,
도 2 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조장치의 구성 및 그 작용을 순차적으로 도시한 구성도들,2 to 7 is a configuration diagram sequentially showing the configuration and operation of the apparatus for producing a billet for semi-melting molding according to an embodiment of the present invention,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조장치의 구성 및 그 작용을 순차적으로 도시한 구성도들이다.8 to 10 are configuration diagrams sequentially showing the configuration and operation of the apparatus for producing a billet for half melt molding according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 교반부 11: 공간부1: stirring section 11: space section
12,13: 전자기장 인가용 코일장치 2: 슬리브12,13 coil device 2: for applying electromagnetic field
21: 슬러리 제조영역 22: 탕구21: slurry production area 22: tanggu
25: 온도 조절장치 28: 배출구25: thermostat 28: outlet
31: 제 1 플런저 32: 제 2 플런저31: first plunger 32: second plunger
4: 주입 용기 51: 반응고 금속 슬러리4: injection vessel 51: reaction metal slurry
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일단에 제 1 플런저가 삽입되고, 타단에 제 2 플런저가 삽입된 슬리브의 상기 제 1 플런저와 제 2 플런저 사이에 형성된 영역에 전자기장을 인가하고, 상기 슬리브의 영역에 금속재료를 주입하여 금속 슬러리를 형성하는 단계와, 상기 제 1 플런저를 상기 제 2 플런저의 방향으로 압축 및 냉각하여 빌렛을 형성하는 단계와, 상기 빌렛을 상기 제 2 플런저의 방향으로 이송시켜 배출하는 단계를 포함하는 반용융 성형용 빌렛의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electromagnetic field to the region formed between the first plunger and the second plunger of the sleeve, the first plunger is inserted at one end, the second plunger is inserted at the other end, Injecting a metal material into a region to form a metal slurry, compressing and cooling the first plunger in the direction of the second plunger to form a billet, and transferring the billet in the direction of the second plunger. It provides a method for producing a semi-molten billet billet comprising the step of ejecting.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 빌렛의 형성 단계와 배출 단계의 사이에는, 상기 전자기장 인가 단계에서 상기 제 1 플런저와 제 2 플런저 사이에 형성된 영역에 대응되도록 상기 제 1 플런저와 상기 빌렛의 사이에 소정의 영역을 형성한 후, 상기 전자기장 인가 단계, 상기 금속 슬러리 형성 단계 및 상기 빌렛 형성 단계를 반복하여 복수개의 빌렛을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, between the step of forming the billet and the discharge step, between the first plunger and the billet to correspond to the area formed between the first plunger and the second plunger in the electromagnetic field applying step After forming a predetermined region, the method may include forming a plurality of billets by repeating the electromagnetic field applying step, the metal slurry forming step, and the billet forming step.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬리브의 영역에 금속재료를 주입하기 이전에 이루어질 수 있다.According to another feature of the invention, the application of the electromagnetic field may be made before injecting a metal material into the region of the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬리브의 영역에 금속재료를 주입함과 동시에 이루어질 수 있다.According to another feature of the invention, the application of the electromagnetic field may be made at the same time as the metal material is injected into the region of the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬리브의 영역에 금속재료를 주입하는 도중에 이루어질 수 있다.According to another feature of the invention, the application of the electromagnetic field may be made in the course of injecting a metal material in the region of the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 적어도 상기 슬리브의 영역 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7에 이를 때까지 지속될 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.4에 이를 때까지 지속될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1에 이를 때까지 지속될 수 있다.According to another feature of the invention, the application of the electromagnetic field may last until at least the solid phase rate of the metal material in the region of the sleeve reaches 0.001 to 0.7, preferably may reach until 0.001 to 0.4 More preferably 0.001 to 0.1.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장이 인가되어 있는 슬리브의 영역에 금속재료를 주입한 후에 상기 금속재료를 냉각시키는 단계가 더 포함될 수 있다.According to still another feature of the present invention, the method may further include cooling the metal material after injecting the metal material into an area of the sleeve to which the electromagnetic field is applied.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각단계는 상기 금속재료를 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the invention, the cooling step may include the step of cooling the metal material until a solid phase rate of 0.1 to 0.7.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각 단계는 상기 금속재료를 0.2℃/s 내지 5.0℃/s의 속도로 냉각할 수 있다.According to another feature of the invention, the cooling step may cool the metal material at a rate of 0.2 ℃ / s to 5.0 ℃ / s.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각 단계는 상기 금속재료를 0.2℃/s 내지 2.0℃/s의 속도로 냉각할 수 있다.According to another feature of the invention, the cooling step may cool the metal material at a rate of 0.2 ℃ / s to 2.0 ℃ / s.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내측에 공간부를 구비하고 상기 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부와, 상기 공간부를 관통하도록 설치된 것으로, 상기 전자기장이 인가되는 공간부에 대응되는 소정 영역에 용융된 금속재료가 주입되는 슬리브와, 상기 슬리브의 일단부에 삽입되는 것으로, 상기 슬리브 내에서 상기 금속재료가 수용되는 영역의 일측 벽을 형성하고, 제조된 슬러리를 가압하는 제 1 플런저와, 상기 슬리브의 타단부에 삽입되는 것으로, 상기 슬리브 내에서 상기 금속재료가 수용되는 영역의 타측 벽을 형성하고, 상기 제 1 플런저가 상기 슬러리를 가압할 때에 고정되어 소정 크기의 빌렛을 형성한 후에 후퇴되는 제 2 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 반용융 성형용 빌렛의 제조장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a stirring part for providing an electromagnetic field to the space part and having a space part therein, and installed to penetrate the space part, and corresponding to the space part to which the electromagnetic field is applied. A first plunger inserted into one end of the sleeve, the first plunger which is inserted into one end of the sleeve, forms one wall of the region in which the metal material is accommodated, and pressurizes the manufactured slurry; Inserted into the other end of the sleeve, forming the other side wall of the region in which the metal material is received, and fixed when the first plunger presses the slurry to form a billet of a predetermined size; It provides an apparatus for producing a billet for semi-melting molding comprising a second plunger to be retracted.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브의 상기 금속재료가 수용되는 영역으로부터 상기 제 2 플런저 방향으로 외측에는 하부에 빌렛을 배출하는 배출구가 구비될 수 있다.According to another feature of the invention, the outlet for discharging the billet in the lower portion in the outer direction in the direction of the second plunger from the region in which the metal material of the sleeve is accommodated.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입되기 이전에 전자기장을 인가할 수 있다.According to another feature of the invention, the stirring unit may apply an electromagnetic field before the metal material is injected into the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입됨과 동시에 전자기장을 인가할 수 있다.According to another feature of the invention, the stirring portion may be applied to the electromagnetic field while the metal material is injected into the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입되는 도중에 전자기장을 인가할 수 있다.According to another feature of the invention, the stirring unit may apply an electromagnetic field while the metal material is injected into the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 전자기장의 인가를 적어도 상기 슬리브 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7에 이를 때까지 지속할 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.4에 이를 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1에 이를 때까지 지속할 수 있다.According to another feature of the invention, the stirring unit may continue to apply the electromagnetic field until at least the solid phase of the metal material in the sleeve reaches 0.001 to 0.7, preferably until 0.001 to 0.4. It may be, and more preferably may last until 0.001 to 0.1.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브에는 온도 조절 장치가 더 부가될 수 있다.According to another feature of the invention, the sleeve may be further added to the temperature control device.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브에 설치된 냉각 장치 및 상기 슬리브 외측 벽에 설치된 전기 히터 중 적어도 어느 하나로 구비될 수 있다.According to another feature of the invention, the temperature control device may be provided with at least one of a cooling device installed in the sleeve and an electric heater provided on the outer wall of the sleeve.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 냉각시킬 수 있다.According to another feature of the invention, the temperature control device can cool the metal material in the sleeve until a solid phase rate of 0.1 to 0.7.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.2℃/s 내지 5.0℃/s의 속도로 냉각시킬 수 있다.According to another feature of the invention, the temperature control device can cool the metal material in the sleeve at a rate of 0.2 ℃ / s to 5.0 ℃ / s.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.2℃/s 내지 2.0℃/s의 속도로 냉각시킬 수 있다.According to another feature of the invention, the temperature control device can cool the metal material in the sleeve at a rate of 0.2 ℃ / s to 2.0 ℃ / s.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 반용융 성형용 빌렛은 반용융 성형법에서 사용하게 될 빌렛을 말하는 것으로, 이는 반응고 성형법에 의해 제조된다. 따라서, 본 발명의 반용융 성형용 빌렛의 제조방법은 기본적으로는 반응고 성형법에 기초한 것으로, 이하에서는 먼저, 이렇게 본 발명에 따라 반용융 성형용 빌렛을 만드는 방법, 즉, 반응고 성형법을 도 1을 참조로 설명한다.The semi-molten billet according to the present invention refers to the billet to be used in the semi-molten molding method, which is produced by the reaction solidification method. Therefore, the method for producing a semi-melt molding billet of the present invention is basically based on a reaction solid-forming method. Hereinafter, a method of making a semi-melt molding billet according to the present invention, that is, a reaction solid-molding method will be described below. This will be described with reference.
전술한 종래 기술들에서 볼 수 있는 바와 달리, 본 발명의 반응고 성형 방법은 슬리브에 용융된 금속재료를 주입하여 슬러리를 제조한 후 이를 가압 성형하여 소정 크기의 빌렛을 제조한다. 이 때, 본 발명에서는 상기 슬리브에의 용융 금속의 주입이 완료되기 전에 전자기장에 의한 교반을 행한다. 즉, 슬리브에 금속재료를 주입하기 전, 슬리브에 금속재료를 주입함과 동시, 또는 슬리브에 금속재료를 주입하는 도중에 전자기장에 의한 교반을 실시함으로써, 초기 수지상 조직의 생성을 차단하는 것이다. 이 때, 상기 교반으로는 전자기장 대신 초음파 등이 이용될 수도 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Unlike the conventional techniques described above, in the reaction chamber forming method of the present invention, a molten metal material is injected into a sleeve to prepare a slurry, and then press-molded to produce a billet having a predetermined size. At this time, in this invention, stirring by an electromagnetic field is performed before injection of molten metal into the said sleeve is completed. In other words, before the metal material is injected into the sleeve, the formation of the initial dendritic tissue is blocked by performing agitation by an electromagnetic field at the same time as the metal material is injected into the sleeve or during the metal material is injected into the sleeve. In this case, ultrasonic waves may be used instead of the electromagnetic field as the stirring. This will be described in more detail as follows.
즉, 소정의 공간부에 금속재료가 주탕되지 않고 비어있는 슬리브를 배치시키고, 이렇게 비어있는 슬리브의 소정 영역에 전자기장을 인가해 준다. 이 때, 전자기장의 인가는 금속재료를 교반할 수 있는 세기로 이루어진다.That is, an empty sleeve is disposed without pouring metal material in a predetermined space, and an electromagnetic field is applied to a predetermined area of the empty sleeve. At this time, the application of the electromagnetic field is made of an intensity capable of stirring the metal material.
그 다음으로, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 용융된 금속재료를 주탕온도 Tp에서 슬리브에 주입하는 데, 이 때, 슬리브에는 전자기장이 인가되어 교반이 이루어지고 있는 상태가 될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 금속재료의 주탕과 동시에 상기 전가기장 교반이 행해질 수도 있고, 또는 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장 교반이 행해질 수도 있다.Next, as can be seen in Figure 1, the molten metal material is injected into the sleeve at the pouring temperature Tp, at which time the electromagnetic field is applied to the sleeve may be in a state where stirring is performed. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the electric field agitation may be performed simultaneously with the pouring of the metal material, or the electromagnetic field agitation may be performed while the metal material is being poured.
이렇게 상기 슬리브에 용융된 금속재료의 주입이 완료되기 전에 전자기장 교반을 행함에 따라, 용융된 금속재료가 저온의 슬리브 내벽에서의 초기 응고층으로부터 수지상 조직으로 성장해 나가는 일이 없게 되고, 슬리브 전체에 걸쳐 미세한 결정핵들이 동시에 발생하게 되며, 슬리브 내의 금속재료 전체가 균일하게 액상선 온도 직하로 급속히 냉각되어 다수의 결정핵을 동시에 발생시킬 수 있다.As the electromagnetic agitation is performed before the injection of the molten metal material into the sleeve is completed, the molten metal material does not grow from the initial solidification layer at the inner wall of the low temperature sleeve to the dendritic structure, and the entire sleeve Fine crystal nuclei are generated at the same time, and the entire metal material in the sleeve can be rapidly cooled directly below the liquidus temperature to generate a plurality of crystal nuclei simultaneously.
이는 슬리브에 금속재료를 주입하기 이전 또는 주입과 동시에 전자기장을 인가함으로써 활발한 초기 교반작용으로 인해 내부의 금속재료과 표면의 금속재료가 잘 교반되어 금속재료 내에서의 열전달이 빠르게 일어나고, 슬리브 내벽에서의 초기 응고층 형성이 억제되기 때문이다. 또한, 잘 교반되고 있는 금속재료과 저온의 슬리브 내벽과의 대류 열전달이 증가하여 금속재료 전체의 온도를 급속히 냉각시키게 된다. 즉, 주입된 금속재료가 주입과 동시에 전자기장 교반에 의해 분산 입자들로 흩어지고 이 분산 입자들이 결정핵으로서 슬리브 내에 고루 분포하게 되며, 이에 따라 슬리브 전체에 걸쳐 온도차가 발생하지 않게 되는 것이다. 반면, 종래기술들에 의하면 주입된 금속재료가 저온의 슬리브 내벽과 접촉하여 급속한 대류열전달에 의해 슬리브 내벽에서의 초기 응고층에서 수지상 결정으로 성장하게 되는 것이다.This is due to active initial agitation by applying an electromagnetic field before or at the same time as injecting the metal material into the sleeve, which causes the internal metal material and the metal material on the surface to stir well and heat transfer within the metal material occurs quickly. This is because coagulation layer formation is suppressed. In addition, convective heat transfer between the well-stirred metal material and the inner sleeve inner wall of the sleeve increases, thereby rapidly cooling the temperature of the entire metal material. That is, the injected metal material is dispersed into the dispersed particles by electromagnetic field stirring at the same time as the injection, and the dispersed particles are evenly distributed in the sleeve as crystal nuclei, so that a temperature difference does not occur throughout the sleeve. On the other hand, according to the prior arts, the injected metal material is brought into contact with the inner sleeve of the low temperature sleeve and grows into the dendritic crystal in the initial solidification layer in the inner sleeve wall by rapid convection heat transfer.
이러한 원리는 응고잠열과 관련하여 설명될 수도 있는 데, 즉, 슬리브의 벽면에서의 금속재료의 초기 응고가 발생되지 않으므로, 응고잠열의 발생이 없게 되고, 이에 따라 금속재료의 냉각은 단지 금속재료의 비열 (응고잠열의 1/400 정도에 불과함)에 해당하는 정도의 열량의 방출만으로 가능하게 된다. 따라서, 종래기술과 같이 슬리브의 내측 벽면에서 발생되는 초기 응고층인 수지상 결정이 형성됨이 없이, 슬리브 내의 금속재료가 슬리브의 벽면으로부터 중심부에 걸쳐 전체적으로 균일하고 급속하게 온도가 저하되는 양상을 나타낸다. 그에 소요되는 시간은 금속재료의 주입 후 1 내지 10초 정도의 짧은 시간에 불과하다. 이에 따라, 다수의 결정핵이 슬리브 내의 금속재료 전체에 걸쳐 균일하게 생성되며, 결정핵 생성밀도의 증가로 결정핵간의 거리는 매우 짧아지게 되고, 이에 따라 수지상 결정이 형성되지 않고 독립적으로 성장하여 구상입자를 형성하게 된다.This principle may be explained in terms of latent heat of solidification, that is, no initial solidification of the metal material at the wall surface of the sleeve occurs, so that no latent heat of solidification occurs, so that the cooling of the metal material is only performed by the metal material. It is possible to release only the amount of heat corresponding to the specific heat (only about 1/400 of the latent heat of coagulation). Therefore, as shown in the prior art, without forming a dendrite crystal which is an initial solidification layer generated on the inner wall surface of the sleeve, the metal material in the sleeve exhibits a uniform and rapid temperature drop throughout the center from the wall surface of the sleeve. The time required is only a short time of about 1 to 10 seconds after the injection of the metal material. As a result, a large number of crystal nuclei are uniformly generated throughout the metal material in the sleeve, and the distance between the crystal nuclei becomes very short due to the increase in the density of nuclei formation. Accordingly, dendritic crystals do not form and grow independently to form spherical particles. Will form.
이는 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장이 인가되는 경우에도 마찬가지이다. 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장이 인가되는 경우에는 비록 슬리브 내벽면에 초기 응고층이 형성되어 있다 하더라도, 주입되는 과정에서의 전자기장 교반에 의해 이들 초기 응고층은 더 이상 수지상 조직으로의 성장이 이루어지지 않게 되는 것이다. 그리고, 그 이후의 효과는 전술한 바와 같다.The same applies to the case where an electromagnetic field is applied while the metal material is being poured. In the case where an electromagnetic field is applied while the metal material is being poured, although the initial solidification layer is formed on the inner wall of the sleeve, the initial solidification layer no longer grows to the dendritic structure by stirring the electromagnetic field during the injection process. You will not lose. The effects thereafter are as described above.
이 때, 상기 금속재료의 주탕 온도 Tp(pouring temperature)는 액상선 온도 내지 액상선 + 100℃ 사이의 온도(용탕 과열도, melt superheat=0℃~100℃)로 유지되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 금속재료가 담긴 슬리브 내부 전체가 균일하게 냉각되므로, 슬리브에 금속재료를 주입하기 전에 액상선 온도 부근까지 냉각할 필요가 없고 액상선 온도보다 100℃ 정도의 높은 온도를 유지해도 무방하기 때문이다. 반면, 금속재료를 슬러리 제조용기에 주입한 후 금속재료의 일부가 액상선 이하로 되는 시점에서 용기에 전자기장을 인가하는 종래의 방법에서는 용기의 벽면에 초기 응고층이 형성되면서 응고잠열이 발생되는데, 응고잠열은 비열의 약 400배 정도이므로 용기 전체의 금속재료의 온도가 떨어지기에는 많은 시간이 걸릴 수밖에 없다. 따라서, 이러한 종래 방법에서는 액상선 정도 또는 액상선보다 50℃ 정도 높은 온도까지 금속재료의 온도를 냉각시킨 다음 용기에 주입하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이 때에는 주입되는 금속재료의 온도가 적정 온도가 될 때까지 기다릴 필요가 있게 되는 데, 이를 조절하는 것은 실제 공정에서 매우 까다로운 일이다.At this time, the pouring temperature Tp (pouring temperature) of the metal material is preferably maintained at a temperature (melting superheat degree, melt superheat = 0 ~ 100 ℃) between the liquid line temperature to the liquid line + 100 ℃. As described above, since the entire inside of the sleeve containing the metal material is uniformly cooled, there is no need to cool the liquidus temperature near the liquidus temperature before injecting the metal material into the sleeve, and the temperature may be maintained at about 100 ° C above the liquidus temperature. Because. On the other hand, in the conventional method of applying an electromagnetic field to the container when the metal material is injected into the slurry production container and a part of the metal material becomes below the liquidus line, the initial solidification layer is formed on the wall of the container, and the latent heat of solidification is generated. Since the latent heat of coagulation is about 400 times the specific heat, it takes much time for the temperature of the metal material of the entire container to drop. Therefore, in this conventional method, it was common to cool the temperature of the metal material to a temperature of about 50 ° C. above the liquidus level or to inject it into a container. However, at this time, it is necessary to wait until the temperature of the metal material to be injected is an appropriate temperature, which is very difficult in the actual process.
또한, 본 발명에 있어 상기 전자기장 교반을 종료하는 시점은 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브 내의 금속재료가 적어도 일부분이라도 그 온도가 액상선 온도(Tℓ) 이하로 내려왔을 때에, 즉, 고상율이 0.001 정도로 소정의 결정핵이라도 형성된 이후라면 상기 전자기장 교반을 어느 때 종료하더라도 크게 문제될 여지가 없다. 즉, 슬리브에 용융된 금속재료를 주입하고 이 금속재료를 냉각시키는 단계 및/또는 후속하는 가압에 따른 빌렛의 형성 단계까지 상기 전자기장 교반을 가해도 무방한 것이다. 이는 이미 슬리브의 슬러리 제조영역 전체에 걸쳐 결정핵이 고르게 분포되어 있기 때문에 이 결정핵을 중심으로 하여 결정립이 성장하는 단계에서의 전자기장 교반은 제조되는 금속 슬러리의 특성에 영향을 미치지 않기 때문이다.In addition, in this invention, when the said electromagnetic field stirring is complete | finished, as shown in FIG. 1, even when the metal material in a sleeve is at least one part, when the temperature fell below liquidus temperature ( Tl ), ie, solid phase, If the rate is set to about 0.001 or even predetermined crystal nuclei, there is no big problem even if the electromagnetic agitation is terminated at any time. That is, the electromagnetic field agitation may be applied until the molten metal material is injected into the sleeve, the metal material is cooled, and / or the formation of the billet according to subsequent pressurization. This is because the magnetic field agitation at the stage of crystal grain growth around the crystal nuclei does not affect the properties of the metal slurry to be produced because the nuclei are evenly distributed throughout the slurry manufacturing region of the sleeve.
다만, 상기와 같은 전자기장 교반은 슬리브 내에서 금속 슬러리를 제조하는 동안에만 가하여도 충분하므로, 적어도 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7 중 어느 시점에 이를 때까지라도 지속할 수 있고, 에너지 효율면에서는, 적어도 슬러리 제조 영역 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.4가 될 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.1이 될 때까지 지속할 수 있다.However, the above-mentioned electromagnetic agitation may be applied only during the manufacture of the metal slurry in the sleeve, and therefore, at least until the solid phase rate of the metal material reaches any point of 0.001 to 0.7, and in terms of energy efficiency, It can last at least until the solid phase rate of the metal material in the slurry production zone becomes 0.001 to 0.4, and more preferably can be continued until the solid phase rate of the metal material becomes 0.001 to 0.1.
한편, 슬리브의 슬러리 제조 영역에 용융된 금속재료를 주입하여, 균일한 분포의 결정핵을 형성한 후에는 상기 슬러리 제조 영역을 냉각시켜 상기 생성된 결정핵의 성장을 가속시킨다. 따라서, 이러한 냉각 단계는 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입할 때부터 이루어지도록 하여도 무방하다. 또한, 전술한 바와 같이, 이 냉각 단계 동안에도 전자기장은 지속적으로 인가되어도 무방하다.On the other hand, after the molten metal material is injected into the slurry production region of the sleeve to form crystal nuclei with a uniform distribution, the slurry production region is cooled to accelerate the growth of the generated crystal nuclei. Therefore, this cooling step may be performed when the metal material is injected into the slurry production region. As described above, the electromagnetic field may be continuously applied even during this cooling step.
한편, 이러한 냉각 단계는 후속 공정인 가압에 따른 빌렛 형성 공정 전까지 지속될 수 있는 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 금속재료가 0.1 내지 0.7의 고상율에 이르는 시점(t2)까지 냉각 단계를 유지시킬 수도 있다. 이 때, 금속재료의 냉각속도는 0.2℃/sec 내지 5.0℃/sec 정도가 될 수 있으며, 이는 또한 결정핵의 분포도 및 입자의 미세도 등에 따라 0.2℃/sec 내지 2.0℃/sec 로 할 수도 있다.On the other hand, such a cooling step may be continued until the billet forming process according to the pressurization, which is a subsequent process, according to a preferred embodiment of the present invention, the cooling step to a time (t2) until the metal material reaches a solid phase rate of 0.1 to 0.7 You can also keep it. At this time, the cooling rate of the metal material may be about 0.2 ℃ / sec to 5.0 ℃ / sec, which may also be 0.2 ℃ / sec to 2.0 ℃ / sec depending on the distribution of crystal nuclei and the fineness of the particles. .
이러한 방법에 따라 소정의 고상율을 지닌 반응고 상태의 금속 슬러리를 제조할 수 있으며, 이를 곧바로 가압함과 동시에 냉각시켜 반용융 성형용 빌렛을 제조한다.According to this method, a metal slurry in a solid state of a solid state having a predetermined solid phase rate can be prepared, and it is immediately pressurized and cooled to prepare a billet for semi-molding molding.
이상 설명한 바와 같은 방법에 따르면, 반응고 상태의 금속 슬러리를 제조하는 시간을 매우 현격히 단축시킬 수 있는 데, 상기 금속재료의 슬리브로의 주입시점으로부터 고상율 0.1 내지 0.7의 금속 슬러리 형태의 금속재료로 형성되는 시점까지 소요되는 시간은 30초 내지 60초에 불과하다. 이에 따라 제조된 금속 슬러리를 사용하여 빌렛을 성형하게 되면 균일하고 치밀한 구상(球狀)의 결정구조를 얻을 수 있다.According to the method as described above, it is possible to significantly shorten the time for producing the metal slurry in the reaction solid state, from the time of injection of the metal material into the sleeve to the metal material in the form of a metal slurry with a solid phase of 0.1 to 0.7 The time required to form is only 30 seconds to 60 seconds. When the billet is formed by using the prepared metal slurry, a uniform and dense spherical crystal structure can be obtained.
이상 설명한 바와 같은 반응고 성형 방법을 기초로 하여 도 2 내지 도 7에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 반용융 성형용 빌렛의 제조장치에 의해 반용융 성형용 빌렛을 제조하도록 할 수 있다.Based on the reaction solidification method as described above, it is possible to produce a semi-molten billet by the apparatus for producing a semi-molten billet according to a preferred embodiment of the present invention according to Figs.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조장치는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 내측에 공간부(11)를 구비하고 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)가 상기 공간부(11)를 둘러싸도록 구비된 교반부(1)와, 상기 공간부(11)를 관통하도록 설치되는 슬리브(2)와, 상기 슬리브(2)의 일단부에 삽입되는 제 1 플런저(31)와, 상기 슬리브(2)의 타단부에 삽입되는 제 2 플런저(32)로 구비된다.As shown in FIG. 2, the apparatus for manufacturing a billet for semi-melting molding according to an exemplary embodiment of the present invention includes a space part 11 therein, and coil devices 12 and 13 for applying an electromagnetic field are described above. Stirring part 1 provided to surround the space part 11, a sleeve 2 installed to penetrate the space part 11, and a first plunger 31 inserted into one end of the sleeve 2; ) And a second plunger 32 inserted into the other end of the sleeve 2.
상기 교반부(1)는 내측에 공간부(11)를 구비하고, 이 공간부(11)를 둘러싸도록 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)가 배설되어 있다. 이 공간부(11)와 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)는 별도의 프레임 구조(미도시)에 의해 고정된다. 상기 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)는 소정 세기의 전자기장을 상기 공간부(11)를 향하여 발산하도록 구비된 것으로, 공간부(11) 내를 관통하는 슬리브(2)에 주입되는 금속재료를 전자기 교반하고, 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되어 그 세기 및 작동 시간 등이 조정된다. 상기와 같은 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)는 통상의 전자기 교반에 사용될 수 있는 코일장치면 어떠한 것이든 적용될 수 있고, 이 외에도 초음파 교반장치가 사용될 수도 있다.The stirring section 1 includes a space 11 inside, and coil devices 12 and 13 for applying electromagnetic fields are disposed to surround the space 11. The space 11 and the electromagnetic field applying coil devices 12 and 13 are fixed by a separate frame structure (not shown). The coil device 12 and 13 for applying an electromagnetic field are provided to emit an electromagnetic field having a predetermined intensity toward the space 11, and a metal material injected into the sleeve 2 penetrating through the space 11. Electromagnetic agitation, and electrically connected to a control unit (not shown) to adjust the strength and operating time. Coil device 12, 13 for applying the electromagnetic field as described above may be applied to any coil device that can be used for conventional electromagnetic stirring, in addition to the ultrasonic stirring device may be used.
한편, 상기 전자기장 인가용 코일장치(12)(13)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브(2)의 내부, 특히, 슬리브(2)에 형성된 슬러리 제조영역(21) 및 슬리브의 탕구(22)로부터 연장된 주탕용 치구(23)에 전자기장을 인가한다. 상기 상부 코일장치(12)는 도 2와는 달리 주탕용 치구(23) 전체를 커버할 수 있도록 형성될 수 있음은 물론이다. 이에 따라 슬리브(2)에 주입되는 금속재료는 주입의 단계에서부터 철저히 교반이 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 전자기장의 인가, 즉, 교반부에 의한 전자기장 교반은 전술한 바와 같이, 제조된 반응고 금속 슬러리가 압축될 때까지 지속되어도 무방하다. 즉, 전자기장은 종료하지 않아도 되는 것이다. 다만, 에너지 효율 차원에서 슬리브(2)의 제조과정까지 전자기장 교반을 행할 수 있으므로, 적어도 고상율이 0.001 내지 0.7일 때까지 전자기장 교반을 지속할 수 있고, 바람직하게는 적어도 그 고상율이 0.001 내지 0.4 정도 될 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 적어도 그 고상율이 0.001 내지 0.1 정도 될 때까지 지속할 수 있다. 이러한 고상율이 되는 시간은 미리 실험에 의해 알아낼 수 있다.On the other hand, the coil device 12, 13 for applying the electromagnetic field is, as can be seen in Figure 2, inside the sleeve 2, in particular, the slurry manufacturing area 21 formed in the sleeve 2 and the mouth of the sleeve ( An electromagnetic field is applied to the pouring tool 23 extending from 22). The upper coil device 12 may be formed so as to cover the entire pouring jig 23 unlike FIG. 2. Accordingly, the metal material injected into the sleeve 2 is to be thoroughly stirred from the stage of injection. The application of this electromagnetic field, i.e., electromagnetic agitation by the stirring unit, may be continued until the reaction solid metal slurry produced is compressed, as described above. In other words, the electromagnetic field does not have to be terminated. However, since the electromagnetic agitation can be performed until the manufacturing process of the sleeve 2 in terms of energy efficiency, the electromagnetic agitation can be continued until at least the solid phase ratio is 0.001 to 0.7, and preferably the solid phase ratio is at least 0.001 to 0.4. It can last until it becomes about, More preferably, it can last at least until the solid phase rate is about 0.001 to 0.1. The time to become such a solid phase rate can be found beforehand by experiment.
본 발명에 따른 슬리브(2)는 전자기장 교반에 의해 용융된 금속재료를 반응고 슬러리(slurry)로 제조하는 슬러리 제조용기의 기능과 제조된 슬러리를 빌렛으로 제조할 때에 그 성형 틀로서의 기능을 겸비한다. 따라서, 상기 슬리브(2)에는 전술한 바와 같이, 금속재료의 주입이 완료되기 전에 전자기장 교반이 행해져야 한다.The sleeve 2 according to the present invention combines the function of a slurry production vessel for reacting and melting a molten metal material by electromagnetic field stirring into a slurry, and as a forming mold when the manufactured slurry is prepared from billets. . Thus, as described above, the sleeve 2 must be subjected to electromagnetic stirring before the injection of the metallic material is completed.
상기 슬리브(2)의 일단부에는 제 1 플런저(31)가 삽입되고, 타단부에는 제 2 플런저(32)가 삽입된다. 이러한 제 1 플런저(31)와 제 2 플런저(32)는 서로 소정 거리 이격되어 배치되어 그 사이에 소정의 영역을 형성한다. 이 영역은 슬러리 제조영역(21)이 되며, 제 1 플런저(31)는 이 슬러리 제조영역(21)의 일측 벽을 형성하고, 제 2 플런저(32)는 타측 벽을 형성한다. 상기 슬러리 제조영역(21)에는 상기 교반부(1)에 의해 전자기장이 인가되며, 이 영역(21)에 레이들(ladle)과 같은 주입용기(4)에 의해 액상의 금속재료가 슬러리 제조영역(21)에 주탕된다. 상기 슬리브(2)의 상부에는 금속재료가 주입될 수 있도록 탕구(22)가 형성되고, 이 탕구(22)에는 주탕용기(4)로부터의 주탕이 용이하도록 깔때기 형상의 주탕용 치구(23)가 교반부(1) 외측으로 연장되어 있다.The first plunger 31 is inserted into one end of the sleeve 2, and the second plunger 32 is inserted into the other end. The first plunger 31 and the second plunger 32 are spaced apart from each other by a predetermined distance to form a predetermined region therebetween. This area becomes the slurry production area 21, the first plunger 31 forms one wall of the slurry production area 21, and the second plunger 32 forms the other wall. An electromagnetic field is applied to the slurry production zone 21 by the stirring unit 1, and a liquid metal material is injected into the slurry production zone by an injection vessel 4 such as a ladle. 21) is pouring. A spout 22 is formed in the upper portion of the sleeve 2 so that a metal material can be injected therein, and the spout 22 has a funnel-shaped jig for easy pouring from the spout container 4. It extends out of the stirring part 1.
상기 슬리브(2)는 금속재로 구비될 수 있고, 알루미나 또는 질화 알루미늄 같은 절연성 소재로 구비할 수도 있다. 금속재로 구비될 경우, 그 융점이 수용되는 금속재료의 온도보다 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만 별도의 열전대를 내장시키고, 이 열전대를 제어부(미도시)에 연결시켜 온도 정보를 제어부로 송출시키도록 할 수 있다.The sleeve 2 may be provided with a metal material, or may be provided with an insulating material such as alumina or aluminum nitride. When provided with a metal material, it is preferable to use the thing whose temperature is higher than the temperature of the metal material accommodated. Although not shown in the drawings, a separate thermocouple may be embedded, and the thermocouple may be connected to a controller (not shown) to transmit temperature information to the controller.
도 2에서 볼 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 슬리브(2)는 온도 조절장치(25)를 더 구비할 수 있다. 이 온도 조절장치(24)는 냉각 장치 및 가열 장치가 단독 또는 복합적으로 적용될 수 있는 것으로, 도 2에서 볼 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 경우, 냉각 장치, 예컨대, 냉각수 파이프(26)가 워터 자켓의 형태와 같이 별도의 고정 블록(27)에 내장되어 상기 슬리브(2)의 외측을 둘러 싸도록 형성되어 있으나, 여기에 전기 히터와 같은 가열 장치(미도시)를 추가로 설치할 수 있다. 이 때, 이 전기 히터는 슬리브의 외측 벽에 형성된 코일상의 전기 히터일 수 있다. 그리고 상기 슬리브에는 열전대를 내장시킬 수 있음은 물론이다. 상기와 같은 온도조절장치(25)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브(2) 전체에 걸쳐 설치될 수도 있지만, 슬리브 제조영역(21)의 주위에만 집중적으로 설치될 수 있음은 물론이다.In a preferred embodiment of the invention as seen in FIG. 2, the sleeve 2 may further comprise a temperature control device 25. The temperature control device 24 may be applied alone or in combination with a cooling device and a heating device. In a preferred embodiment of the present invention as shown in FIG. 2, a cooling device, such as a cooling water pipe 26, may be Like a jacket, it is built in a separate fixing block 27 so as to surround the outside of the sleeve 2, but a heating device (not shown) such as an electric heater may be additionally installed therein. At this time, the electric heater may be a coiled electric heater formed on the outer wall of the sleeve. And of course the thermocouple can be embedded in the sleeve. As shown in FIG. 2, the thermostat device 25 may be installed throughout the sleeve 2, but may be intensively installed only around the sleeve manufacturing area 21.
이러한 온도조절장치(25)에 의해 슬리브(2) 내에 수용된 금속재료를 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 냉각시킨다. 또한, 냉각 속도도 조절하여 0.2 내지 5.0℃/s의 속도로 냉각하며, 바람직하게는 0.2 내지 2.0℃/s의 속도로 냉각할 수 있다. 이 때, 이러한 냉각은 전술한 바와 같이, 전자기장의 교반이 종료된 후에 행할 수도 있고, 전자기장 교반과는 무관하게, 즉, 전자기장의 인가가 지속되고 있는 동안에도 행할 수 있다. 또한, 용탕의 주입단계에서부터 행할 수도 있다. 그리고, 이러한 온도조절장치(25)는 이러한 냉각 단계 후에 제조된 슬러리를 가압하여 빌렛을 성형할 때에는 더욱 빠른 속도로 냉각시킬 수 있도록 한다.The metal material contained in the sleeve 2 is cooled by such a thermostat 25 until it reaches a solid phase rate of 0.1 to 0.7. In addition, the cooling rate is also adjusted to cool at a rate of 0.2 to 5.0 ° C./s, preferably at a rate of 0.2 to 2.0 ° C./s. At this time, such cooling may be performed after the stirring of the electromagnetic field is completed, as described above, and may be performed irrespective of the stirring of the electromagnetic field, that is, while the application of the electromagnetic field is continued. It may also be performed from the pouring step of the molten metal. In addition, the temperature control device 25 pressurizes the slurry prepared after the cooling step so that it can be cooled at a higher speed when molding the billet.
한편, 상기 슬리브(2)의 일단부 및 타단부에 각각 삽입되는 제 1 및 제 2 플런저(31)(32)는 별도의 실린더장치(미도시)에 연결되어 슬리브(2) 내를 피스톤 왕복운동을 한다. 상기 제 1 플런저(31)는 전자기장이 인가되고 냉각이 진행되는 동안, 즉, 슬러리를 제조하는 동안에는 상기 슬러리 제조영역(21)의 일측 벽을 형성하고, 슬러리 제조가 종료된 후에는 상기 슬러리를 가압하도록 구동된다. 상기 제 2 플런저(32)는 슬러리를 제조하는 동안 상기 슬러리 제조영역(21)의 타측 벽을 형성하고, 상기 제 1 플런저(31)가 상기 슬러리를 가압할 동안에는 고정되어 소정 크기의 빌렛을 형성하며, 그 후에는 후퇴되어 제조된 빌렛이 제 1 플런저(31)와 다시 슬러리 제조영역(21)을 형성하도록 한다.Meanwhile, the first and second plungers 31 and 32 respectively inserted into one end and the other end of the sleeve 2 are connected to a separate cylinder device (not shown) to reciprocate the piston in the sleeve 2. Do it. The first plunger 31 forms one wall of the slurry production zone 21 during the application of the electromagnetic field and cooling, that is, during slurry production, and pressurizes the slurry after the slurry production is completed. Is driven to. The second plunger 32 forms the other wall of the slurry production zone 21 during slurry production, and is fixed while the first plunger 31 pressurizes the slurry to form billets of a predetermined size. After that, the billet produced after being retracted forms the slurry manufacturing region 21 again with the first plunger 31.
다음으로, 도 1 내지 도 7을 참조로 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조 장치에 의한 본 발명의 반용융 성형용 빌렛의 제조방법을 설명한다.Next, with reference to Figures 1 to 7 will be described a method for producing a billet for half melt molding of the present invention by the apparatus for producing a billet for half melt molding according to a preferred embodiment of the present invention configured as described above.
먼저, 도 2에서 볼 수 있듯이, 교반부(1)에서 전자기장 인가용 코일장치(12)(13) 의해 공간부(11) 내에 소정 주파수 및 강도로 전자기장이 인가되도록 한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면 상기 전자기장 인가용 코일장치는 250V, 60Hz, 500Gauss로 전자기장을 인가할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 반응고 성형용 전자기장 교반에 사용되는 어떠한 정도의 전자기장이라도 적용 가능하다.First, as shown in FIG. 2, the electromagnetic field is applied at a predetermined frequency and intensity into the space 11 by the coil device 12 and 13 for applying an electromagnetic field in the stirring unit 1. According to a preferred embodiment of the present invention, the electromagnetic field applying coil device may apply an electromagnetic field at 250V, 60Hz, 500Gauss, but is not necessarily limited thereto. Applicable
이 상태에서 별도의 로에서 용융된 금속재료를 레이들과 같은 주입 용기(5)에 의해 이송하여 전자기장의 영향 하에 있는 슬리브(2) 내로 주입한다. 이 때, 로와 슬리브를 직접 연결하여 용융된 액상의 금속재료가 곧바로 슬리브 내로 주입되도록 할 수도 있다. 또한, 이 때의 상기 금속재료는 전술한 바와 같이, 액상선 온도+ 100℃정도의 온도가 되어도 무방하다. 그리고, 금속재료가 주입되는 상기 슬리브(2)의 내부는 제 1 플런저(31)와 제 2 플런저(32)에 의해 소정의 영역이 형성되어 있으며, 이 영역이 슬러리 제조영역(21)이 된다. 또한, 이 슬러리 제조영역(21)에 금속재료를 주입하기 전에 주입된 용탕, 즉, 금속재료의 산화를 막기 위하여 별도의 가스 공급관(24)을 통해 N2, Ar 등의 불활성 가스를 주입해준다.In this state, the molten metal material in a separate furnace is transferred by an injection vessel 5 such as a ladle and injected into the sleeve 2 under the influence of the electromagnetic field. At this time, the furnace and the sleeve may be directly connected to allow the molten liquid metal material to be directly injected into the sleeve. In addition, as mentioned above, the said metallic material may be temperature of liquidus temperature + about 100 degreeC as mentioned above. In addition, a predetermined region is formed in the sleeve 2 into which the metal material is injected by the first plunger 31 and the second plunger 32, and this region becomes the slurry manufacturing region 21. In addition, inert gas such as N 2 or Ar is injected through a separate gas supply pipe 24 in order to prevent oxidation of the molten metal, that is, the metal material injected before the metal material is injected into the slurry manufacturing region 21.
이처럼, 완전히 용융되어 액상인 금속재료를 전자기 교반이 진행되고 있는 슬리브(2)의 슬러리 제조영역(21) 내에 주입하면, 슬러리 제조영역(21) 전체에 걸쳐 미세한 재결정 입자들이 분포하게 되며, 이 재결정 입자들은 빠르게 성장하여 수지상 구조의 생성이 일어나지 않게 된다.As such, when the fully melted and liquid metal material is injected into the slurry production zone 21 of the sleeve 2 where electromagnetic stirring is in progress, fine recrystallized particles are distributed throughout the slurry production zone 21, and this recrystallization is performed. The particles grow quickly so that no dendritic structure is produced.
상기 전자기장의 인가는 이 밖에도 금속재료의 주입과 동시에 가해지거나, 금속재료가 주입되는 도중에 가해질 수도 있음은 전술한 바와 같다.As described above, the electromagnetic field may be applied at the same time as the injection of the metal material or may be applied during the injection of the metal material.
또한, 상기 전자기장의 인가는 전술한 바와 같이, 빌렛의 성형 시까지 행할 수 있으나, 적어도 그 고상율이 0.001 내지 0.7 정도 될 때까지 지속하고, 바람직하게는 적어도 그 고상율이 0.001 내지 0.4정도 될 때까지 지속하며, 더욱 바람직하게는 적어도 그 고상율이 0.001 내지 0.1 정도 될 때까지 지속한다. 이러한 시간은 미리 실험에 의해 알아낼 수 있으며, 이렇게 해서 정해진 시간 동안 전자기장을 인가하는 것이다.In addition, the application of the electromagnetic field may be performed until the billet is formed, as described above, but at least until the solid phase ratio is about 0.001 to 0.7, preferably when the solid phase ratio is about 0.001 to 0.4. And more preferably at least until its solid phase rate is about 0.001 to 0.1. This time can be determined by experiment in advance, and thus applying the electromagnetic field for a fixed time.
전자기장의 인가가 종료된 후 또는 전자기장의 인가가 지속되고 있는 동안에 상기 슬러리 제조영역(21)의 금속재료가 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 소정의 속도로 냉각시키는 냉각단계를 거쳐 반응고 금속 슬러리(51)를 제조한다. 이 때, 상기 냉각 속도는 슬리브(2)외측에 설치된 온도 조절장치(25), 즉, 냉각수 파이프(26)를 흐르는 냉각수 등에 의해 조절되어 0.2℃/sec 내지 5.0℃/sec의 속도가 될 수 있으며, 더 바람직하게는 0.2℃/sec 내지 2.0℃/sec의 속도가 될 수 있다. 고상율이 0.1 내지 0.7에 이르는 시간(t2)는 미리 실험을 통해 알 수 있다.After the application of the electromagnetic field is terminated or while the application of the electromagnetic field continues, the reaction metal is subjected to a cooling step of cooling at a predetermined rate until the metal material in the slurry production region 21 reaches a solid phase rate of 0.1 to 0.7. The slurry 51 is prepared. At this time, the cooling rate is controlled by the temperature control device 25 installed outside the sleeve 2, that is, the cooling water flowing through the cooling water pipe 26 may be a rate of 0.2 ℃ / sec to 5.0 ℃ / sec. More preferably, it may be a rate of 0.2 ℃ / sec to 2.0 ℃ / sec. The time t2 at which the solid phase ratio reaches 0.1 to 0.7 can be known through experiments in advance.
이렇게 반응고 금속 슬러리를 제조한 후에는 도 3에서 볼 수 있듯이, 제 2 플런저(32)를 고정시킨 상태에서 제 1 플런저(31)를 상기 제 2 플런저(32)의 방향으로 가압하여 소정 크기의 제 1 빌렛(52)을 형성한다. 그 다음으로는, 냉각수에 의해 냉각속도를 더욱 높여 급냉할 수 있다.After the reaction solid metal slurry is manufactured in this way, as shown in FIG. 3, the first plunger 31 is pressed in the direction of the second plunger 32 in a state where the second plunger 32 is fixed. The first billet 52 is formed. Subsequently, the cooling speed can be further increased by the cooling water to rapidly quench.
제 1 빌렛(52)이 형성된 후에는 도 4에서 볼 수 있듯이, 제 1 플런저(31)를 제 2 플런저(32)의 방향으로 더욱 가압하여 상기 제 2 플런저(32)와 제 1 빌렛(52)을 제 2 플런저(32)의 방향으로 이송시킨다. 이 때, 상기 제 2 플런저(32)의 이송은 제 1 플런저(31)의 가압력에 의존할 수도 있지만, 제 2 플런저(32)를 별도로 가동시킬 수도 있다.After the first billet 52 is formed, as shown in FIG. 4, the second plunger 32 and the first billet 52 are further urged by pressing the first plunger 31 in the direction of the second plunger 32. Is transferred in the direction of the second plunger 32. At this time, the transfer of the second plunger 32 may depend on the pressing force of the first plunger 31, but the second plunger 32 may be operated separately.
상기 제 2 플런저(32)와 제 1 빌렛(52)의 이송 거리는 제 1 빌렛(52)의 제 1 플런저(31) 방향의 단부가 제 2 플런저(32)의 제 1 플런저(31) 방향의 단부가 있었던 자리에 위치할 수 있는 거리만큼이 되도록 한다. 이는 도 5에서 볼 수 있듯이, 제 1 플런저(31)와 이송된 제 1 빌렛(52)에 의해 또 다시 슬러리 제조 영역(21)이 형성되도록 하기 위한 것이다.The transfer distance between the second plunger 32 and the first billet 52 is such that the end portion of the first billet 52 in the direction of the first plunger 31 is the end portion of the second plunger 32 in the direction of the first plunger 31. Make sure you are as far as you can be. As can be seen in FIG. 5, the slurry production zone 21 is again formed by the first plunger 31 and the transferred first billet 52.
상기와 같은 단계는 도 2에 따른 단계 이후, 곧바로 도 4에 따른 단계로 진행될 수도 있다. 즉, 슬러리 제조영역(21)에서 슬러리가 제조된 후에는 제 2 플런저(32)와 제 1 플런저(31)가 모두 이동되면서 제 1 플런저(31)가 슬러리를 가압하여 도 4와 같이 제 1 빌렛(52)을 형성하게 된다. 이 때에는 상기 제 1 빌렛(52)은이미 전자기장의 인가 영역을 벗어나게 된다.Such a step may proceed directly to the step according to FIG. 4 after the step according to FIG. 2. That is, after the slurry is manufactured in the slurry manufacturing region 21, the first plunger 31 pressurizes the slurry while both the second plunger 32 and the first plunger 31 are moved, and thus the first billet as shown in FIG. 4. To form (52). At this time, the first billet 52 is already out of the application region of the electromagnetic field.
상기 제 2 플런저(32)와 제 1 빌렛(52)의 이송이 종료된 후에는 도 5에서 볼 수 있듯이, 제 1 플런저(31)를 원래 있던 자리로 되돌려 제 1 플런저(31)와 제 1 빌렛(52)에 의해 슬러리 제조 영역(21)이 형성되도록 한다. 그리고, 이렇게 형성된 슬러리 제조 영역(21)에서 전술한 공정을 반복하여 슬러리를 제조한다. 즉, 도 1에서 볼 수 있는 교반단계(S) 및 냉각단계(C)를 거쳐 반응고 금속 슬러리를 제조한다. 그리고, 도 6에서 볼 수 있듯이, 제 1 플런저(31)의 가압에 의해 상기 슬러리(51)를 소정 크기의 제 2 빌렛(53)으로 성형한다. 다음으로, 제 2 플런저(32), 제 1 빌렛(52) 및 제 2 빌렛(53)을 이송시킨 후, 제 1 플런저(31)를 되돌려 도 7에서 볼 수 있듯이, 다시 슬러리 제조영역(21)을 형성한다. 이 후에는 또 다시 전술한 방법에 의해 제 3 및 제 4 빌렛을 순차로 제조하는 것이다.After the transfer of the second plunger 32 and the first billet 52 is finished, as shown in FIG. 5, the first plunger 31 and the first billet are returned to their original positions. The slurry manufacturing region 21 is formed by the 52. And the slurry mentioned above is repeated in the slurry manufacturing area 21 formed in this way, and a slurry is manufactured. That is, the reaction solid metal slurry is prepared through the stirring step (S) and the cooling step (C) as shown in FIG. 1. As shown in FIG. 6, the slurry 51 is formed into a second billet 53 having a predetermined size by pressurization of the first plunger 31. Next, after the second plunger 32, the first billet 52 and the second billet 53 are transferred, the first plunger 31 is returned and as shown in FIG. To form. After this, the third and fourth billets are sequentially manufactured by the above-described method.
이러한 본 발명에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 장치에 따르면, 연속하여 품질이 우수한 복수개의 반용융 성형용 빌렛을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 복수개의 빌렛은 서로 인접한 빌렛끼리 용융에 의해 접합될 수 있으나, 그 접합 강도는 매우 낮아 사용시 이를 손쉽게 분리시킬 수 있다. 제조된 복수개의 연속한 빌렛들은 제 2 플런저(32)를 슬리브(2)내에서 분리시킨 후 배출시킬 수도 있고, 슬리브(2)에 별도의 배출구를 형성해 이를 통해 배출시킬 수도 있다.According to the method and apparatus for producing a semi-molten billet according to the present invention, it is possible to manufacture a plurality of semi-molten billets having excellent quality in succession. The plurality of billets thus prepared may be joined by melting billets adjacent to each other, but the bonding strength is very low so that it can be easily separated when used. The manufactured plurality of continuous billets may be discharged after separating the second plunger 32 in the sleeve 2 or may be discharged through a separate outlet formed in the sleeve 2.
도 8 내지 도 10에는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조장치 및 그 방법을 순차로 도시한 것으로, 전술한 실시예와 다른 점은 복수개의 빌렛을 연속하여 형성한 후 이를 배출하는 것이 아니라, 하나의 빌렛을 슬리브 내에서 제조한 후 배출시키고, 다시 빌렛을 제조하는 과정을 반복한다는 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 구별이 되는 부분을 중심으로 설명한다.8 to 10 sequentially show a manufacturing apparatus and method for a semi-melt molding billet according to another preferred embodiment of the present invention, the difference from the above-described embodiment is formed by continuously forming a plurality of billets Instead of discharging this, one billet is manufactured in the sleeve and then discharged, and the billet manufacturing process is repeated again. Hereinafter, description will be made mainly on the parts that are distinguished from the above-described embodiment.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조장치는 도 8에서 볼 수 있듯이, 전술한 제조장치와 그 기본적인 구성은 동일하나, 다만, 상기 슬러리 제조영역(21)으로부터 제 2 플런저(32)의 방향으로 소정 거리 이격된 위치에는 제조된 빌렛을 슬리브(2) 밖으로 배출할 수 있도록 배출구(28)가 더 구비된다. 이 배출구(28)는 형성될 빌렛의 크기에 대응되는 크기로 형성될 수 있으나, 다양한 사이즈의 빌렛을 제조하여 토출할 수 있도록 빌렛보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 이렇게 배출구(28)가 형성된 부분에는 상기 온도조절장치(25)를 적어도 배출구(28)에 해당되는 부분만큼 제외시켜 빌렛의 배출에 영향을 미치지 않도록 해야 한다.As shown in FIG. 8, the apparatus for manufacturing a billet for semi-molding molding according to another exemplary embodiment of the present invention has the same basic structure as the above-described manufacturing apparatus, except that the slurry manufacturing region 21 is second from the slurry manufacturing region 21. The outlet 28 is further provided at a position spaced a predetermined distance in the direction of the plunger 32 to discharge the manufactured billet out of the sleeve 2. The outlet 28 may be formed in a size corresponding to the size of the billet to be formed, but preferably formed larger than the billet so as to manufacture and discharge the billets of various sizes. At this time, the outlet 28 is formed so that the temperature control device 25 at least as much as the portion corresponding to the outlet 28 should be excluded so as not to affect the discharge of the billet.
이렇게 구성된 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반용융 성형용 빌렛의 제조 장치는 다음과 같은 작용에 의해 본 발명의 반용융 성형용 빌렛의 제조방법을 실시한다.The apparatus for producing a billet for semi-molten molding according to another preferred embodiment of the present invention configured as described above performs the method for producing a billet for semi-molten molding according to the present invention.
먼저, 도 8에서 볼 수 있듯이, 교반부(1)에서 전자기장 인가용 코일장치(12)(13) 의해 공간부(11) 내에 전자기장 교반을 행한 상태에서 금속재료를 레이들과 같은 주입 용기(5)에 의해 이송하여 교반이 행해지고 있는 슬리브(2) 내로 주입한다. 이 때, 전술한 바와 같이, 로와 슬리브를 직접 연결하여 용융된 액상의 금속재료가 곧바로 슬리브 내로 주입되도록 할 수도 있다. 또한, 이 때의 상기 금속재료는 전술한 바와 같이, 액상선 온도+ 100℃정도의 온도가 되어도 무방하다. 그리고, 금속재료가 주입되는 영역은 제 1 플런저(31)와 제 2 플런저(32)에 의해 형성된 슬러리 제조영역(21)이다. 이 슬러리 제조영역(21)에는 가스 공급관(24)을 통해 N2, Ar 등의 불활성 가스를 주입되고 있는 상태이다.First, as shown in FIG. 8, in the state in which electromagnetic stirring is performed in the space 11 by the coil device 12 and 13 for applying the electromagnetic field in the stirring unit 1, an injection container 5 such as a ladle Is injected into the sleeve 2 where stirring is carried out. At this time, as described above, the furnace and the sleeve may be directly connected to allow the molten liquid metal material to be directly injected into the sleeve. In addition, as mentioned above, the said metallic material may be temperature of liquidus temperature + about 100 degreeC as mentioned above. The region into which the metal material is injected is the slurry manufacturing region 21 formed by the first plunger 31 and the second plunger 32. In this slurry production region 21, an inert gas such as N 2 or Ar is injected through the gas supply pipe 24.
상기 전자기장의 인가는 이 밖에도 금속재료의 주입과 동시에 가해지거나, 금속재료가 주입되는 도중에 가해질 수도 있음은 전술한 바와 같다.As described above, the electromagnetic field may be applied at the same time as the injection of the metal material or may be applied during the injection of the metal material.
금속재료를 주입한 후에는 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 소정의 속도로 냉각시키는 냉각단계를 거쳐 반응고 금속 슬러리(51)를 제조한다. 이 때, 상기 냉각 속도는 슬리브(2)외측에 설치된 온도 조절장치(25), 즉, 냉각수 파이프(26)를 흐르는 냉각수 등에 의해 조절되어 0.2℃/sec 내지 5.0℃/sec의 속도가 될 수 있으며, 더 바람직하게는 0.2℃/sec 내지 2.0℃/sec의 속도가 될 수 있다. 한편, 상기 전자기장의 인가는 전술한 바와 같이, 계속하여 인가할 수도 있고, 적어도 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7 정도 될 때까지 지속할 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.4 정도 될 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1 정도 될 때까지 지속할 수 있다.After injecting the metal material, the reaction solid metal slurry 51 is prepared through a cooling step of cooling at a predetermined rate until reaching a solid phase rate of 0.1 to 0.7. At this time, the cooling rate is controlled by the temperature control device 25 installed outside the sleeve 2, that is, the cooling water flowing through the cooling water pipe 26 may be a rate of 0.2 ℃ / sec to 5.0 ℃ / sec. More preferably, it may be a rate of 0.2 ℃ / sec to 2.0 ℃ / sec. On the other hand, the application of the electromagnetic field may be applied continuously, as described above, at least until the solid phase rate of the metal material is about 0.001 to 0.7, preferably lasts until about 0.001 to 0.4. It may be, and more preferably may last until about 0.001 to 0.1.
이렇게 반응고 금속 슬러리를 제조한 후에는 도 9에서 볼 수 있듯이, 제 2 플런저(32)를 고정시킨 상태에서 제 1 플런저(31)를 상기 제 2 플런저(32)의 방향으로 가압한 후, 냉각하여 소정 크기의 빌렛(54)을 형성한다.After preparing the reaction solid metal slurry, as shown in FIG. 9, the first plunger 31 is pressed in the direction of the second plunger 32 while the second plunger 32 is fixed, and then cooled. To form a billet 54 of a predetermined size.
빌렛(54)이 형성된 후에는 도 10에서 볼 수 있듯이, 제 1 플런저(31)를 제 2 플런저(32)의 방향으로 더욱 가압하여 상기 제 2 플런저(32)와 빌렛(54)을배출구(28)의 방향으로 이송시켜 상기 빌렛(54)이 배출구(28)를 통해 배출되도록 한다. 이 때, 상기 제 2 플런저(32)의 이송은 제 1 플런저(31)의 가압력에 의존할 수도 있지만, 제 2 플런저(32)를 별도로 가동시킬 수도 있음은 전술한 바와 같다.After the billet 54 is formed, as shown in FIG. 10, the first plunger 31 is further pressed in the direction of the second plunger 32 so that the second plunger 32 and the billet 54 are discharged 28. The billet (54) is discharged through the outlet 28 to the direction of the (). At this time, the transfer of the second plunger 32 may be dependent on the pressing force of the first plunger 31, but it is as described above that the second plunger 32 may be operated separately.
이렇게 빌렛(28)을 배출시킨 후에는 상기 제 1 플런저(31) 및 제 2 플런저(32)를 원래의 자리로 다시 복귀시켜 슬러리 제조영역(21)을 형성한 후, 도 8 내지 도 9의 과정을 반복 수행한다. 이러한 반복 과정에 따라 조직이 미세하고 균일한 빌렛은 연속하여 배출구를 통해 배출될 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 실시예와는 달리 제조된 빌렛을 절단하지 않고도 곧바로 사용할 수 있어 공정의 효율성을 더욱 증대시킬 수 있다.After discharging the billet 28 in this manner, the first plunger 31 and the second plunger 32 are returned to their original positions to form the slurry manufacturing region 21, and then the processes of FIGS. 8 to 9 are performed. Repeat this. According to this repetition process, the billet having a fine and uniform tissue can be continuously discharged through the outlet. In addition, unlike the above-described embodiment can be used immediately without cutting the billet manufactured can further increase the efficiency of the process.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 반용융 성형용 빌렛의 제조방법 및 장치는 다양한 금속/합금, 예를 들면, 알루미늄이나 그 합금, 마그네슘이나 그 합금, 아연 또는 그 합금, 구리 또는 그 합금, 또는 철 또는 그 합금 등의 반응고/반용융 성형법에 범용적으로 적용될 수 있음은 물론이다.As described above, the method and apparatus for producing a semi-melt forming billet of the present invention may be a variety of metals / alloys such as aluminum or alloys thereof, magnesium or alloys thereof, zinc or alloys thereof, copper or alloys thereof, or iron or It is a matter of course that the present invention can be universally applied to reaction solid / semi-melt molding methods of the alloy.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, the following effects can be obtained.
첫째, 전체적으로 균일, 미세한 구상의 조직을 갖는 합금을 얻을 수 있다.First, an alloy having a uniform, fine spherical structure as a whole can be obtained.
둘째, 액상선보다 높은 온도에서의 단시간의 교반만으로도 용기 벽면에서의 핵생성 밀도를 현저히 증가시켜 입자의 구상화를 실현할 수 있다.Second, the spheroidization of the particles can be realized by remarkably increasing the nucleation density on the wall of the container with only a short time of stirring at a temperature higher than the liquidus.
셋째, 제조된 합금의 기계적 성질의 향상을 실현할 수 있다.Third, the improvement of the mechanical properties of the produced alloy can be realized.
넷째, 전자기장 교반 시간을 크게 단축시킬 수 있으므로 교반에 필요한 에너지의 소모가 적다.Fourth, since the electromagnetic stirring time can be greatly shortened, less energy is required for stirring.
다섯째, 전체 공정을 단순화하고, 제품성형시간도 아울러 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다.Fifth, the overall process can be simplified, and the product molding time can be shortened, thereby improving productivity.
여섯째, 연속하여 복수개의 빌렛을 제조할 수 있으므로, 양산 적용성이 우수하다.Sixth, since a plurality of billets can be produced continuously, the mass production applicability is excellent.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 하기 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.In the present specification, the present invention has been described with reference to limited embodiments, but various embodiments are possible within the spirit of the present invention. In addition, although not described, equivalent means will also be referred to as incorporated in the present invention. Therefore, the true scope of the present invention will be defined by the claims.
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